Estudo experimental da gênese de magmas alcalinos subsaturados em sílica através do sistema kalsilita-nefelina-diopsídio-sílica a 4.0 GPA e Condições Anidras

Abstract

Apesar de representarem apenas 1% das rochas expostas na superfície da Terra, as rochas alcalinas possuem um grande espectro composicional e são associadas a vários ambientes tectônicos terrestres. Além disso, seu estudo nos ajuda a compreender melhor a evolução térmica e geodinâmica do planeta. Potássio, sódio e cálcio são os principais elementos utilizados na classificação deste grupo de rochas, e as razões entre estes elementos nos dão pistas sobre sua origem. Este estudo experimental utilizou uma prensa hidráulica de 1000 tonf, com câmaras de perfil toroidal acopladas, para estudar o sistema kalsilita-nefelina-diopsídio-sílica anidro, a 4,0GPa (aprox. 120 km de profundidade) e temperaturas até 1400 °C, com foco nos planos lucita-nefelina-diopsídio (Lct-Nph-Di) e kalsilita-nefelina-diopsídio (Kls-Nph-Di). Os produtos dos experimentos foram analisados através de MEV-EDS e DRX Para o plano Lct-Nph-Di foram encontrados campos de estabilidade para os minerais kalsilita (Klsss), nefelina (Nphss), e clinopiroxênios (Cpxss) (ambos soluções sólidas), wollastonita e sanidina, além de três pontos invariantes: (A) Kls+Nph+Di+liquido (Lc62Ne29Di9) a 1000°C (pseudoeutético); (B) Kls+Sa+(Di+Wo)+liquido (Lct75Nph22Di2) a 1200°C (pseudoperitético), (C) Kls+Di+Wo+liquido (Lct74Nph17Di9) a 1000°C (pseudoeutético). O campo da kalsilita forma uma barreira termal entre os campos composicionais potássico/ultrapotássico e sódico do diagrama. No plano Kls-Nph-Di foram encontrados campos de estabilidade para Klsss, Nphss e Cpxss e duas fases aluminosas (espinélio e coríndon), além do ponto invariante Kls+Nph+Di(±Spl)+liquido (Kls47Nph43Di10) a 1100°C (pseudoeutético). Nossos dados sugerem que a 4,0 GPa a dissolução de K em Nphss é estendida para até 39% molar, e de Na em Klsss para até 27% molar, e que tal solução sólida parcial determina o quão ricos em K ou Na os líquidos gerados pelo sistema serão. Adicionalmente, nossos dados mostram correlaçãos entre concentrações álcalis e sílicas nos líquidos gerados: positiva para K2O, negativa para CaO, mas irregular para Na2O (este devendo depender de outros fatores).

The alkaline rocks represent only 1% of the exposed rocks on the Earth’s surface. Despite that, these rocks are a group with a wide compositional spectrum, associated to many tectonic contexts, and their study can help us to better understand the thermal and geodynamic evolution of our planet. Potassium, sodium and calcium are the main elements used in the classification of this group of rocks, and their concentration can give us insights about the origin of these rocks. We have experimentally investigated the Kalsilite–Nepheline–Diopside-Silica system at high pressure and temperature conditions (HPHT), with emphasis on silica-undersaturated volume (Leucite–Nepheline–Diopside and Kalsilite–Nepheline–Diopside planes), both at 4.0GPa (~120km deep) and dry conditions and temperatures up to 1400°C, aiming to better understand the influence of K2O, Na2O, and CaO in alkaline silica-undersaturated magmas. For the experiments, we used a 1000 tonf hydraulic press with toroidal chambers, and the run products were analyzed by XRD and SEM-EDS technique. In the Lct-Nph-Di plane we determined the stability fields for kalsilite (Klsss), nepheline (Nphss) and clinopyroxene solid solution (CPxss), wollastonite (Wo) and sanidine (Sa); and three piercing points: (A) Kls+Nph+Di+liquid (Lc62Ne29Di9) at 1000°C; (B) Kls+Sa+(Di+Wo)+liquid (Lct75Nph22Di2) at 1200°C, (C) Kls+Di+Wo+liquid (Lct74Nph17Di9) at 1000°C Kalsilite stability field represents a boundary between ultrapotassic/potassic vs. sodic compositions. In the plane Kls-Nph-Di, we found the stability fields for Klsss, Nphss and CPxss and two aluminous phases spinel (Spl) and corundum (Crn). This plane have a piercing point in Kls+Nph+Di(±Spl)+liquid (Kls47Nph43Di10) at 1100°C. Our data suggest that pressure extends K dissolution in Nph (up to 39%) and Na in Kls (up to 27%), and that these solid solutions determine eutectic positions in surrounding systems, or how much K-rich will be the generated magmas. Additionally, our data shows positive correlation between K2O and SiO2 concentration in magmas, negative correlation between CaO and SiO2 and no evident correlation with Na2O.