Plagioclasa

Plagioclase mostrando escote. (escala desconocida)

En rocas volcánicas, la plagioclasa fina puede mostrar una textura "microlítica" de muchos cristales pequeños.

La plagioclasa es una serie de minerales de tectosilicato (silicato estructural) dentro del grupo de los feldespatos. En lugar de referirse a un mineral en particular con una composición química específica, la plagioclasa es una serie de soluciones sólidas continuas, mejor conocida como la serie plagioclasa feldespato. Esto fue demostrado por primera vez por el mineralogista alemán Johann Friedrich Christian Hessel (1796-1872) en 1826. La serie abarca desde albita hasta anortita (con composiciones respectivas NaAlSi₃O₈ a CaAl₂Si₂O₈), donde los átomos de sodio y calcio pueden sustituirse entre sí en la estructura de red cristalina del mineral. La plagioclasa en las muestras de la mano a menudo se identifica por su macla de cristales polisintéticos o 'ranura de registro' efecto.

La plagioclasa es un componente importante de la corteza terrestre y, por lo tanto, es una importante herramienta de diagnóstico en petrología para identificar la composición, el origen y la evolución de las rocas ígneas. La plagioclasa también es un componente importante de la roca en las tierras altas de la Luna. El análisis de los espectros de emisión térmica de la superficie de Marte sugiere que la plagioclasa es el mineral más abundante en la corteza de Marte.

Su nombre proviene del griego antiguo plágios (πλάγιος 'oblicuo') + klásis (κλάσις 'fractura'), en referencia a sus dos ángulos de división.

Propiedades

La plagioclasa es el grupo mineral más común y abundante en la corteza terrestre. Parte de la familia de minerales de feldespato, es abundante en rocas ígneas y metamórficas, y también es común como mineral detrítico en rocas sedimentarias. No es un solo mineral, sino una solución sólida de dos miembros finales, albita o feldespato de sodio (NaAlSi₃O ₈) y anortita o feldespato de calcio (CaAl ₂Si₂O₈). Estos pueden estar presentes en la plagioclasa en cualquier proporción, desde anortita pura hasta albita pura. La composición de la plagioclasa se puede escribir como Na_1-xCa_xAl_1+xSi_3-xO₈ donde x varía de 0 para albita pura a 1 para anortita pura. Esta serie de soluciones sólidas se conoce como la serie plagioclasa. La composición de una muestra particular de plagioclasa se expresa habitualmente como el % en moles de anortita en la muestra. Por ejemplo, la plagioclasa que tiene un 40 % en moles de anortita se describiría como plagioclasa An40.

La capacidad de la albita y la anortita para formar soluciones sólidas en cualquier proporción a temperatura elevada refleja la facilidad con la que el calcio y el aluminio pueden sustituir al sodio y al silicio en la estructura cristalina de la plagioclasa. Aunque un ion de calcio tiene una carga de +2, frente a +1 para un ion de sodio, los dos iones tienen casi el mismo radio efectivo. La diferencia de carga se acomoda mediante la sustitución acoplada de aluminio (carga +3) por silicio (carga +4), los cuales pueden ocupar sitios tetraédricos (rodeados por cuatro iones de oxígeno). Esto contrasta con el potasio, que tiene la misma carga que el sodio, pero es un ion significativamente más grande. Como resultado de la diferencia de tamaño y carga entre el potasio y el calcio, existe una brecha de miscibilidad muy amplia entre la anortita y el feldespato de potasio (KAlSi ₃O₈), el tercer miembro final común de feldespato formador de rocas. El feldespato de potasio forma una serie de soluciones sólidas con albita, debido a las cargas idénticas de los iones de sodio y potasio, lo que se conoce como serie de feldespato alcalino. Por lo tanto, casi todo el feldespato que se encuentra en la Tierra es plagioclasa o feldespato alcalino, y las dos series se superponen para la albita pura. Cuando una composición de plagioclasa se describe por su % molar de anortita (como An40 en el ejemplo anterior), se supone que el resto es albita, con solo un componente menor de feldespato de potasio.

La plagioclasa de cualquier composición comparte muchas características físicas básicas, mientras que otras características varían suavemente con la composición. La dureza de Mohs de todas las especies de plagioclasa es de 6 a 6,5, y la escisión es perfecta en [001] y buena en [010], con los planos de escisión encontrándose en un ángulo de 93 a 94 grados. Es a partir de este ángulo de escisión ligeramente oblicuo que la plagioclasa recibe su nombre, griego antiguo plágios (πλάγιος 'oblicuo') + klásis (κλάσις 'fractura'). El nombre fue introducido por August Breithaupt en 1847. También hay un escote pobre en [110] que rara vez se ve en las muestras de mano.

El brillo es vítreo a nacarado y la diafanidad es transparente a translúcida. La tenacidad es frágil y la fractura es desigual o concoide, pero la fractura rara vez se observa debido a la fuerte tendencia del mineral a romperse. A baja temperatura, la estructura cristalina pertenece al sistema triclínico, grupo espacial P1 Los cristales bien formados son raros y son los más comúnmente de composición sódica. Las muestras bien formadas son, en cambio, típicamente fragmentos de escisión. Los cristales bien formados suelen tener láminas o tabulares paralelos a [010].

La plagioclasa suele ser de color blanco a blanco grisáceo, con una ligera tendencia a que las muestras más ricas en calcio sean más oscuras. Con poca frecuencia, las impurezas pueden teñir el mineral de un color verdoso, amarillento o rojo carne. La gravedad específica aumenta gradualmente con el contenido de calcio, de 2,62 para la albita pura a 2,76 para la anortita pura, y esto puede proporcionar una estimación útil de la composición si se mide con precisión. El índice de refracción también varía suavemente de 1,53 a 1,58 y, si se mide con cuidado, también proporciona una estimación útil de la composición.

La plagioclasa muestra casi universalmente una macla polisintética característica que produce estrías de maclas en [010]. Estas estrías permiten distinguir la plagioclasa del feldespato alcalino. La plagioclasa a menudo también muestra gemelos de las leyes de Carlsbad, Baveno y Manebach.

Miembros de la serie Plagioclasa

La composición de un feldespato de plagioclasa generalmente se indica por su fracción total de anortita (%An) o albita (%Ab). Hay varios feldespatos de plagioclasa con nombre que se encuentran entre la albita y la anortita en la serie. La siguiente tabla muestra sus composiciones en términos de porcentajes de anortita y albita constituyentes.

Minerales plagioclasos y sus composiciones

Nombre	% CaAl2Si2O8	% NaAlSi3O8	Imagen
Anorthite	90 a 100	10-0
Bytownite	70-90	30 a 10
Labradorite	50-70	50 a 30
Andesine	30-50	70–50
Oligoclase	10 a 30	90-70
Albite	0–10	100-90

La distinción entre estos minerales no se puede hacer fácilmente en el campo. La composición se puede determinar aproximadamente por la gravedad específica, pero la medición precisa requiere pruebas químicas u ópticas. La composición en una preparación de granos triturados se puede obtener mediante el método Tsuboi, que produce una medición precisa del índice de refracción mínimo que, a su vez, proporciona una composición precisa. En sección delgada, la composición se puede determinar por los métodos de Michel Lévy o Carlsbad-albita. El primero se basa en la medida precisa del índice mínimo de refracción, mientras que el segundo se basa en medir el ángulo de extinción bajo un microscopio polarizador. El ángulo de extinción es una característica óptica y varía con la fracción de albita (%Ab).

Miembros finales

• Anorthite fue nombrado por Gustav Rose en 1823 de griego an- ('not') + orthós ('derecha'), literalmente 'oblicua', refiriéndose a su cristalización triclínica. Anorthite es un mineral comparativamente raro, pero se produce en las rocas plutónicas básicas de algunas suites orogénicas calc-alkaline.
• Albite es nombrado del latín albus, en referencia a su color blanco inusualmente puro. El nombre fue aplicado por primera vez por Johan Gottlieb Gahn y Jöns Jacob Berzelius en 1815. Es un mineral relativamente común e importante para hacer rocas asociado con los tipos de roca más ricos en sílice, en las venas hidrotermales, con las marismas metamorfóricas verdes, y en los diques pegmatitos, a menudo como la variedad cleavelandite y asociado con minerales más raros como turmalina y berilo.

Miembros intermedios

Los miembros intermedios del grupo plagioclasa son muy similares entre sí y normalmente no se pueden distinguir excepto por sus propiedades ópticas. La gravedad específica en cada miembro (albita 2,62) aumenta 0,02 por cada 10% de aumento en anortita (2,75).

• Bytownite, llamado por el antiguo nombre de Ottawa, Ontario, Canadá —Bytown— es un mineral raro que se encuentra ocasionalmente en rocas más básicas.

Labradorita mostrando el efecto iridiscente típico denominado labradorescencia. (escala desconocida)

• Labradorita es el feldspar característico de los tipos de roca más básicos como el gabbro o el basalto. Labradorita muestra con frecuencia una muestra iridiscente de colores debido a la luz refractando dentro de la lamellae del cristal. Se llama después de Labrador, donde es un constitutivo de la intrusiva igneous rock anorthosite que se compone casi totalmente de plagioclase. En Finlandia se encuentra una variedad de labradorita conocida como espectrolita.
• Andesina es un mineral característico de rocas como la diorita que contienen una cantidad moderada de sílice y volcánicos relacionados como la andesita.
• Oligoclase es común en granito y monzonita. El nombre oligoclase se deriva del griego olígos (Pequeña, pequeña) + klásis ('fracture'), en referencia al hecho de que su ángulo de separación difiere significativamente de 90°. El término fue usado por primera vez por Breithaupt en 1826. La piedra solar es principalmente oligoclasa (a veces albite) con copos de hematita.

Petrogénesis

Serie de reacción de Bowen

QAPF diagrama de clasificación de rocas plutónicas

La plagioclasa es el principal mineral que contiene aluminio en las rocas máficas formadas a baja presión. Normalmente es el primer y más abundante feldespato en cristalizar a partir de un magma primitivo que se está enfriando. La anortita tiene un punto de fusión mucho más alto que la albita y, como resultado, la plagioclasa rica en calcio es la primera en cristalizar. La plagioclasa se enriquece más en sodio a medida que baja la temperatura, formando la serie de reacciones continuas de Bowen. Sin embargo, la composición con la que cristaliza la plagioclasa también depende de los demás componentes de la masa fundida, por lo que no es por sí mismo un termómetro fiable.

El líquido de la plagioclasa (la temperatura a la que la plagioclasa comienza a cristalizar por primera vez) es de aproximadamente 1215 °C (2219 °F) para el basalto de olivino, con una composición de 50,5 % en peso de sílice; 1255 °C (2291 °F) en andesita con un contenido de sílice del 60,7 % en peso; y 1275 °C (2327 °F) en dacita con un contenido de sílice del 69,9 % en peso. Estos valores son para magma seco. El liquidus se reduce considerablemente por la adición de agua, y mucho más para la plagioclasa que para los minerales máficos. El eutéctico (mezcla de fusión mínima) para una mezcla de anortita y diópsido cambia de 40 % en peso de anortita a 78 % en peso de anortita a medida que la presión de vapor de agua pasa de 1 bar a 10 kbar. La presencia de agua también cambia la composición de la plagioclasa que cristaliza hacia la anortita. El eutéctico de esta mezcla húmeda cae a unos 1010 °C (1850 °F).

La plagioclasa que cristaliza siempre es más rica en anortita que la masa fundida a partir de la cual cristaliza. Este efecto plagioclasa hace que la masa fundida residual se enriquezca en sodio y silicio y se empobrezca en aluminio y calcio. Sin embargo, la cristalización simultánea de minerales máficos que no contienen aluminio puede compensar parcialmente el agotamiento del aluminio. En la roca volcánica, la plagioclasa cristalizada incorpora la mayor parte del potasio en la masa fundida como elemento traza.

Los nuevos cristales de plagioclasa nuclean con dificultad y la difusión es muy lenta dentro de los cristales sólidos. Como resultado, a medida que el magma se enfría, la plagioclasa cada vez más rica en sodio suele cristalizarse en los bordes de los cristales de plagioclasa existentes, que retienen sus núcleos más ricos en calcio. Esto da como resultado la zonificación composicional de plagioclasa en rocas ígneas. En casos raros, la plagioclasa muestra una zonación inversa, con un borde más rico en calcio en un núcleo más rico en sodio. La plagioclasa también muestra a veces una zonificación oscilatoria, con zonas que fluctúan entre composiciones ricas en sodio y ricas en calcio, aunque esto generalmente se superpone a una tendencia general de zonificación normal.

Clasificación de las rocas ígneas

La plagioclasa es muy importante para la clasificación de rocas ígneas cristalinas. En general, cuanto más sílice está presente en la roca, menos minerales máficos y más plagioclasa rica en sodio. El feldespato alcalino aparece a medida que aumenta el contenido de sílice. Según la clasificación QAPF, la plagioclasa es uno de los tres minerales clave, junto con el cuarzo y el feldespato alcalino, utilizados para realizar la clasificación inicial del tipo de roca. Las rocas ígneas con bajo contenido de sílice se dividen además en rocas dioríticas que tienen plagioclasa rica en sodio (An<50) y rocas gabroicas que tienen plagioclasa rica en calcio (An>50). La anortosita es una roca intrusiva compuesta por al menos un 90% de plagioclasa.

La albita es un miembro final tanto de la serie alcalina como de la plagioclasa. Sin embargo, está incluido en la fracción de feldespato alcalino de la roca en la clasificación QAPF.

En rocas metamórficas

La plagioclasa también es común en las rocas metamórficas. La plagioclasa tiende a ser albita en rocas metamórficas de grado bajo, mientras que la oligoclasa a andesina es más común en rocas metamórficas de grado medio a alto. La roca de metacarbonato a veces contiene anortita bastante pura.

En rocas sedimentarias

El feldespato constituye entre el 10 y el 20 por ciento de los granos estructurales de las areniscas típicas. El feldespato alcalino suele ser más abundante que la plagioclasa en la arenisca porque los feldespatos alcalinos son más resistentes a la meteorización química y más estables, pero la arenisca derivada de roca volcánica contiene más plagioclasa. La plagioclasa se meteoriza relativamente rápido a minerales arcillosos como la esmectita.

En la discontinuidad de Mohorovičić

Se cree que la discontinuidad de Mohorovičić, que define el límite entre la corteza terrestre y el manto superior, es la profundidad donde el feldespato desaparece de la roca. Si bien la plagioclasa es el mineral que contiene aluminio más importante en la corteza, se descompone a la alta presión del manto superior y el aluminio tiende a incorporarse al clinopiroxeno como molécula de Tschermak (CaAl₂SiO₆) o en jadeíta NaAlSi₂O₆. A una presión aún mayor, el aluminio se incorpora al granate.

Exsolución

A temperaturas muy altas, la plagioclasa forma una solución sólida con el feldespato de potasio, pero se vuelve muy inestable al enfriarse. La plagioclasa se separa del feldespato de potasio, un proceso llamado exsolución. La roca resultante, en la que finas vetas de plagioclasa (laminillas) están presentes en el feldespato potásico, se denomina pertita.

La solución sólida entre la anortita y la albita permanece estable a temperaturas más bajas, pero finalmente se vuelve inestable a medida que la roca se acerca a la temperatura ambiente de la superficie. La disolución resultante da como resultado intercrecimientos laminares muy finos y otros, normalmente detectados solo por medios sofisticados. Sin embargo, la disolución en el rango de composición de andesita a labradorita a veces produce láminas con espesores comparables a la longitud de onda de la luz visible. Esto actúa como una rejilla de difracción, haciendo que la labradorita muestre el hermoso juego de colores conocido como chatoyance.

Usos

Además de su importancia para los geólogos en la clasificación de rocas ígneas, la plagioclasa encuentra un uso práctico como agregado de construcción, como piedra de dimensión y en forma de polvo como relleno en pintura, plásticos y caucho. La plagioclasa rica en sodio encuentra uso en la fabricación de vidrio y cerámica.

Algún día, la anortosita podría ser importante como fuente de aluminio.