núcleo, manto e crosta oceânica

Fábio R. D. de Andrade, Instituto de Geociências

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Geo

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núcleo

16% em volume

32% em peso

da Terra

núcleo externo líquido

núcleo interno sólido

composição estimada a partir de

modelos de densidade

campo magnético

comportamento de ondas sísmicas

petrologia experimental

ponto de fusão

partição de elementos

cosmoquímica

Whit

e, G

eoch

emis

try

Whit

e, G

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emis

try

condrito

acondrito

siderito

manto

84% do volume terrestre

68% da massa terrestre

densidade média 3,3 g/cm3

informações disponíveis

amostras

amostras diretas = xenólitos (raros), inclusões em diamante

amostras indiretas = rochas mantélicas (p. ex. basaltos, kimberlitos)

ofiolitos

sismologia

medidas de fluxo térmico

petrologia experimental

Roll

inso

n, 2007

profundidades amostradas

xenólitos do manto

peridotitos

grupo de rochas ultramáficas, rochas “ígneas”

~65% olivina + ~25% ortopiroxênio + clinopiroxênio + granada

eclogitos

rochas metamórficas de alta densidade (formada sob alta pressão)

clinopiroxênio (onfacita) + granada

basalto metamorfisado em zonas de subducção

peridotito com cristais de olivina (verde) e de piroxênio (verde escuro, preto)

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xenólitos do manto

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dunito = peridotito composto praticamente apenas por olivina

xenólitos do manto

classificação dos peridotitos (IUGS)

xenólitos mantélicos mais comuns:

lherzolito (ol+opx+cpx)

harzburgito (ol+opx)

dunito (ol)

classificação das rochas ígneas

eclogitos

rochas metamórficas de alta pressão e temperatura

metamorfismo da placa oceânica (litosfera) subductada

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xenólitos do manto

granada

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amostras de minerais do manto

inclusões sólidas em diamantes

petrologia experimental campo de estabilidade de minerais em função de pressão, temperatura e composição (PTX) equilíbrio químico entre o líquido formado (magma) e os minerais residuais diferenciação química devido à fusão parcial e à extração do magma

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descontinuidades sísmicas do manto

fusão do manto

o manto está em estado sólido, mas próximo ao seu ponto de fusão

a fusão parcial do manto ocorre em três condições:

1) descompressão (dorsais meso-oceânicas)

2) aumento de temperatura (hot-spots)

3) entrada de voláteis (zonas de subducção)

1) descompressão – dorsais meso-oceânicas, zonas de rift

(diagrama de fases, liquidus, solidus, eutético)

1) descompressão

Figure 10.4. Melting by (adiabatic) pressure reduction. Melting begins when the adiabat crosses the solidus and

traverses the shaded melting interval. Dashed lines represent approximate % melting.

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liquidus solidus

geoterma terrestre

2) aumento de temperatura – plumas mantélicas

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2) aumento de temperatura

Figure 10.3. Melting by raising the temperature.

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geoterma terrestre

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descompressão (MORB) aumento de temperatura

(OIB)

3) atividade de voláteis (H2O, CO2) – redução do ponto de fusão

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efeito de H2O reduz a temperatura do ponto eutético, liquidus e solidus

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110020

T (º

C)

40 60 80

solidus

liquidus

Di An

E1

E2

E1 : PT = 105 Pa (1 atm), anidro

E2 : PT = PH2O 107 Pa

sistema anidro

sistema hidratado

H2O e CO2 na crosta oceânica subductada serpentinitos – reação entre rochas máficas e ultramáficas e água (do mar) serpentina ((Mg, Fe)3Si2O5(OH)4) talco Mg3Si4O10(OH)2 clorita (Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2·(Mg,Fe)3(OH)6 calcita CaCO3

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ps:

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fusão em zonas de subducção

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modelo de convecção do manto

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modelo de convecção do manto

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crosta oceânica

59% da superfície terrestre

densidade média 3,3 g/cm3

idade máxima 180 Ma

composição basáltica

espessura média 5 a 10 km

estratigrafia

camada superior – sedimentos

camada intermediária – basaltos MORB

camada inferior – gabros e rochas ultrabásicas cumuláticas

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idade da crosta oceânica

idade da crosta oceânica inversões do campo magnético em padrão simétrico

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http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=animated+gif+mantle+melting&source=images&cd=&cad=rja&docid=9J10GYh2uo-zfM&tbnid=DXL-AeqI7VP1qM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.mysciencebox.org/book/export/html/577&ei=6MhIUaeaEpOI9ASHuoEI&bvm=bv.43828540,d.dmQ&psig=AFQjCNHTjBnmXe3KPR3VBif5aSQkfZrtIQ&ust=1363810883303870

ofiolitos – pillow lavas vulcanismo subaquático

ofiolito de Oman

Roll

inso

n,

2007

Bousquet R., El Mamoun, R., Saddiqi, O. & Goffé, B.,

Mélanges and ophiolites: was the Bou-Azzer’s ophiolite suite

(Morocco) a Franciscan-type wedge during the Pan-African

orogeny? in The Boundaries of the West African Craton Eds

Ennih, N. & Liégois, J.-P., Geological Society, London, Special

Publications, 297: 233-247

ofiolitos – obducção

http://www.geo.uni-potsdam.de/mitarbeiter/Bousquet/papers/bouazzer/img/Fig9_c.pnghttp://sp.lyellcollection.org/content/vol297/issue1/

Interpretation of Bay of Islands ophiolite crust as oceanic crust and mantle, with the various thicknesses

estimated from geologic mapping. (After R. G. Coleman, Ophiolites, Springer, 1977).

http

://egeo

logy.b

logfa.co

m/p

ost-1

19.asp

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ofiolitos – lascas de crosta oceânica em zonas orogênicas

pillow lavas ofiolito de Oman

ofiolito de Oman

ofiolitos – pillow lavas Pirapora do Bom Jesus, SP

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rochas do manto e basalto MORB (mid-ocean ridge basalt)

(% em peso)

dunito harzburgito granada lherzolito

basalto MORB

SiO2 42,5 44,5 45,3 48,5

Al2O3 0,5 1,7 3,6 15,0

FeO 7,1 9,6 7,3 11,8

MgO 49,5 42,6 40,3 11,0

CaO 0,3 1,4 3,0 11,4

TiO2 0,01 0,04 0,16 0,7

Na2O 0,05 0,1 0,3 1,5

Brown e Musset (1995) Tab. 7.3 (p.123)

dunito harzburgito granada lherzolito

basalto MORB

SiO2 42,5 44,5 45,3 48,5

Al2O3 0,5 1,7 3,6 15,0

FeO 7,1 9,6 7,3 11,8

MgO 49,5 42,6 40,3 11,0

CaO 0,3 1,4 3,0 11,4

TiO2 0,01 0,04 0,16 0,7

Na2O 0,05 0,1 0,3 1,5

Brown e Musset (1995) Tab. 7.3 (p.123)

rochas amostradas em xenólitos

rochas do manto e basalto MORB

(% em peso)

dunito harzburgito granada lherzolito

basalto MORB

SiO2 42,5 44,5 45,3 48,5

Al2O3 0,5 1,7 3,6 15,0

FeO 7,1 9,6 7,3 11,8

MgO 49,5 42,6 40,3 11,0

CaO 0,3 1,4 3,0 11,4

TiO2 0,01 0,04 0,16 0,7

Na2O 0,05 0,1 0,3 1,5

Brown e Musset (1995) Tab. 7.3 (p.123)

maior similaridade química

manto – composição química (% em peso)

lherzolito = manto fértil,

que pode sofrer fusão

harzburgito = manto empobrecido,

remanescente após a extração

de magma

dunito = manto empobrecido,

resíduo refratário da fusão parcial

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Clinopyroxene Orthopyroxene

Lherzolite

Websterite

Orthopyroxenite

Clinopyroxenite

Olivine Websterite

Peridotites

Pyroxenites

90

40

10

10

Dunite

Figure 2.2 C After IUGS

lherzolito

principal rocha fonte do

magmatismo mantélico

manto – composição química

dunito harzburgito granada lherzolito

basalto MORB

SiO2 42,5 44,5 45,3 48,5

Al2O3 0,5 1,7 3,6 15,0

FeO 7,1 9,6 7,3 11,8

MgO 49,5 42,6 40,3 11,0

CaO 0,3 1,4 3,0 11,4

TiO2 0,01 0,04 0,16 0,7

Na2O 0,05 0,1 0,3 1,5

Brown e Musset (1995) Tab. 7.3 (p.123)

rocha fonte

Roll

inso

n, 2007

MORB – mid-ocean ridge basalts pobres em elementos incompatíveis fonte: manto empobrecido, depletado (fonte rasa)

OIB – ocean island basalts ricos em elementos incompatíveis fonte: manto primitivo, manto fértil, ou manto enriquecido (fonte profunda)

Referências Albarède, Geoquímica, 2011. Cap. 11 White, Geochemistry, 2013. Cap. 11 Rollinson, Early Earth Systems, 2007