sábado, 20 de outubro de 2018

Calcita vs Aragonita

Pedaços de calcita, aragonita azul, opala, sodalita

Você pode pensar no carbono como um elemento que na Terra é encontrado principalmente em coisas vivas (isto é, em matéria orgânica) ou na atmosfera como dióxido de carbono. Ambos os reservatórios geoquímicos são importantes, é claro, mas a grande maioria do carbono é bloqueada em minerais de carbonato . Estes são conduzidos pelo carbonato de cálcio, que toma duas formas minerais chamadas calcite e aragonite.

Minerais de carbonato de cálcio em rochas

Aragonita e calcita têm a mesma fórmula química, CaCO ₃ , mas seus átomos são empilhados em diferentes configurações. Ou seja, eles são polimorfos .

(Outro exemplo é o trio de cianita, andaluzita e silimanita.)

A aragonita tem uma estrutura ortorrômbica e calcita, uma estrutura trigonal. Nossa galeria de minerais de carbonato abrange o básico de ambos os minerais do ponto de vista do rockhound: como identificá-los, onde eles são encontrados, algumas de suas peculiaridades.

A calcita é mais estável em geral do que a aragonita, embora, à medida que as temperaturas e as pressões mudam, um dos dois minerais possa se converter ao outro. Em condições de superfície, a aragonita se transforma espontaneamente em calcita ao longo do tempo geológico, mas em pressões mais altas, a aragonita, a mais densa das duas, é a estrutura preferida. Altas temperaturas trabalham a favor da calcita. À pressão de superfície, a aragonita não pode suportar temperaturas acima de cerca de 400 ° C por muito tempo.

Rochas de alta pressão e baixa temperatura da fácies metamórfica do blueschist frequentemente contêm veias de aragonita em vez de calcita. O processo de voltar à calcita é lento o suficiente para que a aragonita possa persistir em um estado metaestável, semelhante ao diamante .

Às vezes um cristal de um mineral se converte ao outro mineral enquanto preserva sua forma original como um pseudomorfo: pode parecer um botão típico de calcita ou agulha de aragonita, mas o microscópio petrográfico mostra sua verdadeira natureza. Muitos geólogos, para a maioria dos propósitos, não precisam saber o polimorfo correto e apenas falar sobre "carbonato". Na maioria das vezes, o carbonato nas rochas é calcita.

Minerais de carbonato de cálcio na água

A química do carbonato de cálcio é mais complicada quando se trata de entender qual polimorfo irá cristalizar a partir da solução. Esse processo é comum na natureza, porque nenhum dos minerais é altamente solúvel e a presença de dióxido de carbono dissolvido (CO ₂ ) na água os empurra para a precipitação. N

a água, o CO ₂ existe em equilíbrio com o íon bicarbonato, HCO ₃ ⁺ e ácido carbônico, H ₂ CO ₃ , todos altamente solúveis. Mudar o nível de CO ₂ afeta os níveis desses outros compostos, mas o CaCO ₃ no meio desta cadeia química praticamente não tem escolha a não ser precipitar como um mineral que não pode se dissolver rapidamente e retornar à água. Este processo unidirecional é um dos principais impulsionadores do ciclo geológico do carbono.

Qual arranjo os íons de cálcio (Ca ²⁺ ) e íons de carbonato (CO ₃ ^2– ) escolherão quando se juntarem ao CaCO ₃ depende das condições da água. Em água limpa e fresca (e no laboratório), a calcita predomina, especialmente em água fria. Formações de cavestone são geralmente calcita. Cimentos minerais em muitos calcários e outras rochas sedimentares são geralmente calcita.

O oceano é o habitat mais importante no registro geológico, e a mineralização do carbonato de cálcio é uma parte importante da vida oceânica e da geoquímica marinha. O carbonato de cálcio vem diretamente da solução para formar camadas minerais nas minúsculas partículas redondas chamadas de ooids e para formar o cimento da lama do leito marinho. Qual mineral cristaliza, calcita ou aragonita, depende da química da água.

A água do mar está cheia de íons que competem com cálcio e carbonato. O magnésio (Mg ²⁺ ) adere à estrutura da calcita, retardando o crescimento da calcita e forçando-se na estrutura molecular da calcita, mas não interfere na aragonite. O íon sulfato (SO ₄ ^- ) também suprime o crescimento da calcita. Água mais quente e um suprimento maior de carbonato dissolvido favorecem a aragonita, encorajando-a a crescer mais rápido do que a calcita.

Mares de calcite e aragonite

Essas coisas importam para os seres vivos que constroem suas conchas e estruturas de carbonato de cálcio. Mariscos, incluindo bivalves e braquiópodes, são exemplos conhecidos. Suas conchas não são minerais puros, mas complexas misturas de cristais de carbonato microscópicos ligados a proteínas. Os animais unicelulares e plantas classificadas como plâncton fazem suas conchas, ou testes, da mesma maneira. Outro fator importante parece ser que as algas se beneficiam de fazer carbonato, garantindo-se um pronto suprimento de CO ₂ para ajudar na fotossíntese.

Todas essas criaturas usam enzimas para construir o mineral que preferem. A aragonita produz cristais em forma de agulha, enquanto a calcita faz blocos, mas muitas espécies podem fazer uso de qualquer um deles. Muitas conchas de moluscos usam aragonita por dentro e calcita por fora. O que quer que façam usa energia, e quando as condições oceânicas favorecem um ou outro carbonato, o processo de construção de cascas exige energia extra para trabalhar contra os ditames da química pura.

Isso significa que mudar a química de um lago ou do oceano penaliza algumas espécies e beneficia outras. No tempo geológico, o oceano mudou entre "mares de aragonita" e "mares de calcita". Hoje, estamos em um mar de aragonita rico em magnésio - que favorece a precipitação de aragonita mais calcita rica em magnésio. Um mar calcítico, mais baixo em magnésio, favorece a calcita com baixo teor de magnésio.

O segredo é o basalto fresco do fundo do mar, cujos minerais reagem com o magnésio na água do mar e o retiram da circulação. Quando a atividade tectônica da placa é vigorosa, obtemos mares de calcita. Quando é mais lento e as zonas de propagação são mais curtas, temos mares de aragonite. Há mais do que isso, é claro. O importante é que os dois regimes diferentes existem, e a fronteira entre eles é aproximadamente quando o magnésio é duas vezes mais abundante que o cálcio na água do mar.

A Terra tem um mar de aragonita desde cerca de 40 milhões de anos atrás (40 Ma). O mais recente período anterior do mar de aragonita foi entre o final do período Mississipiano e o início do período Jurássico (cerca de 330 a 180 Ma), e o próximo retorno no tempo foi o último pré-cambriano, antes de 550 milhões de anos. Entre esses períodos, a Terra tinha mares de calcita. Mais períodos de aragonita e calcita estão sendo mapeados mais para trás no tempo.

Acredita-se que, ao longo do tempo geológico, esses padrões de grande escala fizeram a diferença na mistura de organismos que construíram recifes no mar. As coisas que aprendemos sobre a mineralização do carbonato e sua resposta à química dos oceanos também são importantes para se saber como tentamos descobrir como o mar responderá às mudanças causadas pelo homem na atmosfera e no clima.