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