A Geologia e os Tesouros da Terra !!!

Solução sólida
Uma mistura de albite (NaAlSi3O8) e anortite (CaAl2Si2O8) fundida e permitida arrefecer muito devagar dá cristais de apenas um único tipo, “uma solução sólida” dos dois minerais. Na Figura 13-3, o albite puro funde a1118 oC, anortite puro a 1552 oC, e mistura tem pontos de fusão intermédios. Um fundido de 40% albite, por ex., arrefece a cerca de 1470 oC antes de aparecerem cristais (ponto X). A composição dos primeiros cristais formados não é a composição de anortite puro, mas um tanto entre; a composição determinada experimentalmente está mostrada pelo ponto Y. À medida que se formam cristais de composição Y, o fundido é empobrecido em anortite e enriquecido em albite, tal que o seu ponto de fusão deve decrescer constantemente (linha XK). A gora, se os primeiros cristais formados permanecem suspensos no fundido, eles estão fora do equilibrio à medida que a temperatura cai e devem reagir com o fundido para formar soluções sólidas de elevado conteúdo de albite. Dessa forma, a qualquer temperatura ao longo da linha XK o fundido remanescente está em equilibrio com um sólido rico em anortite, e a composição de tanto líquido quanto sólido muda progressivamente. À qualquer temperatura, a composição do líquido é dada por um ponto em XK, e aquela do sólido por um ponto em YL; dessa maneira, à 1450 oC um líquido de composição R está em equilibrio com cristais de composição S. A cristalização termina quando o último fundido remanescente alcança a composição K e os cristais têm a composiçã L-idêntica, claro, à composição do líquido original.

Quando os cristais de plagioclase são aquecidos, o primeiro líquido a se formar tem uma composição mais rica em Na do que os cristais. Por ex., se os cristais contêm 50% albite, o primeiro fundido contém 87% albite e 13% anortite (pontos F e G, respectivamente). À medida que a temperatura sobe, tanto líquido quanto sólido mudam a sua composição (ao longo de FLY e GKX, respectivamente) até que os últimos cristais fundam para dar um líquido de composição 50% albite, a mesma que o sólido original.

A linha superior na Figura 13-3, mostrando composições de fase líquida à temperaturas diferentes, é chamada liquidus do sistema. A linha inferior, mnostrando composições de fase sólida, é chamada sólidus.

Sistema Binário De Diopside-Anortite
Consideremos o arrefecimento e cristalização dum líquido consistente de 75% anortite e 25% diopside (x na Figura 10-4). Construimos primeiro uma linha vertical que marca a composição em grosso. Tal linha conhece-se como isopleta (do inglês isopleth), uma linha de composição constante. Uma vez construida ela, a sequência de cristalização pode ser lida directamente a partir das assembleias de fases encontradas pela isopleta à medida que ela descende por cada região de fase. Isso assume que a composição total permanece inalterada durante o arrefecimenton, isto é, nada é adicionado ou subtraido do sistema.

No arrefecimento, o líquido encontra primeiro o liquidus de anortite em l1 à temperetura T1. Mais arrefecimento, sob condições de equilibrio, causa a cristalização de anortite que, por sua vez, enriquece o fundido em diopside. Mas para o líquido permanecer em equilibrio com cristais de anortite, o enriquecimento em diopside deve ser acompanhado pelo arrefecimento a uma taxa que mantém o líquido no liquidus de anortite.

Quando a temperatura caiu até 1400 oC, a composição do líquido terá mudado para l2. Sabemos que a composição do sistema em grosso manteve-se inalterada (a isopleta) e que a 1400 oC o líquido com composição l2 coexiste com cristais de anortite.

Com temperatura em queda, a proporção do líquido decresce à medida que o líquido muda a sua composição ao longo de liquidus, alcançando eventualmente o ponto eutéctico. Neste ponto, o começo da cristalização da diopside previne a composição do líquido de mudar mais. Porque o líquido eutéctico cristaliza tanto diopside quanto anortite e ainda não muda a sua composição, estas fases devem cristalizar precisamente na mesma proporção como elas estão no fundido, isto é, 58% diopside e 42% anortite.

Uma vez cristalizado todo o líquido eutéctico, os sólidos, que consistem de 75% anortite e 25% diopside, estão livres para arrefecer.

Neste tratamento, o equilibrio foi mantido entre os cristais e o líquido em todos os momentos e o arrefecimento do fundido originou o que se chama de cristalização em equilibrio. Se,por outro lado, são removidos ou, doutro modo, prevenidos de estar em equilibrio com o fundido do qual eles formaram, resulta a cristalização fraccional. Isso poderia acontecer, por ex., se os cristais fossem mais densos do que o líquido; eles poderiam separar-se então por afundamento. Tal faccionação muda efectivamente a composição em grosso, esgotando-a na fase que está a separar.

A cristalização fraccional não precisa ocorrer continuamente mas pode ocorrer em estágios. Por ex., fundido com composição 75% anortite e 25% diopside pode arrefecer, sob condições de equilibrio, até 1400 oC, a temperetura a qual o fundido poderia a composição l2. Neste estágio, todos os cristais poderiam ser removidos deixando somente o líquido l2. Este poderia fornecer uma nova composição de começo através da qual se pode construir outra isopleta que está mais próxima do eutéctico do a original. Não considerando-se que a fraccionação é contínua ou em estágios, o seu efeito é sempre de produzir líquidos que estão mais próximos dos eutécticos na composição.

Sistema Binários Complexos
Eutéctico Duplo
No sistema sílica-nefelina, sólidos de 3 composições diferentes podem formar-se: SiO2 (como tridimite e quartzo); nefelina, NaAlSiO4; e albite, NaAlSi3O8. Na linguagem da regra de fase, apenas 2 componentes estão presentes, uma vez que uma das substâncias é derivável das outras duas:

2SiO2 + NaAlSiO4 = NaAlSi3O8

De acordo com a regra de fase os 3 sólidos não podem coexistir, poeque poderia haver um total de 4 fases (3 sólidos+1líquido), e isso conduziria a um valor negativo de f :

f=c-p+1=2-4+1=-1

Qualquer dos pares sílica-albite ou nefelina-albite pode coexistir, e ambos pares formam eutécticos simples como se mostra na Figura 13-5 (ainda por anexar). A interpretação deste diagrama não é diferente daquela para Figura 13-2 (ainda por anexar): qualquer fundido ao arrefecer alcança uma das misturas eutécticas, a opção depende se a composição original é mais ou menos rica em sílica do que albite puro. A remoção dos cristais recem-formados não pode afectar o decurso de cristalização e pode conduzir apenas a um sólido que tem uma mistura eutéctica numa parte e uma ligeira concentração dum dos minerais noutra parte. O diagrama ilustra a impossibilidade dos 3 sólidos possíveis coexistirem ou de sílica e nefelina a se cristalixarem juntos do mesmo fundido.



Versão de Antony R. Philpots
Qualquer líquido com uma composição no lado de anortite do eutéctico, cristaliza primeiro o anortite. De facto, se a composição está longe do eutéctico, anortite cristaliza acima dum intervalo considerável de temperetura antes de aparecer diopside no eutéctico. Os primeiros cristais de anortite formados são consequentemente grandes do que os últimos cristais formados, e resulta numa textura porfirítica, com fenocristais de anortite (Figura 10-4, ainda por anexar). Os fenocristais são formados a partir da fase cujo liquidus é encontrado primeiro pelo magma em arrefecimento. Se erupção vulcânica de um fundido no liquidus de anortite resulta num arrefecimento rápido, o liquido nunca pode cristalizar diopside e os fenocristais podem estar cercados por vidro. A textura resultante chama-se vitrofírica.

Uma situação interessante desenvolve-se no eutéctico poeque aqui ambos minerais cristalizam juntos. Ao contrário dos fenocristais, que são livres de desenvolver as suas próprias faces de cristais, os minerais a se formarem no eutéctico devem acomodar os hábitos de crescimento de cada um. Isso resulta em texturas características conhecidas como intercrescimento eutéctico. Plagioclase e piroxena, por ex., formam o que se desigana de textura ofítica (Figura 10-4, ainda por anexar), com ripas (do inglês, laths) alongados de plagioclase embutidos em grandes cristais de piroxenas. Uma textura particular envolvendo quartzo e feldspato alcalino chama-se granito grafítico (Figura 10-5, ainda por anexar), porque os grãos de quartzo, que estão embebidos nos grandes cristais de feldspato, têm formas que se assemelham aos caracteres de uma ecrita cuneiforme (1062 oC).



Versão De Krauskopf & McGraw-Hill

Eutéctico Com Fusão Incongruente
O sistema sílica-leucite é outro ex. de sistema de 2 componentes com 3 sólido possíveis (sílica, feldspato potássico e leucite), mas a relação entre os sólidos é diferente. O feldspato potássico é instável à temperaturas acima de 1150oC, decompondo-se em leucite e líquido rico em sílica:

KAlSi3O8=KAlSi2O6 + SiO2

O feldspato potássico (K-fs) funde incongruentemente. Líquidos com composições próximas daquela de feldspato potássico não podem produzir este mineral como um produto directo de cristalização dum fundido; leucite de cristalizar primeiro e depois mudar para feldspato potássico no arrefecimento por reacção com o líquido. Este comportamento está representado na Figura 13-6 (ainda por anexar).

A parte da direita do diagrama (composição O à 58% Ne) é obviamente um eutéctico simples, quer sílica quer feldspato potássico a se precipitar primeiro e o líquido depois disso a mudar de composição em direcção ao ponto eutéctico. Os fundidos com mais de 58% KAl Si2O6 têm uma história de arrefecimento mais complicada. Considere primeiro um líquido com somente 15% SiO2 (ponto A). À medida que ele arrefece, leucite começa a cristalizar a cerca de 1590 oC (ponto B). A remoção de leucite significa que o líquido fica cada vez mais rico em sílica, as suas mudanças em composição são mostradas pelos pontos na linha BI. Quando a temperatura cai até 1150 oC, leucite jamais é estável na prasença de fundido; ele reage com o fundido para formar feldspato potássico, e mais feldspato potássico precipita directamente, tal que a composição fica no ponto I até que se esgote o líquido. O sólido final consiste de feldspato potássico mais a leucite remenescente que não reagiu. Se o fundido original tivesse 30% SiO2 ao invés de 15% (ponto C), a história de arrefecimento seria a mesma excepto que agora toda a leucite poderia reagir em I e algum líquido teria sido sobrado. À medida que o arrefecimento continua, o feldspato potássico poderia precipitar desse líquido e a composição desse líquido poderia mudar ao longo linha IE até que se alcance a composição eutéctica. O sólido final poderia consistir de K-fs+Si. Se, finalmente, o líquido original tem precisamente a composição de feldspato potássico (ponto D), a leucite novamente cristaliza primeiro; no ponto I ela reage com o líquido, mas desta vez o líquido não sobra. O sólido resultante seria feldspato puro. Dessa maneira, o produto bruto (do inglês, net product) de cristalização neste sistema é similar àquele para o sistema sílica-nafelina: sílica e feldspato potássico se a composição original é mais rica em sílica do que feldspato potássico; leucite e feldspato potássico se a composição original é menos rica em sílica.



Eutéctico Com Fusão Incongruente
A clinoenstatite funde incongruentemente a 1557 oC, tal que forsterite é a primeira substância a cristalizar de todos os fundidos contendo inicialmente menos de 51% de moles de SiO2. Se o equilibrio é mantido, o primeiro forsterite formado poderia reagir com o líquido a 1557 oC para formar clinoenstatite, o acabamento da reacção dependendo da composição original. Mas se o equilibrio não é mantido, forsterite pode sair e o líquido remanescente pode alcançar o eutéctico de clinoenstatite-sílica, mesmo se a composição inicial é baixa em sílica. A analogia à cristalização em rochas máficas é óbvia: a olivina formada primeiro pode falhar reagir completamente com o magma para formar piroxena tal que os cristais de olivina podem ser preservados numa rocha aparentemente saturada em sílica e quartzo pode formar a partir do magma inicialmente deficiente em sílica. Dessa forma, espessos fluidos de basaltos e soleiras de doleritos podem ter acumulações de olivina perto da sua base e quartzo intersticial perto do seu topo; e os grãos de olivina num basalto podem estar cercados por cristais de piroxenas delgados (“bordas de reacção”), como se eles fossem apanhados no processo de reacção com o líquido (ver Figura 13-7, ainda por anexar).

Sistamas Binários Com Compostos Binários
Examinemos o diagrama de Mg2SiO4-SiO2 de fase binária que contem o composto enstatite de fusão incongruente binária. Na Figura 10-7 (ainda por anexar) está mostrado apenas o lado pobre em silica para focalizar na fusão incongruente. Um eutéctico (E) entre enstatite e cristobalite tem uma temperatura de 1543oC e uma composição de 38% de silica. A partir deste ponto, o liquidus de enstatite levanta até ao que seria o ponto de fusão congruente de enstatite puro (Tcm), mas antes de chegar lá, ele é intersectado (P) pelo liquidus de forsterite a 1553 oC. acima dessa temperatura, que é o ponto de fusão incongruente de enstatite (Tim), o liquidus de enstatite é meta-estável.

O aquecimento de enstatite até 1557oC resulta na formação de líquido de composição P e cristais de forsterite. A presença dessas 3 fases (En, Fo e Líquido) num sistema binário à pressão de 1 atm resulta numa assembleia invariante isobárica (f=c+2-p=1). A composição do liquido (P) e a temperatura devem permanecer constantes até que enstatite funda completamente. O aquecimento contínuo causa a dissolução de forsterite no liquido, que muda de composição ao longo de liquidus de forsterite. Com temperatura crescente, a proporção de cristais de forsterire decresce e torna zero a temperatura TL, onde o liquido tem a composição de enstatite (lEn). O desparecimento de enstatite resulta num ganho de grau de liberdade, e o liquido está livre para deixar o liquidus e subir ao longo da isopleta com novo aquecimento. Liquido de composição X1, na Figura 10-7 (ainda por anexar), intersectará, no arrefcimento, o liquidus de forsterite a 1600 oC. Arrefecimento contínuo sob condições de equilibrio causa acristalização de forsterite e enriquecimento do fundido em silica. Quando o liquido alcança o ponto P (1557oC), ele começa a reagir com cristais de forsterite para formar enstatite. Porque o sistema agora tem 3 fases, ele é invariante isobaricamente e o liquido permanece em P até que a reacção de formação de enstatite seja completa. Os pontos de reacção nos diagramas de fase, tal como P, são conhecidos como peritéticos. A reacção em P consome tanto liquido quanto forsterite e, dependendo da composição em grosso, uma ou oura destas fases pode ser consumida primeiro, terminando dessa maneira a reacção. No único caso de a composição ser precisamente aquela de enstatite, tanto liquido quanto forsterite são consumidos simultaneamente para formar enstatite. O sistema é então completamente sólido. Para composição x1 a isopleta cai no lado de enstatite [obre em silica, e arrefecer abaixo do eutéctico deve envolver somente forsterite e enstatite. No ponto peritéctico todo o liquido deve ser consumido na reacção e somente sólidos, forsterite e enstatite, permanecem. Estes minerais poderiam mostrar clara evidência textural de reacção com enstatite a bordejar e encerrar grãos de olivina, como se mostra na inserção da Figura 10-7.

Liquido de composição x2 poderia inicialmente seguir uma sequência de passos de cristalização similar àquela do liquido x1, a posição da sua isopleta indica que no peritéctico, forsterite é a primeira fase a ser consumida totalmente pela reacção. Então, o sistema poderia consistir somente de liquido e enstatite, e dessa maneira o arrefecimento podia resumir-se, com o fundido descendo o liquidus de enstatite até ao eutéctico com cristobalite. Liquido de composição x3, que se encontra no lado do peritéctico rico em silica, não intersecta o liquidus de forsterite de modo algum no arreefcimento. No lugar disso, enstatite forma inicialmente como uma fase primária do que como uma borda de reacção na forsterite.

Ao contrário dos compostos que fundem congruentemente, os incongruentes não mudam de número de eutécticos presentes num sistema. Sob condições de equilibrio, acristalização deve terminar num peritéctico ou eutéctico, e a partir desses, formam-se diferentes assembleias (forsterite+enstatite e enstatite+cristobalite, respectivamente). Liquidos de composição peritéctica, à semelhança daqueles de eutécticos, correspondem estreitamente àlgumas rochas ígneas comuns. Muitos basaltos de inundações continentais (continental flood basalts), por ex., quando projectados em termos dos componentes da Figura 10-7, têm composições próximas de peritéctico. Várias explanações podem ser encontradas para isso. Fusão de qualquer mistura de enstatite e cristobalite deve primeiro produzir um liquido de composição eutéctica. Por outro lado, misturas de enstatite e forsterite não fundem quando aquecidas até temperatura peritéctica e, depois sem considerar as proporções desses minerais, o fundido formado primeiro deve ser de composição peritéctica. É interessante notar que este liquido, quando cristalizado, produzirá alguma trdimite (ou quartzo) numa fase não presente na fonte.


Sistemas Binários Complexos Sem Solução Sólida
O sistema KAlSiO4-SiO2 (Figura 10-10, ainda por anexar) importante petrologicamente exibe uma variedade de relações de fases binárias. Primeiro, os componentes kalsilite (Ks) e ortorómbico KAlSiO4 (Ok), e quartzo (Q), tridimite (Tr) e cristobalite (Cr), os compostos binários leucite (Lc) e feldspato potássico (Ksp) estão presentes. Leucite funde congruentemente a 1686 oC, mas feldspato potássico (sanidina) funde incongruentemente para leucite e liquido a 1150 oC, e desta maneira apenas um peritéctico adicional é introduzido no sistema por estes compostos binários. O eutéctico entre ortorómbico e leucite a 1615 oC está a uma temperatura bastante elevada. Mas aquele entre Ksp e Tr a 990 oC é o eutéctico de “granito” neste sistema portador de potássio.

Consideremos a cristalização do liquido marcado pela isopleta na Figura 10-10 (ainda por anexar). Sob condições de equilibrio, leucite começa a cristalizar do liquido a 1600 oC e enriquece o fundido em silica. O arrefecimento continua até o liquido alcançar o peritéctico P à 1150 oC e reage com leucite para formar feldspato potássico. Porque a isopleta imediatamente abaixo do peritéctico está no campo de Lc+Ksp, todo o liquido deve ser consumido no peritéctico, uma vez isso acontecido, leucite e feldspato potássico arrefecem à 490 oC até a leucite ficar instável e quebrar-se para formar um intercrescimento de kalsilite e feldspato potássico, que permanece estável até temperaturas baixas. A leucite, embora instável abaixo de 490oC, ocorre em algumas rochas vulcânicas, mas deve-se à meta-estabilidade causada pelo arrefcimento rápido. Com arrefecimento lento, leucite converte-se em intercrescimento de kalsilite-feldspato potássico. Fazendo isso, ela mantém comumente a morfologia do cristal de leucite original e designa-se pseudoleucite.


Sistemas Binários Com Solução Sólida Completa
O diagrama de fase determinado experimentalmente para o sistema Mg2SiO4-Fe2SiO4 à pressão atmosférica está dado na Figura 10-11. consideremos a cristalização em equilibrio dum liquido de composição x neste diagrama. No arrefecimento, este fundido alcança o liquidus à 1675oC (l1) e cristaliza a olivina com uma composição de 80% forsterite (s1). A cristalização desta olivina rica em magnésio enriquece o fundido residual em fayalite. À medida que o fundido desce o liquidus, o equiloibrio exige que a olivina cristalina mude simultaneamente a sua composição ao longo do solidus. Dessa maneira, o sólido reage continuamente com o liquido para produzir olivina mais fayalítica. Quando o liquido alcança l2, por ex., o s≤lido tem uma composição s2. Com arrefecimento contínuo, o fundido desce o liquidus até alcançar l3, o ponto no qual o sólido tem composição s3, que é idêntica à composição em grosso do início (ver a isopleta). Consequentemente, a quantidade de liquido fica zero a essa temperatura e, com apenas uma fase remanescente (s3), o sistema ganha um grau de liberdade e a olivina cristalina está livre para deixar o solidus e arrefecer.

Porque este processo de cristalização envolve apenas 2 fases, liquido e sólido (solução), ele nunca é invariante isobaricamente. Dessa maneira, areacção que ocorre com o arrefecimento é univariante e ocorre continuamente com a temperatua decrescente. Isso está em contraste com a reacção num eutéctico num sistema binário, onde 2 fases sólidas mais liquido produzem uma assembleia invariante isobárica; neste caso, há uma descontinuidade no liquidus (o peritético). Estes dois processos de reacção são comumente designados contínuos e descontínuos, respectivamente.