9. Geoquimica de Los Elementos Traza

7/25/2019 9. Geoquimica de Los Elementos Traza

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO PUNOFACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA Y METALURGICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA

GEOQUIMICA

CURSO DE FORMACION BASICA PROFESIONAL

TEMA 12: IMPORTANCIA DE LOS ELEMENTOS

TRAZA

Basado de: Teresa Orosco

Por: Ing. MSc. Roger Gonzales Aliaga Puno, septiembre del 2013.

[email protected]

[email protected]


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Dinmica Terrestre

Procesos geoqumicos: Separacin entre

elementos(fraccionamiento)

Mezclas entre elementos

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Geoqumica de los Elementos Traza

Objetivos: Analizar el comportamiento de los elementos

traza en rocas magmticas

Introducir mtodos matemticos para modelarsu comportamiento

Por qu son importantes?

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Importancia de los Elementos Traza

Mayor variacin enconcentracin que loselementos mayores

Generalmente hay 10-12

mayores y ms de 70trazas

Tienen propiedadesqumicas nicas

Registran procesos que nose observan en loselementos mayores

4

0

500

1000

1500

2000

25003000

3500

4000

4500

5000

40 50 60 70 80

SiO2

Ba

0

2

4

6

8

10

1214

16

18

40 50 60 70 80

SIO2

MGO

Datos de la FVM


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Utilidad y Aplicaciones

Formacin ydiferenciacin de latierra

Procesos y dinmica defusin en el manto

Formacin deyacimientos minerales ehidrocarburos

Cambios climticos y

circulacin ocenica Contaminacin

Ambiental

5

0

1

2

3

45

6

7

8

9

10

40 45 50 55 60 65

SIO2

Sm/Yb

EPR-MORB

MAR-MORB

Hawaii


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Qu es un elemento traza?

Aquellos elementos que NO son

constituyentes estequiomtricos de las fasespresentes en el sistema de inters

Fases mineralgicas de un Basalto:olivino (Mg,Fe)

2SiO

4ortopiroxeno (Mg,Fe)2SiO6clinopiroxenoCa(Mg,Fe)Si2O6Plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8

Constituyentes estequiomtricos:Mg, Fe, Si, O, Ca, Al, Na

Los dems seran elementos trazaPero Qu pasa en un granito?

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Para la mayora de las rocas silicatadas:

Mayores: O, Si, Al, Na, Mg, Ca y Fe

Pueden ser mayores (menores): H, C, S, K, P, Ti, Cr y

Mn

El resto son elementos traza (excepto en pegmatitas y

yacimientos minerales)

O, Si, Al, Na, Mg, Ca y Fe = 99% BSE


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Qu es un elemento traza?

Aquellos elementos que no afectansignificativamente las propiedades

qumicas y fsicas de un sistema

Excepciones?

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Comportamiento de los Elementos Traza

Clasificacin de Goldschmidt:

Atmfilos: Elementos voltiles (Gases y lquidos)

Litfilos: Afinidad por los lquidos silicatados Siderfilos: Afinidad por los lquidos metlicos

Calcfilos: Afinidad por los lquidos sulfurosos

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Victor Goldschmidt (1888-1947)


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La Tabla Peridica de la Geoqumica

Comportamiento de los elementos traza en

la tierra silicatada

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Los Elementos Voltiles

Gases Nobles y N

Gases nobles son qumicamente inertes y voltiles. No formanminerales.

Tienen radios inicos grandes (excepto He) y no se acomodanfcilmente en las redes cristalinas

Solubilidad en magmas depende de P, T, r, y Composicin

N2 relativamente inerte En rocas est como NH3 (amonio):

sustituye al K y es muy soluble N componente importante en protenas

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Los elementos semi-voltiles C, F, S, Cl, As, Se, Br, Sb, Te e I

No son estrictamente voltiles (i.e. C es refractario en estado

elemental) Tienen afinidad por las fases fluidas o gaseosas (Cl, Br, F) o forman

compuestos que son voltiles (SO2, CO2)

Particin del S entre lquido y gas depende de la fugacidad de oxgeno(estado de REDOX del sistema): Alta fO

2

el azufre est como SO2

(dixido de azufre)

Baja fO2 el azufre est como S2 (sulfuro)

En magmas con altas concentraciones de S el azufre puede exolverse

La solubilidad de CO2 en magmas es funcin de la Presin En magmas con altas concentraciones de C, el CO2 puede exolverse y

formar magmas carbonatticos (CaCO3 es el principal componente)

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Volcn Oldoinyo Lengai

(Tanzania)

Magmas Carbonatticos


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Los elementos alcalinos y alcalino-trreos

Alcalinos=Li, K, Rb y Cs Alcalino-trreos: Be, Sr y Ba

Electronegatividades bajas y valencias de 1 y 2 Tienden a forman enlaces inicos Su comportamiento est gobernado por el

radio inico y la carga: Bajo potencial inico (carga/radio) Se les llama Elementos litfilos de radio inico

grande o Large Ion lithophile elements (LILE) Son altamente solubles en soluciones acuosas Se movilizan durante el intemperismo y el

metamorfismo Su radio inico grande no les permite entrar en

las estructuras cristalinas

Tienen afinidad por la fase fundida en losmagmas: ELEMENTOS INCOMPATIBLES

Tienden a concentrarse en la corteza y estnempobrecidos en el manto.

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MagnesioMagnesio (Mg(Mg2+2+): 65 pm): 65 pm

Calcio (CaCalcio (Ca2+2+): 99 pm): 99 pm

Estroncio (SrEstroncio (Sr2+2+): 118 pm): 118 pm

Rubido (RbRubido (Rb++): 152 pm): 152 pm

Radio InicoRadio Inico


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Los Elementos LILE

PI=carga/radio

l


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Las Tierras Raras y el Y

Tierras raras: Lantnidos y Actnidos En geoqumica REE: La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy,

Ho, Er, Tm, Yb, Lu.

Actnidos: U y Th El Y se comporta de manera similar a las tierras rarasmedias-pesadas

El Th tiene +4 y el U puede tener +4 o +6 (encondiciones oxidantes) El U+6 forma el in uranilo (UO2

-2) que es soluble

en fluidos acuosos en condiciones oxidantes REEs tienen bajas electronegatividades: enlaces

inicos (como los lcalis) Su carga inica es alta (+3), aunque Ce puede ser +4

(en condiciones oxidantes) y Eu +2 (en condicionesreductoras)

Debido a su alto potencial inico (carga/radio) lasREE, el Th y el U+4: Tienden a ser insolubles en fluidos acuosos No se movilizan durante el metamorfismo y/o el

intemperismo

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C i d l Ti R


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Comportamiento de las Tierras Raras

REE configuracin electrnica es similar

Radio inico decrece de manera sistemtica

Radio inico define su comportamiento en los materiales geolgicos

Elementos Incompatibles?

El grado de incompatibilidad depender del radio inico y de la carga:

HREE sustituyen al Aluminio en la estructura cristalina del granate

Eu+2 sustituye al Ca en la plagioclasa

Comportamiento importante en PETROLOGA

Di d Ti R


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17

1

10

100

1000

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

sample/CIC

hondrite

Upper Crust

N-MORB

Pm

0.01

0.1

1

10

100


Concentracinppm Upper Crust

N-MORB

Pm

Diagramas de Tierras Raras

Diagramas que expresan el logaritmo de las abundancias relativas con respecto al nmeroatmico: Diagramas de Masuda, Masuda-Coryell o Coryell

Las abundancias relativas:

concentracin en la muestra/concentracin en un material de referencia

Valores de normalizacin utilizados (ver Rollinson 1993, pag. 134):

Condritas

Manto Primitivo

MORB

Etc..

Sin normalizacin Normalizado


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Por qu los patrones de tierras raras son distintos?

1

10

100

1000


sample/CIC

hondrite

Corteza Ocenica

Corteza Continental

Manto Primitivo


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Los elementos de alto potencial inico

Tambin llamados High Field Strenght o por sus siglas HFSE: Zr, Hf, Nby Ta

Tienen alta carga (+4 y +5) y radio inico pequeo: Alto potencialinico (carga/radio):

Son insolubles en fluidos acuosos

No se movilizan durante el intemperismo y/o el metamorfismo

Nb-Ta (+5) son ltamente incompatibles Zr-Hf (+4) son moderadamente incompatibles

La incompatibilidad en este caso es funcin de la alta carga y no delradio inico

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Izu-Bonin Glasses

0.1

1

10

100

1000

Cs

Rb

Ba

Th U

Nb

Ta

K2O

La

Ce

Pb

Pr

Sr

Nd Z

rHf

Sm E

uGd

Tb

Dy

Ho

Er

Yb Y

Lu

Sample/PM


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Los de alto potencial inico (HFS)

L t l d t i i ( i i )


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Los metales de transicin (primera serie) Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga y Ge

Difciles de agrupar. Tienen dos o ms valencias.

Forman enlaces covalentes.

Solubilidad en fluidos acuosos es variables aunque menor que en losLILE: depende de la valencia y de los aniones de enlace

Comportamiento en magmas es variable:

Moderadamente incompatibles: Ti, Cu, Zn

Altamente compatibles: Cr, Ni, Co Tienden a ser calcfilos y siderfilos

21

1.0

10.0

100.0

1000.0

40 50 60 70 80Mg#

Ni

MVB

Izu-Bonin

EPR

L M t l N bl


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Los Metales Nobles Los elementos del grupo del platino (Rh, Ru, Pd, Os, Ir y Pt) y el Au

Son muy raros, no reactivos, y comnmente estn en estado nativo

Dos o ms valencias: forman enlaces complejos

Escasez debido a su carcter siderfilo y calcfilo

Los elementos del grupo del platino se dividen:

Grupo del Ir (Is, Os, Ru): Asociado a cromitas y rocas ultramficas

Grupo del Pd (Pd, Rh, Pt): Asociado a sulfuros en rocas gabroicas

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Se grafican normalizados c/r a condritas

Orden corresponde a una disminucin en el puntode fusin (~incompatibilidad)


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Otros elementos importantes

Boro (B):

Ligeramente electropositivo: Enlaces covalentes Tiende a formar el radical B2O3 (borato) que es altamente soluble en

fluidos acuosos (B2O3 componente fundamental del agua de mar)

B2O3 es mvil durante el intemperismo y el metamorfismo, y en esesentido se comporta de manera similar a los LILE

B tiende a ser un elemento moderadamente incompatible en losprocesos magmticos

Plomo (Pb):

Importante porque es el producto del decaimiento del Th y el U

Elemento calcfilo y ligramente siderfilo

Valencia (+2) y radio inico muy parecido al Sr Pb puede formar complejos qumicos con Cl y F y ser fcilmente

transportado en soluciones acuosas del metamorfismo ehidrotermalismo

Moderadamente incompatible en procesos magmticos

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Otros elementos importantes

Renio (Re): Importante por su decaimiento radiactivo a Os

Comparte muchas caractersticas con los platinoides: Siderfilo y calcfilo

Tiende a ser incompatible en los procesos magmticos, aunque sucomportamiento no es del todo claro an

Fsforo (P): Puede ser un elemento mayor

Valencia de +5 y moderadamente electropositivo tiende a formar elradical PO4

-3

En rocas mficas y ultramficas es moderadamente incompatible

En rocas evolucionadas forma el mineral apatita Ca3(PO4) (OH,F,Cl)

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Diagramas multielementos o de araa

LILE: Rb, Cs Sr y Ba

HFSE: Nb-Ta y Zr-Hf REE: La-Lu

25

0.1

1

10

100

1000

Cs

Rb

Ba

Th U

Nb

Ta

K2OL

aCe

Pb

Pr

Sr

Nd Z

rHf

Sm

Eu

TiO2

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Yb Y

Lu

Mu

estra/MantoPrimitiv

Corteza

N-MORB

E-MORB

OIB

Incompatible Compatible


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aplicacin de los elemento trazasa los sistemas gneos

1. Se usan como los elementos mayores, en diagramas de1. Se usan como los elementos mayores, en diagramas devariaciones, para documentar cristalizacin fraccionada,variaciones, para documentar cristalizacin fraccionada,asimilacin, etc., en una serie de rocasasimilacin, etc., en una serie de rocas

Ni Harker Diagram for CraterNi Harker Diagram for CraterLake. From data compiled byLake. From data compiled byRick Conrey. From WinterRick Conrey. From Winter(2001) An Introduction to(2001) An Introduction toIgneous and MetamorphicIgneous and MetamorphicPetrology. Prentice Hall.Petrology. Prentice Hall.

Son ms sensiblesSon ms sensiblesya queya que hayhayvariaciones ms grandes avariaciones ms grandes amedida que el proceso continuamedida que el proceso continua


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El granate El granate concentra las REE pesadas (HREE) y las fracciona.concentra las REE pesadas (HREE) y las fracciona.

Cuando el granate est presente en el residuo de la fusin parcialCuando el granate est presente en el residuo de la fusin parcialy que ha estado en equilbrio con el lquido, el espectro de REE (yy que ha estado en equilbrio con el lquido, el espectro de REE (yHREE) presenta una pendiente marcada.HREE) presenta una pendiente marcada.

La fusin parcial del manto a poca profundidad (< 40 km) tiene La fusin parcial del manto a poca profundidad (< 40 km) tieneplagioclasaplagioclasa en el residuo y por lo tanto el lquido presenta unaen el residuo y por lo tanto el lquido presenta unaanomala en Eu.anomala en Eu.

2. Se usan tambin para la identificacin de la roca2. Se usan tambin para la identificacin de la rocafuente o de un mineral particular involucrada/o enfuente o de un mineral particular involucrada/o ensea la fusin parcial, sea procesos de cristalizacinsea la fusin parcial, sea procesos de cristalizacin

fraccionadafraccionada

Ejemplos :Ejemplos :


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0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

56 58 60 62 64 66 68 70 72

sample

/chondrite

La Ce Nd Sm Eu Tb Er Yb Lu

67% Ol 17% Opx 17% Cpx

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

56 58 60 62 64 66 68 70 72

sample/chon

drite


57% Ol 14% Opx 14% Cpx 14% Grt

efectos del granate y

plagioclasa sobre REE

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

sample/chondrite

60% Ol 15% Opx 15% Cpx 10%Plag


sin granate ni plagioclasaen el residuo

plagioclasa enel residuo

granate enel residuo


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Breve resea de algunos elementos trazas particularmente tiles en petrologa gnea

elementouso como indicador petrogentico

Ni,Co,Cr Elementos altamente compatibles. Ni (y Co) se concentran en el olivino, y Cr en espinelo yclinopiroxeno. Altas concentraciones indican una fuente mantlica.

V,Ti Ambos se concentran en xidos de Fe-Ti (ilmenita o titanomagnetita). Si se comportandistintamente, Ti se concentra probablemente en una fase accesoria, como esfeno o rutilo.

Zr,Hf Elementos muy incompatibles que no se sustituyen en las fases silicatadas principales (aunque

pueden reemplazar Ti en esfeno o rutilo).

Ba,Rb Elementos incompatibles que se sustituye a K en FK, micas, u hornblenda. Rb se sustituye menosfacilmente en hornblenda que en FK y micas: la relacin K/Ba ayuda a distinguir estas fases.

SrSe sustituye a Ca en las plagioclasas (pero no en los piroxenos), y, menos, a K en el FK. Secomporta como compatible a presiones bajas donde la plagioclasa se forma temprano, pero comoincompatible a presiones ms altas donde la plagioclasa ya no es estable.

REEEl granate concentra los HREE ms que los LREE; el ortopiroxeno y la hornblenda lo hacen menos.Esfeno y plagioclasa aceptan ms los LREE. Eu2+ se concentra fuertemente en la plagioclasa.

YComnmente incompatible (como los HREE). Fuertemente concentrado por granate y anfbol. Esfeno yapatito tambin concentran Y: la presencia de estos accesorios puede tener un efecto importante.

segn Green (1980),segn Green (1980), TectonophysicsTectonophysics, 63, 367, 63, 367--385.385.


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los elementos trazas comolos elementos trazas comoherramienta para determinarherramienta para determinarlos contextos paleotectnicoslos contextos paleotectnicos

ll Los elementos trazas pueden discriminar losLos elementos trazas pueden discriminar los

contextos gneoscontextos gneosll Son tiles para rocas en fajas orognicas cuyosSon tiles para rocas en fajas orognicas cuyos

contextos tectnicos originales ya no se puedencontextos tectnicos originales ya no se puedenreconocerreconocer

ll Son particularmente interesantes los elementosSon particularmente interesantes los elementosque son inmviles durante el metamorfismo deque son inmviles durante el metamorfismo degrado bajo a medianogrado bajo a mediano

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