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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.
algoro6@hotmail.com
algoro6@yahoo.com
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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
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
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
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
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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28/30
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
La Ce Nd Sm Eu Tb Er Yb Lu
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
La Ce Nd Sm Eu Tb Er Yb Lu
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