Gênese de minerais Ciclo de vida dos minerais Cristalização primária e sua história subseqüente Transições estruturais Mudanças na textura (crescimento dos grãos) Processos de exsolução Reações químicas (p.ex. dissolução, oxidação) MINERALOGIA 13/6/2006 Tanto os aspectos singenéticos como o epigenéticos dependem do ambiente geológico, e são regidos por princípios físicoquímicos. Ambientes de formação de minerais A nucleação e crescimento de minerais pode ocorrer em vários sistemas Soluções aquosas no interior da terra (endógenas): hidrotermais Durante cristalização de minerais numa câmara magmática, componentes voláteis migram para as rochas encaixantes e formam soluções aquosas mineralizadas (salinas). Reações de desidratação e descarbonatação em partes profundas da crosta Metamorfismo de rochas sedimentares Desgaseificação do manto: CH 4 +O 2 2H 2 O + CO 2 Águas meteóricas podem penetrar até centenas de metros Água do mar penetra em fissuras do assoalho marinho Transporte em soluções hidrotermais complexo condições Cu CuCl 2 Soluções levemente ácidas ou neutras, T ~ elevadas Cu(HS) 2 Au AuCl 2 350 400 C Au(HS) 2 Soluções neutras a alcalinas, T ~baixas 350 400 C Ag AgCl 2 < 200250 C Ag(HS) 2 < 250 C O quartzo é o principal mineral hidrotermal Outros: metais, sulfetos Soluções aquosas na superfície da terra (exógenas) : superficiais (vadose) ou salmouras Subterrâneas, solos e carste: precipitação de calcita, formação de estalactites e estalagmites em cavernas Cristalização a partir de gases: bancos de enxôfre em vulcões Ambientes lacustres, oceânicos: formação de depósitos de sal 1
Fluídos Solubilidade do quartzo em fç da T, em diferentes P Misturas de H 2 O e CO 2 Formação de calcário, metamorfismo deste (elevada T e P) Alteração de minerais desidratados (olivina e piroxênio): anfibólio, serpentina, talco, junto com calcita, magnesita ou dolomita Silicatos dissolvem em soluções alcalinas, carbonato e fosfato em soluções ácidas Cristalização a partir de dispersões coloidais Solgel: formação de opala Yellowstone National Park Microestrutura da opala. Diâmetro de cada esfera ~300 nm Cristalização a partir de magmas Fundidos silicáticos SiO 4 4 Si 2 O 7 6 n(sio 3 ) 2n Si 6 O 18 12 n(si 4 O 11 ) 6n MgO 6 10 CaO 6 10 AlO 4 5 e outros cátions... Íon estrutural Íon modificador da estrutura Íon oxigênio compartilhado por tetraedros Íon oxigênio não compartilhado Equilíbrios de fases em fundidos silicáticos A distribuição dos componentes entre fases minerais num magma em cristalização depende: temperatura pressão composição do sistema Regra das fases Fase: cada parte homogênea de um sistema F=CP+n F= graus de liberdade (freedom) ou variância do sistema C= número de componentes P = número de fases (phase) Número de variáveis (geralmente 2: pressão e T) 2
Diagrama de cianita, sillimanita e andalusita y z x em x: F=CP+2 F =11+2=2 em y: F=CP+2 F =12+2=1 http://serc.carleton.edu/research_education/equilibria/pttpaths.html y em z: F=CP+2 F =13+2=0 Séries de reação de Bowen Mg 2 SiO 4 CaAl 2 Si 2 O 8 CaMgSi 2 O 6 NaMg 3 Fe 4 Al 3 Si 5 O 22 (OH) 2 K MgFe 2 AlSi 3 O 10 (OH) 2 NaAlSi 3 O 8 KAlSi 3 O 8 KAl 3 Si 3 O 10 (OH) 2 SiO 2 Exemplo do sistema binário CaMgSi 2 O 6 (diopsídio) PF= 1391 C + CaAl 2 Si 2 O 8 (anortita) PF=1553 C mistura dos dois PF = 1274 C Na cristalização de magmas, supõese pressão constante: F=C P +1 Sistema binário diopsídio e anortita a 1 atm F=CP+1 Ponto E: P=3 F=0 m: P=1 F=2 x: P=2 F=1 Efeito da água na temperatura das curvas liquidus e na composição do eutético do sistema binário diopsídioanortita Efeito da pressão litostática nas curvas liquidus e na composição do eutético do sistema binário diopsídioanortita 3
Temperature o C Diagrama de fases da solução sólida anortitaalbita Cristalização em equilíbrio com o líquido Anortitaalbita Kfeldspatoalbita 1200 a liquid Abrich feldspar + liquid 1500 1400 T o C 1300 Liquid Plagioclase plus Liquid Plagioclase 1557 Plagioclásio zonado (centro do mineral + rico em anortita): normal e oscilante 1000 b d c e k f i j 1200 single feldspar 1118 1100 Ab 20 40 60 80 An Weight % An 800 g h two feldspars http://sorrel.humboldt.edu/~jdl1/web.page.imag es/plagioclase1.html Or Wt.% KAlSi 3 O 8 NaAlSi 3 O 8 Ab Exsolução de microclínio e albita em granito http://www.union.edu/public/geodept/courses/petrology/ig_minerals.htm Pertitas Luz polarizada 20X Imagem de MET de micropertitas (lamelas de exsolução) 4
Regra das fases modificada F=CΦ+nM F= graus de liberdade (freedom) ou variância do sistema C= número de componentes Φ = número de fases (phase) Número de variáveis (geralmente 2: pressão e T) M= componentes móveis (voláteis) Em sistemas geológicos, o número máximo de minerais que podem coexistir em equilíbrio é igual ao número de componentes inertes Sistemas sólidos Amorfo: vidro vulcânico tende a devitrificar Opala qz Transições polimórficas ( s/ mudança de composição): diamante grafita qz alta T qz baixa T Aragonita calcita Formação de pseudomorfos: Pirita goethita Estágios de crescimento de porfiroblastos de granada em xisto A granada substitui minerais préexistentes e incorpora algumas inclusões: filmes de água nas bordas dos grãos contém os íons que formam o novo mineral Bibliografia sugerida WENK, HANSRUDOLF & BULAKH, ANDREI (2004). Minerals Their constitution and origin. CambridgeUniversity Press. 646 pp. GILL, R. (1996). Chemical fundamentals of geology. London, Chapman & Hall. 290p. 5