Compatibilidad (geoquímica)

En un mineral, casi todos los elementos se distribuyen de manera desigual entre la fase sólida y la líquida. Este fenómeno se conoce como fraccionamiento químico y puede describirse mediante una constante de equilibrio ,${\displaystyle K}$que establece una distribución fija de un elemento entre dos fases cualesquiera en equilibrio . ^{[ 1 ]} Una constante de distribución${\displaystyle K_{D}}$Se utiliza para definir la relación entre la fase sólida y la fase líquida de una reacción. Este valor es esencialmente una relación de la concentración de un elemento entre dos fases, típicamente entre la fase sólida y la fase líquida en este contexto. Esta constante a menudo se denomina${\displaystyle D}$cuando se trata de oligoelementos , donde

${\displaystyle K_{D}={\frac {C_{S}}{C_{L}}}={\frac {X_{i}^{sólido}}{X_{i}^{líquido}}}}$

${\displaystyle K_{D}=D}$para oligoelementos

La constante de equilibrio es un valor determinado empíricamente. Estos valores dependen de la temperatura, la presión y la composición del mineral fundido .${\displaystyle D}$Los valores difieren considerablemente entre los elementos principales y los elementos traza. Por definición, los elementos traza incompatibles tienen un valor de constante de equilibrio menor que uno porque los elementos traza tienen concentraciones más altas en el fundido que en los sólidos. ^{[ 1 ]} Esto significa que los elementos compatibles tienen un valor de${\displaystyle D>1}$Por lo tanto, los elementos incompatibles se concentran en el fundido, mientras que los elementos compatibles tienden a concentrarse en el sólido. Elementos compatibles con${\displaystyle D\gg 1}$Se encuentran fuertemente fraccionadas y presentan concentraciones muy bajas en la fase líquida.

El coeficiente de distribución global se utiliza para calcular la composición elemental de cualquier elemento que compone un mineral en una roca. El coeficiente de distribución global,${\displaystyle {\overline {D}}_{i}}$, se define como

${\displaystyle {\overline {D}}_{i}=\Sigma W_{A}D_{i}^{A}}$

dónde${\displaystyle i}$es el elemento de interés en el mineral, y${\displaystyle W_{A}}$es la fracción de peso del mineral${\displaystyle A}$en la roca.${\displaystyle D_{i}^{A}}$es el coeficiente de distribución del elemento en el mineral${\displaystyle A}$[ ^{1 ]} Esta constante puede usarse para describir cómo se concentran los elementos individuales en un mineral en dos fases diferentes. Durante el fraccionamiento químico, ciertos elementos pueden concentrarse más o menos, lo que permite a los geoquímicos cuantificar las diferentes etapas de la diferenciación del magma. ^{[ 4 ] En} última instancia, estas mediciones pueden usarse para comprender mejor el comportamiento de los elementos en diferentes entornos geológicos.

Estudios previos han utilizado la compatibilidad de elementos traza para ver el efecto que tendría en la estructura de fusión del sólidus de peridotita . ^{[ 7 ]} En dichos estudios, se examinaron los coeficientes de partición de elementos específicos y la magnitud de estos valores dio a los investigadores alguna indicación sobre el grado de polimerización de la fusión. Un estudio realizado en el este de China en 1998 examinó la composición química de varios elementos encontrados en la corteza en China. Uno de los parámetros utilizados para caracterizar y describir la estructura cortical en esta región fue la compatibilidad de varios pares de elementos. ^{[ 8 ]} En esencia, estudios como este mostraron cómo la compatibilidad de ciertos elementos puede cambiar y verse afectada por las composiciones químicas y las condiciones del interior de la Tierra.

El vulcanismo oceánico es otro tema que comúnmente incorpora el uso de la compatibilidad. Desde la década de 1960, la estructura del manto terrestre comenzó a ser estudiada por geoquímicos. La corteza oceánica, rica en basaltos provenientes de la actividad volcánica, muestra componentes distintivos que brindan información sobre la evolución del interior de la Tierra a lo largo de la escala de tiempo geológica. Los elementos traza incompatibles se agotan cuando el manto se funde y se enriquecen en la corteza oceánica o continental a través de la actividad volcánica. En otras ocasiones, el vulcanismo puede producir fusión del manto enriquecida sobre la corteza. Estos fenómenos pueden cuantificarse observando los registros de desintegración radiactiva de isótopos en estos basaltos, lo cual es una herramienta valiosa para los geoquímicos del manto. ^{[ 2 ]} Más específicamente, la geoquímica de las serpentinitas a lo largo del fondo oceánico, específicamente en las zonas de subducción, puede examinarse utilizando la compatibilidad de elementos traza específicos. ^{[ 9 ]} La compatibilidad del plomo (Pb) en circones bajo diferentes ambientes también puede ser un indicador de circones en las rocas. Al observar los niveles de plomo no radiogénico en los circones, esto puede ser una herramienta útil para la datación radiométrica de los circones. ^{[ 10 ]}