Geoquímica e mineralogia de argilas da Bacia Algarvia : transformações térmicas

• Author(s): Trindade, Maria José Ferreira
• Date: 2007
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/2746
• Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
• Subject(s): Geociências; Argilas; Minerais de argila; Geoquímica
• Document Type: Doctoral thesis
• Language: Portuguese

Description

A inventariação das matérias primas argilosas da região Algarvia constitui matéria de interesse para a geologia nacional, quer do ponto de vista científico quer aplicado à indústria cerâmica actual e antiga (arqueológica) ou para áreas afins. O presente trabalho pretende contribuir para essa inventariação através da caracterização dos depósitos argilosos do Algarve. Por forma a cumprir esse objectivo, foram seleccionados e amostrados níveis argilosos a uma escala regional que engloba não só os da Bacia Algarvia, com idades compreendidas entre o Triásico e o Quaternário, como também os depósitos de argilas residuais do soco Carbonífero, tendo-se obtido uma suficiente representatividade dos principais depósitos argilosos da região. A caracterização das matérias primas baseou-se nos aspectos granulométrico, mineralógico e geoquímico. No estudo granulométrico, para além de uma abordagem classificativa, estabeleceu-se a adequação das matérias primas à indústria cerâmica; o estudo mineralógico permitiu, por um lado, distinguir/agrupar os diferentes tipos de materiais e, por outro, a atenção focada nos minerais argilosos permitiu uma contribuição efectiva na interpretação paleoambiental da bacia; finalmente, o estudo geoquímico possibilitou inferir a origem dos depósitos como o resultado da forte meteorização química e repetida reciclagem dos materiais provenientes da crosta continental superior. Os elementos maiores, certas razões entre elementos traço imóveis (Th/Sc, Zr/Sc, La/Sc) e os padrões de terras raras normalizadas para os condritos, puseram claramente em evidência variações nas áreas-fonte dos sedimentos, bem como a importância e a responsabilidade dos processos de meteorização, de calibração sedimentar e diagenéticos na variabilidade inter e intra grupos. Sobretudo depois da normalização para o Sc foi possível avaliar a natureza geoquímica das diversas unidades, tendo-se obtido o Cs e o K (e outros elementos móveis) como excelentes discriminantes das unidades tipicamente vermelhas do Triásico, uma consequência da sua grande abundância em ilite. Tendo em vista estudos arqueométricos fez-se a avaliação do comportamento das matérias primas sujeitas a aquecimento (a temperaturas variáveis entre 300 e 1200 ºC) em ensaios laboratoriais simulando o processo de cozedura cerâmico. Como resultados, obteve-se que a transformação geoquímica mais relevante refere-se a volatilização do Br que, nos sedimentos carbonatados, aparece associada a reacções de descarbonatação. As transformações na mineralogia, induzidas pela temperatura, foram analisadas tendo em vista não só o desaparecimento das fases originais e cristalização de novos minerais, mas também as temperaturas em que ocorreram. Foi possível estabelecer 3 grupos de associações minerais consoante a composição dos materiais originais: 1) sem carbonatos; 2) com calcite e 3) com dolomite (sem ou com calcite). No primeiro, que inclui unidades do Carbonífero, do Cretácico (unidades detríticas) e do Cenozóico, mineral de neoformação típico é a mulite que aparece a partir de 1100 ºC. No segundo, que abrange as argilas margosas do Jurássico, espera-se associação gelenite + volastonite + larnite a partir de cerca de 900 º Finalmente, no terceiro, que engloba o complexo Triásico, forma- geralmente gelenite-akermanite + diópsido, a que se associam outros minerais, nomeadamente anortite, enstatite, periclase, forsterite, monticelite espinela, que dependem essencialmente de percentagens crescentes dolomite. Os resultados obtidos permitiram estabelecer grupos de referência geoquímicos e mineralógicos das matérias primas argilosas que, para além interesse geológico, também podem ter uma aplicação muito útil estudos de proveniência de cerâmicas antigas, com centros de produção locais - evidenciados pela existência de fornos - de que a região do Algarve constitui exemplo.

From a national geological interest, it is important to perform an inventory of raw materials of the Algarve region due to its application to Archaeology, current ceramics industry, related areas, but also from a scientific perspective. This work intends to contribute for this inventory through the characterization of clay deposits in Algarve. To fulfil this goal, sampling of several clay levels from the Algarve Basin, aged between Triasic and Quaternary was performed at a regional scale. Sampling of clay deposits of the Carboniferous basement was also done. The characterization of raw materials was performed using three approaches: Granulometric, mineralogical and geochemical. For the granulometric study, we have established the applicability of raw materials to ceramic industry, as well as undertaken a classifying approach; for the mineralogical study, we have distinguished/grouped different types of materials, on one hand, and have focused on clay minerals to allow for a better understanding of the paleoenvironment and evolutionary history of the basin; for the geochemical study, it was possible to establish the origin of the deposits as a result of a strong chemical weathering and repeated recycling of material coming from the upper continental crust. The major elements, certain trace elemental ratios (Th/Sc, Zr/Sc, La/Sc) and the rare earth elements patterns, normalized to chondrites, showed variations on sediments source areas and have evidenced the importance and responsibility of weathering, sedimentary calibration and diagenesis processes on the variation observed among and inside groups. After Sc normalization, it was possible to evaluate the geochemical nature of different units. Cs and K (and other mobile elements) proved to be excellent discriminators for the typical Triasic red units as a consequence of their great richness on illite. The study of the behavior of raw materials with firing (at temperatures from 300 to 1200º C) was also performed in laboratory experiments simulating the ceramics manufacture process, in order to enable future archaeometric studies. As a result, we have observed that the volatilization of Br, which occurs in carbonated sediments in association with decarbonation reactions, was the most relevant geochemical transformation. Temperature-induced mineralogical transformations were analyzed for the disappearance of original phases, crystallization of new minerals, and temperatures at which they occurred. Three groups of minerals associations were established in accordance to the composition of the original materials: 1) without carbonates: 2) with calcite and 3) with dolomite (without or with calcite). On the first, which includes units from the Carboniferous, the Cretaceous (detrital units) and the Cenozoic, mullite appeared from 1100 º C on, which is the typical neoformed mineral. On the second, which includes the marly clays from Jurassic, the association gehlenite + wollastonite + larnite appeared from 900 ºC on. Finally, on the third group, containing the Triassic complex, gehlenite-akermanite + diopside was generally formed, associated with other minerals like anorthite, enstatite, periclase, forsterite, monticellite or spinel, depending on increasing percentages of dolomite. The results obtained enabled to establish geochemical and mineralogical reference groups of clayey raw materials. In addition to a geological interest, this can be very useful in determining ancient ceramics provenance. In Algarve, this is particularly relevant due to the existence of kilns, which indicate nearby production centres.