Fingerprint e estudo cristaloquímico do topázio imperial da região de Ouro Preto (Minas Gerais, Brasil).

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.