Ayer vi un fantasma…

…y a pesar de que esta entrada participa en el V Carnaval de Geología, alojado por Pimen en Carolus Dixit, no era alguien disfrazado. Era más algo así:

Fantasma 1

En la foto veis onfacita (Omp), rutilo (Rt) y granate (Grt) de tono rosado que pertenece a una eclogita que aparece como boudines en los Gneisses Bandeados definidos por Vogel (1967) en el Complejo de Cabo Ortegal (respira, anda). Dentro del granate se ven unos agregados de cristales (¿ ?) que tienen una forma tabular (los agregados, los cristales son prismáticos, pequeñitos pero prismáticos). El campo de visión es en torno a medio milímetro (igual que el resto de las fotos de microscopio de esta entrada).

Estoy convencido de que esos agregados tabulares preservan la morfología de un mineral que existió en ese lugar antes que el granate y que, durante el metamorfismo, reaccionó con otro mineral (o minerales) para dar lugar al granate. Los elementos que no admitió el granate se agruparon para formar esos agregados in situ.

Pero empecemos por el principio.  Llevo días desconectado del blog porque estoy con un paper, uno de esos de mi resolución de año nuevo, el de las eclogitas. Hace varios años, uno de Oviedo, uno de Salamanca y uno de Madrid nos juntamos en Cabo Ortegal un día lluvioso para muestrear un boudin de eclogita en los Gneisses Bandeados, al sur de la playa principal de Cariño (Darling, para los amigos), en la provincia de A Coruña.

Fantasma 2

El objetivo era datar sus circones. Ya conocíamos la edad del metamorfismo de alta P y alta T (~390 Ma), aunque hay un grupo de investigadores (entre los que me encuentro) que insistimos en que ha tenido que existir un metamorfismo previo, de unos 480-490 Ma. Para resolver esta cuestión, yo iba a llevar los circones a la SHRIMP de Stanford donde pueden analizar REE (rare earth elements) a la vez que el U-Pb. Los circones que han crecido en condiciones eclogíticas tienen una composición muy característica, lo que nos ayudaría a interpretar la edad obtenida correctamente.

Una vez separados los circones, se colocan en filas en una probeta (explicaré en detalle el proceso en una entrada futura) y se pulen.

PC-22 es el número de probeta. COZ-4 es el nombre de la muestra de eclogitas. R-33 es el estándar de circón.
PC-22 es el número de probeta. COZ-4 es el nombre de la muestra de eclogitas. R-33 es el estándar de circón.

Posteriormente, se mete la probeta en un SEM con un detector de cátodoluminiscencia y se fotografían los circones. Esta técnica es fundamental en las técnicas de datación puntual, porque la textura del circón también nos da información sobre su origen (ese es, al menos, el pensamiento aceptado por todos).

Fantasma 4

Las imágenes muestran que la mayoría de los circones tienen zonados oscilatorios, lo que sugiere que se han formado a partir de un fundido (esto nadie lo pone en duda en el momento actual). Vamos, que tienen pinta de ser circones del protolito ígneo de la eclogita, una roca básica. Teniendo en cuenta otras edades obtenidas en rocas básicas  y félsicas en los complejos de Cabo Ortegal y Órdenes, esperábamos unas edades entre 475-500 Ma. Otro circón tiene una textura típica de recristalización, por lo que posiblemente nos dé la edad del metamorfismo.

El resultado fue sorprendente: Los circones aparentemente ígneos dieron una edad de ~390 Ma (la misma edad que otros autores habían obtenido para el metamorfismo de alta P y alta T), ¿un magmatismo a esa edad? Difícil de creer. Sin embargo, todo estaba en contra. Las relaciones Th/U de esos circones son mayores de 0.1, es decir, típicamente ígneas.

Fantasma-5

Pero no podía ser, insisto. La interpretación de los datos según el único modelo aceptado (esos circones han crecido en ambiente ígneo) y la geología regional (esa edad es la del metamorfismo del alta P y alta T) no coincidían (a qué me suena esto…).

La solución a este dilema nos la proporcionan las REE. Éste es el diagrama que resulta de proyectar los datos de los circones de la eclogita (las líneas azules) y los del estándar, en gris, que son típicamente ígneos.

Fantasma-6

Os lo explico. Debido a la contracción lantánida, según la cuál los lantánidos de mayor peso atómico tienen menor radio, el yterbio (Yb, más pequeñito) entra más fácilmente en la estructura del circón que el lantano (La, más grande). Además, la anomalía positiva en Ce se debe a que este elemento suele aparecer con valencia 4 (en vez de la valencia 3 típica del resto de las REE) y por eso entra de manera directa sustituyendo a Zr, Hf o Si (todos ellos con valencia 4), mientras que las otras REE necesitan una sustitución acoplada para compensar cargas. La anomalía negativa en Eu se suele explicar por la presencia de plagioclasa. Éste mineral tiene una avidez ultracapitalista por el Eu y no deja que otros se lo lleven, así que circón que haya crecido en presencia de plagioclasa tendrá una anomalía negativa de Eu.

Veamos las diferencias con los espectros (¡hala!, más fantasmas) de los circones de la eclogita. Hay dos principales:

  1. Las tierras raras pesadas (HREE) están empobrecidas. Esto es debido a que estos circones crecieron en presencia de granate, al que le encantan las HREE casi tanto como a la plagioclasa el Eu o a un niño una piruleta.
  2. No hay anomalía de Eu. Es decir, no había plagioclasa cuando creció el granate.

¿Conocéis alguna roca con granate y sin plagioclasa? Pues sí, una eclogita.

Eclogita con distena #tuiteaunapiedra

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Así que tenemos circones con zonado oscilatorio y relaciones Th/U que nadie pondría en duda que son ígneos, pero que son realmente eclogíticos.

Pero queda un asunto por resolver: ¿De dónde vienen esos circones?, ¿pudieron generarse a partir de un fundido en condiciones eclogíticas?, ¿crecieron realmente durante el metamorfismo o son recristalizados?, y si realmente se formaron en estado sólido, ¿de dónde salió el Zr para formarlos?

Para explicar el origen de los circones existen cuatro opciones: (1) disolución de circón previo-precipitación de nuevo circón; (2) recristalización de circones ígneos; (3) nuevo crecimiento a partir de un fundido y (4) nuevo crecimiento en estado sólido.

El núcleo está claramente reabsorbido y tiene una edad equivalente a la que otros estudios dan para los protolitos de las eclogitas, a pesar de un alto plomo común. El borde es un poco más joven de 390 Ma, puede estar afectado por pérdida de plomo. Los valores en rojo son temperaturas calculadas a partir del contenido en Ti del circón.
El núcleo está claramente reabsorbido y tiene una edad equivalente a la que otros estudios dan para los protolitos de las eclogitas, a pesar de un alto plomo común. El borde es un poco más joven de 390 Ma, puede estar afectado por pérdida de plomo. Los valores en rojo son temperaturas calculadas a partir del contenido en Ti del circón.

Opción 1: Eso pudo haber pasado en el caso de este circón, donde se ve un núcleo parcialmente reabsorbido de 474 Ma y un borde de unos 360 Ma. Pero es el único caso donde se preserva un xenocristal y eso es raro. Debería haber más.

Opción 2: Recristalización. Lo normal es que este proceso se cargue el zonado ígneo original, pero se ha descrito algún caso donde este zonado se ha preservado. Eso sí, en esos casos, el reequilibrio isotópico no ha sido completo, por lo que las edades se dispersaban entre la edad del protolito y la edad del metamorfismo. En nuestro caso, las edades obtenidas en estas zonas se concentran en torno a los 390 Ma, no hay dispersión (lo veis en este gráfico), posiblemente no hubo recristalización.

Los datos se concentran cual vecinos del Gamonal.
Los datos se concentran cual vecinos del Gamonal.

Opción 3: Que un fundido ya te digo yo que no. Veréis, en el año 2002, Daniela Rubatto hizo un estudio sobre coeficientes de distribución de REE entre granate y circón en eclogitas y granulitas. Descubrió que, aunque ambas tienen granate, los circones de las granulitas no estaban empobrecidos en HREE. Esto es porque las granulitas suelen tener fundidos, que abren el sistema e invalidan los KD, porque hay REE disponible para todos (el “Kalise para todos” de Iniesta sería un ejemplo de sistema abierto). Conclusión: si hubiese habido un fundido involucrado en la formación de esos circones, no deberían estar empobrecidos en HREE.

Opción 4: Solo puede quedar una… es triste, pero es así. Los circones se formaron por una reacción metamórfica en el estado sólido. Así que ayer me fui a ver la lámina por si encontraba una pista. Minerales que tengan Zr no hay muchos: granate, esfena, ilmenita son posibles candidatos. El primero no puede ser porque es un producto, y yo estoy buscando un reactivo, algo que tuviera Zr, reaccionase durante el metamorfismo, desapareciese y diese lugar al circón.

Lo primero que vi en la lámina que me llamó la atención fue esto

Fantasma 9

Se ven inclusiones de rutilo en granate y luego unos minerales accesorios de menor tamaño y que no parecen rutilo (al cruzar nícoles tampoco). ¿Serán circones?

Entonces empecé a ver las inclusiones de los granates y me quedó claro que allí había existido un mineral en el pasado que había reaccionado para formar granate y el residuo había originado esos agregados (volved a la foto del principio de la entrada).

Al ver este otro “fantasma”, me quedó claro cual había sido ese precursor

Fantasma 10

¿Alguien recuerda un accesorio muy típico de rocas básicas con forma de juanola? Pues ese mismo.

Naturalmente, esto es un brindis al sol y tiene sus pegas: ¿es la cantidad de Zr en la esfena (y la propia esfena, que no olvidemos que es accesoria) suficiente para formar circón? Si el granate también tiene querencia por el Zr, ¿por qué ha quedado como un residuo y no se ha incorporado el Zr a la estructura del Grt?

Por eso me voy a llevar la lámina a la microsonda, para analizar estos cristalitos y ver qué son. Como sean circón, la lío.

En cualquier caso, y sin entrar en tanto detalle, ya tengo para un paper. Lo mandaré a Terra Nova, ya os contaré lo que pasa al final.

Una cosa está clara, no le cojáis mucho cariño a las ideas establecidas, no han venido para quedarse.

REFERENCIAS
Vogel, D.E. 1967. Petrology of an eclogite- and pirigarnite-bearing polymetamorphic rock complex at Cabo Ortegal, NW Spain. Leidse Geologische Mededelingen, 40, 121-213.

Rubatto, D. 2002. Zircon trace element geochemistry: partitioning with garnet and the link between U–Pb ages and metamorphism. Chemical Geology, 184, 123-138.

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