Fraktionerad kristallisering (Geologi)

fraktionerad kristallisering är avlägsnande och segregering från en smält av mineralfällningar; utom i speciella fall förändrar avlägsnandet av kristallerna Magmas sammansättning. I huvudsak är fraktionerad kristallisering avlägsnandet av tidigt bildade kristaller från en ursprungligen homogen magma (till exempel genom gravitationssedimentering) så att dessa kristaller förhindras från ytterligare reaktion med restsmältan. Sammansättningen av den återstående smältan blir relativt utarmad i vissa komponenter och berikas i andra, vilket resulterar i utfällning av en sekvens av olika mineraler.

fraktionerad kristallisering i silikat smälter (magmas) är komplex jämfört med kristallisering i kemiska system vid konstant tryck och sammansättning, eftersom förändringar i tryck och sammansättning kan ha dramatiska effekter på magma evolution. Tillsats och förlust av vatten, koldioxid och syre är bland de kompositionella förändringar som måste beaktas. Exempelvis kan partialtrycket (fugacity) av vatten i silikatsmältor vara av största vikt, som vid nästan soliduskristallisering av Magmas av granitkomposition. Kristallisationssekvensen för oxidmineraler såsom magnetit och ulvospinel är känslig för smältens syrefugacitet, och separation av oxidfaserna kan vara en viktig kontroll av kiseldioxidkoncentrationen i den utvecklande magmaen och kan vara viktig i andesitgenesen.

experiment har gett många exempel på komplexiteten som styr vilket mineral som kristalliseras först när smältan svalnar förbi liquidus.

ett exempel gäller kristallisering av smältor som bildar mafiska och ultramafiska bergarter. Mgo-och SiO2-koncentrationer i smältor är bland de variabler som avgör om forsterit olivin eller enstatitpyroxen fälls ut, men vatteninnehållet och trycket är också viktigt. I vissa kompositioner gynnas vid höga tryck utan vattenkristallisering av enstatit, men i närvaro av vatten vid höga tryck gynnas olivin.

granitiska magmas ger ytterligare exempel på hur smälter av allmänt liknande sammansättning och temperatur, men vid olika tryck, kan kristallisera olika mineraler. Tryck bestämmer det maximala vatteninnehållet i en Magma av granitkomposition. Hög temperatur fraktionerad kristallisering av relativt vattenfattiga granitmagmas kan producera singel-alkali-fältspat granit, och kristallisering med lägre temperatur av relativt vattenrik magma kan producera tvåfältspat granit.

under processen med fraktionerad kristallisering blir smältor berikade i inkompatibla element. Därför är kunskap om kristalliseringssekvensen kritisk för att förstå hur smältkompositioner utvecklas. Texturer av stenar ger insikter, som dokumenterades i början av 1900-talet av Bowens reaktionsserie. Ett exempel på sådan struktur, relaterad till fraktionerad kristallisering, är intergranulära (även känd som intercumulus) texturer som utvecklas varhelst ett mineral kristalliserar senare än den omgivande matrisen och därmed fyller det överblivna interstitiella utrymmet. Olika oxider av krom, järn och Titan visar sådana texturer, såsom intergranulär kromit i en kiselhaltig matris. Experimentellt bestämda fasdiagram för enkla blandningar ger insikter i allmänna principer. Numeriska beräkningar med speciell programvara har blivit alltmer i stånd att simulera naturliga processer exakt.