A_Introducao a Geoquimica

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Geoquimica Marinha
Introdução
UEM - ESCMC - 2021 
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Introdução a Geoquímica Marinha
Geoquímica Marinha – um conceito
Conceitos básicos da Geoquímica
Abundância de elementos no universo
Abundância na crosta e classificação
Classificação Geoquímica dos Elementos.
Ciclo geoquímico
Dispersão Geoquímica
Mobilidade geoquímica
E mais...
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Geoquímica
É a ciência que estuda de forma qualitativa e quantitativa as geosferas internas (núcleo, manto) e externas (litosfera, atmosfera, hidrosfera e biosfera) que formam a Terra e as leis que controlam a distribuição dos elementos químicos e seus isótopos em cada uma destas partes e entre elas.
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Na definição de GOLDSCHMIDT - A geoquímica se ocupa de dois ramos:
A determinação da abundância relativa e absoluta dos elementos da Terra;
2. O estudo da distribuição e da migração de elementos individuais em várias partes da terra com o objetivo de descubrir os principios, que controlam esta distribuição e a migração dos elementos.
Geoquímica
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E agora?
GEOQUIMICA MARINHA?
Como definimos?
Defina...
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Conceitos bases
ANOMALIA é uma concentração ANORMAL de um elemento químico e/ou mineral na crosta terrestre. 
A concentração NORMAL de um elemento na crosta terrestre é chamada de CLARQUE.
METALLOTECTES, alguns elementos químicos (ou minerais minérios) que tem preferência por determinados tipos de rocha (por ex: cobre por peridotitos, niobio por carbonatitos, scheelita por skarn, wolframita por rochas ácidas etc).
Num enfoque de pesquisa em uma região. a concentração considerada normal é chamada de BACKGROUND. O teor que limita aqueles considerados como uma concentração NORMAL e uma ANOMALIA é chamado de LIMIAR,
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ORIGEM DA TERRA E DOS MARES
Ciências da Terra – origem do universo
Ciências do Mar – formação dos oceanos
Recomendações
Revisar a respeito da:
Estrutura interna da Terra 
Diferenciação química por camadas no interior da Terra
Movimento das placas tectônicas e formação de rochas
Actividade vulcânica em ambiente submarinho
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Abundância de elementos no universo
Figura 1: Gráfico mostrando a abundância de elementos no universo, normalizada pela abundância do elemento comum silício. 
De acordo com este gráfico, gases nobres não são raros fora da Terra, mas são tão comuns quanto o esperado. Compare este gráfico com o mostrado na Figura 2.
Regra Oddo-Harkins: átomos com números pares são mais estáveis e, por isso, mais abundantes que os vizinhos de números ímpares. 
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Figura 2: Francis Aston publicó esta figura en 1924 mostrando la abundancia de diferentes elementos en la Tierra. En general, parece que existen mas elementos livianos que pesados, excepto los gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, y Xe) los cuales son particularmente raros.
Abundância de elementos na Terra
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Abundância de elementos na Terra
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Elementos mais abundantes
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Classificação dos elementos em função da abundância na crosta terrestre
Os elementos químicos, quanto a sua abundância na crosta terrestre, são classificados em:
 Elementos maiores quando possuem teores de Clarque acima de 1% (são expressos em %);
 Elementos menores quando possuem teores de Clarque entre 0,1-1% (são expressos em %);
 Elementos traços quando possuem teores de Clarque < 0,1% (são expressos em ppm ou ppb).
Conversão de Unidades
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Classificação dos elementos em função da abundância na crosta Terrestre
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Os elementos traços, apesar de sua pequena concentração nas rochas, são de extrema importância na modelagem geoquímica de sistemas ígneos / metamórficos e são estudados em grupos. Por isso, recebem uma classificação especial. 
Classificação dos elementos em função da abundância na crosta Terrestre
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Classificação geoquímica dos elementos Classificação Goldshmidt
A classificação de Goldschmidt (1923-1938) é uma classificação geoquímica utilizada para explicar a distribuição e formas diversas com que se organizam os elementos químicos na natureza. 
De acordo com essa definição, os elementos são agrupados por afinidade geoquímica em litófilos, siderófilos, calcófilos e atmófilos. 
Siderófilos - Afinidade com o Fe e concentrado no centro da terra;
Calcófilos - Afinidade pelo enxofre e concentrado nos sulfetos;
Litófilos - Afinidade pela sílica e concentrados na crosta terrestre na forma de silicatos e oxidos;
Atmófilos – Presentes nos gases da atmosfera;
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Classificação geoquímica dos elementos Classificação Goldshmidt
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	Siderófilos	Calcófilos	Litófilos	Atmófilos
	Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd
Os, Ir, Pt
Au, Re, Mo
Ge, Sn
C, O
(Pb, As, W)	Cu, Ag
Zn, Cd, Hg
Ga, In, Ti
(Ge), (Sn) Pb
As, Sb, Bi
S, Se, Te
(Fe), (Mo), (Cr)	Li, Na, K, Rb, Cs
Be, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Sc, Y
ETR
(C), Si, Ti, Zr, Hf, Th, (P), V, Nb, Ta, O, Cr, W, U, (H), F, Cl, Br, I, (Tl), (Ga), (Ge), (Fe), Mn	H, He, Ar, Kr, Xe, Rn, N
Biófilos – elementos concentrados nos organismos (C, H, O, N, P, S, Cl, V, Mn, Cu, Fe e B.)
Classificação geoquímica dos elementos Classificação Goldshmidt
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Classificação geoquímica dos elementos Classificação Goldshmidt
Hidrofilos – elementos...
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Classificação geoquímica dos elementos Classificação Goldshmidt
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Associações de elementos
Os elementos químicos tendem a se associar nos processos geológicos devido a suas mobilidades relativas.
Observando um conjunto de ambientes nos quais dois elementos estão associados, a razão entre eles permanece relativamente constante, de modo que os teores elevados de um são acompanhados por valores elevados de outro e vice-versa.
Alguns elementos matem associações características em um amplo espetro de condições geológicas e podem se mover juntos durante todos processos do ambiente profundo (hipogenico), rompendo-se essa afinidade sob condições ambientais da superfície
Algumas associações são característicos de certas rochas plutônicas muito especificas e dos minérios ou certos tipos de minérios sedimentares. A presença de um membro associado indica a presença de outro.
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Distribuição dos elementos nas rochas ígneas/magmáticas
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	Associações plutônicas
Rochas ultramáficas
Rochas máficas
Rochas alcalinas
Carbonatos
Rochas graníticas
Pegmatitos	Cr, Co, Ni, Cu
Ti, V, Sc
Ti, Nb, Ta, Zr, ETR. F, P
ETR, Ti, Nb, Ta, P, F
Ba, Li, W, Mn, Sn, Zr, Hf, U, Ti
Li, Rb, Cs, Be, ETR, Nb, Ta, U, Th, Zr, Hf
	Associações Sedimentares
Folhelhos negros
Fosforitas
Evaporitas
Lateritas
Red beds vulcanogênicos
Bauxitas	U, Cu, Pb, Zn, Cd, Ag, Au, V, Mo, Ni, As
U, V, Mo, Ni, Ag, Pb, F, ETR
Li, Rb, Cs, Sr, Br, I, B
Ni, Cr, oxidos de Mn, Co, W, As, Ba, P, Nb, Ti, ETR
U, V, Se, As, Mo, Cu, Pb
Nb, Ti, Ga, Be, Zn
	Mineralizações hidrotermais
Depósitos de Cu-pórfiro
Sulfetos complexos & (Sulf. de baixa T)*
Metais básicos
Metais preciosos & (Mp. ultramáficas)*	Cu, Mo, Re
Hg, As, Sb, Se, Ag, Zn, Cd, Pb; (Bi, Sb, As)*
Pb, Zn, Cd, Ba
Au, Ag, Cu, Co, As; (Ni, Cu, Pt, Co)*
	Metamorfismo de contacto
Sheelita – cassiterita
Flourita – helvita 	W, Sn, Mo
Be, F, B
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Concentração normal de alguns elementos químicos.
Fonte: Rose et al 1979
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Concentrações dos elementos na litosfera, expressas em partes por milhão (ppm). 
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Mobilidade Geoquimica
O comportamento de um elemento químico no ambiente geológico depende muito de seu tamanho e de sua carga. (Coeficiente de partição ou de distribuição = Kd)
Kd=fase solida/fase liquida 
Raio iônico 
Valencia
Elementos compatíveis (Kd>1)
Elementos incompatíveis (Kd<1)
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Elementos incompatíveis (Cs, K, Rb, Ba ...): 
Grande - baixa carga 
Pequeno - alta carga 
não podem cristalizar muito facilmente no ambiente magmático. 
Muitos desses elementos químicos têm que esperar até as fases pós-magmática / hidrotérmica, a outra coisa é que os elementos químicos de mesmo tamanho e / ou carga igual podem ser intersubstituídos (por exemplo, Ca por Sr). Portanto, se o ambiente geológico permitir, as posições de Ca em uma estrutura cristalina podem ser ocupadas por um átomo do Sr.
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Os materiais que compõem a massa terrestresão redistribuídos, fracionados e/ou misturados a medida que ficam sujeitos às diferentes condições de ambientes distintos por meio de transformações do ciclo geoquímicos.
Ciclos geoquímicos
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Ciclos geoquímicos
Segundo Skinner (1986) existe uma multiplicidade de ciclos envolvendo interações entre o manto, a crosta, a biosfera, a atmosfera e a hidrosfera, cada um desenvolvendo e mantendo uma composição química distinta, os quais são designados como CICLOS GEOQUÍMICOS.
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Secundário
Primário
Ambiente geoquímico 
Secundário - compreende a zona onde se desenvolvem os processos superficiais de intemperismo, erosão, sedimentação, diagênese, pedogênese e atividade biológica. 
Primário - abrange a zona abaixo dos níveis inferiores de circulação das águas meteóricas até as profundidades onde se processam os fenômenos de diferenciação magmática e metamorfismo.
Ciclos geoquímicos
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Ambiente geoquímico 
⇒ Baixa P e T;
⇒ Presença de O2 e CO2 (abundante);
⇒ Fluxo de fluidos relativamente livres;
⇒ Alta pressão (P) e temperatura (t);
⇒ Pouco oxigênio (O2) livre;
⇒ Pouca circulação de fluidos;
Dispersão Geoquímica
Dispersão primaria 
Dispersão secundaria
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A dispersão química dependera da mobilidade do elemento.
Mobilidade 
é a facilidade com que o elemento químico se move em solução num determinado ambiente;
é a resposta do elemento químico aos processos de dispersão geoquímica.
Mobilidade geoquimica
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Ciclo hidrológico
Uma curiosidade evidenciada por Esteves (1988) é que a composição química da precipitação oceânica difere nitidamente da continental, no que diz respeito à concentração de íons como Na+, Mg2+ e Cl-, maior na precipitação oceânica.
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Reservatórios de água
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Reservatórios de água 
Oceano	Águas continental	0.9700000000000002	3.0000000000000058E-2	
Águas continental
Glaciares polares	Água Subterranea	Rioa/lagos	2.2500000000000006E-2	7.5000000000000127E-3	1.0000000000000025E-4	
Tempo de residencia da agua
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“entrada”, “circulação” e “saída” de água
Tempo de residencia da agua
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Potássio
Cálcio
Bicarbonato
Sulfato
Magnésio
Nitrogênio
Lítio
Rubídio
Fósforo
Iodo
Ferro
Zinco
Molibdênio
Outros
Cloretos
Sódio
Água:
Oxigênio + Hidrogênio
Estrôncio
Bromo
Silício
Flúor
Brometos
Constituintes Maiores (ppm)
Constituintes Menores (ppm)
Constituintes Traços (ppb)
Constituintes: 
Maior
Menor
traço
(ppb)
(ppm)
Composição da água do mar
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Composição da água do mar
O oceano corresponde a 71% da superfície da terra.
A água do mar é uma solução contendo 70 elementos químicos, constituída por solvente (água) e por soluto (sais).
Representam mais de 99%
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Sais Dissolvidos na Água do Mar
Cont. diss.	Cl- 	Na+ 	SO42-	Mg2+ 	Ca2+ 	K+	HCO3- 	Outros	0.56000000000000005	0.28000000000000008	8.0000000000000043E-2	4.0000000000000022E-2	1.4999999999999998E-2	1.0000000000000005E-2	5.0000000000000044E-3	1.0000000000000011E-3	
Porcentagem dissolvida
Cl- 	Na+ 	SO42-	Mg2+ 	Ca2+ 	K+	HCO3- 	0.56000000000000005	0.28000000000000008	8.0000000000000043E-2	4.0000000000000022E-2	1.4999999999999998E-2	1.0000000000000005E-2	5.0000000000000044E-3	Quantos elementos abundantes na crosta terrestre estão presentes na água do mar em grandes concentrações??
Constituicao quimica
Terra Vs mar
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Elementos abundantes na agua do mar
Cl- 	Na+ 	SO42-	Mg2+ 	Ca2+ 	K+	HCO3- 	0.56000000000000005	0.28000000000000008	8.0000000000000043E-2	4.0000000000000022E-2	1.4999999999999998E-2	1.0000000000000005E-2	5.0000000000000062E-3	
Elementos abundantes na crosta terrestre
Si	Al	Fe 	Mg	Ca	K 	Na	Outros	0.28000000000000008	8.2000000000000003E-2	6.0000000000000005E-2	4.0000000000000008E-2	2.4E-2	2.3E-2	2.1000000000000005E-2	1.0000000000000002E-2	
Grau de solubilidade
Comportamento/reatividade química
Ex:
Si, Al pouco solúvel
Na, Ca e P muito solúvel
Porquê??
Explique!!
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Mg	Ca	K 	Na	4.0000000000000008E-2	2.4E-2	2.3E-2	2.1000000000000005E-2	
Fontes de Sal
Processos que controlam os sais na água do mar:
Rochas ígneas (intemperismo, erosão): Ca, Na, Mg, Si, etc...
Gases vulcânicos: Cl-, Br-, B, CO2, e SO2
Fluxos fluviais
Poeira terrestre
Atividades hidrotermais
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Recomendações de pesquisa
→ Teoria das Proporções Constantes
As concentrações dos ions maiores dissolvidos pode variar de lugar pra lugar, mas a proporção relativa se mantém constante.
Pode-se variar a salinidade, mas as proporções dos elementos são constantes.
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Por Hoje é tudo...
Questionário:→
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Interprete o gráfico da abundancia na distribuição dos elementos químicos no universo e na crosta.
Explique o ciclo geoquímico.
Explique os fatores que ditam a mobilidade geoquímica dos elementos no ambiente primário e secundário.
Classifique os elementos quanto a abundancia media na Terra e quanto a afinidade.
Explique matematicamente como podemos determinar o tempo de residências das águas dos oceanos. 
Descreva como podemos calcular o tempo de residência dos elementos constituintes maiores na composição da água dos oceanos.
Explique detalhadamente a influencia que os cursos de água tem na dissolução das águas do mar e na sua salinização.
Diferencie Clarque e Baground.
Defina anomalia, metalotetes e limiar.
Explique detalhadamente como o grau de solubilidade e a reatividade química interferem a abundancia relativa dos elementos químicos da crosta na água dos oceanos.
Explique como o ciclo hidrológico afeta a composição da água dos oceanos e por quais meios são transportados os constituinte químicos dos materiais rochosos para o ambiente marinho.
Quais são os fatores que ditam a mobilidade geoquímica dos elementos no ambiente marinhos? E como ditam?
Baseado no que sabe sobre a Geoquímica, defina Geoquímica Marinha.
Explique a elevada concentração do ion cloro nas águas do oceano em termos da sua origem e circulação no ciclo geoquímica deste elemento
Questionário
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