DIFERENTIEREA MAGMELOR

DIFERENTIEREA MAGMELOR

Diferentierea magmelor reprezinta procesul de formare a 2 sau n magme (eventual roci), dintr-o magma initial omogena. Cu alte cuvinte diferentierea este procesul prin care dintr-o magma initiala rezulta fie mai multe magme de compozitii diferite, fie mai multe roci cu compozitii diferite. Mecanismele de diferentierea a magmelor, cu implicatii petrogenetice sunt in numar mai mare. Totusi, doua dintre ele sunt mai eficiente.

Licuatia magmelor.

Licuatia este un proces care afecteaza numai faza lichida a magmei si consta in separarea (segregarea) a doua lichide dintr-un singur lichid omogen, ca urmare a variatiilor de temperatura si/sau chimism. Prin urmare, dintr-un lichid (bi- sau policomponent) initial omogen, prin variatii termice sau barice rezulta 2 sau n lichide, cu chimism si densitati diferite, care dau minerale si roci diferite. Acest proces de dezamestec al lichidului omogen se numeste licuatie. Datorita diferentelor de densitate, aceste lichide se supraetajaza, sau daca apar in cantitati mai mici, ele tind sa se stranga sub forma de sfere (fig. 18 - plansa IV

a.    Lichidul initial cu compozitia x₁ este omogen la T₀. El ramane omogen pana la T₁, cand incepe diferentierea sa in doua lichide, al caror chimism se modifica odata cu temperatura, astfel incat la T₂ vor aparea compozitiile x₂ si x₃. In acest punct se atinge contrastul chimic maxim dintre cele doua lichide. La temperaturi mai mici (T₃) cele doua lichide tind spre omogenizare (devin foarte miscibile, adica se amesteca). Sub T₃, lichidul bicomponent devine din nou omogen.

Intervalul T₁ - T₂ in care are loc dezamestecul celor doua lichide se numeste interval termic de licuatie. Intervalul de compozitie x₁ - x₃ se numeste interval chimic de licuatie.

Cele doua intervale sunt desemnate prin termenul colectiv de lacuna de miscibilitate, pe considerentul ca in conditiile celor doua intervale, componentii lichidului nu sunt total miscibili. In acest caz, lacuna de miscibilitate nu intersecteaza curba de cristalizare a componentului B, ramanand deasupra acesteia.

b.    Lacuna de miscibilitate se opreste la T₃, prin urmare la intersectia cu, curba de cristalizare. Lichidul omogen x₁ de la T₀ devine neomogen la T₁, cele doua lichide rezultate evoluand spre compozitiile x₂ si x₃, specifice pentru T₃. La aceasta temperatura incepe sa se cristalizeze componentul B. In acest moment, in sistem se gasesc 3 faze:

n     lichidul cu chimismul x₃ (b);

n     lichidul cu chimismul x₂ (a);

n     faza solida B.

Temperatura nu mai poate cobori pana ce nu dispare una din faze. Cea care va dispare va fi evident x₂, din care cristalizeaza componentul B. Aceasta se consuma ramanand numai lichidul cu chimismul b. Componentul B consuma si b pana cand ajunge la E (punctul eutectic).

Licuatia trebuie inteleasa ca fiind un proces care incepe prin formarea de simple picaturi cu compozitie deosebita intr-o magma omogena, care se dezvolta, producand o emulsie, ajungandu-se sa se formeze magme separate (fig. 19 - plansa IV

Topiturile de silicati "uscate" (fara H₂O) ale rocilor naturale care contin alcalii, probabil nu manifesta licuatie la temperaturi obisnuite, magmatice. La topiturile "umede" (cu H₂O, CO₂), licuatia actioneaza in unele intervale chimice si termice limitate.

Ex: magmele cu sulfuri metalice. Prin licuatie, topiturile de sulfuri se separa relativ usor de topitura de silicati si este posibil ca masele de sulfuri, care insotesc gabbrourile si ultramafitele sa se fi format pe aceasta cale.

Diferentierea prin cristalizare.

Diferentierea prin cristalizare este calea cea mai eficienta de proliferare a magmelor secundare. Corpurile magmatice pot sta in intervalul de cristalizare sute si mii de ani, timp in care are loc o separare a fazei solide de cea lichida (Darwin a intuit-o la mijlocul secolului trecut). Mecanismul cel mai posibil, sugerat de Darwin, este separarea gravitationala si respectiv flotarea mineralelor felsice, adica a celor leucocrate (fig. 20 - plansa V

Relatia lui Stockes:

  (5)

unde: v - viteza de deplasare; h - vascozitatea; r - raza medie a cristalului;

g - acceleratia gravitationala; ρ_c - ρ_t = densitatea cristalului si respectiv a topiturii.

Ex: din topituri bazaltice, cristalele de olivina cad cu cativa cm/min, viteza suficienta pentru a contribui la formarea corpurilor de dunit, timp indelungat, din partile centrale ale masivelor gabbroice. PA

O alta cale ar putea fi existenta curentilor turbulenti. In acest mod s-ar putea forma cuiburile de cristale melanocrate cu forme neregulate, desemnate sub termenul de slire (fig. 21 - plansa V).

Ex: slirele de magnetit din gabbrouri, slirele de cromit, illmenit din anortozite.

Separarea partiala sau totala a fazei solide din faza lichida (o magma bazaltica) poate duce la o faza solida bine individualizata. In final, In loc sa rezulte un bazalt din magma bazaltica, datorita separarii treptate din ea a diferite faze solide, magma ramasa va fi o magma riolitica, trahitica sau andezitica si prin urmare pot sa rezulte asemenea roci, dupa o prealabila faza de cristalizare initiala. Acest lucru se datoreaza fenomenului de cristalizare fractionata.

In sfarsit, o a treia cale ar putea fi filtrarea sub presiune. In acest caz, diferenta de greutate specifica dintre faza lichida si faza solida este suficient de mare pentru a permite separarea fazei solide in spatii diferite. Cristalele raman in suspensie la diverse nivele. In urma presiunii tectonice, faza lichida se elimina prin "stoarcere" din "reteaua" ("buretele") fazei solide, rezultand o faza solida + faza lichida. Se realizeaza astfel o diferentiere in cadrul sistemului magmatic initial (fig. 22).

Diferentierea prin transfer in stare gazoasa.

Desi nu este extrem de eficient si important, acest proces se numara printre mecanismele de diferentiere magmatica. Procesul se desfasoara la adancimi mici, adica acolo unde conditiile de presiune permit separarea si migrarea ascensionala a componentilor volatili. Acestia migreaza spre partea superioara a camerei magmatice, antrenand cu ei si alti componenti ai sistemului, pe care ii concentreaza in partea superioara. Acest fenomen se explica astfel: solubilitatea gazelor este direct proportionala cu presiunea. De aici se deduce ca magmele umede, in drumul lor ascensional la suprafata, datorita scaderii presiunii, elibereaza o parte din componentii volatili. Mecanismul este ilustrat schematic in diagrama din figura 23 a,b - plansa V, care reprezinta schema de evaporare izoterma a unui lichid binar, format dintr-un component A greu volatil si un component B usor volatil, ca urmare a scaderii presiunii. La P₁, sistemul binar cu compozitia x₁ este complet lichid. La P₂, se separa faza gazoasa = g₁, de compozitie x₂. Masa gazoasa este si ea mixta, dar spre deosebire de l₁ (lichidul) din care se separa, este mai bogata in componentul usor volatil. Lichidul isi schimba treptat compozitia, datorita saracirii in componentul B. La P₃, faza lichida capata compozitia x₃, iar faza gazoasa capata compozitia x₁. La P₂, faza gazoasa este infima. La P₃, faza lichida dispare (lichidul fiind complet evaporat).

Din acest model simplu se pot trage doua cocluzii:

la temperatura T = constanta, evaporarea unui lichid policomponent se face pe un interval de presiune (interval baric). Acest interval baric, se mareste odata cu cresterea numarului componentilor si cu diferenta P_B - P_A, unde P_B = presiunea de vaporizare izoterma a componentilor usor volatili, iar P_A = presiunea de vaporizare izoterma a componentilor greu volatili;

faza gazoasa nu este formata exclusiv din componenti usor volatili (H₂O, CO₂, H₂S, HCl, HF). Ea contine si componenti greu volatili (K₂O, Na₂O, Al₂O₃, MgO).

Dupa opinia unor autori, aceste "gaze" se acumuleaza in partile superioare ale camerelor magmatice, antrenand compusii greu volatili ai magmelor. Se realizeaza astfel un transfer de substanta in stare gazoasa, care poate genera o diferentiere magmatica.

Procese postmagmatice

Dupa consolidare, in sistemul magmatic raman doua parti cu proprietati fizice net deosebite: a) partea solida, reprezentata prin rocile magmatice; b) partea fluida formata in principal din apa si celelalte substante volatile. Prin racirea treptata, cele doua parti sufera transformari specifice, denumite procese postmagmatice. Daca apa se gaseste in conditii supracritice, transformarile se numesc pneumatolitice, iar daca apa se afla sub punctul critic, transformarile se numesc hidrotermale. Este de adaugat ca punctul critic al apei pure este definit de temperatura T- 334⁰C si presiunea P-218 atm. Aceste valori cresc daca apa contine si alti componenti in stare dizolvata. La sistemele inchise, procesele postmagmatice constau mai ales intr-o continua reactie chimica intre roca solida si substantele volatile. Din aceste reactii, consecinta este inlocuirea mineralelor magmatice primare cu altele secundare (carbonati, sulfati etc.). Acest proces poarta denumirea de autometamorfism.

La sistemele deschise, fluidele substantelor volatile parasesc camera magmatica, patrunzand pe fracturi si prin sistemele de pori ale rocilor inconjuratoare, ajungand uneori pana la suprafata scoartei. Aceste fluide sunt de cele mai multe ori solutii apoase, cu numerosi componenti, adusi din magma sau asimilati din rocile inconjuratoare si pe care pot sa-I depuna in diverse conditii geologice. Precipitarile care au loc in conditiile apei supracritice se numesc depuneri-pegmatit - pneumatolitice, iar cele care au loc in domeniul subcritic al apei se numesc depuneri hidrotermale.