Aula-12_Reacoes

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Reações Metamórficas
Reações Metamórficas
Tema 12
Reações Metamórficas
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Reações Metamórficas
• Se nos temos isógradas nos temos reações metamórficas,
logo:
– Existem variáveis físicas que afetam aquele local em
particular da isógrada
– Pode-se também estimar as condições que a isógrada
representa quanto a P-T-X.
• Alguns trabalhos têm advogado que pode-se distinguir
isógrada baseando em campo no sentido clássico de
isógrada de reação.
Reações Metamórficas
1. Transformação de Fase
• As transformações de fase isoquímicas
(p.ex. os polimórfos de SiO2 ou Al2SiO5 ou
grafite-diamante ou calcita-aragonita).
• Essas transformações dependem da
temperatura ou da pressão
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Reações Metamórficas
1. Transformações de Fase
Reações Metamórficas
1. Transformações de Fase
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Reações Metamórficas
1. Transformações de Fase
• Pequena ΔS para muitas transformações
polimórficas
• → pequena ΔG entre os dois polimorfos alternativos,
e diversas dezenas de graus para o limite de
equilíbrio
• → pequena força pra que a reação desenvolva →
comumente com relíquias metaestáveis no campo de
estabilidade de outro
• Coexistência de polimorfos representam estágios de
não equilíbrio (indicam que encontra-se sobre as
curvas de equilíbrio)
Reações Metamórficas
2. Exsolução
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Reações Metamórficas
3. Reações Sólido-Sólido com Transferência de Rede
• Envolve sempre o estado sólido
• Difere das transformações polimórficas pois:
envolvem sólidos com diferentes
composições e, assim, o material se difunde
de um sitio cristalino a outro para que a
reação se desenvolva.
Reações Metamórficas
3. Reações Sólido-Sólido com Transferência de Rede
• Exemplos:
NaAlSi2O6 + SiO2 = NaAlSi3O8
Jd Qtz Ab
MgSiO3 + CaAl2Si2O8 = CaMgSi2O6 + Al2SiO5
En An Di And
4 (Mg,Fe)SiO3 + CaAl2Si2O8 =
Opx Plag
(Mg,Fe)3Al2Si3O12 + Ca(Mg,Fe)Si2O6 + SiO2
Gnt Cpx Qtz
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3. Reações Sólido-Sólido com Transferência de Rede
Reações Metamórficas
3. Reações Sólido-Sólido com Transferência de Rede
• Se os minerais contêm voláteis, os voláteis
podem ser conservados na reação e as fases
fluídas podem ser geradas ou consumidas
• Por exemplo, a reação:
Mg3Si4O10(OH)2 + 4 MgSiO3 = Mg7Si8O22(OH)2
 Tlc En Ath
Envolve fases hidratadas, mas conserva a H2O
Nesse caso pode-se tratar como uma reação
sólido-sólido com transferência de rede
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Reações Metamórficas
• Quando uma solução sólida é limitada, as
transferêcias na rede cristalina implicam em
reações descontínuas.
• As reações descontínuas tendem a
completa-se em uma certa temperatura (e
em condição partiular de pressão).
• Assim ela é abrupta (descontinuas) mudando
a assembléia e tem-se a reação da isógrada.
3. Reações Sólido-Sólido com Transferência de Rede
Reações Metamórficas
Discontinuous reaction: φ + 1 and XLiq fixed
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Reações Metamórficas
4. Reações de Devolatilização
• É um tipo comum de reação metamórfica.
• A presença de H2O-CO2 nos sistemas
metamórficos é comum, e essas reações
envolvem envolvem os mesmos princípios
com outros voláteis.
• Essas reações não dependem unicamente da
pressão e temperatura, mas também da
pressão parcial dos elementos voláteispressão parcial dos elementos voláteis.
Reações Metamórficas
4. Reações de Desidratação
• Por exemplo, o posicionamento em diagrama de
fase P-T da reação desidratação:
 KAl2Si3AlO10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O
 Ms Qtz Kfs Sill W
ela depende igualmente da pressela depende igualmente da pressão parcial daão parcial da H H22O (O (ppH2OH2O))
Essa dependência pode ser demonstrada pelo
princípio de Le Châtelier para o equilíbrio.
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Reações Metamórficas
4. Reações de Desidratação
A curva de equilíbrio
representa o
equilíbrio entre os
reagentes e produtos
sob as condições de
saturação de água,
nesse caso tendo-se
 (pH2O = PLithostatic)
Reações Metamórficas
KAl2Si3AlO10(OH)2 + SiO2 = KAlSi3O8 + Al2SiO5 + H2O
Ms Qtz Kfs Sill W
• pH2O < Plithostatic
• De acordo com princípio de Le Châtelier, removendo-
se a água, o equilíbrio é compensado pela reação em
direção a direita, produzindo água.
4. Reações de Desidratação
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Reações Metamórficas
4. Reações de Desidratação
Reações Metamórficas
• A pH2O pode ser menor que a PLith em duas
situações:
– Pfluid < PLith quando a rocha sofre redução de
fluidos.
– Pfluid = PLith, mas a água pode estar diluida no
fuido presente na rocha, semelhante ao CO2 ou
alguma outra fase volátil.
4. Reações de Desidratação
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Reações Metamórficas
• É importante notar na figura anterior que:
 A temperatura da isograda depende da reação de
desidratação e essa, por sua vez é sensível a
pressão parcial dos voláteis.
• Diagrama de fase T-XT-Xfluidfluid
– A H2O e o CO2 são volateis comuns no
metamorfismo, os diagramas X e T-X utilizam-se
usualmente da da fraçfração ão molar de molar de COCO22 ( (ou ou HH22O)O)
em misturas entre em misturas entre HH22O-COO-CO22..
– A pressão é igualmente uma variável utiliza-se
diagramas T‑?fluid algumas vezes com uma
pressão específica.
4. Reações de Desidratação
Reações Metamórficas
4. Reações de Desidratação
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Reações Metamórficas
4. Reações de Desidratação
Reações Metamórficas
4. Reações de Desidratação
• Shape of ~ all dehydration curves on T-Xfluid
diagrams is similar to the curve in Fig. 26-2
– Maximum temperature at the pure H2O end,
and slope gently at high XH2O, but steeper
toward low XH2O, becoming near vertical at very
low XH2O
– Reaction temperature can thus be practically
any temperature below the maximum at pH2O =
Plith
– Must constrain the fluid composition (if
possible) before using a dehydration reaction to
indicate metamorphic grade
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Reações Metamórficas
Figure 26-3. Calculated P-T
equilibrium reaction curve for a
dehydration reaction illustrating
the full loop that is theoretically
possible. From Winter (2001).
An Introduction to Igneous and
Metamorphic Petrology,
Prentice Hall.
A rare exceptionA rare exception
Reações Metamórficas
4. Reações de Descarbonização
• As reações de descarbonização podem ser
tratadas da seguinte forma:
• Por exemplo:
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2 (26-6)
 Cal Qtz Wo
Pode-se igualmente apresenta-la em
diagrama T-XCO2
Como foi visto no caso de reações com
água, a estabilidade térmica máxima é
obtida quando a fração molar total
corresponde toda ela a XCO2
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Reações Metamórficas
4. Reações de Descarbonização
Reações Metamórficas
• 5 tipos de reações de
desvolatilização, cada uma
delas com um contorno
único em diagrama T-X
• O tipo: Tmax at XCO2 é
determinado pela razão
estequiométrica de
CO2/H2O
CaCa22MgMg55SiSi88OO2222(OH)(OH)22 + 3 CaCO + 3 CaCO33 + 2 SiO + 2 SiO22
TrTr CalCal QtzQtz
= 5 CaMgSi= 5 CaMgSi22OO66 + 3 CO + 3 CO22 + H + H22OO
 DiDi
4. Reações de Descarbonização
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Reações Metamórficas
5. Reações Contínuas
Reações Metamórficas
5. Reações Contínuas
 Duas reações possíveis:
1. Diferenças na composição de grandas em reações
diferentes
Exemplo: a granada em alguns pelitos pode ser formada
por reações (não balanceadas) :
 Chl + Ms + Qtz → Grt + Bt + H2O (26-11)
Quando os pelitos são mais ricos em ferro e pobres em K, a
granada pode ser gerada por reação (não balanceada)
envolvendo cloritóide:
 Chl + Cld + Qtz → Grt + H2O (26-12)
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Reações Metamórficas
5. Reações Contínuas
Reações Metamórficas
5. Reações Contínuas
• Reações descontínuas ocorrem a um grau
metamórfico
– Chl + Ms + Qtz → Grt + Bt + H2O (26-11)
in KFASH F = C – φ + 2 = 5 – 4 + 2 = 1
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Reações Metamórficas5. Reações Contínuas
• Reações descontínuas ocorrem a um grau
metamórfico
– Chl + Ms + Qtz → Grt + Bt + H2O (26-11)
in KFASH F = C – φ + 2 = 5 – 4 + 2 = 1
Reações Metamórficas
5. Reações Contínuas
Chl + Ms + Qtz → Grt + Bt + H2O
(26-11) no KFMASH
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Reações Metamórficas
5. Reações Contínuas
Chl + Ms + Qtz → Grt + Bt + H2O
(26-11) no KFMASH
quando a reação é continua, se pode encontrar ou
consumir totalmente a clorita, moscovite, quartzo,
biotita, e granada em uma mesma rocha ou em um
intervalo de grau metamórfico acima da isograda
da granada.
– A composição da solução sólida das fases variam
em um intervalo, e as proporções dos minerais
trocam com as reações, alguns deles
desapareendo com o aumento do grau,
Reações Metamórficas
• Reações
contínuas
ocorrem
quando F ≥ 1,
e os
reagentes e
produtos
podem
coexistir em
um intervalo
de
temperatura
(ou grau
metamórfico).
5. Reações Contínuas
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Reações Metamórficas
6. Troca do Ferro em Reações
• Troca reciproca de componentes em 2 ou mais
minerais
– MgSiO3 + CaFeSi2O6 = FeSiO3 + CaMgSi2O6
– Annita + Piropo = Flogopita + Almandina
• Encontra-se expresso como membros puros, todavia,
na realidade envolvem trocas entre Mg-Fe (ou
outros) entre as soluções sólidas intermediárias.
• Isso constitui-se a base para os
geotermobarometros.
• Provocam rotação nas tie-lines em diagramas.
Reações Metamórficas
Projeç˜qo do AFM relativa a distribuição do Fe e Mg em granada versus biiotita a 500oC (a) and 800oC (b). From Spear
(1993) Metamorphic Phase Equilibria and Pressure-Temperature-Time Paths. Mineral. Soc. Amer. Monograph 1. MSA.
Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
6. Troca do Ferro em Reações
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Reações Metamórficas
6. Reações de Redox
• Envolve troca do estado de oxidação de um elemento químico
– 6 Fe2O3 = 4 Fe3O4 + O2
– 2 Fe3O4 + 3 SiO2 = 3 Fe2SiO4 + O2
 Sob Sob uma condiçuma condição ão particular de particular de pressão pode-se ter tapões pressão pode-se ter tapões de de oxigêniooxigênio
((oxygen buffers)oxygen buffers)
Reações Metamórficas
6. Reações de Redox
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Reações Metamórficas
7. Reações envolvendo espécimes dissolvidas
• Minerais mais ions e moleculas dissovidas em fluidos
• Um exemplo de hidrolises:
– 2 KAlSi3O8 + 2 H+ + H2O = Al2Si2O5 (OH)4 + SiO2 + 2 K+
Kfs aq. species kaolinite aq. species
 Elas podem ser tratadas em termos das regras das fases eElas podem ser tratadas em termos das regras das fases e
as variáveisas variáveis intensivas: P, T, e a concentraçintensivas: P, T, e a concentração das ão das especiesespecies
de reagentesde reagentes
 Nos diagramas T-P podem ser fixados ou ter o Nos diagramas T-P podem ser fixados ou ter o conturno Cconturno Cii
 Diagramas IsobDiagramas Isobáráricos icos T-CT-Cii
 Diagramas IsobDiagramas Isobááricosricos e e isotermicos Cisotermicos Cii - - CCjj ..
 ReaçReação acima envolve por um lado ão acima envolve por um lado Diagramas T Diagramas T vsvs..
CCKK++//CCHH++
Reações Metamórficas
• Quando se usa o diagrama quimográfico para inferir as
reações.
MgO SiO2
Per Fo En Qtz
• As duas fases no sistema binário podem reagir
formando fase intermediária.
• Fo + Qtz = En Mg2SiO4 + SiO2 = Mg2Si2O6
• En + Per = Fo Mg2Si2O6 + 2 MgO = 2 Mg2SiO4
• Per + Qtz = Fo or En
• Se nos conhecemos os diagramas quimográficos podemos
determinar as reações possíveis.
7. Reações envolvendo espécimes dissolvidas
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Reações Metamórficas
Reações e Diagramas Quimográficos
• Quais são as reações possíveis no sistema
abaixo?
Reações Metamórficas
A + B + C = X
X X abaixo abaixo da da isogradaisograda
X X acima acima da da isogradaisograda
Reações e Diagramas Quimográficos
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Reações Metamórficas
Reações e Diagramas Quimográficos
• Que reações são possíveis entre A-B-C-D?
Reações Metamórficas
A + B = C + D
Na isograda
Acima da
isograda
Abaixo da
isograda
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Reações Metamórficas
Rede (Grids) Petrogrenética
• Diagrama P-T para sistema multicomponente apresentando reações para
um tipo específico de rocha.
Grid Petrogenética
para rochas máficas