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26-Aug-18

Atividade Acadêmica: 060231 – Prospecção Mineral Aula 04 - 31/08/2018

Introdução a Prospecção Mineral Prof. Lucy Takehara ([email protected])

Formação dos Elementos

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We are made of Stardust! A formação dos elementos químicos tem origem na evolução das estrelas.

Nucleossíntese primordial (Big Bang) do “Big Bang” até às proto-estrelas H, 2H(D); He; 3,4He; Li; Be Nucleossíntese estelar durante a vida das estrelas B, C, O, Mg, Si, S, ... 56Fe (Z=26) Nucleossíntese interestelar > Z=26 (colapso; morte das supernovas) exemplos: Cu (29), Au (79)

Processo Triplo Alfa

Colapso da região central do sol com contração do centro (T ~100.000.000oC). Fusão do He em 12C. Parte do C pode ser convertido em 16O (estrelas com até 8 massas solares). Final: NEBULOSAS. Acima de ~ 8 m.S. ocorre captura de partículas alfa de núcleos de 4He (eficiente até o 56Fe). Final: SUPERNOVAS Tipo II (alta massa).

“Bio-átomo”

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Origem dos elementos A nucleosíntese estela cima do ferro ocorre por captura de neutrons por dois processos: • Processo lento (s) caracterizado por captura em tempo de escala longo e ocorre em ambiente frio e pouca densidade de neutrons, envolve principalmente os isótopos estáveis ou núcleos com meia-vida longa. • Processo rápido (r) envolve tempo de captura muito curso e produz núcleos muito instáveis. • Processo (p) descreve a produção de isótopos estáveis raros, não é claro se representa um simples mecanismo de nucleosíntese ou combinação de vários tipos independentes.

https://web.infn.it/spes/index.php/organization/manageme nt/145-uncategorised/199-physics-case-2008

Origem dos elementos

https://groups.nscl.msu.edu/SuN/

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Arquitetura do Universo

https://blog.sdss.org/tag/nucleosynthesis/

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Raios Cósmicos • Lítio, Berílio, e Boro são dificilmente produzidos nas estrelas. • (Li, Be, e B são formados nas cadeias de fusão, mas eles são instáveis a altas temperaturas, e tendem a quebrarse em resíduos de He, os quais são muito estáveis).

• Então qual é a origem desses elementos raros? • colisões de raios cósmicos com H & He no espaço interestelar.

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15 Phosphorus 0,099% 26 Iron 6,3%

46%

29 Copper 0,0068% 27%

77 Platinum 3,7×10-6%

79 Gold 3,1×10-7% a 1,0x10-4%

Abundância na Crosta da Terra (%) Fonte: http://periodictable.com/Properties/A/CrustAbundance.st.log.html

METAIS

NÃOMETAIS

ARTIFICIAIS

GASES e NÃOMETAIS

SEMIMETAIS LÍQUIDOS “metalóides” “de transição”

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ELEMENTOS QUE UTILIZAMOS

ORIGEM BIOLÓGICA

ORIGEM NA ATMOSFERA

DERIVADOS DE MINERAIS E SOLUÇÕES SALINAS

Classificação de Goldschmidt (Baseada na afinidade geoquímica): Baseando-se

na composição química-mineralógica dos meteoritos, os elementos foram classificados conforme a sua afinidade em formar minerais. E L E M E N T O S: Litófilos (+ hidrófilos) = Silicatos ou Óxidos Calcófilos = Sulfetos

Siderófilos = Estado Nativo Atmófilos = Estado Gasoso

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Tabela Periódica conforme a classificação de Goldschmidt

Alguns elementos podem ser atribuídos a mais de um grupo. A reatividade de um elemento pode também ser determinada pelas quantidades relativas de elementos que o cercam.

O Fe, por exemplo: Num ambiente privado de O (como o centro da terra) o Fe reage como um siderófilo.

No ambiente mais rico em O (como o manto e crosta) ou S o Fe reage como litófilo ou calcófilo.

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Si, A classificação de Goldschmidt O

Elementos Litófilos Forte afinidade com o oxigênio. São a maioria dos elementos traços nas rochas ígneas. Substituem os elementos maiores e menores nas fases silicáticas. É o grupo de elementos mais importante no estudo da petrogênese das rochas magmáticas, como cristalização fracionada, fusão parcial, mistura magmática, etc.

A classificação de Goldschmidt

S

Elementos Calcófilos Metais e alguns não-metais pesados que apresentam pouca afinidade com o O preferindo ligar-se com o S (fugacidade de O baixa e conteúdo de S alto cristalizam sulfetos). Encontrados no manto terrestre. Exemplo: Cu – forte natureza calcófila.

Não entra na estrutura dos silicatos e ocorre na maioria das rochas ígneas como minerais acessórios sulfetados. Muito mais abundantes em magmas básicos do que ácidos. Fe (pirita FeS2 ou pirrotita FeS), Ni (pentlandita (Fe,Ni)9S8), Zn (esfalerita, ZnS), Pb (galena PbS), Cu (calcopirita CuFeS2, bornita Cu5FeS4), Ag (argentita Ag2S), etc.

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Fe

A classificação de Goldschmidt

Elementos Siderófilos Elementos de transição de alta densidade que tendem a permanecer nativos ou se ligar com o Fe metálico no estado sólido ou fundido.

Comuns no núcleo terrestre e em meteoritos sideríticos. Correspondem aos metais do grupo de transição na tabela periódica e mostram tendência calcófila. Elementos fortemente siderófilos (platinóides: Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) das rochas ígneas básicas e ultrabásicas ocorrem associados como metais nativos segregados de sulfetos, arsenietos, etc.

A classificação de Goldschmidt

Elementos Atmófilos Elementos encontrados principalmente ou exclusivamente no estado gasoso. Encontrados na atmosfera e hidrosfera.

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Caso especial – “Hidrófilos” Elementos com comportamento fortemente afetado pela presença da H2O. Quando um magma coexiste juntamente com uma fase fluida, aquosa, os elementos hidrófilos são fortemente particionados em favor desta fase. (Au, Be, B, Cl, Li, Mo, Nb e Sn) Tendem a formar cloretos, sulfatos, etc. presentes como íons na água. Esta forte afinidade, explica a presença destes elementos em pegmatitos e rochas alteradas por hidrotermalismo. Pode-se observar que estes elementos “hidrófilos”, na ausência de fase fluida aquosa, comportam-se como elementos litófilos(ex. Li), calcófilos (ex. Mo) e siderófilos (ex. Au)

Tabela periódica destacando os 92 elementos geologicamente relevantes e as associações minerais preferenciais. 1. Elementos 85 (Astatínio), 87 (Frâncio) e 91 (Protactínio) sem uso ou uso ultra-restrito. 2. Estão excluídos os elementos com Z > 92 (inclusive 94Pu e 95Am). Extraído de: ROBB, L.J. 2005. Introduction to ore-forming processes. p. 7.

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Quando o manto terrestre é fundido os elementos-traço mostram preferência de permanência ou no resíduo (sólido) ou no líquido obtido.

Elementos Compatíveis: tendem a permanecer no sólido residual.

Elementos Incompatíveis: tendem a se deslocar para o líquido.

Posição na Tabela Periódica

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Rochas Ultrabásicas Rochas Básicas/intermed.

Classificação segundo a Afinidade Litológica

Rochas Ácidas Indiferente

Classificação segundo a Concentração dos Elementos

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