Carbonatação e serpentinização de diopsidita nas montanhas Altun, noroeste da China

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 21361 (2022) Citar este artigo

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A carbonatação mineral de rochas máfico-ultramáficas tem se destacado como uma forma promissora de captura e armazenamento permanente de carbono. A carbonatação envolve a liberação de Ca, Mg e Fe de minerais de silicato por dissolução e reação na fase aquosa para formar minerais de carbonato estáveis. O diopsídeo é um dos minerais máficos mais abundantes na litosfera e contribui com uma porção de Mg e Ca para o intemperismo da superfície. Aqui, apresentamos processos detalhados da serpentinização acoplada à carbonatação de diopsidita do depósito Yushishan Nb-Ta na montanha Altun, noroeste da China. Diopsidita é o produto metamórfico progressivo do mármore dolomítico silicioso por processo de descarbonatação total. A serpentinização retrógrada e a carbonatação da diopsidita levam à adição de CO2, H2O, elementos leves de terras raras e elementos fluidos móveis, mas à perda de SiO2. Os diopsídeos são substituídos por calcita e crisotila por alteração mineral para formar texturas pseudomórficas. Os processos de dissolução-precipitação afetam significativamente a serpentinização e a carbonatação do diopsídio. A carbonatação de rochas ricas em diopsídios pode ser adequada para armazenamento permanente de CO2.

A carbonatação mineral tem sido considerada um processo seguro e promissor que possibilita essencialmente a captura e armazenamento permanente de carbono (CCS)1,2,3,4,5,6. Ele captura CO2 para reagir com minerais de silicato e imobiliza CO2 em produtos de carbonato estáveis, como calcita (CaCO3), dolomita (Ca0,5Mg0,5CO3), magnesita (MgCO3) e siderita (FeCO3) em escalas de tempo humanas1,2,3,4, 5,6,7,8. Na natureza, grandes volumes de rochas máfico-ultramáficas têm sido estudados para registrar processos de carbonatação, especialmente rochas basálticas, que são ricas em cálcio, magnésio, óxidos de ferro e altamente porosas9,10,11,12 mostrando potencial muito promissor para armazenamento de carbono. Nem a carbonatação nem a serpentinização de diopsídeos ricos em diopsídeos foram descritos em detalhes para amostras naturais, embora alguns estudos experimentais tenham explorado processos de carbonatação de diopsídeos13,14.

O piroxênio é um dos principais minerais formadores de rocha na litosfera do manto da Terra (por exemplo, peridotito e piroxenito) e crosta (por exemplo, gabro, basalto e diopsidito). Os primeiros estudos foram focados no mecanismo de dissolução do piroxênio e sugeriram dissolução seletiva15, reação química de superfície16 e migração de água para a superfície do piroxênio17. Além disso, muitos fatores, como os estados iniciais dos minerais18,19, pH da solução20,21,22, temperatura21,23 e composição da solução22,24, podem influenciar os processos de dissolução do piroxênio. Nos últimos anos, percebeu-se gradualmente que o piroxênio (especialmente o diopsídio) é um mineral promissor para o sequestro de dióxido de carbono durante o processo de carbonatação13,25. Estudos experimentais descobriram que o diopsídeo pode ser alterado para talco e serpentina pela liberação de Ca durante a serpentinização do diopsídeo26,27. Além disso, a serpentinização e a cloritização ocorrem no clinopiroxenito natural, que pode fornecer a principal fonte de Ca para a rodingitização das rochas máficas28,29. No entanto, poucos estudos foram realizados sobre a carbonatação do piroxênio e o acoplamento do processo com a serpentinização.

Tem sido sugerido que o peridotito no fundo do mar e nas zonas de subducção é carbonatado e serpentinizado30. Estudos de caso do ofiolito de Omã mostram que os peridotitos reagem com fluidos contendo CO2 para formar grandes quantidades de serpentina e carbonato31,32,33, e com uma taxa estimada de carbonatação natural de cerca de 104–105 toneladas de CO2/ano31 e 106–107 kg CO2/ano33. A olivina residual é cercada por antigorita e magnesita, e a serpentinização e a carbonatação podem ocorrer simultaneamente durante a alteração da olivina34. Durante a carbonatação, o peridotito pode ser convertido em oficarbonato (serpentinita rica em carbonato), pedra-sabão (talco + magnesita + serpentina) e listvenita (quartzo + magnesita e/ou dolomita + talco)32,35,36,37,38. Da mesma forma, o peridotito exposto pode reagir com a água do mar (em antigos sistemas hidrotermais hospedados por peridotito) para formar serpentina e calcita39. Curiosamente, estudos recentes também sugerem que a serpentinização e a carbonatação de minerais estão intimamente relacionadas à síntese orgânica em planetas terrestres40.