Diagrama de fases leucita-nefelina-diopsídio a 4GPA e condições anidras: desenvolvimento e implicações na gênese de rochas ultrapotássicas

Abstract

Diagramas de fase são preciosas ferramentas no estudo do comportamento de assembleias minerais e evolução de magmas nas Geociências. Esta monografia apresenta as etapas de desenvolvimento do diagrama “Leucita – Nefelina – Diopsídio a 4GPa, sob condições anidras”, e suas implicações para a gênese de rochas alcalinas e ultrapotássicas, assim como em estudos planetologia, buscando entender o atual calor interno do planeta Terra, utilizando o isótopo 40K como elemento chave. O diagrama foi desenvolvido com base em técnicas de petrologia experimental, utilizando pressão de 4GPa (equivalente a 120km de profundidade) e temperaturas de até 1400°C (constituindo condições do topo do manto superior) em uma prensa hidráulica de 1000tonf com câmaras de perfil toroidal. Os experimentos foram analisados utilizando DRX, microssonda eletrônica (análise composicional WDS) e microscópio eletrônico de varredura (imageamento BSE e composições EDS). Entre os resultados obtidos, estão: A) nas condições de 4GPa e temperaturas mencionadas, são estáveis as fases Diopsídio, Onfacita, Nefelina, Kalsilita, Sanidina e Wollastonita, em equilíbrio com líquido; B) nestas condições surge o campo da Wollastonita, forma de baixa pressão das perovskitas, principal mineral constituinte do manto inferior, gerado pela evolução dos piroxênios com o aumento de pressão; C) o campos da kalsilita define a evolução dos magmas alcalinos em direção a uma paragênese Di-Ne-Ks ou Di-Ks-San; D) a onfacita (Cpx) foi capaz de aceitar em sua estrutura até 0,73%óxido de K2O, na ausência de fases potássicas, mostrando que este mineral pode ser transportador de potássio para ambientes mantélicos, através da substituição de átomos de Ca no sítio M2 do piroxênios. Este último dado contribui com a ideia de que as quantidades de potássio para a Terra silicática são muito maiores do que as atualmente aceitas, que consideram concentrações na ordem de apenas alguns ppm para o manto terrestre.

Phase diagrams are important resources in the study of mineral assemblages or evolution of magmas in the geosciences. This work presents the development steps of the diagram “Leucite – Nepheline – Diopside at 4GPa, under dry conditions”, and its implications to the knowledge of alkaline and ultrapotassic rocks genesis environment, as to planetology studies about the Earth’s internal heat (using 40K isotope as key element). The experimental petrology experiments simulated upper mantle environment, with pressure at 4GPa (~120km deep) and temperatures up to 1400°C., in a hydraulic press with 1000tonf and toroidal chambers. The samples was analyzed with XRD, EPMA and SEM-EDS. We can mentions as results of this work: A) at the experimental conditions, the phase diopside, onphacite, nepheline, kalsilite and sanidine are stable; B) at 4GPa the wollastonite stability field comes up. This mineral is a lower pressure form of perovskites, the main cristalyne phase in the lower mantle, and it results of evolution of the diopsides to higher pressures. C) kalsilite stability field define the evolution of magmas to paragenesis Di-Ne-Ks or Di-Ks-San, in functions of its high temperatures. D) onphacite was able to carry up to 1%wt K2O in the experiments (in the absence of potassic phases), as function of Ca substitution in the M2 site. This last data contribute to the theory that potassium may be more relevant to the Earth’s mantle composition than today postulated, having more than some ppm in its constitution.