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terça-feira, 23 de outubro de 2018

Calcita vs Aragonita

Pieces of calcite, blue aragonite, opal, sodalite
 
 
 
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.

Calcium Carbonate Minerals in Rocks

Aragonita e calcita têm a mesma fórmula química, CaCO3, 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 (CO2) na água os empurra para a precipitação. 

Na água, o CO2 existe em equilíbrio com o íon bicarbonato, HCO3 + e ácido carbônico, H2CO3, todos altamente solúveis. Mudar o nível de CO2 afeta os níveis desses outros compostos, mas o CaCO3 no meio dessa 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 (Ca2 +) e íons de carbonato (CO32–) escolherão quando se juntarem ao CaCO3 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 (Mg2 +) se agarra à estrutura da calcita, retardando o crescimento da calcita e forçando-se na estrutura molecular da calcita, mas não interfere na aragonita. O íon sulfato (SO4–) 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 CO2 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.

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.
  • Carbonato de cálcio

    Minerais de Carbonato

  • canyon paisagem Western Colorado deserto arenito

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  • Calcário, seção fina, LM polarizada

    Profundidade de Compensação do Carbonato:

  • Cristais de aragonita (carbonato de cálcio)

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  • Rochas pequenas coloridas na praia de Tofte, Noruega.

    O que as rochas degradam: minerais da superfície da Terra

  • Um pictureo f uma bela formação rochosa em Alabama Hills, Lone Pine, Califórnia

 


segunda-feira, 27 de agosto de 2018


Minerais

O termo mineralogia deriva da palavra latina MINERA, de provável origem céltica, (mina, jazida de minério, filão), que forma o adjetivo do latim mineralis, “relativo às minas” e o substantivo do latim minerale (produto das minas), que deu origem ao adjetivo e substantivo português mineral, acrescido do sufixo grego logía (ciência, tratado, estudo). Portanto:

“Mineralogia é o estudo dos minerais em todos os seus aspectos (químicos, físicos, de formação/origem, ocorrência e seus usos/aplicações). ”

A definição de mineral possui algumas controvérsias:
  1. para alguns é toda substância homogênea, sólida ou líquida, de origem inorgânica e que surge, naturalmente, na crosta terrestre, normalmente com composição química definida e, que se formada em condições favoráveis, terá estrutura atômica ordenada condicionando sua forma cristalina e suas propriedades físicas;
  2. para outros, trata-se de substância com estrutura interna ordenada (cristais), de composição química definida, origem inorgânica e que ocorre naturalmente na crosta terrestre ou em outros corpos celestes.
Logo, mineral é considerado:

i) um sólido homogêneo (quanto as suas propriedades físicas e químicas) ou que exibe variações sistemáticas restritas

Segundo o primeiro item, os minerais, na grande maioria são substâncias sólidas; portanto são excluídos desta definição os gases e líquidos, com exceção do mercúrio nativo (Hg). De acordo com alguns autores, a água no estado líquido e/ou vapor não é considerada um mineral, entretanto a água no estado sólido, o gelo, formado em altitudes elevadas e/ou em geleiras constitui um mineral.

ii) de composição química definida (composições variáveis dentro de certos limites);

Em relação ao segundo item, os minerais de mesma espécie sempre têm a mesma composição, podendo ser constituídos por um elemento ou um composto químico. São representados por seus símbolos químicos, como por exemplo, o carbono – C, o ouro nativo – Au, etc., ou por sua fórmula química, como por exemplo, a galena – PbS, o quartzo – SiO2, etc. A composição de muitos minerais varia dentro de certos limites e/ou intervalos, isto é, não possuem composição fixa a exemplo da olivina, a qual apresenta variações desde um silicato puro de Mg2SiO4 (forsterita) até silicato puro de Fe2SiO4 (faialita).

iii) com estrutura cristalina (estrutura reticular = ordem atômica tridimensional dos seus átomos, denominado de estrutura do cristal);

De acordo com o terceiro item, os minerais têm suas moléculas e átomos dispostos sistematicamente e organizados tridimensionalmente em agrupamentos geométricos, que às vezes, sob condições favoráveis, se manifestam exteriormente constituindo sólidos geométricos, ou seja, formam cristais – este é o critério do estado cristalino.

iv) de origem inorgânica;

Segundo o quarto item são excluídos da definição de mineral todas as substâncias de ocorrência natural e que são produzidas por plantas e animais. Conforme este critério, o carbonato de cálcio, resultante da precipitação química, depositado no fundo dos oceanos, é considerado um mineral (especificamente o mineral calcita – CaCO3), mas o carbonato de cálcio presente nas conchas calcárias de moluscos (calcita biogênica) não é considerado um mineral. De acordo com essa definição, o carvão, o petróleo, o âmbar, a pérola produzida por um animal, “pedras” formadas nos rins e vesículas dos animais, embora sejam de origem natural, também não podem ser considerados um mineral. Entretanto para alguns mineralogistas, a procedência orgânica não é um obstáculo à atribuição de mineral para o âmbar (resina fóssil – 78% C, 10% H e 11% O) e a melita (sal de ácido orgânico – Al2[C6(COO)6].16H2O), mas é exigido que os caracteres externos tenham desaparecido, como a estrutura e forma orgânica, reveladores de origem de tal natureza. Apoiados nisto, não são admitidos como minerais: as petrificações fósseis, apesar de sua matéria ser de natureza mineral; e os combustíveis fósseis (hulha, petróleo) – são misturas pertencentes ao grupo das rochas sedimentares.

v) de ocorrência natural na crosta terrestre.

Conforme o quinto item, os minerais devem ser resultado de processos formativos naturais, excluindose todas as substâncias fabricadas pelo homem. Como exemplos podemos citar o cimento, vidro, minerais sintéticos e/ou cristais (ex: rubi sintético – Al2O3, esmeralda sintética – Be3(Cr,Al)2(Si2O18), etc., que, embora apresentem composição química igual a substâncias e/ou compostos encontrados na natureza, não são considerados minerais.

Conheça alguns minerais na galeria de fotos ou visite nosso banco de dados.

sábado, 14 de outubro de 2017

Introdução a Espeleologia: O Carste e o Patrimônio Espeleológico

Mariana Barbosa Timo
As rochas carbonáticas se destacam na superfície da Terra devido às suas espetaculares paisagens, onde desenvolve-se um tipo especial de relevo denominado “carste”. Este relevo apresenta uma morfologia específica, caracterizada pela presença de feições características como dolinas, afloramentos, vales cegos, surgências e sumidouros, cavernas, lapas e abrigos, entre outras.

O relevo cárstico é associado, principalmente, às rochas carbonáticas, que são rochas cujos minerais predominantes são os carbonatos (dolomita, aragonita e, principalmente, a calcita). A origem destas rochas pode ser sedimentar (Calcários), metamórfica (Mármores) ou ígnea (Carbonatitos).
Afloramento calcário na região de Corumbá, Pains (MG). Foto: Mariana Barbosa Timo, 2007.
Neste tipo de relevo duas ciências são amplamente estudadas: a carstologia e a espeleologia. A carstologia abrange aspectos envolvendo as feições cársticas e suas relações com os processos superficiais e subterrâneos da gênese do relevo, enquanto a espeleologia é totalmente restrita ao ambiente subterrâneo.

O Patrimônio Espeleológico é constituído pelo conjunto de ocorrências geológicas que criam formações especiais, tais como vales fechados, dolinas, paredões verticais, cânions, sumidouros, drenagens subterrâneas, cavernas, abismos, furnas, tocas, grutas, lapas e abrigos sob rochas, que são considerados bens da União.
 Este patrimônio estrutura ecossistemas de intensa complexidade e de grande fragilidade ambiental. Apresenta significativo endemismo faunístico, beleza cênica, multiplicidade de feições morfológicas, deposições minerais e estratégicos reservatórios de água, fundamentais para a recarga de aquíferos. As cavernas apresentam contato reduzido com o ambiente externo, pouca variação de temperatura e umidade, fauna específica, além de escuridão e silêncio absoluto.
Santuário em Bom Jesus da Lapa (BA). Foto: Mariana Barbosa Timo, 2015.

No interior das cavernas podem ser observadas feições que possibilitam o entendimento do processo de formação geológica regional e vestígios arqueológicos e paleontológicos importantes para o entendimento da nossa pré-história. Trata-se de um ambiente frágil de recarga de aquífero que também é comumente utilizado para manifestações culturais e religiosas. Além disso, a biodiversidade deste ecossistema é importante e pouco estudada, principalmente no tocante às espécies troglóbias (específicas do ambiente cavernícola).

As intervenções no Patrimônio Espeleológico afetam significativamente todo o ecossistema subterrâneo. 
Os principais impactos antrópicos neste ambiente são desencadeados pelas atividades minerárias, ocupação urbana e/ou rural, disposição de resíduos sólidos inadequada, redes de esgoto, cemitérios, postos de combustíveis, abertura de estradas/obras de engenharia, agricultura, pecuária, desmatamento, captação de água sem planejamento, turismo, vandalismo, entre outros. Estas atividades desenvolvidas de forma desorganizada e predatória, sem critérios técnicos adequados e sem planejamento, acabam deflagrando processos que induzem a acidentes geológicos, como subsidências e colapsos de solo e rocha, e a degradação ambiental, podendo inclusive, causar a poluição de aquiferos. 
O entendimento da importância deste ambiente durante o processo de licenciamento ambiental é fundamental e pode minimizar consideravelmente os impactos ambientais negativos previstos em cada fase dos empreendimentos sobre o carste e as cavernas. Além disso, permitirá o prognóstico da qualidade ambiental na área de influência direta e indireta do empreendimento, sendo estratégico para a preservação do Patrimônio Espeleológico Brasileiro.
Lapa do Caboclo, Januária (MG). Foto: Mariana Barbosa Timo, 2012.
 Isopoda troglomórfico encontrado em cavernas. Foto: Arquivo Spelayon Consultoria, 2016.
Autora:
 
Possui mestrado em Geografia pelo Programa de Geografia e Tratamento da Informação Espacial da PUC-Minas (2014) e graduação em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal de Ouro Preto (2005). 

Atualmente é doutoranda em Geografia pelo Programa de Geografia e Tratamento da Informação Espacial da PUC-Minas e em Carstologia pela Universidade de Nova Gorica, Eslovênia.
É diretora da Spelayon Consultoria – EPP desde de 2007, atuando em gestão de projetos envolvendo a espeleologia. Tem experiência na área de Geociências com ênfase em Espeleologia, incluindo principalmente os seguintes temas: Prospecção Espeleológica, Espeleotopografia, Geomorfologia Cárstica, Análise de Relevância de Cavidades e Monitoramento Espeleológico.