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ELEMENTOS TRAZA EN PROCESOS GNEOS

IntroduccinComportamientoDistribucin de elementos traza en fases coexistentesFactores que determinan el valor de los coeficientes de particin.Distribucin de elementos traza durante los procesos de fusin

Los elementos traza constituyen solo un pequeo porcentaje de un sistema de inters, sin embargo proveen informacin MUY IMPORTANTE.La concentracin de los elementos traza vara en un rango mucho mayor en comparacin con elementos mayores. Existen mucho mas elementos traza que elementos mayores (10 mayores, aproximadamente 80 elementos traza!!!) Son mas sensibles a procesos tales como fusin parcial, cristalizacin, profundidad de fusinLa geoqumica de los elementos traza ha sido de gran utilidad en el entendimiento de la evolucin de la Tierra.Ejemplo: Por la abundancia de los elementos siderfilos en el manto y en rocas del manto podemos deducir que la segregacin del ncleo tuvo lugar cuando la Tierra no estaba consolidada.

El manto superior ha sufrido fusin parcial desde el pasado que ha formado la corteza terrestre.

En este captulo: las propiedades qumicas de los diferentes grupos de elementos, distribucin de los elementos, coeficientes de particin.

Qu es un elemento traza?Granito:- cuarzoSiO2 K-feldespatoKAlSi3O8-NaAlSi3O8 plagioclasaCaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 constituyentes estequiomtricos: K, Na, Ca, Al, Si, O; los dems son elementos traza.Basalto:olivino(Mg,Fe)2SiO4 clinopiroxenoCa(Mg,Fe)Si2O6 plagioclasaCaAl2Si2O8-NaAlSi3O8- constituyentes estequiomtricos: Mg, Fe, Ca, Na, Al, Si, O;- los dems son elementos traza.

DipsidoDipsido cromferoEn el agua marina, Cl-, SO42-, CO3 2-, Ca2+, Mg2+, pueden ser considerados constituyentes traza.

En algunos minerales, el elemento traza determina el color.

Hay que considerar que un elemento traza en un sistema no necesariamente es elemento traza en otro.

En este captulo del curso:aprenderemos a conocer las propiedades qumicas y el comportamiento de los diferentes grupos de elementos traza;

llevaremos a cabo una descripcin cuantitativa de cmo se distribuyen los elementos traza en sistemas gneos, introduciendo el concepto de coeficiente de particin;

analizaremos las ecuaciones que describen el comportamiento de los elementos traza durante la fusin y la cristalizacin magmtica.Comportamiento de los elementos: la clasificacin de GoldschmidtVictor Goldschmidt (1888-1947), padre de la geoqumica.Atmfilos: son extremadamente voltiles, y se concentran en la hidrsfera y atmsfera. Son qumicamente inertes

Litfilos: tienen afinidad por los silicatos, y se concentran por lo tanto en manto y corteza. Tienen electronegatividad muy baja o muy alta, y tienden a formar enlaces inicos (aunque el enlace Si-O en los silicatos es parcialmente covalente)

Siderfilos: tienen afinidad por una fase metlica, y se concentran en el ncleo.

Calcfilos: tienen afinidad por una fase lquida sulfurosa, son escasos en manto y corteza, mientras que se concentran preferentemente en el ncleo.

En la Tierra silicatada (manto y corteza), la alta cantidad de O impide la formacin de lquidos metlicos; asimismo, las bajas concentraciones de S no permiten formar cantidades abundantes de sulfuros.Por lo tanto, los elementos siderfilos como Ni, y los calcfilos como Pb, tienden a entrar en las fases silicatadas.Comportamiento de los elementos: la tabla peridica geoqumicaLa clasificacin de Goldschmidt describe como se distribuyen los elementos entre los principales reservorios terrestres (ncleo, manto, corteza, hidrsfera y atmsfera).En cambio, la tabla peridica geoqumica agrupa los elementos con base en su distribucin en la porcin silicatada de la Tierra.Comportamiento de los elementos voltiles Los gases nobles son qumicamente inertes y voltiles.Tienen radio inico grande (excepto He), y por lo tanto no se acomodan fcilmente en la red cristalina de los minerales.Su solubilidad en los magmas depende de la presin, del radio atmico, y de la composicin del fundido.En los silicatos, N es presente como NH3; puede sustituir K, y es muy soluble.En el magma, N2 y NH3 tienden a concentrarse en la fase voltil.

La solubilidad de CO2 en los magmas incrementa con la presin!!!!Los elementos semi-voltilesSe acomodan en fases fluidas o gaseosas (Cl, Br), o generan compuestos voltiles (SO2, CO2).No son estrictamente voltiles; de hecho, C es altamente refractario en su estado elemental.La particin de S entre lquido y gas depende del estado redox del sistema magmtico:- ambiente oxidante: gas (SO2); ambiente reductor: lquido sulfuroso (S2).La solubilidad de los sulfuros en los magmas es baja; si hay altas concentraciones de S, ste tiende a exsolver.Los lquidos sulfurosos son ricos en Fe, Ni y otros metales calcfilos, y son la fuente de importantes yacimientos minerales!!!!!!

Los elementos alcalinos y alcalinos-trreos

Tienen valencia +1 y +2, respectivamente.Tienen electronegatividad muy baja y forman enlaces inicos.Por su bajo potencial inico (carga/radio inico) son solubles en agua, y mviles durante metamorfismo o meteorizacin.Su radio inico grande les impide entrar en la red cristalina de los silicatos; por lo tanto, durante la fusin o la cristalizacin, se quedan preferentemente en la fase lquida (i.e. en el fundido o en el lquido residual).Son elementos incompatibles; estn enriquecidos en la corteza, y empobrecidos en el manto.

incompatibilidadLos elementos de las tierras raras (Rare Earth Elements, REE) e Y

Comprenden los Lantnidos (La-Lu) y los Actnidos (U, Th)Tienen electronegatividad baja, y tienden a formar enlaces inicos.Y y REE tienen valencia +3. (Ce en condiciones oxidantes tiene valencia +4, Eu en condiciones reductoras tiene valencia +2, Th, U tienen valencia +4.Las REE son metales de transicin del periodo 6: en los elementos de este periodo, el orbital 6s es rellenado antes de que se llenen los orbitales 5d y 4f.Dado que las REE presentan la misma configuracin electrnica externa, esta propiedad no es la que controla el comportamiento de estos elementos. Lo que controla el comportamiento de las REE es el radio inico, que disminuye progresivamente desde La a Lu.Por su alta carga y radio, las REE son generalmente incompatibles.Eu2+ sustituye Ca2+ en la plagioclasa.Continuacin..Para observar la variacin sistemtica en el comportamiento de las REE, se suele graficar la abundancia de estos elementos en funcin del nmero atmico.Para eliminar el efecto Oddo-Harkins (relacionado con la estabilidad nuclear y la nucleosntesis), es ms conveniente graficar las abundancias relativas de las REE.Las abundancias relativas se calculan dividendo la concentracin de cada REE en la roca que queremos estudiar, entre la concentracin de cada REE en un material de referencia (i.e. se lleva a cabo una normalizacin).En general se utilizan los meteoritos condrticos como material de referencia para la normalizacin de las REE, debido a que se consideran los ms representativos de la composicin qumica del Sistema Solar.Manto primitivo: composicin anloga a la de las condritas.

Los elementos de alto potencial inico (High Field Strength Elements, HFSE)

Tienen radio inico pequeo y carga muy alta.Zr y Hf (+4) son moderadamente incompatibles, mientras que Nb y Ta (+5) son altamente incompatibles.Por su alto potencial inico son insolubles en fluidos acuosos, y por lo tanto no se movilizan durante metamorfismo o meteorizacin.Son variablemente solubles en fluidos acuosos, dependiendo de su valencia,.En los magmas, algunos son moderadamente incompatibles (Ti, Cu, Zn), mientras que otros son altamente compatibles (ej: Cr, Ni, Co en olivino y piroxeno).Tienden a ser calcfilos y siderfilos.

Los metales nobles (Platinum Group Metals, PGE)

Se denominan nobles porque son raros, inertes, y estables en estado nativo.Son altamente siderfilos, y por lo tanto su concentracin en la Tierra silicatada es muy baja.grupo del Ir (Ir, Os, Ru): asociado a cromitas en rocas ultramficas, como metales nativos o sulfuros.

grupo del Pd (Pd, Rh, Pt): asociado a sulfuros en rocas gabroicas.El coeficiente de particinDescribe cmo se distribuyen los elementos traza entre las fases de un sistema magmtico.- Cis: concentracin del elemento i en la fase slida s; Cil: concentracin del elemento i en la fase lquida l.Se puede medir: experimentalmente (se equilibran dos fases en ciertas condiciones de presin-temperatura, y se mide la concentracin del elemento i en cada fase); con mtodos directos (se mide la concentracin del elemento i en dos fases naturales que estn en equilibrio).

Coeficiente de particin global xj: proporcin del mineral j en el sistema;- Dj/l: coeficiente de particin de un elemento entre el mineral j y el magma Continuacin

Compatibilidad e incompatibilidad- D > 1: elementos compatibles (con la fase slida considerada);- D < 1: elementos incompatibles (con la fase slida considerada);- D de cada elemento vara dependiendo de la fase slida considerada (DNiol/magma >>> DNiplag/magma).

Generalmente, un elemento se define compatible o incompatible con base en su tendencia a concentrarse en los minerales de sistemas mficos/ultramficos.Por lo tanto, los elementos compatibles son los que estn enriquecidos en el manto, mientras que los incompatibles estn ms concentrados en la corteza.

elementos compatiblese incompatibles con cpx

Factores que controlan el coeficiente de particin de los elementosPresin y temperatura: por lo general, D disminuye al aumentar la temperatura; por lo general, D aumenta al aumentar la presin;En el manto terrestre a un aumento de temperatura corresponde un aumento de presin, los efectos de estas variables se anulan.

Radio inico y carga:Reglas de sustitucin de Goldschmidt- si dos iones tienen el mismo radio y la misma carga, entrarn en la red cristalina de un mineral con igual facilidad;- si dos iones tienen la misma carga y radios diferentes, el in ms pequeo entrar ms fcilmente en la red cristalina;- si dos iones tienen el mismo radio y carga diferente, el in con carga mayor entrar ms fcilmente en la red cristalina.- si dos iones tienen electronegatividades muy diferentes, el in menos electronegativo entrar ms fcilmente en la red cristalina.

Factores que controlan el coeficiente de particin de los elementos

Los magmas pobres en SiO2 son depolimerizados, debido a que la mayora de O libres se enlaza con cationes Si. En cambio, los magmas ms silcicos se caracterizan por un mayor grado de polimerizacin.Por lo general, D incrementa al incrementar el grado de polimerizacin de un magma: esto se debe a la disminucin progresiva de los sitios disponibles para los cationes modificadores de estructura.

DREEHbl/magma

Minerales que controlan el patrn y el fraccionamiento de las REE en sistemas mficos

Clinopiroxeno, granate, plagioclasa y anfbol controlan la particin de las REE durante la fusin del manto o la cristalizacin de un magma basltico (tienen coeficientes de particin generalmente altos).A pesar de que el olivino es el mineral ms abundante en el manto, ste produce un fraccionamiento mnimo en las REE, debido a que tiene coeficientes de particin bajsimos.La espinela, presente en porcentajes bajos en el manto, tampoco tiene mucho efecto en la distribucin de REE.