4 - Processos de fracionamento, mistura de magmas, contaminao

Como os magmas de diferentes composies se formam?Seqncia de cristalizao e fuso;Diferenciao;Fuso parcial;Assimilao;Mixing ou mistura de Magmas;

Diversificao dos magmas

Como se formam as rochas gneas a partir dos magmas?Quando o magma ascende para nveis menos profundos e comea a PERDER CALOR, os minerais comeam a CRISTALIZAR.Como a cristalizao o processo inverso da fuso, conhecer os mecanismos atravs dos quais as rochas fundem muito importante para compreender o seu modo de formao a partir de um magma.No geral, para a mesma composio de magma/rocha, os minerais que so mais REFRACTRIOS (fundem a maiores temperaturas) so os primeiros a cristalizar a partir dos magmas. Algunsminerais, precocementeformados, permanecememcontactocom o magma emarrefecimento, reagindocom elee modificandoa suacomposio. Pelo contrrio, outros minerais ao serem formados tem tendncia para se separarem do magma, no reagindo com este, provocando assim uma modificao gradual da composiomagmtica (o magma fica mais pobre nos componentes consumidos pelos minerais em cristalizao ex. torna-se mais rico em slica).

GERAO DOS MAGMASO processo de gerao de magmas raramente uma fuso completa, sendo o que normalmente ocorre uma fuso parcial das rochas do manto na astenosfera, ou do manto superior ou crosta inferior na litosfera, aonde se vai produzindo de forma progressiva a fuso dos componentes minerais menos refratrios entre os que compe a rocha que est sendo fundida. Os magmas formados dessa maneira (in situ) e que no tenham sofrido processos de diferenciao (vistos abaixo) so denominados de magmas primrios.

A fuso parcial de rochas pode ocorrer por uma elevao da temperatura, por descompresso, pela variao na composio qumica dos fludos do sistema ou por uma combinao desses fatores.

Fuses de rochas por descompresso e por variao na composio qumica do sistema so dominantes no manto terrestre, porque na astenosfera o transporte de massa muito mais rpido que o transporte de calor e, tambm, porque a gerao de calor interno por decaimento radioativo pequena atualmente. Ao contrrio, na litosfera, que inclui a crosta, o transporte de massa e as temperaturas ambientais so mais baixas, assim que um aumento na temperatura por fluxo de calor radioativo ou gerao de calor requerido para ocorrer a fuso de rochas. Entretanto, para a Terra como um todo a fuso astenosfrica gera muito maior volume de magma a cada ano do que as fuses litosfricas.

Propriedades dos Magmas:1. Polimerizao (capacidade de polimizarem tetraedros de slica que aumenta com a presena de cations do tipo Si-Na-K e diminuem com o incremento de ctions do tipo Fe-Mg-Ca;

2. Viscosidade (V) (resistncia de um lquido ao fluxo), depende da temperatura, composio, presso e contedo de volteis nos magmas.

Temperatura: O magma tem altas To (700 a 1200oC); > To > V;Composio: Magmas cidos > V e Magmas Bsicos < V;Presso: Se a Po > e a T constante, a V > mas se Po > e T > a V < :Volteis: Volteis dissolvidos no magma < V se permanecerem na fase gasosa tendem a escapar e o magma se torna mais Viscoso;Fluidez: Quanto menor a V > a Fluidez e vice-versa, assim magmas bsicos so mais fludos e cidos so menos fludos.

Conseqencia da Viscosidade e Fluidez: Gerao de Lavas mais bsicas pouco viscosas e muito fludas ( gerando grandes derrames) e Lavas cidas mais viscosas, pouco fludas (originando derrames explosivos e de menores propores)

Relao entre a composio Mdia dos magmas granticos, andesticos e basalticos

Tipos de MagmasProcesso esquemtico de cristalizao fracionada do magma primrio basltico segundo a srie Ca-alcalina. Atravs do resfriamento e conseqnte cristalizao dos respectivos minerais, o magma primrio basltico, que mfico (alto FeO e MgO) e bsico (baixo SiO2), fraciona-se em flsico (baixo FeO e MgO) e cido (alto teor em SiO2), diminuindo a quantidade de lquido residual.

Mecanismo que facilita a separao dos cristais do lquidoSegregao por fluxoFigures 11-4 and 11-5 Drever and Johnston (1958). Royal Soc. Edinburgh Trans., 63, 459-499.

Fuso parcial ou Partial MeltingSeparao de uma poro lquida parcialmente fundida de um resduo slido.Efeito de remoo do lquido por vrios estgios do fundido Sistema EutticoSempre o primeiro fundido = composio do eutticoA composio dos elementos maiores do fundido euttico constante at que uma das surgencias das fases minerais consumido (diferentes elementos traos)Uma vez que uma fase consumida, a prxima adicionada do fundido ser diferente X e T.

RELAES ENTRE AS FASES DO EUTTICO BINRIO

PROCESSOS DE DIFERENCIAO MAGMTICA

Durante a ascenso do magma at a superfcie ou para pores mais rasas na crosta podem se produzir uma srie de processos de diferenciao magmtica que variam a composio do magma. Os principais mecanismos de diferenciao so:

(a) imiscibilidade de lquidos;

(b) cristalizao fracionada

(c) assimilao

(d) mistura de magmas

Como conseqncia desses processos de diferenciao se originam os denominados magmas diferenciados ou derivados, cuja composio pode ser muito diferente do magma primrio correspondente. Todos estes fatores (modo de formao, maior ou menor ascenso na crosta, grau de diferenciao...) so os responsveis pela grande variedade de rochas gneas que conhecemos.

So os processos pelos quais um magma sofre diversificao produzindo magma ou rocha de composio diferente.Dois processos so essenciais:1. A criao de uma composio diferente em uma ou mais fases;2. Preservar as diferenas qumicas por segregao (ou fracionamento) em pores qumicamente distintas. Diferenciao Magmtica

Imicibilidade dos liquidus no sistemaFo-SiO2Imicibilidade dos liquidusFigure 6-12. Isobaric T-X phase diagram of the system Fo-Silica at 0.1 MPa. After Bowen and Anderson (1914) and Grieg (1927). Amer. J. Sci.a) Imicibilidade dos lquidos - Consiste na separao de um lquido inicialmente homogneo em duas fases lquidas distintas composicionalmente. Em muitos processos de fuso, a imiscibilidade dos lquidos resulta em um lquido rico em metais separado de um lquido rico em fases silicatadas;

The effect of adding alkalis, alumina, etc. is to eliminate the solvus completelyFigure 7-4. Isobaric diagram illustrating the cotectic and peritectic curves in the system forsterite-anorthite-silica at 0.1 MPa. After Anderson (1915) A. J. Sci., and Irvine (1975) CIW Yearb. 74.

Renewed interest when Roedder (1951) discovered a second immiscibility gap in the iron-rich Fa-Lc-SiO2 systemFigure 11-7. Two immiscibility gaps in the system fayalite-leucite-silica (after Roedder, 1979). Yoder (ed.), The Evolution of the Igneous Rocks. Princeton University Press. pp. 15-58. Projected into the simplified system are the compositions of natural immiscible silicate pair droplets from interstitial Fe-rich tholeiitic glasses (Philpotts, 1982). Contrib. Mineral. Petrol., 80, 201-218.

Alguns ExamplosCristais tardios rico em silica imicveis com os basaltos toleticos (as in Roedder)Imiscibilidade entre o Sulfetos-silicatados (massive sulfide deposits)Sistema Carbonatitico-nefelina

(b) cristalizao fracionada - o magma primrio pode conter cristais e quando estes possuem uma densidade distinta do magma, e em condies favorveis, pode-se produzir a separao desses cristais, por acumulao na poro superior (os feldspatos, por exemplo) ou no fundo da cmara magmtica (olivinas, piroxnios, por exemplo). Isto origina a segregao de determinados componentes minerais, variando a composio do magma residual; A figura a mostra a formao de um depsito mineral por assentamento cristalino, gros de trs minerais se depositam com diferentes taxa se produzem trs tipos de rochas de diferentes composies. Observa-se nesse exemplo, camadas de cromita (preta) e plagioclsio (branco) formado durante a cristalizao.

Segregao por Gravidade

A compresso da cmara magmtica e a segregao por gravidade (acumulao de cristais por ordem da sua formao e por ordem das suas densidades) so processos pelos quais os cristais originados podem ser separados do lquido residual.

Transporte Volteis Com o aumento dos volteis h uma supersaturao do magma que pode liberar este vapor reduzindo a presso, esta a fase de volaterizao do magma.

Figure 7-22. From Burnham and Davis (1974). A J Sci., 274, 902-940.

No estagio final da cristalizao fractionada A cristalizao fracionada enrriquece os fundidos tardios em elementos incompatveis e no em elementos litosfFractional crystallization enriches late melt in incompatible, LIL, and non-lithophile elementsMany concentrate further in the vaporParticularly enriched with resurgent boiling (melt already evolved when vapor phase released)Get a silicate-saturated vapor + a vapor-saturated late derivative silicate liquid

Assentamento GravitacionalO ponto de resfriamento a as camadas de olivine se formam na base do pluton se as olivinas afundarem primeiro.Prxima camada - ol+cpx Finalmente - ol+cpx+plagTextura cumulata:Fenocristais mutuamente se tocando com resduo fundido intersticial cristalizado. Figure 7-2. After Bowen (1915), A. J. Sci., and Morse (1994), Basalts and Phase Diagrams. Krieger Publishers.

Diferenciao Magmtica: Assentamento dos Cristais

Assimilao c) Assimilao - Durante a ascenso em direo superfcie, o magma pode fundir pores das rochas encaixantes e incorpor-las, variando assim a composio do magma original;

Exemplos de Assimilao Rocha grantica sendo envolvida por lava baslticaXenlito de Rocha de origem sedimentar dentro do monzogranitoAutlito mfico em Granodiorito finoO Magma pode digerir/assimilar ou envolver e preservar pores das rochas encaixantes.

Mistura de Magmas(d) mistura de magmas - ocorre fundamentalmente durante a residncia em cmaras magmticas, como conseqncia do aporte de novas pulsos de magmas primrios, que variam a composio do magma ali acumulado.

Diferenciao Magmatica: Magma Mixing ou Mistura

Basalt pillows accumulating at the bottom of a in granitic magma chamber, Vinalhaven Island, MaineComingled basalt-Rhyolite Mt. McLoughlin, OregonFigure 11-8 From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall

Concentrao de Cristais por Correntes de ConvecoFigure 11-11. Schematic section through a rhyolitic magma chamber undergoing convection-aided in-situ differentiation. After Hildreth (1979). Geol. Soc. Amer. Special Paper, 180, 43-75.

Processos de diferenciao magmatica nos diferentes tipos de Ambientes tectnicos

Processos de diferenciao magmatica nos diferentes tipos de Ambientes tectnicos

Diferenciao Magmtica: RESUMO

*We have now created a primary magma by partial melting of the mantleIt is a basaltCan we get the diversity of igneous rocks that we find at the surface from this parent?If so, how?If not, what other process(es) are necessary?*The motion of the magma past the stationary walls of the country rock creates shear in the viscous liquidMagma must flow around phenocrysts, thereby exerting pressure on them at constrictions where phenocrysts are near one another or the contact grain dispersive pressure, forcing the grains apart and away from the contact

This is probably a relatively minor effect*Several early geologists appealed to liquid immiscibility as a mechanism for magmatic differentiationMight be responsible for the separation of a granitic liquid from an evolving system (presumably from an initial basaltic parent)

Liquid immiscibility in the Fo-SiO2 systemVery limited compositional rangeHow behave as add more components?

*Liquid immiscibility quickly dropped out of favor

*Liquid immiscibility is now widely accepted as a phenomenon in natural magmas

But the extent of the process, and its importance in generating large bodies or a significant proportion of evolved magmatic rocks is still dubious*Granites & rhyolites? Bimodal basalt-rhyolite? Unlikely, since dont correspond to any known experimental gaps

*Mineral segregation from a melt will enrich the melt in volatile phasesEven fractionation of hydrous minerals removes less water from the melt than is concentrated by the separation of other mineralsEventually the magma reaches the saturation point and a hydrous vapor phase is produced

This somewhat paradoxical boiling off of water as a magma cools has been called retrograde or resurgent boiling

The vapor phase concentrates volatile constituents such as H2O, CO2, S, Cl, F, B, and P, as well as a wide range of incompatible and chalcophile elements (esp LILs)*The magma near the vertical contact becomes enriched in water from the wall rocksWater-enriched boundary layer, although cooler, is less dense than the interior magma, and rises to concentrate near the top of the chamberThis is compositional convection A growing density-stabilized boundary layer cap, which inhibits convection in that portion Gradients in the cap rock, initially reflecting the water content, which, due to density differences, increases upwardSo far it is quite likelyHildreth then went on to propose Thermogravitational DiffusionVolatile gradient affects structure of the melt and the degree of polymerization (Section 7.4.1), and thus O/(Si+Al) in the liquidT, volatile, and O/(Si + Al) gradients diffusion in the cap vertical compositional gradients in the other componentsHildreths stratigraphic enrichments do not correlate well with the thermal Soret gradientsThermogravitational diffusion no longer in vogue, but a number of in situ processes are possible, including the first parts of Hildreths scheme