afm reaçoes entre solucoies solidas 100
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UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE
FACULDADE DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DE ASSOCIAÇÕES MINERALÓGICAS EM SISTEMAS DE
QUATRO OU MAIS COMPONENTES
Muitos metapelitos são xistos com moscovita e quartzo, e contêm três fases mineralógicas
essenciais adicionais (veja tab. 17.1). Obviamente um número elevado de componentes
são essenciais para descrever estas fases. Por isso é necessária a redução de número de
componentes para um número fácil de se manipular e trabalhar, mantendo somente
aquelas que influenciam significativamente a composição mineralógica.
Então:
Quais são os componentes que devem ser projectados e quais que são os
que podem ser ignorados.
Projectam-se todos aqueles componentes cujas variações implicam mudanças na
composição mineralógica; aqueles componentes que não causam mudanças na
composição mineralógica podem ser ignorados.
Regras que permitem destinguir os minerais que se deve projector dos que
ignorar
Quatro regras podem ser aplicadas para distinção de componentes a projector dos
ignoráveis (Thompson 1857).
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Regra 1 – componentes que ocorrem em fases puras como: SiO2 no quartzo,
TiO2 no rutilo, Fe2O3 na hematite não precisam ser projectados.
Isto pode entendido da seguinte maneira: a SiO2 em excesso como ser interpretada como
sobre-saturação da rocha. Assim, o excesso de SiO2 é atribuído a fase mineralógica
quartzo. Desta forma, a adição ou subtracção de SiO2 só mudara a quantidade de quartzo,
e não afectará a estabilidade de outros minerais.
Uma rocha é considerada saturada em todas as fases puras, e porque a variação da
sua quantidade relativa não afecta a estabilidade das associações mineralógicas
eles podem não ser projectados.
Regra 2 - componentes cujo potencial químico é controlado por factores
exteriores ao sistema podem ser ignorados i.e. podem não ser projectados.
Esta regra aplica-se principalmente aos componentes que aparecem na fase fluida, tais
como H2O e CO2, mas também pode ser aplicada aos outros componentes desde que
suficientemente moveis. Isto regra aplica-se quando o potencial químico de um
componente e consequentemente a actividade são controlados por factores exteriores ao
sistema, então não independente. Nestes casos é comum expressar-se a água ou dióxido
de carbono em termos de actividade.
Partindo do pressuposto que a fase fluida metamórfica pode ser composto de mais de um
componente, cada um destes pode ser expresso em termos de actividade; por exemplo,
se o fluido e constituído somente de água, então a actividade de água é 1; se por outro
lado o fluido é composto de H2O e CO2 em proporções iguais, as suas actividades
respectivas são iguais a 0.5.
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Note que embora a H2O não seja tratada como um componente se a actividade do
fluido é controlada por factores externos (em analogia ao efeito tampão), deve-se
ter sempre em mente que a representação gráfica será feita por uma certa
actividade de água.
Regra 3 - componentes que ocorrem numa única fase não precisam ser projectados se as
fases onde ocorrem forem ignoradas.
Alguns componentes ocorrem somente numa única fase; por exemplo, ZrO2 no zircão,
Na2O na albite, CaO na plagioclase, e P2O5 na apatite. Cada uma destas fases e descrita
por uma equação, mas só introduz uma única variável referente ao potencial químico.
Assim, sob o ponto de vista o efeito destes componentes é nulo.
A regra numero três deve ser considerada com cautelas, pois um componente pode
ser reduzido erradamente. Antes de se reduzir qualquer componente e necessário
verificar-se se este componente ocorre somente numa fase. Ora vejamos: Na2O
pode ocorrer também na paragonite que e uma variedade de moscovita difícil de
ser detectada; CaO pode ocorrer na plagioclase e no epidoto. Se estas fases
existem na rocha, a eliminação de tais componentes pode resultar numa
associação que viola a regra de fases.
Regra 4 - componentes que não são suficientemente abundantes não precisam ser
projectados.
Esta regra aplica-se aos elementos em traço nas rochas. Se as concentrações de tais
elementos e baixa e não afecta a estabilidade de outras fases, então eles não precisam
ser tratados separadamente. Assim estes elementos podem ser incorporados noutras
fases: Ni e Co podem ser adicionados ao Fe2+; Ba2+ pode ser adicionado ao Ca2+. Este
agrupamento deve ser feito com algumas precauções. Mn2+, por exemplo, é normalmente
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agrupado com Fe2+ mas se a granada estiver presente o Mn2+ integra esta fase,
estabilizando _ a. Zn2+ pode estabilizar a estaurolite.
Estes elementos normalmente estão presentes em concentrações bastante
reduzidas que não afectam a estabilidade de outras fases. Contudo deve-se estar
atento aos casos em que tais elementos em traço podem ocorrem em quantidades
suficientemente elevadas para afectar a estabilidade de outras fases.
Regra 5 - se um componente ocorre em uma ou mais fases, e uma dessas fases é
comum para todas as associações, projecte as composições de todas as fases com
este componente a partir da composição da fase que é comum para uma face do
tetraedro ou outro plano conveniente
Como Projector um Ponto no diagrama AFM
Método I
1) Calcule o índice de alumina (17-2 em Philpotts)
Índice de alumina = (Al2O3 – 3K2O)/[(Al2O3 – 3K2O) + FeO + MgO]
Este índice é = 1 no vértice A
= 0 na linha F – M
Al2O3 – 3K2O – representa a quantidade de óxido de alumínio que uma
determinada fase preserva depois subtracção causada pela remoção da
moscovita.
NB: O indice de alumina da biotite é negativo
2) Calcule o numero de magnésio
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Numero de magnésio = (MgO)/(MgO + FeO)
n. magnésio é = 1 no extremo M
= 0 no extremo F
Fazendo-se a intercessão de 1) e 2) obtém-se o ponto desejado.
Método II
Some as concentrações (peso percentual; w%) fornecidas nas analises
mineralógicas e depois recalcule as proporções relativas de A, F e M.
VARIANÇA EM ASSOCIACOES DE MINERAIS EM ROCHAS PELITICAS
A Figura 17.4 uma diagrama de fácies AFM tipico de xistos pelíticos. Note que devido as
Regras 1 a 5, o diagrama é valido dadas T, P e actividade de H2O, e todas as associações
es mineralógicas devem coexistir com quartzo e muscovite. Este diagrama e diferente dos
diagramas ACF e AKF porque muitos minerais exibem solução sólida.
Nesta secção vamos considerar o efeito da solução solida sobre a variância ou graus de
liberdade.
Se as associações mineralógicas mostradas na figura 17.4 ocorrem em rochas numa
extensa área geográfica, o diagrama de fácies pode ser considerado válido para um
determinado intervalo de P, T e aH20. Sob ponto de vista da regra de fases ( φ + f = c + 3,
o numero 3 refere-se a T, P e aH2O), três variáveis intensivas puderam variar sem causar
mudanças na associação mineralógica. O número de componentes e 3 porque os outros
foram eliminados de acordo com as regras 1 a 4. Consequentemente, a variância será f =
6 – φ.
A variância da rocha contendo 3 minerais num diagrama AFM (mais quartzo e musvovite)
é 3. Contudo, os 3 graus de liberdade são necessários para definir a T, P e aH2O do
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diagrama, deixando nenhuma grau de liberdade para se variar a composição dos minerais.
Assim, para qualquer associação de 3 minerais tal como cloritoide + granada + clorite, a
composição de cada mineral é fixada por T, P e aH2O. Neste caso, variações da composição
da rocha resultam somente na variação da proporção dos minerais e não na composição
dos minerais.
Note que alguns minerais do diagrama AFM têm composições fixas (e.g. distena). Outros
minerais formam soluções sólidas, e embora as suas composições estejam fixadas por T, P
e aH2O, sob condições ambientais diferentes as suas composições tomam valores
diferentes. Isto permite que composições de alguns minerais compondo as associações de
três minerais possam ser aplicados como geobarómetros e geotermómetros.
1Se somente 2 minerais estiverem presentes num diagrama AFM, a variância e 4. Aqui
também, 3 graus de liberdade são necessários para especificar a T, P e aH2O deixando um
grau de liberdade para a composição. Se por exemplo, os 2 minerais forem a cloritoide e a
clorite, que pertencem a solução Fe – Mg ( e clorite também mostra variação em Al).
Contudo, somente um grau de liberdade existe entre estas composições variáveis. Clorite
coexistente com cloritoide deve conter o máximo de Al; isto é deve-se projectar no lado
de Al do campo da clorite. Se um grau de liberdade está disponível, este é usado para
especificar a razão a Fe/Mg da clorite, a composição da cloritoide coexistente é então
determinada pela linha que parte da composição da clorite até a extremidade da
cloritoide, passando pela composição da rocha.
As regiões de duas fases do diagrama AFM (Fig. 17.4) são regidas por duas linhas
indicando a composição das duas fases coexistentes. Repare que se uma das fases tem
composição fixa (e.g.. distena) a composição de outra fase não se pode mudar
independentemente. Neste caso, a composição da rocha determina a composição de outra
fase; i.e., as linhas de ligação radiando a partir da fase fixa, passando pela composição da
rocha, define a composição de outra fase.
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Finalmente, a rocha contendo um único mineral no diagrama AFM tem uma variancia 5,
i.e., 3 três graus de liberdade ambientais e 2 composicionais. Assim, qualquer uma das
duas variáveis composicionais pode ser variada e outra e fixada.
Quando somente um mineral esta presente, a sua composição é determinada pela
composição da rocha, e pouca informação sobre o metamorfismo pode ser inferida.
As associações mineralógicas dividem o diagrama AFM em regiões triangulares com três
fases; regiões com duas fases ligadas por linhas de ligação, e regiões com uma fase. As
associações com três fases têm menor numero de variância e por isso guardam
mais informação sobre condições de metamorfismo.
ISOGRADAS EM ROCHAS PELÍTICAS
Uma isograda é uma linha imaginaria na superfície da Terra que marca o aparecimento de
um mineral ou associação mineralógica. Este aparecimento pode resultar de reacções
contínuas ou descontinuas, mas somente as reacções descontinuas são adequadas
para o mapeamento de isogradas.
Analisemos as reacções responsáveis pelo aparecimento da estaurolite nas rochas
metapeliticas.
Reacções descontinuas - Uma reacção descontínua provoca mudanças na topologia do
diagrama de fácies. Isto pode resultar do aparecimento ou desaparecimento de um
mineral. Tais reacções são designadas de terminais em relação aquele mineral particular.
A topologia também pode ser mudada pela mudança das linhas de ligação; estas reacções
são não-terminais, porque esses minerais particulares quando separados tem
estabilidade acima e abaixo da reacção.
Considere a reaccao:
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Almandinass + cloritess + distena = estaurolitess + quartzo + H2O ...... (17.3)
Os sub-escrito ss indica solução sólida .
A projecção da reacção 17.3 num diagrama P-T esta apresentada na Fig. 17.5.
Porque a água é libertada, a actividade de H2O joga um papel importante na determinação
da posição da curva da reacção, que neste caso é mostrada para aH2O = 1.
No lado de baixa temperatura desta reacção a almandina, clorite e distena formam um
triângulo no diagrama AFM. Nota que a composição da estaurolite projecta-se dentro de
tal triângulo e, por isso, quando a temperatura da reacção é atingida a estaurolite forma-
se pela combinação daqueles três minerais. Esta reacção produz três associações novas
definidas por três triângulos; almandina + estaurolite + clorite; distena + estaurolite +
clorite ; almandina + estaurolite + clorite. Sob determinadas condições, P e aH20 esta
reacção ocorre numa única temperatura.
Esta reacção observa-se em todas as rochas cuja composição se projecta dentro do
triângulo almandina + clorite + distena. Portanto a estaurolite ocorre em rochas com uma
larga variação composicional. Isto é importante quando se investiga reacções
metamórficas cartografáveis.
Um exemplo de uma reaccão descontínua não-terminal é reacçao é
Almandinass + cloritess + muscovite = estaurolitess + biotitess + quartzo + H2O ... (17.4)
Repare que a muscovite e o quartzo são necessários para balancear a equação; lembre
que estes minerais estão presentes na rocha, embora não se projectem no diagrama AFM.
Mais uma vez, porque H2O e liberta da reacção a aH2O deve ser especificada.
Nenhum mineral novo é formado nesta reacção; simplesmente dá-se a mudança das
linhas de ligação (por isso é não-terminal). Sob temperaturas abaixo da reacção,
estaurolite somente é estável em rochas cuja composição em grosso projecta-se acima da
linha almandina - clorite, mas logo que se dá a reacção rochas que composições abaixo
dessa linha também vão conter estaurolite. Esta reacção expande consideravelmete o
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intervalo de composição que pode conter a estaurolite. Esta reacção é, portanto
recomendável para o mapeamento de isograda.
Reacções contínuas
Reacções contínuas ocorrem quando os reagentes e produtos envolvem soluções sólidas.
Consideremos a reacção:
Distena + cloritess = estaurolitess + quartzo + H2O ..... (17-5)
A clorite e a estaurolite são soluções sólidas, e sem se especificar a razão Mg/Fe de um
dos minerais a reacção não fica completamente definida. No diagrama P-T a reacção não
ocorre ao longo de uma linha, mas sim numa faixa (Fig.17.7a) . A reacção começa com a
Fe-Clorite a reagir com a distena para formar a estaurolite rica em Fe. Com o aumento da
temperatura, a clorite e a estaurolite ficam enriquecidas em Mg. Isto causa a deslocação
do triângulo distena + cloritess + estaurolitess para o extremo de Mg (Fig. 17.7b). Estas
mudanças de composição podem-se perceber melhor na projecção T-XMg (Fig. 17-7c) ou
AFM (Fig 17.7d).
A temperatura sob a qual a estaurolite é produzida pela reacção contínua depende da
composição em grosso da rocha. Vamos assumir que a razão Mg/(Mg + Fe) na rocha é
igual a 0.6 (asterisco nas Fig. 17.7c e d). Sob temperaturas baixas, esta composição fica
na região de duas fases clorite – distena. Com o aumento da T a ligação clorite - distena
passa pela composição da rocha e a estaurolite é formada. Passa-se então a uma
associação com três fases definida pelo triângulo distena – estaurolite - clorite. Numa
primeira fase, forma-se estaurolite em quantidades infinitesimais que não detectáveis a
vista desarmada. Com o aumento de T, o triângulo distena – estaurolite – clorite migra
para o extremo de magnésio, a quantidade de estaurolite aumenta e a quantidade de
clorite decresce a medida que estes minerais ajustam as suas composições.
Eventualmente, o triângulo deslocar-se-á consideravelmente que o lado distena -
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estaurolite passa pela composição da rocha, ai toda clorite é esgotada. A rocha ganha um
grau de liberdade para elevar a sua temperatura até encontrar a próxima reacção.
Das acima estudadas, e claro que uma isograda definida simplesmente no aparecimento
de um único mineral, ela não pode ser um indicador preciso de T, mesmo de a P e aH2O
Thompson, J. B. J. (1857). "The graphical analysis of mineral assemblage in pelitic schists." American
mine ralogist 42: 852-858.
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