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VII. MINERAIS PESADOS

VII.1. Introdução

Designam-se por "minerais pesados" os grãos minerálicos(principalmente da areia), provenientes de rochas ígneas emetamórficas, onde ocorrem normalmente de formaacessória, cuja densidade é superior a 2,9, isto é, superior àdo quartzo (2,65) e à dos feldspatos (2,56 a 2,76).

Como os minerais pesados podem ter origem primária numavasta gama de rochas, onde ocorrem muito disseminados(isto é, como minerais acessórios), o seu estudo revela-separticularmente interessante. A presença de determinadasespécies no sedimento poder ser utilizada como traçador daorigem desse sedimento e, consequentemente, comoindicador da dinâmica sedimentar

Estes minerais ocorrem nos sedimentos, em geral, empercentagens bastante pequenas. Para os concentrar, comvista ao estudo da sua abundância relativa, as técnicaslaboratoriais recorrem normalmente à utilização de"líquidos densos". O líquido denso mais utilizado é obromofórmio.

Nos minerais pesados incluem-se muitas espéciesminerálicas, quer opacas, quer transparentes, e outrosprovenientes da alteração destes, designados por alterites(cuja identificação mineralógica é difícil de efectuar).

• O grupo dos opacos inclui principalmente óxidos esulfuretos, que normalmente se integram na classecorrespondente aos minérios. A identificação dos opacos(e das alterites) é muito relevante nalguns estudosespecíficos. Como não é possível identificar estesminerais ao microscópio petrográfico, utiliza-segeralmente o microscópio metalográfico, a análise commicro-sonda electrónica e a utilização de microscópioelectrónico.

• O grupo dos minerais pesados transparentes consistepredominantemente em silicatos. Como transmitem aluz polarizada, são geralmente identificados commicroscópio petrográfico, embora complementarmente,para confirmação, seja conveniente recorrer à análisecom micro-sonda electrónica.

Como os microscópios metalográficos são muito menoscomuns do que os microscópios petrográficos, a maior partedos trabalhos sobre minerais pesados incidepredominantemente sobre as espécies transparentes.

Os primeiros estudos utilizando minerais pesados foramefectuados no final do século XIX. Contudo, até ao iníciodo século XX, o estudo da composição mineralógica dossedimentos era feito, essencialmente, do ponto de vistaqualitativo.

Foi Edelmean (1933) que realizou o primeiro estudosedimentológico baseado no exame sistemático dadistribuição dos minerais, autor este que introduziu oconceito de "província sedimentar" para designar oconjunto de sedimentos que possuem a mesma idade deformação, a mesma origem e a mesma distribuição.

Fig. 79 - Alguns minerais pesados transparentes comoaparecem observados com microscópio petrográfico, sem luzpolarizada e com luz polarizada. a) olivina; b) silimanite; c)estaurolite; d) zircão; e) esfena; f) turmalina.

Nas décadas de 50 e 60 do século XX a escola francesadesenvolveu bastante esta linha de investigação, tendoconseguido assinalável êxito na utilização das diferentesespécies ou variedades de espécies como indicadores deorigem e como traçadores do transporte sedimentar.

Foi, no entanto, a escola norte-americana que desenvolveu,sobretudo após a II Guerra Mundial, a interpretação docomportamento hidrodinâmico dos diferentes grãos deminerais pesados presentes em diferentes ambientes

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sedimentares actuais, linha esta que se iniciou com otrabalho de Rubey (1933). O trabalho desenvolvido pelaescola americana permitiu concluir que a separaçãoselectiva das partículas é tanto mais eficaz quanto maior foro contraste existente entre os valores da velocidade desedimentação, da velocidade de corte crítica ou da tensão decorte crítica. O modo como os grãos são transportados(tracção ou suspensão) determina qual ou quais dasgrandezas referidas são preponderantes no processo deselecção. É, assim, possível interpretar a distribuição dasdiferentes espécies mineralógicas à luz da acção dosdiferentes processos sedimentares.

A razão minerais pesados / minerais leves varia muito coma fracção granulométrica observada (normalmente asfracções mais finas são mais ricas em minerais pesados),bem como de sedimento para sedimento. O conteúdo emminerais pesados na areia é, em geral, inferior a 2%.Nalguns casos, no entanto, podem ocorrer em percentagensmuito maiores, chegando a constituir mais de 50% da areia(como acontece, por vezes, nos níveis de minerais pesadospresentes em sequências sedimentares das praias). Emborararamente, a generalidade do sedimento pode ter conteúdosem minerais pesados bastante abundantes de determinadasespécies minerálicas. É o que acontece, com frequência, napraia de S. Torpes, a sul de Sines, em que a ilmenite chega arepresentar mais de metade do sedimento.

VII.2. Procedimentos

A preparação das amostras para análise dos mineraispesados é, em geral, análoga à que se adopta para apeneiração das areias. Normalmente utilizam-se as fracçõesgranulométricas 2φ a 3φ (0,250 a 0,125mm) e 3φ a 4φ(0,125 a 0,063mm), embora em casos específicos seutilizem outras fracções. Para eliminar os carbonatos asamostras são atacadas com HCI a 10%.

A separação entre "minerais pesados" e "minerais leves"pode ser efectuada através de várias técnicas (centrifugação,funis, etc.) recorrendo ma líquidos densos. Nalguns casosutilizam-se complementarmente separadores magnéticosque permitem constituir subgrupos definidos porsusceptibilidades magnéticas diferentes, o que facilita aidentificação das espécies minerálicas. Noutros casos,usam-se vários líquidos densos, o que permite obtersubgrupos baseados na densidade, o que também facilita,obviamente, a identificação. Alguns dos líquidos maisutilizados são o bromofórmio (d=2,89), o tetrabromometano(d=2,96), o di-iodometano (d=3,32), e a solução de Clerici(d=4,24). Estes líquidos são altamente tóxicos.

A separação com recurso a líquidos densos (separaçãogravítica) é a técnica mais utilizada. Geralmente utiliza-seapenas um líquido, o bromofórmio. Nesta técnica, após aseparação, os minerais devem ser limpos dos resíduos doslíquidos densos, para o que se utilizam diluentes orgânicos,como o tetracloreto de carbono, o benzeno, o álcool etílico ea acetona.

Por vezes utilizam-se ultra-sons antes e/ou depois daseparação para remover impurezas que possam estaraderentes à superfície dos grãos. Se o "resíduo pesado" égrande (isto é, se há muitos minerais pesados) torna-senecessário quartear a amostra resultante da separação, sendoconveniente utilizar para o efeito um micro-repartidor(micro-spliter).

Para observação microscópica, e para ficar com aamostragem permanentemente disponível para observação(análise ou comparação), os minerais pesados devem sermontados numa lâmina utilizando uma resina nãobirrefrangente, como o bálsamo do Canadá (n=1,54). Aquantidade de grãos separados para observaçãomicroscópica deve ser suficiente para preencher a área útilda lâmina que vai ser observada ao microscópiopetrográfico, sem haver sobreposição de grãos.

Fig. 80 - Estrutura para separação de minerais pesados porsedimentação gravítica. a) estrutura de apoio; b) vidro derelógio; c) funil de separação; d) minerais leves; e) líquido deseparação; f) suporte do funil; g)tubo de borracha; h) mineraispesados; i) pinça que não deixa (ou deixa) passar o líquido e afracção pesada; j) suporte do funil de filtração; k) funil defiltração; l) frasco de recepção. Adaptado de Mange e Maurer(1992).

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A identificação rotineira dos minerais pesados (espéciestransparentes) é normalmente efectuada ao microscópiopolarizante de luz transmitida, observando-se os grãosmontados em lâminas, sem tratamento especial. Quando sepretende efectuar um estudo mais detalhado, os grãosmontados na lâmina são seccionados e desgastados até àespessura de 30m, podendo ser também polidos, o quefacilita a identificação dos minerais opacos utilizando luzpolarizada reflectida. Contudo, na maior parte dostrabalhos, efectua-se apenas a observação dos grãos "tal equal", sem desgaste.

A selecção dos grãos a identificar deve obedecer a critériosestatísticos (análogos aos que se utilizam na análise dafracção grosseira). Os métodos utilizados variam com osautores. Dois dos métodos mais vulgarizados recorrem àidentificação de todos os grãos presentes em quadrados nãoadjacentes do reticulado, e à identificação apenas dos queintersectam um ou mais fios do retículo em todo o seucomprimento (é realizada uma contagem ao longo de umalinha).

Identifica-se um mínimo de 100 grãos por lâmina. Nosentido de ampliar a significância estatística, alguns autoresprocedem à análise de 200, 300 ou, mesmo, 500 grãos porlâmina.

A utilização de microscópio petrográfico de luz transmitidapermite apenas reconhecer as espécies transparentes,ficando de fora a possibilidade de identificação dos grãosopacos.

A realização do trabalho de identificação exige treinoespecial. Para a identificação de cada espécie é necessárioproceder à observação com luz transmitida não polarizada epolarizada, estimar a birrefrangência, ter em atenção aopleocroísmo, analisar as figuras de interferência, etc.

VII.3. Estabilidade Mineralógica

A interpretação dos resultados provenientes da identificaçãodos minerais pesados tem que ter em consideração váriosfactores, sendo um dos mais importantes a estabilidademineralógica de cada espécie.

O assunto é algo polémico porquanto a ordem deestabilidade dos diferentes minerais varia um poucoconsoante o autor. Tal deriva do facto dessa ordem deestabilidade depender das características químicas do meio.

Por exemplo, a apatite é muito sensível em meios ácidos.Como tal, os sedimentos que estiveram integrados em meioscom pH reduzido não têm apatite nos cortejos de mineraispesados, exceptuando os casos em que estavam presentesiões de Ca3+, pois que a presença destes iões reduz asolubilidade da apatite. Porém, quando os sedimentos nãoforam sujeitos a essas condições de pH reduzido, a apatitesobrevive bastante bem.

Assim, as ordens de estabilidade apresentadas pelosdiferentes autores devem ser interpretadasconvenientemente, e utilizadas apenas como guia genérico.

Tabela 14 - Ordem de estabilidade dos minerais pesados,segundo Pettijohn et al. (1973)

Estabilidade Minerais

Muito instáveis Olivina

Hornblenda

Actinolite

Augite

Diópsido

Hiperstena

Instáveis

Andalusite

Epídoto

Cianite

Granada (rica em ferro)

Silimanite

Esfena

Moderadamenteestáveis

Zoisite

Apatite

Granada (pobre em ferro)

EstauroliteEstáveis

Monazite

Rútilo

Zircão

TurmalinaUltra-estáveis

Anátese

VII.4. Resultados

Como se referiu, os minerais pesados são, frequentemente,bons indicadores de proveniência. Algumas espécies sãopouco comuns e ocorrem em rochas específicas, o quefacilita a identificação da sua origem. Por vezes, paraconfirmar essa origem, torna-se necessário efectuar análisescomparativas complementares utilizando, por exemplo, ascaracterísticas morfológicas microscópicas ou, mesmo,geoquímicas.

Por exemplo, na plataforma continental portuguesasetentrional, a sul do canhão submarino do Porto, aprofundidades superiores a 150m, foi identificada olivinanas amostras. A olivina é um mineral que ocorre em rochasígneas básicas e ultrabásicas, como o gabro, o peridotito e obasalto, rochas estas que não existem na região, havendouma variedade rica em magnésio (forsterite) que pode terorigem em calcários dolomíticos afectados pormetamorfismo térmico.

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A análise química da olivina encontrada indicou tratar-se davariedade forsterite. Acresce que a olivina é um mineralmuito pouco estável (isto é, altera-se facilmente), pelo que aorigem tinha que ser local, o que era confirmado pelaangulosidade revelada pelos grãos. Foram tambémidentificados nessas amostras, entre outros, diópsido, augitee hiperstena.

A exploração de dados de outra índole, designadamente aanálise e interpretação de perfis batimétricos e de reflexãosísmica ligeira, seguida da pesquisa do local com um ROV(veículo de operação remota – remoted operated vehicle)vieram a indicar existir, na zona das cabeceiras do canhãosubmarino do Porto, uma estrutura rectilínea de relevonegativo (depressão) correspondente a um filãodesmantelado possivelmente associado a vulcanismo,actualmente muito erodido.

Muito provavelmente, a augite e a hiperstena têm comorocha mãe a massa vulcânica propriamente dita, enquanto aolivina e o diópsido têm origem na rocha encaixantedolomítica que terá sido metamorfizada devido à instalaçãoda rocha básica.

Fig. 81 - Fotografia obtida com um ROV da depressãoparcialmente preenchida por sedimentos, correspondente aolocal de encaixe do filão. Segundo Cascalho (2000).