TEMA 4 - Fluids de la Terra. Magmes, Gasos, Aigües, Hidrocarburs (2015)

Resumen Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Química - 1º curso
Asignatura Geoquímica
Año del apunte 2015
Páginas 6
Fecha de subida 04/05/2016
Descargas 36
Subido por

Vista previa del texto

Laura Moreno Gómez 1r Curs Grau Química, 2015 TEMA 4: FLUIDS DE LA TERRA : MAGMES, GASOS, AIGÜES, HIDROCARBURS MAGMES  Fluids produïts per la fusió de roques (de l'escorça i mantell).
 En refredar-se→ Roques ígnies. A partir d'aquestes estuiem els magmes.
 Lava: manifestació superficial del magma.
Composició majoria roques ígnies:  SiO2 (40-75% en pes)  Ultramàfiques (<45%)  Màfiques (45-53%)  Intermèdies (53-66%)  Fèlsiques (>66%)  Al2O3 (12-18% en pes) Subdivisors de les roques ígnies:   Ultramàfiques o ultrabàsiques: hi ha plutòniques i explosives.
Màfiques o bàsiques: hi ha exclusives (per exemple: basalt, a l’escorça oceànica, molt abundant) i de intrusives (gabres, no tant abundants).
 Intermitges: distingim dos subgrups, un + bàsic (el podem tornar a subdividir entre roques plutòniques i extrusives) i el + àcid (roca intrusiva i roca extrusives).
 Àcides: intrusives (granites) i les extrusives (rhyolites).
Roques que provenen de la solidificació de magmes:  Elements químics→ formant minerals (≠ punts de fusió)  ↑ SiO2 → ↓ punt de fusió  Els + comuns→ olivina, piroxens, hornblenda, biotita, feldspats i quars.
Estudi dels minerals→ Idea de l'evolució del procés de cristal·lització d'un magma.
 Roques efusives (volcàniques) → els minerals que formen cristalls + grossos i gen. de formes regulars són + pobres en Si que la matriu (com a conseqüència es van formar en primer moment).
 Estudis també indiquen canvis de composició sobtats a la roca. Per que hi hagi una roca ignia→ a partir d’un protòlit: roca que es fon i es transforma en magma, normalment al mantell.
 Correspondència composicional no és total: Processos que alteren la correspondència composicional entre protòlit, magma i roca ígnia:  Fusió parcial del protòlit→ composició ≠ entre protòlit i magma, perquè no es fon completament.
Magma (bàsic) té + Si que el protòlit (ultrabàsic)→ Si + compatible amb líquid que en sòlid.
 Cristal·lització fraccionada del magma que comporta la diferenciació del magma→ ≠ temps de cristal·lització segons el punt de fusió→ primer precipiten els que tenen ↑PF i el magma va pujant enriquint-se en Si→ el magma es diferencia.
 Assimilació per part del magma de part de les roques encaixants→ A l’escorça superficial el magma pot arribar a fondre l’encaixant (part superior escorça) el magma es fa enriquint en Si.
 Desgasificació del magma→ procés superficial on els gasos s’escapen en arribar a l’exterior, llavors la composició canvia.
 ≠ tipus de magmes→ ≠ alçades, magmes de ≠ composicions, es poden trobar i barrejar-se.
1 Laura Moreno Gómez 1r Curs Grau Química, 2015 CARACTERÍSTIQUES DEL MAGMA  Tª del magma que apareix a la superfície en les erupcions volcàniques depèn en part de la seva composició: Fèlsics 650ºC, Ultramàfics >1300ºC.
 Magmes contenen H2O→ ↓ Punt fusió.
 Quantitat d'H2O dissolta depèn de la pressió del magma:  Magmes basàltics→ 3% en pes  Magmes intermedis i fèlsics→ 2-6% en pes  Excepte magmes màfics i ultramàfics: ρ del magma < composició típica de l'escorça, per això magmes intermedis i fèlsics tendeixen a ascendir cap a la superfície, paradoxalment bona part dels magmes que assoleixen la sup.→ composicions màfiques.
 Això és degut: 1. context de formació dels magmes basàltics (rift oceànic). 2. baixa viscositat.
 ↑ Viscositat d'un magma → ↑ contingut en Si [valors de 10 poise (1 Pa·s) ultramàfic a ↑Tª fins 10 14 poise per magma anhidre fèlsic a punt de cristal·litzar].
 ≠ de viscositat relacionades amb el grau de polimerització d'un magma (formació enllaços Si-O).
↑presència d'H2O→ ↓grau polimerització del magma.
 Estudi estruc. magmes: a partir dels vidres que s'obtenen refredant bruscament una mostra de lava.
 S'observen tetraedres de (Si,Al)O4 formant cadenes i xarxes polimèriques.
 Conductivitat elèctrica→ indica cert grau de llibertat de les càrregues (< a la de les sol. salines) → això indica que les cad. i xarxes poli. mantindrien ± atrapats els cations del magma (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+).
↑ polimeritzat→ ↓ conductivitat.
 Magmes tenen volàtils (bàsics – que els intermitjos o els àcids) → són el motor per l’ascenció a la sup.
 Viscositat→ és el grau que els ≠ tetràedres estan units: + units→ + viscosos (grau polimerització).
FUSIÓ DE LES ROQUES  Moltes comp. lítiques es fonen incongruentment (comp.0 ≠ comp. estadística de la roca, fins i tot quan només 1 fase mineral).
 Fusió incongruent→ hi ha un tros de roca que passa a líquida i s’enriqueix en Si i hi ha un tros de roca que es queda sòlida la qual s’empobreix en Si.
 El líquid fruit de la fusió parcial→ Comp. enriquida en SiO2 respecte la roca inicial. (P.E. fusió parcial roca ultramàfica→ roca màfica).
 Majoria fusions→ el mantell per fusió parcial (també magmes per fusió de l’escorça).
 Probablement: comp. original de l'escorça basàltica→ fusió parcial del mantell (comp. UM). Post. altra fusió parcial escorça basàltica→ escorça + rica en SiO2 (esc. cont.).
 En un diagrama P-T: les corbes de fusió anhidres de ≠ materials comuns a les roques ígnies mostren pendents +. Aquest pendents tenen relació amb l'eq. de Clapeyron (expressa pendent d'una linia d'equilibri entre fases) →  Minerals amb fusió incongruent: pendent +→ Vsòlid>Vmineral fos (S líquid>S sòlid). ρ sòlid és major, llavors els cristalls formats tendiran a acumular-se al fons del volum de magma.
Presència de l'H2O:  Presència d'H2O: altera les relacions líquid-sòlid. L'aigua es dissol en el líquid, però no en els minerals, i ↓ el punt de cristal·lització.
 EFECTE + IMPORTANT a ↑ P→ ja que l'H2O dissolta en líquid pot ser major. Per una det. quantitat d'aigua,a ↑P magma i vapor, poden constituir-se com una única fase (completament miscibles), mentre que a ↓P el vapor d'aigua és una fase indep. A més, pendent sòlid-líquid és - → Vmagma<Vsòlid+VH2O.
2 Laura Moreno Gómez 1r Curs Grau Química, 2015  Quantitat d'aigua que es pot dissoldre és MAJOR a mesura que ↓ Tª→ per això: magmes saturats en H2O a mesura que es refreden esdevenen subsaturats, però inevitablement l'H2O serà una altra fase en cristal·litzar-se el magma.
 A nivell estructural: H2O→ ↓ viscositat, ↓ punt de cristal·lizació, trencador d'enllaços Si-O.
 CO2: efecte similar→ ↓ punt de cristal·lització, ↑ el camp d'estabilitat de la fase en estat vapor.
LAVA  Magma que assoleix la superfície de la terra sense o amb poca explosivitat.
 Sovint, s'expulsa en forma de fragments de ≠ mida (cendra, lapilli, escòries i bombes volcàniques): anomenats genèricament piroclasts.
 Explosivitat d'un magma→ controlada pel comportament de bombolles de vapor formades a la pujada.
Una segregació efectiva de bombolles de vapor depèn de:  Viscositat del magma  Vel. de descompressió  Contingut de volàtils  ↑viscositat→ ↑explosiva. Grau d’explosió a partir de la columna piroclàstica, magma, lava i elements volàtils, dos explosions: explosives i efusives.
 Erupcions amb interacció important amb aigües subter. d'origen exomagmàtic→ caràcter + explosiu, pel V addicional d'aigua que s'expandeixen sobtadament al vaporitzar-se.
 Erupcions submarines a profunditat elevada (respecte dorsals oceàniques) → no tenen explosivitat.
 Lava: poc viscosa, es refreda molt ràpidament formant estruc. característiques (laves en coixins).
 Vapor generat implota sense arribar a l'atmosfera.
 Vulcanisme hidromagnètic→ quan trobem presència d’aigua al magma.
 Erupció freàtica→ quan el magma arriba al nivell freàtic i l’aigua es transforma en vapor→ gran explosió.
FORMACIÓ DE MAGMES EN ZONES DE SUBDUCCIÓ            Zones de subducció→ bona part d'activitat volcànica, tot i que + complexa que als rifts oceànics.
La litosfera se subdueix al mantell portant laves basàlt., formades a la dorsal i al seu damunt sediments.
Angle de subducció: 20°-50° | Velocitat: 2-10 cm/any.
Major part dels sediments (saturats en H2O)→ no segueixen als basalts i s'acumulen formant un prisma d'acreció.
Basalt es metamorfitza integrant part de l'aigua dels pors del basalt (reaccions típiques: formació de fil·losilicats hidratats a partir de l'olivina i altres minerals ferromagnesians).
L'aigua sobrant acaba ascendint trobant el prisma d'acreció.
↑ profunditat, els fil·losilicats hidratats→ hornblenda (- proporció H2O): alliberant aigua que afavoreix la fusió alliberada sigui del propi basalt o de les roques del mantell on s'insereix la placa subduïda. (+ profunditat de l'hornblenda→ es fon i forma magma).
Format el magma→ ascendeix per contrast de ρ, fins la base de l'escorça + rica en Si. En aquesta fase: Les + denses del magma cristal·litzen.
Els magmes residuals (- dens, + rics en H2O i SiO2) → assoleixen la superfície pels volcans dels arcs d'illes.
De vegades se'n forma un arc d'illes secundari a + distància del límit entre plaques (formació de magma per deshidratació de flogopita).
3 Laura Moreno Gómez 1r Curs Grau Química, 2015 GASOS  L'atmosfera terrestre primordial: H i He→ es va perdre. Hipòtesis:  Camp gravitatori terrestre no és prou intens per retenir aquests gasos tan lleugers.
 Escombrada pel vent solar.
 L'impacte d'un cos de mida similar a Mart durant la formació de la Terra→ format la Lluna i provocat la pèrdua d'aquesta atmosfera inicial.
 Atmosfera secundària: formada a partir de la incorporació de planetesimals rics en elements volàtils a la Terra i pels processos de desgasificació de magmes durant la formació de l'escorça (H2O, CO2, N2 i HCl).
Atmosfera tòxica, però alguns d’aquests gasos reac. amb minerals, formant H2O i aquesta es condensà.
 Progressiu refredament de la Terra→ formació dels oceans (inicialment no tenien sals dissoltes).
 El mar salí era el doble de primitiu (ho sabem pels sediments). La transició dels oceans secundaris als actuals: processos biològics, a partir d’O2 i CH→ biodegradació→ CO2 i E. (procés llarg)  CO2 i HCl de l'atmosfera→ reacció amb els silicats de la superf. → formació de roques calcàries i argiles.
Reaccions amb HCl alliberen Na+ i Cl- als oceans i fraccions de NaCl variables atrapades als sediments.
 Oxigen→ acumulat mitjançant la fotosíntesi. La reacció de producció de matèria orgànica produeix O 2 i consumeix CO2. Tot i això, acumulació no immediata:  Reacció amb l'H2 atmosfèric→ desaparició de l'atmosfera i formació d'H2O.
 Oxidació de CH4 atmosfèric→ producció de CO2 i H2O.
 Oxidació de sulfurs de la superfície convertint-los en sulfats.
 Oxidació de Fe2+→Fe3+  2000 milions anys: nivell O2 era 1'1% del valor actual (20'9%)→ aparició dels red beds (roques sedim.
vermelloses, formades en condicions subaèries oxidants).
 700 milions anys: ell valor era del 10% de l'actual.
 300 milions anys: un augment important (el doble de l'actual)→ auge de les plantes vasculars terrestres durant els carbonífer i coincidí amb l'enterrament d'importants masses de mat. org. en aiguamolls.
 + endavant→ ↓O2 per un canvi global cap a cond. àrides (coincideix amb abundància de red beds).
REACCIONS A L'ATMOSFERA  Donades pel xoc entre els gasos moleculars i també a la superfície de partícules sòlides i gotetes d'aigua.
 Partícules sòl. o líq. atmosfèriques (aerosols)→ fins 100μm. Les + petites es mouen amb un moviment Brownià, induït pels xocs amb les molec. de gas.
 Les partícules de mida inferior→ poden romandre mesos. Origen: argiles, escuma/sal, fum, pol·len...
Poden actuar com a nucli de condensació de vapor d'H2O, dispersar la llum i per tant produir boirina.
 Partíc. Sòlides→ condensadores de pluja (molt petites). Com + petites, + es queden en suspensió→ formen agregats de cert volum que cauen al terra. Moltes reaccions→emeten E.
 Atmosfera superior→ no hi ha partíc. sòlides, baixa densitat de gas i menys probabilitat de xocs molec.
 Moltes reaccions: exotèrmiques→ requereixen una 3ª molèc. per absorbir l'E (per això, atmosfera sup.
poden romandre molèc. en desequilibri).
 Reac. fotoquímiques (absorbeixen llum). Reac. de fotòlisi de O2, N2 i O3 absorbint raigs UV a l'atm. sup.
AIGÜES  Aigua terrestre en canvi constant. Quantitat aigua total pràcticament constant.
 Cicle hidrogeològic per caracteritzar els diversos canvis que pot experimentar l'aigua.
 Segons on es troba l'aigua→ una química o una altra.
4 Laura Moreno Gómez 1r Curs Grau Química, 2015  PLUJA: la + pura. Reac. amb CO2 i pot incorporar partic. de pols. Aquest CO2 ↑pH (5’66 aprox).
 A zones marines, ↑ quantitats de NaCl i Mg2+.
 Als continents, [NH4+] i [NO3-] degudes als compostos orgànics. Aquesta H2O s'infiltra al sòl i pot anar a parar als aqüífers o als rius.
 Pluja àcida→ mort de les plantes.
 RIUS: composició molt variada. Transporten matèria mitjançant 3 mecanismes: dissolució, suspensió o arrossegament de partícules pel llit del riu. Dels elements transportats: amb l'erosió del riu, els elements + solubles (Ca, Na) es troben dissolts, en canvi els + insolubles (Al, Fe, Si, P) es mantenen sòlids i són transportats per processos físics.
Desembocadura: partícules sòlides es dipositen i les dissoltes poden reaccionar amb H 2O del mar.
Origen dels elements dissolts:  Ca2+ i HCO3-→ roques calcàries.
 Mg2+→ roques dolomítiques.
 Cl-, SO42- i part de Na+→ dipòsits evaporítics.
 K+, SiO2 (aq) i part de Na+→meteorització de silicats.
 Al (mín)→ argiles produïdes per alteració dels silicats.
 OCEANS: Aigües superficials (2% volum, Tª de 18ºC) i aigües profundes (80%volum, Tª de 3'5ºC).
Profunditat mitjana: 3730 m (1r km profunditat→ transició d'aigua sup. i profunda).
Als pols: a. sup. s'enfonsa i a. profunda emergeix (per la ρ).
Classificació dels elements segons la Δ[ ] amb la profunditat:  Conservadors: mantenen relació de [ ].
 Reciclats (P, N, Si): elements que utilitzen els organismes a la zona fòtica (llum), la seva disponibilitat limita els seu creixement i producció. Quan moren, els element precipiten al fons llavors: ↑profunditat ↑[ ].
 Arrossegats: arriben a l'oceà absorbits a la sup. de petites partícules. Amb l'aigua marina es mesclen amb altres partíc. que no pas precipitar-se→ ↑profunditat ↓ [ ].
A vegades es produeix un voltatge de l’aigua superficial→ passa quan l’aigua sup. + freda.
O2: Superfície dels oceans→ lleugerament supersaturat. Equilibri entre la producció i difusió d'O 2.
1 km profunditat→ mín de [] degut a l'oxidació de la mat. org. que cau al fons. ↑profund. ↑[O2] Actualment els oceans són aeròbics, hi ha evidències d'oceans anaeròbics.
pH: Al oceans es d'entre 7'8 i 8'4. Calcita (CaCO3)→ efecte tampó, gràcies a la seva capacitat d'absorbir H+. El B té un efecte similar.
 LLACS: estructura per capes similar als oceans.
 Epilimni (+ externa)→ majors canvis Tª estacionals  Hipolimni (+ profunda)→ variacions de Tª + moderades.
 * zona de transició entre les capes.
pH: controlats per processos biològics→ fotosíntesi consumeix CO2 dissolt (superficial) i la respiració dels E.V. acidifica el medi (profunditat).
HIDROCARBURS  Petroli→ es forma a partir de l'acumulació de mat. org. provinent del fitoplàncton oceànic al fons marí.
Aquests organismes, major contingut en lípids que la majoria de plantes continentals (proporció O-C inferior).
5 Laura Moreno Gómez 1r Curs Grau Química, 2015  Sedimentació de material detrític inorg. + matèria del fitoplàncton→resulten argiles i llims.
 L'enterrament i descomposició de la matèria (per bactèries anaeròbies) i l'escalfament del sediment produeix el trencament de cad. orgàniques→ formant lípids insolubles en aigua intersticial del sediment i acaben formant una fase líquida separada de menor ρ que l'aigua que pot agrupar-se i migrar cap a la porositat de materials suprajacents + porosos formant un dipòsit de cru.
 Per convertir-se en dipòsit: petroli necessita quedar atrapat sota un nivell impermeable, altrament el cru assoleix la part superior de l'aqüífer i la interacció amb aigua rica en oxigen converteix el petroli en betum.
Components majoritaris:  Alcans: senzills (metà) i també cadenes llargues. El cru es tracta per fragmentar les cad. + llargues convertint-les en octà.
 Cicloalcans: sobretot ciclopentà i ciclohexà (poc reactius).
 Hidrocarburs aromàtics: és a dir, anells benzènics que se separen quan es produeixen els combustibles. Són tòxics.
Els + senzills→ GAS, si n'hi ha molt formen un jaciment de gas (a sobre del jaciment de petroli líquid).
L'He (g) pot trobar-se associat als jaciments de gas natural (= condicions que permeten l'acumulació).
6 ...