Presentacin de PowerPoint

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2.2 Clasificación química de rocas ígneas
2.2.1 Análisis de rocas y minerales
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2.2.1 Análisis de rocas
Fluorescencia de Rayos X
Se pueden analizar elementos con número atómico
11 (sodio) a 92 (uranio) Concentraciones de ppm
a 100.

• Muestras son bombardeadas con protones
• de alta energía (rayos X), que desplazan
• electrones de las capas internas del átomo.
• Electrones externos ocupan los sitios vacantes,
  emitiendo radiación equivalente a la diferencia
  de energía entre los dos estados. A este fenómeno
  se le denomina fluorescencia.
• 3. La longitud de onda de la radiación emitida es
  característica del elemento y la intensidad de la
  radiación es proporcional a la concentración del
  elemento.

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Plasma Acoplado por Inducción Inductively Coupled
Plasma (ICP)
2.2.1 Análisis de rocas
MX (sln.) ? MX (aerosol líq.) (nebulización) ?
MX (aerosol sólido) (desolvatación) ?
MX(g) (volatilización) ? Mº Xº (disociación) Mº
?M e- (ionización) Mº ?MY (asociación) Mº ?
M (g) ? M h? (excitación/emisión)
En la técnica más convencional, la muestra se
debe poner en solución usando ácidos puros,
mezclas de ácidos o fundentes. La muestra en
solución es introducida en un plasma con T entre
5,000 y 10,000 K, donde en milisegundos es
volatilizada, las moléculas son disociadas y los
átomos son ionizados y excitados. Plasma Gas
eléctricamente neutro de muy alta temperatura que
contiene moléculas, átomos, iones y electrones
generados por disociación y ionización
térmica. El plasma se genera por medio de la
inducción de una corriente de alta frecuencia en
argón ionizado. Detección se puede hacer con
Espectrómetro de emisión atómica. Espectrómetro
de masas.
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2.2.1 Análisis de rocas
ICP-AES (OES) Espectrometría de emisión atómica
(óptica) con plasma acoplado por inducción Los
átomos en la muestra son excitados, y al volver
al estado basal emiten fotones de longitud de
onda característica de un elemento en particular.
Se usa un detector óptico para separar la
radiación y determinar la intensidad de la luz
emitida. El número de fotones producidos es
proporcional a la concentración del elemento en
la muestra. El equipo se calibra con patrones de
referencia. Se pueden analizar elementos mayores
y algunos elementos traza simultáneamente.
Se pueden analizar simultáneamente elementos
mayores y elementos traza.
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2.2.1 Análisis de rocas
ICP-MS Espectrometría de masas con plasma
acoplado por inducción En el plasma se genera un
rayo de iones, el cual se enfoca hacia un
espectrómetro de masas (de tipo cuadrupolo o
sector magnético), donde se separan los iones de
acuerdo a la relación masa/carga. La masa es una
propiedad característica de cada elemento, y se
emplea en esta técnica para la determinación
cuantitativa (se miden isótopos). El equipo
calibra con patrones de referencia. Se pueden
determinar más de 70 elementos en una medición
con límites de detección en el rango de ppt (ng/L
10-9g/L) y análisis de relaciones isotópicas en
los equipos de alta resolución (pg).
Quadrupolo (Análisis secuencial)
Sector Magnético (Multicolector)
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TIMS Espectrometría de masas de ionización
térmica Ionización se hace en un filamento que
es calentado a alta temperatura por corto tiempo.
Detección en espectrómetro de tipo multicolector.
Se determinan relaciones isotópicas
Otros métodos analíticos
FeO Se determina por titulación redox con
Permanganato de Potasio (KMnO4).
Pérdida por ignición El contenido de volátiles
se determina por gravimetría calentando a 1000ºC
por 1 hr
H2O Agua ligada a estructuras minerales. Método
redox de Karl-Fisher SO2 I2 2H2O ? H2SO4
2HI
CO2 LECO El CO2 de la muestra se libera
calentando la muestra en un horno de inducción.
La detección se hace en un espectrómetro de
infrarojo.
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Técnicas microanalíticas
Permiten analizar pequeñas áreas (unas cuantas
micras) en muestras sólidas, para determinar p.
ej. la composición de minerales, vidrio,
inclusiones de magma o fluidos en cristales,
polvos comprimidos o el zoneamiento composicional
dentro de un cristal.
25 mm
Microsonda electrónica Muestras se preparan en
secciones pulidas. Un haz de electrones genera
rayos X cuya intensidad se mide con
espectrómetros de dispersión de longitud de onda.
Se pueden obtener análisis multielementales de
materiales geológicos en el rango de 100 ppm a
100.
Microsonda iónica sensitiva de alta resolución
(Sensitive High Resolution Ion Microprobe,
SHRIMP) Un haz de iones primarios de oxígeno o
cesio se enfoca en la superficie de una sección
delgada o granos pulidos y una fracción del
material dispersado se ioniza (forma iones
secundaros). Se determinan composiciones
isotópicas (p. ej. Sr, Pb, U, Hf, S) y elementos
traza. Una de las aplicaciones importantes es el
fechamiento U-Th-Pb en cristales.
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2.2.1 Análisis de rocas
Elementos Mayores
Comparación de Técnicas Analíticas
Límites de detección
Rango de concentración de análisis
FRX No requiere disolución de la muestra,
eliminan-do problemas de contaminación por
reactivos.
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2.2.1 Análisis de rocas
1 ppm (mg/kg) 1000 ppb (mg/kg) 1 ppb (mg/kg)
1000 ppt (ng/kg)
Comparación de Técnicas Analíticas
Elementos Traza
Límites de detección
Límites de detección
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2.2.1 Análisis de rocas
Aseguramiento de calidad de datos analíticos

• Para que un dato analítico sea completo debe
  incluir la incertidumbre de la medición.
• Por ejemplo Ba 835 15 ppm
• Indicadores de la calidad de datos analíticos
• Sesgo (Exactitud)
• Indica la cercanía entre el valor determinado y
  el valor conocido (o real). Se determina por

• Análisis repetido de patrones estables (Muestras
  de Referencia Certificadas).
• Estudio de comparación entre laboratorios.

Precisión Es la medida de la cercanía con la que
coinciden los resultados obtenidos al aplicar
repetidamente el procedimiento analítico bajo
ciertas condiciones. Se puede evaluar por medio
de

• Análisis repetidos de un patrón estable
• Análisis de duplicados
• Análisis de adiciones conocidas a blancos o
  muestras.

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2.2.2 Elementos Mayores

• ELEMENTOS MAYORES
• Varían en un factor menor que 100
  (generalmente es mucho menor que este valor).
• En general se reportan 11 elementos
  mayores/menores en análisis de rocas y
  minerales.
• - Constituyentes estructurales esenciales en
  minerales.
• ELEMENTOS TRAZA
• - Tienen concentraciones que pueden variar hasta
  en un factor de 1,000.
• Aproximadamente 90 de los elementos químicos
  conocidos se presentan en rocas y minerales en
  niveles traza (límite arbitrario lt 0.1
  lt1,000 ppm).
• En general sustituyen a elementos mayores en
  estructuras minerales.

250 ? 0 ppm
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Elementos Mayores
Los elementos mayores controlan las fases
minerales presentes a ciertas condiciones de
cristalización del magma y algunos de ellos
pueden dar información de las condiciones de
fusión.

• Para facilitar la interpretación de los datos
  geoquímicos se emplean
• Diagramas binarios (X-Y).
• a. Valor absoluto de los componentes químicos
• b. Relaciones de componentes químicos
• Diagramas ternarios.
• Normas que de alguna manera representan posibles
  modas (p. ej. CIPW).
• Representaciones matemáticas de la información
  composicional.
• Modelos.

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Elementos Mayores
Diagramas de Harker
Diagramas de variación binarios (X-Y)

• En conjuntos de rocas ígneas cogenéticas
  (comagmáticas), los pares de óxidos están
  fuertemente correlacionados.
• Las correlaciones o tendencias se pueden generar
  por uno o varios de los siguientes procesos
• grado variable de fusión parcial,
• cristalización fraccionada,
• mezcla de magmas, o
• contaminación.
• Las tendencias pueden representar el curso de la
  evolución química de los magmas.
• La dispersión en los datos se puede deber al
  error analítico y a que las tendencias pueden
  reflejar una evolución similar de lotes de magma
  con ligeras diferencias en su composición.

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Elementos Mayores
Tal vez, la propiedad más importante de los
diagramas de Harker es la aplicación de la regla
de la palanca para el balance de masa. Si se
tiene un conjunto de rocas relacionado por
cristalización fraccionada, el cual presenta
tenden-cias coherentes en diagramas de variación,
se puede establecer el tipo de minerales que
fraccionan. En general, las inflexiones en las
tendencias indican el inicio de la
cristaliza-ción de un nuevo mineral o grupo de
minerales. Las inflexiones se observarán sólo
para los elementos contenidos en el mineral.
Diagramas de variación binarios (X-Y)
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Elementos Mayores
MD
Sustracción de E
magma diferenciado
MP
Adición de E
Y ( en peso o ppm)
magma parental
A
E
X ( en peso o ppm)

• E puede ser
• un contaminante,
• un magma que se mezcla con MP
• cristales acumulados en el magma.

Si una cantidad de E es añadida o sustraída de MP
los híbridos resultantes graficarán a lo largo de
una línea recta definida por las composiciones de
E y MP. Las proporciones de los miembros finales
están dadas por la regla de la palanca.
Si se extrae E de MP para dar la composición MD
distancia MP-MD E removido
----------------------- x 100 distancia E - MD
MP
E
A
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Elementos Mayores
Regla de la Palanca

• Extracción de dos fases en proporción definida
  (8020).
• Extracción de M1 seguida por la extracción de M1
  y M2 (5050).
• Extracción de tres fases en proporción definida.
• Soluciones sólidas entre MA y MB fraccionan
  sucesivamente produciendo una tendencia curva.
  Algo similar se observa si varían las
  proporciones de dos o tres fases fraccionando
  simultáneamente.

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Elementos Mayores
Ecuaciones de balance de masa

• Mm fm equivale a Ma
• en la ecuación general

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Cuánto olivino (44.77 en peso MgO) debió
fraccionar para obtener un líquido con 16.29 en
peso de MgO a partir de un líquido con 17.39 en
peso de MgO?
M0 - ML fm --------------- Mm - ML
Mm Concentración en la fase m fm Proporción
en que ha cristalizado la fase m
ML 16.29 en peso MgO M0 17.39 en peso
MgO Mm 44.77 en peso MgO
17.39 16.29 fm --------------------
0.0386 44.77 16.29
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2.2.3 Clasificación de rocas volcánicas basada en
la composición química de roca total
Diagrama TAS IUGS, Le Bas et al. (1986) Se
aplica a rocas volcánicas frescas (H2Olt2 y CO2 lt
0.5) en las que no es posible deter-minar la
composición modal. Los análisis deben ser
recalculados al 100 en base seca (sin H2O, CO2,
ni PxC). Se apoya en norma CIPW Basalto Basalt
o alcalino ne normativa Basalto subalcalino hy,
q norm Tefrita lt 10 ol norm. Basanita gt 10
ol norm. Traquita q lt 20 en qabanor Traquida
cita q gt 20 en
qabanor
20
Clasificación basada en la composición química de
roca total
Series de rocas magmáticas

• Rocas alcalinas
• Subsaturadas en sílice
• Contienen ne normativa
• Comúnmente incluyen alguno(s)
• de los minerales

• Feldespatoides (nefelina, leucita)
• Analcima
• Feldespato alcalino
• Anfíboles alcalinos
• Clinopiroxenos alcalinos
• Soluciones sólidas biotita-flogopita
• Olivino

NO CONTIENEN ORTOPIROXENO, CUARZO
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Clasificación basada en la composición química de
roca total
Saturación en sílice
En la norma CIPW Sobresaturadas q Saturadas
hy , hy ol Subsaturadas ol ne
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Clasificación basada en la composición química de
roca total
Subdivisión de rocas subalcalinas
Subdivisión en función del contenido de K2O

• Serie tholeítica (calcialcalina de bajo K)
• Serie calcicalcalina
• Serie calcicalcalina de alto K
• Serie alcalina (shoshonítica).

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Subdivisión de rocas subalcalinas
Miyashiro (1974)
Sin embargo, otros autores han basado la
subdivisión entre calcialcalino y tholeiítico en
el enriquecimiento en FeO (relación
FeO/MgO). Debido a ésto, Arculus (2003) propone
que se abandone el uso del término calcialcalino
cuando la discriminación se base en los
contenidos de FeO y MgO.
Arculus (2003)
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Calsificación de basaltos con base en la
composición normativa
Yoder Tilley, 1962, Journal of Petrology, 3,
342-532.
Plano Ol-Pl-Cpx Plano crítico de
subsaturación de sílice Barrera térmica a 1 atm
separa a basaltos alcalinos de tholeitas de
olivino Plano Pl-Opx-Cpx Plano de saturación de
sílice No hay barrera térmica. Tholeitas de
olivino pueden fraccionar a tholeitas de cuarzo
(más ricas en sílice).
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Clasificación basada en la composición química de
roca total
Saturación en alúmina
Especialmente importante en la clasificación de
rocas félsicas
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Saturación en alúmina
Índice de saturación en alúmina Al2O3 /
(K2ONa2OCaO) Las relaciones son molares!!
Dividir en peso del óxido entre el peso
molecular del óxido.
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EJEMPLO Aplicación de elementos mayores para
estimar la historia de cristalización fraccionada
en muestras del volcán Kilauea, Hawaii.
Se presenta una serie de 16 análisis que
representan basaltos primitivos y magmas más
evolucionados. Con estos análisis se investigarán
los cambios composicionales de los líquidos
durante la cristalización fraccionada de varias
fases fenocristalinas.
Fuente de los datos Tabla 13-1 de Philpotts,
1990, Principles of igneous and metamorphic
petrology, Prentice Hall.
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Hawaii basalt data set analyses
29
Volcán Kilauea, Hawaii
Composición de fenocristales
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Volcán Kilauea, Hawaii
Clasificación
Norma CIPW Muestras 1-7 Normativas en olivino,
diópsida e hiperstena Saturadas en
sílice Tholeiitas de olivino Muestras 8-16
Normativas en cuarzo, diópsida e hiperstena
Sobresaturadas en sílice Tholeiitas de cuarzo
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Volcán Kilauea, Hawaii
Índice de diferenciación
Mg molar Mg/(MgFe2)
Evolucionado
Se usa Mg como medida de laevolución
magmática.Mg aumenta casi linealmente con el
índice de diferenciación, al fraccionar fases
máficas del líquido.
Índice de diferenciación
(MgO/40.3044) Mg ----------------------------
----------- (MgO/40.3044)(FeO/71.8464)
Primitivo
La evolución del magma ocurre por cristalización
fraccionada.
Índice de diferenciación (norma) q or ab
an ne lc kp
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Volcán Kilauea, Hawaii
Norma CIPW
Al avanzar la cristalización fraccionada de
olivino, la contidad del componente de olivino en
el líquido (ol normativo) disminuye, hasta
desaparecer. Después aparece cuarzo (q)
normativo.
de cuarzo normativo
La inflexión en este caso no tiene significado.
Resulta del procedimiento de cálculo de la norma.
de olivino normativo
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Volcán Kilauea, Hawaii
MgO, Al2O3, CaO
Gráfico de tres óxidos mayores vs. el índice de
evolución del magma (Mg). Los datos no definen
líneas rectas, lo cual indica cambios en el
ensamble de minerales que fraccionan.
en peso de los óxidos
Olivino (Mg,Fe)2SiO4 Augita Ca(Mg,Fe)Si2O6 Plagi
oclasa (Ca,Na)(Al,Si)4O8 Enstatita (Mg,Fe)SiO3 I
lmenita FeTiO3
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Volcán Kilauea, Hawaii
MgO vs. CaO
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Volcán Kilauea, Hawaii
TiO2, Na2O, K2O, P2O5
Gráfico de cuatro óxidos mas bien incompatibles
(no entran en minerales que fraccionan). Se
observan cambios en la pendiente en magmas más
evolucionados al iniciar el fraccionamiento de
Plg e Ilm.
en peso de los óxidos
Olivino (Mg,Fe)2SiO4 Augita Ca(Mg,Fe)Si2O6 Plagi
oclasa (Ca,Na)(Al,Si)4O8 Enstatita (Mg,Fe)SiO3 I
lmenita FeTiO3
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Ligera disminución en TiO2 por Ti en piroxenos?
Disminución tardía fuerte por fraccionamineto de
ilmenita.
Volcán Kilauea, Hawaii
Relaciones de elementosincompatibles
Las fases mayores que fraccionan
son Olivino (Mg,Fe)2SiO4 Augita Ca(Mg,Fe)Si2O
6 Plagioclasa (Ca,Na)(Al,Si)4O8 Enstatita (Mg,
Fe)SiO3 Ilmenita FeTiO3
Disminución en Na2O debida a fraccionamiento de
plagioclasa.
Relaciones de los óxidos en en peso
La relación P2O5/K2O no cambia, debido a que
ninguno de los dos óxidos está incluido en fases
mayores. Ambos son fuertemente incompatibles.
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Volcán Kilauea, Hawaii
Muestra 1 ( 100 de líquido)
Líquido residual
Elementos perfecta-mente incompatibles se pueden
usar para calcular en de líquido residual F
100(Mo/ML)
Mo Concentración del elemento en el magma
parental (muestra 1). MLConcentración del
elemento en los líquidos derivados.
de líquido residual (K2O)
de líquido residual (P2O5)