tema5-3Elementos_Traza

8/12/2019 tema5-3Elementos_Traza

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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 70 trazas Tienen propiedades

qumicas nicas

Registran procesos que nose observan en loselementos mayores

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

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 NOson

constituyentes estequiomtricos de las fasespresentes en el sistema de inters

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

2SiO

4

ortopiroxeno (Mg,Fe)2SiO6clinopiroxeno Ca(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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Aquellos elementos que no afectansignificativamente las propiedades qumicasy fsicas de un sistema

Excepciones?

Qu es un elemento traza?

Elemento en concentraciones tan bajas que

no afecta significativamente las reaccionesentre las fases principales del sistema(elemento pasivo cuyo comportamiento en

el sistema no depende de su concentracin)


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Afinidad 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 sulfurososVictor Goldschmidt (1888-1947)

Lquido Silicatado

Lquido Azufroso

Lquido Metlico

Fase Gaseosa

Siderfilo

Calcfilo

Litfilo

Atmfilos H, C, N, Gases Nobles

Alcalis, Alcalino-trreos,

Halgenos, B, O, Al, Si, Sc,

Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb,

Lantnidos, Hf, Ta, Th, U

Cu, Zn, Ga, Ag, Cd, In, Hg,

Tl, As, S, Sb, Se, Pb, Bi, Te

Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir,

Pt, Mo, Re, Au, C, P, Ge, Sn


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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.i., y composicin

N2relativamente inerte En rocas est como NH3 (amonia):

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

compuestos que son voltiles (SO2, CO

2)

No todos son estrictamente voltiles (i.e. C es refractario en estadoelemental)

Particin del S entre lquido y gas depende de la fugacidad de oxgeno(estado de REDOX del sistema): Alta fO2el 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 separarse La solubilidad de CO2en magmas es funcin de la Presin

En magmas con altas concentraciones de C, el CO2 puede separarse yformar magmas carbonatticos (CaCO3es el principal componente)

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 (POTENCIAL INICO): Bajo potencial inico (carga/radio) Se les llama Elementos litfilos de radio inico

grande o Large Ion lithophile elements(LILE)

Son altamente solubles en agua 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.

Magnesio (Mg2+): 65 pm

Calcio (Ca2+): 99 pm

Estroncio (Sr2+): 118 pm

Bario (Ba2+): 137 pm

Radio Inico


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Los Elementos LILE

PI=carga/radio


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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 raras

medias-pesadas

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

El U+6forma el in uranilo (UO2-2) que es solubleen fluidos acuosos en condiciones oxidantes

REEs tienen bajas electronegatividades: enlacesinicos (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

i d l i


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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 geolgicosElementos Incompatibles?

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

HREE sustituyen al Aluminio en la estructura cristalina del granate

Eu+2sustituye al Ca en la plagioclasa

Comportamiento importante en PETROLOGA

REE3+

i d i


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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


Concentraci

nppm 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 llamadosHigh Field Strenght o por sus siglas HFSE: Zr, Hf,

Nb y 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 altamente incompatibles Zr-Hf (+4) son moderadamente incompatibles

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

Izu-Bonin Glasses

0.1

1

10

100

1000

CsRb

BaTh U

Nb

Ta

K2O

La

CePb

Pr

Sr

Nd Z

rHf

Sm E

uGd

Tb

Dy

HoErYb 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

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 Los elementos del grupo del platino se dividen:

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

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

Se grafican normalizados c/r a condritas

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

Menor T de fusin


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Otros elementos importantes

Boro (B):

Ligeramente electropositivo: Enlaces covalentes Abundancias relativas de sus dos istopos (10B y 11B) son variables en la

naturaleza (fraccionamiento a baja T) Tiende a formar el radical B2O3 (borato) que es altamente soluble en

fluidos acuosos (B2O3componente fundamental del agua de mar) B2O3es mvil durante el intemperismo y el metamorfismo, y en ese

sentido se comporta de manera similar a los LILE B tiende a ser un elemento moderadamente incompatible en los procesos

magmticos

Plomo (Pb): Importante porque es el producto del decaimiento del Th y el U

Elemento calcfilo y ligeramente 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 e hidrotermalismo 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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