Esta tese de Petrologia Experimental aborda simultaneamente os aspectos petroquímicos e experimentais da geração de magmas graníticos potássicos, a partir do estudo da fusão por desidratação de uma rocha tonalítica em condições equivalentes aquelas de uma crosta espessa (0.8, 1.0, 1.3, 1.5 e 1.9 GPa), sujeita a um gradiente geotérmico elevado (800_<T<1100°C). Os produtos da fusão foram analisados em microssonda eletrônica, utilizando procedimentos especialmente desenvolvidos para otimizar sua caracterização. A estabilidade do vidro (líquido da fusão) durante a análise é determinada pela taxa de contagens do sódio. que é notadamente sensível à razão I/2r entre a corrente e o diâmetro do feixe de elétrons. Análises com duração de 30 s à 15 kV com I/2r < 0.5x10-3 A/m mostraram-se apropriadas para evitar tal efeito. Dentro de certos limites, os efeitos da análise conduzida fora desta condição ideal podem ser corrigidos a posteriori enquanto que condições ainda mais severas requerem o resfriamento da amostra durante a análise, a fim de obter uma estimativa adequada da composição destes vidros (líquidos). A determinação da fração modal das fases sintetizadas foi feita pelo cálculo de balanço de massa, aferido pela análise modal via imagens de BSE. As fases encontradas no resíduo da fusão mostram uma mineralogia compatível com aquela de terrenos granulíticos, sendo dominada pelo par plagioclásio-ortopiroxênio à pressão de 0.8 GPa e por quartzo-granada à 1.9 GPa. O líquido inicial da fusão (teores de líquido <50%) mostra-se granítico, peraluminoso e alto potássio. O aumento do grau de fusão torna os líquidos granodioríticos, menos peraluminosos além de reduzir seus teores de potássio. A comparação entre a composição destes líquidos e algumas das litologias Neoproterozóicas encontradas no Cinturão Dom Feliciano - RS é fortemente correlacionada, especialmente no caso dos leucogranitos desta região. Esta correlação também sugere uma origem comum entre estes leucogranitos e outros corpos associados, de tendência cálcio-alcalina. Tais observações indicam que a fusão de uma crosta tonalítica é um processo viável para a geração dos granitos alto potássio brasilianos encontrados no sul do Brasil. / This Experimental Petrology thesis investigates both aspects - petrochemical and experimental, involved in the generation of K-rich granitic magmas by dehydration melting of a tonalitic rock, when it is subjected to conditions of a thickened crust (0.8, 1.0, 1.3, 1.5 and 1.9 GPa) and a higher geothermal gradient (800<r<1000°C). Melt products were analyzed by electron microprobe using routines specially developed to accomplish this task. Glass (melted liquid) stability during analysis is dependent on the sodium count rates which is very sensitive to the ratio I/2r between the electron current and the size of the beam. Counting times up to 30 s at 15 kV and I/2r 0.5x10-3 A/m were enough to avoid this effect. For some conditions beyond this limit these effects can be corrected a posteriori while for some more extreme conditions it is necessary to freeze the sample during the analysis in order to evaluate the real composition of these glasses (liquids). The modal fraction of phases present in these experiments was determined by mass balance calculations and checked by modal analysis using BSE images. The mineralogy of the restite is compatible with the one found in terrains subjected to granulite facies metamorphism. R is dominated by plagioclaseorthopyroxene at 0.8 GPa and by quartz-garnet at 1.9 GPa. First liquids (at melt fraction <50%) are granitic, peraluminous and K-enriched. At higher melt fractions these liquids change to granodioritic with a less evident peraluminous and potassic character. The comparison of the composition of liquids experimentally produced with some Early Proterozoic lithologies found in the Dom Feliciano Belt - RS shows a strong correlation, especially with the leucogranites of this region. The same correlation also suggests a common origin to these leucogranites and other bodies from the same area with a calco-alcaline affinity. These observations show that partia) melting of a tonalitic crust is a possible explanation to the generation of the high-K granites of brasiliano age found in southern Brazil.

Esta tese de Petrologia Experimental aborda simultaneamente os aspectos petroquímicos e experimentais da geração de magmas graníticos potássicos, a partir do estudo da fusão por desidratação de uma rocha tonalítica em condições equivalentes aquelas de uma crosta espessa (0.8, 1.0, 1.3, 1.5 e 1.9 GPa), sujeita a um gradiente geotérmico elevado (800_<T<1100°C). Os produtos da fusão foram analisados em microssonda eletrônica, utilizando procedimentos especialmente desenvolvidos para otimizar sua caracterização. A estabilidade do vidro (líquido da fusão) durante a análise é determinada pela taxa de contagens do sódio. que é notadamente sensível à razão I/2r entre a corrente e o diâmetro do feixe de elétrons. Análises com duração de 30 s à 15 kV com I/2r < 0.5x10-3 A/m mostraram-se apropriadas para evitar tal efeito. Dentro de certos limites, os efeitos da análise conduzida fora desta condição ideal podem ser corrigidos a posteriori enquanto que condições ainda mais severas requerem o resfriamento da amostra durante a análise, a fim de obter uma estimativa adequada da composição destes vidros (líquidos). A determinação da fração modal das fases sintetizadas foi feita pelo cálculo de balanço de massa, aferido pela análise modal via imagens de BSE. As fases encontradas no resíduo da fusão mostram uma mineralogia compatível com aquela de terrenos granulíticos, sendo dominada pelo par plagioclásio-ortopiroxênio à pressão de 0.8 GPa e por quartzo-granada à 1.9 GPa. O líquido inicial da fusão (teores de líquido <50%) mostra-se granítico, peraluminoso e alto potássio. O aumento do grau de fusão torna os líquidos granodioríticos, menos peraluminosos além de reduzir seus teores de potássio. A comparação entre a composição destes líquidos e algumas das litologias Neoproterozóicas encontradas no Cinturão Dom Feliciano - RS é fortemente correlacionada, especialmente no caso dos leucogranitos desta região. Esta correlação também sugere uma origem comum entre estes leucogranitos e outros corpos associados, de tendência cálcio-alcalina. Tais observações indicam que a fusão de uma crosta tonalítica é um processo viável para a geração dos granitos alto potássio brasilianos encontrados no sul do Brasil. / This Experimental Petrology thesis investigates both aspects - petrochemical and experimental, involved in the generation of K-rich granitic magmas by dehydration melting of a tonalitic rock, when it is subjected to conditions of a thickened crust (0.8, 1.0, 1.3, 1.5 and 1.9 GPa) and a higher geothermal gradient (800<r<1000°C). Melt products were analyzed by electron microprobe using routines specially developed to accomplish this task. Glass (melted liquid) stability during analysis is dependent on the sodium count rates which is very sensitive to the ratio I/2r between the electron current and the size of the beam. Counting times up to 30 s at 15 kV and I/2r 0.5x10-3 A/m were enough to avoid this effect. For some conditions beyond this limit these effects can be corrected a posteriori while for some more extreme conditions it is necessary to freeze the sample during the analysis in order to evaluate the real composition of these glasses (liquids). The modal fraction of phases present in these experiments was determined by mass balance calculations and checked by modal analysis using BSE images. The mineralogy of the restite is compatible with the one found in terrains subjected to granulite facies metamorphism. R is dominated by plagioclaseorthopyroxene at 0.8 GPa and by quartz-garnet at 1.9 GPa. First liquids (at melt fraction <50%) are granitic, peraluminous and K-enriched. At higher melt fractions these liquids change to granodioritic with a less evident peraluminous and potassic character. The comparison of the composition of liquids experimentally produced with some Early Proterozoic lithologies found in the Dom Feliciano Belt - RS shows a strong correlation, especially with the leucogranites of this region. The same correlation also suggests a common origin to these leucogranites and other bodies from the same area with a calco-alcaline affinity. These observations show that partia) melting of a tonalitic crust is a possible explanation to the generation of the high-K granites of brasiliano age found in southern Brazil.

Esta tese de Petrologia Experimental aborda simultaneamente os aspectos petroquímicos e experimentais da geração de magmas graníticos potássicos, a partir do estudo da fusão por desidratação de uma rocha tonalítica em condições equivalentes aquelas de uma crosta espessa (0.8, 1.0, 1.3, 1.5 e 1.9 GPa), sujeita a um gradiente geotérmico elevado (800_<T<1100°C). Os produtos da fusão foram analisados em microssonda eletrônica, utilizando procedimentos especialmente desenvolvidos para otimizar sua caracterização. A estabilidade do vidro (líquido da fusão) durante a análise é determinada pela taxa de contagens do sódio. que é notadamente sensível à razão I/2r entre a corrente e o diâmetro do feixe de elétrons. Análises com duração de 30 s à 15 kV com I/2r < 0.5x10-3 A/m mostraram-se apropriadas para evitar tal efeito. Dentro de certos limites, os efeitos da análise conduzida fora desta condição ideal podem ser corrigidos a posteriori enquanto que condições ainda mais severas requerem o resfriamento da amostra durante a análise, a fim de obter uma estimativa adequada da composição destes vidros (líquidos). A determinação da fração modal das fases sintetizadas foi feita pelo cálculo de balanço de massa, aferido pela análise modal via imagens de BSE. As fases encontradas no resíduo da fusão mostram uma mineralogia compatível com aquela de terrenos granulíticos, sendo dominada pelo par plagioclásio-ortopiroxênio à pressão de 0.8 GPa e por quartzo-granada à 1.9 GPa. O líquido inicial da fusão (teores de líquido <50%) mostra-se granítico, peraluminoso e alto potássio. O aumento do grau de fusão torna os líquidos granodioríticos, menos peraluminosos além de reduzir seus teores de potássio. A comparação entre a composição destes líquidos e algumas das litologias Neoproterozóicas encontradas no Cinturão Dom Feliciano - RS é fortemente correlacionada, especialmente no caso dos leucogranitos desta região. Esta correlação também sugere uma origem comum entre estes leucogranitos e outros corpos associados, de tendência cálcio-alcalina. Tais observações indicam que a fusão de uma crosta tonalítica é um processo viável para a geração dos granitos alto potássio brasilianos encontrados no sul do Brasil. / This Experimental Petrology thesis investigates both aspects - petrochemical and experimental, involved in the generation of K-rich granitic magmas by dehydration melting of a tonalitic rock, when it is subjected to conditions of a thickened crust (0.8, 1.0, 1.3, 1.5 and 1.9 GPa) and a higher geothermal gradient (800<r<1000°C). Melt products were analyzed by electron microprobe using routines specially developed to accomplish this task. Glass (melted liquid) stability during analysis is dependent on the sodium count rates which is very sensitive to the ratio I/2r between the electron current and the size of the beam. Counting times up to 30 s at 15 kV and I/2r 0.5x10-3 A/m were enough to avoid this effect. For some conditions beyond this limit these effects can be corrected a posteriori while for some more extreme conditions it is necessary to freeze the sample during the analysis in order to evaluate the real composition of these glasses (liquids). The modal fraction of phases present in these experiments was determined by mass balance calculations and checked by modal analysis using BSE images. The mineralogy of the restite is compatible with the one found in terrains subjected to granulite facies metamorphism. R is dominated by plagioclaseorthopyroxene at 0.8 GPa and by quartz-garnet at 1.9 GPa. First liquids (at melt fraction <50%) are granitic, peraluminous and K-enriched. At higher melt fractions these liquids change to granodioritic with a less evident peraluminous and potassic character. The comparison of the composition of liquids experimentally produced with some Early Proterozoic lithologies found in the Dom Feliciano Belt - RS shows a strong correlation, especially with the leucogranites of this region. The same correlation also suggests a common origin to these leucogranites and other bodies from the same area with a calco-alcaline affinity. These observations show that partia) melting of a tonalitic crust is a possible explanation to the generation of the high-K granites of brasiliano age found in southern Brazil.

O nitrogênio compõe cerca de 78% da massa da atmosfera terrestre e é um elemento imprescindível para a construção e manutenção da vida. Porém a abundância de nitrogênio atmosférico da Terra é anômala quando comparada a dos demais planetas telúricos. Isso significa que ou a acresção para esses planetas foi diferente (o que é pouco provável) ou a Terra possui alguma característica única que permita a existência de grandes volumes de nitrogênio em sua atmosfera. A tectônica de placas poderia ser essa característica, uma vez que propicia uma conexão direta entre o manto e superfície (ao mesmo tempo em que material é expelido do manto para a superfície, material é transportado da superfície para o manto). Nesse contexto, este trabalho objetiva compreender, através de simulações em laboratório, o papel das zonas de subducção no transporte global do nitrogênio. Para tal, submeteu-se um material que simula sedimentos pelágicos (esmectitas dioctaédricas) dopado com amônio (NH4-esmectita) a diversas condições de pressão e temperatura: desde pressão ambiente até 7.7 GPa (equivalente a ~270 km de profundidade) e com temperaturas variando entre 200oC e 700oC. Os experimentos foram realizados em uma prensa hidráulica de 1000 tonf com câmaras de perfil toroidal e em um forno de alta temperatura e foram analisados por difração de raios X (DRX), espectroscopia infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e por imageamento SE-MEV-EDS Além disso, o material inicial foi caracterizado por análise térmica diferencial (DTA) e análise química CHN. Os resultados mostram que as transformações de fase sofridas pela NH4-esmectita agem no sentido de preservar o amônio na estrutura durante o processo de subducção. Também foram observadas fases de pressões mais elevadas capazes de conter amônio (buddingtonita, a 7.7 GPa). Percebeu-se que o regime termal da subducção é fundamental para a eficiência do transporte de nitrogênio, visto que em subducções quentes (litosferas oceânicas jovens que subductam em baixo ângulo) ocorre a fusão parcial do material com liberação de parte do amônio em pressões relativamente baixas (~1 GPa, equivalente a 30 km de profundidade). Por outro lado, em subducções frias (litosferas oceânicas antigas que subductam em alto ângulo) o material aprisiona de forma eficiente o nitrogênio até ~270 km de profundidade (7.7 GPa). / Nitrogen composes around 78 wt% of Earth’s atmosphere and is a vital element for the construction and maintenance of life. However, the abundance of Earth’s atmospheric nitrogen is anomalous when compared to the one from other inner planets. This means that or accretion for these planets was different (which is unlikely) or Earth possesses a unique feature that allows the existence of large volumes of nitrogen in its atmosphere. Plate tectonics could be this feature, since it propitiates a direct connection between mantle and surface (at the same time that material is expelled by the mantle in to the surface, material is transported from the surface in to the mantle). In this context, these work objectives the understanding, through laboratoty simulations, the role of subduction zones in the global transport of nitrogen. For that, a material that simulates pelagic sediments (dioctahedral smectite) doped with ammonium (NH4-smectite) was subjected to a series of pressure and temperature conditions: from ambient pressure up to 7.7 GPa (equivalent to ~270 km depth) and temperatures varying between 200oC and 700oC. Experiments were performed in a 1000 tonf hydraulic press with coupled toroidal chambers and in a high temperature furnace and were analyzed by X ray diffraction (XRD), Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR) and SE-SEM-EDS imaging. Additionally, the starting material was characterized by differential thermal analysis (DTA and CHN chemical analysis Results show that phase transformations suffered by NH4-smectite tend to preserve ammonium inside the mineral structure during subduction. Also, high-pressure ammonium bearing phases were observed (budingtonite at 7.7 GPa). It was perceived that the thermal setting of the subduction is fundamental for the efficiency of nitrogen’s transportation, as in hot subductions (young oceanic lithospheres subducting at low angle) partial melting with partial liberation of ammonium occur in relatively low pressures (~1 GPa, equivalent to 30 km depth). On the other hand, in cold subductions (ancient oceanic lithopsheres subducting at high angles) the material efficiently imprisons nitrogen until ~270 km depth (7.7 GPa).

As esmectitas são filossilicatos que possuem uma estrutura tipo 2:1, na razão de tetraedro:octaédro, com uma alta capacidade de troca de cátions (CTC) nas interlamelas. Por estas e outras características, as esmectitas têm sido usadas em diversas partes do mundo como barreiras geoquímicas secundárias para depósitos de rejeitos radioativos, com o objetivo de conter um possível vazamento dos radionuclídeos através de troca catiônica. O objetivo deste trabalho foi de estudar a troca de cátions na montmorilonita cálcica (esmectita dioctaédrica) por lantânio, para simular radionuclideos trivalentes, e estudar a estabilidade dessa estrutura em altas pressões e altas temperaturas. Para atingir-se pressões e temperaturas elevadas, foram utilizadas diferentes técnicas: DAC (diamond anvil cell), até 12GPa, com temperatura ambiente e prensas hidráulicas, com câmera do tipo toroidal, até 7,7GPa e 900ºC. O aquecimento é feito simultaneamente por um sistema elétrico acoplado à prensa. Os resultados mostram que a estrutura de esmectita dopada com lantânio permanece estável a pressões de até 12GPa, com temperatura ambiente e a 2.5GPa de pressão e 200ºC de temperatura, porém, acima de 300ºC nessa mesma pressão a estrutura colapsa e passa para uma fase tipo muscovita, rica em La, onde perde a água interlamelar e se torna irreversível. Com o aumento da temperatura, a nova fase passa a ter um melhor ordenamento e mantem-se estável a 7.7GPa/900ºC. Em todas as condições, a estrutura permaneceu dioctaédrica. A nova fase tipo muscovita rica em La, quando em contato com uma solução de cálcio, mantem-se parcialmente inalterada, enquanto outra parte retorna a estrutura montmorilonita-Ca de partida. Foram realizadas análises de difração de raios X (DRX), para verificar o ordenamento da estrutura, transformada de Fourier no infravermelho (FTIR), para obter informações quanto aos modos vibracionais, microscopia eletrônica de varredura com dispersão de raios-X (MEV-EDS), para obter uma análise composicional e microscopia eletrônica de transmissão (MET), para obter imagens com alta magnificação e alta resolução das amostras. / Smectites are phyllosilicates that have a tetrahedron: octahedron structure ratio of 2:1, with high cation exchange capacity (CEC) in the interlayers. For these and other features, smectites have been used in many parts of the world as secondary barriers with the goal of containing a possible leak of radioactive elements in final disposal facilities for radioactive waste through cation exchange. Our aim in this work is to reach the cation exchange in calcium montmorillonite (smectite dioctrahedral) by lanthanum to simulate trivalent radionuclides and to study the stability of this structure under high pressure and high temperature. To achieve high pressure it was used two different technique: DAC (Diamond Anvil Cell), achieving pressures up to 12GPa at room temperature and hydraulic press with a toroidal chamber profile to achieve pressures up to 7,7GPa and temperatures up to 900ºC. The heating is achieved simutaniously by an electric system coupled in the hydraulic press. The outcomes show that the smectite structure doped with lanthanum remains stable under 12GPa at room temperature and 2.5GPa at 200ºC. However, above 300ºC at 2.5GPa the structure becomes a new phase of muscovite-like, rich of La, where it loses its interlayer water and turns out to be irreversible. Furthermore, it is important to point out that the higher temperature the better ordered is the structure and it is still stable under 7.7GPa and 900ºC. Moreover, after all experiments the structure continues being dioctahedral. The new phase of muscovite-like, rich of La, in contact with a calcium solution remains partially unchanged, whereas the other part returns to the original structure (montmorillonite-Ca). The following analyses were performed: X-ray diffraction (XRD) for evaluating the spatial structure; Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) for getting information about the vibrational modes; scanning electron microscopy with dispersive Xray spectroscopy (SEM-EDS) to obtain a compositional analysis and transmission electrons microscopy (TEM) to get images with high magnification and high resolution from the samples.

As esmectitas são filossilicatos que possuem uma estrutura tipo 2:1, na razão de tetraedro:octaédro, com uma alta capacidade de troca de cátions (CTC) nas interlamelas. Por estas e outras características, as esmectitas têm sido usadas em diversas partes do mundo como barreiras geoquímicas secundárias para depósitos de rejeitos radioativos, com o objetivo de conter um possível vazamento dos radionuclídeos através de troca catiônica. O objetivo deste trabalho foi de estudar a troca de cátions na montmorilonita cálcica (esmectita dioctaédrica) por lantânio, para simular radionuclideos trivalentes, e estudar a estabilidade dessa estrutura em altas pressões e altas temperaturas. Para atingir-se pressões e temperaturas elevadas, foram utilizadas diferentes técnicas: DAC (diamond anvil cell), até 12GPa, com temperatura ambiente e prensas hidráulicas, com câmera do tipo toroidal, até 7,7GPa e 900ºC. O aquecimento é feito simultaneamente por um sistema elétrico acoplado à prensa. Os resultados mostram que a estrutura de esmectita dopada com lantânio permanece estável a pressões de até 12GPa, com temperatura ambiente e a 2.5GPa de pressão e 200ºC de temperatura, porém, acima de 300ºC nessa mesma pressão a estrutura colapsa e passa para uma fase tipo muscovita, rica em La, onde perde a água interlamelar e se torna irreversível. Com o aumento da temperatura, a nova fase passa a ter um melhor ordenamento e mantem-se estável a 7.7GPa/900ºC. Em todas as condições, a estrutura permaneceu dioctaédrica. A nova fase tipo muscovita rica em La, quando em contato com uma solução de cálcio, mantem-se parcialmente inalterada, enquanto outra parte retorna a estrutura montmorilonita-Ca de partida. Foram realizadas análises de difração de raios X (DRX), para verificar o ordenamento da estrutura, transformada de Fourier no infravermelho (FTIR), para obter informações quanto aos modos vibracionais, microscopia eletrônica de varredura com dispersão de raios-X (MEV-EDS), para obter uma análise composicional e microscopia eletrônica de transmissão (MET), para obter imagens com alta magnificação e alta resolução das amostras. / Smectites are phyllosilicates that have a tetrahedron: octahedron structure ratio of 2:1, with high cation exchange capacity (CEC) in the interlayers. For these and other features, smectites have been used in many parts of the world as secondary barriers with the goal of containing a possible leak of radioactive elements in final disposal facilities for radioactive waste through cation exchange. Our aim in this work is to reach the cation exchange in calcium montmorillonite (smectite dioctrahedral) by lanthanum to simulate trivalent radionuclides and to study the stability of this structure under high pressure and high temperature. To achieve high pressure it was used two different technique: DAC (Diamond Anvil Cell), achieving pressures up to 12GPa at room temperature and hydraulic press with a toroidal chamber profile to achieve pressures up to 7,7GPa and temperatures up to 900ºC. The heating is achieved simutaniously by an electric system coupled in the hydraulic press. The outcomes show that the smectite structure doped with lanthanum remains stable under 12GPa at room temperature and 2.5GPa at 200ºC. However, above 300ºC at 2.5GPa the structure becomes a new phase of muscovite-like, rich of La, where it loses its interlayer water and turns out to be irreversible. Furthermore, it is important to point out that the higher temperature the better ordered is the structure and it is still stable under 7.7GPa and 900ºC. Moreover, after all experiments the structure continues being dioctahedral. The new phase of muscovite-like, rich of La, in contact with a calcium solution remains partially unchanged, whereas the other part returns to the original structure (montmorillonite-Ca). The following analyses were performed: X-ray diffraction (XRD) for evaluating the spatial structure; Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) for getting information about the vibrational modes; scanning electron microscopy with dispersive Xray spectroscopy (SEM-EDS) to obtain a compositional analysis and transmission electrons microscopy (TEM) to get images with high magnification and high resolution from the samples.

O nitrogênio compõe cerca de 78% da massa da atmosfera terrestre e é um elemento imprescindível para a construção e manutenção da vida. Porém a abundância de nitrogênio atmosférico da Terra é anômala quando comparada a dos demais planetas telúricos. Isso significa que ou a acresção para esses planetas foi diferente (o que é pouco provável) ou a Terra possui alguma característica única que permita a existência de grandes volumes de nitrogênio em sua atmosfera. A tectônica de placas poderia ser essa característica, uma vez que propicia uma conexão direta entre o manto e superfície (ao mesmo tempo em que material é expelido do manto para a superfície, material é transportado da superfície para o manto). Nesse contexto, este trabalho objetiva compreender, através de simulações em laboratório, o papel das zonas de subducção no transporte global do nitrogênio. Para tal, submeteu-se um material que simula sedimentos pelágicos (esmectitas dioctaédricas) dopado com amônio (NH4-esmectita) a diversas condições de pressão e temperatura: desde pressão ambiente até 7.7 GPa (equivalente a ~270 km de profundidade) e com temperaturas variando entre 200oC e 700oC. Os experimentos foram realizados em uma prensa hidráulica de 1000 tonf com câmaras de perfil toroidal e em um forno de alta temperatura e foram analisados por difração de raios X (DRX), espectroscopia infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e por imageamento SE-MEV-EDS Além disso, o material inicial foi caracterizado por análise térmica diferencial (DTA) e análise química CHN. Os resultados mostram que as transformações de fase sofridas pela NH4-esmectita agem no sentido de preservar o amônio na estrutura durante o processo de subducção. Também foram observadas fases de pressões mais elevadas capazes de conter amônio (buddingtonita, a 7.7 GPa). Percebeu-se que o regime termal da subducção é fundamental para a eficiência do transporte de nitrogênio, visto que em subducções quentes (litosferas oceânicas jovens que subductam em baixo ângulo) ocorre a fusão parcial do material com liberação de parte do amônio em pressões relativamente baixas (~1 GPa, equivalente a 30 km de profundidade). Por outro lado, em subducções frias (litosferas oceânicas antigas que subductam em alto ângulo) o material aprisiona de forma eficiente o nitrogênio até ~270 km de profundidade (7.7 GPa). / Nitrogen composes around 78 wt% of Earth’s atmosphere and is a vital element for the construction and maintenance of life. However, the abundance of Earth’s atmospheric nitrogen is anomalous when compared to the one from other inner planets. This means that or accretion for these planets was different (which is unlikely) or Earth possesses a unique feature that allows the existence of large volumes of nitrogen in its atmosphere. Plate tectonics could be this feature, since it propitiates a direct connection between mantle and surface (at the same time that material is expelled by the mantle in to the surface, material is transported from the surface in to the mantle). In this context, these work objectives the understanding, through laboratoty simulations, the role of subduction zones in the global transport of nitrogen. For that, a material that simulates pelagic sediments (dioctahedral smectite) doped with ammonium (NH4-smectite) was subjected to a series of pressure and temperature conditions: from ambient pressure up to 7.7 GPa (equivalent to ~270 km depth) and temperatures varying between 200oC and 700oC. Experiments were performed in a 1000 tonf hydraulic press with coupled toroidal chambers and in a high temperature furnace and were analyzed by X ray diffraction (XRD), Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR) and SE-SEM-EDS imaging. Additionally, the starting material was characterized by differential thermal analysis (DTA and CHN chemical analysis Results show that phase transformations suffered by NH4-smectite tend to preserve ammonium inside the mineral structure during subduction. Also, high-pressure ammonium bearing phases were observed (budingtonite at 7.7 GPa). It was perceived that the thermal setting of the subduction is fundamental for the efficiency of nitrogen’s transportation, as in hot subductions (young oceanic lithospheres subducting at low angle) partial melting with partial liberation of ammonium occur in relatively low pressures (~1 GPa, equivalent to 30 km depth). On the other hand, in cold subductions (ancient oceanic lithopsheres subducting at high angles) the material efficiently imprisons nitrogen until ~270 km depth (7.7 GPa).

O nitrogênio compõe cerca de 78% da massa da atmosfera terrestre e é um elemento imprescindível para a construção e manutenção da vida. Porém a abundância de nitrogênio atmosférico da Terra é anômala quando comparada a dos demais planetas telúricos. Isso significa que ou a acresção para esses planetas foi diferente (o que é pouco provável) ou a Terra possui alguma característica única que permita a existência de grandes volumes de nitrogênio em sua atmosfera. A tectônica de placas poderia ser essa característica, uma vez que propicia uma conexão direta entre o manto e superfície (ao mesmo tempo em que material é expelido do manto para a superfície, material é transportado da superfície para o manto). Nesse contexto, este trabalho objetiva compreender, através de simulações em laboratório, o papel das zonas de subducção no transporte global do nitrogênio. Para tal, submeteu-se um material que simula sedimentos pelágicos (esmectitas dioctaédricas) dopado com amônio (NH4-esmectita) a diversas condições de pressão e temperatura: desde pressão ambiente até 7.7 GPa (equivalente a ~270 km de profundidade) e com temperaturas variando entre 200oC e 700oC. Os experimentos foram realizados em uma prensa hidráulica de 1000 tonf com câmaras de perfil toroidal e em um forno de alta temperatura e foram analisados por difração de raios X (DRX), espectroscopia infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e por imageamento SE-MEV-EDS Além disso, o material inicial foi caracterizado por análise térmica diferencial (DTA) e análise química CHN. Os resultados mostram que as transformações de fase sofridas pela NH4-esmectita agem no sentido de preservar o amônio na estrutura durante o processo de subducção. Também foram observadas fases de pressões mais elevadas capazes de conter amônio (buddingtonita, a 7.7 GPa). Percebeu-se que o regime termal da subducção é fundamental para a eficiência do transporte de nitrogênio, visto que em subducções quentes (litosferas oceânicas jovens que subductam em baixo ângulo) ocorre a fusão parcial do material com liberação de parte do amônio em pressões relativamente baixas (~1 GPa, equivalente a 30 km de profundidade). Por outro lado, em subducções frias (litosferas oceânicas antigas que subductam em alto ângulo) o material aprisiona de forma eficiente o nitrogênio até ~270 km de profundidade (7.7 GPa). / Nitrogen composes around 78 wt% of Earth’s atmosphere and is a vital element for the construction and maintenance of life. However, the abundance of Earth’s atmospheric nitrogen is anomalous when compared to the one from other inner planets. This means that or accretion for these planets was different (which is unlikely) or Earth possesses a unique feature that allows the existence of large volumes of nitrogen in its atmosphere. Plate tectonics could be this feature, since it propitiates a direct connection between mantle and surface (at the same time that material is expelled by the mantle in to the surface, material is transported from the surface in to the mantle). In this context, these work objectives the understanding, through laboratoty simulations, the role of subduction zones in the global transport of nitrogen. For that, a material that simulates pelagic sediments (dioctahedral smectite) doped with ammonium (NH4-smectite) was subjected to a series of pressure and temperature conditions: from ambient pressure up to 7.7 GPa (equivalent to ~270 km depth) and temperatures varying between 200oC and 700oC. Experiments were performed in a 1000 tonf hydraulic press with coupled toroidal chambers and in a high temperature furnace and were analyzed by X ray diffraction (XRD), Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR) and SE-SEM-EDS imaging. Additionally, the starting material was characterized by differential thermal analysis (DTA and CHN chemical analysis Results show that phase transformations suffered by NH4-smectite tend to preserve ammonium inside the mineral structure during subduction. Also, high-pressure ammonium bearing phases were observed (budingtonite at 7.7 GPa). It was perceived that the thermal setting of the subduction is fundamental for the efficiency of nitrogen’s transportation, as in hot subductions (young oceanic lithospheres subducting at low angle) partial melting with partial liberation of ammonium occur in relatively low pressures (~1 GPa, equivalent to 30 km depth). On the other hand, in cold subductions (ancient oceanic lithopsheres subducting at high angles) the material efficiently imprisons nitrogen until ~270 km depth (7.7 GPa).

As esmectitas são filossilicatos que possuem uma estrutura tipo 2:1, na razão de tetraedro:octaédro, com uma alta capacidade de troca de cátions (CTC) nas interlamelas. Por estas e outras características, as esmectitas têm sido usadas em diversas partes do mundo como barreiras geoquímicas secundárias para depósitos de rejeitos radioativos, com o objetivo de conter um possível vazamento dos radionuclídeos através de troca catiônica. O objetivo deste trabalho foi de estudar a troca de cátions na montmorilonita cálcica (esmectita dioctaédrica) por lantânio, para simular radionuclideos trivalentes, e estudar a estabilidade dessa estrutura em altas pressões e altas temperaturas. Para atingir-se pressões e temperaturas elevadas, foram utilizadas diferentes técnicas: DAC (diamond anvil cell), até 12GPa, com temperatura ambiente e prensas hidráulicas, com câmera do tipo toroidal, até 7,7GPa e 900ºC. O aquecimento é feito simultaneamente por um sistema elétrico acoplado à prensa. Os resultados mostram que a estrutura de esmectita dopada com lantânio permanece estável a pressões de até 12GPa, com temperatura ambiente e a 2.5GPa de pressão e 200ºC de temperatura, porém, acima de 300ºC nessa mesma pressão a estrutura colapsa e passa para uma fase tipo muscovita, rica em La, onde perde a água interlamelar e se torna irreversível. Com o aumento da temperatura, a nova fase passa a ter um melhor ordenamento e mantem-se estável a 7.7GPa/900ºC. Em todas as condições, a estrutura permaneceu dioctaédrica. A nova fase tipo muscovita rica em La, quando em contato com uma solução de cálcio, mantem-se parcialmente inalterada, enquanto outra parte retorna a estrutura montmorilonita-Ca de partida. Foram realizadas análises de difração de raios X (DRX), para verificar o ordenamento da estrutura, transformada de Fourier no infravermelho (FTIR), para obter informações quanto aos modos vibracionais, microscopia eletrônica de varredura com dispersão de raios-X (MEV-EDS), para obter uma análise composicional e microscopia eletrônica de transmissão (MET), para obter imagens com alta magnificação e alta resolução das amostras. / Smectites are phyllosilicates that have a tetrahedron: octahedron structure ratio of 2:1, with high cation exchange capacity (CEC) in the interlayers. For these and other features, smectites have been used in many parts of the world as secondary barriers with the goal of containing a possible leak of radioactive elements in final disposal facilities for radioactive waste through cation exchange. Our aim in this work is to reach the cation exchange in calcium montmorillonite (smectite dioctrahedral) by lanthanum to simulate trivalent radionuclides and to study the stability of this structure under high pressure and high temperature. To achieve high pressure it was used two different technique: DAC (Diamond Anvil Cell), achieving pressures up to 12GPa at room temperature and hydraulic press with a toroidal chamber profile to achieve pressures up to 7,7GPa and temperatures up to 900ºC. The heating is achieved simutaniously by an electric system coupled in the hydraulic press. The outcomes show that the smectite structure doped with lanthanum remains stable under 12GPa at room temperature and 2.5GPa at 200ºC. However, above 300ºC at 2.5GPa the structure becomes a new phase of muscovite-like, rich of La, where it loses its interlayer water and turns out to be irreversible. Furthermore, it is important to point out that the higher temperature the better ordered is the structure and it is still stable under 7.7GPa and 900ºC. Moreover, after all experiments the structure continues being dioctahedral. The new phase of muscovite-like, rich of La, in contact with a calcium solution remains partially unchanged, whereas the other part returns to the original structure (montmorillonite-Ca). The following analyses were performed: X-ray diffraction (XRD) for evaluating the spatial structure; Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) for getting information about the vibrational modes; scanning electron microscopy with dispersive Xray spectroscopy (SEM-EDS) to obtain a compositional analysis and transmission electrons microscopy (TEM) to get images with high magnification and high resolution from the samples.

Dois experimentos de fusão por desidratação de quartzo-biotita anfibolito do Complexo Metamórfico Piracaia, Estado de São Paulo, foram efetuados sob condições de 950°C, 900 e 1100 MPa, em aparato pistão-cilindro, tipo end-loaded, Bristol de 200 tons. Em ambos foram utilizadas cápsulas e celas experimentais constituídas por \'Au IND.75\'\'Pd IND.25\' e folha de Pb - NaCl - vidro pirex - grafita - MgO, respectivamente. O tempo total dos experimentos foi superior a 160h e eles simulam condições da crosta inferior (ca. 30 km de profundidade) e crosta inferior profunda (ca. 35-40 km), respectivamente. A amostra de partida apresenta estrutura levemente bandada, migmatítica, textura granoblástica equigranular de granulação média e M\' \'quase igual a\' 50. Localmente apresenta venulações tardias contendo epídoto. Anfibólio cálcico e plagioclásio constituem 90%vol. e ocorrem em proporção próxima a 1:1; em menor proporção aparecem flogopita (5%), quartzo (4%) e os acessórios titanita, apatita, sulfetos, allanita, zircão. A rocha apresenta assinatura geoquímica similar aos E-MORBs, contendo teores mais elevados de K2O e ETRLs em relação a anfibolitos típicos de afinidade MORB. O anfibólio corresponde a pargasita/Mg-hornblenda (0,51 \'<OU=\' mg# \'<OU=\' 0,62), enquanto o plagioclásio é oligoclásio (An20-25); a flogopita apresenta 0,53 mg# \'<OU=\' 0,60. O conteúdo em Al da hornblenda e o equilíbrio hornblenda-plagioclásio indicam pressões e temperaturas de metamorfismo/ migmatização sob 600 (±60) MPa e 660 (±50)°C. Nos dois casos foi obtido 15-20 %vol de fusão de composição monzogranítica, magnesiana, metaluminosa a moderadamente peraluminosa e 80-85 % de fases cristalinas residuais-reequilibradas e/ou neoformadas. Entre estas, predominam o plagioclásio zonado reequilibrado (50% vol, com núcleos de oligoclásio e bordas de andesina) e, como fases neoformadas, ortopiroxênio (Opx) enstatítico (0,67 \'<OU=\' mg# \'<OU=\' 0,85) e clinopiroxênio (Cpx) augítico (0,64 <= mg# <= 0,77), que constituem 19-24% (maior no experimento sob 900 MPa), em uma proporção cpx:opx mais ou menos constante de aproximadamente 10:1. Óxidos neoformados de Fe-Ti correspondem a Ti-magnetita e ilmenita nos experimentos sob 900 e 1100 MPa, respectivamente. Pargasita/Mgedenita (9%) e flogopita residuais/reequilibradas aparecem particularmente nas zonas de borda das cápsulas experimentais; a biotita apenas no experimento de menor pressão. Entre os minerais acessórios, a titanita é a fase mais reativa, aparecendo frequentemente com mantos de óxidos de Fe-Ti. Granada, ao contrário do inicialmente esperado, não aparece entre os produtos do experimento de maior pressão. Os anfibólios apresentam valores mg# algo menores e ocupações de Ca+Na+K maiores no sítio cristalino A quando comparados aos presentes na amostra de partida. As condições de fugacidade de O2 ( fO2) calculadas para o equilíbrio oxired entre Timagnetita e ilmenita do experimento sob 1100 MPa indicam condições relativamente oxidantes, pouco superiores ao buffer Ni-NiO (\'quase igual a\'\'delta\'NNO+0,5). As atividades de H2O (aH2O), estimadas a partir das composições normativas Qz-Ab-Or dos vidros (fusões), sugerem valores abaixo da saturação e pouco menores (0,3 -0,5) para o experimento de maior pressão. Estimativas de P e T independentes, bem como de partição Mg-Fe, embasadas em termômetros e termobarômetros envolvendo os pares opx-fusão, cpxfusão e opx-cpx e partições Mg-Fe entre estas fases [KD(Fe-Mg)Opx-Liq, KD(Fe-Mg)Cpx-liq e KD(Fe-Mg)Opx-Cpx] são perfeitamente compatíveis com as esperadas para as condições de realização dos experimentos e sugerem que ambos alcançaram condições próximas e/ou de equilíbrio mesmo nas zonas centrais das cápsulas. As variações composicionais dos produtos e das texturas associadas reafirmam a ideia de que, em processos de fusão deste tipo, o equilíbrio químico é geralmente alcançado antes que o equilíbrio textural. Os resultados obtidos indicam que a fusão por desidratação de pequenas parcelas (15- 20%) de anfibolitos \"enriquecidos\" sob temperaturas de 950°C e pressões na faixa entre 900 e 1100 MPa, pode gerar fusões monzograníticas magnesianas, metaluminosas a marginalmente peraluminosas, com K2O>Na2O, similares aos líquidos precursores do denominado magmatismo de \"tipo-I\", em parte gerados por fusão de rochas meta-ígneas da crosta inferior. A fusão de fontes meta-basálticas deste tipo e a extração dos líquidos insaturados em H2O produzidos deixaria para trás um resíduo de hornblendaclinopiroxênio-granulito máfico, representativos das fácies granulito intermediário, dado pelo equilíbrio entre ortopiroxênio e plagioclásio. A ausência de granada no experimento de maior pressão, bem como as composições monzograníticas obtidas para as fusões, possivelmente estão relacionadas à composição, relativamente \"enriquecida\", do material de partida utilizado quando comparado aos experimentos similares da literatura, efetuados a partir de anfibolitos típicos, que resultam em fusões menos evoluídas, com composições tonalíticas/trondhjemíticas a granodioríticas. / Two dehydration melting experiments of a quartz-biotite amphibolite of the Piracaia Metamorphic Complex (São Paulo, Brazil) were carried out at a temperature of 950°C, and pressure ranges of 900 and 1100 MPa, in an end-loaded, Bristol Type, pistoncylinder apparatus of 200 ton. Both experiments used experimental capsules and cells made of \'Au IND.75\'\'Pd IND.25\' and Pb foil - NaCl - Pyrex glass - Graphite - MgO, respectively. The total time of the two experiments was greater than 160 h and they simulate lower crust (~30 km) and deep lower crust (~35-40 km) conditions, respectively. The starting material employed is characterized by a migmatitic-like banding structure with equigranular granoblastic, medium-grained, texture and M\' (color index) \'quase igual a\' 50. Calcic amphibole and plagioclase are the main minerals (90 wt %) occurring in a 1:1 proportion ratio. Phlogopite (5 %), quartz (4%) and accessory minerals such as titanite, apatite, sulfides, allanite and zircon are also present. The rock has a geochemical signature of E-MORB, with relatively high content of K2O and LREE as compared with typical MORBderived amphibolites. The amphibole is pargasite/Mg-hornblende (0.51 \'<OU=\' mg# \'<OU=\' 0.62), while plagioclase is oligoclase (An20-25) and phlogopite has 0.53 \'<OU=\' mg# \'< OU\'= 0.60. Al-inhornblende and hornblende-plagioclase geothermobarometry point to P-T metamorphic conditions at 600 (± 60) MPa and 660 (± 50)°C. In both cases, it was obtained a 15-20%vol of magnesian monzogranitic melts of metaluminous to moderately slightly peraluminous signatures and 80-85% of newly formed and/or re-equilibrated, residual, crystalline phases. These include re-equilibrated plagioclase with zoned texture (50% vol, from oligoclase cores to andesine rims) and newly formed orthopyroxene (enstatite, 0.67 <= mg# <= 0.85) and clinopyroxene (augite, 0.64 \'< OU=\' mg# \'<OU=\' 0.77) constituting 19-24% (great volume in the 900 MPa experiment) and with a cpx:opx relatively constant proportion of 10:1. Newly grown Fe-Ti oxides are Timagnetite and Ti-magnetite together with ilmenite in the 900 and 1100 MPa experiments, respectively. Residual, re-equilibrated, pargasite/Mg-edenite (9%) and phlogopite appear particularly in capsules border areas; biotite occurs only in the low-pressure experiment. Among the accessory minerals, titanite is the most reactive, with rims of FeTi oxides. Garnet, unlike expected, was not found among the products of the highpressure experiment. Amphiboles have lower mg# and higher Ca+Na+K occupations in the A sites as compared with those of the starting material. Oxygen fugacity (fO2) calculated for redox equilibrium between Ti-magnetite and ilmenite from the highpressure experiment indicates oxidizing conditions somewhat above the Ni-NiO \'quase igual a\' \'\'delta\' NNO+0.5) buffer. Water activities (aH2O) estimates from the Qz-Ab-Or normative compositions of the formed glasses suggest under-saturated water environments, with values somewhat lower (0,3 -0,5) for the low-pressure experiment. Independent pressure and temperature estimates as well as Fe-Mg partitioning coefficients, based on opx-melts, cpx-melts and opx-cpx pairs thermometry and thermobarometry and Fe-Mg partitioning coefficients [KD(Fe-Mg)Opx-melt,KD(Fe-Mg)Cpx-melt and KD(Fe-Mg)Opx-Cpx], are compatible with the expected results under the selected conditions for both experiments and suggests that equilibrium or near-equilibrium conditions were reached in the central area of the capsules. Compositional variations in the final products and associated textures reaffirm the idea that, in melting experiments of the conducted type, chemical equilibria is reached before textural equilibria. Experimental results indicate that dehydration melting in relatively small fractions (15- 20% melt volumes) of \"enriched\" amphibolites under a temperature of 950°C and pressures between 900 and 1100 MPa could generate magnesian monzogranitic melts with a metaluminous to moderately peraluminous character and K2O>Na2O, like precursor liquids of the so-called I-type magmatism, partly generated by partial melting of meta-igneous rocks constituting the lower crust. The partial melting of such meta-basaltic sources and extraction of the waterundersaturated liquids would leave behind a hornblende-clinopyroxene bearing mafic granulite residue representative of the intermediate granulite facies given by the orthopyroxene and plagioclase equilibria. The absence of garnet in the higher-pressure experiment as well as the monzogranitic compositions obtained are related to a relative \"enriched\" nature of the starting material as compared to other experimental results, starting from typical amphibolites, which result in less evolved melts, with tonalitictrondhjemitic to granodioritic compositions.