Carbonatação do manto exumado sin-rifteamento : uma abordagem experimental com enfoque nas bacias de Santos e Campos

Abstract

Riftes são sistemas de estruturas extensionais responsáveis pela quebra e segregação dos continentes, associados a processos como de exumação do manto, exalação de CO2 mantélico e formação de bacias sedimentares. O processo de exumação do manto proporciona a percolação de fluidos que realizam reações hidrotermais nas rochas peridotíticas, modificando a composição tanto da rocha quanto do próprio fluido, enquanto processos exalativos adicionam CO2 nos fluidos hidrotermais, favorecendo as reações de carbonatação no manto. Como ao longo do rifteamento uma porção do manto exumado entra em contato com as bacias sedimentares sobrepostas, a modificação dos fluidos percolantes pode impactar diretamente o desenvolvimento dessas bacias. Da mesma forma, a introdução de novas espécies na bacia, como o sulfato através de eventos marinhos transgressivos, também podem modificar as reações hidrotermais no manto estabelecendo uma relação de mútua influência. O presente trabalho tem como principal objetivo compreender as reações de carbonatação do manto exumado durante o rifteamento considerando processos exalativos e eventos transgressivos, avaliando o impacto que as reações de carbonatação têm no manto exumado e nas bacias sobrepostas. O enfoque do trabalho será dado às Bacias de Santos e Campos, nas quais processos exalativos de CO2 mantélico assim como eventos marinhos transgressivos modificaram os ambientes associados. O estudo foi realizado através da associação de métodos experimentais e uma gama de técnicas analíticas, simulando as condições hidrotermais presentes no manto exumado sin- rifteamento e avaliando o efeito que a incursão de água marinha pode ter sobre as reações. As técnicas analíticas utilizadas incluem medidas de pH, Cromatografia Iônica, Cromatografia Gasosa, Espectrometria de Emissão Ótica Indutivamente Acoplado, Difração de Raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura e Fluorescência de Raios X. Os resultados apontam para a maior taxa de carbonatação do manto na presença de água marinha devido a presença do sulfato nas reações. As reações com sulfato tiveram seu pH reduzido e reações de dissolução intensificadas, favorecendo a mobilização de elementos como magnésio e cálcio, além de gases reduzidos pela oxidação do ferro como gás hidrogênio e metano. Além da modificação no pH, outro parâmetro físico-químico afetado foi a força iônica, reduzindo seu valor através da precipitação dos sais dissolvidos em solução. Essas modificações nas reações de carbonatação do manto constituem fortes evidências de que a evolução dos ambientes deposicionais durante a exumação pode impactar tanto o manto quanto os ambientes de sedimentação sobrepostos a ele, como nas Bacias de Santos e Campos que apresentam indícios de terem sofrido influência do hidrotermalismo mantélico em sua formação.

Rifts are extensional structures systems responsible for continental fragmentation and segregation, associated with processes such as mantle exhumation, mantle-derived CO2 exhalation, and sedimentary basin formation. The process of mantle exhumation allows the percolation of fluids that undergo hydrothermal reactions in peridotitic rocks, modifying both the rock composition and the fluid itself. Additionally, exhalative processes contribute CO2 to the hydrothermal fluids, promoting carbonation reactions in the mantle. As a portion of the exhumed mantle encounters the overlying sedimentary basins during rifting, the modification of the percolating fluids can impact the development of these basins. Similarly, the introduction of new compounds into the basin, such as sulfate, through transgressive marine events, can also modify hydrothermal reactions in the mantle, establishing a relationship of mutual influence. The main objective of this study is to understand the carbonation reactions of the exhumed mantle during rifting, considering exhalative processes and transgressive events, and evaluating the impact of carbonation reactions on both the exhumed mantle and the overlapping basins. The focus of this study will be on the Santos and Campos Basins, where both mantle-derived CO2 exhalation and transgressive marine processes that modify depositional environments have been extensively documented. This study was conducted through an association of experimental methods and a range of analytical techniques, simulating hydrothermal conditions present in the syn-rift exhumed mantle and evaluating the effect that seawater incursion has on the reactions. The analytical techniques include pH measurements, Ion Chromatography, Gas Chromatography, Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry, X ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy, and X ray Fluorescence. The results indicate a higher rate of mantle carbonation in the presence of seawater due to the addition of sulfate in the reactions. Sulfate reduces the pH, intensifying dissolution reactions that facilitate the mobilization of elements such as magnesium and calcium, as well as reduced gases like hydrogen and methane produced through iron oxidation. In addition to the pH modification, another physicochemical parameter affected is the ionic strength, which decreases through the precipitation of dissolved salts in solution. This set of modifications in mantle carbonation reactions provides strong evidence that the evolution of depositional environments during exhumation can have an impact not only on the mantle but also on the sedimentary basins positioned above it, such as the Santos and Campos Basins, which show indications of this impact in their genesis.