CRISTALIZAREA (CONSOLIDAREA) MAGMELOR

Cristalizarea (CONSOLIDAREA) magmelor

Acesta este procesul prin care faza lichida trece in faza solida (cristalina sau amorfa, necristalizata), cauza principala fiind racirea magmei. Consolidarea prin cristalizare este un proces complicat, care deriva din natura policomponenta, in regimul unei raciri lente. Componentii minerali cristalizeaza cel mai adesea succesiv si pe un interval termic larg, uneori de cateva sute de grade. Succesiunea cristalizarii mineralelor difera de la caz la caz, fiind dependenta de temperaturile de topire ale componentilor in stare pura si de proportiile acestora in topitura.

Prin consolidarea integrala a magmei, rezulta o masa solida (formata numai din cristale sau din cristale si sticla), care reprezinta roca magmatica. In paralel cu ea, prin consolidare, din topitura magmatica se separa, aproape intotdeauna, o faza fluida, formata predominant din substante volatile dizolvate in magma. Aceasta faza este principalul agent care intervine in evolutia ulterioara a sistemului magmatic.

Cauza si tendinta cristalizarii.

Asa cum am aratat mai sus, cristalizarea este procesul de trecere din stadiul fazei lichide in faza cristalina (solida). Cele mai frecvente cauze sunt:

n     racirea sistemului magmatic;

n     pierderea (partiala) a fazei volatile.

Consolidarea magmelor se poate realiza in doua forme:

n     aparitia de cristale roci plutonice;

n     aparitia sticlei sticle vulcanice.

In principiu, cristalizarea este inversul fenomenului de anatexie (topire partiala sau pragul de la care magma incepe sa se topeasca). El se desfasoara pe un interval termic Dt si respectiv baric Dp, a carui marime depinde de compozitia magmei. In acest interval, o faza solida coexista cu o faza lichida, procesul evoluand spre cresterea treptata a fazei solide (invers fata de anatexie). In mod esential, intr-un sistem inchis, cristalizarea ar trebui sa reproduca etapele anatexiei, dar in sens invers. Exista insa unele abateri, care deriva din doua situatii (imprejurari):

1. viteza procesului direct - in sensul cresterii temperaturii  - este mult mai rapida decat viteza procesului invers (Vpd > Vpi). De aici rezulta ca supraincalzirea de mare amplitudine este greu de realizat, pe cand supraracirea se realizeaza cu usurinta. Ex: in cazul magmelor relativ vascose, la racirea rapida, exista posibilitatea conservarii starii topite, ca stare metastatica, pana la temperaturi normale. Dimpotriva, supraincalzirea fazelor solide si conservarea lor ca faze metastabile in domeniul de stabilitate a topiturilor, nu se realizeaza nici la cele mai rapide incalziri. Consecinta acestei asimetrii cinetice este ca procesul de cristalizare poate continua chiar si in domeniul subsolidus (adica sub conditiile indicate de curba solidus) putand sa apara faze solide metastabile efectiv noi: sticla vulcanica, tridimit, cristobalit, leucit pseudocubic, adica faze care n-au existat in roca initiala supusa anatexiei;

a doua situatie provine din conditia geologica a magmei. In deplasarea spre locul de consolidare, magma se poate contamina. In plus, este posibila separarea fazei solide de cea lichida si prin urmare etapele cristalizarii nu pot fi aceleasi cu cele ale anatexiei.

Cunoasterea in detaliu a procesului (etapelor) de cristalizare nu este posibila. Totusi, din observatiile directe si experimente se pot detasa cateva tendinte generale:

a. in magmele bazice primele minerale care cristalizeaza sunt: olivina, spinelii, plagioclazii calcici, feldspatii alcalini, feldspatoizii, plagioclazii acizi, cuartul, micele (ultimele);

b.toate mineralele mixte (olivina, piroxenii, plagioclazii) isi schimba chimismul ca urmare a interactiunii dintre cristale si topitura. In cazul cristalizarii rapide, apar fazele de cristale zonate;

c. unele minerale cristalizeaza in fazele initiale si prin urmare devin instabile in fazele tarzii, reactionand cu magma si ducand la formarea unor minerale noi:

n     olivina trece in piroxeni (reactii de incongruenta, cu degajare de caldura);

n     leucitul trece in feldspatoizi (reactii de incongruenta, cu degajare de caldura);

n     piroxenii trec in hornblende;

n     hornblendele trec in biotit.

d. mineralele hidroxilate (bogate in volatile) cristalizeaza in etapele finale ale procesului, ca urmare a cresterii presiunii partiale a substantelor volatile.

Viteza de cristalizare - VC

VC = masa cristalina formata intr-un cm³ de lichid in unitatea de timp. VC este controlata de doi factori:

viteza de formare a germenilor cristalini (numarul de germeni intr-un cm³ de lichid intr-o secunda) = vfgc.

viteza de crestere a cristalelor = vcc (cm/s).

Ambele sunt dependente de gradul de subracire a topiturii.

Subracirea (DT):

DT = T₁ - T_crist. 

T₁ - temperatura liquidus;

T_crist. - temperatura la care se desfasoara cristalizarea.

Cresterea gradului de subracire determina cresterea vfgc si a vcc. Cresterea vascozitatii duce la scaderea vfgc si a vcc. Vfgc si vcc ating maximum la anumite valori pentru DT, ele diferind de la un mineral la altul. Prin urmare, viteza de cristalizare este o functie extrem de variabila.

Racirea magmei este conditionata de:

n     masa corpului;

n     gradientii termici la contactul magma / mediu ambiant;

n     conductivitatea termica a mediului si a magmei;

n     marimea efectelor calorice care insotesc cristalizarea, factori greu de apreciat in conditii geologice date.