USO DE DADOS GEOQUÍMICOS NA INTERPRETAÇÃO PETROGENÉTICA DO VULCANISMO DA BACIA DE CAMPO ALEGRE – SANTA CATARINA

...

Elementos traços

No estudo de rochas magmáticas, uma das ferramentas mais utilizada são os elementos traços, diferentes minerais podem incorporar ou excluir elementos traços de uma maneira mais sensível do que a observada para os elementos maiores, estas variações ocorrem durante os vários processos ígneos, e revela os rearranjos e reequilíbrios entre os minerais e o magma.

O comportamento geoquímico dos diferentes elementos em processos magmáticos, especialmente nos de geração de magmas, é função de sua compatibilidade, ou seja, a tendência que eles tem em permanecer dentro da estrutura mineral (compatibilidade) ou de sair desta e entra na fusão (incompatibilidade). De maneira geral, duas características atuam para definir se o comportamento de um elemento químico é mais ou menos compatível: seu raio e sua carga iônica.

Os elementos com elevado raio e carga iônica pequena tendem a ser incompatíveis com os minerais comuns do manto: olivina, piroxênios, espinélio e granada, são denominados litófilos (com afinidade com as rochas crustais), ou litófilos de íons grandes (large ion lithophile – LIL), como exemplo temos Cs, K, Rb, Sr, Ba, e, dependendo do estado de oxidação, Eu e Pb. Em um outro extremo, os elementos com elevada carga e pequeno raio, são também incompatíveis, sendo denominados Elementos de campo de força alta - High field strength – HFS (incluindo Sc, Y, Th, U, Pb, Zr, Hf, Ti, Nb e Ta, e os elementos terras raras, ETRs). Já os elementos compatíveis no manto (Ni, Cr, Cu V), são fixados preferencialmente nos minerais do manto, tendo carga e raio iônicos baixos. A figura 1.1 apresenta os diferente grupos de elementos que podem ser separados de acordo com as relações entre carga e raio.

O comportamento dos diferentes elementos é melhor definido através de dados experimentais que estabelecem seu coeficiente de partição D, definido como:

D = Concentração no mineral / Concentração no líquido

(Para um dado elemento traço)

[pic 1]Figura 1.1 – Gráfico de carga iônica contra raio iônico para elementos traços (Rollinson, 1981).

Elementos que tem valores de Dhigromagmatófilos (Treuil e Varet, 1973); enquanto que os que apresentam resultados de D>1 são retidos preferencialmente no resíduo solido durante a fusão parcial e extraídos do líquido nos momentos de cristalização fracionada.

1.2 - Partição de elementos traços em diferentes grupos de rochas magmáticas

O coeficiente de partição é dependente das fases minerais presentes (ou potencialmente presentes no processo de cristalização), pois os diferentes minerais acomodam diferentes elementos em suas estruturas cristalinas com um grau variável de facilidade. Segundo os dados apresentados por Rollinson (1993), temos o seguinte comportamento para a geração de diferentes magmas:

Em basaltos e andesitos basálticos, os minerais mais importantes envolvidos na partição entre cristais e líquidos no manto superior são olivina, ortopiroxênios, clinopiroxênios, flogopita, plagioclásio, granada, magnetita e esfeno.

Dessa assembléia mineral, o principal capaz de reter alguns dos elementos tipo LIL (o bário e o estrôncio) é a flogopita, sendo que nos demais, esses elementos são facilmente segregados na fusão, com exceção do estrôncio que pode ficar no plagioclásio.

Entre os elementos HFS, a hornblenda é capaz de reter ítrio e titânio, a granada é tem forte afinidade com o ítrio, já a magnetita é capaz de reter na fase cristalina o titânio, o háfnio e o tálio, finalmente o nióbio pode ficar na estrutura do esfeno.

Para os ETRs hornblenda pode reter alguns dos elementos mais pesados na fase sólida, mas é principalmente a granada que separa as terras raras mais pesadas das mais leves, retendo aquelas mais pesadas que o disprósio. A magnetita também é capaz de reter todos os elementos terras raras. O plagioclásio é capaz de carregar em sua estrutura o európio em sua forma menos oxidada (Eu2+).

Para esse conjunto de minerais, entre os elementos compatíveis, temos Ni, Co, V, Cr, Sc e Mn, todos encontrando espaço na estrutura da olivina, dos piroxênios, da hornblenda, da granada e da magnetita.

Para a formação de líquidos andesíticos, o conjunto de minerais importantes são os mesmos listados acima.

Os elementos litófilos são largamente incompatíveis, apenas com o plagioclásio retendo o estrôncio.

Para os HFSs o ítrio é o elemento mais reduzido na fusão, ficando retido no clinopiroxênio, na hornblenda e, principalmente na granada. A hornblenda é capaz de reter ainda Ti, Zr e Nb, a granada retém o ítrio, a magnetita retém o titânio e o esfeno o nióbio e o tálio.

Os elementos terras raras são retidos na fase sólida principalmente pela granada e pelo esfeno, especialmente os ETRPs, sendo subordinadamente retidos pela hornblenda.

Já para a formação de líquidos dacíticos e riolíticos têm um conjunto maior de minerais atuando no controle da composição química dos minerais traços: Orto e clinopiroxênios, hornnblenda, biotita, granada, ilmenita, magnetita, quartzo, plagioclásio, feldspato potássico, apatita, zircão, esfeno e alanita.

Os elementos litófilos são predominantemente incompatíveis, com a biotita atuando na remoção de Rb, Ba e Cs; o plagioclásio removendo Sr e o feldspato potássico Sr e Ba, além do Zircão removendo o Cs.

Os elementos HFS têm comportamento menos incompatível, com hornblenda, granada, ilmenita, zircão e alanita extraindo esses elementos da fusão.

Os elementos terras raras leves são retidos principalmente pela ilmenita, apatita, zircão e principalmente alanita, e as terras raras pesadas por esses mesmos minerais, mas principalmente pelo zircão, granada, hornblenda e clinopiroxênios.

Os elementos incompatíveis são fortemente segregados por vários desses minerais, mas a remoção de quartzo, feldspato potássico e plagioclásio podem promover seu aumento relativo, ou pelo menos anular a remoção promovida pelas outras fases minerais que podem ser menos importantes.

1.3 - Modificações da composição química das rochas

Obviamente existem os processos geológicos exercem controles sobre a distribuição dos elementos traços em uma determinada suíte de rochas magmáticas.

Um