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CRISTALOGRAFIA CAPÍTULO V GEMINAÇÕES 5.1. CONCEITUAÇÃO A primeira descrição de geminação deve-se a R. de L'lsle (1783), num estudo sobre a estaurolita. As geminações deste mineral foram também as primeiras a serem objeto de um estudo preciso por parte de R. J. Haüy, em 1801. Desde então, as geminações tem sido investigadas em diferentes domínios de ciências dos materiais (Mineralogia, Petrologia e Metalurgia), sendo ainda um assunto aberto à investigação. As geminações (ou maclas) constituem um tipo especial de imperfeição estrutural dos cristais. Seguindo a escola francesa, uma geminação pode ser definida como – um edifício cristalino não homogêneo, constituído por duas ou mais porções homogêneas da mesma espécie cristalina, justapostas de acordo com leis bem definidas. Cada porção homogênea é, muitas vezes, incorretamente designada por cristal individual; daí ocorre o erro de se definir geminação como uma associação mútua, regular, de cristais da mesma espécie cristalina. Igualmente errônea é a descrição de geminação como um “edifício policristalino”. A justaposição das partes homogêneas que constituem uma geminação corresponde a uma região em que a estrutura cristalina ideal é perturbada. Em outras palavras, ela corresponde a um tipo particular de junção intergranular. O ponto crítico é, portanto, a distinção entre uma geminação e as associações casuais de cristais. O critério, empiricamente estabelecido, é o da existência de uma relação de orientação bem definida (designada por lei de geminação) entre as porções homogêneas que constituem o edifício cristalino. Mais precisamente, cada “indivíduo” componente da geminação deve ter uma orientação que resulte da de outro, mediante uma operação de simetria, cristalograficamente possível. Além disso, tal associação deve repetir-se em um número significativo de espécimes, para que não seja confundida com uma mera situação acidental de associação (ver exemplos na figura 1). Figura 1 – Cristais e agrupamentos cristalinos: a. Agrupamento paralelo de cristais: é um edifício estruturalmente homogêneo e, portanto, é um cristal único, embora, em conseqüência da sua morfologia, aparente ser um agrupamento de cristais distintos, interpenetrando-se; b. Agrupamento de dois cristais: edifício não homogêneo, constituído por duas regiões homogêneas (cristais), justapostas de forma acidental; a estabilidade da junção intergranular é, neste caso, conseguida pela coincidência parcial de dois planos reticulares, (100) e (110); c. Geminação: edifício não homogêneo, constituído por duas regiões homogêneas, justapostas de forma simétrica, relativamente a um plano estrutural comum. 2 O operador de simetria que define a lei da geminação é designado de elemento de geminação. A operação de simetria a ele associado tem de ser compatível com a estrutura reticular dos cristais. Além disso, tem-se verificado que os elementos reticulares (filas ou planos) associados a esses operadores possuem pequenos índices millerianos. Até o presente, os elementos de geminação, seguramente reconhecidos, podem ser reduzidos a três: 1. centro de geminação; 2. eixo de geminação binário (Segundo H. Tertsch, 8;8% das geminações possuem um eixo de geminação racional e 4,6% possuem um eixo irracional, ┴ [uvw]/(hkl); 3. plano de geminação (Segundo H. Tertsch, 86,4% das geminações possuem um plano como elemento de geminação). 5.2. DESCRIÇÃO MORFOLÓGICA DAS GEMINAÇÕES Numa dada espécie cristalina, poderão ocorrer geminações com mais de uma lei de geminação; por outro lado, uma mesma lei de geminação pode ocorrer em diferentes minerais. Muitas vezes, as geminações presentes em certos minerais são designadas por nomes específicos: cruz-latina (geminação da estaurolita), cruz-de-ferro (na pirita), joelho-de- estanho (na cassiterita), etc. Outras vezes, é a lei de geminação que, independentemente do mineral em que se observe, recebe uma designação específica: lei-da-albita (em feldspatos), por exemplo. A caracterização de uma geminação é feita, indicando-se: 1. A orientação dos elementos de geminação e a especificação da sua simetria; 2. A natureza (regular ou irregular) e, na medida do possível, a orientação da superfície de junção dos “indivíduos” geminados. Se o elemento de geminação for um eixo, ele poderá ser: 1. Racional, isto é, paralelo a uma fila reticular do cristal, sendo descrito por um símbolo da forma [uvw], em que os índices são números inteiros (em outras palavras, é um eixo de zona); 2. Irracional, porém normal a um plano reticular, o que se representa por ┴ (hkl), sendo (hkl) o símbolo daquele plano; neste caso, o eixo de geminação é uma direção de fila reticular recíproca do cristal, o que proporciona um modo alternativo de descrição, [hkl]*; 3. Irracional, porém contido em um plano reticular e perpendicular a uma fila desse plano; neste caso, o eixo de geminação representa-se por ┴ [uvw]/(hkl) que se lê “direção perpendicular a [uvw], em (hkl)”. (*) Num contexto de implicações estruturais, a superfície de composição é, preferivelmente, designada por junção de geminação. Conforme a natureza do elemento de geminação, um geminado pode ser classificado em geminação por inversão, geminação por reflexão, ou geminação por rotação. Convém notar que, se o cristal admitir centro de simetria, a presença de um plano de simetria implica a existência de um eixo de grau par, normal a esse plano. Assim, num cristal com centro de simetria, uma geminação por reflexão também pode ser descrita como sendo uma geminação por rotação (conforme ilustrações na figura 2). No entanto, só em cristais cúbicos, ambos os elementos, plano e eixo de geminação, são necessariamente racionais. 3 Figura 2 – Lei de Geminação do espinélio: a. Hábito octaédrico do cristal perfeito; b. Geminação descrita como sendo por reflexão em (11 1); c. Geminação descrita como sendo por rotação em torno de [11 1]. A superfície de contato dos “indivíduos” geminados designa-se por superfície de composição. Por vezes, ela é praticamente plana (plano de composição); outras vezes, corresponde a um feixe de superfícies quase planas ou a uma superfície marcadamente irregular. No primeiro caso, em que é possível definir um plano de composição, a geminação diz-se de contato ou de justaposição; nos outros casos, a geminação diz-se de penetração (figura 3). Figura 3 – Cubos geminados segundo [11 1 ]. a. Geminação de contato segundo (111), no cobre. b. Geminação de penetração, na fluorita. Embora normalmente coincidam, convém não confundir plano de geminação com plano de composição: este, ao contrário do primeiro, pode ser um plano irracional do cristal. O plano de composição de uma geminação é habitualmente denominado de interface pelos metalurgistas. Quanto à sua orientação, é classificado em coerente, quando for paralela ao plano de geminação, e incoerente se não paralela. Uma geminação diz-se simples, quando compreende apenas dois “indivíduos” (partes homogêneas); quando constituída por mais de dois “indivíduos”, diz-se múltipla ou repetida (conforme exemplos na figura 4). 4 Figura 4 – Geminação no rutilo e na cassiterita, em que qualquer um dos planos {101} é o plano de geminação. a. Geminação de contato, simples (joelho-de-estanho); b. Geminação múltipla ou repetida, segundo (011) e (101); c. Geminação cíclica, segundo (011) e (0 11). Por outro lado, se no mesmo “edifício cristalino” estiverem presentes duas ou mais leis de geminação distintas, a geminação diz-se complexa ou compósita (figura 5-c). Figura 5 – Geminações em feldspatos. a. Geminação polissintética, segundo (010): lei-da-albita (geminação normal); b. Geminação simples,de contato, segundo [001]: lei-de-carlsbad (geminação paralela; habitualmente, de penetração); c. Geminação complexa, segundo ┴ [001]/(010): lei-da-albita-carlsbad. Y,X: E.M. = [001]; P.C. = (010) – lei-de-carlsbad. Xl,X2: E.M. = [010]* ≡ ┴ (010); P.C. = (010) –lei-da-albita. Y,X2: E.M. = b* X c ≡ ┴ [001]/(010) - lei da-albita-carlsbad. Denomina-se lamelar a uma geminação múltipla constituída por indivíduos lamelares; se as lamelas são muito finas e numerosas, as geminações lamelares são chamadas de polissintéticas (figura 5-a). Uma geminação múltipla é classificada em cíclica ou radial quando os elementos de geminação irradiam de um ponto central (figura 4-c). Tais geminações podem simular, com certa freqüência, um sistema ou classe de simetria mais elevada que a verdadeira simetria do cristal. Estas ocorrências são denominadas de geminações miméticas (figura 6-b e figura 7). 5 Figura 6 – Geminações segundo {110}, na aragonita. a. Geminação simples, de contato; b. Geminação mimética (pseudo-hexagonal). É interessante notar que a simetria macroscópica aparente de uma geminação mimética pode corresponder a operadores cristalograficamente impossíveis, tais como: eixos de rotações quinários ou de grau superior a seis (figura 7). Figura 7 – Geminação mimética no diamante. Notar a presença aparente de um eixo de rotação quinário segundo [110]. Quando o elemento de geminação é um eixo, dependendo da orientação deste, as geminações podem ser classificadas em: 1. Normais, se o eixo for normal ao plano de composição, que é também plano de geminação; o eixo é irracional, mas não o plano; 2. Paralelas, se o eixo de geminação for racional e for paralelo ao plano de composição; este é irracional, sendo designado por seção rômbica. 3. Complexas, se o eixo for irracional, mas paralelo ao plano de composição e perpendicular a uma aresta possível do cristal, também paralela àquele plano. Esta classificação é particularmente usada na descrição das geminações ocorrentes nos feldspatos. 6 5.3. A DETECÇÃO DE GEMINAÇÕES O reconhecimento das geminações tem enorme interesse prático. Por exemplo, no estudo das rochas em lâmina delgada, ao microscópio, a caracterização das geminações permite, em conjunto com a determinação de algumas propriedades ópticas, identificar minerais afins (por exemplo, minerais dos grupos dos anfibólios, dos piroxênios, dos plagioclásios). Por outro lado, o estudo de geminações mecânicas de certos minerais permite esclarecer muito da história de rochas deformadas; como exemplos, pode ser citada a calcita, nos mármores, e os plagioclásios, numa grande diversidade de rochas. Analogamente, o estudo da distribuição de geminações de transformação poderá esclarecer sobre a atuação de processos térmicos nas rochas. O efeito que uma geminação pode ter em certas propriedades físicas dos cristais exige também que a presença de geminações em cristais com interesse tecnológico seja investigada. Um exemplo clássico diz respeito à piezeletricidade que os cristais de quartzo manifestam. Devido a essa propriedade, o quartzo é utilizado como matéria prima para a fabricação de controladores de freqüência, na indústria de transmissores, ou na confecção de relógios de alta precisão. Mas, para tal efeito, é indispensável que se possam obter placas de cristal perfeitamente homogêneo. A geminação de um cristal pode ser detectada por diferentes processos. Em todos eles, a heterogeneidade estrutural do edifício cristalino é evidenciada pelo comportamento do cristal relativamente a uma propriedade direcional contínua (propriedades ópticas) ou descontínua (crescimento de faces, clivagem, corrosão, difração de radiações). Em algumas amostras, a morfologia do cristal permite reconhecer uma geminação, quer pela presença de faces “suplementares”, quer pela possível existência de ângulos reentrantes característicos, embora estes últimos não sejam uma característica exclusiva, nem necessária, de um edifício geminado, como vimos na figura 1. Igualmente, a definição, pela clivagem ou por estriações, de domínios descontínuos possibilita, em alguns casos, descobrir a presença de geminações. Em casos onde a morfologia é igual à de um cristal homogêneo, como ocorre na maioria dos cristais de quartzo, a presença de geminação pode ser investigada através da corrosão (natural ou artificial) de faces ou de seções do cristal, a qual colocará em evidência a heterogeneidade do “edifício cristalino”. Em determinados casos, essa descontinuidade só se torna aparente com o recurso de técnicas mais sofisticadas como, por exemplo, a difração de raios X ou de elétrons, ou ainda por ensaios de pireletricidade (figura 8). Geralmente as propriedades ópticas dos minerais, especialmente quando estudados ao microscópio petrográfico com luz polarizada, permitem reconhecer rapidamente a presença de geminações. Os “indivíduos” componentes de uma geminação possuem normalmente diferentes orientações ópticas. Portanto, o cristal não se comporta de maneira uniforme; pois, os “indivíduos” apresentam diferentes posições de extinção ou manifestam diferentes birrefringências. 7 Figura 8 – Observação de Geminações ao Microscópio Eletrônico a. Imagem por contraste de difração: o contraste resulta devido as lamelas de geminação corresponderem a áreas com orientações estruturais diferentes. b. Espectro de difração: corresponde à sobreposição de dois espectros. 5.4. EXEMPLOS DE GEMINAÇÕES Entre os diversos sistemas cristalográficos, o monoclínico e o ortorrômbico são os que correspondem ao maior número de minerais onde se observam geminações. Na seqüência ocorrem, por ordem decrescente de freqüência, as geminações nos sistemas cúbico, trigonal, tetragonal, triclínico e hexagonal. Em seguida, apresentaremos as geminações naturais mais comuns, agrupadas pelos sete sistemas cristalográficos. SISTEMA ISOMÉTRICO Mineral Elemento de geminação Superfície de composição Características Esfalerita <111> {111} (paralelo a uma face do octaedro) O eixo do geminado é normal ao plano de composição (figura 9) Diamante {111} (eixo de simetria ternário) {111} ou irregular (normalmente paralelo a uma face do octaedro) Apresenta normalmente geminado de contato (geminado-do-espinélio) (figura 10) Espinélio {111} (eixo de simetria ternário) {111} (paralelo a uma face do octaedro) Geminado de contato (geminado-do-espinélio) (figura 10) Fluorita {111} (eixo de simetria ternário) Irregular (geminado de penetração) Raramente de contato (Dois cubos formando geminado de penetração) (figura 11) Galena {111} (eixo de simetria ternário) {111} (paralelo a uma face do octaedro) De contato e de penetração (figura 12) Pirita {110} {110} ou irregular Geralmente de penetração (cruz-de-ferro) (figura 13) 8 Figura 9 – Geminação na Esfalerita ou Blenda de Zinco Figura 10 – Geminação do espinélio. a. Hábito octaédrico do cristal perfeito. b. Geminação descrita como sendo por reflexão em (11 1). c. Geminação descrita como sendo por rotação em torno de [11 1]. Figura 11 – Geminação de penetração, na fluorita. Figura 12 – Geminações na galena – plano de geminado é (111) a. Geminado de penetração b. Geminado de contato 9 Figura 13 – Geminado cruz-de-ferro na pirita Morfologicamente pode ser descrita como uma interpenetração de dois dodecaedros pentagonais simétricos complementares SISTEMA HEXAGONAL – DIVISÃO HEXAGONAL Mineral Características Apatita Geminações raras; geminado de contato NiquelitaGeminações raras; geminação múltipla Pirrotita Geminações raras (figura 14-c) Zincita Geminações raras; geminado de contato (figura 14-a e b) Figura 14 – Geminados em Cristais Hexagonais a. Zincita b. Geminação mimética (cuja simetria morfológica aparente é desmentida pelas figuras de corrosão). c. Pirrotita 10 SISTEMA HEXAGONAL – DIVISÃO ROMBOÉDRICA Mineral Características Calcita O plano do geminado pode ser paralelo ao pinacóide basal, com o eixo c como eixo do geminado (figura 15-a e b); Um plano paralelo a uma face do romboedro negativo {0112} serve normalmente como plano de geminação (figura 15-c); A geminação polissintética ocorre normalmente como resultado de uma pressão; Um plano paralelo a uma face do romboedro positivo {1011} serve como plano do geminado (figura 15-d). Dolomita O plano do geminado pode ser paralelo ao pinacóide basal, com o eixo c como eixo do geminado (figura 15-a) Quartzo-α (até 573°C) Geminado-do-delfinado ou suíça. Este é um geminado de penetração possuindo o eixo c como eixo de geminação (figura 16 e figura 17-a) Geminado-do-brasil, com o plano do geminado perpendicular a um dos eixos cristalográficos horizontais a (figura 17-b) Geminado-do-japão, com o plano de geminação paralelo a um romboedro, (figura 17-c e d) Quartzo-β (entre 573°C e 867°C) Geminado-de-estérel (figura 18) Figura 15 – Geminações na Calcita a. Romboedro; b. c. e d. Escalenoedro Figura 16 – Geminado-do-delfinado do quartzo-α Representação idealizada da penetração irregular de “indivíduos” da mesma helicoidade; sendo [001] o eixo de geminação. 11 figura 17 – Geminações no Qaurtzo-α a. Geminação-do-delfinado, de penetração; b. Geminado-do-brasil; c. Geminado-do-japão; d. Geminado-do-japão com eixo de geminação normal ao plano de composição. figura 18 – Geminação em Quartzo-β SISTEMA TETRAGONAL Mineral Elemento de geminação Superfície de composição Características Calcopirita {112} {112} O plano do geminado é comumente paralelo a uma face da bipirâmide de 2ª ordem Cassiterita {101} {101} Idem; joelho-de-estanho; às vezes cíclica (figura 19) Leucita {110} Irregular Geminações repetidas e miméticas Rutilo {101} {301} {101} {301} Idem; idênticas à da cassiterita e do zircão (figura 19) Geminação-em-coração; rara (figura 20) 12 Figura 19 – Geminação no rutilo e na cassiterita, em que qualquer um dos planos {101} é o plano de geminação. a. Geminação de contato, simples (joelho-de-estanho); b. Geminação múltipla ou repetida, segundo (011) e (101); c. Geminação cíclica, segundo (011) e (0 11). Figura 20 – Geminação em “Coração” no Rutilo SISTEMA ORTORRÔMBICO Mineral Elemento de geminação Superfície de composição Características Aragonita {110} {110} Geminado de contato num plano normalmente paralelo a uma das faces do prisma; Geminações simples ou polissintéticas e cíclicas (figura 21-a e b) Cordierita {110} {130} {110} {130} Idem; simples ou lamelares e cíclicas; Simples ou lamelares e cíclicas Estaurolita {032} {232} Irregular Irregular Idem; clássica cruz-latina (figura 22-a); Geminado de contato num plano paralelo a uma face da bipirâmide; clássica cruz-de- santo-andré (figura 22-b) 13 Figura 21 – Geminações segundo {110}, na aragonita. c. Geminação simples, de contato; d. Geminação mimética (pseudo-hexagonal). Figura 22 – Geminações da Estaurolita a. Cruz-latina b. Cruz-de-santo-andré SISTEMA MONOCLÍNICO Mineral Elemento de geminação Superfície de composição Características Augita [001] (100) O plano de geminação ocorre segundo o pinacóide {100} (figura 23) Gipsita (100) (101) (100) (101) O plano de geminação ocorre segundo o pinacóide {100}.Podendo ocorrer geminado de contato (cauda-de- andorinha) ou de penetração (em- borboleta) (figura 24-a); Ou ainda, geminado de contato com plano de geminação (101) (figura 24-b). Ortoclásio variado variado Quando o plano de geminação ocorre segundo o pinacóide {001} temos o geminado-de-maneback (figura 25-a) Quando o plano de geminação é um plano paralelo a uma face do prisma de 1ª ordem {021} temos o geminado-de- baveno (figura 25-b) 14 Figura 23 – Geminação da Augita Eixo de geminação paralelo a [001], sendo (100) o plano de contato. Figura 24 – Geminações na Gipsita a. Com (100) como plano de geminação de contato (em cauda-de-andorinha) e de penetração (em “borboleta”) b. Geminação de contato com (101) como plano de geminação Figura 25 – Geminações em Feldspatos a. Geminado-de-manebach b. Geminado-de-baveno 15 SISTEMA TRICLÍNICO Os minerais feldspatos são os únicos a apresentarem geminação, nesse sistema. Geralmente formam geminados que obedecem a lei-da-albita, sendo o pinacóide lateral {010} o plano de geminação (figura 26-a). Outro feldspato comum é a microclínio cuja geminação pode ocorrer segundo a lei-do-periclínio, com eixo cristalográfico b sendo o eixo do geminado. Figura 26 – Geminações em feldspatos. a. Geminação polissintética, segundo (010): lei-da-albita (geminação normal); b. Geminação simples, de contato, segundo [001]: lei-de-carlsbad (geminação paralela; habitualmente, de penetração); c. Geminação complexa, segundo ┴ [001]/(010): lei-da-albita-carlsbad. Y,X: E.M. = [001]; P.C. = (010) – lei-de-carlsbad. Xl,X2: E.M. = [010]* ≡ ┴ (010); P.C. = (010) –lei-da-albita. Y,X2: E.M. = b* X c ≡ ┴ [001]/(010) - lei da-albita-carlsbad.
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