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Fusión parcial

La fusión parcial es el fenómeno que ocurre cuando una roca se somete a temperaturas lo suficientemente altas como para provocar la fusión de ciertos minerales , pero no de todo...

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La fusión parcial es el fenómeno que ocurre cuando una roca se somete a temperaturas lo suficientemente altas como para provocar la fusión de ciertos minerales , pero no de todos ellos. La fusión parcial es una parte importante de la formación de todas las rocas ígneas y algunas rocas metamórficas (por ejemplo, las migmatitas ), como lo evidencian una multitud de estudios geoquímicos , geofísicos y petrológicos . [1]

Los parámetros que influyen en la fusión parcial incluyen la composición de la roca fuente, la presión y temperatura del medio ambiente y la disponibilidad de agua u otros fluidos. [2] [1] En cuanto a los mecanismos que gobiernan la fusión parcial, los principales son la fusión por descompresión y la fusión por flujo . La fusión por descompresión ocurre cuando las rocas son llevadas desde zonas de mayor presión a zonas de menor presión en la corteza terrestre , bajando el punto de fusión de sus componentes minerales, generando así una fusión parcial. La fusión por flujo, por otro lado, ocurre cuando el agua y otros volátiles entran en contacto con la roca caliente, reduciendo el punto de fusión de los minerales, lo que lleva a la fusión parcial. [2] Con algunas excepciones (por ejemplo, Yellowstone [3] ), la conducción del calor se considera un mecanismo demasiado lento e ineficiente para fundir parcialmente grandes cuerpos de roca. [2]

La fusión parcial también está vinculada a la formación de minerales . Los depósitos minerales magmáticos e hidrotermales, como la cromita , los sulfuros de Ni - Cu , las pegmatitas de metales raros , las kimberlitas y los depósitos de sulfuros masivos alojados en volcanes son algunos ejemplos de recursos naturales valiosos estrechamente relacionados con las condiciones del origen, la migración y el emplazamiento de los fundidos parciales. [4]

Parámetros

Una roca con composición C B comienza a fundirse cuando su temperatura es T A y alcanza la curva de solidus , la temperatura por debajo de la cual toda la sustancia es sólida. La fase líquida recién formada tiene una composición inicial de C L en T A . A medida que la temperatura aumenta hacia T B , la fusión parcial de la fase sólida conduce a cambios en la composición de C B a C S (línea azul). A medida que aumenta la fase líquida, su composición se acerca a la composición original de la roca C B (línea roja). Cuando la temperatura alcanza T B , toda la fase sólida se ha fundido, lo que caracteriza a la sustancia por estar por encima de la curva de liquidus . [5] [6]

La fusión en el manto depende de los siguientes parámetros: composición de las rocas , presión y temperatura , y presencia de volátiles .

Composición

La composición química de las rocas afecta sus puntos de fusión y el producto final de la fusión parcial. Por ejemplo, la química en masa de los fundidos obtenidos experimentalmente de rocas sedimentarias , como las lutitas y la grauvaca, refleja la de las rocas de origen. [7] Además, las rocas que contienen minerales con puntos de fusión más bajos sufrirán una fusión parcial con mayor facilidad en las mismas condiciones de presión y temperatura en comparación con los minerales con puntos de fusión más altos. [4]

Temperatura y presión

La temperatura y la presión pueden tener un impacto significativo en la cantidad de fusión parcial que ocurre en las rocas. Cuando la temperatura es baja, la presión también debe ser baja para que se produzca la fusión, y cuando la temperatura es alta, la presión debe ser mayor para evitar que se produzca la fusión. Una presión más alta puede inhibir la fusión, mientras que una temperatura más alta puede promoverla. El grado en que se produce la fusión parcial depende del equilibrio entre la temperatura y la presión, y ambas tienen una fuerte influencia en el proceso. [5]

Adición de volátiles

La presencia de volátiles tiene el potencial de reducir significativamente las temperaturas de solidificación de un sistema determinado. [8] [9] Esto permite que la fusión se genere a temperaturas más bajas que las previstas, eliminando la necesidad de un cambio en las condiciones de presión o temperatura del sistema. Además, algunos consideran que los volátiles controlan la estabilidad de los minerales y las reacciones químicas que ocurren durante la fusión parcial, [10] mientras que otros asignan un papel más subordinado a estos componentes. [11]

Mecanismos

Diagrama que muestra los procesos físicos dentro de la Tierra que conducen a la generación de magma. Los gráficos anteriores muestran la velocidad a la que cambian la temperatura (línea roja) y el solidus (línea verde) en función de la profundidad y la configuración tectónica (A a D). [12]
Primer plano de una dorsal oceánica con un depósito de magma debajo. Las rocas del manto, calientes y menos densas , ascienden a zonas de menor presión, lo que conduce a la fusión por descompresión. [13]
A 4.800 m sobre el nivel del mar , Klyuchevskoi se encuentra en Kamchatka , Rusia y es un producto de la fusión del flujo en una zona de subducción . [14]

Los principales mecanismos responsables de la fusión parcial son la fusión por descompresión y la fusión por flujo . El primer proceso sucede cuando los cuerpos de roca se mueven de un entorno de mayor a menor presión, provocando la fusión de una parte de sus componentes, mientras que el segundo es causado por la adición de fluidos que reducen el punto de fusión de los minerales , lo que lleva a su fusión a temperaturas más bajas. Aunque la conducción de calor es un mecanismo conocido capaz de transferir calor de un cuerpo a otro, juega un papel secundario en la causa de la fusión parcial. Esto se debe al flujo de calor ineficaz en grandes cuerpos de roca en la porción sólida de la Tierra y a la falta de fuentes de calor capaces de incitar la fusión parcial. [2]

Fusión por descompresión

Proceso principal responsable de la generación de fundidos basálticos en ciertos entornos, como zonas de rift en continentes, cuencas de trasarco , zonas de expansión del fondo marino y puntos calientes intraplaca . La tectónica de placas y la convección del manto son responsables del transporte de roca caliente y menos densa hacia la superficie. Esto provoca una reducción de la presión sin pérdida de calor , lo que lleva a una fusión parcial. [13] En las zonas de expansión del fondo marino ( crestas oceánicas ), la peridotita caliente que asciende desde el manto sufre una fusión parcial debido a una disminución de la presión, generando un fundido basáltico y una fase sólida. Este fundido al extruirse en la superficie es responsable de la creación de nueva corteza oceánica . En los rifts continentales, donde la litosfera es más fría y rígida, la fusión por descompresión ocurre cuando el material de la astenosfera caliente y más plástica es transportado a presiones más bajas. [2]

Fusión de fundente

La fusión por descompresión no explica cómo se forman los volcanes por encima de las zonas de subducción , ya que en este contexto hay un aumento de la presión cuando la placa oceánica se subduce debajo de una placa oceánica más fría o una placa continental . El mecanismo que explica la fusión en este contexto es la fusión por flujo . En este caso, cuando se añaden al sistema agua , material de la corteza oceánica y rocas del manto metamorfoseadas , los minerales pueden fundirse a temperaturas más bajas. [15] Hay argumentos de que la forma más eficiente de transportar material desde la placa en subducción hasta el arco volcánico en la superficie es fundiendo la propia placa, [16] mientras que otras opiniones apoyan que la fusión se produce entre la litosfera y la placa . [17] [18]

Conducción de calor

Aunque la descompresión y la fusión por flujo son los principales mecanismos causantes de la fusión parcial, la generación de ciertos sistemas ígneos, como los grandes reservorios de magma continental félsico (por ejemplo, Yellowstone [3] ), no se explican por ellos. En este caso, la conducción de calor es el mecanismo responsable de eso. Cuando el fundido basáltico se mueve a través de la corteza continental, puede acumularse y cristalizar parcialmente . En este evento, si se libera suficiente calor, puede causar la fusión de las rocas circundantes y la creación de magma félsico. [19] La relevancia de este fenómeno para la modificación de la corteza continental es un tema de discusión en la comunidad científica. [20]

Significado

La fusión parcial es un proceso importante en geología con respecto a la diferenciación química de las rocas de la corteza . En la Tierra , la fusión parcial del manto en las dorsales oceánicas produce corteza oceánica , y la fusión parcial del manto y la corteza oceánica en las zonas de subducción crea corteza continental . [5]

Además, el proceso de fusión parcial también está asociado al desarrollo de una serie de depósitos minerales como: [4]

Referencias

  1. ^ ab Kilinc, Attila (1989-12-01). "Fusión parcial de rocas de la corteza terrestre". Ingeniería geológica . 27 (1): 279–299. Bibcode :1989EngGe..27..279K. doi :10.1016/0013-7952(89)90036-7. ISSN  0013-7952.
  2. ^ abcde Asimow, Paul D. (2016), "Partial Melting", en White, William M. (ed.), Encyclopedia of Geochemistry: A Comprehensive Reference Source on the Chemistry of the Earth , Encyclopedia of Earth Sciences Series, Cham: Springer International Publishing, págs. 1–6, doi :10.1007/978-3-319-39193-9_218-1, ISBN 978-3-319-39193-9, consultado el 13 de febrero de 2023
  3. ^ ab Huang, H.-H.; Lin, F.-C.; Schmandt, B.; Farrell, J.; Smith, RB; Tsai, VC (15 de mayo de 2015). "El sistema magmático de Yellowstone desde la pluma del manto hasta la corteza superior". Science . 348 (6236): 773–776. Bibcode :2015Sci...348..773H. doi : 10.1126/science.aaa5648 . ISSN  0036-8075. PMID  25908659. S2CID  3070257.
  4. ^ abc Ridley, John (2013). Geología de yacimientos minerales. Cambridge: Cambridge University Press. doi :10.1017/cbo9781139135528. ISBN 978-1-107-02222-5.
  5. ^ abc Winter, John D. (2010). Principios de petrología ígnea y metamórfica. John D. Winter (2.ª ed.). Nueva York: Prentice Hall. ISBN 978-0-321-59257-6.OCLC 262694332  .
  6. ^ Morse, Stearns A. (1980). Basaltos y diagramas de fases: una introducción al uso cuantitativo de diagramas de fases en petrología ígnea. Nueva York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-90477-8.OCLC 6143116  .
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