A Earthcache é um pequeno exercício de observação de um veio gerado por fluidos termais num ambiente de intrusão ignea e consequente cristalização de minerais no seu interior. No GZ estarás, uma vez mais, no topo de um caos de blocos desagregado por forte intemperizacão com a sua geometria esférica ou ovaloide, muito comum no maciço eruptivo de Sintra.
Uma vez chegado à coordenada final, por favor, consulta as duas imagens Spoiler e suas legendas aqui: SPOILER 1 e SPOILER 2, ou na galeria de imagens que irão sugerir onde e como te situares para a plena observação dos cristais que, no local, têm dimensão centimétrica.
A sua observação em proximidade (sugiro, como auxiliar apenas, usares a camera do telemóvel em Zoom simulando uma lupa) irá permitir um maior requinte na análise dos cristais que, juntamente com apoio da listing irão habilitar-te a um pequeno exercício de Mineralogia e a responder às duas questões colocadas. Por favor, envia as respostas para o mail do meu perfil, coloca uma foto no teu log que dê testemunho da tua análise no terreno e terás a tua tarefa de found log dentro das guidelines e aprovada.
P1: Recorrendo, estritamente, aos termos da listing, caracteriza o mineral que preenche o veio com base nos seguintes critérios: COR, HÁBITO, FORMA.
P2: Nos Tectosilicatos como o Quartzo, qual a coordenação entre iões que permite a sua configuração tetraédrica (um tetraedro é uma figura tridimensional, em que todas as suas faces são triangulares):
A. 1 ião de silício no centro, ligado a 4 iões de oxigénio nos vértices.
B. 4 iões de oxigénio no centro, ligados a 1 ião silício no vértice.
C. 1 ião de oxigénio no centro, ligado a 4 iões de silício nos vértices.
D. 4 4 iões de silício no centro, ligados a 1 ião de oxigénio no vértice.
Preenchendo os espaços
Os granitos são rochas ígneas intrusivas, ou seja, rochas originadas por intrusão de magma com uma carga térmica elevada que forçam os sedimentos no topo. No processo, essa lava é contaminada por sílica, ou por minerais silicatados como os Feldspatos e o Quarto muito abundantes na crosta terrestre. Também é sabido que no processo de arrefecimento e por stress tectónico, os granitos apresentam com bastante frequência fissuras. Essas fissuras ficam sujeitas à precipitação de fluídos quentes, fluidos aquecidos pelo próprio corpo magmático e ricos nesses minerais silicatados. Se esse conteúdo for, sobretudo, rico em Quartzo (SiO2), o resultado é a formação de diques, soleiras ou veios de Quartzo que solidificam nesses espaços.
De átomo a mineral
Os átomos são constituídos por três tipos de partículas: Os protões, os neutrões e os eletrões. Os protões e neutrões formam o núcleo atómico. Cada protão contribuiu com uma unidade da carga elétrica positiva, os neutrões apresentam carga elétrica neutra.
Já os eletrões, de massa desprezível (cerca de 1840 vezes inferior ao protões e neutrões), possuem carga elétrica negativa e no conjunto formam uma nuvem eletrónica em torno do núcleo ocupando camadas concêntricas à sua volta. Estas camadas também chamadas de orbitais são designadas pelas letras K, L, M, N, etc…
Para que um átomo atinja uma configuração eletrónica estável, devem ser cumpridas duas condições fundamentais:
o número de protões deve ser igual ao número de eletrões, de modo a respeitar o estado de neutralidade elétrica (número de cargas positivas = número de cargas negativas).
as orbitais eletrónicas devem ser completamente preenchidas.
Com exceção dos gases raros como o Hélio, Argon, Xenon, nenhum dos átomos tem a sua última camada completamente preenchida. Por essa razão, tendem a ganhar ou perder eletrões para atingir uma configuração eletrónica mais estável, deixando de ser eletricamente neutros.
Chamam-se iões aos átomos que não cumprem a condição de neutralidade elétrica. (iões c/carga positiva = catiões / Iões com carga negativa = aniões)
Os iões com carga positiva (catiões) tendem a reagir (ou combinar-se) com iões de carga negativa (aniões) para neutralizar o seu desequilíbrio elétrico e dão origem a moléculas estáveis (Plummer et al., 2005).
Mineral, o que é?
Todos os materiais (sólidos, líquidos e gases) são constituídos por átomos de elementos químicos e o empacotamento ordenado de átomos/iões nas três direções do espaço, dá origem a sólidos com estrutura cristalina que se designam MINERAIS! Define-se mineral como um sólido homogéneo, inorgânico, natural, com composição química definida (mas não necessariamente fixa) e estrutura cristalina.
Brilho, cor, traço, hábito cristalino/forma, clivagem e dureza, são propriedades macroscópicas em que é possível, de forma empírica, testar a identidade de um mineral. Para este exercício detemo-nos na cor, no hábito e forma cristalina.
Cor:
Do ponto de vista da COR, o quartzo no seu estado puro apresenta-se de forma translúcida a transparente. No entanto, fonte de inclusões de outros minerais e de fluidos ou bolhas de gás que ficam atrapados no processo de cristalização, pode ocorrer numa miríade de cores, sendo as mais comuns a transparente, branca, cinza, púrpura, amarelo, castanho, preto, rosa e até, verde e vermelho. Em função dessas tonalidades, todas resultantes dessa contaminação, podemos classificar os quartos cristalinos como:
Transparente, no seu estado mais puro
Leitoso, na cor branca, opaca. Uma das suas cores mais comuns, devida a inclusões de fluidos microscópios e bolhas de gás que dispersam a luz e lhe conferem essa aparência branca, opaca. Muito comum em veios hidrotermais, pegmatites e granitos
Ametista, na cor púrpura,
Citrino, na cor amarela devida a impurezas férricas,
Fumado, na cor cinza a preta, devida a irradiação,
Rosa, apresenta tonalidade rosa-clara devido a impurezas de titânio.
Hábito cristalino e forma:
Um mineral é um sólido gerado pelo empacotamento de átomos NAS TRÊS DIREÇÕES DO ESPAÇO. Esse empacotamento apresenta características que permitem classificá-los do ponto de vista do seu Hábito e Forma cristalina.
Por HÁBITO cristalino refere-se a estrutura interna do mineral e condições da sua formação. Permite observar se o mineral é composto por formas geométricas regulares e faces cristalográficas bem desenvolvidas. Nesse caso os minerais tendem a ter hábitos cristalinos dentro da seguinte classificação primordial:
- fibroso
- Acicular- cristais finos, alongados, em forma de agulha
- Tabular, espalmado, em forma de tablete
- Laminar - em forma de lamina, delgado, achatado
- Prismático
- Equidimensional
Por FORMA cristalina refere-se, sobretudo, à regularidade ou ausência dela, de faces cristalográficas que podem ser classificadas em três grupos:
- Euédrico - cristal limitado por faces bem definidas.
- Subédrico - cristal parcialmente limitado por faces bem definidas.
- Anédrico - cristal desprovido de faces.
Silicatos - Tectosilicatos - Quartzo
A maioria dos minerais que se conhece ocorrem na crosta terrestre. Entre estes enumeram-se o Oxigénio (O), o Sílicio (Si), o Alumínio (Al), o Ferro (Fe), o Cálcio (Ca), o Magnésio (Mg), o Sódio (Na), e o potássio (K) conforme a percentagem expressa no gráfico abaixo:
Como consequência da sua abundância na crosta, o oxigénio tende a constituir o anião maior ao qual se ligam todos os outros catiões. No caso da combinação entre os dois elementos mais preponderantes como o oxigénio e a sílica, formam-se os silicatos ou minerais silicatados.
Quimicamente um silicato consiste num tipo de rocha que resulta da combinação de silício (Si) e oxigénio (O2), resultando na fórmula química SiO2. Por essa razão a unidade base de todos os silicatos é o grupo aniónico SiO4 4- com coordenação tetraédrica. O ião Silício (Si4+), de pequenas dimensões, está localizado no centro do tetraedro e liga-se fortemente a 4 iões de Oxigénio (O).
Contudo, o grupo aniónico SiO4 4- não pode, só por si, gerar nenhum mineral da classe dos silicatos porque não é eletricamente neutro. Existem três modos distintos dos tetraedros SiO4 4- se ligarem a outros iões para neutralizar a sua carga, sendo a terceira uma combinação das restantes duas:
ligação a iões metálicos positivos (e.g. Sódio Na+ , Potássio K+ , Cálcio Ca2+, Magnésio Mg2+, Ferro Fe2+, Fe3+); , em que cada tetraedro SiO4 4- se comporta como uma unidade independente, neutralizando a sua carga elétrica através da ligação com iões positivos. Os minerais produzidos por este processo apresentam estruturas relativamente simples, constituindo o grupo dos nesossilicatos.
partilha de átomos de oxigénio entre tetraedros adjacentes, que envolve a partilha de átomos de oxigénio entre tetraedros adjacentes e os grupos aniónicos SiO4 4- unem-se entre si originando estruturas progressivamente mais complexas como anéis, folhas, cadeias, etc.) Este processo, conhecido como polimerização, permite formar os seguintes grupos de silicatos e cuja configuração podes ver NESTA IMAGEM
- tetraedros duplos – sorossilicatos como, por exemplo, o Epidoto,
- anéis – ciclossilicatos como, por exemplo, o Berilo,
- cadeias simples e duplas – inossilicatos como, por exemplo a Piroxena e a Olivina,
- folhas – filossilicatos como, por exemplo, as micas,
- estruturas tridimensionais – tectossilicatos como, por exemplo, o Quartzo
O Quartzo, mineral silicatado do grupo dos Tectosilicatos, é a seguir aos feldspatos, o mineral mais abundante na crusta terrestre, representando aproximadamente 12% do volume da crusta. A sua composição química é expressa pela fórmula SiO2.
Os seus átomos organizam-se compondo um prisma com 3 eixos e organizam-se em seis lados formando um hexágono que, na sua última fase de cristalização, terminam sempre numa pirâmide se seis lados (estrutura trigonal).
O quartzo ocorre como constituinte principal de muitas rochas ígneas, sedimentares e metamórficas. Está presente nos granitos, pegmatitos e filões hidrotermais, sob a forma de cristais facilmente reconhecíveis à vista desarmada, é a fase mineral dominante de algumas rochas metamórficas (e.g. quartzitos) e sedimentares (e.g. quartzo-arenitos) e forma os grãos de areia de muitas praias.
Fontes:
https://geologyscience.com/minerals/quartz/
“Descobrir a Geologia Através do Quartzo”, Cap. II - “De Átomo a Mineral” e Cap. IV - “Quartzo”, Ferreira da Silva, Marta Alexandra, Tese de Dissertação, Universidade de Aveiro, Departamento de Geocièncias, 2007
https://geologyscience.com/minerals/quartz/
https://www.geologyin.com/2014/06/milky-quartz.html
EN: The Earthcache is a small exercise in observing a vein generated by thermal fluids in an environment of igneous intrusion and the consequent crystallisation of minerals within it. In the GZ you will once again be standing on top of a desagregregated boulder due to strong weathering, with its spherical or ovaloid geometry, which is very common in the Sintra eruptive massif.
At the final coordinate, please check both photo spoilers that will guide you to the exact observation spot: SPOILER 1 and SPOILER 2. Since the crystals are centimetric in size, observing them at close range (I suggest using your mobile phone's Zoom camera to simulate a magnifying glass), will allow a more refined view. Your close observation together with the support of the listing, certainly will enable a short geochemistry and mineralogy exercise and provide the tools for accurate replies to both questions raised.
Please note that your found log assignment will be within the guidelines and, therefore, approved, by sending the replies to the e-mail address in my profile and uploading a photo in your log that bears witness to your analysis in the field.
Q1: Using the terms of the listing, characterise the mineral in the vein based on the following criteria: COLOUR, HABIT, SHAPE.
Q2: In tectosilicates such as quartz, which coordination between ions gives provide its tetrahedral configuration (a tetrahedron is a three-dimensional figure in which all the faces are triangular):
A. 1 silicon ion in the centre, connected to 4 oxygen ions at the vertices.
B. 4 oxygen ions in the centre, connected to 1 silicon ion at the vertex.
C. 1 oxygen ion in the centre, connected to 4 silicon ions at the vertices.
D. 4 silicon ions in the centre, connected to 1 oxygen ion at the vertex.
Filling the gaps
Granites are intrusive igneous rocks, i.e. rocks originated by the intrusion of magma vwith a high thermal load that forces the sediments on top. In the process, this lava is contaminated by silica, or silicate minerals such as feldspars and quartz, which are very abundant in the Earth's crust. It is also known that during the cooling process and due to tectonic stress, granites often show cracks. These cracks are subject to the precipitation of hot fluids, fluids heated by the magma body itself and rich in these silicate minerals. If this content is mainly rich in quartz (SiO2), the result is the formation of dykes, sills or quartz veins that solidify in these spaces
II) From atom to mineral:
Atoms are made up of three types of particles? Protons, neutrons and electrons?Protons and neutrons form the atomic nucleus. Each proton contributes one unit of positive electric charge, while neutrons have a neutral electric charge.
Electrons, on the other hand, have negligible mass (about 1840 times less than protons and neutrons), have a negative electric charge and together form an electronic cloud around the nucleus, occupying concentric layers around it. These layers, also called orbitals, are designated by the letters K, L, M, N, etc...
For an atom to achieve a stable electronic configuration, two fundamental conditions must be met:
the number of protons must equal the number of electrons, in order to respect the state of electrical neutrality (number of positive charges = number of negative charges).
the electronic orbitals must be completely filled.
With the exception of rare gases such as Helium, Argon and Xenon, none of the atoms have their last layer completely filled. Therefore they tend to gain or lose electrons in order to achieve a more stable electronic configuration, and are no longer electrically neutral.
Atoms that do not fulfil the condition of electrical neutrality are called ions (positively charged ions = cations / negatively charged ions = anions).
Positively charged ions (cations) tend to react (or combine) with negatively charged ions (anions) to neutralise their electrical imbalance and give rise to stable molecules (Plummer et al., 2005).
Mineral, what is it?
All materials (solids, liquids and gases) are made up of atoms of chemical elements and the orderly packing of atoms/ions in the three directions of space gives rise to solids with a crystalline structure which are called MINERALS! A mineral is defined as a homogeneous, inorganic, natural solid with a defined (but not necessarily fixed) chemical composition and crystalline structure.
Colour:
From the point of view of colour, quartz in its pure state appears translucent to transparent. However, as a result of inclusions of other minerals and fluids or gas bubbles that get caught up in the crystallisation process, it can come in a myriad of colours, the most common being transparent, white, grey, purple, yellow, brown, black, pink and even green and red. Depending on these colours, all of which result from this contamination, we can classify crystalline rooms as:
Transparent, in its purest state
Milky, in its opaque white colour. One of its most common colours, due to inclusions of microscopic fluids and gas bubbles that scatter the light and give it this opaque white appearance. Very common in hydrothermal veins, pegmatites and granites
Amethyst, purple in colour,
Citrine, yellow in colour due to iron impurities,
Smoky, grey to black due to irradiation,
Pink, a light pink colour due to titanium impurities.
Crystalline habit and shape
A mineral is a solid generated by the packing of atoms IN THE THREE DIRECTIONS OF SPACE and which have fulfilled the assumption of a STABLE ELECTRONIC CONFIGURATION. This packing has characteristics that allow them to be classified from the point of view of their SHAPE and HABIT.
The crystalline HABIT refers to the internal structure of the mineral and the conditions of its formation. It allows us to see whether the mineral is composed of regular geometric shapes and well-developed crystallographic faces. In this case, minerals tend to have crystalline habits within the following primary classification:
Fibrous
Acicular - thin, elongated, needle-shaped crystals
Tabular, flattened, tablet-shaped
Laminar - blade-shaped, thin, flattened
Prismatic
Equidimensional
Crystalline FORM refers mainly to the regularity, or lack thereof, of crystallographic faces, which can be classified into three groups:
Euhedral - crystal bounded by well-defined faces.
Subhedral - crystal partially limited by well-defined faces.
Anhedral - crystal without faces.
Silicates - Tectosilicates - Quartz
Most known minerals occur in the Earth's crust. These include Oxygen (O), Silicon (Si), Aluminium (Al), Iron (Fe), Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Sodium (Na) and Potassium (K) according to the percentage shown in the graph below:
As a result of its abundance in the crust, oxygen tends to be the major anion to which all the other cations are bound. In the case of the combination of the two most predominant elements such as oxygen and silica, silicates or silicate minerals are formed.
Chemically, a silicate is a type of rock that results from the combination of silicon (Si) and oxygen (O2), resulting in the chemical formula SiO2. For this reason, the basic unit of all silicates is the anionic group SiO4 4- with tetrahedral coordination. The small silicon ion (Si4+) is located in the centre of the tetrahedron and binds strongly to 4 oxygen ions (O).
However, the anionic group SiO4 4- cannot by itself generate any mineral of the silicate class because it is not electrically neutral. There are three different ways in which SiO4 4- tetrahedrons can bind to other ions to neutralise their charge, the third being a combination of the other two:
binding to positive metal ions (e.g. Sodium Na+ , Potassium K+ , Calcium Ca2+, Magnesium Mg2+, Iron Fe2+, Fe3+); , in which each SiO4 4- tetrahedron behaves as an independent unit, neutralising its electrical charge by binding to positive ions. The minerals produced by this process have relatively simple structures and make up the nesosilicate group.
sharing of oxygen atoms between adjacent tetrahedrons, which involves the sharing of oxygen atoms between adjacent tetrahedrons and the SiO4 4- anionic groups joining together, giving rise to progressively more complex structures such as rings, sheets, chains, etc. This process, known as polymerisation, makes it possible to form the following groups of silicates:
- double tetrahedrons - sorosilicates such as Epidote,
- rings - cyclosilicates such as Beryl,
- single and double chains - inosilicates such as Pyroxene and Olivine,
- leaves - phyllosilicates such as micas,
- three-dimensional structures - tectosilicates such as Quartz
Quartz, a silicate mineral from the Tectosilicate group, is the most abundant mineral in the Earth's crust after feldspars, accounting for approximately 12% of the crust's volume. Its chemical composition is expressed by the formula SiO2.
Its atoms are organised into a prism with 3 axes and are arranged on six sides to form a hexagon which, in its final stage of crystallisation, always ends in a six-sided pyramid (trigonal structure).
Sources:
https://geologyscience.com/minerals/quartz/
"Discovering Geology through Quartz", Chap. II - "From Atom to Mineral" and Chap. IV - "Quartz", Ferreira da Silva, Marta Alexandra, Dissertation Thesis, University of Aveiro, Department of Geosciences, 2007
https://geologyscience.com/minerals/quartz/
https://www.geologyin.com/2014/06/milky-quartz.html