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4.3: Formação de Minerais - Geociências

4.3: Formação de Minerais - Geociências


Os minerais se formam quando os átomos se unem em um arranjo cristalino. As três formas principais pelas quais isso ocorre na natureza são:

  1. Precipitação diretamente de uma solução aquosa (água) com uma mudança de temperatura
  2. Cristalização de um magma com uma mudança de temperatura
  3. Precipitação biológica pela ação de organismos

Precipitação de solução aquosa

As soluções consistem em íons ou moléculas, conhecidas como solutos, dissolvidos em um meio ou solvente. Muitos minerais podem ser dissolvidos em água, como halita ou sal de cozinha, que tem a composição cloreto de sódio, NaCl. Então uma+1 e Cl-1 os íons se separam e se dispersam na solução.

Precipitação é o processo reverso, no qual íons em solução se juntam para formar minerais sólidos. A precipitação depende da concentração de íons na solução e de outros fatores, como temperatura e pressão. O ponto em que um solvente não consegue reter mais nenhum soluto é chamado de saturação. A precipitação pode ocorrer quando a temperatura da solução cai, quando o soluto evapora ou com mudanças nas condições químicas da solução. Um exemplo de precipitação em nossas casas é quando a água evapora e deixa uma camada de minerais nas torneiras, chuveiros e copos.

Na natureza, as mudanças nas condições ambientais podem fazer com que os minerais dissolvidos na água formem ligações e cresçam em cristais ou grãos de cimento de sedimento juntos. Em Utah, depósitos de tufo se formaram a partir de fontes ricas em minerais que surgiram na era do gelo do Lago Bonneville. Agora exposta em vales secos, essa tufa porosa era um isolamento natural usado pelos pioneiros para construir suas casas com uma proteção natural contra o calor do verão e o frio do inverno. Os terraços de travertino em Mammoth Hot Springs em Yellowstone Park são outro exemplo formado pela precipitação de calcita nas bordas de lagoas alimentadas por nascentes rasas.

Outro exemplo de precipitação ocorre no Great Salt Lake, Utah, onde a concentração de cloreto de sódio e outros sais é quase oito vezes maior do que nos oceanos do mundo [7]. Riachos carregam íons de sal das montanhas circundantes para o lago. Sem outra saída, a água do lago evapora e a concentração de sal aumenta até que a saturação é atingida e os minerais precipitam como sedimentos. Depósitos de sal semelhantes incluem halita e outros precipitados, e ocorrem em outros lagos como o Lago Mono na Califórnia e o Mar Morto.

Cristalização de Magma

Calor é a energia que faz os átomos das substâncias vibrarem. A temperatura é uma medida da intensidade da vibração. Se as vibrações forem violentas o suficiente, as ligações químicas serão quebradas e os cristais derreterão, liberando os íons na fusão. Magma é rocha derretida com íons que se movem livremente. Quando o magma é colocado em profundidade ou expulso para a superfície (então chamado de lava), ele começa a esfriar e cristais minerais podem se formar.

Precipitação por Organismos

Muitos organismos constroem ossos, conchas e coberturas corporais extraindo íons da água e precipitando minerais biologicamente. O mineral mais comum precipitado por organismos é a calcita ou carbonato de cálcio (CaCO3). A calcita é freqüentemente precipitada por organismos como um polimorfo chamado aragonita. Polimorfos são cristais com a mesma fórmula química, mas com estruturas cristalinas diferentes. Invertebrados marinhos, como corais e mariscos, precipitam aragonita ou calcita para formar suas conchas e estruturas. Após a morte, suas partes duras se acumulam no fundo do oceano como sedimentos e, eventualmente, podem se tornar o calcário de rocha sedimentar. Embora o calcário possa se formar de forma inorgânica, a grande maioria é formada por esse processo biológico.

Outro exemplo são os organismos marinhos chamados radiolários, que são o zooplâncton que precipita a sílica para suas conchas externas microscópicas. Quando os organismos morrem, as conchas se acumulam no fundo do oceano e podem formar a rocha sedimentar. Um exemplo de precipitação biológica do mundo dos vertebrados é o osso, que é composto principalmente por um tipo de apatita, um mineral do grupo dos fosfatos. A apatita encontrada nos ossos contém cálcio e água em sua estrutura e é chamada de apatita de hidroxicarbonato, ( ce {Ca5 (PO4) 3 (OH)} ). Como mencionado acima, tais substâncias não são tecnicamente minerais até que o organismo morra e essas partes duras se tornem fósseis.


2.5 Formação de Minerais

Para que um cristal mineral cresça, os elementos necessários para fazê-lo devem estar presentes nas proporções apropriadas, as condições físicas e químicas devem ser favoráveis ​​e deve haver tempo suficiente para que os átomos se organizem.

As condições físicas e químicas incluem fatores como temperatura, pressão, presença de água, pH e quantidade de oxigênio disponível. O tempo é um dos fatores mais importantes porque leva tempo para que os átomos se ordenem. Se o tempo for limitado, os grãos minerais permanecerão muito pequenos. A presença de água aumenta a mobilidade dos íons e pode levar à formação de cristais maiores em períodos de tempo mais curtos.

A maioria dos minerais que compõem as rochas ao nosso redor se formaram por meio do resfriamento da rocha derretida, conhecido como magma . Nas altas temperaturas que existem nas profundezas da Terra, alguns materiais geológicos são líquidos. À medida que o magma sobe pela crosta, seja por erupção vulcânica ou por processos mais graduais, ele esfria e os minerais se cristalizam. Se o processo de resfriamento for rápido (minutos, horas, dias ou anos), os componentes dos minerais não terão tempo para se tornarem ordenados e apenas pequenos cristais podem se formar antes que a rocha se torne sólida. A rocha resultante terá granulação fina (ou seja, com cristais menores que 1 mm). Se o resfriamento for lento (de décadas a milhões de anos), o grau de ordenação será maior e cristais relativamente grandes se formarão. Em alguns casos, o resfriamento será tão rápido (segundos) que a textura ficará vítrea, o que significa que nenhum cristal se forma. Vidro vulcânico não é composto de minerais porque o magma esfriou muito rapidamente para que os cristais cresçam, embora com o tempo (milhões de anos) o vidro vulcânico possa se cristalizar em vários minerais de silicato.

Os minerais também podem se formar de várias outras maneiras:

  • Precipitação da solução aquosa (ou seja, da água quente fluindo no subsolo, da evaporação de um lago ou mar interior ou, em alguns casos, diretamente da água do mar) (ver Exercício 2.7 abaixo),
  • Precipitação de emanações gasosas,
  • Metamorfismo: formação de novos minerais diretamente dos elementos dentro dos minerais existentes sob condições de temperatura e pressão elevadas,
  • Intemperismo: durante o qual os minerais instáveis ​​na superfície da Terra podem ser alterados para outros minerais,
  • Formação orgânica: formação de minerais dentro de conchas (principalmente calcita) e dentes e ossos (principalmente apatita) por organismos (esses minerais formados organicamente ainda são chamados de minerais porque também podem se formar inorgânicos).

Opala é um mineralóide (ou seja, não é um mineral real) porque embora tenha todas as outras propriedades de um mineral, não tem uma estrutura específica. Pérola não é um mineral porque pode ser produzidos por processos orgânicos.

Exercício 2.7: Fazendo cristais a partir da solução

Figura 2.5.1

2,5 cm 3) de qualquer tipo de sal de cozinha em uma tigela pequena. Adicione cerca de 2 colheres de chá (

10 mL) de água muito quente e mexa por alguns minutos até que todo ou quase todo o sal esteja dissolvido. (Tenha cuidado para não respingar na água quente.)

Coloque a tigela em um local seguro (parapeito da janela, estante) e verifique novamente a cada 24 horas para ver o que aconteceu. Dependendo do nível de umidade na sala, você deve ver a formação de cristais em 24 horas, e toda a água deve ter desaparecido, com cristais razoavelmente grandes formados, em cerca de 3 dias. Eles devem ser um pouco parecidos com os mostrados aqui. Em outras palavras, eles devem ser cubos.

Agora tente o mesmo experimento novamente, mas desta vez coloque o sal e a água em uma pequena panela sobre o fogão no menor calor possível. Em 10 a 20 minutos, toda a água deve ter acabado e você deve ficar com alguns cristais de sal muito pequenos - pequenos demais para sequer ver suas formas. Leva tempo para que os cristais minerais se formem.

De onde vem o lítio?

A demanda global por lítio aumentou dramaticamente na última década e aumentará ainda mais no futuro, enquanto houver demanda crescente por baterias de íon-lítio em dispositivos eletrônicos, veículos elétricos e para armazenamento de energia solar e eólica . A maior parte do suprimento de lítio do mundo & # 8217s vem de lagos salgados (salários em espanhol) como o mostrado abaixo no sudoeste da Bolívia.

Figura 2.5.2

Atribuições de mídia

derretimento de rocha que é facilitado pela adição de um fluxo (normalmente água) que reduz o ponto de fusão das rochas


A Classificação dos Minerais

As classes minerais podem então ser mais subdividido de acordo com as características físicas, quais cátions estão presentes, a presença ou ausência de água ou ânion hidroxila, ou estrutura interna.

As principais classes reconhecidas no esquema de Berzelius incluem os elementos nativos sulfetos e sulfossaltos, óxidos e hidróxidos, halogenetos, carbonatos, nitratos e boratos, sulfatos, fosfatos e silicatos. Os antimonides, arsenides, selenides, and tellurides se assemelham muito aos sulfetos na composição, enquanto os cromatos, molibdates e tungstates se assemelham aos sulfatos. Os arsenatos e vanadatos são semelhantes aos fosfatos.

Os elementos N ative
O elementos nativos inclui todas as espécies minerais que são compostas inteiramente de átomos em um estado não combinado. Esses minerais contêm os átomos de apenas um elemento ou são ligas metálicas. Os elementos nativos são divididos em subgrupos metálicos, semimetálicos e não metálicos. Os metais tendem a ser substâncias densas e maleáveis ​​que possuem um brilho metálico característico e conduzem bem a eletricidade. Semimetais e não-metais são quebradiços e têm um mau comportamento em comparação com os metais.

3-não-metais
O nativo não metais incluem carbono (C), na forma de diamante e grafite, e enxofre (S).

Minerais do sulfureto classe são compostos que contêm o elemento enxofre não metálico em combinação com átomos de um metal ou semimetal. Compostos em que ânions de antimônio (Sb), arsênico (Como), selênio (Se), ou telúrio (Te) substituir o ânion de enxofre e ligar com cátions metálicos ou semimetálicos são classificados respectivamente como antimonides, arsenides, selenides, e telúridos. Se o ânion de enxofre, um elemento metálico e um semimetal estiverem todos presentes, o mineral é classificado como um dos raros sulfossais. A maioria dos sulfetos e sulfossais são macios, escuros, pesados ​​e quebradiços, possuindo um brilho metálico distinto e alta condutividade.

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O óxido
Os minerais do óxido classe são aqueles que contêm oxigênio ligado a um ou mais elementos metálicos. Hidróxidos são compostos de um elemento metálico e água ou ânion hidroxila (OH) - . Os minerais óxidos tendem a ser relativamente duros e alguns deles podem ser usados ​​como gemas. Muitos fornecem minérios de metal economicamente importantes. Os minerais da classe dos hidróxidos tendem a ser mais macios e menos densos do que os óxidos.

O H alide

Em membros da haleto classe um elemento do grupo halogênio, como flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), ou iodo (eu) liga-se a um cátion metálico ou semimetal, como o sódio (N / D), potássio (K), magnésio (Mg), cálcio (Ca), alumínio (Al), cobre (Cu), ou prata (Ag) Halides são construídos inteiramente de ligações iônicas. Os minerais halogenados tendem a ser macios, quebradiços, facilmente solúveis em água e possuem pontos de fusão médios a altos. Eles são maus condutores quando em estado sólido.

Espécies minerais que são membros da carbonato classe são compostos de um metal ou semimetal com o ânion carbonato (CO3) 2- . Nessas substâncias planas triangulares (CO3) 2- grupos de ânions são ligados entre si por vários cátions. Cada átomo de oxigênio está ligado mais fortemente ao seu carbono associado do que a qualquer outro átomo da estrutura, e os átomos de oxigênio não são compartilhados entre os ânions carbonato. Os ânions carbonáticos planos triangulares formam, assim, a unidade básica a partir da qual os minerais carbonáticos são construídos.

A ligação entre o carbono e os dois átomos de oxigênio do (CO3) 2- ânion é forte. No entanto, quando colocado em contato com o íon hidrogênio (H + ) o radical carbonato se decompõe, produzindo dióxido de carbono e água. Minerais da classe dos carbonatos, portanto, reagem facilmente com ácidos como o ácido clorídrico (HCl) Por exemplo, calcita (carbonato de cálcio,CaCO3) efervesce quando colocado em uma solução aquosa de HCl, produzindo dióxido de carbono e cloreto de cálcio:

CaCO3 (s) + 2HCl (aq) ------- & gt CaCl2 (s) + CO2 (g) + H2O (eu) Esta reação fornece um meio para a identificação de espécies de carbonato que é facilmente aplicável no campo.

As taxas
O nitratos são estruturalmente muito semelhantes aos carbonatos. O nitrogênio se liga a três átomos de oxigênio para formar o radical nitrato, (NÃO3) - , que constitui o bloco de construção básico dos minerais desta espécie. Os nitratos tendem a ser mais macios e a possuir pontos de fusão mais baixos do que os carbonatos. Átomos do elemento boro (B) se juntar a três átomos de oxigênio para formar o radical borato, (BO3) 3- . Este grupo de ânions se assemelha muito aos radicais carbonato e nitrato na estrutura. No entanto, os átomos de oxigênio do radical borato podem, ao contrário daqueles dos radicais carbonato ou nitrato, ser compartilhados entre grupos de ânions. Os radicais de borato podem, portanto, ser ligados em cadeias polimerizadas, folhas ou grupos múltiplos. Estas são as estruturas químicas que compõem os minerais do borato aula.

O cátion de enxofre pode formar ligações muito fortes com quatro átomos de oxigênio, produzindo o grupo ânion (ASSIM4) 2- . Este radical sulfato forma a unidade estrutural básica dos minerais do sulfato aula. O radical sulfato não compartilha átomos de oxigênio e não pode polimerizar.

Minerais do cromato classe são compostos de cátions metálicos com o grupo ânion cromato (CrO4) 2- . Assim como enxofre e cromo formam os grupos de ânions (ASSIM4) 2- e (CrO4) 2- , os íons de molibdênio (Mo) e tungstênio (C) se ligam a átomos de oxigênio para criar os grupos de ânions (MoO4) 2- e (OS4) 2- .

Esses grupos de ânions então se ligam a cátions metálicos para formar os minerais do molibdato e Tungstate Aulas. Molibdênio e tungstênio podem substituir livremente um pelo outro dentro dos grupos iônicos (MoO4) 2- e (OS4) 2- , permitindo a formação de séries de solução sólida. Eles não podem, no entanto, substituir o enxofre dentro do radical sulfato (ASSIM4) 2- ou forma solução sólida com minerais das classes sulfato ou cromato. As espécies das classes molibdato e tungstato são tipicamente pesadas, moles e quebradiças. Eles tendem a ser escuros ou com cores vivas.

O P hosfato
Como o enxofre, os elementos fósforo (P), arsênico (Como), e vanádio (V) formam grupos de ânions tetraédricos em combinação com oxigênio. O radical fosfato resultante, (PO4) 3- , fornece a unidade estrutural básica dos minerais do fosfato classifique os radicais arseniato e vanadato (AsO4) 3- e (VaO4) 3- formam as unidades estruturais básicas de T ele arseniato e vanadato Aulas. As espécies minerais dessas três classes são, portanto, compostas dos respectivos radicais fosfato, arseniato e vanadato ligados por vários cátions metálicos e semimetais. Os íons fosfato, arsênio e vanádio podem substituir uns aos outros dentro dos três grupos de ânions, formando séries de soluções sólidas.

O silicato
O constituinte básico dos minerais do silicato classe é o radical silicato (SiO4) 4- . Cada átomo de oxigênio dentro de um radical de silicato pode se ligar a outro íon de silício, tornando-se parte de um segundo radical de silicato e ligando os dois radicais. Um, dois, três ou quatro dos átomos de oxigênio em cada grupo de ânions de silicato podem se ligar a outro tetraedro de silicato dessa maneira. Muitas estruturas diferentes são, portanto, possíveis radicais de silicato podem permanecer estruturalmente isolados, unir-se em pares ou ligar-se em estruturas, folhas, correntes ou anéis. As várias espécies da classe dos silicatos são agrupadas de acordo com seu tipo estrutural. Os minerais de silicato são geralmente de dureza relativamente grande, e os cristais individuais costumam ser translúcidos.


4.5 Vida útil dos minerais

Algumas rochas e minerais sobreviveram a um longo teste de tempo. O gnaisse Acasta, formado há 4,03 bilhões de anos, é geralmente considerado a rocha mais antiga da Terra. Ele contém dois tipos de feldspatos, quartzo e minerais máficos menores. Os mais antigos grãos minerais terrestres conhecidos são cristais de zircão detríticos em um conglomerado de Jack Hills, na Austrália Ocidental. Eles têm 4,40 bilhões de anos e devem ter erodido de rochas ainda mais antigas. Alguns minerais em meteoritos são mais antigos. Os grãos minerais do meteorito Murchison, por exemplo, têm 7 bilhões de anos - são os materiais mais antigos encontrados na Terra e são mais antigos que o sol.

Nas profundezas da Terra, os minerais podem desaparecer devido ao derretimento ou podem se transformar em novos minerais por metamorfismo. Ocasionalmente, na superfície da Terra, eles podem se dissolver na água e desaparecer. A maior ameaça aos minerais, pelo menos os minerais que vemos com mais frequência, no entanto, é que a maioria deles não é estável quando exposta ao ar, água, vento e outros elementos na superfície da Terra. Eles simplesmente não duram muito em uma escala de tempo geológica.

Muitos minerais que ocorrem comumente em sedimentos e rochas modernos são muito instáveis ​​para sobreviver em grande abundância em rochas terrestres mais antigas. Eles podem ter estado nessas rochas uma vez, mas se transformaram em diferentes minerais desde então. A Terra tem 4,6 bilhões de anos. Muito poucos exemplos dos minerais discutidos abaixo existiram por mais do que os últimos 7% da história da Terra.

4,46 Milímetro de olivina do Havaí 4.47 Um grão de olivina verde, rodeado por serpentinas, dos Alpes austríacos

As duas fotos acima mostram olivina fresca do Havaí (Figura 4.46) e um único cristal de olivina antigo (o grão verde no centro da amostra) dos Alpes austríacos (Figura 4.47). A olivina já foi abundante em muitas rochas máficas pré-cambrianas terrestres (com mais de 541 milhões de anos), mas desde a era pré-cambriana, a maior parte da olivina antiga foi alterada por oxigênio, dióxido de carbono e água para fazer serpentina, óxidos de ferro e magnesita. Como a olivina se cristaliza em magmas quentes e secos, ela é instável em condições próximas à superfície da Terra e muito mais frias e úmidas. Por causa da tendência da olivina e da piroxena de se desintegrarem rapidamente, a olivina detrítica e a piroxena são amplamente restritas a sedimentos e rochas sedimentares relativamente jovens (Cenozóico com menos de 65 milhões de anos). No entanto, a olivina e o piroxênio pré-cambrianos ocorrem em rochas lunares e meteoritos que foram isolados do oxigênio e da água.

4,48 Tridimita arborescente em uma rocha vulcânica

Outros exemplos de minerais geralmente ausentes em rochas terrestres mais antigas incluem o polimorfo de quartzo tridimita, e aragonite, um polimorfo de calcita de alta pressão. A tridimita é comum em rochas vulcânicas siliciosas Cenozóicas, incluindo riolitos, obsidiana e andesitos. No entanto, exceto em meteoritos pedregosos e basaltos lunares, o mineral muda para quartzo ao longo do tempo e raramente é encontrado em rochas mais antigas do que a idade Cenozóica. A foto na Figura 4.48 mostra floco de neve tridimita em uma rocha vulcânica na Alemanha.

4,49 Uma concha de amonita composta de aragonita

Muitos organismos marinhos criam conchas que consistem em CaCO3 na forma de aragonita em vez de calcita. A Figura 4.49 mostra um exemplo. A menos que os fósseis de aragonita estejam profundamente enterrados, eles se transformarão em calcita. O mais antigo fóssil de aragonita conhecido é de um xisto rico em orgânicos da idade do Mississippi (cerca de 350 milhões de anos). Geólogos encontraram fósseis de aragonita tão antigos em apenas três lugares. Uma das rochas é vulcânica, enquanto as outras são xisto preto e calcário asfáltico. A presença de matéria orgânica abundante em três das quatro rochas conhecidas com aragonita paleozóica é provavelmente responsável pela preservação da aragonita. A matéria orgânica revestiu os fósseis e provavelmente impediu que a água os alcançasse e promovesse sua conversão em calcita.

4,50 Espeleotema aragonita da Mina Salsigne na França

A aragonita inorgânica às vezes se forma no teto ou nas paredes de cavernas ou minas, da mesma forma que as estalactites e outros espeleotemas. É, no entanto, instável e com o tempo se transforma em calcita. A mudança para calcita é lenta e ocorre em escalas de tempo de 10 a 100 milhões de anos.

Alguns materiais não minerais são instáveis ​​e se transformam em minerais se houver chance. Opala e vidro vulcânico são materiais amorfos (embora opala tenha sido aprovado como um nome mineral pela International Mineralogical Association). Com o tempo, ambos se modificam ou se alteram em compostos cristalinos mais estáveis, como o quartzo. Isso explica por que a obsidiana raramente é encontrada em rochas mais antigas que o Mioceno. O vidro vulcânico mais antigo conhecido está em um tufo soldado de 70 milhões de anos. Opala é ligeiramente mais estável do que obsidiana. Os cálculos da taxa de reação indicam que a opala se converterá inteiramente em quartzo em cerca de 180 milhões de anos a 20 ° C, aproximadamente 4,3 milhões de anos a 50 ° C e em apenas cerca de 47 anos a temperaturas diagenéticas de 200 ° C. Não é de surpreender que a opala mais velha conhecida seja do Cretáceo Inferior, com cerca de 125 milhões de anos.

● Figura Créditos

Gráficos / fotos não creditados vieram dos autores e outros contribuidores principais deste livro.


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