Experimentos en Petrología

 Escrito por: Francisco Tapia
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La petrología experimental, debe ser por lejos, el campo de investigación de mayor desarrollo en lo que a experimentos geológicos respecta. Especialmente si hablamos de petrología ígnea y metamórfica, donde los estudios son variados y la cantidad de descubrimientos alcanza cifras importantes (Kuenen, 1964).

En esta oportunidad, se han seleccionado algunos experimentos, los cuales se explican de manera general a continuación: 

1)El principio de reacción en petrogénesis (Bowen, 1922)

Esta investigación realizada por Norman Levi Bowen, en conjunto con su publicación del año 1919 titulada “Cristallization-differentiation in igneous magmas”, también de su autoría, surgen ante la necesidad de refutar las teorías de petrología ígnea imperantes en la época, las cuales establecían que prácticamente cada roca tenía su origen en un magma específico, de características particulares y distintivas (Bowen, 1919). 

· Resumen del experimento:

Este experimento, a grandes rasgos consistía en la fundición de material rocoso ígneo de baja granulometría y composición petrológica conocida, el cual era sometido a un enfriamiento que daba lugar a la re-cristalización del material, lo cual era observado al microscopio con la finalidad de determinar las asociaciones minerales que se presentaban a determinadas temperaturas de cristalización.

· Aportes y conclusiones:

Las conclusiones más importantes de esta investigación, son el descubrimiento de la cristalización de minerales formadores de roca, los cuales se podrían clasificar dentro de dos series: la serie continua de las plagioclasas (fig. 1), y la seria discontinua de los ferromagnesianos (fig. 2). Cosa que respalda la idea de Bowen, de que la mayoría de las rocas ígneas se originan de un mismo magma parental, y que la diferenciación que éste presente depende en gran medida de los procesos de “contaminación” que tengan lugar a medida que éste asciende, lo cual, concuerda perfectamente con sus descubrimientos realizados 3 años antes en su publicación “Cristallization-differentiation in igneous magmas”.

Fig. 1 Diagrama de fases de la seria Anortita-Albita. Imagen extraída de Bowen, 1922. 

 Fig 2.  Al lado izquierdo del diagrama, la serie discontinua de los ferromagnesianos, y al derecho la serie continua de las plagioclasas. Imagen extraída de Bowen, 1922

2) Equilibrio de fases de silicatos ferromagnesiamos formadores de roca en un sistema granítico. (Naney, 1983).

El experimento realizado por Naney (1983), consiste en el estudio de las relaciones de estabilidad de algunos silicatos ferromagnesianos formadores de roca comunes en sistemas de granito y granodiorita. 

· Resumen del experimento:

Para este caso, Naney (1983) investigó los sistemas antes mencionados en función de las temperaturas de proceso, contenido de agua, y presión total del sistema, con la finalidad de estudiar la estabilidad de las fases de silicatos ferromagnesianos formadores de roca, puntualmente hipersteno, augita, hornblenda, biotita y epidota; cuando éstos coexisten con feldespatos, cuarzo y el fundido granítico insaturado en vapor de agua. 

· Aportes y conclusiones.

Este experimento, permitió determinar que el contraste composicional entre las rocas graníticas, y su contenido de minerales máficos, se debe a la estabilidad que éstos manifiestan en fases de fundidos silícicos. 

La relación de estabilidad de fases de silicatos de Fe-Mg, concuerda totalmente con los estudios de Bowen (1922) acerca de la serie de cristalización discontinua. 

El olivino, está ausente en las “series de reacción graníticas”. Esta fase, por otra parte incluye ortopiroxeno, clinopiroxeno, hornblenda, biotita y epidota. 

La combinación específica de las fases incluidas en las series de reacción, está fuertemente afectada por la composición anhídrida del sistema, la presión total y el contenido de agua. Ésta, juega un rol fundamental, especialmente cuando está en cantidades menores a las necesarias para la saturación del fundido en sílice. 

Finalmente, este experimento brindó aportes significativos acerca del conocimiento de los parámetros físicos como la temperatura y presión que influyen en la petrogénesis ignea.

3) Mineralogénesis en un metamorfismo de contacto sintético (Ciszek, 2006).

· Resumen del experimento:

Este experimento consistió en mezclar material fino de V₂O₅ y Na₂SiO₃ (junto con una pequeña cantidad de Cr₂O₃ para añadir color a los cristales) en una relación 4,3:1 almacenados en el fondo de un crisol, debajo de tres piezas de mármol dolomítico y cuatro piezas de cuarzo cristalino. 

El conjunto se calentó gradualmente a 1020ºC en una caja de horno de recalentado donde se mantuvo durante 9 horas, para posteriormente ser enfriado hasta una temperatura de 763ºC. 

· Aportes y conclusiones:

Se apreció claramente la formación de “racimos” de cristales rojos de Ca₂NaMg₂(VO₄)₃ (Schaferita) de hasta 5 mm de ancho, con forma dodecaedral y trapezoedral (figura 3), típicas de los granates, haciéndose evidente la reacción de consumo sustancial de dolomita durante el proceso de metamorfismo.

Fig 3. Cristales de Schaferita obtenidos de manera experimental. Imagen extraída de Ciszec, 2006.

Referencias:

Bowen, N. (1919). Cristallization-differentiation in igneous magmas. The journal of petrology , XXVII (6), 393-430.

Bowen, N. (1922). The reaction principle in petrogénesis. The journal of petrology , XXX (3), 177-198.

Ciszek, C. (2006). Growth of alkaline-earth vanadate garnet by synthetic contact metamorphism with molten V₂O₅–Na₂SiO₃ acting on dolomite. Journal of Crystal Growth , 223-225.

Kuenen, H. (1964). El valor de los experimentos en geología. El valor de los experimentos en geología, (págs. 33-58). Groningen.

Naney, M. (1983). Phase equilibria of rock-forming ferromagnesian silicates in granitic system. American journal of science , 283, 993-1033.