Hidrocarbonetos abióticos no manto : efeitos petrogenéticos

Abstract

O carbono é um elemento que, embora receba a classificação geoquímica de atmófilo, está presente em grandes quantidades no interior da Terra. No manto, ele pode assumir diferentes especiações, como carbonato, grafita/diamante, ou ainda fazer parte do sistema de fluidos C- O-H, a depender as condições de pressão, temperatura e oxirredução. Elementos voláteis do sistema C-O-H possuem papel importante para a petrogênese magmática, devido ao efeito da diminuição da temperatura solidus das rochas que os contém, e para o ciclo do carbono no Planeta. A existência desses fluidos nas formas de H2O e CO2 em diferentes profundidades torna possível a fusão de rochas do manto em condições não usuais e fornece pistas a respeito da ocorrência do vulcanismo intraplaca e sua relação com a heterogeneidade mantélica. Além disso, diversos estudos teóricos e experimentais atestam a capacidade do carbono, em condições compatíveis com as do manto superior e em baixa fugacidade de oxigênio, de polimerizar-se formando cadeias simples e complexas de hidrocarbonetos de forma totalmente abiótica. Desta forma, este trabalho busca investigar experimentalmente o efeito petrogenético dos fluidos do sistema C-O-H a partir de amostras sintéticas que mimetizam o ambiente do manto astenosférico, em condições de fluidos saturadas e supersaturadas. No total, foram produzidos 3 experimentos com condição de voláteis saturada e outros 3 em condições de voláteis supersaturada. Todos os experimentos foram realizados em uma prensa hidráulica de câmara toroidal de 1000 tonf, com o objetivo de simular o ambiente mantélico, atingindo pressão de 5,5 GPa e temperaturas numa faixa de 1200 a 900ºC, com duração de 48 horas. Após serem processadas, as amostras forma analisadas qualitativamente por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia Raman. Nos resultados obtidos, observou-se a cristalização de minerais mantélicos olivina, clinopiroxênio, anfibólio, granada e ortopiroxênio, além da identificação de um líquido silicático (melt) em um dos experimentos da série supersaturada. No entanto, não foram detectadas quantidades significativas de hidrocarbonetos, mas sim grafita, interpretado como produto da redução parcial do CO2 presente na amostra original. Trabalhos futuros deverão aumentar a robustez das técnicas analíticas utilizadas, bem como testar outras configurações da cápsula da amostra, a fim de que se confirme se a formação abiótica nas condições do experimento é ou não possível, bem como melhor adequação dos procedimentos adotados durante o processamento para assegurar as condições ideais de sua realização.

Carbon is an element that, although it receives the geochemical classification of atmophile, is present in large quantities in the Earth's interior. In the mantle it can assume different speciation, such as carbonate, graphite/diamond, or be part of the C-O-H fluid system, depending on the conditions of pressure, temperature and oxireduction. Volatile elements of the C-O-H system play an important role in magmatic petrogenesis, due to the effect of lowering the solidus temperature of the rocks containing them, and in the carbon cycle on the planet. The existence of these fluids in the forms of H2O and CO2 at different depths makes possible the melting of mantle rocks under unusual conditions and provides clues regarding the occurrence of intraplate volcanism and its relation to mantle heterogeneity. Moreover, several theoretical and experimental studies attest the ability of carbon, under conditions compatible with those of the upper mantle and in low oxygen fugacity, to polymerize forming simple and complex hydrocarbon chains in a totally abiotic way. Thus, this work seeks to experimentally investigate the petrogenetic effect of fluids of the C-O-H system from synthetic samples that mimic the asthenospheric mantle environment, under saturated and supersaturated fluid conditions. A total of 3 experiments were produced with saturated volatiles condition and another 3 in supersaturated volatiles condition. All experiments were performed in a 1000 tonf toroidal chamber hydraulic press, in order to simulate the mantle environment, reaching a pressure of 5.5 GPa and temperatures in the range of 1200 to 900°C, with a duration of 48 hours. After being processed, the samples were qualitatively analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy. In the results obtained, crystallization of the mantle minerals olivine, clinopyroxene, amphibole, garnet, and orthopyroxene were observed, in addition to the identification of a silicate liquid (melt) in one of the experiments of the supersaturated series. However, no significant amounts of hydrocarbons were detected, but rather graphite, interpreted as a product of the partial reduction of CO2 present in the original sample. Future work should increase the robustness of the analytical techniques used, as well as test other configurations of the sample capsule, in order to confirm whether or not abiotic formation under the conditions of the experiment is possible, as well as better adequacy of the procedures adopted during processing to ensure optimal conditions for its realization.