Problemas del Conocimiento en Ingeniería y Geología, Vol. I L. A. Godoy (Editor) Editorial Universitas, Córdoba, Agosto 2003, pp. 33-52 ANÁLISIS DE DOS PARADIGMAS SOBRE LA CRISTALIZACIÓN DE PEGMATITAS Fernando Colombo Museo de Mineralogía y Geología ¨Dr. A. Stelzner¨ Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Universidad Nacional de Córdoba, Av. Vélez Sarsfield 299, Córdoba, Argentina. fcolombo@com.uncor.edu Resumen: En este trabajo se argumenta que el desarrollo del conocimiento sobre la cristalización de pegmatitas responde al esquema propuesto por T. S. Kuhn en The structure of scientific revolutions. Las teorías propuestas se basan en un conjunto de observaciones y de experimentos de laboratorio, y deben ser coherentes con principios físicos y químicos. Probablemente el flanco más débil sean los datos experimentales, de difícil ejecución, medición e interpretación. Se interpreta aquí que a una etapa de preciencia, con una gran proliferación de teorías, le sigue un período de ciencia normal, regida por el paradigma de Jahns-Burnham. Las anomalías de este modelo se fueron incrementando con el tiempo, sobre todo debido a la aparición de nuevos trabajos de petrología experimental. En 1992 London publica una nueva teoría de génesis y cristalización de pegmatitas que ofrece mejores explicaciones que el modelo de JahnsBurnham y satisface a gran parte de la comunidad científica. Se produce así una revolución y el desplazamiento del paradigma anterior. Palabras Clave: Kuhn, pegmatitas, paradigmas, anomalías, revolución 33 1 INTRODUCCIÓN Uno de los objetivos de la Epistemología es caracterizar el modo en que la ciencia crea conocimientos y teorías, y las interrelaciones entre los hechos que pueden ser medidos u observados y los conceptos teóricos. Otros temas que han sido motivo de investigación epistemológica son la forma de demostrar la validez de una teoría, y qué sucede cuando una teoría resulta ser falsa. ¿Es necesariamente un fracaso total, o hay algo que pueda aprenderse? Esto lleva a otra pregunta: ¿El avance del conocimiento científico se produce de forma continua o bien hay interrupciones y cambios conceptuales abruptos? Distintas escuelas han tratado estos temas con enfoques diferentes. Algunas, como por ejemplo los empiristas y los inductivistas, sostenían que los hechos son independientes del observador y de cualquier marco teórico que éste manejara. La teoría debía derivarse de las observaciones, y el mejor respaldo de la veracidad de la teoría lo constituía un cúmulo creciente de registros que no entraran en contradicción con lo derivado de ésta. La ciencia tendría entonces un carácter acumulativo y crecería de forma continua, quizás con ritmos diferentes pero sin perder un hilo conductor que relaciona los conocimientos más antiguos con los de vanguardia. Cuando los nuevos hallazgos contradicen a los más antiguos, se descarta la teoría vigente para ser reemplazada por una nueva que compatibiliza tanto las observaciones nuevas como las anteriores. Popper introduce el falsacionismo, el cual sostiene que no hay manera de demostrar que una teoría es verdadera, pero sí que es falsa. Para los falsacionistas, un problema sólo es tal es tal a la luz de alguna teoría, es decir, que la ciencia no comienza con la observación. Se proponen hipótesis falsables como soluciones al problema, las cuales son examinadas y puestas a prueba. Las que resisten son sometidas a pruebas más rigurosas. Cuando se falsa una hipótesis que ha superado con éxito una gran cantidad de pruebas, surge un nuevo problema, con suerte muy alejado del anterior, y se reinicia el ciclo. No se habla de verdad de las hipótesis sino de superioridad en el sentido de que una es capaz de soportar pruebas que falsaron otras. Para Popper, la ciencia progresa por ensayo y error. Una modificación de esta postura es el falsacionismo sofisticado. A los requisitos de los falsacionistas (que una teoría debe ser falsable pero no haber sido falsada) le agregan que una hipótesis debe ser más falsable que aquella en cuyo lugar se ofrece. La concepción falsacionista sofisticada de la ciencia presta atención a los méritos relativos de teorías enfrentadas. La pregunta clave es: “La teoría recién propuesta ¿es un sustituto viable de aquella a la cual desafía?”. El énfasis puesto en la comparación de teorías evita un problema: es muy difícil especificar hasta qué punto es falsable una teoría, pero es posible comparar los grados de falsabilidad entre dos teorías. Para los falsacionistas sofisticados, la ciencia evoluciona mediante 35 una serie de teorías falsables, siendo cada una más falsable que su predecesora. Los adelantos mayores se dan cuando se falsa una teoría prudente o cuando aparecen pruebas que respaldan una teoría audaz. Una crítica al falsacionismo es que si los científicos se hubieran atenido estrictamente a su metodología, muchas teorías de gran éxito no hubieran sido nunca desarrolladas, por haber sido falsadas al comienzo. Según los falsacionistas sofisticados, es permisible modificar las teorías en vista de falsaciones aparentes, o incluso aferrarse a ellas, con la esperanza de que los problemas se resolverán en el futuro. Popper subraya la necesidad del dogmatismo, para evitar que la crítica indiscriminada oculte el poder real de determinadas teorías. Queda por preguntarse qué papel le corresponde a la crítica si se da un papel positivo al dogmatismo. Además, si se permiten actitudes tanto críticas como dogmáticas, nada queda excluido, cayendo precisamente en el problema que llevó a Popper a desarrollar el falsacionismo. En 1962 Kuhn propuso una nueva teoría que es bosquejada en los párrafos siguientes y aplicada en este trabajo a describir el desarrollo del conocimiento sobre el origen y cristalización de un tipo de rocas llamadas pegmatitas. 2 LA VISIÓN DE LA CIENCIA Y SU PROGRESO SEGÚN THOMAS S. KUHN Los aspectos epistemológicos de este trabajo se basan en lo escrito por Thomas S. Kuhn en su libro The structure of scientific revolutions, publicado en 1962, donde expone una nueva forma de examinar la ciencia y cómo progresa. Kuhn se dio cuenta de que las concepciones inductivistas y falsacionistas de la ciencia no resistían una comparación con pruebas históricas. Propuso entonces una nueva teoría, cuyos rasgos sobresalientes son el carácter revolucionario del conocimiento científico (donde se produce el abandono de una teoría científica y su reemplazo por otra incompatible con la anterior), y el papel importante que desempeñan las características sociológicas de las comunidades científicas. Según Kuhn, en el origen de cada ciencia hay una etapa de confusión y proliferación de teorías alternativas sin que haya una dominante. Kuhn llama preciencia a este período, el cual finaliza cuando la comunidad científica acuerda que una teoría es mejor que las otras. En ese momento comienza la etapa de ciencia normal, donde la actividad científica está regida por un paradigma. Un paradigma está constituido por los supuestos teóricos generales, las leyes y las técnicas para su aplicación, que desarrollan los miembros de una determinada comunidad científica. La ciencia normal articulará y desarrollará el paradigma intentando explicar y acomodar el comportamiento de algunos aspectos importantes del mundo real. Los científicos no cuestionan el paradigma bajo el cual trabajan; esto supondría derrochar esfuerzos que deben estar orientados a resolver problemas. Supuestamente el paradigma provee las herramientas para la resolución de enigmas, y 36 si éstos se resisten a ser solucionados el fracaso es del científico, no del paradigma. Un paradigma condiciona la visión del mundo, separando lo que constituyen preguntas válidas de las que no tienen razón de ser o son explicadas por él. Ningún paradigma es perfecto en su capacidad de explicar el mundo al que se aplica. En sus comienzos las incongruencias son numerosas, pero el desarrollo posterior relaciona teoría y hechos. Aún así, hay enigmas que no pueden ser resueltos, ni siquiera después de numerosos intentos usando toda la artillería provista por el paradigma. Éstos constituyen las anomalías, las cuales se van acumulando. La persistencia de una anomalía por un largo tiempo, o la acumulación de muchas, es causa de inquietud y descontento entre los científicos que aplican el paradigma. Si la anomalía evidencia fallas en los principios de propio paradigma, o si se relaciona con alguna actividad social urgente, su impacto en el paradigma será mucho mayor y se llega a una crisis. En algún momento alguien propone un nuevo paradigma. La comunidad científica, considerando causas tanto objetivas como subjetivas, se adhiere a él en lo que constituye una revolución. El nuevo paradigma pasará a dirigir la actividad científica hasta que las nuevas anomalías reinicien el ciclo crisis → revolución → ciencia normal. 3 ¿QUÉ SON LAS PEGMATITAS Y CÓMO SE ORIGINAN? La palabra ¨pegmatita¨ indica una roca caracterizada por un tamaño promedio de grano mayor a 2,5 cm. Este término no se restringe a una composición determinada, por lo que es frecuente que se le anexe un calificativo como ¨granítica¨ o ¨alcalina¨ para dar una idea acerca de la mineralogía principal. El origen y cristalización de masas graníticas han sido estudiados y modelados desde hace décadas, y se considera que es un proceso razonablemente bien conocido, al menos para composiciones simples, pero no sucede lo mismo con las pegmatitas. ¿Qué diferencia a las pegmatitas de los granitos, y qué características deben ser explicadas por un modelo? Según London (1992), los rasgos sobresalientes de las pegmatitas son: • • • • Tamaño de grano extremadamente variable, desde cristales micrométricos a cristales extraordinariamente grandes: se conocen cristales individuales de más de 100 toneladas. Texturas anisótropas. Heterogeneidad química en varias escalas diferentes. Fraccionamiento químico dentro de una pegmatita individual y entre pegmatitas de un grupo. 37 El interés por comprender de dónde derivan y cómo se forman las pegmatitas excede el ámbito estrictamente académico, ya que constituyen yacimientos muy importantes de muchos minerales industriales (como cuarzo, feldespato y micas), gemas de alto precio y metales raros. Diferentes escuelas han planteado diversas teorías para la génesis de pegmatitas. Algunas de ellas fueron descartadas posteriormente por su falta de coherencia interna y por haber sido elaboradas casi ad hoc para ajustarse a un grupo de observaciones, pero que distaban mucho de ser aplicables a la mayoría de las pegmatitas. Otras continuaron en vigencia, sin que fuera evidente la prevalencia de una sobre las demás. Una de las líneas teóricas que se manejaban tomó importancia cuando en 1969 Jahns y Burnham publicaron un modelo donde compatibilizaban las observaciones de campo con estudios experimentales y propusieron un esquema de cristalización de pegmatitas. En 1992 London publica un nuevo modelo que cuestiona las bases del anterior, proponiendo una explicación alternativa para la formación de estos cuerpos. La comunidad geológica dedicada a la investigación en pegmatitas recibió este trabajo con satisfacción, por proponer mecanismos más coherentes para la formación de los rasgos que se observan y que la teoría de Jahns-Burnham (de aquí en adelante, modelo, paradigma o teoría de Jahns) no explicaba o lo hacía invocando condiciones muy especiales. Aún así, la influencia que tuvo el trabajo de Jahns en la concepción de muchos geólogos sobre el origen de las pegmatitas fue muy grande. Su teoría ha sido reproducida en innumerables libros de texto y apuntes de clase y ha servido de marco teórico en muchas publicaciones especializadas, al menos hasta 1992. Está tan arraigada en los geólogos que no estudian pegmatitas (que por cierto son una amplia mayoría) que es muy probable que siga siendo ¨por defecto¨ la elegida en el momento de pensar en estas rocas, hasta que la nueva teoría se difunda y alcance una popularidad comparable. Es curioso que Jahns, en los primeros esbozos de lo que luego sería su teoría, sostuviera un punto de vista similar a la teoría de London, pero posteriores experimentos de laboratorio lo hicieron desistir de ese punto de vista. A lo largo de este trabajo se ha intentado emplear el mínimo posible de lenguaje técnico. Aún así, es inevitable el empleo de términos que no tienen uso en la vida cotidiana y sin los cuales no se puede transmitir una idea (al menos en un fragmento razonablemente corto de texto). Se le pide disculpas al lector no familiarizado con estos términos, con la esperanza de que al menos los aspectos epistemológicos del trabajo queden claros. 4 ETAPA DE PRECIENCIA EN LA INVESTIGACIÓN SOBRE LA CRISTALIZACIÓN DE PEGMATITAS 38 Un gran número de publicaciones tratan sobre el desarrollo interno y temas relacionados de la génesis pegmatítica, comenzando en el siglo XIX (por ejemplo, Brögger 1890). Varios orígenes han sido propuestos para las pegmatitas desde el comienzo de su investigación. Jahns (1955) clasifica las diferentes propuestas en: A – Teorías acuosas A1 – secreción lateral A2 – solución selectiva B – Teorías ígneas B1 – magma viscoso, segregado o inyectado B2 – magma altamente fluido, segregado o inyectado B3 – Magma inyectado formado por anatexis B4 – Soluciones acuosas derivadas de magmas C – Teorías metamórficas C1 – Recristalización C2 – Anatexis C3 – Diferenciación metamórfica Cerný (1982) discute las diferentes categorías. A la luz del conocimiento de campo y experimental de ese momento (y actual), ninguna de las posibilidades A tiene sustento, a pesar de que fueron populares en el siglo XIX. En cuanto a las posibilidades C, pueden producir cuerpos con algunas características similares a lo que hoy se llama pegmatitas, pero están lejos de explicar las características de la generalidad de los casos. En contraste, algunas de las teorías agrupadas en B son plausibles según los datos de laboratorio y de campo, que indican que las pegmatitas cristalizan de fundidos silicatados. A lo largo del tiempo se han publicado trabajos que describen, documentan e interpretan las relaciones paragenéticas, texturales, composicionales y mineralógicas dentro y entre cuerpos pegmatíticos de todo el mundo. Un resultado ha sido la reducción drástica en el número de puntos de vista contrastados sobre la génesis de pegmatitas, aunque la mayor parte de ellos considera al agua como un constituyente esencial o importante en el proceso de formación de estas rocas. A pesar de ello continúa el desacuerdo sobre las condiciones y la secuencia de cristalización, la naturaleza y comportamiento de las fases fluidas, y las posibles interacciones entre fases fluidas y cristales. Jahns (1982) adjudica esta situación en parte a muchas diferencias reales entre pegmatitas, en parte debido al conocimiento incompleto del cuerpo en tres dimensiones, y en parte a relaciones temporales y espaciales contrastantes que se han establecido 39 entre los cientos de observaciones y el número limitado de procesos que pueden ser razonablemente incluidos en la explicación. A esta confusión han contribuido la aplicación de nomenclaturas complicadas, la adopción de explicaciones genéticas sobresimplificadas para un gran número de rasgos, y el ignorar las restricciones sugeridas o impuestas por investigaciones experimentales pertinentes. 5 ETAPA DE CIENCIA NORMAL EN LA INVESTIGACIÓN SOBRE LA CRISTALIZACIÓN DE PEGMATITAS Con la difusión de las ideas de Jahns se alcanza un gran consenso en cuanto al enfoque que se le va a dar al estudio de las pegmatitas. Pasan a ser consideradas como rocas formadas por cristalización de un fundido y posterior interacción con fluidos provenientes en su mayoría del mismo fundido, en un sistema dominantemente cerrado, conceptos que se mantienen vigentes hasta la actualidad. Desde ese momento las investigaciones se centran en la documentación de las asociaciones minerales, sus texturas, la estructura de las pegmatitas, relación con cuerpos intrusivos mayores con supuesta relación genética, etc. Termina la competencia entre escuelas y el énfasis en las investigaciones se deriva a otras áreas, como por ejemplo el estudio experimental de cristalización de fundidos saturados en agua. 6 LA EVIDENCIA QUE SUSTENTA LAS TEORÍAS Las dos teorías consideradas aquí, como la mayoría de las otras propuestas, se basan en datos de campo obtenidos mediante observaciones (incluyendo posteriores análisis químicos y estructurales) y datos de experimentos en laboratorio. Kuhn sostiene que las observaciones están dirigidas por la teoría. Aún así, diversas escuelas con distintas teorías han notado los mismos rasgos en las pegmatitas, por lo que podrían considerarse como hechos independientes del observador. Los principios físicos y químicos operantes durante la cristalización de las pegmatitas se consideran inmutables (aunque por ser parte de otros paradigmas están sujetos a posibles modificaciones futuras), y como tales deberían dar un marco teórico robusto para encarar el estudio de estos cuerpos. Aunque hoy no se discute la veracidad de la afirmación precedente, el número muy grande de variables que deben manejarse (relación entre temperatura, composición química y presión) y las formas de medición introducen una pregunta: ¿cuán aproximados son los experimentos al mundo real? London (1992) dice textualmente: ¨Pocos mineralogistas o petrólogos aprecian la complejidad y subjetividad que son inherentes en experimentos con sistemas de silicatos-volátiles¨. Muchos 40 petrólogos experimentales no han sabido transmitir adecuadamente a su audiencia lo que han hecho y observado, y muchos resultados han sido determinados con un grado de error mucho mayor que el aparente de las publicaciones. Lo que es más importante, muchos productos de reacción no han sido descriptos de forma regular o completa. El acceso a técnicas analíticas más complejas permite caracterizar mejor los resultados, pero esto es relativamente reciente y aún así no siempre es incluido en publicaciones para su evaluación. Los experimentos de laboratorio poseen una limitación severa en el caso de experiencias con fundidos, y es que la tasa de enfriamiento es excesivamente rápida como para replicar satisfactoriamente lo que ocurre en la naturaleza. Otra limitación es la cantidad de elementos químicos que pueden incluirse en un estudio manejable. Las pegmatitas están enriquecidas en muchos elementos volátiles y que interactúan con el fundido (como H2O, CO2, F, Li, B y P). La ausencia de ellos en los materiales de partida para el experimento hace que las conclusiones no sean siempre extrapolables a los cuerpos naturales. Las dificultades experimentales y analíticas asociadas a la determinación de saturación de H2O en el fundido son importantes, debido a que los datos experimentales forman las bases de los modelos para la disolución de H2O en el fundido. Estos problemas son particularmente relevantes en el estudio de pegmatitas, debido a que el modelo de Jahns y Burnham atribuye la transición de textura granítica a pegmatítica a la exsolución de una fase vapor acuosa del fundido saturado. De lo expuesto se desprende que los datos obtenidos de experimentos, si bien constituyen una base innegable del conocimiento, son una de las fuentes de mayor discusión y controversia debido a las dificultades para ejecutarlas, medir lo que se desea e interpretar los resultados. 7 EL PRIMER PARADIGMA: EL MODELO DE JAHNS-BURNHAM Algunas de las teorías propuestas anteriormente, dentro de lo que podría considerarse como la etapa de preciencia, no son sustancialmente diferentes de lo publicado por Jahns y Burnham, quienes en realidad dieron forma a un cuerpo de teoría desarrollado en conjunto por varios otros geólogos, entre ellos E. Cameron, K. Landes, F. Hess y W. Schaller. Jahns y Burnham (1969), Jahns (1982) y Burnham y Nekvasil (1986) sostienen la coexistencia de una fase de vapor acuoso con el fundido silicatado. La formación de pegmatitas se dividiría en dos estadíos; durante el primero, la cavidad es rellenada por un fundido de la cual se forma una pegmatita zonada según el esquema de cristalización fraccionada. En esta etapa el sistema permanece casi cerrado, con excepción de la evacuación de algunas sustancias fuera de los límites de la pegmatita. Durante la segunda etapa el sistema se abre por completo. Bajo la acción de soluciones gaseosas-acuosas ricas en volátiles, se produce la transformación de los minerales antes separados, con la 41 evacuación de los productos de las reacciones intercambio fuera de los límites del depósito pegmatítico. Esta segunda etapa puede estar ausente o muy pobremente expresada. Jahns (1982, pp. 310) afirma: ¨El agua, junto con varios otros componentes volátiles aquí incluidos por implicación, debe ser un constituyente significativo de los sistemas naturales formadores de pegmatitas, como es indicado por algunas características de los productos sólidos como la amplia presencia de minerales con HO- y las inclusiones fluidas acuosas. [...] Donde está presente, una fase vapor libre [...] puede servir como un importante solvente y agente de transferencia para materiales no volátiles¨. En el mismo trabajo (p. 315) Jahns afirma que ¨el vapor de agua es progresivamente exsuelto del remanente de líquido silicatado y se produce el desarrollo de pegmatita verdadera¨. Las pegmatitas a menudo poseen una estructura en zonas, donde cada una se caracteriza por una asociación mineral particular con una disposición y tamaño de los cristales que la hacen diferente de las zonas adyacentes. Según Jahns, el mecanismo para la segregación zonal se centra en el papel del vapor acuoso en promover la transferencia de masa a través del fundido pegmatítico. La articulación del paradigma de Jahns fue minuciosa y logró explicar de manera convincente muchos rasgos de las pegmatitas a la luz de los conocimientos y las evidencias disponibles hasta ese momento. 8 ANOMALÍAS DEL MODELO DE JAHNS-BURNHAM El paradigma de Jahns tuvo éxito al principio para explicar muchos rasgos de las pegmatitas a la luz de lo que se conocía en ese momento. Con el transcurrir del tiempo se empezaron a acumular anomalías de diversos tipos. Algunas se deben a que las características predichas o deducidas a partir de lo sostenido por la teoría no concuerdan con lo observado en la naturaleza. Por ejemplo puede considerarse la presencia de cavidades dentro de las pegmatitas. Aún hoy estas oquedades tapizadas de cristales se siguen considerando una prueba inequívoca de la saturación de H2O en el fundido. Sin embargo, esas cavidades son raras, y cuando están presentes constituyen una diminuta fracción del volumen de la pegmatita. Burnham y Nekvasil (1986) determinaron que un fundido saturado en agua desde el comienzo debe contener como mínimo 2,5 % de H2O. Las pegmatitas con una fracción de huecos tan grande son extremadamente raras, indicando falta de acuerdo entre teoría y observaciones (téngase en cuenta que 2,5 % es el mínimo de H2O para saturar un fundido, y si aumenta la presión confinante ese valor también sube). 42 Otras anomalías aparecieron cuando se realizaron nuevos estudios experimentales que aportan pruebas nunca antes consideradas. Como ejemplo tomaremos la distribución de elementos en un fundido donde coexiste vapor acuoso con una mezcla rica en silicatos. Cada elemento químico posee una tendencia a concentrarse en una de las dos fases, ya sea el vapor o el fundido. Los experimentos indican que la distribución final de elementos no coincide con la observada en la naturaleza, es decir, que algunos elementos que normalmente van juntos en las pegmatitas deberían separarse si existiera una fase vapor libre. Otro tipo de anomalía se encontró cuando los nuevos resultados experimentales, siguiendo métodos similares pero realizados bajo condiciones más rigurosas y presentados en trabajos mejor documentados, contradicen a los experimentos más antiguos. Tomaremos los experimentos de London et al. (1989), donde se obtuvieron variaciones muy marcadas (102-103) de tamaño de grano en experimentos con un contenido de H2O muy por debajo del requerido para la saturación. Jahns (1982) adjudicó estas variaciones del tamaño de los cristales a la presencia de H2O libre. Nuevos resultados experimentales pueden dar un marco diferente para la interpretación de mediciones. El estudio de inclusiones fluidas proporciona información valiosa si se aplica correctamente, pero la gran cantidad de juicios que requiere por parte del investigador hace que, en circunstancias geológicas poco claras, se llegue fácilmente a conclusiones erróneas. Por ejemplo, London (1984) estudió la estabilidad de algunos minerales pegmatíticos y demostró que los resultados experimentales son incompatibles con las conclusiones alcanzadas a partir del estudio de inclusiones fluidas. Métodos analíticos más modernos pueden dejar en evidencia que algunos supuestos no tienen una base firme. Un ejemplo es la concentración de flúor en el fundido pegmatítico, relevante por su efecto depresor de la temperatura. Análisis químicos nuevos han mostrado que varios minerales que se suponía eran ricos en flúor en realidad no lo son tanto. Por lo tanto, la concentración de flúor en el magma es menor que lo que se creía. El modelo de Jahns-Burnham no puede dar explicaciones razonables a algunas características muy típicas de las pegmatitas. Como ejemplo puede considerarse la génesis del núcleo de cuarzo casi puro, que es económicamente importante. Como no había forma de explicarlo con el modelo de equilibrio fundido-vapor, Burnham y Nekvasil (1986) concluyeron que una gran parte (cerca del 60%) del cuarzo del núcleo debe ser depositado a partir de soluciones acuosas. Esto constituye casi una hipótesis ad hoc, ya que no es en absoluto evidente cómo volúmenes tan grandes de sílice pueden ser transportados dentro de un sistema cerrado ni tampoco de dónde provendría el óxido de silicio. 43 La existencia de anomalías serias, algunas poniendo en duda los propios principios del paradigma (como la del porcentaje de cavidades en las pegmatitas), junto con muchas otras menores pero que se resistieron a ser eliminadas por un largo tiempo, preparó el camino para la crisis. 9 CRISIS Y REVOLUCIÓN Según Kuhn, una revolución se caracteriza por el rechazo por parte de la comunidad de una teoría científica antes reconocida, para adoptar otra incompatible con ella. Ésto produce un cambio en los problemas disponibles para el análisis y en las normas por las que la profesión determinaba qué debería considerarse como problema admisible o como solución legítima de un problema. Por lo tanto, transforma el mundo en que se lleva a cabo el trabajo científico. Hasta que la comunidad científica adopte el nuevo paradigma, la revolución va acompañada de controversias. La crisis que precedió al nuevo modelo fue marcada por las publicaciones que señalaban incongruencias y fallas en las explicaciones que ofrecía la teoría de Jahns. Varios trabajos importantes fueron publicados por London (1984, 1985, 1986a, 1986b, 1990) y London et al (1988, 1989). La crisis no tuvo carácter agudo pero fue suficiente para mostrar que el modelo de Jahns debía ser reformado en sus bases. La revolución se produjo con la aparición del trabajo de London (1992), donde integra numerosas observaciones de campo y trabajos experimentales (la mayoría ya publicados) para dar una nueva visión sobre los procesos que actúan cuando cristaliza un fundido para dar una pegmatita. Surge ahora la pregunta: ¿por qué la nueva teoría debe ser considerada un nuevo paradigma, y no simplemente una implementación más ajustada del paradigma anterior? Desde el momento en que London niega la necesidad de una fase vapor acuosa para el desarrollo de pegmatitas, está negando una base fundamental del paradigma de Jahns, que no puede ser concebido sin esa fase vapor porque justifica con ella muchas observaciones y procesos. El otro cambio principal es que London considera que la cristalización de pegmatitas no es un proceso en equilibrio. Con estos dos cambios es imposible considerar que las dos teorías son variaciones con los mismos supuestos básicos. Después de analizar la existencia de dos paradigmas, es válido preguntar qué innovaciones hubo en los problemas para analizar y las soluciones consideradas adecuadas. Particularmente ilustrativo resulta el cambio en el estudio de inclusiones fluidas. Éstas son pequeñas porciones de gas y líquido que se observan dentro de cristales. Mediante técnicas de calentamiento, enfriamiento y otras más complejas se pueden obtener pistas sobre las condiciones de temperatura, presión y composición de los fluidos que reinaban mientras se formaba el cristal 44 que ahora aloja a las inclusiones fluidas, las cuales son muy abundantes en los minerales pegmatíticos. El modelo de Jahns propone que hay una fase vapor rica en agua desde el comienzo de la cristalización. Por lo tanto, los datos que se obtengan de inclusiones fluidas están dando información sobre condiciones de presión, temperatura y composición química que había durante la formación del cristal. London (1992) argumenta que no hay tal fase gaseosa disponible para quedar englobada simultáneamente con la formación del cristal. Las innumerables inclusiones fluidas presentes en los cristales han sido atrapadas con posterioridad a la cristalización del mineral, y han penetrado a través de fracturas muy finas que luego fueron selladas. Por lo tanto, su estudio no da información sobre las condiciones de cristalización, sino sobre otro evento posterior y probablemente desvinculado. Si se tiene en cuenta que los modelos buscan explicar cómo cristalizaron las pegmatitas, es evidente que conocer datos de presión, temperatura y composición química es muy importante. Los dos paradigmas difieren entre sí en los modos en que es legítimo extraer información. Aplicando los supuestos de la teoría de Jahns, Thomas et al. (1988) calcularon una temperatura final de cristalización del magma en la pegmatita de Tanco (Canadá) de 262º C. Esa solución no es admisible si se sigue el modelo de London, y en realidad Thomas y sus colaboradores tuvieron que apelar a condiciones geológicas extraordinarias para compatibilizar esa conclusión con las temperaturas conocidas de cristalización de fundidos (cerca de los 550º C como límite mínimo). Otra consecuencia del cambio de paradigma es cómo se juzga el contenido de agua de un magma. Antes se relacionaba la presencia de abundantes pegmatitas en un granito con un alto contenido en agua del fundido. Ahora esa relación no es tan clara, por haberse reconocido que hay otros factores que gatillan la formación de pegmatitas (como puede ser una riqueza alta en flúor, con poca agua). Kuhn (1996, pp. 260) menciona que un candidato a nuevo paradigma debe satisfacer dos condiciones importantes. Primero, el nuevo paradigma debe aparentar potencial para solucionar algún problema importante que hasta el momento haya desafiado las explicaciones. En segundo lugar, el paradigma nuevo debe conservar una parte importante de la habilidad concreta de resolución de problemas que la ciencia ha adquirido a través de sus paradigmas anteriores. En el caso de los paradigmas de formación de pegmatitas, muchas de las experiencias de laboratorio realizadas bajo las condiciones en las que supuestamente cristalizan las pegmatitas (ej. Fenn 1977, London et al. 1988, 1989) no replicaron los rasgos típicos de ellas, mientras que el paradigma de London ofrece una explicación para ello. Sin embargo, el nuevo paradigma conserva muchas cosas de su predecesor, con variaciones modestas o directamente sin cambios. 45 10 EL SEGUNDO PARADIGMA: EL MODELO DE LONDON London (1992) presenta una nueva teoría sobre la cristalización de fundidos pegmatíticos. Este autor sostiene que la base experimental en la que se funda la teoría de Jahns parte de un supuesto erróneo, que es que los fundidos formadores de pegmatitas se encuentran en equilibrio. Argumenta que los fundidos de este tipo se intruyen en rocas más frías, por lo que las condiciones reales de emplazamiento y solidificación no necesariamente son aquellas del campo de equilibrio. Tampoco son útiles los estudios experimentales destinados a establecer relaciones de fase en equilibrio, porque proporcionan poca información sobre el proceso de cristalización que produce las fábricas de grano grueso y anisótropas que diferencian a las pegmatitas de los granitos. Existen relativamente pocos estudios de nucleación y crecimiento de cristales de silicatos que sean aplicables a los sistemas pegmatíticos. La mejor manera de describir estos últimos es como el producto de cristalización fraccionada en desequilibrio causado por sobreenfriamiento. El grado de sobreenfriamiento y la concentración del fundido en elementos incompatibles en el cuarzo y feldespato (particularmente H2O, B, P y F) gobiernan el desarrollo textural de los magmas pegmatíticos al controlar el número y la proporción de núcleos estables formados. Según Kuhn (1996, pp. 231), los nuevos paradigmas nacen de los antiguos, y por ello tienen mucho en común en cuanto al vocabulario, experimentos y conceptos. Sin embargo, lo normal es que esos elementos compartidos sean empleados de modo distinto por cada uno de los paradigmas, se relacionan de otra forma. Un ejemplo en el caso de la cristalización de pegmatitas es un experimento hecho por Jahns y Burnham (1958), donde se estudia el resultado de la cristalización en laboratorio de un fundido de composición global pegmatítica. Jahns (1982) adjudica el desarrollo de las texturas que se observan a la saturación en agua de un fundido inicialmente subsaturado en H2O. Wyllie (1963) comentó en general y con referencia específica a este experimento que la aparición de una ¨fase vapor libre¨ puede ser ¨reconocida por la preservación de cavidades de burbujas en el vidrio¨ que resulta de enfriar bruscamente el fundido. London (1992) indica que las burbujas en el vidrio son típicas de todos los experimentos con fundidos silicatados bajo presión, incluyendo a aquellos que no contienen agua. Más aún, las burbujas tienden a prevalecer cuando disminuye el contenido de H2O en el fundido. En nuevos experimentos London et al. (1989) han demostrado que las observaciones de Jahns (1982) no tienen relación causal con la saturación de H2O del fundido. Esto es un ejemplo de cómo lo observado en un experimento puede ser tomado como prueba a favor o en contra de un proceso postulado. El cuadro I resume los aspectos claves contrastantes entre ambas teorías. 46 Cuadro I – Comparación de los aspectos más relevantes de los modelos de Jahns-Burnham y de London. Característica Modelo de Jahns Importancia del H2O Crucial Condiciones de cristalización Sistema abierto vs. cerrado En equilibrio Comienza cerrado, luego abierto Desde el principio ¿Desde cuándo hay H2O exsuelta? Modelo de London Importante pero como un componente más dentro de un grupo En desequilibrio Dominantemente cerrado Al final 11 ANOMALÍAS DEL MODELO DE LONDON En la misma publicación donde expone su teoría, London (1992) reconoce explícitamente que su modelo es incapaz de explicar la formación de cuerpos laminados que son frecuentes en pegmatitas. En la página 526 dice: ¨En resumen, el desarrollo textural de las aplitas laminadas permanece como uno de los enigmas principales de las rocas pegmatíticas. Mientras que alguno de los tres mecanismos citados arriba podría ser aplicable en una circunstancia particular, ninguno de ellos proporciona una explicación satisfactoriamente general o viable, al menos con el desarrollo actual de los modelos¨. Otra anomalía es cómo pueden formarse los núcleos de cuarzo por cristalización en un sistema cerrado de un fundido haplogranítico simple (notar que esta anomalía es compartida con el modelo anterior). De manera similar, la segregación de grandes masas de algunos minerales raros desafía cualquier explicación usando los conceptos conocidos de cristalización y segregación mineral. Tampoco se explica bien por qué las pegmatitas químicamente evolucionadas comúnmente poseen una zonación caótica, tanto que es difícil relacionar su cristalización con un modelo existente. 12 TENDENCIAS FUTURAS Actualmente los trabajos que interpretan la génesis de pegmatitas se hacen tomando como referencia la teoría de London, especialmente en lo que hace a la subsaturación de agua durante un intervalo de la cristalización en cuerpos propiamente pegmatíticos. Sin embargo, Veksler et al. (2000) aseveran haber confirmado la coexistencia de tres fluidos inmiscibles durante la cristalización de un fundido de composición pegmatítica, tal como lo proponía Jahns. Las complicaciones en la realización e interpretación de experimentos hacen que probablemente la discusión continúe vigente por un tiempo más. Si alguien retoma el paradigma de Jahns deberá 47 reformarlo para acomodar los resultados obtenidos por London y sus colaboradores, ya sea refutándolos o bien proponiendo mecanismos alternativos que conduzcan a los mismos resultados. 13 LA “INVISIBILIDAD” DE LA REVOLUCIÓN Kuhn (1996, cap. XI) trata sobre la manera en que los registros que se producen pasada una revolución tienden a borrar y disimular los rastros de paradigmas anteriores. Lo descripto por Kuhn se ve claramente en el caso de las teorías sobre la cristalización de pegmatitas, donde London (1992) toma muchos resultados estables de la teoría de Jahns-Burnham, quienes a su vez habían hecho lo mismo con observaciones de teorías durante la etapa de preciencia. ¿Qué papel han jugado los libros de texto y publicaciones en el ocultamiento del paradigmas de Jahns-Burnham? La comunidad que se dedica a investigar estas rocas es una subcomunidad relativamente pequeña y bastante especializada dentro del conjunto de geólogos que estudian petrología ígnea. El paradigma de London ha tenido poca difusión fuera de esta subcomunidad, donde las ideas expresadas por Jahns y Burnham han sido incorporadas hace mucho tiempo y aparecían (y ocasionalmente lo hacen todavía) en todos los libros de texto que tratan del tema, especialmente a nivel de conocimientos geológicos generales. Entre la bibliografía especializada hay cuatro textos muy importantes por la difusión que han tenido: el libro editado por Cerný (1982), los dos capítulos de Cerný (1991 a, b) y el de London (1992). El primero apareció en un momento donde nadie discutía el paradigma de Jahns. Los de Cerný (1991 a, b) salieron en el momento de crisis, cuando se vislumbraba un nuevo modelo. El autor, una de las máximas autoridades mundiales en pegmatitas, expone ambos modelos y se inclina por el de London con precaución. Finalmente, en 1992, London publica un largo trabajo donde expone detalladamente su modelo. Exceptuando estos libros, que no se consiguen fácilmente, no hay libros específicos sobre los procesos de cristalización de pegmatitas editados en los últimos 25 años. Por lo tanto, el proceso de ocultamiento del paradigma anterior se ha dado principalmente a través de artículos especializados. 14 EL PROGRESO EN EL CONOCIMIENTO SOBRE CRISTALIZACIÓN DE PEGMATITAS Chalmers (2002) menciona algunas de las críticas que se le han hecho a Kuhn. Después de la publicación de The Structure of Scientific Revolutions, Kuhn fue acusado de tener un punto de vista ¨relativista¨ del progreso científico: la respuesta a si un paradigma es mejor o no que otro no tiene una respuesta definitiva y neutra, sino de depende de los valores del individuo, grupo o cultura que hace el juicio. 48 Kuhn supone que la adhesión de los científicos a un paradigma u otro no sucede por un argumento racional que apele a criterios generalmente aceptados. Insiste además en que la forma en que podremos conocer la naturaleza de la ciencia es ¨intrínsecamente sociológica¨ y que se logrará examinando ¨la naturaleza del grupo científico, descubriendo lo que tolera, lo que valora y lo que desprecia¨. Esto refuerza su postura relativista. Chalmers (2002) sostiene que hay en Kuhn dos corrientes: una relativista y otra que no lo es. Sin embargo, deben diferenciarse las experiencias perceptuales de los individuos de los enunciados observacionales que se hagan de ellas. Los últimos son comprobables públicamente y debatibles, mientras que los primeros no lo son. No sólo los objetos materiales tienen propiedades objetivas. Las proposiciones pueden tener propiedades distintas de aquellas de las que los sujetos son conscientes; tienen propiedades objetivas. Además de los enunciados, también son objetivos los montajes y procedimientos experimentales, reglas metodológicas y sistemas matemáticos. El conjunto de proposiciones implicados en un conjunto de conocimientos tendrá propiedades de las que no tienen por qué ser consciente los individuos que trabajan en él. Un ejemplo referido al paradigma de Jahns-Burnham es que si hubiera una fase fluida que impregna a todo el magma en proceso de solidificación, el sodio debería concentrarse en el techo del cuerpo y el potasio en la base. Esto es un comportamiento que debe cumplirse si se dan las condiciones propuestas por Jahns, es una propiedad objetiva de su modelo. En el campo se observa que las pegmatitas generalmente poseen una zonación inversa a esto (feldespato potásico en el techo y feldespato sódico en la base), lo que contradice lo predicho por el modelo de Jahns. Según Chalmers (2002) una gran parte del discurso de Kuhn sobre los paradigmas puede interpretarse como que se refiere a estas propiedades objetivas. En este contexto, preguntarse si un paradigma es un avance con respecto a otro rival se refiere a una relación objetiva entre paradigmas. Desde este punto de vista, el paradigma de London desplazó al anterior por tener más coherencia entre datos experimentales, observaciones de campo y leyes físico-químicas. Entre los aspectos subjetivos del cambio de adhesión, probablemente jugó un papel importante el apoyo que London consiguió de parte de algunos científicos muy respetados y que son tomados como referencia a nivel mundial en el tema, como es el caso de Cerný (en sus publicaciones de 1991 a, b). Muchos conceptos que se tratan en el modelo de London (1992) son de difícil evaluación salvo por personas muy especializadas. Sin embargo, London es una persona que despierta cierta admiración entre sus colegas y de muy buena reputación por su meticulosidad y la profundidad de sus trabajos, lo cual seguramente transmitió seguridad y contribuyó a que su modelo fuera bien recibido por la comunidad geológica que estudia pegmatitas. 15 CONCLUSIONES 49 En este trabajo se describe el progreso del conocimiento sobre la génesis de pegmatitas, por considerárselo un buen ejemplo del desarrollo de una ciencia tal como lo concibió Kuhn. Comenzó con una etapa de preciencia, donde no había acuerdo ni siquiera en cuál podría ser el origen más probable para las pegmatitas. En 1969 Jahns y Burnham publican una nueva teoría que adquiere status de paradigma y guía la investigación durante varias décadas subsiguientes. Esa teoría (igual que la de London) se basa en datos de campo y datos de experimentos en laboratorio. En general, las observaciones de campo no han sido discutidas, pero los datos obtenidos de experimentos son una de las fuentes de mayor discusión y controversia debido a las dificultades para ejecutarlas, medir lo que se desea e interpretar los resultados. Las anomalías que fueron surgiendo tienen varios orígenes, especialmente causadas durante un período de auge de la petrología experimental en la década de 1980: • • • • • Discrepancias entre características predichas o deducidas a partir de lo sostenido por la teoría y lo observado en la naturaleza. Datos provenientes de nuevos estudios experimentales sobre aspectos nunca antes estudiados. Discrepancias entre resultados de experimentos anteriores y modernos, usando técnicas más rigurosas e instrumental más sensible. Métodos analíticos más modernos mostraron que algunos supuestos deben ser modificados. Incapacidad del modelo de Jahns-Burnham para explicar razonablemente algunas características muy típicas de las pegmatitas. La combinación de anomalías serias con otras de menor importancia pero que se resistieron a ser eliminadas durante mucho tiempo hicieron surgir una crisis que no fue abiertamente expresada pero se evidenció en la rapidez con que se cambió de paradigma cuando hubo un nuevo candidato. London propuso en 1992 un nuevo modelo que se constituyó rápidamente en paradigma. También posee anomalías pero está en pleno proceso de desarrollo y articulación. La publicación de un nuevo experimento (Veksler et al. 2002) donde dicen haber confirmado la coexistencia de fluidos inmiscibles durante la cristalización (uno de los postulados básicos del paradigma de Jahns-Burnham) muestra que el debate no ha concluido, pero el paradigma anterior no puede ser reflotado sin grandes cambios para acomodar toda la evidencia en contra que se ha publicado. El proceso de eliminación del paradigma antiguo se ha dado principalmente a través de trabajos en revistas especializadas. Entre las causas que motivaron a la mayor parte de la comunidad geológica a cambiar de modelo se pueden diferenciar dos aspectos: el objetivo (mejor concordancia del modelo de London con respecto a las observaciones de campo, leyes físico-químicas y experimentos de laboratorio) y el 50 subjetivo (apoyo por parte de autoridades mundiales en el tema y muy buena reputación de London). 16 REFERENCIAS Brögger, W. C. 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