Mistura e diferenciação; conservação da massa; fracionamento elemental; coeficiente de partição

1. Conservação da massa e
fracionamento elemental
Material extraído e modificado de:
ALBARÈDE, F. Geoquímica: uma
introdução. São Paulo : Oficina de
Textos, 2011.

2. • Princípios que controlam a diferenciação
geoquímica em nosso planeta:
– princípio de conservação da massa,
– fracionamento dos elementos e dos isótopos em
mudanças de fases,
– fracionamento cinético e
– radioatividade.

3. Contraste entre os processos de mistura e
diferenciação
• A fusão parcial do manto sob as dorsais meso-oceânicas
produz líquidos basálticos de composição distinta da
composição de suas rochas-fonte ultramáficas, os
peridotitos.
• Para que o fracionamento químico ou isotópico ocorra, é
necessário haver coexistência de pelo menos duas fases
(sólido/líquido, vapor/líquido, mineral A/mineral B, . . . ),
que incorporem em proporções distintas os elementos ou
isótopos disponíveis.
•  Porém, quando a crosta e a litosfera oceânicas entram
em subducção, elas são deformadas e estiradas pelas
correntes de convecção do manto, de modo parecido com
uma massa de pão sendo amassada, o que tende a eliminar
as diferenças iniciais entre as fases. A mistura ou
perturbação por convecção tende a desfazer o efeito da
diferenciação magmática.

4. • A erosão de um granito produz argilominerais, grãos de
quartzo e contribui com um aporte de elementos solúveis
na água de escoamento;
– os argilominerais podem se acumular no fundo oceânico;
– o quartzo em arenitos, na plataforma continental ou no talude,
– a água dos rios se mistura à água dos oceanos.
• A erosão dividiu o granito em três produtos distintos que
seguem trajetórias distintas.
• Os sedimentos podem chegar às zonas de subducção, onde
são soterrados sob uma espessa camada de rochas.
•  Nessa situação, a deformação tectônica e as
transformações mineralógicas causadas pelo metamorfismo
sob temperatura e pressão elevadas, combinadas com a
ação de fluidos, podem promover a fusão parcial (anatexia);
as fusões silicáticas ali formadas migram em fluxo
ascendente para formar intrusões graníticas. O processo de
fracionamento causado pela erosão pode ser, portanto,
destruído pelos processos de metamorfismo e fusão parcial.

5. • Nos oceanos ocorre uma diferenciação
química próximo à superfície, pois a atividade
biológica concentra elementos nutrientes,
sílica e carbonato de cálcio.
•  A redissolução de organismos mortos e
materiais detríticos, juntamente com a
circulação das correntes profundas, promove
a homogenização dos componentes
fracionados pela atividade biológica.

6. Métodos de análise de balanço de massa, essenciais
nos processos de diferenciação e mistura
• Qualquer sistema, natural ou artificial, é constituído
por componentes e espécies.
• Os componentes são as entidades químicas (átomos,
íons ou, no caso de uma rocha, óxidos de metais, como
Na, Na+, Na2O, p. ex.) que descrevem, de modo
completo e preciso, a composição química do sistema
ou da rocha em questão.
• A composição química das rochas é, em geral,
apresentada na forma de porcentagem em peso de
óxidos, como SiO2, Al2O3, Na2O etc., enquanto a
concentração de soluções é apresentada em moles de
componentes iônicos, Na+, Ca2+, Cl- etc., por
quilograma de água.

7. • Os componentes são preservados durante as
reações, ao passo que as fases se transformam; a
proporção dos componentes é independente das
condições físicas nas quais o sistema se encontra.
• O termo espécies refere-se a todas as formas de
associação entre os componentes, as quais
podem ou não estar presentes em um dado
sistema.
– O feldspato potássico KAISi3O8 em uma rocha ou o íon
HCO3
-, em uma solução são exemplos de espécies.
• A proporção das espécies pode ser alterada em
função de mudanças de temperatura, pressão,
reações e fases.

8. Conservação da massa
• Princípio de conservação da massa: o todo é a
soma de suas partes.
• Ex.:
1. A composição de um rio é a combinação de
todos os afluentes por ele recebidos;
2. a composição de uma rocha é a combinação de
todos os elementos presentes em seus minerais;
3. a composição de um magma parental basáltico
pode ser calculada pela soma da olivina formada
e do magma residual.

9. • Esse princípio é perfeitamente aplicável,
contanto que todos os componentes do
sistema tenham sido corretamente
identificados.
• Sua aplicação continua sendo válida se os
componentes perderem sua identidade física
por mistura (caso 1) ou se sua identidade for
preservada (caso 2).

10. • A concentração do sistema é dada pela média
ponderada da concentração de seus
componentes.
• A fração em massa de cada componente da
mistura é o "peso" pelo qual suas respectivas
concentrações são multiplicadas para se obter
sua contribuição ao teor total do elemento no
sistema.

11. • As composições podem ser representadas de
forma vetorial.
• A representação de composições na forma
vetorial engloba o conceito de assembleia de
reação ou de reação mineral, de grande
importância na petrologia metamórfica.
• Exemplo: assembleia quartzo (SiO2), forsterita
(MgSiO4) e enstatita (Mg2Si2O6).

13. • Uma rocha composta por dois óxidos, não
pode conter mais de dois minerais coexistindo
em equilíbrio.
• Três minerais não podem ser estáveis
simultaneamente no espaço composicional
(SiO2, MgO); qualquer vetor "rocha" pode ser
representado por um infinito número de
combinações de vetores "minerais”: conforme
a reação forsterita + quartzo ↔ enstatita (Fig.
2.3).

14. • Os dados termodinâmicos indicam que essa
reação ocorre espontaneamente da esquerda
para a direita, até o consumo total de quartzo
ou de forsterita.
• A assembleia mineral estável inclui, portanto,
apenas dois minerais: enstatita e quartzo ou
forsterita, dependendo da composição da
rocha.

16. Fracionamento elemental
• Coeficientes de partição são as razões,
geralmente constantes, entre concentrações
de elementos-traço (com concentrações
< 1 .000 ppm) em duas fases sob condições
similares de temperatura, pressão e
composição global do sistema (ácido, básico,
aquoso).
• Em geoquímica, geralmente se aplica o termo
coeficiente de partição aos coeficientes
mineral/líquido.

18. • O coeficiente de partição fornece uma medida da
compatibilidade de um elemento (ou de seu
caráter refratário) em um dado ambiente.
• Em geoquímica de rochas ígneas representam-se
as concentrações dos elementos de diferentes
rochas segundo uma ordem crescente de
incompatibilidade em relação à fusão do manto,
com base em dados experimentais.
• Os diagramas multielementos são feitos com
dados normalizados por uma rocha ou
composição de referência (condrito, Terra Global
Silicática, basaltos MORB) e têm se tornado
diagramas-padrão em geoquímica.

20. • A variabilidade da concentração dos elementos
em basaltos (indicada pelo desvio padrão
relativo) diminui de modo marcante à medida
que a compatibilidade desses elementos
aumenta.
• A distribuição dos elementos químicos nas rochas
é complexa.
• Alguns elementos são indicadores da participação
de certos minerais nos processos, especialmente
nos processos magmáticos. Por exemplo,
– a olivina concentra Ni,
– a granada concentra elementos terras-raras pesados,
– os piroxênios concentram Sc e Cr, e
– os feldspatos concentram Eu e Sr.