RESUMO GEOQUIMICA

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Universidade de São Paulo
APATITA: UMA INDICADORA DE PROCESSOS METASSOMÁTICOS
São Paulo
2016
RESUMO
Apatita é um mineral do grupo dos fosfatos que possui algumas qualidades uma delas é seu um excelente mineral para reconhecer fluidos que alteraram rochas, outro está relacionado à sua presença em diversos ambientes o que permite se reservatório de P, F, Cl, OH, CO2 e elementos terras raras. A apatita também é um termo cronometro e pode ser alterada por água e fluidos aquosos. Por fim, ela é um ótimo rastreador para metassomatismo devido à capacidade de informar o tempo, duração do processo, temperatura do fluido e sua composição.
INTRODUÇÃO
Metassomatismo é um processo metamórfico em que a composição química da rocha é alterada por fluidos hidrotermais que percolam nas estruturas das rochas permitindo a entrada e saída de elementos que geram modificações químicas nos minerais presentes. Esse envolve substituição química, porém não há mudança na forma cristalina do mineral (pseudomorfose). A substituição ocorre quando um cátion é retirado da rocha por uma solução hidrotermal e é substituído por outro elemento de raio atômico semelhante. Existem alguns fatores que mostram a passagem de fluidos hidrotermais em uma rocha sendo eles: 1 composição de minerais alterada, 2 reequilíbrio das fases do mineral parcial ou total, 3 texturas de reação ao longo das bordas do mineral, 4 formação de inclusões minerais e 5 presença de diques de minerais pertencentes ao fluidos nas rochas hospedeiras.
Um mineral indicador desse processo é a apatita que pertence ao grupo dos fosfatos com fórmula química geral [Ca5(PO4)3(F,OH,Cl)] essa possui hábito hexagonal, brilho sub-resinoso, podendo ser branco ou azul-esverdeado. A apatita ocorre em rochas ígneas, metamórficas e hidrotermais como um mineral acessório e importante reservatório de elementos terras raras. Outra característica importante é a sua suscetibilidade a mudanças químicas e estruturais devido à pressão e temperatura sendo essa muito importante para evidenciar o metassomatismo que ocorre nas rochas. Nesse processo elementos terras raras são retirados da apatita e formam outros minerais que contem esses elementos, como monazita [(Ce,La,Nd,Th)PO4] e xenotímio [YPO4], que são encontrados em inclusões de apatita.
DESENVOLVIMENTO
Apatita: uma ferramenta para rastrear a interação entre os fluídos e rochas ígneas e metamórficas
Alguns estudos com apatitas naturais (Pan e Fleet, 2002), e também estudos experimentais (Schettler et al. 2011), mostraram que F, Cl, OH, bem como CO3, podem substituir amplamente um ao outro no sítio halogênico da apatita. Entretanto, existem três fatores que influenciam na proporção destes elementos no mineral (Zhu e Sverjensky 1991): (1) a composição do fluído e/ou do material fundido; (2) a presença de minerais que contém F- e Cl-, como biotita, muscovita, anfibólio, ou escapolita; e (3) as condições de pressão e temperatura.
Entre F, Cl, OH e CO3, o F é o que apresenta maior partição pela apatita em rochas metamórficas e também em ígneas que apresentam quantidades consideráveis de quartzo (onde a fluorapatita serve como sumidouro de F). A preferência de F pela apatita é refletida nos dados de partição do F, Cl, OH, e CO3 entre apatita e fluidos (Fig. 1). Os outros ânions são encontrados apenas em pequenas quantidades em apatitas, todavia se tornam importantes na coluna aniônica quando a apatita é formada em rochas máficas e ultramáficas (ausência de quartzo), rochas do manto litosférico, ou quando apatita é de origem biológica (Boudreau et al 1995;. O ' Reilly e Griffin 2000; Krause et al 2013;. Rakovan e Pasteris 2015 nesta edição).
Fluorapatita é um mineral acessório comum na maioria das rochas metamórficas e, geralmente, é herdado do protólito. Tanto nas fácies granulito e anfibolito como em rochas metamórficas de baixo grau (em certas condições) é comum a ocorrência de inclusões de monazita e / ou xenotímio em fluorapatita (Fig. 2). O aparecimento de inclusões está diretamente ligado ao metassomatismo por fluidos aquosos contendo H2O, CO2, e (K, Na) Cl durante e depois do auge de metamorfismo (Härlöv Förster e 2003; Hansen e Härlöv 2007). Estes fluidos podem ter origem externa à rocha, ou seja, a partir do lado de fora do sistema, ou ser o resultado das reações de minerais com elevados graus metamórficos internos. As inclusões de monazita e xenotímio também se formam em fluorapatita a partir de metapelitos ricos em H2O que sofreram fusão parcial durante o metamorfismo da fácies granulito (Härlöv et al., 2007), aparentemente devido a fluídos que contém álcalis expulsos durante a cristalização do fundido alcalino rico em SiO2.
Para as rochas máficas e ultramáficas, o registro do metassomatismo está presente principalmente em cloroapatitas [Ca5(PO4)3Cl] que ao entrarem em contato com fluídos de composição de clorohidroxiapatita carbonatada [Ca10(PO4, CO3)6 (Cl, OH, F)2] ou hidroxiapatita-fluorcloro [Ca5 (PO4)3 (F, Cl, OH)], podem ficar fortemente empobrecidas em REEs, o que contribui diretamente para a formação de monazita e xenotímio (Fig. 3A, B), como ocorreu no Complexo Stillwater nos EUA (Boudreau e McCallum 1990) e Ødegårdens Verk.
O'Reilly e Griffin (2000) demonstraram a partir de xenólitos do manto litosférico que a apatita pode ser dividida em dois grupos geoquimicamente distintos com base em seu teor de F, Cl, e de OH e a ocorrência de CO3, Sr, e elementos traços (U, Th, e REE). O primeiro grupo de apatitas apresentou alto teor de F (1,2-2,6% em peso) e baixo Cl (0,1-0,5% em peso), e CO3 não detectável, e cristalizaram à alta pressão a partir de magmas cuja composição varia de silicatica à carbonática. O segundo grupo de apatitas apresentava grandes quantidades de Cl (1,5-2,5% em peso) e CO3 (0,7-1,7% em peso), e pequenas quantidades de F (0,2-0,3% em peso), sendo essa composição uma evidência registrada do metassomatismo sofrido pelas apatitas do primeiro grupo por fluídos ricos em CO3- e Cl- derivados de uma região primitiva do manto.
O metassomatismo também pode ocorrer associado a alguns depósitos de minério de magnetita-apatita, provenientes de vulcanismo, que são encontrados por todo o mundo. Os corpos rochosos destes depósitos são altamente evoluídos, e os registros de apatita variam com o grau de interação entre a rocha e o fluído, que se inicia logo após a cristalização e vai diminuindo até as condições de pressão e temperatura ambiente. Em cada um destes depósitos de minério, inclusões de monazita e / ou xenotímio são comumente encontradas em apatitas que foram depletadas em REE + Na + Si + Cl pelos fluídos induzido. Uma vez formadas, estas inclusões foram posteriormente retrabalhadas no subsequente metassomatismo e nos eventos de deformação.
Figura 1: Fração molar dos ânions em apatita, plotados em função do log10 (aHF / aH2O) vs. log 10 (aHCl / aH2O) em um fluido a 400 ° C e 500 Mpa. (A) fração molar de F. O fluor sofre maior partição quando o fluído metassomático é mais diluído em HF.
(B) fração molar de Cl. Para que cloroapatita seja estável, são necessárias concentrações consideravelmente mais elevados de HCl. (C) fração molar de OH. Hidroxiapatita só pode ser estável sob condições de concentrações muito baixas de HF e HCl em relação ao OH.
 
 Figura 2:Inclusões de monazita e xenotimio na apatita
Figura 3: A) Cloroapatita parcialmente metassomatizada. A reação gerada pelo metassomatismo da cloroapatita é representada pelo veio irregular escuro (contido na cloroapatita que não sofreu a reação) com inclusões de monazita e xenotímio (grãos maiores observados por setas nas áreas de reação). (B) Cloroapatitas naturais metassomatizadas experimentalmente, apresentando regiões dispersas que reagiram com o fluído formando algumas inclusões de monazita relativamente grandes e de xenotímio (setas). As áreas que sofreram reaçãoestão empobrecidas em REEs, Na, Si, e Cl e são enriquecidas em F e OH.
Reconstituição em laboratório da relação entre o fluido-mineral e os minerais apatita, monazita e xenotímio
Durante a alteração metassomatica da apatita ocorre um processo acoplado de dissolução-reprecipitação. Este processo resulta na formação e crescimento de monazita e xenotímio como inclusões ou como borda no grão. Os fluidos podem induzir a formação desses minerais numa grande faixa de pressão e temperatura. A nucleação é dependente do nível de reatividade entre o fluído e a apatita e a quantidade de elementos terras raras disponíveis.
A apatita alterada por fluídos tem continuidade cristalográfica entre as regiões não reagidas e reagidas. Esta região tem ainda micro- e nano-porosidades interconectadas, tridimensionais e difundidas que levam a entrada de fluídos, aumentando, portanto, a transferência de massa e causando a rápida (horas-dias) nucleação e crescimento das inclusões de monazita e xenotímio. 
Em comparação com os elementos terras raras, os elementos Na e Si são preferencialmente retirados do sistema apatita- fluído durante a alteração. Atingida a concentração de elementos terras raras no sistema, a nucleação e crescimento das inclusões ocorrem seguindo duas reações gerais de transferência de massa: 
e
Sendo REE os elementos terras raras.
As inclusões de Monazita e xenotímio apresentam baixo teor de Th e U, reflexo da quantidade vestigial desses elementos na apatita. Assim, a composição das inclusões é resultado da composição da apatita hospedeira, mostrando que a monazita e o xenotímio são derivados diretamente da mesma.
As porosidades interconectadas são espaços para a nucleação e crescimento das inclusões. As inclusões podem ser euedrais a subedrais ou ocorrer em aglomerados que surgem nos poros preenchidos de fluídos. A inclusão de monazita pode também ser alongada em seu eixo b, paralelamente ao eixo c da apatita. 
Prolongando-se de duas a três vezes o comprimento do experimento, as inclusões são submetidas ao amadurecimento Ostwald. Este resultado comprova que os fluídos interferem no crescimento e morfologia da monazita e do xenotímio mesmo após a formação.
Os fluídos que induzem a formação de inclusões de monazita e xenotímio são a água pura, fluídos de e soluções com KCl, e HCl. Em salmouras de NaCl, o sódio inibe a formação da monazita e do xenotímio. Já o Na aquoso não permite a perda de sódio da estrutura da apatita, balanceando, assim, as cargas e inibindo os elementos terras raras de formar as inclusões. 
CONCLUSÃO
Pode ser deduzido por observação de rochas em campo e análises laboratoriais que os elementos (F, Cl, OH e CO3) presentes na apatita associados à possível presença de monazita e xenotimio são indicadores de eventos metassomaticos. Esses registros ajudam a definir a composição do fluido que foi responsável pela substituição química da apatita e da rocha o que é importante para entender esse processo que ocorre em temperaturas e composições de fluidos variadas. Além da evidência mineral, os geotermômetros de apatita permitem saber a temperatura do hidrotermalismo sendo esses constituídos de biotita-apatita e mozita-xenotimio. Por fim, esses eventos podem ser datados através de monazita-xenotimio U-Pb e apatita U-Pb, U-Th e Lu-Hf. Dessa maneira reconhecemos a importância da apatita para os processos hidrotermais, pois é possível determinar com a presença dela a composição do fluido hidrotermal, a temperatura em que ocorreu o metassomatismo e a usa idade.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
TOLEDO, Maria Cristina Motta de; PEREIRA, Vitor Paulo. A variabilidade de composição da apatita associada a carbonatitos. Rev. Inst. Geol., São Paulo, v. 22, n. 1-2, dez. 2001 . Disponível em <http://ppegeo.igc.usp.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-929X2001000100002&lng=pt&nrm=iso>. acessos em 29 maio 2016. http://dx.doi.org/10.5935/0100-929X.20010002.
SIEPIERSKI, Lincoln. Geologia e petrologia do prospecto GT-34: evidência de metassomatismo de alta temperatura e baixa fO2, província mineral Carajás. 2008. 62 f. Dissertação (Mestrado em Geologia)-Universidade de Brasília, Brasília. 2008.
https://uspdigital.usp.br/siicusp/cdOnlineTrabalhoVisualizarResumo?numeroInscricaoTrabalho=3232&numeroEdicao=22. Acesso em 29 maio 2016