Diagram skematik yang menunjukkan prinsip di balik kristalisasi fraksional dalam magma. Saat mendingin, komposisi magma berkembang karena berbagai mineral mengkristal dari lelehan. 1 : olivin mengkristal; 2 : olivin dan piroksen mengkristal; 3 : piroksen dan plagioklase mengkristal; 4 : plagioklase mengkristal. Di bagian bawah reservoir magma, terbentuk batu yang terakumulasi.
Kristalisasi fraksional, atau fraksinasi kristal, adalah salah satu proses geokimia dan fisik terpenting yang beroperasi di dalam kerak dan mantel planet berbatu, seperti Bumi. Penting dalam pembentukan batuan beku karena merupakan salah satu proses utama diferensiasi magmatik.[1] Kristalisasi fraksional juga penting dalam pembentukan batuan evaporitsedimen.
Batuan magma dingin
Kristalisasi fraksional adalah penghilangan dan segregasi dari lelehan endapan mineral; kecuali dalam kasus khusus, penghilangan kristal mengubah komposisi magma.[2] Intinya, kristalisasi fraksional adalah penghilangan kristal yang terbentuk awal dari magma yang awalnya homogen (misalnya, dengan pengendapan gravitasi) sehingga kristal ini dicegah dari reaksi lebih lanjut dengan sisa lelehan.[3] Komposisi lelehan yang tersisa menjadi relatif terkuras di beberapa komponen dan diperkaya di komponen lainnya, menghasilkan pengendapan rangkaian mineral yang berbeda.[4]
Kristalisasi fraksional dalam lelehan silikat (magma) lebih kompleks dibandingkan dengan kristalisasi dalam sistem kimia pada tekanan dan komposisi konstan, karena perubahan tekanan dan komposisi dapat memiliki efek dramatis pada evolusi magma. Penambahan dan kehilangan air, karbon dioksida, dan oksigen adalah beberapa perubahan komposisi yang harus diperhatikan.[5] Misalnya, tekanan parsial (fugasitas) air dalam lelehan silikat dapat menjadi sangat penting, seperti dalam kristalisasi magma komposisi granit yang mendekati solidus.[6][7] Urutan kristalisasi mineral oksida seperti magnetit dan ulvospinel sensitif terhadap kelarutan oksigen dari lelehan,[8] dan pemisahan fase oksida dapat menjadi kontrol penting konsentrasi silika dalam magma yang berkembang, dan mungkin penting dalam genesis andesit.[9][10]
Eksperimen telah memberikan banyak contoh kompleksitas yang mengontrol mineral mana yang pertama kali mengkristal saat lelehan mendingin melewati likuidus.
Salah satu contohnya menyangkut kristalisasi lelehan yang membentuk batuan mafik dan ultramafik. Konsentrasi MgO dan SiO2 dalam lelehan merupakan salah satu variabel yang menentukan apakah olivinforsterit atau piroksenenstatit yang diendapkan,[11] tetapi kandungan air dan tekanan juga penting. Dalam beberapa komposisi, pada tekanan tinggi tanpa air kristalisasi enstatit lebih disukai, tetapi dengan adanya air pada tekanan tinggi, olivin lebih disukai.[12]
Magma granit memberikan contoh tambahan tentang bagaimana lelehan dengan komposisi dan suhu yang umumnya sama, tetapi pada tekanan yang berbeda, dapat mengkristalkan mineral yang berbeda. Tekanan menentukan kadar air maksimum dari komposisi magma granit. Kristalisasi fraksional suhu tinggi dari magma granit yang relatif miskin air dapat menghasilkan granit felspar alkali tunggal, dan kristalisasi suhu rendah dari magma yang relatif kaya air dapat menghasilkan granit dua felspar.[13]
Selama proses kristalisasi fraksional, lelehan diperkaya dengan unsur-unsur yang tidak kompatibel.[14] Oleh karena itu, pengetahuan tentang urutan kristalisasi sangat penting dalam memahami bagaimana komposisi lelehan berevolusi. Tekstur batuan memberikan wawasan, seperti yang didokumentasikan pada awal 1900-an oleh deret reaksi Bowen.[15]Diagram fase yang ditentukan secara eksperimental untuk campuran sederhana memberikan wawasan tentang prinsip-prinsip umum.[16][17] Perhitungan numerik dengan perangkat lunak khusus semakin mampu mensimulasikan proses alami secara akurat.[18][19]
Batuan sedimen
Kristalisasi fraksional penting dalam pembentukan batuan evaporit sedimen.[20]
^Emeleus, C. H.; Troll, V. R. (August 2014). "The Rum Igneous Centre, Scotland". Mineralogical Magazine (dalam bahasa Inggris). 78 (4): 805–839. doi:10.1180/minmag.2014.078.4.04. ISSN0026-461X.
^Petrology The Study of Igneous...Rocks, Loren A. Raymond, 1995, McGraw-Hill, p. 65
^Huang, W. L.; Wyllie, P. J. (Maret 1973). "Melting relations of muscovite-granite to 35 kbar as a model for fusion of metamorphosed subducted oceanic sediments". Contributions to Mineralogy and Petrology. 42 (1): 1–14. doi:10.1007/BF00521643.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Philpotts, Anthony R.; Ague, Jay J. (2009). Principles of igneous and metamorphic petrology (edisi ke-2nd). Cambridge, UK: Cambridge University Press. hlm. 604–612. ISBN9780521880060.
^McBirney, Alexander R. (1984). Igneous petrology. San Francisco, Calif.: Freeman, Cooper. hlm. 124–127. ISBN0877353239.
^Juster, Thomas C.; Grove, Timothy L.; Perfit, Michael R. (1989). "Experimental constraints on the generation of FeTi basalts, andesites, and rhyodacites at the Galapagos Spreading Center, 85°W and 95°W". Journal of Geophysical Research. 94 (B7): 9251. doi:10.1029/JB094iB07p09251.
^Klein, E.M. (2005). "Geochemistry of the Igneous Oceanic Crust". Dalam Rudnick, R. The Crust — Treatise on Geochemistry Volume 3. Amsterdam: Elsevier. hlm. 442. ISBN0-08-044847-X.
^Ghiorso, Mark S.; Hirschmann, Marc M.; Reiners, Peter W.; Kress, Victor C. (Mei 2002). "The pMELTS: A revision of MELTS for improved calculation of phase relations and major element partitioning related to partial melting of the mantle to 3 GPa: pMELTS, A REVISION OF MELTS". Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 3 (5): 1–35. doi:10.1029/2001GC000217.
^Raab, M.; Spiro, B. (April 1991). "Sulfur isotopic variations during seawater evaporation with fractional crystallization". Chemical Geology: Isotope Geoscience Section. 86 (4): 323–333. doi:10.1016/0168-9622(91)90014-N.
