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CAPÍTULO II MÉTODOS UTILIZADOS

6. Termometria Titânio-em-Quartzo – TitaniQ

Anatexitos dificilmente possuem assembleias mineralógicas que possibilitem estimar condições de metamorfismo e de fusão parcial através de geotermômetros tradicionais. Além disso, em rochas de alto grau, é difícil identificar as fases minerais que estão em equilíbrio entre si.

Quando a deformação afeta rochas parcialmente fundidas, a presença de magma pode alterar significativamente o comportamento reológico dessas rochas (Rosenberg e Handy, 2005). Portanto, estimativas de temperaturas, que ajudam a avaliar a quantidade de magma gerado durante anatexia e deformação, fornecem subsídios para o entendimento dos padrões de trama registrados em migmatitos. Nesse sentido, com objetivo de conhecer as condições de temperatura e, consequentemente, as quantidades de magma e a viscosidade das rochas crustais do domínio anatético da Faixa Araçuaí, foi realizado um estudo sobre as condições termais que prevaleceram durante a deformação dessas rochas, usando o geotermômetro TitaniQ, recentemente desenvolvido por Wark e Watson, 2006.

Capítulo II – Métodos utilizados

Para desenvolver o geotermômetro TitaniQ, Wark e Watson (2006) basearam-se no fato de que o elemento químico titânio (Ti) pode substituir silício (Si) em cristais de quartzo, e essa substituição ocorre em função da temperatura. Dessa forma, a concentração de Ti em cristais de quartzo está associada a sua temperatura de formação. Durante os experimentos, os autores sintetizaram quartzo na presença de rutilo e fluídos aquosos ou magma silicático, em temperaturas variando de 600° a 1000°C e em pressão de1.0 GPa.

O método têm se tornado uma poderosa ferramenta para caracterizar histórias termais, devido uma vez que é necessário analisar uma única fase mineral (quartzo). Tendo em vista a abundância de quartzo na crosta continental e o amplo intervalo de pressão e temperatura, no qual quartzo é estável, TitaniQ têm sido aplicado em diferentes tipos de rochas. Aplicações importantes foram realizadas em rochas plutônicas por Johnson et al. (2009, 2011) e por Wiebe et al. (2007), e em rochas vulcânicas por Wark et al. (2007), Wilcock et al. (2009), Bachmann (2010), Smith et al. (2010), Reid et al. (2011) e Ehrlich et al. (2012). Shane et al. (2008) e Girard e Stix (2010) usaram o termômetro para entender melhor os processos magmáticos. Grujic et al. (2011) usou TitaniQ para caracterizar as temperaturas de deformação de milonitos. TitaniQ também foi usado no estudo termal de rochas hidrotermais (Lowers et al. 2007; Mercer e Reed 2007) e metamórficas (Kohn e Northurp 2009; Spear e Wark 2009; Paterman e Grove 2010; Behr e Platt 2011). O método também fornece uma oportunidade de analisar diferentes zonas de quartzo (Holness e Sawyer 2008; Storm e Spear 2009).

Quando grãos de quartzo cristalizam-se em presença de rutilo a solubilidade de Titânio (Ti) é governada pelo equilíbrio:

TiO2 rutilo

= TiO2 quartzo

O geotermômetro TitaniQ relaciona a temperatura (T) de cristalização com o conteúdo de Ti no quartzo de acordo com:

Log (Tiqtz) = 5.69 – 3765/T (1)

onde Tiqtz representa a concentração de Ti (em ppm) e T é a temperatura em graus Kelvin.

Ajustes nessa equação são necessários quando rutilo não está presente na rocha (e.g. Ghent e Stout, 1984). Nesse caso, o geotermômetro pode ser aplicado conhecendo-se a atividade de Ti no sistema (aTiO2; atividade necessária para estabilizar uma fase de TiO2 pura, por exemplo rutilo) de

Capítulo II – Métodos utilizados

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T (°C) = −3765

log Tiqtz / aTiO2

[

]

− 5.69− 273 (2)

onde aTiO2 é atividade de titânio estimada para o sistema.

Para rochas que apresentam rutilo em sua composição aTiO2= 1; se rutilo não está presente 0

< aTiO2 < 1. A aTiO2 em um determinado sistema pode ser estimada através da assembleia

mineralógica em equilíbrio, em função da pressão, temperatura e da composição mineralógica (para maiores detalhes ver Ghent e Stout, 1984) . Considerando-se que as amostras de anatexitos selecionadas para este estudo apresentam rutilo em suas composições, estimativas de temperatura através do geotermômetro TitaniQ foram calculadas de acordo com a equação 1.

6.1. Seleção das amostras, preparação e medidas de concentração de Ti

A seleção das amostras deve considerar rochas que apresentem preferencialmente um grande número de cristais de quartzo. Lâminas polidas são preparadas com uma superfície de carbono (25nm) para torná-las condutoras de elétrons. Estimativas de concentração de Ti podem ser realizadas em microssondas eletrônicas (EPMA, Electron Probe Micro Analysis), para temperaturas de cristalização acima de 600°C, ou em microssondas iônicas (SIMS, Secondary

Ion Mass Spectrometer) para temperaturas abaixo de 400°C (Wark & Watson, 2006).

Medidas de concentração de Ti devem ser realizadas em cristais de quartzo que não apresentem impurezas e fraturas, a fim de evitar erros durante as medidas (p. ex., medir quantidades de Ti que não pertençam a cristais de quartzo). Nesse sentido, é importante que os pontos de análises (spots) sejam cuidadosamente realizados em áreas do cristal livres de minerais com altas concentração de Ti (p. ex., rutilo, ilmenita e titanita). Além disso, para se obter estimativas confiáveis de temperatura, é essencial que os spots sejam realizados ao longo de perfis longitudinais e transversais em cada cristal.

Antes das análises de microssonda as amostras devem ser “imageadas” por catodoluminescência (CL). Diferentes brilhos nas imagens CL são associados com variações no conteúdo de Ti e, consequentemente, com diferentes temperaturas (p.ex. D’Lemos et al., 1997; Muller et al., 2000, 2005; Wiebe et al., 2007). Dessa forma, cristais de quartzo apresentando zoneamento CL podem refletir diferentes estágios de histórias termais. Ao contrário, cristais de quartzo com brilhos homogêneos, sugerem que concentrações de Ti foram homogeneizadas

Capítulo II – Métodos utilizados

durante o último evento termal. A caracterização precisa de elementos traços usando microssonda eletrônica não é simples e necessita de excelentes condições de análises. Uma descrição detalhada sobre os procedimentos analíticos necessários para realizar medidas de concentração de Ti confiáveis, pode ser encontrada em Cavalcante et al., 2013 (capítulo 5 desta tese).

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