Elemento químico

Rochas sedimentares

A decomposição de rochas preexistentes por intemperismo, o transporte e a deposição dos produtos intemperizados como sedimentos e a eventual formação de rochas sedimentares podem produzir uma mistura bruta de materiais, trabalhando assim contra a diferenciação geoquímica adicional dos elementos. Este não é o caso; processos sedimentares freqüentemente produzem concentrações notáveis ​​dos elementos, levando a depósitos quase puros de certos minerais. Alguns arenitos, por exemplo, contêm mais de 99% de quartzo e alguns calcários com mais de 99% de carbonato de cálcio. O máximo é alcançado em depósitos de sal, com extensos leitos de anidrita (CaSO ₄), gesso (CaSO ₄ · 2H ₂O), halito (NaCl) e outros compostos. Goldschmidt comparou o processo sedimentar com uma análise química quantitativa, envolvendo a separação sucessiva de elementos específicos ou grupos de elementos.

O quartzo (SiO ₂) é altamente resistente às intempéries e se acumula como depósitos de areia. Quando consolidados, esses depósitos formam arenitos, um importante grupo de rochas sedimentares. Sob condições especiais, quase qualquer mineral pode ser depositado em grãos do tamanho de areia, mas a maioria dos minerais é eventualmente decomposta pelo clima. Alguns resistentes podem sobreviver e estar suficientemente concentrados para formar depósitos econômicos conhecidos como placers; as mais familiares são provavelmente as areias portadoras de ouro, fontes importantes desse elemento, mas os depósitos de areia podem ter concentrações econômicas de zircônio (como o zircão mineral, ZrSiO ₄), titânio (como rutilo, TiO ₂ e ilmenita, FeTiO ₃), estanho (como cassiterita, SnO ₂) e outros.

Os aluminossilicatos de rochas ígneas, principalmente os feldspatos, (K, Na) AlSi ₃ O ₈ e (Na, Ca) (Al, Si) ₄ O ₈, são relativamente facilmente decompostos pelo clima. Os elementos alcalinos e o cálcio são levados em grande parte em solução, enquanto o alumínio e o silício são rapidamente redefinidos como minerais de argila insolúveis. Quando consolidados, esses minerais formam folhelhos e arenitos. Os minerais ferromagnesianos passam por uma decomposição mais complexa, às vezes levando à deposição de sedimentos ricos em ferro, consistindo em grande parte de óxido férrico hidratado; esses sedimentos são minérios de ferro valiosos em muitos países.

O cálcio é transportado em solução principalmente como bicarbonato de cálcio, Ca (HCO ₃) ₂. A maior parte dela finalmente chega ao mar, onde é utilizada por uma vasta variedade de organismos como material esquelético na forma de calcita e aragonita (polimorfos - formas diferentes - de CaCO ₃). A acumulação de materiais esqueléticos após a morte dos organismos formou extensos depósitos de calcário ao longo do tempo geológico. O magnésio na água do mar pode reagir com o carbonato de cálcio, formando dolomita, CaMg (CO ₃) ₂ e, dessa forma, um pouco de magnésio é removido da solução e depositado em sedimentos.

Grande parte do magnésio, no entanto, permanece na água do mar, que é essencialmente uma solução diluída de cloretos e sulfatos de magnésio, cálcio, sódio e potássio, com muitos outros elementos em pequenas quantidades (consulte a Tabela). Sob circunstâncias geológicas especiais, corpos de água do mar podem ser cortados do oceano aberto e, em condições áridas, a água evapora e depósitos extensos de sal são depositados. Tais condições ocorreram em diferentes regiões ao longo do tempo geológico, e os depósitos de sal resultantes são economicamente importantes como fontes de sódio, potássio, cálcio, magnésio, cloro e enxofre.

Os três principais grupos de rochas sedimentares são arenitos, folhelhos e rochas carbonáticas (calcários e dolomitas). Muito menos pesquisa geoquímica foi dedicada às rochas sedimentares do que às rochas ígneas, e os dados para o seu conteúdo de elementos menores e vestigiais são, portanto, menos extensos. As figuras na tabela mostram que os elementos menores e vestígios geralmente tendem a estar mais concentrados em folhelhos do que nos arenitos e nas rochas carbonáticas.

O problema de chegar a uma composição média para todas as rochas sedimentares ainda não foi resolvido, em grande parte devido à incerteza na quantidade relativa de folhelhos, arenitos e rochas carbonáticas. A partir de argumentos geoquímicos, Clarke estimou as porcentagens relativas desses três grupos em 80: 15: 5, respectivamente. Medidas reais de rochas sedimentares sugerem que esses números superestimam a quantidade de folhelhos e subestimam a quantidade de calcários. Assim, uma compilação das quantidades registradas de folhelhos, arenitos e calcários em mais de 213.000 metros (700.000 pés) de formações rochosas sedimentares deu porcentagens relativas de 46:32:22, respectivamente. A identificação de uma formação como calcário, arenito ou xisto, no entanto, provavelmente é grosseira; os xistos geralmente contêm areia considerável, os arenitos podem conter muita argila e o termo calcário é aplicado a muitas rochas com 50% ou menos de carbonato. Parece que os calcários são mais proeminentes no registro geológico do que se poderia esperar dos cálculos geoquímicos; isso provavelmente reflete o fato de que ambientes de águas rasas são os grandes locais de deposição de carbonatos, enquanto as profundezas do oceano são o repositório principalmente de sedimentos ricos em argila.

Rochas metamórficas

Comparativamente, poucas investigações foram feitas sobre a composição elementar de rochas metamórficas. Muitas dessas rochas mantêm as características geoquímicas de seus materiais ígneos ou sedimentares, e sua composição a granel foi pouco alterada, apesar da recristalização completa e da produção de novos minerais e estruturas em alguns casos. Algumas rochas metamórficas, no entanto, foram marcadamente modificadas pela remoção de alguns componentes e pela adição de outros.

O Serviço Geológico do Canadá realizou um estudo abrangente de uma grande área do Escudo Canadense, uma região de geologia complexa composta em grande parte por rochas metamórficas. A partir de uma coleção de mais de 8.000 amostras de leito rochoso, foram determinadas as abundâncias médias de todos os elementos principais e vários elementos menores e vestígios; os números são dados na tabela. Como se poderia antecipar, a composição média não é muito diferente da composição média de rochas ígneas. Ele mostra um teor de silício um pouco mais alto, provavelmente refletindo uma preponderância de rochas graníticas sobre rochas basálticas e uma abundância relativa de rochas sedimentares ricas em quartzo na composição original do Canadian Shield. A validade geral desses números de abundância para rochas metamórficas foi confirmada por um estudo semelhante da composição média de rochas metamórficas na antiga União Soviética, que forneceu resultados comparáveis.