Procesi frakcijske kristalizacije

(engl. fractional crystallization processes) To su procesi koji se temelje na činjenici da se sastav magme u toku njene kristalizacije stalno i postepeno mijenja. Ti procesi imaju najveći značaj  pri evoluciji magme te se ovaj mehanizam najčešće koristi za objašnjenje raznovrsnosti magmatskih stijena.[1]

Procesi frakcijske kristalizacije:

  1. Bowenov reakcijski niz
  2. Gravitacijska kristalizacija
  3. Kristalna filtracija
  4. Zonalna kristalizacija

Geokemijske značajke:

  • Ponašanje alkalijskih elemenata tijekom frakcijske kristalizacije uglavnom ovisi o feldspatima, s obzirom da su Na i K inkompatibilni elementi njihova koncentracija raste s hlađenjem magme jer se prvo kristaliziraju jako bazični plagioklasi s malim sadržajem tih elemenata
  • Udio Ca ovisi o feldspatima te feromagnezijskim mineralima, u početku mu je koncentracija visoka no kad se počinju kristalizirati klinopirokseni onda znatno opada, na kraju procesa je vrlo niska jer Ca troše i neutralno do bazični plagioklasi te hornblenda
  • Fe i Mg su glavni kationi diskontinuirane serije koji grade minerale mješance, u izomorfnoj seriji prvo će kristalizirati forsterit pa onda fajalit jer se Mg izdvaja na višoj temperaturi nego Fe. Mg brže opada u taljevini pa se postepeno smanjuje odnos MgO : FeO. Taj odnos u petrologiji se može koristiti kao indikator stupnja izdiferenciranosti neke primarne, obično bazaltne magme.

BOWENOV REAKCIJSKI NIZ

To je prikaz procesa frakcijske kristalizacije na osnovi egzaktnih laboratorijskih podataka, dobivenih eksperimentirajući bazaltnim taljevinama. Počiva na dvije osnovne činjenice:[2]

  1. Kristalizacija magme se ne odvija na stalnoj temperaturi, nego u određenom tempereaturnom rasponu
  2. Kemijski sastav minerala koji kristaliziraju postepeno se mijenja s padom temperature

Mnogi minerali se konstantno pojavljuju zajedno u magmatskim stijenama kao zakonomjerne mineralne asocijacije, npr:

  • Kvarc + K-feldspat + Na-plagioklas + Biotit
  • Neutralni plagioklas + Hornblenda + Biotit
  • Bazični plagioklas + Ca-piroksen + Olivin + Mg-piroksen

Neki minerali pokazuju tzv. “mineralnu antipatiju“, odnosno ne pojavljuju se zajedno. To se objašnjava u znatnim razlikama u temperaturi kristalizacije ili pak kristalizacijom iz magmi različitog sastava.

Postoje dva reakcijska niza:

  1. Kontinuirani
    • bitan u petrogenezi
    • niz plagioklasa kao izomorfna serija – postepeno mijenjanje kemijskog sastava mineralne grupe
  2. Diskontinuirani
    • rezultat međusobnog djelovanja magme i kristala
    • prijelaz jednog minerala u drugi (npr. prijelaz forsterita u enstatit,  Mg2SiO4 + SiO2 → 2MgSiO3)[3]
Slika 1. Dijagram Bowenovog reakcijskog niza

GRAVITACIJSKA KRISTALIZACIJA

To je proces frakcijske kristalizacije magme uzrokovan gravitacijom. Počinje polaganim hlađenjem magme i formiranjem minerala s najvišim talištem. Ti minerali imaju veliku gustoću te zbog toga počinju tonuti i taložiti se na dnu magmatskog tijela što je posljedica djelovanja Zemljine sile teže, ukoliko magma nije jako viskozna. S druge strane, minerali manje gustoće će ostati u lebdećem stanju u višim djelovima magmatskog tijela.

Ukoliko prvi formirani minerali imaju drugačiji sastav nego primarna magma, onda će rezultat frakcioniranja biti novi kemijski sastav magme. Nadalje, preostala hladnija magma može reagirati s ranije formiranim mineralima čime se opet mijenja kemizam magme. Ako se preostala magma kristalizira i formira minerale u intersticijskom prostoru, takvi minerali nazivaju se interkumulus-minerali, dok se ranije formirani minerali koji gravitacijski tonu nazivaju kumulus-minerali.[4]

Primjeri:

  • Zbog najčešćeg sastava i temperature magme, prvi kristaliziraju olivini. Time se mijenja kemizam magme koja postaje kiselija. Prema izračunima, ukoliko kristalizira 50% olivina, postotak SiO2 će porasti za 5-6 %. Na taj način se iz primarne bazične magme dobivaju magme sa preko 55% SiO2.
  • Tako izdiferencirana tijela karakteristična su za velike kontinentalne štitove; najbolji primjer su peridotitsko-gabroidni kompleks Stillwater u SAD-u. Primarna bazična magma je u tim slučajevima gravitacijskom kristalizacijom dala različite peridotitske diferencijate koji se nalaze na dnu magmatskog tijela, zatim u središnjim najdebljim dijelovima varijetete gabra, odnosno bazične stijene, dok u najvišim djelovima dolaze, relativno podređeno različiti neutralni i kiseli diferencijati.[5]
Slika 2. Prikaz diferenciranja magme djelovanjem gravitacije na kumulus-minerale[6]

KRISTALNA FILTRACIJA

Jedan od procesa diferencijacije magme koji utječe na značajnu različitost magmatskih stijena. Taloženjem kumulus-minerala na dno magmatskog tijela stvara se kristalna masa koja je sve gušća i sadrži sve manje taljevine s vremenom. Na taj način dolazi do istiskivanja preostale magme u interesticijskim prostorima kristalne mase kroz gustu mrežu (filter) ranije formiranih kristala.

Mehaničke sile koju uzrokuju ovaj proces mogu biti kompresijske, tenzijske i smične. Bez obzira na vrstu sile, taljevina se uvijek kreće prema području najmanjeg tlaka.

S obzirom da se kemijski sastav ranije formiranih minerala i intersticijskog magmatskog ostatka razlikuju, to znači da pri kristalnoj filtraciji dolazi do istiskivanje magme različitog sastava, kako u odnosu na “filter” tako i na sastav primarne magme.

Ovaj mehanizam često se koristi u petrogenetskim interpretacijama. Također je na našim prostorima izneseno mišljenje  da su procesi kristalne filtracije primarne bazične magme u podzemlju mogli dati kiseliju i natrijem obogaćenu magmu kao ostatak, koja je na površini mogla dati spilite i keratofire. Pretpostavka je iznesena na osnovi činjenice da se u gabroidnim diferencijacijama često zapaža akumuliranje jako kiselih plagioklasa i klorita u intersticijskom prostoru.[7]

ZONALNA KRISTALIZACIJA

U kontinuiranim reakcijskim nizovima ova pojava se može lijepo uočiti na zonalnim plagioklasima, koji su kod nas naročito česti u tercijarnim andezitsko-dacitskim stijenama. Kod diskontinuiranih reakcijskih serija stvara se tzv. reakcijski omotač. Najčešće se nalazi piroksenski omotač oko olivina.

Oba procesa imaju ograničen značaj za mijenjanje kemizma magme. Ipak, ako većina petrogenih minerala pokazuje ovu pojavu, konačni rezultat može značajno promijeniti sastav magme. Ukoliko dođe do djelovanja kristalne filtracije, tada će istiskivanjem nastati magma drugačijeg sastava od primarne magme, ali i drugačijeg sastava u odnosu na ranije formirane minerale.[8]

Korišteni izvori   [ + ]

1, 2, 4, 5, 7, 8. Pamić J., Ristić P., (1981) Petrografija i petrologija magmatskih stijena, Sarajevo: Svjetlost
3. Pamić J., Ristić P., (1981) Petrografija i petrologija magmatskih stijena 1. izdanje, Sarajevo: Svjetlost
6. https://opentextbc.ca/geology/chapter/3-3-crystallization-of-magma/

Da li vam je ovaj članak pomogao?

Povezane objave

Ostavi svoj komentar…