Fraksjonell krystallisering (geologi)

Fraksjonell krystallisering er fjerning og segregering fra en smelte av mineralutfelling; unntatt i spesielle tilfeller endrer fjerning av krystallene sammensetningen av magmaen. I hovedsak er fraksjonell krystallisering fjerning av tidlig dannede krystaller fra en opprinnelig homogen magma (for eksempel ved tyngdekraftoppgjør) slik at disse krystallene forhindres i ytterligere reaksjon med restsmelten. Sammensetningen av den gjenværende smelten blir relativt utarmet i noen komponenter og beriket i andre, noe som resulterer i utfelling av en sekvens av forskjellige mineraler.

Fraksjonell krystallisering i silikatmelter (magma) er kompleks sammenlignet med krystallisering i kjemiske systemer ved konstant trykk og sammensetning, fordi endringer i trykk og sammensetning kan ha dramatiske effekter på magmautviklingen. Tilsetning og tap av vann, karbondioksid og oksygen er blant de sammensetningsendringene som må vurderes. For eksempel kan partialtrykket (fugacity) av vann i silikatsmelter være av største betydning, som i nær solidus krystallisering av magma av granittsammensetning. Krystalliseringssekvensen av oksydmineraler som magnetitt og ulvospinel er følsom for oksygenfugacity av smelter, og separasjon av oksydfasene kan være en viktig kontroll av silikakonsentrasjon i den utviklende magmaen, og kan være viktig i andesittgenese.

Eksperimenter har gitt mange eksempler på kompleksiteten som styrer hvilket mineral som krystalliseres først når smelten avkjøles forbi liquidus.

et eksempel er krystallisering av smelter som danner mafiske og ultramafiske bergarter. Mgo og SiO2 konsentrasjoner i smelter er blant variablene som bestemmer om forsteritt olivin eller enstatitt pyroksen utfelles, men vanninnhold og trykk er også viktig. I noen sammensetninger favoriseres ved høyt trykk uten vannkrystallisering av enstatitt, men i nærvær av vann ved høyt trykk favoriseres olivin.

Granittisk magma gir ytterligere eksempler på hvordan smelter av generelt lignende sammensetning og temperatur, men ved forskjellig trykk, kan krystallisere forskjellige mineraler. Trykk bestemmer det maksimale vanninnholdet i en magma av granittblanding. Høy temperatur brøk krystallisering av relativt vannfattige granitt magma kan produsere single-alkali-feltspat granitt, og lavere temperatur krystallisering av relativt vannrike magma kan produsere to-feltspat granitt.

under prosessen med fraksjonell krystallisering blir smelter beriket i inkompatible elementer. Derfor er kunnskap om krystalliseringssekvensen kritisk for å forstå hvordan smeltesammensetninger utvikler seg. Teksturer av bergarter gir innsikt, som dokumentert tidlig på 1900-tallet Av Bowens reaction series. Et eksempel på en slik tekstur, relatert til fraksjonert krystallisering, er intergranulære (også kjent som intercumulus) teksturer som utvikler hvor et mineral krystalliserer senere enn den omkringliggende matrisen, og dermed fyller det venstre interstitiale rommet. Forskjellige oksider av krom, jern og titan viser slike teksturer, som intergranulær kromitt i en kiselholdig matrise. Eksperimentelt bestemte fasediagrammer for enkle blandinger gir innsikt i generelle prinsipper. Numeriske beregninger med spesiell programvare har blitt i økende grad i stand til å simulere naturlige prosesser nøyaktig.