Pegmatita
Una pegmatita es una roca ígnea que muestra una textura muy gruesa, con grandes cristales entrelazados, por lo general de más de 1 cm (0,4 pulgadas) y, a veces, de más de 1 metro (3 pies). La mayoría de las pegmatitas están compuestas de cuarzo, feldespato y mica, y tienen una composición silícica similar a la del granito. Sin embargo, se conocen pegmatitas máficas y de composición intermedia más raras.
Muchos de los cristales más grandes del mundo se encuentran dentro de las pegmatitas. Estos incluyen cristales de microclina, cuarzo, mica, espodumeno, berilo y turmalina. Algunos cristales individuales miden más de 10 m (33 pies) de largo.
Se cree que la mayoría de las pegmatitas se forman a partir de la última fracción fluida de un gran cuerpo de magma en cristalización. Este fluido residual está muy enriquecido en volátiles y oligoelementos, y su muy baja viscosidad permite que las moléculas migren rápidamente para unirse a un cristal existente en lugar de unirse para formar nuevos cristales. Esto permite que se formen unos pocos cristales muy grandes. Mientras que la mayoría de las pegmatitas tienen una composición simple de minerales comunes en las rocas ígneas ordinarias, algunas pegmatitas tienen una composición compleja, con numerosos minerales inusuales de elementos raros. Estas pegmatitas complejas se extraen para obtener litio, berilio, boro, flúor, estaño, tantalio, niobio, elementos de tierras raras, uranio y otros productos valiosos.
Etimología
La palabra pegmatita deriva del griego homérico, πήγνυμι (pēgnymi), que significa “unir”, en referencia a los cristales entrelazados de cuarzo y feldespato en el textura conocida como granito gráfico. El término fue utilizado por primera vez por René Just Haüy en 1822 como sinónimo de granito gráfico. Wilhelm Karl Ritter von Haidinger utilizó por primera vez el término en su significado actual en 1845.
Descripción general
Las pegmatitas son rocas ígneas excepcionalmente de grano grueso compuestas de cristales entrelazados, con cristales individuales generalmente de más de 1 centímetro (0,4 pulgadas) de tamaño y, a veces, de más de 1 metro (3 pies). La mayoría de las pegmatitas tienen una composición similar al granito, por lo que sus minerales más comunes son el cuarzo, el feldespato y la mica. Sin embargo, se conocen otras composiciones de pegmatitas, incluidas composiciones similares a la nefelina, la sienita o el gabro. El término pegmatita es, por lo tanto, puramente una descripción textural. Los geólogos suelen prefijar el término con una descripción de la composición, de modo que pegmatita granítica es una pegmatita con la composición de granito, mientras que nefelina sienita pegmatita es una pegmatita con la composición de nefelina sienita. Sin embargo, el Servicio Geológico Británico desaconseja este uso, prefiriendo términos como pegmatita de biotita-cuarzo-feldespato para una pegmatita con una composición granítica típica, dominada por feldespato con menos cuarzo y biotita. Bajo la terminología de BGS, una roca pegmatítica (por ejemplo, un gabro pegmatítico) es una roca de grano grueso que contiene parches de roca de grano mucho más grueso de esencialmente la misma composición.
Los cristales individuales de las pegmatitas pueden tener un tamaño enorme. Es probable que los cristales más grandes jamás encontrados fueran cristales de feldespato en pegmatitas de Karelia con masas de miles de toneladas. Se han encontrado cristales de cuarzo con masas medidas en miles de libras y micas de más de 10 metros (33 pies) de ancho y 4 metros (13 pies) de espesor. Se han encontrado cristales de espodumena de más de 12 metros (40 pies) de largo en Black Hills de Dakota del Sur, y cristales de berilo de 8,2 metros (27 pies) de largo y 1,8 metros (6 pies) de diámetro en Albany, Maine. El cristal de berilo más grande jamás encontrado fue de Malakialina en Madagascar, pesando alrededor de 380 toneladas, con una longitud de 18 m (59 pies) y un corte transversal de 3,5 m (11 pies).
Los cuerpos de pegmatita suelen ser de menor tamaño en comparación con los cuerpos de roca intrusivos típicos. El tamaño del cuerpo de pegmatita es del orden de magnitud de uno a unos pocos cientos de metros. En comparación con las rocas ígneas típicas, son bastante heterogéneas y pueden mostrar zonas con diferentes conjuntos de minerales. El tamaño del cristal y los conjuntos minerales generalmente están orientados paralelos a la roca de la pared o incluso concéntricos para lentes de pegmatita.
Clasificación
Los esquemas modernos de clasificación de pegmatitas están fuertemente influenciados por la clasificación de zonas de profundidad de las rocas graníticas publicada por Buddington (1959) y el Ginsburg & Rodionov (1960) y Ginsburg et al. (1979) que clasificaba las pegmatitas según su profundidad de emplazamiento y su relación con el metamorfismo y los plutones graníticos. La revisión de Cerny (1991) de ese esquema de clasificación es la clasificación de pegmatitas más utilizada en la actualidad. La clasificación de pegmatitas de Cerny (1991), que es una combinación de profundidad de emplazamiento, grado metamórfico y contenido de elementos menores, ha brindado información importante sobre el origen de las fusiones pegmatíticas y sus grados relativos de fraccionamiento. Esta clasificación ha sido ampliamente aceptada y es de uso general en la actualidad.
Las pegmatitas graníticas se clasifican comúnmente en tres jerarquías (clase, familia, tipo y subtipo) según sus características mineralógico-geoquímicas y la profundidad de emplazamiento según Cerny (1991). Las clases son Abyssal, Moscovita, Rare-Element y Miarolitic. La clase de elementos raros se subdivide según su composición en familias LCT y NYF: LCT para enriquecimiento con litio, cesio y tantalio y NYF para enriquecimiento con niobio, itrio y flúor. Prácticamente todas las descripciones recientes de pegmatitas clasifican las pegmatitas según los tipos y subtipos LCT y NYF. Otra contribución importante de la clasificación es el componente petrogenético de la clasificación, que muestra la asociación de pegmatitas LCT con plutones principalmente orogénicos y pegmatitas NYF con plutones principalmente anorogénicos.
Petrología
Las pegmatitas se forman en condiciones en las que la tasa de nucleación de nuevos cristales es mucho menor que la tasa de crecimiento de los cristales. En otras palabras, es mucho más probable que las moléculas en el fluido a partir del cual crecen los cristales se unan a un cristal existente que se unan para formar un nuevo cristal. Esto favorece el crecimiento de unos pocos cristales muy grandes. En las rocas ígneas normales, la textura gruesa es el resultado de un enfriamiento lento en las profundidades del subsuelo. Sin embargo, la textura extraordinariamente gruesa de las pegmatitas debe ser el resultado de algo más que un enfriamiento lento. De hecho, no está claro si la pegmatita se forma por enfriamiento lento o rápido.
Se cree ampliamente que las pegmatitas se forman a partir de la última parte de un cuerpo de magma para cristalizar. Esta fracción fluida final está muy enriquecida en elementos volátiles y trazas. El magma residual se somete a una separación de fases en una fase fundida y una fase fluida hidratada saturada con sílice, álcalis y otros elementos. Tal separación de fases requiere la formación de un magma húmedo, lo suficientemente rico en agua para saturarse antes de que se cristalicen más de dos tercios del magma. De lo contrario, la separación de la fase fluida es difícil de explicar. El granito requiere un contenido de agua del 4 % en peso a una presión de 0,5 GPa, pero solo del 1,5 % en peso a 0,1 GPa, para que se produzca la separación de fases.
Los volátiles (principalmente agua, boro, flúor, cloro y fósforo) se concentran en la fase hidratada, lo que reduce considerablemente su viscosidad. La sílice en la fase hidratada está completamente despolimerizada, existiendo casi en su totalidad como ortosilicato, con todos los puentes de oxígeno entre los iones de silicio rotos. La muy baja viscosidad promueve la rápida difusión de moléculas a través del fluido, lo que mejora las tasas de crecimiento de cristales y permite que crezcan cristales muy grandes.
Cuando este fluido hidratado se inyecta en la roca circundante, los minerales cristalizan desde el exterior para formar una pegmatita dividida en zonas, con diferentes minerales que predominan en zonas concéntricas. Una secuencia típica de depósito comienza con microclina y cuarzo, con chorl menor y granate. A esto le sigue la deposición de albita, lepidolita, turmalina gema, berilo, espodumena, ambligonita, topacio, apatita y fluorita, que pueden reemplazar parcialmente algunos de los minerales de la zona anterior. El centro de la pegmatita puede tener cavidades revestidas con espectaculares cristales de piedras preciosas.
Algunas pegmatitas tienen una zonificación más compleja. Se reconocen cinco zonas distintas en Harding Pegmatite en las montañas Picuris del norte de Nuevo México, EE. UU. Estos son:
- Una corteza de borde blanco de pegmatita muscovite de cuarzo fino.
- Una capa continua de cuarzo muy grueso, albite y muscovite. Esta zona también contiene microclina, y tiene abundante apatita accesoria, berilo y equivalente. Beryl es a veces muy grueso y abundante.
- Una capa continua de cuarzo masivo. Esta zona también es rica en muscovite, microclina y cleavelandita.
- Una espectacular zona de cuarzo y cuarzo-spodumene. El spodumene se presenta como cristales tipo cuchilla, a veces de enorme tamaño, principalmente orientado al azar pero a veces dispuesto a formar una estructura similar al peine. Los minerales accesorios son berilos, apatitos, microclina y minerales de tilo-niobium, especialmente en la parte inferior de esta zona. Hay un reemplazo pseudomorfo de spodumene por rosa muscovite y cuarzo por cleavelandita.
- El núcleo de la pegmatita, conocida como "piedra manchada", que es relativamente fino-grained spodumene, microcline, y cuarzo, con acompañante albite-grained, lithium-bearing muscovite, lepidolite, microlite, y tantalita. Gran parte del spodumene y la microclina han sido ampliamente corroídos y reemplazados por micas finas.
Grandes cristales se nuclean en los márgenes de las pegmatitas, haciéndose más grandes a medida que crecen hacia adentro. Estos incluyen cristales cónicos de feldespato alcalino muy grandes. Las aplitas están comúnmente presentes. Estos pueden atravesar la pegmatita, pero también formar zonas o parches irregulares alrededor del material más grueso. Los aplites a menudo están en capas, mostrando evidencia de deformación. Se pueden encontrar xenolitos en el cuerpo de la pegmatita, pero su contenido mineral original se reemplaza por cuarzo y feldespato alcalino, por lo que son difíciles de distinguir de la pegmatita circundante. La pegmatita también reemplaza comúnmente parte de la roca del país circundante.
Debido a que las pegmatitas probablemente cristalizan a partir de una fase dominada por fluidos, en lugar de una fase de fusión, se extienden a ambos lados del límite entre los depósitos minerales hidrotermales y las intrusiones ígneas. Aunque existe un amplio acuerdo sobre los mecanismos básicos por los que se forman, los detalles de la formación de pegmatitas siguen siendo enigmáticos. Las pegmatitas tienen características inconsistentes con otras intrusiones ígneas. No son porfídicas y no muestran márgenes enfriados. Por el contrario, los cristales más grandes se encuentran a menudo en los márgenes del cuerpo de pegmatita. Si bien a veces se encuentran aplitas en los márgenes, es probable que ocurran dentro del cuerpo de la pegmatita. Los cristales nunca están alineados de manera que indiquen flujo, sino que son perpendiculares a las paredes. Esto implica la formación en un ambiente estático. Algunas pegmatidades toman la forma de vainas aisladas, sin un conducto de alimentación obvio. Como resultado, a veces se han sugerido orígenes metamórficos o metasomáticos para las pegmatitas. Una pegmatita metamórfica se formaría mediante la eliminación de volátiles de rocas metamórficas, particularmente gneis félsico, para liberar los constituyentes correctos y el agua, a la temperatura adecuada. Una pegmatita metasomática se formaría por la circulación hidrotermal de fluidos de alteración calientes sobre una masa rocosa, con un cambio químico y de textura a granel. Actualmente, el metasomatismo no se favorece como mecanismo para la formación de pegmatitas y es probable que tanto el metamorfismo como el magmatismo contribuyan a las condiciones necesarias para la génesis de pegmatitas.
Mineralogía
La mayoría de las pegmatitas tienen una composición simple y, a menudo, están compuestas por completo de minerales comunes en el granito, como feldespato, mica y cuarzo. El feldespato y el cuarzo a menudo muestran una textura gráfica. En raras ocasiones, las pegmatitas están extremadamente enriquecidas en elementos incompatibles, como litio, cesio, berilio, estaño, niobio, circonio, uranio, torio, boro, fósforo y flúor. Estas pegmatitas complejas contienen minerales inusuales de estos elementos, como berilo, espodumeno, lepidolita, ambligonita, topacio, apatita, fluorita, turmalina, trifilita, columbita, monacita y molibdenita. Algunos de estos pueden ser minerales minerales importantes. Algunas piedras preciosas, como la esmeralda, se encuentran casi exclusivamente en pegmatitas.
Las pegmatitas de nefelina sienita suelen contener minerales de elementos de tierras raras, circonio y titanio.
Las pegmatitas gabroicas generalmente consisten en plagioclasa y piroxeno entrelazados excepcionalmente gruesos.
Geoquímica
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Las pegmatitas están enriquecidas en elementos volátiles e incompatibles, de acuerdo con su probable origen como la fracción final fundida de un cuerpo de magma en cristalización. Sin embargo, es difícil obtener una composición representativa de una pegmatita debido al gran tamaño de los cristales minerales constituyentes. Por lo tanto, la pegmatita a menudo se caracteriza tomando muestras de los minerales individuales que componen la pegmatita, y las comparaciones se realizan de acuerdo con la química mineral. Un error común es suponer que la zona de la pared es un margen enfriado cuya composición es representativa de la masa fundida original.
Las pegmatitas derivadas de batolitos se pueden dividir en una familia de pegmatitas NYF, caracterizadas por un enriquecimiento progresivo en niobio, itrio y flúor, así como enriquecimiento en berilio, elementos de tierras raras, escandio, titanio, circonio, torio y uranio; y una familia de pegmatitas LCT, caracterizadas por una acumulación progresiva de litio, cesio y tantalio, así como un enriquecimiento en rubidio, berilio, estaño, bario, fósforo y flúor.
Las pegmatitas NYF probablemente se fraccionaron de granitos de tipo A a I que eran relativamente bajos en aluminio (granitos subluminosos a metaluminosos). Estos granitos se originaron a partir de la corteza empobrecida o del manto rocoso. Las pegmatitas LCT probablemente se formaron a partir de granitos tipo S o posiblemente granitos tipo I, con un mayor contenido de aluminio (granitos peraluminosos).
Se conocen pegmatitas intermedias (pegmatitas NYF + LCT) y es posible que se hayan formado por la contaminación de un cuerpo de magma inicialmente NYF con roca supracrustral no agotada derretida.
Importancia económica
Las pegmatitas son importantes porque a menudo contienen minerales y piedras preciosas de tierras raras, como aguamarina, turmalina, topacio, fluorita, apatito y corindón, a menudo junto con minerales de estaño, tierras raras y tungsteno, entre otros. Se han extraído pegmatitas tanto para cuarzo como para feldespato. Para la minería del cuarzo, las pegmatitas con masas centrales de cuarzo han sido de particular interés.
Las pegmatitas son la principal fuente de litio, ya sea como espodumeno, litiofilita o, por lo general, de lepidolita. La fuente principal de cesio es la polucita, un mineral de una pegmatita dividida en zonas. La mayor parte del berilio del mundo se obtiene de berilo de calidad no gema dentro de la pegmatita. El tantalio, el niobio y los elementos de tierras raras se obtienen de algunas pegmatitas en todo el mundo, como Greenbushes Pegmatite, Kibara Belt de Ruanda y la República Democrática del Congo, la mina Kenticha de Etiopía, la provincia de Alto Ligonha de Mozambique y la Mibra. (Volta) mina de Minas Gerais, Brasil.
Ocurrencia
Ocurrencias notables de pegmatitas se encuentran en todo el mundo dentro de los principales cratones y dentro de los cinturones metamórficos de facies de esquisto verde. Sin embargo, las localidades de pegmatitas solo se registran bien cuando se encuentra mineralización económica.
Las pegmatitas se encuentran como diques, umbrales o vetas irregulares, y son más comunes en los márgenes de los batolitos (grandes masas de roca ígnea intrusiva). La mayoría están estrechamente relacionados espacial y genéticamente con grandes intrusiones. Pueden tomar la forma de vetas o diques en la intrusión misma, pero más comúnmente se extienden hacia la roca circundante, especialmente por encima de la intrusión.
Algunas pegmatitas rodeadas de roca metamórfica no tienen una conexión obvia con una intrusión mayor. Las pegmatitas en rocas metamórficas de bajo grado tienden a estar dominadas por minerales de cuarzo y carbonato. Las pegmatitas en rocas metamórficas de grado superior están dominadas por feldespato alcalino.
Las pegmatitas gabroicas suelen presentarse como lentes dentro de cuerpos de gabro o diabasa. Las pegmatitas de nefelina sienita son comunes en los complejos ígneos alcalinos.
Pegmatita (de color claro) en el esquisto de mica oscuro, Île de Noirmoutier, Francia
Pegmatite (pink), Isla de Skye, Escocia
Pegmatites de Potasio feldspar en el Cañón Negro del Parque Nacional Gunnison, Colorado
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