COEFICIENTE DE PARTICIÓN, ELEMEN ELE MENT TOS CO COMP MPA ATIB TIBLE LESS E INCOMPATIBLES Integrantes: -Chancafe Poma, Miguel -Meza Menacho, Edward -Miranda Gutierrez, Luis
Coeficientes de Partición • La manera en que los elementos traza se distribuyen entre 2 fases de un sistema (sólido y líquido)
C = concentración de un elemento x S y L = dos fases distintas (sólida y líquida)
Coeficientes de Partición • La manera en que los elementos traza se distribuyen entre 2 fases de un sistema (sólido y líquido)
C = concentración de un elemento x S y L = dos fases distintas (sólida y líquida)
Coeficientes de Partición • Si D < 1, el elemento es “incompatible” (prefiere los líquidos) • Si D ≥ 1, el elemento es “compatible” (prefiere los sólidos) ¡La incompatibilidad incompatibilidad o compatibilidad compatibilidad de un un elemento depende de las fases involucradas! involucradas!
• Los elementos incompatibles son concentrados en el líquido (fundido)
D<1 • Los elementos compatibles son concentrados en el sólido (minerales)
D>1
• Los elementos incompatibles comunmente divididos en dos subgrupos: ▫ High Field Strength Elements (HFSE): Más pequeños (bajo radio iónico), alta carga, inmóviles (REE, Th, U, Ce, Pb 4+, Ti, Zr-Hf, Nb-Ta) ▫ Low Field Strength Elements (LFSE) o Large ion Lithophile Elements (LILE): Baja carga y alto radio iónico, móviles, particularmente cuando está involucrada una fase fluida (K, Rb, Cs, Ba, Pb2+, Sr, Eu2+)
Elementos compatibles e incompatibles
o c i n ó i o i d a R
Valencia
Contrastes y similitudes en los coeficientes de partición: • Todas las REE son incompatibles!! • Eu2+ se concentra en Pg
Kd de los elementos traza (<0.1%) en los minerales de diferentes fundidos
Liquido basáltico: Ol, Opx, Clpx, Hn, Flog, Plag, Garnet, Mgt, Esf. Liquido andesítico: Ol, Opx, Clpx, Hn, Plag, Garnet, Mgt, Esf.
Liquido dac/riolitico: Opx, Clpx, Hn, Biot, Garnet, Mgt, ilmenita, Qz, Plag, K-feld, Apatito, Zircon, Esf, Allanita
1000 Liquido Basalto, Basalto-Andesita
100
Olivino Ortopiroxeno Clinopiroxeno
10 z i r t a M / l a r e n i M
Hornblenda Flogopita
1
Plagioclasa 0.1
Granate Magnetita
0.01 Esfena
0.001 R b Sr Ba K
Y Ti
Zr H f Nb T a Th U L a Ce P r N d Sm Eu Gd Tb D y H o Er T m Yb L u N i C o V C r Sc Mn
Kd basálticos
1000
Olivino
Liquido andesitico
Ortopiroxeno 100
Clinopiroxen o Hornblenda 10 z i r t a M / l a r e n i M
Plagioclasa Granate 1
Magnetita Esfena 0.1
0.01
0.001 Rb Sr Ba K
Y
Ti Zr Hf Nb Ta Th La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ni Co V
Cr Sc
Kd fundidos andesíticos
1000
Ortopiroxeno
Dacita Riolitico
Clinopiroxeno Hornblenda
100
Biotita Granate 10
z i r t a M / l a r e n i M
Magnetita Ilmenita
1
Cuarzo Plagioclasa Feldespato
0.1
Apatito Zircon 0.01
Esfena Allanite
0.001 Rb Sr Ba K Cs Pb Y Ti Zr Hf Nb Ta Th U La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ni Co V Cr Sc Mn
Kd rioliticos
Coeficientes de Partición a c b
Coeficientes de Partición • Un sistema magmático generalmente tiene más de 2 fases ▫ Se define entonces un coeficiente de partición global “ bulk partition coefficient” para cada elemento traza:
D = x1D1 + x2D2 + x3D3 + … + x jD j ▫ X j = Proporción modal del mineral j en el sistema ▫ D j = Coeficiente de partición entre el mineral j y el
Diagramas de REE Gráficos de concentración (eje – y) vs número atómico creciente Grado de compatibilidad aumenta desde la izquierda a la derecha n ó i c a r t n e c n o C
La Ce Nd Sm Eu Tb Er Dy Yb Lu
Factores que afectan a los Coeficientes de Partición • Composición: ▫ Factor más importante ▫ Un elemento incompatible en magmas máficos puede ser compatible en magmas félsicos.
Factores que afectan a los Coeficientes de Partición • Presión y Temperatura: ▫ D disminuye al aumentar la T ▫ D se incrementa al aumentar la P e l b i t a p m o C e l b i t a p m o c n I
DHoCpx = 1
Factores que afectan a los Coeficientes de Partición Radio Iónico y Carga: Controlan la sustitución de los elementos en la red cristalina de los minerales Reglas de Goldschmidt: • Dos iones con la misma valencia y radio iónico, deben ingresar a una solución solida en cantidades iguales. • Si 2 iones tienen distintos R.I e igual valencia, el más pequeño, ingresa en el sólido más que en el líquido. • Si 2 iones tienen R.I similares, pero diferentes valencias, el de carga más alta se incorpora en el sólido más que en el líquido.
Factores que controlan la concentración de los elementos traza durante la fusión parcial • Las fases mineralógicas presentes antes y durante el proceso de fusión • El porcentaje de fundido formado (F) • La concentración del elemento en el sólido original • Los coeficientes de partición D = f(P, T, C) • El mecanismo de fusión (batch o fraccionada)
Distribución de los elementos durante la cristalización • Dos procesos de cristalización fundamentales: ▫ Cristalización en equilibrio: Cuando los sólidos (minerales) y el líquido (magma) permanecen en equilibrio durante la cristalización. Es lo “opuesto” a batch melting. Requiere que todos los cristales permanezcan en contacto con el magma. ▫ Cristalización fraccionada: Cuando los sólidos se separan del líquido inmediatamente después de haberse formado. Es lo “opuesto” a fractional melting. Por lo tanto la composición del líquido y del sólido cambia continuamente.
conclusiones • Hasta el momento hemos visto el coeficiente de partición como un valor constante y bien determinado, pero la realidad nos dice que este coeficiente puede variar dependiendo de las condiciones de presión, temperatura, composición, actividad del oxígeno, química del cristal, contenido de agua en el fundido, etc. (La figura) muestra un poco estos efectos en los coeficientes de partición para REE en esfenos (Green & Pearson, 1986);
• Composición: En términos generales podemos decir que la composición tanto del fundido como del cristal es el factor mas importante con respecto a lo expuesto anteriormente por lo que cuando se entregan valores en tablas, éstos suelen estar agrupados según el contenido de sílice en el fundido y según el tipo de roca (figura ).
• Temperatura: El coeficiente de partición está en función de la temperatura. Ejemplo: El coeficiente de partición para el lutecio (Lu) entre olivino y basalto, y Lu y hafnio (Hf) entre clinopiroxeno y basalto, disminuye al aumentar la temperatura. Sin embargo, el efecto de la temperatura no esta aislado al de la composición (figura ).
• Presión: La influencia de la presión ha sido deficientemente evaluada. Sin embargo, Schimizu (1974) ha determinado que en los clinopiroxenos, el K d de Sr, K, Ba, Rb y Cs sufre un ligero aumento al disminuir la presión. Otros estudios (Green y Pearson (1983, 1986)) en esfenos y clinopiroxenos han demostrado que este coeficiente tiene un aumento sistemático en los K d de La, Sm, Ho y Lu al aumentar la presión de 7.5 a 30 Kbar (figura).
• Actividad del oxígeno: El mejor ejemplo que muestra el efecto de la actividad del oxígeno en el coeficiente de partición es el de la distribución de Eu 2+ entre plagioclasa y fundido basáltico (Drake & Weill, 1975). Hay un orden de magnitud en la diferencia de los coeficientes de reparto para el Eu entre condiciones atmosféricas y las condiciones relativamente reductores encontradas en basaltos (figura). esto se explica debido a que el Eu2+ se forma en condiciones de baja actividad de oxígeno, mientras que el Eu 3+ se forma en condiciones de alta actividad del oxígeno. Eu 2+ y Eu3+ tienen muy diferentes Kd entre la plagioclasa y el fundido (Eu 2+ es mucho más compatible que Eu3+ ).
• Los coeficientes de partición en basaltos y andesitas basálticas (45-57% SiO2) (según TAS) para las tierras raras quedan resumidos en la figura A. Aquellos observados en los líquidos andesíticos (57-63% SiO2) están resumidos en la figura B y para aquellos líquidos dacíticos, riodacíticos y riolíticos (>63%) en la figura C
• Los valores para las tierras raras (REE) comparados en riolitas, basaltos y andesitas muestran un orden de magnitud de diferencia para los minerales piroxeno y horblenda (mayor para los fundidos riolíticos), ya que estos minerales presentan una pequeña pero medible anomalía de Eu. Los valores para las tierras raras livianas en granate son mayores y la anomalía de Eu en las plagioclasas es mucho mayor
