6 capitulo toselli. a.j miscelanea 18 elementos basicos de petrologia ignea-2010

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Petrologia - Toselli - Capitulo 6

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103 ALEJANDRO TOSELLICapitulo 6Regla de las fases y sistemas de uno y dos componentesIntroduccinAqu se presenta el comportamiento de sistemas qumicos sencillos como anlogos de los sistemas naturales mas complejos. Ln la g. 6-1, se muestran secuencias especcas de slidos que se orman cuando el magma se enra. Ll oliino cristaliza primero, seguido por piroxeno, despus las plagioclasas y nalmente xidos de le y 1i ,ilmenita y titanomagnetita,. Cuando se analiza este orden de cristalizacin del undido basaltico, se obsera que es similar alpostuladoporlaSeriedeReaccindeBowen.Otracaractersticaesquelacantidadde oliino se incrementa con el descenso de temperatura entre 1205 y 1180 C, indicando que luego el oliino comienza a ser consumido por reaccin con el undido, por el progresio descenso de la temperatura.Lnmuyrarasinstanciassepuedeobserardirectamenteelcomportamientodela cristalizacin en sistemas naturales, pero se puede estudiar la cristalizacin en orma indirecta, utilizando las texturas secuenciales, o produciendo undidos en el laboratorio, u obserando la cristalizacin de sales desde soluciones sobresaturadas. De los criterios logrados de tales estudios texturales y experimentales, se puede conrmar que los undidos cristalizan en un rango de temperaturas, dando una secuencia de minerales, que aran en sus composiciones, endichorango.Claramentelosmineralesqueormanungranito,nosonlosmismosque Figura 6-1. Porcentaje en peso de minerales de las lavas en funcin de la temperatura.Miscelanea 18: 103-122Llementos basicos de petrologa gnea 1ucuman, 2010 -ISSN 1514 - 4836 - ISSN on-lineISSN 1668 - 3242 REGLA DE LAS FASES Y SISTEMAS DE UNO Y DOS COMPONENTES 104orman un basalto y el rango de temperaturas de unos y otros son dierentes. Los undidos granticos cristalizan a temperaturas mas bajas que los basaltos y la secuencia de cristalizacin de un magma grantico puede comenzar con anbol o biotita y nalizar con eldespatos o cuarzo y dicha secuencia de cristalizacin ara con la composicin y la presin.Delosdatostexturalesyexperimentales,sehacenobseracionesgeneralessobreel comportamiento de los undidos naturales que cristalizan ,Best 1982,:1. Los undidos que se enran, pasan desde un lquido a un slido cristalino, en un rango de temperaturas ,y presiones,.2.Distintasasesmineralescristalizanenunrangodetemperaturayelnmerode minerales que se orman, tiende a incrementarse con el descenso de la temperatura.3. Los minerales cristalizan en orma secuencial y con considerable solapamiento.4.Losmineralesqueconstituyensolucionesslidascambiansucomposicinconel enfriamiento progresivo.5. La composicin del undido cambia durante la cristalizacin.6.Losmineralesquecristalizanylasecuenciaenlaqueseorman,dependedela temperatura y de la composicin del undido.. La presin aecta el rango de temperaturas a la cual los minerales cristalizan.8. Los componentes olatiles ,I2O, CO2, l, B, etc., y la presin a la que estan, aectan el rango de temperaturas de cristalizacin de la secuencia mineral.Iasta aqu se puede er que los magmas son demasiado complejos para entenderlos y la aplicacin de un modelo de sistema real de roca es imposible y tampoco es eectio.Fases en equilibrio y regla de las fasesPara tratar de entender a los sistemas undidos simplicados, se necesita una base terica, para poder analizarlos sobre una base dinamica y alorar la contribucin de cada componente qumico a las ariaciones de esa dinamica. Si se entiende, como el agregado de componentes adicionalesaectanalsistema, sepodraentenderelcomportamientodesistemas naturales mas complejos. La Regla de las lases es un tratamiento terico simple de esta aproximacin.Lamineralogadelasrocasmuestreadasenlasuperciedela1ierra,renejanlas condiciones de temperatura y presin bajo las cuales ueron ormadas y sus composiciones qumicas. Los cuerpos rocosos poseen una amplia ariedad de propiedades sicas, qumicas, espacialesy cronolgicas que renejan los procesos geolgicos responsables de su ormacin. Las propiedades mas importantes son la composicin qumica y mineralgica del cuerpo, su abrica y sus relaciones de campo. Para comprender como y porque estas cuatro propiedades sonpetrolgicamentesignicatias,debemosconsideraralgunasrelacionesbasicasentre energa, materia y estados de equilibrio, gobernados por la temperatura y la presin.1odoslosprocesosnaturales,inolucrantranserenciaytransormacindedierentes ormas de energa ymoimientode materia, estableciendo nueos estados de equilibrio mas estables. Un estado particular de equilibrio mineralgico esta gobernado por la presin ,P,, la temperatura ,1, y la composicin qumica ,X, del sistema geolgico y es renejado en la composicin mineralgica del cuerpo de roca. El campo de estudio de estos conceptos es la termodinamica, que toma su nombre de la energa trmica. La termodinamica se ocupa de las relaciones que rigen los cambios de un sistema.Sellamasistemaaunaporcindeluniversodelaquesehaceabstraccin.P.ej.una galaxia, un batolito, una alla, una colada, un olcan, una asociacin de cristales, una porcin 105 ALEJANDRO TOSELLIdeuncristal.Lospetrlogossereerenporej.alsistemaalbita-anortita,enestesentido, signicatodoslossistemastermodinamicosposibles,compuestospormezclasdealbitay anortita. Sistema aislado: se dene as al que no cambia energa ni materia con el exterior.Sistemacerrado:esaquelquecambiaenergaconelexterior,peronomateria.Por ejemplo, la cristalizacin de un plutn. Los minerales cristalizan por prdida de temperatura y,o presin, pero los componentes qumicos se mantienen sin cambios..Sistemaabierto:eselqueintercambiaenergaytambinmateriaconelexterior.Por ejemplo,elmetasomatismodecontactoentreunacalizayunintrusioacido,skarnde contacto,,la asimilacin de roca de caja por un granito, la alteracin hidrotermal, etc.Las partes del sistema: Un sistema esta compuesto por los componentes y las ases.Se llama componente al nmero mas pequeno de elementos qumicos en uncin de los cuales queda representada una fase. Generalmente un componente de un sistema petrolgico se representa por el porcentaje en xido, por el nmero de moles o por la raccin molar de ese componente. Lsto depende del sistema que tratamos. Por ejemplo, el Sistema Agua, tiene un slo componente I2O, mediante el que se expresa su estado o ases presentes, hielo, agua y apor. Ln el sistema lorsterita-slice, la composicin se expresa por sus racciones molares o por sus porcentajes en peso, para establecer la reaccin entre ambos para dar Lnstatita.Fases: son las porciones del sistema, sicamente homogneas en todas sus propiedades ymecanicamenteseparabledelrestodelsistema.Lnlosejemplosdados,enelsistema agua, pueden existir tres ases: hielo, agua lquida y apor de agua. Ln el sistema lorsterita-Slice, pueden coexistir ases cristalinas y undido, ademas los diersos minerales lorsterita, 1ridimita y Lnstatita, constituyen las ases del sistema.Las propiedades termodinamicas de un sistema pueden diididas en variables extensivas o intensivas.Lasariablesextensivas:dependendelacantidaddematerialdelsistema,talescomo masa,olumen,nmerodemoles,etc.yalortotalesigualalasumadesusaloresen cadaunadelaspartesdelsistema.1alesariablesnosonpropiedadesintrnsecasdelas substancias del sistema.Las ariables intensivas: son las que no dependen de la cantidad de materia del sistema ysonpropiedadesdelassubstanciasquelocomponen,talescomopresin,temperatura, densidad, concentracin de componentes en cada ase, etc. Iay un gran nmero de ariables intensias y muchas son interdependientes. Voliendo a la cuestin de interpretacin de las rocas, nosotros debemos especicar como conocer el estado de un sistema. Considerando porejemplounpequenoolumenderocaqueestabajocristalizacinenelinteriordela corteza y en el que las propiedades intensias, 1 y P son uniormes, se puede asumir que la roca ha alcanzado el equilibrio qumico. Para tal sistema, la regla de las ases de Gibbs ,1928,, se expresa como:V ~ c - 2 - 0Donde V es el nmero de grados de libertad o arianza, c es el nmero de componentes independientesnecesariosparadenirlacomposicindelasasesenelsistema,yfesel nmero de ases.Laarianzadelsistemaeselmaximonmerodeariablesintensiasalasqueseles puedenasignaraloresarbitrarios,oquepuedensercambiadasindependientemente,sin causarcambiosenelnmerodeasesenelsistemaenequilibrio.Siseleasignanalores especcosaV,elestadodelsistemaestadenidoyaslasotrasariablesintensiasdel sistema tambin tienen alores especcos.REGLA DE LAS FASES Y SISTEMAS DE UNO Y DOS COMPONENTES 106Ll trmino independiente` se aplica a los componentes cuya composicin no puede ser expresada en trminos de otros componentes. La arianza o grados de libertad del sistema, se dene como en nmero mnimo de ariables intensias necesarias para denir completamente el estado de un sistema en equilibrio. La regla de las ases puede ser expresada como:V ~ c - - 2,regla de las ases de Gibbs, 6-1Pueden darse casos especiales como por ejemplo, en un sistema compuesto por roca slida y nuidos que rellenan suras en equilibrio, si las paredes de las suras son mecanicamente uertes,elslidoyelnuidopuedenestarapresionesdierentes,demaneraqueelsistema total tiene dos presiones dierentes.Lsto incrementa el nmero de ariables intensias en uno ,1,, la arianza entonces es: V ~ c - 3 - . Ln los casos de sistemas que estn expresados en reerencia a una presin particular, las ariables intensias quedan restringidas a uno ,1,.Notar que la regla de las ases solo se aplica a sistemas que estan en equilibrio qumico. Nose puede aplicaraasociaciones en desequilibrio, tales comoenrocasgranticasque se estan enriando, porque el equilibrio cambia constantemente.&ODVLFDFLRQ GH ORV VLVWHPDVLos sistemas pueden ser clasicados en trminos del nmero de componentes requeridos para describir la composicinqumica de todas las ases que aparecen en ellos. Por ejemplo, si se trabaja con I2O, las nicas ases que apareceran sobre un amplio rango de P y 1, seran hielo, agua y apor, cada una de estas ases tiene la composicin I2O, como nico parametro qumico. Este sistema se denomina de un componente o unitario.Sisereali