GEOLOGIA

11º ano - Unidade 2 (continuação)

Rochas Magmáticas

- Definição de magma: 

O magma é uma substância líquida, constituída, essencialmente por uma mistura de rochas num estado de fusão com percentagem variável de gases. Este "liquido rochoso" ocorre a temperaturas muito elevadas, que rondam entre os 800ºC e 1500ºC. Por vezes, os magmas possuem substâncias sólidas, cuja presença é explicada pelas diferentes temperaturas de fusão dos componentes da mistura, isto é, estes materiais sólidos possuem pontos de fusão mais elevados do que a temperatura a que se encontra o magma.

Os magmas, geralmente, são gerados em locais onde se verifica uma forte atividade tectónica, a exemplo do que acontece em limites de placas convergentes e divergentes. Existem, porém, fenónemos de magmatismo que não ocorrem nestes limites.

A figura abaixo representa a localização das zonas nas quais ocorre a fusão de materiais rochosos, com consequente formação de magmas.

- Composição e classificação dos magmas:

A quantidade de sílica, SiO2, é um importante parâmetro de classificação dos magmas, que permite dividi-los em magmas pobres em sílica, ricos em sílica e magma de composição intermédia.

Magma Basáltico: magma pobre em sílica e ponto de fusão alto (1300ºC).

Magma Andesítico: magma de composição intermédia e ponto de fusão intermédia (1000ºC).

Magma Riolitico: magma rico em sílica e ponto de fusão baixo (800ºC).

- Cristalização e diferenciação dos magmas:

Durante o processo de arrefecimento, em consequência da diminuição da temperatura, tem inicio um processo de cristalização, isto é, formação de cristais de matéria mineral. Se o arrefecimento ocorrer à superfície ou muito perto desta, a velocidade de arrefecimento é elevada e muitas substância não chegam a cristalizar. Pelo contrário, se o arrefecimento for em profundidade ocorre formação sequencial de minerais, possuindo estes estruturas e composição química bem definidas. Matéria magmática residual, isto é, parte do magma que não cristaliza, possui composição química diferente do magma original.

- Cristalização fracionada:

Norman Bowen ao observar o arrefecimento dos magmas, verificou que os minerais não cristalizam todos ao mesmo tempo. Primeiro, cristalizam os minerais de mais alto ponto de fusão , seguidos dos restantes, por ordem decrescente dos respetivos pontos de fusão. Este processo designa-se cristalização fracionada e é um dos processos responsáveis pela diferenciação magmática.

Bowen verificou que os primeiros minerais a formarem-se eram a olivina e a plagiocláse cálcica (anortite). Ao longo do arrefecimento do magma, formavam-se outros minerais e, por isso, o quimismo do magma residual ia-se alterando, relativamente ao magma original, pois muitos dos seus componentes já estavam assimilados na estrutura dos minerais progressivamente formados.

Bowen definiu para um magma original homogéneo e de composição basáltica, uma sequência de formação de minerais designada Série ou Sequência Reacional de Bowen. Esta série é composta por dois ramos:

• ramo da série de reação descontinua ou dos minerais ferro-magnesianos;
• ramo da série de reação continua ou série das plagioclases.

- Os minerais e a matéria cristalina:

Definem-se três tipos de cristais:

• cristal euédrico, se o mineral é totalmente limitado por faces bem desenvolvidas;
• cristal subédrico, se o mineral apresenta faces parcialmente bem desenvolvidas;
• cristal anédrico, se o mineral não apresenta qualquer tipo de faces.

Um cristal pode, então, ser definido como um sólido homogéneo de matéria mineral que, sob condições favoráveis de formação, pode apresentar superfícies planas e lisas, assumindo formas geométricas regulares. Por sua vez, a matéria amorfa ou vítrea caracteriza-se pela ausência de ordenação interna, isto é, as unidades básicas (átomos, iões ou moléculas) que a constituem estão dispostas de uma forma totalmente aleatória.

As propriedades físicas dos minerais estão estritamente relacionadas com a sua composição química, com a natureza dos átomos, dos iões e das moléculas que os constituem, bem como com a sua estrutura interna. 

- Isomorfismo:

As olivinas são minerais cuja composição química pode ser expressa pela fórmula (Fe,Mg)2SiO4. Dada a semelhança de tamanho entre os átomos de ferro (Fe) e os de magnésio (Mg), eles podem substituir-se entre si na estrutura cristalina, de forma parcial ou total. Neste ultimo caso formam-se olivinas puras:

• uma constituída apenas por ferro e sílica - a faialite, Fe2SiO4;
• outra constituída apenas por magnésio e sílica - a forsterite, Mg2SiO4.

Entre estes dois extremos todas as composições são possíveis, sem que, no entanto, ocorram transformações a nível do arranjo e disposição da estrutura cristalina - isomorfismo.

Série isomorfa das Olivinas:

Séria isomorfa das plagioclases:

- Polimorfismo:

Os minerais que apresentam a mesma composição química, mas que possuem uma estrutura interna diferente, designam-se minerais polimorfos - Polimorfismo.

Estrutura cristalina do diamante:

Estrutura cristalina da grafite:

- Características das rochas magmáticas:

Devido à grande diversidade de rochas magmáticas, a sua classificação pode ser efetuada tendo em linha de conta as seguintes características: cor, textura, composição química e mineralógica.

Cor

A cor da rocha está intimamente relacionada com a existência dos minerais mais abundantes na sua composição. Minerais como o quartzo, feldspatos potássicos e as micas brancas designam-se minerais félsicos porque são ricos em sílica e alumínio, pelo que conferem a cor clara à rocha. Minerais como a biotite, piroxenas, anfíbolas e olivinas, porque são ricos em ferro e magnésio, designam-se minerais máficos e atribuem uma cor escura às rochas.

É possível classificar as rochas quanto à sua cor:

• Rochas leucocratas: rochas claras, ricas em minerais félsicos e pobres em minerais máficos;
• Rochas mesocratas: rochas de cor intermédia, nas quais os minerais félsicos e máficos ocorrem em proporções idênticas;
• Rochas melanocratas: rochas escuras, ricas em minerais ferromagnesianos.

Quando as rochas são constituidas exclusivamente por minerais félsicos designam-se por rochas hololeucocratas. 

Quando as rochas são constituidas exclusivamente por minerais máficos designam-se por rochas holomelanocratas.

Textura

É o aspeto geral, microscópio ou macroscópio, de uma rocha, resultante das formas, das dimensões da disposição e do grau de cristalização dos minerais que a constituem. A textura das rochas magmáticas depende, essencialmente, da velocidade de arrefecimento do magma que está na sua origem. Uma rocha tem textura afanítica ou granular quando é constituída por minerais muito pequenos que não se distinguem uns dos outros. Uma rocha tem textura fanerítica ou agranular quando é constituída por minerais maiores, em que estes se distinguem uns dos outros e na maioria dos casos podem identificar-se à "vista desarmada".

Composição química e mineralógica

É com base na percentagem relativa de SiO2 que se classificam as rochas magmáticas em ácidas, intermédias, básicas e ultrabásicas. Quanto maior a percentagem de sílica maior a acidez das rochas.

Dos minerais que constituem as rochas magmáticas, fazem parte dois grupos:

• Minerais essenciais - minerais cuja presença permite caracterizar a rocha e determina a sua designação;
• Minerais acessórios - minerais que não são importantes para designar a rocha e que ocorrem em quantidades diminutas, só visíveis, por vezes, ao microscópio. No entanto podem ser importantes para caracterizar melhor a rocha.

Através da imagem acima, é possível identificar para cada rocha:

• A profundidade de formação;
• A composição mineralógica;
• A percentagem de sílica;
• O desenvolvimento dos cristais;
• A cor.

- Alguns exemplos de rochas magmáticas:

Riolito e Granito

Estas duas rochas podem resultar da solidificação do mesmo tipo de magma, sendo neste caso, do magma riolítico, um magma ricos em sílica e ácido, a exemplo do que acontece num contexto de colisão de duas placas continentais.

• Riolito: textura afanítica ou agranular, consolidação à superfície (rocha magmática extrusiva), rocha leucocrata;
• Granito: textura fanerítica ou granular, consolidação em profundidade (rocha magmática intrusiva), rocha leucocrata.

Basalto e Gabro

Estas duas rochas resultam de magmas com origem no manto. 

• Basalto: textura afanítica ou agranular, consolidação à superfície (rocha magmática extrusiva), rocha melanocrata;
• Gabro: textura fanerítica ou granular, consolidação em profundidade (rocha magmática intrusiva), rocha melanocrata.

Andesito e Diorito

Nos locais onde ocorre a colisão de uma placa continental e de uma placa oceânica, geram-se condições de pressão, de temperatura e de humidade que resultam na formação de um magma que pode formar as duas rochas referidas anteriormente.

• Andesito: textura afanítica ou agranular, consolidação à superfície (rocha magmática extrusiva), rocha mesocrata;
• Diorito: textura fanerítica ou granular, consolidação em profundidade (rocha magmática intrusiva), rocha mesocrata.

Deformação - falhas e dobras

- Comportamento dos materiais - frágil e dúctil:

De acordo com a Teoria da Tectónica de Placas, a litosfera encontra-se fraturada em placas. Estas placas litosféricas, ou tectónicas, podem convergir, divergir ou deslizar entre si, estando as rochas que as compõem sujeitas a fortes estados de tensão. Define-se tensão como a força exercida por unidade de área. Em resposta a um estado de tensão, as rochas deformam-se, fraturando-se e/ou dobrando-se.

O comportamento das rochas durante os processos de deformação permite classificá-las em rochas de comportamento frágil ou rígido e em rochas de comportamento dúctil. As rochas com comportamento frágil, quando sujeitas a estados de tensão, em condições de baixa temperatura e de baixa pressão, fraturam-se. Este tipo de deformação diz-se frágil sendo a causa da formação de falhas superficiais. As rochas com comportamento dúctil, quando sujeitas a estados de tensão, em condições de elevada temperatura e pressão, podem sofrer deformação de forma ou de volume, sem, no entanto, sofrerem fratura.

É de realçar que o comportamento frágil e dúctil de uma determinada rocha depende das condições ambientais, nomeadamente de pressão e de temperatura. A mesma rocha pode ser frágil a pequena profundidade e dúctil a grande profundidade. 

- As falhas:

As rochas deformam-se de acordo com o tipo de forças atuantes. Qualquer tipo de força - compressiva, distensiva ou cisalhante - pode induzir a formação de falhas num regime de deformação frágil. Uma falha é uma superfície de fratura, ao longo da qual ocorreu um movimento relativo entre os dois blocos que separa.

O plano de falha, a direção, a inclinação, o rejeito ou rejecto, o teto e o muro são elementos caracterizadores de uma falha.

Existem três tipos de falhas distintas: 

• Falha normal;
• Falha inversa;
• Falha de desligamento.

- As dobras:

Em condições de deformação compressiva, e em regime dúctil, as rochas podem sofrer dobramento. Uma dobra consiste no encurvamento de uma superfície originalmente plana.

A charneira, os flancos, a superfície axial e o eixo de dobra são elementos caracterizadores da geometria de uma dobra.

A disposição espacial das dobras permite classificá-las em antiforma (concavidade voltada para baixo), sinforma (concavidade voltada para cima) e dobra neutra (concavidade disposta horizontalmente). Uma dobra pode ser ainda classificada em anticlinal e sinclinal. Esta ultima classificação relaciona-se com a idade das rochas que constituem a dobra.

Rochas Metamórficas

- Metamorfismo:

A diagénese e o magmatismo constituem processos extremos de formação de rochas sedimentares e magmáticas, respetivamente. No entanto, existe ambiente intermédio- o ambiente metamórfico. 

O ambiente metamórfico é um ambiente intermédio de formação de rochas. O metamorfismo é o conjunto de adaptações mineralógicas e texturais que as rochas pré-existentes sofrem, quando sujeitas a condições de pressão e temperatura diferentes das que presidiram à sua formação. Estas adaptações mineralógicas e texturais ocorrem no estado sólido, isto é, sem que ocorra a fusão da rocha pré-existente. Com frequência, as rochas metamórficas apresentam-se dobradas, o que sugere que a sua génese ocorreu num estado de deformação dúctil.

Adaptações metamórficas:

- Fatores de metamorfismo:

A metamorfização de rochas pré-existentes, por alteração da sua composição mineralógica e/ou textura, depende do tipo e da intensidade de certos fatores - fatores do metamorfismo - que determinam o grau de instabilidade dessas rochas. Os fatores são a tensão, a temperatura e os fluidos.

Tensão

No interior da Terra, as rochas estão sujeitas a dois tipos de tensão: a tensão litostática e a tensão não-litostática. Sendo o metamorfismo um processo que ocorre na litosfera, as alterações a que uma rocha é sujeita ocorrem sob a influência, pelo menos, da tensão litostática. Este tipo de tensão resulta do peso da massa rochosa suprajacente. Em profundidades superiores a 3 km, a tensão litostática exerce-se igualmente em todas as direções.

A tensão litostática faz diminuir o volume da rocha durante a metamorfização. Assim, nas rochas sujeitas a um aumento progressivo da tensão litostática, os minerais tendem a ocupar menos espaço, pelo que os minerais metamórficos são mais densos, dado os seus átomos e os iões ficarem mais próximos na malha cristalina.

A tensão diz-se não-litostática quando as forças em atuação não são iguais em todas as direções. Forças associadas aos movimentos tectónicos definem diferentes estados de tensão não-litostática ou dirigida.

A tensão dirigida também influencia a textura das rochas metamórficas, passando as mesmas a apresentar foliação. 

Se se aplicarem:

• Tensões de compressão, os minerais orientam-se perpendicularmente à direção da rocha;
• Tensões de cisalhamento, os minerais orientam-se paralelamente à direção da rocha.

Destas tensões resultam rochas metamórficas com textura foliada. Em função do grau de metamorfismo, destacam-se três:

• Clivagem ardorísera;
• Xistosidade;
• Bandado gnáissico.

Temperatura

Pela ação do calor, as ligações químicas que definem a estrutura cristalina dos minerais podem ser alteradas ou quebradas. À medida que a rocha se ajusta à temperatura a que foi submetida, os seus átomos e iões recristalizam segundo novos arranjos, originando minerais estáveis nas novas condições. Quando submetidas a temperaturas superiores a 200ºC (a 10 km de profundidade), as rochas iniciam processos de metamorfismo. Quando as rochas são submetidas a temperaturas da ordem dos 800ºC, inicia-se a transição de metamorfismo para magmatismo.

Fluidos

A composição química e mineralógica das rochas pode ser alterada, significativamente, pela introdução ou remoção de componentes químicos. Os fluidos libertados por um magma podem transportar elementos solúveis em águas quentes sob pressão. A circulação desses fluidos no interior das rochas - circulação intrarrochosa - permite a troca de átomos e iões entre as rochas e o fluido. Desta reação resulta a metamorfização da rocha, por alteração da sua composição química e mineralógica. Por vezes, ocorre a substituição de um mineral por outro, sem que se verifique uma alteração da textura da rocha.

- Rochas metamórficas:

Os minerais das rochas sujeitas a metamorfismo tornam-se instáveis, pelo que se recombinam, formando, por recristalização, novas associações minerais compatíveis com as condições termodinâmicas do novo ambiente. Alguns minerais metamórficos são comuns às rochas ígneas e às rochas sedimentares. Contudo, outros são exclusivos das rochas metamórficas, formando-se em condições de pressão e de temperatura bem definidas, variáveis apenas dentro de limites muito restritos.

As transformações mineralógicas que ocorrem, por recristalização, durante os processos metamórficos podem resultar da:

• Alteração da composição química dos minerais, por circulação de fluidos;
• Instabilidade entre dois ou mais minerais, indutora de reações mineralógicas entre eles, com formação de novos minerais sem que ocorra variação na composição química global da rocha;
• Alteração da estrutura cristalina do mineral, sem variação da composição química (ocorre uma transformação polimórfica).

- Tipos de metamorfismo:

Um dos critérios para classificar o metamorfismo é a extensão da área atingida. Definem-se dois tipos de metamorfismo:

• Metamorfismo local, carácter bastante localizado;
• Metamorfismo regional, afeta extensas áreas.

Metamorfismo local

O metamorfismo de contacto resulta da instalação de um magma, a elevadas temperaturas, no seio de rochas pré-existentes. Estas intrusões magmáticas metamorfizam as rochas circundantes devido à sua elevada temperatura e à libertação de fluidos. A orla de rochas alteradas metamorficamente em torno de uma intrusão magmática designa-se auréola metamórfica. A sua espessura e o seu grau de metamorfismo dependem da temperatura do magma, bem como da dimensão da intrusão e da profundidade a que esta ocorre. 

Nestas auréolas, o efeito dos agentes do metamorfismo de contacto atenua-se com a distância ao corpo magmático, pelo que são constituídas por rochas com diferentes graus de metamorfismo. As rochas metamórficas que se formam no contacto imediato com a intrusão magmática designam-se corneanas, devido ao seu aspeto córneo.

O metamorfismo de contacto também pode ser causado por extrusões magmáticas. Este tipo de metamorfismo é, em regra, de baixo grau, dado que, na superfície da Terra, o arrefecimento das lavas é muito rápido. Neste caso, só as rochas adjacentes à extrusão magmática apresentam metamorfismo.

Neste tipo de metamorfismo o calor e os fluidos emanados pelo magma são os fatores metamórficos dominantes. As rochas deste tipo não apresentam textura foliada.

Metamorfismo regional

Este tipo de metamorfismo é o mais frequente e ocorre em vastas áreas, afetando uma grande extensão de rochas, na sequência de fenómenos tectónicos de larga escala, como por exemplo a colisão de placas litosféricas. O metamorfismo regional deve-se à existência de temperaturas e tensões moderadas a elevadas, bem como à circulação de fluidos. As rochas deste metamorfismo caracterizam-se por sucessivas fases de recristalização e de deformação, devido à ação combinada e crescente das condições de temperatura e de tensão. Porém uma vez ultrapassados certos valores de tensão e de temperatura, as rochas metamórficas iniciam um processo de fusão parcial, designado por anatexia. Este processo ocorre já no domínio denominada ultrametamorfismo, o qual marca a fronteira entre o metamorfismo e o magmatismo.

- Classificação de rochas metamórficas:

Um importante critério de classificação das rochas metamórficas é a foliação. Podemos classificar as rochas metamórficas em dois grandes grupos: as rochas foliadas e as não foliadas. 

As rochas metamórficas sem foliação, à exceção das corneanas, formam-se a partir de rochas pré-existentes constituídas apenas por um único mineral. Por sua vez foliações visíveis tendem a desenvolver-se quando rochas pré-existentes poliminerálicas (constituídas por vários minerais) são submetidas a condições de tensão dirigida e de temperatura crescente.