Termobarometría de clinopiroxeno

La termobarometría de clinopiroxeno es un método científico que utiliza el mineral clinopiroxeno para determinar la temperatura y la presión del magma en el momento de su cristalización . El clinopiroxeno se encuentra en muchas rocas ígneas , por lo que este método permite obtener información sobre la roca en su totalidad. Si bien se pueden utilizar diversos minerales para la geotermobarometría , el clinopiroxeno resulta especialmente útil por ser un fenocristal común en rocas ígneas y fácil de identificar. Además, la cristalización de la jadeíta , un tipo de clinopiroxeno, implica un aumento en el volumen molar , lo que la convierte en un buen indicador de presión. ^{[ 1 ]}

Los datos proporcionados por esta técnica se utilizan para comprender la cristalización magmática, el metamorfismo progresivo y retrógrado , y la formación de yacimientos minerales . ^{[ 2 ]} La comprensión de estos procesos puede beneficiar tanto a la industria como a la comunidad científica. Con estos datos, se puede extrapolar con mayor detalle la información sobre la composición de la litosfera , y la industria de exploración de diamantes puede determinar la probabilidad de que una kimberlita contenga diamantes. ^{[ 3 ]}

Métodos

La termobarometría utiliza constantes de equilibrio para calcular información sobre las condiciones ambientales presentes durante la formación de las rocas. ^{[ 2 ]} Mientras se forma cada roca, reacciona con los elementos circundantes hasta que se enfría lo suficiente como para volverse inerte. Cada mineral dentro de la roca se enfriará y cristalizará en diferentes puntos; una cuadrícula petrogenética es una forma útil de visualizar la cristalización secuencial de cada mineral. ^{[ 2 ]}

Las reacciones individuales de minerales específicos pueden utilizarse para calcular la temperatura o la presión. Por lo tanto, se necesitan dos reacciones diferentes para calcular tanto la temperatura como la presión del magma de una misma roca. Según la termodinámica y el principio de Le Chatelier, algunas reacciones son más adecuadas para la presión y otras para la temperatura.

Esta técnica requiere que cada reacción sea calibrada , lo cual se realiza mediante experimentación y análisis de datos . La experimentación implica simular las temperaturas y presiones a las que se forman estas rocas y observar cómo se desarrolla la reacción en esas condiciones, mientras que el análisis de datos se basa en la recopilación de una amplia base de datos de muestras de roca con información sobre presión y temperatura. Los datos experimentales tienden a presentar una variación significativa , por lo que el uso de datos de formaciones naturales es más preciso , si están disponibles. ^{[ 2 ]}

Presión

Esta imagen muestra un experimento que determina la curva de calibración del cambio de volumen de diópsido a diferentes presiones . A partir de estos datos, se puede calcular la constante de equilibrio de esta reacción.

Las reacciones más adecuadas para medir la presión ( geobarómetros ) son aquellas que presentan un gran cambio en el volumen molar durante su duración. Las presiones más altas provocan una disminución del volumen total de la reacción, mientras que las presiones más bajas permiten un aumento. Por lo tanto, en función de la proporción de minerales con mayor volumen frente a la proporción de minerales con menor volumen, se puede calcular la presión del entorno durante la reacción, en función de la temperatura. Es necesario realizar experimentos para calibrar cada reacción y determinar la velocidad a la que cambia el volumen con las variaciones de presión. ^{[ 2 ]}

Temperatura

Las reacciones más adecuadas para medir la temperatura ( geotermómetros ) son aquellas con una entalpía de reacción elevada, lo que significa que liberan o consumen mucho calor . Las temperaturas más altas permiten que la reacción consuma ese calor, mientras que las temperaturas más bajas provocan su liberación. De forma similar a los geobarómetros, la proporción de minerales que se forman liberando calor frente a los que lo consumen puede utilizarse para calcular la temperatura, siempre que la reacción esté calibrada. ^{[ 2 ]}

Tipos de reacciones

Existen tres tipos de reacciones en las que interviene el clinopiroxeno y que pueden utilizarse para la termobarometría.

Las reacciones univariantes o de equilibrio desplazado crean o destruyen fases dentro del magma. ^{[ 2 ]} Cada fase eventualmente cristalizará como un mineral único. Según las condiciones de temperatura y presión, diferentes proporciones de estas fases surgirán en la roca final. Un ejemplo de reacción es la reacción de jadeíta y cuarzo para formar analbita . ^{[ 2 ]}^{[ 1 ]} La jadeíta es un tipo de piroxeno , por lo que esta reacción se utiliza para la barometría de clinopiroxeno.

${\ce {NaAlS2O6 + SiO2 -> NaAlS3O8}}$

Esta reacción en particular implica un gran cambio de volumen entre los reactivos y los productos , por lo que la reacción es muy sensible a los cambios de presión. ^{[ 2 ]}

Las reacciones de intercambio ocurren cuando hay minerales con estructuras similares y los iones intercambian lugares entre sí dentro de esa estructura. ^{[ 2 ]} Este es un método común para calcular la temperatura porque la mayoría de las reacciones de intercambio tienen una entalpía alta . Un ejemplo de reacción es un intercambio de Fe ²⁺ y Mg ²⁺ dentro del granate y el clinopiroxeno. ^{[ 2 ]} Esto hace que el piropo y la hedenbergita (piroxeno) se transformen en almandino y diópsido (piroxeno).

${\ce {Mg3Al2Si3O12 + 3CaFeSi2O6 -> Fe3Al2Si3O12 + 3CaMgSi2O6}}$

Las reacciones de equilibrio de solvus ocurren cuando dos fases se disuelven entre sí en función de la temperatura, por lo que suelen ser útiles para la geotermometría. ^{[ 2 ]} Una de estas reacciones es cuando el clinopiroxeno y el ortopiroxeno se disuelven entre sí. Esto cambia la distribución de calcio y magnesio en todo el mineral. ^{[ 2 ]}

Aplicaciones

La termobarometría de clinopiroxeno se utiliza habitualmente en la industria minera . Resulta especialmente útil para la industria del diamante , ya que muchos interesados poseen datos de presión y temperatura sobre la formación de rocas que contienen diamantes. ^{[ 3 ]} Esto es importante porque los diamantes suelen encontrarse en kimberlitas , pero estas no siempre los contienen. En lugar de extraer todas las kimberlitas encontradas, se pueden tomar muestras para determinar si se formaron en un entorno que hubiera favorecido la cristalización de diamantes.

Otras aplicaciones son principalmente científicas; los datos de presión y temperatura del magma pueden utilizarse para proponer modelos detallados de la litosfera y el manto. ^{[ 3 ]} Estos modelos mejoran la comprensión de la actividad geológica y volcánica, lo que puede contribuir a la capacidad de los científicos para predecir eventos como erupciones o terremotos .

Referencias

1 2 Putirka, Keith; Johnson, Marie; Kinzler, Rosamond; Longhi, John; Walker, David (1996). "Termobarometría de rocas ígneas máficas basada en equilibrios clinopiroxeno-líquido, 0-30 kbar". Contribuciones a la Mineralogía y Petrología . 123 : 92–108 .
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Misra, Kula C. (2012). Introducción a la geoquímica: principios y aplicaciones . Pondicherry, India: Wiley-Blackwell. pp. 107–128 . ISBN 9781444347197.
1 2 3 Grütter, Herman S. (2009). "Geotermas de xenocistos de piroxeno: técnicas y aplicación". Lithos . 112 : 1167–1178 . doi : 10.1016/j.lithos.2009.03.023 .

[:12-1] 1 2 Putirka, Keith; Johnson, Marie; Kinzler, Rosamond; Longhi, John; Walker, David (1996). "Termobarometría de rocas ígneas máficas basada en equilibrios clinopiroxeno-líquido, 0-30 kbar". Contribuciones a la Mineralogía y Petrología . 123 : 92–108 .

[:02-2] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Misra, Kula C. (2012). Introducción a la geoquímica: principios y aplicaciones . Pondicherry, India: Wiley-Blackwell. pp. 107–128 . ISBN 9781444347197.

[:22-3] 1 2 3 Grütter, Herman S. (2009). "Geotermas de xenocistos de piroxeno: técnicas y aplicación". Lithos . 112 : 1167–1178 . doi : 10.1016/j.lithos.2009.03.023 .