Graphite deposits, burial of organic carbon and the first appearance of complex life forms / Depósitos de grafita, soterramento de carbono orgânico e a primeira aparição das formas de vida complexas

Kinzigitic paragneiss of the Jequitinhonha Complex. Crd = cordierite, Sn = main foliation, JK1 = Outcrop name. From Pacheco et al. (2020)
Kinzigitic paragneiss of the Jequitinhonha Complex under crossed polarizers microscopy. Bt = Biotite, Crd = cordierite, Grt = Garnet, Qz = Quartz, Sil = Sillimanite, Sn = main foliation, JK1 = Outcrop name. From Pacheco et al. (2020)
Cathodoluminescence images of some of the dated zircon grains of the Jequitinhonha Complex. From Pacheco et al. (2020)

Hf isotope diagram of some of the dated zircon grains of the Jequitinhonha Complex. From Pacheco et al. (2020)
Map of the Jequitinhonha Complex area. From Pacheco et al. (2020)
Microscope images of flake graphite from the Jequitinhonha Complex. From Brito et al. (2018)

Graphite is a natural form of carbon crystallized under lower pressures and temperatures than those needed to stabilize diamond. It is a very important mineral resource with applications in the steel industry, as a lubricant, in refractories, paints, oven and brake linings, brushes, batteries, electrodes, pencils, explosives, magnetic tapes, fertilizers and in the making of modern technological materials such as graphene. A rock called kinzigitic paragneiss of the Jequitinhonha Complex in eastern Brazil hosts one of the largest ore provinces of the world, probably reaching more than one billion tons of raw graphite. The graphite deposits come from the metamorphism (changes in mineral structure due to higher pressures and temperatures) of former deep sea fine-grained sediments which were rich in organic carbon.

Recent geochronological (rock dating) data are presented by members of Project MOBILE in a publication in the Journal of South American Earth Sciences, with PhD student Fernando Pacheco as first author. These data indicate that the huge amount of carbon of the Jequitinhonha Complex was buried in a sedimentary basin developed between circa 610 and 550 million years ago, during a time when the Brasiliano mountain ranges were in the process of formation joining the ancient paleocontinents that form the South American and African basement rocks. Could the carbon sequestration be related to the Brasiliano mountains, with rapid erosion of the developing high-relief areas providing a large load of sediments which buried organic carbon?

Burial of large amounts of organic carbon has yet another side effect: It shields carbon from back-reacting with oxygen to form CO2. Thus, the withdrawal of organic carbon from the atmosphere-hydrosphere system liberates larger amounts of free O2, which is essential for the development of complex life forms. Could the sequestration of organic carbon into the Jequitinhonha Complex be related to the first appearance of complex fossil organisms such as Cloudina and Corumbella 550-540 million years ago in the adjoining Bambuí basin?


A grafita é uma forma natural de carbono cristalizada sob pressões e temperaturas mais baixas do que as necessárias para estabilizar o diamante. É um recurso mineral muito importante com aplicações na indústria siderúrgica, como lubrificante, em refratários, tintas, guarnições de fornos e freios, escovas, baterias, eletrodos, lápis, explosivos, fitas magnéticas, fertilizantes e na fabricação de materiais tecnológicos modernos como o grafeno. Uma rocha chamada paragneisse kinzigítico do Complexo Jequitinhonha, no leste do Brasil, abriga uma das maiores províncias minerais do mundo, provavelmente atingindo mais de um bilhão de toneladas de grafita bruta. Os depósitos de grafita provêm do metamorfismo (mudanças na estrutura mineral devido a pressões e temperaturas mais altas) dos antigos sedimentos de grãos finos do fundo do mar, ricos em carbono orgânico.

Dados geocronológicos recentes (datação por rochas) são apresentados por membros do Projeto MOBILE em uma publicação no Journal of South American Earth Sciences, com o aluno de doutorado Fernando Pacheco como primeiro autor. Esses dados indicam que a enorme quantidade de carbono do Complexo Jequitinhonha foi enterrada em uma bacia sedimentar desenvolvida entre 610 e 550 milhões de anos atrás, durante um período em que as cadeias de montanhas Brasiliana estavam em processo de formação unindo os antigos paleocontinentes que formam o embasamento rochoso da América do Sul e da África. Poderia o sequestro de carbono estar relacionado às montanhas Brasilianas, com a rápida erosão das áreas de alto relevo em desenvolvimento proporcionando uma grande carga de sedimentos que enterravam carbono orgânico?

O sequestro de grandes quantidades de carbono orgânico em sedimentos tem ainda outro efeito colateral: impede o carbono de reagir de volta com oxigênio para formar CO2. Assim, a retirada do carbono orgânico do sistema atmosfera-hidrosfera libera grandes quantidades de O2 livre, essencial para o desenvolvimento de formas de vida complexas. O sequestro de carbono orgânico no complexo Jequitinhonha pode estar relacionado à primeira aparição de fósseis de organismos complexos como Cloudina e Corumbella há cerca de 550-540 milhões de anos na bacia Bambuí adjacente?

Ref.: Pacheco, F.E.R.C., Caxito, F.A., Pedrosa-Soares, A.C., Dussin, I., Gonçalves-Dias, T., 2020. Detrital zircon U-Pb and Lu-Hf data for a kinzigitic gneiss (Jequitinhonha Complex, Araçuaí Orogen, SE Brazil) constrain the age of a huge storage of Ediacaran carbon. Journal of South American Earth Sciences, available online 24 June 2020, 102709

Belém, J., 2018. Recursos Minerais de Minas Gerais online – Grafita. CODEMGE/CPMTC.

Brito, H., Piumbini, B. S., da Luz, J. A. M., & Nascimento, E. M. D. (2018). Caracterização e prospecção de grafita do Complexo JequitinhonhaGeologia USP. Série Científica18(1), 67-84.

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