Heterogeneidade mantélica na Região Sul do Brasil evidenciada por mineraloquímica de kimberlitos

Abstract

Kimberlitos são rochas vulcânicas que, frequentemente, contêm diamante, grafite e/ou carbonato, sendo a presença destes componentes diretamente influenciada pela variabilidade da fugacidade de oxigênio (fO2) do magma durante a sua ascenção. Segundo Chakhmouradian and Mitchell (2000), CaTiO3-perovskitas podem ser usadas para revelar as condições de alguns dos múltiplos estágios de cristalização da história magmática destas rochas. No intuito de estabelecer a fugacidade de oxigênio de magmas kimberlíticos naturais, CaTiO3-perovskitas foram cristalizadas experimentalmente em equilíbrio com um líquido kimberlítico sintético em altas temperaturas e diferentes condições de pressão e de fugacidade de oxigênio. Os experimentos mostraram que a perovskita incorporou maiores quantidades de Fe3+ com o aumento da fO2. A equação do oxigênio barômetro desenvolvida neste estudo pode ser aplicada em rochas kimberlíticas de diferentes condições de fO2, que contêm CaTiO3-perovskita e olivina. Na presente pesquisa, nós aplicamos este oxigênio barômetro em amostras do kimberlito Rosário do Sul, que é um kimberlito transicional localizado no limite sudoeste da Bacia do Paraná. Os dados de minerais deste kimberlito sugerem que sua fonte é um produto da reação de um líquido silicático-carbonatítico com o manto. Idades U-Pb de ~ 128Ma em CaTiO3-perovskitas (Conceição et al., in prep.) revelam que o kimberlito Rosário do Sul provavelmente entrou em erupção logo após o vulcanismo da Província Paraná-Etendeka. Temperaturas de cristalização, pressões e fO2 dos kimberlitos Rosário do Sul e Alfeu-I, outro importante kimberlito situado no sul do Brasil, foram calculadas. As condições de suas fontes foram estimadas usando diferentes métodos a partir das composições de olivinas, espinélios, CaTiO3-perovskitas, granadas, ortopiroxênios e clinopiroxênios. As temperaturas, pressões e condições de fO2 dos kimberlitos Rosário do Sul e Alfeu-I sugerem que eles foram transportados para a superfície em condições nas quais fluidos ricos em CO2 podem reagir com o manto silicático e produzir carbonatos. A composição mineral e as condições de formação do kimberlito Rosário do Sul indicam que a sua fonte pode ter sido metassomatizada por fluidos provenientes da reciclagem de uma placa oceânica subductada durante a quebra do Gondwana e abertura do Atlântico Sul, logo depois do vulcanismo da Província Paraná-Etendeka. As condições de formação dos kimberlitos Rosário do Sul e Alfeu-I são usadas também para estimar o potencial destes kimberlitos em preservar diamantes.

Kimberlites are volcanic rocks which often contain diamonds, graphite and/or carbonate, and the stability of these minerals is directly influenced by the variability of oxygen fugacity (fO2) of the magma during its ascent. Second Chakhmouradian and Mitchell (2000), CaTiO3-perovskites may be used to unravel the conditions of some of the multiple stages of crystallization in the magmatic history of these rocks. In order to establish oxygen fugacities of natural kimberlititic magmas, we experimentally equilibrated CaTiO3-perovskites with synthetic kimberlitic melts at high temperatures, different oxygen fugacities and different pressures. The experiments show that perovskite incorporates increasing amounts of Fe3+ with increasing fO2. The oxygen barometer equation developed in this study can be applied in kimberlite rocks that contain CaTiO3-perovskite and olivine from different fO2 conditions. In the present research, we applied this oxygen barometer in the Rosário do Sul kimberlite samples, which is a transitional kimberlite located in the southwestern edge of the Paraná Basin. The mineral data of this kimberlite suggest that its source is a product of the reaction of a silicate-carbonate liquid in the mantle. U-Pb ages of ~ 128 Ma on CaTiO3-perovskites (Conceição et al., in prep.) reveal that the Rosário do Sul kimberlite probably erupted just after the volcanism of Paraná-Etendeka Province. We calculated crystallization temperatures, pressures and oxygen fugacities (fO2) of Rosário do Sul and Alfeu-I kimberlites, another important kimberlite situated in the South of Brazil. Their source conditions are estimated using different methods from olivines, spinels, CaTiO3-perovskites, garnets, orthopyroxenes and clinopyroxenes compositions. The calculated temperature, pressure and fO2 values of Rosário do Sul and Alfeu-I kimberlites suggest that they were transported to the surface under fO2 conditions in which CO2-rich fluids may react with mantle silicates to produce carbonates. The mineral composition and fO2 conditions of Rosário do Sul kimberlite indicate that its source may have been metasomatized by fluids generated from the recycling of a subducted oceanic plate during the Gondwana breakup and the South Atlantic opening, just after the Paraná-Etendeka Province volcanism. The source conditions of Rosário do Sul and Alfeu-I kimberlites are also used to estimate the potential of these kimberlites to preserve diamonds.