COEFICIENTE DE PARTICIÓN,

ELEMENTOS COMPATIBLES 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

• Si D < 1, el elemento es “incompatible” (prefiere los líquidos)

• Si D ≥ 1, el elemento es “compatible” (prefiere los sólidos)

¡La incompatibilidad o compatibilidad de un elemento depende de las fases 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, Pb4+, 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+)

Valencia

Ra

dio

ió

nic

o

Elementos compatibles e incompatibles

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

Kd basálticos

Liquido Basalto, Basalto-Andesita

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

Rb Sr Ba K 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

Min

era

l/M

atr

iz

Olivino

Ortopiroxeno

Clinopiroxeno

Hornblenda

Flogopita

Plagioclasa

Granate

Magnetita

Esfena

Kd fundidos andesíticos

Liquido andesitico

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

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

Min

era

l/M

atr

iz

Olivino

Ortopiroxeno

Clinopiroxen

oHornblenda

Plagioclasa

Granate

Magnetita

Esfena

Kd rioliticos

Dacita Riolitico

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

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

Min

era

l/M

atr

iz

Ortopiroxeno

Clinopiroxeno

Hornblenda

Biotita

Granate

Magnetita

Ilmenita

Cuarzo

Plagioclasa

Feldespato

Apatito

Zircon

Esfena

Allanite

Coeficientes de Partición

a

b

c

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 + … + xjDj

▫ Xj = Proporción modal del mineral j en el sistema

▫ Dj = Coeficiente de partición entre el mineral j y el magma

Diagramas de REE

Gráficos de concentración (eje – y) vs número atómico creciente

Grado de compatibilidad aumenta desde la izquierda a la derecha

Co

nce

ntr

aci

ón

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

En el manto, al incrementar la presión, incrementa la T°

Inco

mp

ati

ble

C

om

pa

tib

le

DHoCpx = 1

Factores que afectan a los

Coeficientes de Partición

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.

Radio Iónico y Carga: Controlan la sustitución de los elementos en la red cristalina de los minerales

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 Kd 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 Kd 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 Eu2+ 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 Eu3+ se forma en condiciones de alta actividad del oxígeno. Eu2+ y Eu3+ tienen muy diferentes Kd entre la plagioclasa y el fundido (Eu2+ 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

• gracias

GRACIAS