Geotermobarometría - Geothermobarometry

La geotermobarometría es la ciencia de medir el historial previo de presión y temperatura de rocas ígneas metamórficas o intrusivas . La geotermobarometría es una combinación de geobarometría , donde se resuelve una presión de formación mineral, y geotermometría donde se resuelve una temperatura de formación.

Metodología

La geotermobarometría se basa en comprender la temperatura y la presión de la formación de minerales dentro de rocas metamórficas e ígneas, y es particularmente útil en rocas metamórficas. Existen varios métodos para medir la temperatura o la presión de la formación de minerales basándose en el equilibrio químico entre minerales metamórficos o midiendo la composición química de minerales individuales.

La termobarometría se basa en el hecho de que los pares / ensamblajes de minerales varían sus composiciones en función de la temperatura y la presión. Hay numerosos factores adicionales a considerar, como la fugacidad del oxígeno y la actividad del agua (aproximadamente, lo mismo que la concentración). A continuación, se analiza la distribución de los elementos componentes entre los ensamblajes minerales utilizando una microsonda electrónica o un microscopio electrónico de barrido (SEM).

Los datos sobre los geotermómetros y geobarómetros se derivan de estudios de laboratorio sobre conjuntos minerales artificiales, donde los minerales se cultivan a temperaturas y presiones conocidas y el equilibrio químico se mide directamente, y de la calibración utilizando sistemas naturales.

Por ejemplo, uno de los geotermómetros más conocidos y de mayor aplicación es la relación granate-biotita donde las proporciones relativas de Fe y Mg en granate y biotita cambian con el aumento de temperatura, por lo que la medición de las composiciones de estos minerales para dar el Fe-Mg La distribución entre ellos permite calcular la temperatura de cristalización, dados algunos supuestos.

Supuestos

En los sistemas naturales, las reacciones químicas ocurren en sistemas abiertos con historias geológicas y químicas desconocidas, y la aplicación de geotermobarómetros se basa en varios supuestos que deben cumplirse para que los datos de laboratorio y las composiciones naturales se relacionen de manera válida:

  • Que está presente el conjunto mineralógico completo requerido para el termobarómetro. Si no todos los minerales de la reacción están presentes, o no se equilibraron entre sí simultáneamente, las presiones y temperaturas calculadas para la reacción ideal se desviarán de las realmente experimentadas por la roca.
  • Ese equilibrio químico se logró en un grado satisfactorio. Esto podría ser imposible de demostrar definitivamente, si no se observan todos los minerales del conjunto del termobarómetro en contacto entre sí.
  • Que cualquier mineral en un barómetro o termómetro de dos minerales creció en equilibrio, lo que se supone cuando se ve que los minerales están en contacto.
  • Que el ensamblaje mineral no ha sido alterado por metamorfismo retrógrado, que se puede evaluar usando un microscopio óptico en la mayoría de los casos.
  • Que están presentes ciertos ensamblajes mineralógicos. Sin estos, la precisión de una lectura puede verse alterada de un ideal y puede haber más errores inherentes a la medición.
  • Que los minerales presentes en la sección delgada están en el mismo estado de solución sólida que en el modelo. Muchos minerales como el feldespato y la augita tienen una variedad de variaciones de solución sólida. Cada variación puede afectar el modelo y la forma en que una roca se metamorfosea con el tiempo.

Técnicas

Algunas técnicas incluyen:

Geotermómetros

  • Contenido de saturación de Ti de la mica biotita .
  • Intercambio de Fe-Mg entre granate-biotita y granate - anfíbol .
  • Sistemática de Mg-Fe en pigeonitas y augitas
  • Contenido de Zr de rutilo , efectivo para temperaturas más altas que el termómetro de Ti-en-biotita. Requiere que se equilibren el cuarzo, el rutilo y el circonio .
  • Termómetro de cristalización de titanio en circonio

Tenga en cuenta que los termómetros de intercambio de Fe-Mg son empíricos (probados y calibrados en laboratorio) y calculados en base a una comprensión termodinámica teórica de los componentes y fases involucrados. El termómetro de Ti-en-biotita es únicamente empírico y no se comprende bien termodinámicamente.

Geobarómetros

  • JADEAR; un acrónimo del granate de ensamblaje- (Al 2 SiO 5 ) -sílice ( cuarzo ) - plagioclasa
  • GPMB; un acrónimo del conjunto granate-plagioclasa- moscovita- biotita
  • Granate-plagioclasa-hornblenda-cuarzo.
  • Hornblenda

Varios conjuntos minerales dependen más de la presión que de la temperatura; por ejemplo reacciones que implican un gran cambio de volumen. A alta presión, los minerales específicos asumen volúmenes más bajos (por lo tanto, la densidad aumenta, ya que la masa no cambia); son estos minerales los que son buenos indicadores de la paleopresión.


Software

Algunos programas incluyen:

Termobarometría de clinopiroxeno

Artículo principal: Termobarometría de clinopiroxeno

El mineral clinopiroxeno se utiliza para los cálculos de temperatura y presión del magma que produjo la roca ígnea que contiene este mineral.

Referencias

  • Winter, D. John, Termodinámica de reacciones metamórficas: Geotermobarometría, 543-556
  • Henry, DJ, Guidotti, CV y ​​Thomson, JA (2005) La superficie de saturación de Ti para biotita metapelítica de presión baja a media: Implicaciones para la geotermometría y los mecanismos de sustitución de Ti. Mineralogista estadounidense, 90, 316-328.
  • Guidotti, CV, Cheney, JT y Henry, DJ (1988) Variación composicional de biotita en función de reacciones metamórficas y ensamblaje mineral en los esquistos pelíticos del oeste de Maine: American Journal of Science-Wones Memorial Volume, v. 288A, 270- 292.