ELEMENTOS TRAZA Y FACTORES QUE GOBIERNAN AL COEFICIENTE DE PARTICIONIntegrantes:ASTO VILCAS, LUISLLALLIRE ALMEYDA, JUNIORSANTOS LEYVA, MILTONROSADO ARTICA, JULIANGIL CARDOSO, EMER ALEX*

Geoqumica de los Elementos TrazaFactores que intervienen o gobiernan en los coeficientes de particin*

Introduccin

Un elemento traza se define como un elemento que est presente en una roca en concentraciones menores al 0.1% (1000 ppm). La mayora de los elementos traza si bien no forman especies minerales por si solos, son capaces de sustituir a los elementos mayores en los minerales formadores de roca. Los elementos traza son importantes en estudios petrolgicos ya que son mejores discriminantes entre procesos petrolgicos que los elementos mayores. *

Clasificacin de los elementos traza segn su comportamiento geoqumico.

El criterio para establecer la clasificacin de estos elementos es, ya sea su posicin en la tabla peridica de los elementos o el comportamiento de estos en sistemas magmticos. Varios grupos de elementos en la tabla peridica son de particular inters geoqumico. El grupo ms usado en este aspecto son los elementos con nmero atmico entre 57 y 71, los lantnidos o tambin llamados tierras raras (REE: rare earth elements). Otro grupo es el PGE (platinum group elements), tambin conocidos como los metales nobles. Tambin cuenta el grupo de los metales de transicin, incluyendo este ultimo elementos mayores tales como el Fe y Mg. Los elementos en cada uno de estos grupos tienen propiedades qumicas similares, y por ende se espera que tengan un comportamiento geoqumico similar. *

Cuando el manto terrestre es fundido, los elementos traza pueden mostrar preferencia por ya sea la fase lquida o la fase slida (mineral), por lo tanto son llamados elementos incompatibles y compatibles, respectivamente. Existen grados de compatibilidad e incompatibilidad y los elementos traza variarn en su comportamiento en fundidos de diferente concentracin; por ejemplo, el fsforo (P) es incompatible en una mineraloga mantlica, pero en fundidos granticos, aun estando concentrado como elemento traza, su comportamiento ser el de un elemento compatible (concentrado en la estructura del apatito). Es de gran ayuda subdividir los elementos incompatibles segn su razn carga-radio, llamado potencial inico. Los cationes pequeos y muy cargados son conocidos como high field strength elements (HFSE) (potencial ionico > 2), y los cationes grandes de pequea carga son conocidos como low field strength elements (LFSE) (potencial inico < 2), mas conocidos como LILE (large ion lithophile elements). Los elementos con radio ionico pequeo y relativamente bajos en carga tienden a ser compatibles (elementos mayores y metales de transicin). Con todo lo expuesto anteriormente, podemos decir que elementos de similar carga y tamao tendrn un comportamiento geoqumico similar *

Controles en la distribucin de los elementos traza Los mecanismos por los cuales los elementos traza estn presentes en los minerales son tres: adsorcin, oclusin y solucin slida (sustitucin isomorfa). En la adsorcin, los iones extraos se albergan en la superficie del mineral, en una capa difusa que se forma como resultado de la atraccin que ejercen los tomos ms exteriores, slo parcialmente enlazados en la estructura. En la oclusin, los elementos traza, junto con otras impurezas (inclusiones fluidas, otros minerales, etc.), son primero adsorbidas en la superficie del cristal y ms tarde incorporadas al mismo como consecuencia de su rpido crecimiento. Finalmente, el mecanismo de la solucin slida, el elemento traza entra en la estructura del mineral, sustituyendo a un elemento mayoritario en un lugar determinado dentro de la red del mineral. De aqu en adelante solo se considerar el mecanismo de solucin slida, ya que es el nico de los tres que puede ser descrito recurriendo a las propiedades termodinmicas del sistema. Debido a las bajas concentraciones es necesario establecer una relacin entre actividad y concentracin. Si la mezcla es ideal, esta relacin est dada por la Ley de Raoult: ai = Xi Donde: ai es la actividad del elemento traza en el mineral husped y Xi es su concentracin. Comnmente, ste no es el caso ya que el comportamiento de los elementos traza tanto en fundidos como en los minerales es frecuentemente no ideal, por lo que su actividad se puede decir que es directamente proporcional a su concentracin (Ley de Henry): aij = kijXij Donde: kij es la constante de la ley de Henry (una constante de proporcionalidad para el elemento traza i en el mineral j. *

Coeficiente de Particin. La distribucin de los elementos traza en las distintas fases puede ser descrita mediante el coeficiente de distribucin o tambin llamado coeficiente de particin . Este coeficiente es principalmente usado en la geoqumica de elementos traza y describe la distribucin de estos elementos entre el mineral y el fundido. Este coeficiente queda definido por: Kd = [Cmineral/Cfundido]elemento Donde: Kd es el coeficiente de distribucin de Nernst; C es la concentracin del elemento traza expresada en ppm o en % en peso. Si el elemento traza en cuestin presenta un coeficiente de particin 1, ste elemento tendr preferencia por el slido y por tanto se le denominar compatible. *

Ahora bien, cuando se considera la evolucin de un lquido magmtico, es necesario establecer las relaciones de equilibrio del mismo con el conjunto de fases minerales que estn interviniendo. En este caso, el coeficiente de particin se cuantifica por el coeficiente de distribucin global (Di), el cual es la suma de los productos de los coeficientes de distribucin individuales y de la proporcin en peso (x)de cada mineral en el sistema. Es decir: Di = x Di/liq + yDi/liq + ... +zDi/liq. As, el criterio para la denominacin de los elementos traza con respecto a su compatibilidad/incompatibilidad en un determinado sistema obedece a los ya expuesto anteriormente (Di mayor o menor que 1). *

Hasta el momento hemos visto el coeficiente de particin como un valor constante y bien determinado, pero la realidad nos dice que este coeficiente puede variar dependiendo de las condiciones de presin, temperatura, composicin, actividad del oxgeno, qumica del cristal, contenido de agua en el fundido, etc. *

Factores que Gobiernan a los Coeficientes de Particin*

1.-Composicin

En trminos generales podemos decir que la composicin tanto del fundido como del cristal es el factor mas importante con respecto a lo expuesto anteriormente (i.e. si el fundido es bsico o cido), por lo que cuando se entregan valores en tablas, stos suelen estar agrupados segn el contenido de slice en el fundido y segn el tipo de roca

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Factor ms importanteUn elemento incompatible en magmas mficos puede ser compatible en magmas flsicosHay que tener cuidado!*DREEHBl

2.-Presin y Temperatura

El coeficiente de particin est en funcin de la temperatura. Ejemplo: El coeficiente de particin para el Lu entre olivino y basalto, y Lu y Hf entre clinopiroxeno y basalto, disminuye al aumentar la temperatura. Sin embargo, el efecto de la temperatura no esta aislado al de la composicin

La influencia de la presin ha sido deficientemente evaluada. Sin embargo, Schimizu (1974) ha determinado que en los clinopiroxenos, el Kd de Sr, K, Ba, Rb y Cs sufre un ligero aumento al disminuir la presin. Otros estudios (Green y Pearson (1983, 1986)) en esfenos y clinopiroxenos han demostrado que este coeficiente tiene un aumento sistemtico en los Kd de La, Sm, Ho y Lu al aumentar la presin de 7.5 a 30 Kbar.

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Presin y Temperatura:*Nota Bene: En el manto un incremento en P se acompaa generalmente de un incremento en TLa composicin es el parmetro ms importante!DHoCpx=1Generalmente D disminuye al aumentar la TGeneralmente D se incrementa al aumentar la P

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Radio Inico y Carga:Controlan la sustitucin de los elementos en la red cristalina de los minerales*DCpx/magmaReglas de Goldschmidt: Si dos iones tienen...1) ...la misma carga y el mismo radio, entrarn en la red cristalina con igual facilidad.2) ...radio similar e igual carga, el in pequeo entrar ms fcilmente3) ...radio similar pero carga diferente, el in con carga mayor entrar ms fcilmente (>Poten. Inico)4) Cuando la sustitucin sea posible en-tre dos elementos con distinta electro-negatividad, el in con menor electro-negatividad entrar ms fcilmente.(Aadido de Ringwood)Cpx Ca(Mg,Fe)Si2O6

El mejor ejemplo que muestra el efecto de la actividad del oxgeno en el coeficiente de particin es el de la distribucin de Eu2+ entre plagioclasa y fundido basltico (Drake & Weill, 1975). Hay un orden de magnitud en la diferencia de los coeficientes de reparto para el Eu entre condiciones atmosfricas y las condiciones relativamente reductores encontradas en basaltos (figura 4.6). esto se explica debido a que el Eu2+ se forma en condiciones de baja actividad de oxgeno, mientras que el Eu3+ se forma en condiciones de alta actividad del oxgeno. Eu2+ y Eu3+ tienen muy diferentes coeficientes de reparto entre la plagioclasa y el fundido (Eu2+ es mucho ms compatible que Eu3+ ).

*4.-Actividad del oxgeno:

Los coeficientes de particin en basaltos y andesitas baslticas (45-57% SiO2) (segn TAS) para las tierras raras quedan resumidos en la figura 4.8. Aquellos observados en los lquidos andesticos (57-63% SiO2) estn resumidos en la figura 4.9 y para aquellos lquidos dacticos, riodacticos y riolticos (>63%).Los valores para las tierras raras (REE) comparados en riolitas, basaltos y andesitas muestran un orden de magnitud de diferencia para los minerales piroxeno y horblenda (mayor para los fundidos riolticos), ya que estos minerales presentan una pequea pero medible anomala de Eu. Los valores para las tierras raras livianas en granate son mayores y la anomala de Eu en las plagioclasas es mucho mayor.

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Factores que controlan la concentracin de los elementos traza durante la fusin parcialLas fases mineralgicas presentes antes y durante el proceso de fusin El porcentaje de fundido formado (F)La concentracin del elemento en el slido originalLos coeficientes de particin D=f(P, T, C)

El mecanismo de fusin (batch o fraccionada)

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*Los elementos compatibles adquieren un estado estacionario con mayor rapidez

Puntos Importantes de Fusin y CristalizacinEn porcentajes moderados (X