06 – UMA OBSIDIANA DA LAGOA DAS SETE CIDADES DA ILHA DE SÃO MIGUEL, AÇORES, PORTUGAL

Ano 10 (2023) – Número 3 - Obsidiana de Açores Artigos

10.31419/ISSN.2594-942X.v102023i3a6DCP

 

Marcondes Lima da Costa¹

Susana Horta²

Pabllo Henrique Costa dos Santos¹

Glayce Jholy Souza da Silva Valente¹

Dario Carvalho Pinto²

 

¹Instituto de Geociências (PPGG/Universidade Federal do Pará), 66075-110, Belém, Pará, Brasil, marcondeslc@gmail.com

²António Medeiros Almeida 4H 2AB, Rosário, 9560 Lagoa Açores, Portugal, susana.horta@live.com.pt

 

ABSTRACT

An obsidian sample collected in the pyroclastics of the Sete Cidades Volcano, on the island of São Miguel, in the Azores, Portugal, was analyzed mesoscopically, by XRD and SEM/EDS. Its widespread characteristics are compatible with materials found around the world. It is black in color and is magnetic. The sample presents irregular bands of pumice, which undermines the quality of obsidian as a lithic and even gemological artifact. The mineralogical and chemical composition conforms to obsidian formed from rhyolitic to quartz trachytic lavas. The relative higher levels of FeO and TiO2 are worth highlighting, which appear in the form of magnetite, titanomagnetite and even ilmenite, in micrometric to nanometric inclusions, which account for their black color and slight magnetism. Other micrometric to nanometric inclusions are possible alloys of Fe-Cr-Ni and Cu-Zn-Ni and even gold particles, which suggest a slight mafic influence during the acid to alkaline volcanism.

 

 

INTRODUÇÃO

A ilha de São Miguel, ilha pertencente ao arquipélago dos Açores, composta por 9 ilhas, das quais São Miguel é a maior em área e em ocupação demográfica. São ilhas vulcânicas, á excepção da ilha de Santa Maria, ligadas à cordilheira do meio do Atlântico norte. Resultam da tripla junção entre as placas litosféricas norte-americana, eurasiática e núbia (africana) (Ellis et al. 2022).

Na ilha de São Miguel, são reconhecidos cinco sistemas vulcânicos ativos: três vulcões centrais com caldeira (Sete Cidades, Fogo e Furnas) na porção ocidental da ilha separados por dois sistemas de fissuras basálticas (Picos e Congros) e dois sistemas vulcânicos extintos (Povoação e Nordeste) que constituem a parte oriental da ilha (Gaspar et al., 2015a). Em tempos históricos, os vulcões do Fogo e das Furnas entraram em erupção explosiva em 1439/1443, 1563 e 1630, respetivamente, com erupções menores no sistema de fissuras dos Picos em 1563 e 1652 (Gaspar et al., 2015b).

A estratigrafia vulcânica das Sete Cidades, no extremo oeste da ilha, onde recolhemos a amostra para este estudo, compreende dois grupos: o Grupo Inferior, com mais de 36 Ka, composto por lavas basálticas e traquíticas e poucos depósitos piroclásticos (Ellis et al. 2022); o Grupo Superior, que inclui todos os depósitos com idade inferior a 36 ka, compreende seis formações: a Formação Risco (36 ka), Bretanha (29 ka) e Santa Bárbara (16 ka), dominada por piroclásticos intercalados com a Ajuda e Lombas, composta por lavas piroclásticas e basálticas. A Formação das Lagoas é a mais jovem das Sete Cidades, e compreende o Membro Cascalho Negro (16-5 ka), com depósitos de pedras-pomes, cúpulas de lava e depósitos associados ao fluxo de cinzas e blocos, fluxos de lava basáltica e cones de escória e o Membro Pepom (< 5 ka) composto principalmente por depósitos de pedra-pomes traquítica da caldeira, (Ellis et al. 2022).

O vulcão das Sete Cidades fica a cerca de 25 km da capital de São Miguel, a cidade de Ponta Delgada (Fig. 1), e é o vulcão mais ocidental da ilha, com repetidas erupções durante o Holoceno (Ellis et al., 2022). A paisagem dentro e ao seu redor é simplesmente deslumbrante (Fig. 2). Nas suas últimas erupções produziu uma série de Pepom com dezessete depósitos de pedra-pomes traquítica através de aberturas dentro da caldeira. É vidro vesicular equivalente a fragmentos de pedra-pomes e vidro denso equivalente a obsidiana. Enquanto os vidros de pedra-pomes vesiculares eminentemente traquíticos foram investigados por Ellis et al (2022) no seu estudo geoquímico detalhado dos depósitos de Pepom tephra, as obsidianas não foram consideradas. As pedras-pomes são formadas principalmente por feldspatos do tipo anortoclásio e sanidina, além de clinopiroxenos com tendência magnesiana, com inclusões de apatita e óxidos de Fe-Ti, e biotita, também com tendência magnesiana. Os depósitos de Pepom tephra demonstram a evolução máxima dos magmas extravasados mais recentemente nas Sete Cidades (Ellis et al. 2022).

Este trabalho apresenta os resultados mineralógicos e químicos obtidos a partir de uma amostra de fragmento de obsidiana colhido  num aterro rodoviário que corta a encosta íngreme formada por depósitos de pedra-pomes e obsidiana (Fig. 3), na margem da lagoa, formada dentro da cratera do vulcão das Sete Cidades, em cuja periferia está a freguesia com o mesmo nome.

 

 

 

 

MATERIAL E MÉTODOS

A maior amostra, além de várias menores, foi ccolhida em uma estrada secundária às margens da grande lagoa das Sete Cidades, que separa o sopé de uma grande encosta de tefra, constituída basicamente por fragmentos de pedra-pomes e obsidiana numa matriz de material fino (de lodo para areia), cor cinza esbranquiçado (cinzas vulcânicas) (fig. 3). Na praia da lagoa, acumulam-se principalmente fragmentos de pedra-pomes que, devido à sua baixa densidade, são transportados pelas ondas provocadas pelos ventos, até á margem, onde se acumulam parcialmente (Fig. 3 A, B).

A amostra em questão foi descrita mesoscopicamente, sendo que, após a descrição foi extraída uma alíquota para identificação mineralógica por difração de raios X, método do pó (previamente pulverizada em argamassa de ágata).

A análise foi realizada por um difratômetro de raios X Bruker D2 Phaser equipado com ânodo de Cu e filtro de β Ni-k, na Universidade Federal do Pará, Brasil. Utilizou-se o método do pó, portanto, previamente pulverizada em argamassa de ágata. O difratômetro foi regulado na geometria θ-θ de Bragg-Brentano com detector linear Lynxeye. A amostra foi triturada em argamassa ágata e medida no modo de reflexão na faixa de 5° a 70° 2θ com tamanho de passo de 0,02° e tempo de contagem de 38,4s por passo. A caracterização do mineral foi realizada utilizando-se o software HighScore Plus 5.0, com auxílio do banco de dados dos Arquivos de Difração de Pó do International Center for Diffraction Data (ICDD).

Outra pequena alíquota foi subtraída para análise química pontual, por microscopia eletrônica de varredura (MEV), com espectrometria de raios X, por dispersão de energia (EDS.

Para obtenção de imagens e análises químicas semiquantitativas (mapeamento pontual e de área), utilizou-se o Microscópio Eletrônico de Varredura Hitachi TM3000, acoplado a um Espectrômetro de Fluorescência de Raios X (EDS) Energy Dispersive Energy Fluorescence (EDS) Swift ED300, com aceleração de tensão de 5 a 15 kV e, com detector SDD (161 eV-Kα) do Instituto de Geociências da Universidade Federal do Pará. A análise foi realizada sob baixo vácuo, independentemente da amostra estar metalizada ou não.

 

RESULTADOS E DISCUSSÕES

A peça é de cor preta, com fratura clássica de concoidal (fig. 3 C, D), com discreta estrutura de fluxo, na qual se destacam porções esbranquiçadas, parcialmente vesiculares, fibrosas semelhantes a pedras-pomes (fig. 4). Mas, no geral, é compacto e tem uma aparência de vidro perfeita. É levemente ferromagnética.

 

 

A análise mineralógica por DRX mostra claramente a dominância de material amorfo (dorso ondulado), portanto vidro, mas também destaca a presença de anortoclásio, mica (biotita, provavelmente) e quartzo (baixa temperatura) (Fig.5). A mica foi considerada como biotita, por ser o mineral micáceo descrito por Ellis et al (2022) nos fragmentos de pedra-pomes associados nas Sete Cidades.

 

 

As análises micromorfológicas e químicas pontuais obtidas por MEV/EDS mostram que a matriz amorfa é dominada em ordem decrescente por O, Si, Al, Na, K, Fe, Ti e Ca, onde Ti e Ca estão abaixo de 1%. Os álcalis dominantes são Na e K (de 3 a 5% cada), e Fe da ordem de 2% (Tabela 1). Essa composição química corresponde ao domínio da mica anortoclásica e biotita, que se destaca pelos teores de Fe e Ti, além do quartzo restrito, que deve ser imerso como cristais micrométricos na matriz vítrea e, menos frequentemente, como fenocristais. Um exemplo de fenocristal é o anortoclásio ilustrado na figura 6. A composição mineralógica e química mostra que a obsidiana derivou da consolidação da lava com uma composição riolítica, como é o caso da maioria das obsidianas (Ellis et al. 2022). Enxofre e cloro são identificados em algumas texturas de pedra-pomes (fig. 6). Nas próximas figuras 8, 9 e 10, serão apresentados resultados químicos adicionais da matriz, que mostram composição química semelhante. A composição química para a obsidiana estudada, a das Sete Cidades, pode ser comparável àquela apresentada na tabela 2, por Harmon et al (2023), exceto para TiO2 e Fe, não indicadas, podendo ser classificadas ou correlacionadas com lavas riolíticas a quartzotríticas traquíticas. Ferro e titânio podem ser uma contribuição de eventos máficos (basálticos).

 

Tabela 1 – Dados analíticos químicos pontuais de MEV/EDS para a matriz da obsidiana geral, da amostra investigada das Sete Cidades.

Elementos	Peso % (1)	Peso % (2)	Peso % (3)	Peso % (4)	Média	Óxidos média
Oxigénio	51,681	48,236	41,46	45,853	46,81	0,0
Sódio	3,233	5,093	4,28	1,597	3,55	Na2O: 4,76
Magnésio	—	0,292	—	—
Alumínio	7,667	8,454	6,92	7,906	7,74	Al2O3: 14,63
Silício	31,515	31,093	24,67	37,672	31,24	SiO2: 68,85
Cloro	0,263	0,259
Potássio	2,985	4,032	3,24	2,869	3,28	K2O: 3,95
Cálcio	0,301	—	0,27	—
Titânio	0,332	0,353	0,24	0,824	0,44	TiO2: 0,73
Ferro	2,023	2,188	1,72	3,279	2,30	FeO: 2,57

 

Tabela 2 – Composição química da obsidiana de fontes distintas após Harmon et al, (2023). Nd: Não detectado.

Localidades	SiO2	TiO2	Al2O3	MgO	CaO	Na2O	K2O
	73,00	0,27	13,90	0,35	1,25	4,01	4,33
Montanha de vidro	73,10	0,28	14,10	0,38	0,38	3,94	4,35
Vale Longo/Mono-Inyo	77,05	0,07	12,58	0,03	0,44	3,96	4,68
Vale Longo/Mono-Inyo	77,00	0,05	12,90	Nd	0,28	4,14	4,45
Vale Longo/Mono-Inyo	76,90	0,05	12,70	Nd	0,32	4,48	4,49
Montanha Mammoth	70,37	0,33	15,73	0,26	0,77	5,67	4,78
Fluxo de Riacho de Vidro	73,98	0,15	14,07	0,11	0,83	3,97	5,28
Riacho Deadman	70,73	0,37	15,47	0,42	1,34	4,27	4,96
Pico Careca	76,67	0,10	13,30	0,18	0,78	2,31	5,93
Média	74,31	0,19	13,86	<0,38	0,71	4,08	4,81
Média para Sete Cidades	68,85	0,73	14,63	<0,48	<0,42	4,76	3,95

 

As inclusões minerais mais frequentes na matriz obsidiana após análises de MEV/SED são ilmenita e titanomagnetita, que em geral contém Mn e Ni (Fig. 7 e 8), provavelmente imprimindo a cor preta para obsidiana, o que pode ocorrer na forma de nanoinclusões.

Outras inclusões mineralógicas recorrentes são listradas, alinhadas, reticuladas, localmente disformes e com maior volume composto por, Zn e Ni; ou Fe, Cr e Ni na matriz álcali-aluminossilicato, os mesmos observados ao longo de todo o período (Fig. 9). Considerou-se que os primeiros são como uma liga metálica e os segundos como óxidos do tipo magnetita, ou mesmo como uma liga, o que é totalmente possível neste ambiente rochoso. Essas inclusões minerais vêm em tamanhos variados e atingem dimensões nanométricas, respondendo à presença constante de valores de Fe em torno de 2% na matriz. Estes conteúdos em forma de óxidos de ferro são certamente responsáveis pela cor preta da maioria das obsidianas.

Inclusões de óxidos de ferro em obsidianas já foram reconhecidas em estudos microscópicos óticos por Zirkel (1867) que as identificou como magnetita e sesquióxido de Fe, sendo que, alguns pela morfologia designou como trichte (triquitos). Em um artigo recente, Thewalt & Dörfner (2020) estudaram essas inclusões em obsidianas negras, do tipo Mahogany de Glass Buttes (Oregon, EUA). Eles identificaram muitas inclusões do tipo trichte em fios paralelos retos ou curvos, dominados por magnetita, porém, às vezes admitidas como hematita.

Aubin et al. (2023) desenvolveu estudos detalhados sobre microlitos de inclusões de cristais, entre deles os triquitos de Fe provenientes das erupções explosivas-efusivas da erupção do North Mono, Califórnia, EUA. Eles também realizaram estudos experimentais para entender em que estágios de erupção esses microlitos formaram-se. Os referidos estudos foram realizados tanto nos minerais de silicato como nos triquitos.

Eles concluíram que os microlitos estariam na fase de sinterização de cinzas para formar obsidiana ainda dentro do conduto eruptivo sob pressão de voláteis dissolvidos. Embora os triquitos não tenham sido encontrados em nossos exemplares, provavelmente por não terem sido realizadas análises de microscopia ótica, os microlitos em geral foram identificados. Portanto, a obsidiana aqui investigada poderá ter tido um processo de formação similar aos defendidos por Aubin et al. (2023).

 

 

 

 

 

Esqueletos de fenocristais com padrão reticulado e bordas de absorção ou contato também aparecem na matriz de tempos em tempos, nos quais a composição química do corpo (Fig. 10 espectros 4 e 6) é semelhante à do esqueleto e da borda (Fig. 10 espectros 2 e 3), sugerindo que se trata apenas de um grau distinto de cristalização (Fig. 10 espectros 2 e 3), sugerindo que se trata apenas de um grau distinto de cristalização (Fig. 10 espectros 4 e 6) 9), A composição química é a mesma da matriz (Fig. 9 espectro 5), portanto feita de álcali-aluminossilicatos com Fe em torno de 1,5 a 3,0% em peso, como observado em toda esta obsidiana, Também foi encontrada uma rara partícula de ouro (Fig. 10 espectro 1).

 

 

CONCLUSÕES

Embora uma única amostra de obsidiana tenha sido analisada a partir do pacote piroclástico do vulcão das Sete Cidades, as suas características amplamente difundidas são compatíveis com materiais encontrados em todo o mundo. A cor é preta, é clássica, embora obsidianas com outros tons sejam conhecidos e muito apreciados; A fratura concoidal também é típica e ferromagnética. A amostra apresenta bandas irregulares de pedra-pomes, o que compromete a qualidade da obsidiana como artefato lítico e até gemológico. A composição mineralógica e química está em conformidade com a obsidiana formada a partir de lavas riolíticas a quartzotríticas. Destacam-se os níveis relativamente mais elevados de FeO e TiO2, que aparecem na forma de magnetita, titanomagnetita e até ilmenita, em inclusões micrométricas a nanométricas, que explicam sua cor preta e leve magnetismo. Além dessas inclusões micrométricas a nanométricas, existem possíveis ligas de Fe-Cr-Ni e-Zn-Ni e até partículas de ouro, o que sugere uma leve influência máfica (basáltica) durante o vulcanismo ácido a alcalino.

 

Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio dos laboratórios Lamiga e o apoio financeiro ao primeiro autor do CNPQ (Processos números: 442871/2018-0 e 305015/2016-8 e 304967/2022-0).

 

REFERÊENCIAS

Aubin, W.L., Gardner, J.E., Watkins, J.M. and Lloyd, M.H. 2023. Construction of obsidian during explosive-effusive eruptions: insights from microlite crystals in obsidian pyroclasts Front. Earth Sci. 11:1183923. doi: 10.3389/feart.2023.1183923

Ellis, B. S., Pimentel, A., Wolff, J, A., Etter, A., Cortes-Calderon, E. A., Harris, C., Mark, D.F., Neukampf, J., Bachmann, O. 2022, Geochemistry of the Pepom tephra deposits: The most recent intracaldera volc.anism of Sete Cidades volcano, Sao Miguel, Azores. Journal of Volcanology and Geothermal Research 432 (2022) 107673.

https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2022.107673

Gaspar, J,L, Guest, J,E, Queiroz, G, Pacheco, J, Pimentel, A, Gomes, A, Marques, R, Felpeto, A, Ferreira, T, Wallenstein, N, 2015a. Eruptive frequency and volcanic hazards zonation in Sao Miguel Island, Azores, In: Gaspar, J.L., Guest, J.E., Duncan, A.M., Barriga, F.J.A.S., Chester, D.K. (Eds,), Volcanic Geology of Sao Miguel Island (Azores Archipelago), Geological Society, London, Memoirs, vol, 44, pp, 155–166, https://doi.org/10.1144/M44.12

Gaspar, J.L., Queiroz, G., Ferreira, T., Medeiros, A.R., Goulart, C., Medeiros, J. 2015b. Earthquakes and volcanic eruptions in the Azores region: Geodynamic implications from major historical events and instrumental seismicity, In: Gaspar, J.L., Guest, J.E., Duncan, A., Barriga, F.J.A.S., Chester, D.K. (Eds,), Volcanic Geology of Sao Miguel Island (Azores Archipelago), Geological Society, London, Memoirs, vol, 44, pp, 33–49, https://doi.org/10.1144/M44.4.

Harmon, R. S., Throckmorton, C.S., Haverstock, G., Baron, D., Yohe, R.M., Hark, R.R., Knott, J.R., 2023, Connecting Obsidian Artifacts with Their Sources Using Multivariate Statistical Analysis of LIBS Spectral Signatures, Minerals 2023, 13, 1284, https://doi.org/ 10.3390/min13101284.

Thewalt, U. & Dörfner, G. 2020. Die vielfältigen Formen von Magnetiteinschlüssen in Obsidian – Beobachtungen an Material von den Glass Buttes (oregon, USA). Der Aufschluss, Ausgabe 3, Jahrgang 71: 133-143.

Zirkel, E. 1867. Mikroskopische Untersuchungen über die glasigen und halbglasigen Gesteine. Z.Deut.Geol.Ges., 19, 737-802.