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Title: Fingerprint e estudo cristaloquímico do topázio imperial da região de Ouro Preto (Minas Gerais, Brasil).
Authors: Araújo, Teodoro Gauzzi Rodrigues de
metadata.dc.contributor.advisor: Graça, Leonardo Martins
Lana, Cristiano de Carvalho
Keywords: Mineralogia
Topázio imperial
Cristalografia
Issue Date: 2018
metadata.dc.contributor.referee: Graça, Leonardo Martins
Cipriano, Ricardo Augusto Scholz
Lagoeiro, Leonardo Evangelista
Romano, Antônio Wilson
Silva, Gilberto Henrique Tavares Álvares da
Citation: ARAÚJO, Teodoro Gauzzi Rodrigues de. Fingerprint e estudo cristaloquímico do topázio imperial da região de Ouro Preto (Minas Gerais, Brasil). 2018. 158 f. Tese (Doutorado em Evolução Crustal e Recursos Naturais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Abstract: O topázio imperial [Al2SiO4(F,OH)2] é uma variedade gemológica de ocorrência exclusiva na região de Ouro Preto (MG, Brasil). De modo a poder caracterizar o seu fingerprint, foram utilizadas técnicas como a microscopia electrônica de varredura com módulo de catodoluminescência (MEV-CL), microscopia óptica com módulo de catodoluminescência (MO-CL), espectroscopia de catodoluminescência, microssonda eletrônica (EPMA), ablação a laser com detecção por espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (LA-ICP-MS) e espectroscopia Raman, em quarto amostras de topázio imperial. As imagens de MEV-CL de todas as amostras mostraram diferentes eventos de crescimento durante os processos de cristalização. Tal foi demonstrado pela existência de áreas rômbicas centrais com catodoluminescência (CL) heterogênea, e bordas escuras e com CL homogênea. As imagens de CL coloridas indicaram emissões homogêneas de cor azul a arroxeada em todas as amostras. Os espectros de CL indicaram a presença de duas faixas largas de emissão com um picos de baixa intensidade em ~417 nm, e de alta intensidade em 685, 698, 711 e 733 nm. Dados obtidos por EPMA quantificaram altos teores de OH, cuja razão XOH = OH / (OH+F) oscilou entre 0,35-0,43. Dados obtidos por LA-ICP-MS quantificaram altos teores de Cu e Zn nas áreas de alta luminescência (obtidas nas imagens de MEV-CL) sugerindo que ambos os elementos poderiam ser ativadores da CL no topázio imperial. Espectros de Raman e de CL indicaram altas emissões de Cr, corroboradas pelos altos teores de Cr obtidos por EPMA e LA-ICP-MS. Em todos os espectros Raman, os altos teores de Cr causaram altas intensidades de luminescência, originando a sobreposição das mesmas sobre os módulos vibracionais de estiramento do OH (~3.650 cm-1 ). Os elementos traços cujos teores permitiram caracterizar o fingerprint do topázio imperial foram Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Ga e Ge. De modo a caracterizar a dinâmica de cristalização e o fingerprint do topázio de ambientes geológicos distintos, seis amostras foram analisadas por MEV-CL e LA-ICP-MS: duas amostras geologicamente relacionadas a veios hidrotermais caulinizados da região de Ouro Preto (Brasil); duas a pegmatitos da Província Pegmatítica Oriental do Brasil (PPOB); uma a riolitos do Oeste dos Estados Unidos da América (EUA); e uma a veios hidrotermais carbonatados e a eventos metamórficos do Paquistão. As duas amostras da região de Ouro Preto demonstraram dois processos de cristalização bem distintos, comprovados pelas imagens de MEV-CL, onde foi possível observar um núcleo heterogêneo e bordas homogêneas. O fingerprint foi caracterizado pelos teores de Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu e Zn. As duas amostras da PPOB demostraram imagens de SEM-CL com luminescência escura e homogênea, implicando uma cristalização lenta e tardia, típica dos pegmatitos. O fingerprint foi caracterizado pelos teores de Li, Nb, ETRL (elementos terras raras leves), Ta e W, e de Ti, Nb e ETRP (elementos terras raras pesadas). A amostra do Oeste dos EUA demonstrou luminescência heterogênea com eventos de crescimento e de reabsorção, e zonas de crescimento bem preservadas, visíveis nas imagens de MEVCL. O fingerprint foi caracterizado pelos teores de Li, Ti, V, Mn, Nb, ETRL, Ta e W. A amostra do Paquistão demonstrou um processo de recristalização metamórfica, visível na luminescência incipiente e homogênea dada pelas imagens de MEV-CL. O fingerprint foi caracterizado pelos teores de Ca, Cr, V, Zn, ETRL, ETRP e W. Após conhecer o fingerprint e comparar os processos de cristalização das diferentes amostras de topázio, a relação entre estes processos e as possíveis implicações na gênese do topázio imperial continuaram por esclarecer. A partir de imagens de microscopia óptica (MO), MEV-CL e microscopia eletrônica com módulo de elétrons retroespalhados (BSE), e mapas de microscopia eletrônica com módulo de difração de elétrons retroespalhados (EBSD), foi possível estabelecer uma relação entre os setores poligonais e diferentes orientações cristalográficas em amostras de topázio imperial. As imagens obtidas por MO foi possível observar uma área rômbica central bem delimitada e opticamente heterogênea em (11l) no núcleo, e áreas com extinção semelhante a um quadrante e alternada em {100}, {010} e {110} nas bordas. As imagens obtidas por MEV-CL demonstraram as mesmas características já descritas nos parágrafos anteriores para o topázio imperial. As imagens obtidas por BSE eram homogêneas, refletindo a composição química homogênea e constante do topázio imperial em relação aos elementos maiores. Mapas obtidos por EBSD nas áreas de borda demonstraram cores e características microestruturais distintas ao invés de uniformidade. Nas figuras de pólo, foram obtidos múltiplos pólos com uma desorientação de mais que 15º entre si, segundo {001}. Estes resultados permitiram inferir a existência de múltiplos eixos c, implicando orientações cristalográficas distintas e uma não redução da simetria ortorrômbica do topázio imperial. Assim, foi igualmente possível afirmar que o presumido monocristal de topázio imperial é na verdade um policristal. Por fim, as imagens obtidas por MEV-CL, associadas aos dados obtidos por EBSD, permitiram corroborar que ocorreram dois processos de cristalização do topázio imperial durante a orogenia Brasiliana, entre 520-485 Ma: um processo de cristalização primária que resultou da atividade hidrotermal, e outro resultante de processos metamórficos de recristalização.
metadata.dc.description.abstracten: Imperial topaz [Al2SiO4(F,OH)2] is a gemstone variety of unique occurrence within the Ouro Preto region (Minas Gerais state, Brazil). In order to characterize their fingerprint, techniques such as scanning electron microscope-cathodoluminescence (SEM-CL), optical microscopycathodoluminescence (OM-CL), cathodoluminescence-spectroscopy (CL-spectroscopy), electron microprobe analysis (EPMA), laser ablation inductively-coupled plasma mass spectrometry (LAICP-MS) and Raman spectroscopy, were used within four samples of imperial topaz. SEM-CL images showed different crystal growth and resorption events in all samples, observable due to CL-heterogeneous central rhombic areas, and dark and CL-homogeneous rims. Colour CL images indicated only blue to violet homogeneous emissions. The CL-spectra indicated a broad emission band with low intensity peak at ~417 nm, and a broad emission band with high intensity and major peaks at 685, 698, 711 and 733 nm. EPMA indicated high OH content, whose XOH = OH / (OH+F) ratio ranges between 0.35-0.43. High Cu and Zn concentrations (obtained by LA-ICP-MS) were measured in the high luminescence areas of SEM-CL images, suggesting both elements as CLactivators in imperial topaz. Raman and CL-spectra indicated high Cr concentrations, corroborated by EPMA and LA-ICP-MS results. The high Cr concentrations caused strong luminescence intensities that enabled their superimposition over the OH stretching mode (~3650 cm-1 ) of topaz in all Raman spectra. Among trace elements, the concentrations of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Ga and Ge provided the fingerprint of imperial topaz. In order to compare the crystallization dynamics and the fingerprint of topaz from different geological settings, six samples were analysed by SEM-CL and LA-ICP-MS: two samples associated to hydrothermal kaolin veins from Ouro Preto region (Brazil); two to pegmatites from Eastern Brazilian Pegmatite Province (EBPP); one to rhyolites from Western United States of America (USA); and one to hydrothermal carbonate veins and to metamorphic events from Pakistan. The combination of SEM-CL and LA-ICP-MS data allowed characterizing and differing the samples. The two samples from Ouro Preto region showed two distinct crystallization processes, which were demonstrated by CL-heterogeneous core and CL-homogeneous rims in SEM-CL images. Their fingerprint was composed of high concentrations of Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu and Zn. The two samples from EBPP showed both dark and CL-homogeneous SEM-CL images, implying slow and late-stage crystallization, typical of pegmatites. Their fingerprints were composed of high concentrations of Li, Nb, LREE (light rare earth elements), Ta and W, and of Ti, Nb and HREE (heavy rare earth elements). The sample from Western USA displayed CL-heterogeneity with growth and resorption events with well-preserved growth zones, noticeable by the SEM-CL images. Its fingerprint was composed of high concentrations of Li, Ti, V, Mn, Nb, LREE, Ta and W. The sample from Pakistan showed an evident metamorphic recrystallization process, which was shown by a weak, dull and CL-homogeneous by the SEM-CL images. Its fingerprint was composed of high concentrations of Ca, Cr, V, Zn, LREE, HREE and W. After knowing the fingerprint and comparing the crystallization processes of distinct topaz samples, the relation between these processes and their possible implications in the genesis of imperial topaz remained unclear. With the aid of optical microscopy (OM), SEM-CL and backscattered electrons (BSE) imagery, and electron backscatter diffraction (EBSD) maps, the present study demonstrated the relation between the polygonal sectors and distinct crystallographic orientations within imperial topaz. MO imagery shows a well delimited and optically heterogeneous central rhombic area at (11l) in the cores, and quadrant-like and alternated extinction areas at {100}, {010} and {110} in the rims. SEM-CL imagery showed a central rhombic area CL-heterogeneous, and dark and CL-homogeneous rims. BSE imagery was completely homogeneous, which reflected the constant and homogeneous major composition of imperial topaz. EBSD maps collected in the rim region showed different colours and microstructural features instead of a uniform microstructure. The respective pole figures yielded multiple {001} poles disoriented in higher than 15˚ from each other. These results displayed numerous c-axes, suggesting distinct crystallographic orientations and no reduction within orthorhombic symmetry. Therefore, the presumed monocrystal of imperial topaz actually was a polycrystal. Furthermore, the SEM-CL imagery, combined with EBSD data, allowed observing two distinct crystallization processes of imperial topaz during the Brasiliano orogeny, between 520-485 Ma: a primary crystallization process that resulted from hydrothermal activity, and a second metamorphic-related recrystallization processes.
Description: Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/11727
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 30/08/2018 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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