Safiras azuis da Eifel Vulcânica: como manto e crosta forjam coríndon

Safiras azuis cintilantes, que evocam um frio cortante, na verdade nascem de processos intensamente quentes muito abaixo da superfície.

Há anos, estas gemas aparecem em depósitos vulcânicos como os da Eifel Vulcânica, onde magma do manto da Terra sobe lentamente para a crosta ao longo de longos períodos, gerando fusões ricas em sódio e potássio. Outras safiras surgem em leitos de rios, depois de os cristais resistentes serem arrancados das rochas de origem e “polidos” pelo transporte.

Apesar de o vulcanismo claramente ter algum papel, a proveniência exata destas safiras - forjadas nas “fornalhas” internas do planeta - permanecia incerta. Geólogos não conseguiam estabelecer com segurança se elas se formam apenas no manto ou se são “cozidas” a partir de outros minerais enquanto o magma ascende.

De onde vêm as safiras da Eifel Vulcânica?

Um estudo recente encontrou indícios de que estas gemas azul‑céu podem ser produzidas durante episódios de agitação vulcânica: processos extremos aquecem e comprimem óxido de alumínio na crosta até ele cristalizar como coríndon, o principal mineral que compõe as safiras.

"One explanation is that sapphire in the Earth's crust originates from previously clayey sediments at very high temperatures and pressure and the ascending magmas simply form the elevator to the surface for the crystals," explica o geólogo e petrologista Axel Schmitt, da Universidade Curtin, na Austrália.

A equipa quis testar se esta hipótese se sustenta - isto é, se as safiras se formaram no manto superior ou na crosta inferior e, depois, foram capturadas e transportadas para cima por magma que abria caminho rumo à superfície. Para responder, era necessário examinar as próprias safiras.

Como foram analisadas 223 safiras microscópicas

Os investigadores recolheram 223 safiras microscópicas na Eifel e aplicaram espectrometria de massa por iões secundários. O foco foi duplo: (1) inclusões de rútilo e zircão aprisionadas durante o crescimento do cristal e (2) as proporções de isótopos de oxigénio presentes no óxido de alumínio.

Sabe‑se que a safira é composta sobretudo por óxido de alumínio na forma de coríndon, mas outros elementos podem misturar‑se à estrutura.

A tonalidade azul intensa típica das safiras, por exemplo, surge quando titânio e ferro tingem o coríndon. Já o ferro sozinho pode originar safiras amarelas e também contribuir para pedras verdes. O crómio transforma o coríndon em rosa ou vermelho - e é assim que se formam os rubis.

Além disso, minerais inteiros - como o rútilo (dióxido de titânio) e o zircão - podem ficar encapsulados no interior das safiras enquanto elas se formam.

Isótopos de oxigénio e datação urânio‑chumbo

Esses minerais aprisionados permitem estimar quando o cristal “floresceu”. Isso acontece porque, ao se formarem, rútilo e zircão incorporam urânio, que decai radioativamente a uma taxa conhecida. Ao medir as proporções de urânio e chumbo nas rochas, os cientistas conseguem inferir há quanto tempo esse urânio vem decaindo.

Para além do urânio, os investigadores avaliaram as razões entre isótopos de oxigénio nas safiras. Isótopos são versões de um átomo com diferentes números de neutrões, e dois deles eram relevantes aqui. O oxigénio‑16, com 8 protões e 8 neutrões, é o isótopo mais leve e a forma mais comum de oxigénio na Terra. O oxigénio‑18, mais pesado, tem 8 protões e 10 neutrões e aparece em maior abundância em minerais da crosta profunda do que em minerais do manto.

Ao comparar essas proporções isotópicas, a equipa concluiu que as safiras da Eifel exibiam assinaturas de oxigénio que podiam ser associadas tanto ao manto quanto à crosta.

Em paralelo, a datação urânio‑chumbo indicou que elas se formaram na mesma época do vulcanismo que as trouxe até à superfície.

O que os resultados indicam sobre a formação na crosta

Em conjunto, os dados apontam que as safiras se originaram na crosta superior, a não mais que 7 quilómetros abaixo da superfície (aprox. 6,9 km; cerca de 4,3 milhas). Parte dessa formação teria ocorrido quando magma do manto derreteu a rocha ao atravessá‑la, transferindo para o coríndon razões isotópicas típicas do manto. Outras safiras teriam surgido quando a fusão permeou a rocha ao redor, desencadeando a formação de safira pelo calor, o que resultou em gemas com proporções isotópicas mais características de uma origem crustal.

"In the Eifel, both magmatic and metamorphic processes, in which temperature changed the original rock, played a role in the crystalization of sapphire," explica o geocientista Sebastian Schmidt, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha.

A pesquisa foi publicada em Contribuições para Mineralogia e Petrologia.