"A inocente pergunta é a primeira aproximação deum desenvolvimento totalmente novo."

ALFRED NORTH WHITEHEAD

Umarocha é um agregado sólido de minerais queocorre naturalmente. Algumas rochas, como omármore branco, são compostas por apenas um

mineral, nesse caso, a calcita. Certas rochas são compos-tas por matéria não-mineral, onde se incluem materiaisnão-cristalinos, rochas vulcânicas vítreas, obsidiana e pe-dra-pomes' e carvão, que são restos de plantas compacta-dos. Em um agregado, os minerais são unidos de maneiraa manter suas características individuais (Figura 4.1). Oque determina a aparência física de uma rocha? Elas va-riam na cor, no tamanho dos seus cristais ou grãos e nostipos de minerais que as compõem. Ao longo de um cortede estrada, por exemplo, podemos encontrar uma rochaescura composta de vidro vulcânico e cristais de piroxênioe feldspato, partículas que são muito pequenas para serem

vistas a olho nu (Figura 4.2). Perto dali, podemos ver uma rocha acastanhada, commuitos cristais grandes e brilhantes de mica e com alguns grãos de quartzo e feldspa-to. Sobrejacentes a ambas as rochas, podemos ver remanescentes de uma antiga praia:camadas horizontais de rocha marrom-clara que parecem ser compostas por grãos deareia cimentados juntos.

A mineralogia e a textura, bem como outras propriedades, ajudam a determinar oaspecto de uma rocha. A mineralogia é a proporção relativa dos minerais constituin-tes de uma rocha, como você pode recordar do Capítulo 3. A textura é o termo que in-dica os tamanhos e as formas dos cristais e o modo como estão unidos. Esses cristais(ou grãos), que, na maioria das rochas, têm apenas alguns milímetros de diâmetro, sãochamados de grossos, se forem grandes o bastante para serem vistos a olho nu, e defi-nas, caso contrário. A mineralogia e a textura que determinam a aparência de uma ro-cha são, por sua vez, estabelecidas pela origem geológica da rocha - onde e como foiformada (ver Figura 4.2).

A rocha escura do corte de estrada há pouco referido, chamada de basalto, foi for-mada por uma erupção vulcânica. Sua mineralogia e textura dependem da composiçãoquímica das rochas que foram fundidas nas profundezas da Terra. Todas as rochas quese formam pela solidificação de rochas fundidas são chamadas de rochas ígneas.

Rochas ígneas

Rochas sedimentares

Rochas metamórficas

Onde as rochas são encontradas

o ciclo das rochas: interação dos sistemasda tedônica de placas

e do clima 111

O ciclo das rochas e os sistemasterrestres: únicos no sistema solar 113

105

106

108

108

104/ Para Entender a Terra

Rocha (granito)

Feldspato Plagioclásio

\~-----------------------------------------------yr----------------------------------------------_J

Minerais constituintes

QuartzoBiotita

Figura 4.1 Uma rocha é uma ocorrência natural de minerais agregados. [Em sentidohorário, a partir do alto: J. Ramezani; J. Ramezani; José Manuel Sanchis Calvete/Corbis;Martin Miller/Visuals Unlimited; Arthur Hill/Visuals Unlimited; Chip Clark]

A camada de rocha marrom-clara do corte de estrada, umarenito, foi formada pela acumulação de partículas de areia, tal-vez em uma praia, que foram cobertas, soterradas e cimentadasjuntas. Todas as rochas formadas como produtos do soterra-mento de camadas de sedimentos (como areia, lama e conchasde carbonato de cálcio), sejam elas depositadas em terra ou nomar, são chamadas de rochas sedimentares.

A rocha de cor marrom do exemplo do corte de estrada,um xisto, contém cristais de rnica, quartzo e feldspato. Elaformou-se na profundeza da crosta terrestre, em altas tempe-raturas e pressões, que transformaram a mineralogia e a textu-ra de uma rocha sedimentar soterrada. Todas as rochas forma-das pela transformação de rochas sólidas preexistentes sob ainfluência de alta pressão e temperatura são chamadas de ro-chas metamórficas.

A primeira tarefa de um geólogo é entender as proprieda-des da rocha e deduzir sua origem geológica a partir delas.Tais deduções promovem a compreen ão do planeta em quevivemos e fornecem informações importantes sobre as reser-vas de combustível e as soluções de problemas ambientais.Por exemplo, saber que o óleo forma-se em certos tipos de ro-chas sedimentares ricas em matéria orgânica permite-nos ex-plorar novos reservatórios de um modo mais inteligente. Si-milarmente, nosso conhecimento das propriedades das rochasvai nos ajudar a achar novas reservas de outros minerais e fon-tes de energia úteis e economicamente valiosas, como gás,carvão e minérios metálicos.

Entender como as rochas se formam também nos guia naresolução de problemas ambientais. Estará certa rocha pro-pensa aos movimentos do solo provocados por terremotos?Como ela poderia transmitir a água poluída no solo? O arma-zenamento subterrâneo de material radioativo e outros rejei-tos depende da análise da rocha que vai ser usada como reser-vatório.

Este capítulo apresentará uma rápida visão de como osgeólogos, para entender a Terra, interpretam os indícios for-necidos pelas três grandes famílias de rochas: ígneas, sedi-mentares e metamórficas.

Se as rochas são os indícios de muitas coisas que quere-mos saber sobre o nosso planeta, como devemos lidar com ainterpretação delas? Precisamos de uma chave, assim comoos historiadores precisaram da Pedra de Rosetta? para des-vendar o "código" dos hieróglifos egípcios de modo a seremcapazes de ler os registros nos templos e túmulos. O primei-ro passo na procura dessa chave é reconhecer os vários tiposde rochas. O segundo é entender o que suas característicasdizem sobre as condições de superfície e subsuperfície nasquais foram formadas.

Veremos o que a aparência, a textura, a mineralogia e acomposição química de uma rocha revelam sobre como e on-de ela foi formada. Veremos, também, como as amostras derochas encontradas em furos de subsuperfície e nos aflora-mentos podem nos ajudar a reconstruir a história geológica.Por fim, seguiremos o ciclo das rochas - o ajuste de proces-

CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos 1105

Tipo de rocha ematerial-fonte

Processo formadorda rocha Exemplo

íCNEAFusão de rochas nacrosta quente eprofunda e nomanto superior

Cristalização(solidificação demagma ou lava)

SEDIMENTARIntemperismo eerosão das rochasexpostas nasuperfície

Deposição,soterramentoe litlficação

METAMÓRFICARochas sob altastemperaturas epressões nas pro-fundezas da crostae no manto superior

Recristalizaçãoem estadosólido de novosminerais

Figura 4.2 Os minerais e as texturas dos três grandes grupos de rochas são formados emdiferenteslugares da Terra e por diferentes processos. Como conseqüência, os geólogosusamas análises minera lógicas e químicas para determinar as origens das rochas e osprocessos que as formaram. Granito, composto de quartzo, feldspato e cristais de mica. [J.Ramezani]Rocha sedimentar acamada, composta de arenitos. [Breck P.Kent] Esta rochametamórficadobrada e deformada é um gnaisse. [Breck P.Kent]

sosgeológicos que convertem cada tipo de rocha em um dosoutrosdois tipos - e analisaremos como esses processos sãotodoscontrolados pela tectônica de placas e pelo clima.

has ígneasAsrochas ígneas (do latim ignis, "fogo") formam-se pela cris-talizaçãodo magma, uma massa de rocha fundida que se origi-naemprofundidade na crosta e no manto superior. Aí as tempe-raturasalcançam 700°C ou mais, que são necessários para fun-dira maioria das rochas. À medida que um magma esfria lenta-menteno interior da Terra, os cristais microscópicos começamaseformar. Como o magma esfria abaixo da temperatura de fu-são,alguns desses cristais têm tempo para crescer até poucosmilímetrosou mais antes que toda a massa seja cristalizada co-mouma rocha ígnea de granulação grossa. Mas quando o mag-maé extrudido de um vulcão na superfície terrestre, ele esfria esolidifica tão rapidamente que os cristais individuais não têmtempo para crescer gradualmente. Nesse caso, muitos cristaisminúsculos formam-se simultaneamente, e o resultado é umarocha ígnea de granulação fina. Os geólogos distinguem doisgrandes tipos de rochas ígneas com base no tamanho de seuscristais: intrusivas e extrusivas.

Rochas ígneas intrusivasAs rochas ígneas intrusivas cristalizam-se quando o magmaintrude em uma massa de rocha não-fundida em profundidadena crosta terrestre. Cristais grandes crescem enquanto o magmaesfria, produzindo rochas de granulação grossa. As rochas íg-neas intrusivas podem ser reconhecidas por seus cristais gran-des intercrescidos, os quais desenvolvem-se lentamente en-quanto o magma é gradualmente resfriado (Figura 4.3). O gra-nito é uma rocha ígnea intrusiva.

Rochas ígneas extrusivasAs rochas ígneas extrusivas formam-se pelo rápido resfria-mento do magma que chega à superfície por meio de erupçõesvulcânicas. As rochas ígneas extrusivas, como o basalto, são re-conhecidas facilmente por suas texturas vítreas ou de granula-ção fina (ver Figura 4.3).

Minerais comunsA maioria dos minerais das rochas ígneas são silicatos, em par-te porque o silício é muito abundante e em parte porque váriosminerais silicatados fundem-se nas altas temperaturas e pres-sões alcançadas nas partes mais profundas da crosta e do man-

1061 Para Entender a Terra

As rochas ígneas extrusivas são formadasquando o magma extravasa na superfície,onde rapidamente se resfria como cinzavulcânica ou lava e forma cristais minúsculos.

A rocha resultante, como•• __ ..-, este basalto, é finamente

granulada ou tem umatextura vítrea.

As rochas ígneas intrusivas cristalizam-sequando uma rocha fundida intrude massasde rochas não-fundidas na crosta terrestre.

Os cristais grandes crescem duranteo lento processo de resfriamento,produzindo rochas de granulaçãogrossa como o granito, mostradoaqui como exemplo.

Figura 4.3 A formação de rochas ígneas extrusivas (aqui exemplificadas com o basalto)[Chip Clark] e rochas ígneas intrusivas (aqui exemplificadas com o granito) [J. Ramezani].

to. Entre os minerais comuns de silicato encontrados nas rochasígneas estão o quartzo, o feldspato, a mica, o piroxênio, o anfi-bólio e a olivina (ver Quadro 4.1).

..Alguns cristais comuns de rochasígneas, sedimentares e metamórficas

Quadro 4.1

Rochas Rochas Rochasígneas sedimentares metamórficas

Quartzo* Quartzo * Quartzo*

Feldspato* Argilominerais* Feldspato*

Mica* Feldspato* Mica*

Piroxênio" Calcita Granada*

Anfibólio* Dolornita Piroxênio*

Olivina* Gipsita Estaurolita*

Halita Cianita*

O asterisco indica que o mineral é um silicato.

'has sedimentares

Os sedimentos, precursores das rochas sedimentares, são en-contrados na superfície terrestre como camadas de partículassoltas, como areia, silte e conchas de organismos. Essas parti-culas formam-se na superfície à medida que as rochas vão sen-do alteradas e erodidas. O intemperismo são todos os proces-sos químicos e físicos que desintegram e decompõem as rochasem fragmentos de vários tamanhos. As partículas das rochasfragmentadas são, então, transportadas pela erosão, que é oconjunto de processos que desprendem o solo e as rochas,transportando-os para os locais onde são depositados em cama-das de sedimentos (Figura 4.4). O intemperismo e a erosãoproduzem dois tipos de sedimentos:

• Sedimentos elásticos, que são partículas depositadas fisi-camente, como os grãos de quartzo e feldspato derivados deum granito alterado. (elástico é derivado da palavra gregaklastos, "quebrado".) Esses sedimentos são depositados pelaágua corrente, pelo vento e pelo gelo e formam camadas deareia, silte e cascalho.

• Sedimentos químicos e bioquímicos, que são substânciasquímicas novas que se formam por precipitação quando algunsdos componentes das rochas dissolvem-se durante o intemperis-mo e são carregados pelas águas dos rios para o mar. Entre essessedimentos incluem-se as camadas de minerais como a halita(cloreto de sódio) e a calcita (carbonato de cálcio, freqüenternen-te encontrado na forma de recifes e conchas).

CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos 11 07

o SISTEMA TERRA

SISTEMADO

CLIMA

... e depositadas como camadas desedimento no solo ou na água, ...

... onde elas formam camadasparalelas ou estratificação.

Os sedimentos soterradoslitificam-se pelacompactação e cimentação.

Os sedimentos elásticos sãocompostos por partículasdepositadas de areia, siltee cascalho.

Os sedimentos químicos ebioquímicos são precipitadosno mar ou compostos porrecife de corais e conchas.

Do sedimento à rocha sólidaAlitificaçãoé o processo que converte os sedimentos em rochasólida,e isso ocorre de uma das seguintes maneiras:

• Porcompactação, quando os grãos são compactados pelo pe-sodosedimento sobreposto, formando uma massa mais densaqueaoriginal.

• Porcimentação, quando minerais precipitam-se ao redor daspartículasdepositadas e agregam-nas umas às outras.

Os sedimentos são compactados e cimentados depois de se-remsoterrados sob mais camadas de sedimentos. Dessa manei-ra,o arenito é formado por litificação de partículas de areia e ocalcário,pela litificação de conchas e de outras partículas decarbonatode cálcio.

Camadasde sedimentosOs sedimentos e as rochas sedimentares são caracterizados pe-laestratificação, a formação continuada de camadas paralelasdesedimentos à medida que as partículas depositam-se no fun-dodo mar, de um rio ou da superfície do terreno. Pelo fato de

Figura 4.4 O intemperismo desintegra a rocha em partículasmenores, que são carregadas morro e rio abaixo pela erosão,sendo depositadas como camadas de sedimentos ao longo dasmargens continentais. Outro tipo de sedimento é produzidopor precipitação bioquímica, como a formação dos recifes decorais. Enquanto as camadas acumulam-se e vão sendogradualmente soterradas, elas litificam, endurecendo até viraruma rocha sedimentar. (Esquerda) Arenito Iaminado [Breck P.Kent]; (direita) calcá rio fossilífero [Peter Kresan].

as rochas sedimentares serem formadas por processos superfi-ciais, elas cobrem grande parte dos continentes e do fundo dosoceanos. A maioria das rochas encontradas na superfície ter-restre é sedimentar. Todavia, o volume dessas rochas é menorque o das rochas ígneas e metamórficas - que constituem oprincipal volume da crosta -, pois dificilmente são preservadas(Figura 4.5).

Minerais comunsOs minerais comuns dos sedimentos elásticos são os silicatos,porque eles predominam nas rochas que são alteradas para for-mar as partículas sedimentares (ver Quadro 4.1). Os mineraismais abundantes nas rochas sedimentares elásticas são o quart-zo, o feldspato e os argilominerais.

Os minerais mais abundantes nos sedimentos precipitadosquímica ou bioquimicamente são os carbonatos, como a calei-ta, o principal constituinte do calcário. A dolomita, também en-contrada no calcário.ié um carbonato de magnésio e cálcio for-mado por precipitação durante a litificação. Dois outros sedi-mentos químicos - a gipsita e a halita - formam-se por precipi-tação quando a água do mar evapora.

1081 Para Entender a Terra

RochasÁrea da superfície terrestre

DOs sedimentos e as rochassedimentares cobrem a maiorparte da superfície dos t-.----'I-continentes e do fundo dosoceanos ...

fi ...mas são de difícilpreservação quandocomparados com as rochasígneas e metarnõrficas, queconstituem a maior parte dovolume da crosta.

Volume da crosta

Figura 4.5 Os sedimentos e as rochas sedimentares cobrem amaior parte da superfície dos continentes e do fundo dos oceanos.

chas metamórficas

As rochas metamórficas têm seu nome derivado das palavrasgregas que significam "mudança" (meta) e "forma" (morphe).Essas rochas são produzidas quando as altas temperaturas epressões das profundezas da Terra atuam em qualquer tipo derocha - ígnea, sedimentar ou outra rocha metamórfica - paramudar sua mineralogia, textura ou composição química - em-bora mantendo sua forma sólida. As temperaturas do meta-morfismo estão abaixo do ponto de fusão das rochas (aproxi-madamente 700°C), mas são altas o bastante (acima de250°C) para as rochas modificarem-se por recristalização epor reações químicas.

Metamorfismo regional e de contatoO metamorfismo pode ocorrer numa área extensa ou, pelo con-trário, limitada (Figura 4.6). O metamorfismo regional ocorreonde as altas pressões e temperaturas estendem-se por regiõesamplas, o que acontece onde as placas colidem. O metamorfismoregional acompanha as colisões das placas, resultando na forma-ção de cadeias de montanhas e no dobramento e fraturamentodas camadas sedimentares que até então eram horizontais. Ondeas temperaturas altas restringem-se a áreas pequenas, como asrochas que estão perto ou em contato com uma intrusão, as ro-chas são transformadas por metamorfismo de contato.

Muitas rochas metamorfizadas regionalmente, como os xis-tos, têm uma foliação característica, isto é, superfícies ondula-das ou planares produzidas quando a rocha foi deformada es-

truturalmente por dobras. As texturas granulares são mais típi-cas da maioria das rochas de metamorfismo de contato e de cer-tas rochas de metamorfismo regional formadas por ternperatu-ra e pressão muito altas.

Minerais comunsOs silicatos são os minerais mais abundantes das rochas metamór-ficas, pois as rochas parentais também são ricas nesses minerais(ver Quadro 4.1). Os minerais típicos das rochas metamórficassão o quartzo, o feldspato, a rnica, o piroxênio e os anfibólios (osmesmos silicatos também característicos das rochas ígneas). Mui-tos outros silicatos - como a cianita, a estaurolita e algumas varie-dades de granadas - são exclusivos das rochas metamórficas. Es-ses minerais formam-se sob condições de alta pressão e tempera-tura na crosta e não são característicos das rochas ígneas. Eles sãotambém bons indicadores do metamorfismo. A calcita é o princi-pal mineral dos mármores, os quais são caleários metamorfizados.

As trajetórias de pressão-temperatura-tempoA tectônica de placas produz metamorfismo de contato regio-nal, um processo dinâmico no qual os volumes de rocha sãosubmetidos a mudanças de condições de pressão e temperaturaao longo do tempo. Conseqüentemente, as rochas metamorfiza-das regionalmente contêm assembléias minerais distintivas, nasquais as mais antigas são substituídas por assembléias posterio-res. Tais rochas registram, dessa forma, os regimes de pressão etemperatura que mudam com o tempo. As trajetórias de presosão-temperatura-tempo são gravadas não somente por mu-danças nas assembléias minerais, mas também por mudançasnas composições químicas dos minerais presentes. As trajetó-rias metamórficas de pressão-temperatura-tempo serão discuti-das em detalhe no Capítulo 9.

'{

~~Q~e as rochas são encontradas

As rochas não são encontradas na natureza convenientementedivididas em corpos separados - ígneas aqui, sedimentares ali emetamórficas em um outro lugar. Em vez disso, nós as encon-tramos dispostas segundo os padrões determinados pela histó-ria geológica de uma região. Os geólogos mapeiam esses pa-drões tanto em superfície como suas projeções em profundida-de e tentam deduzir o passado geológico da variedade e da dis-tribuição das rochas presentes.

Se fôssemos fazer uma perfuração em algum ponto da Ter-ra, encontraríamos rochas que representam a história geológicadaquela região. Nos primeiros poucos quilômetros superficiaisde muitas regiões, provavelmente seriam encontradas apenasrochas sedimentares. Perfurando mais fundo, talvez 6 a 10 kmpara baixo, normalmente penetraríamos em uma área subjacen-te de rochas ígneas e metamórficas mais antigas.

Na verdade, milhares de sondagens relativamente rasas fo-ram perfuradas nos continentes na procura por óleo, água e re-cursos minerais. Essas sondagens são as maiores fontes de in-formação, principalmente sobre as rochas sedimentares e suahistória. Na busca por mais dados na crosta continental pro-funda, os governos de vários países - incluindo os Estados

Crostacontinental

Litosferacontinental----<,

o metamorfismo de ultra-altapressão ocorre na litosferacontinental profunda e nacrosta oceânica.

o metamorfismo de contatoocorre em áreas limitadasonde a intrusão magmáticametamorfiza a rocha vizinhapela ação do calor, formandoos cornubianitos.

CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos 11 09

Fossa

~Crosta oceânica

} <, l.itosfer oceãnic

o metamorfismo regionalocorre onde altas pressões etemperaturas estendem-se porvastas regiões.

o metamorfismo de altapressão e baixa temperaturaocorre onde há subducção decrosta oceânica na bordaprincipal de uma placacontinental.

Figura 4.6 As rochas metamórficas formam-se sob quatro condições principais. Os exemplos de rochasmostrados aqui são (da esquerda para a direita): comubianitos [Biophoto Associates/Photo Researchers],eclogito [Julie Baldwin], micaxisto [John Grotzinger] e xistos azuis [Mark Cloos].

Unidos, a Alemanha e a Rússia - realizaram perfurações mui-to profundas nos continentes. O furo mais profundo, na Rús-sia, tem mais de 12 km, excedendo a profundidade de qual-quer furo comercial.

Uma grande parte de nosso conhecimento sobre as rochasdo fundo oceânico vem de centenas de sondagens perfuradaspelo Projeto de Perfuração em Mar Profundo= um programaemandamento para perfurar o fundo do mar em toda a parte embusca de informações geológicas. Esse projeto iniciou nos Es-tados Unidos no final da década de 1960, ao mesmo tempo emque a teoria da tectônica de placas varreu a comunidade geoló-gica. Atualmente, é um empreendimento internacional (o Pro-grama de Perfuração Oceânica") continuado com a cooperaçãodos maiores países marítimos.

Mesmo com todas essas fontes de informações sobre o quefica abaixo da superfície terrestre, os geólogos continuam aconfiar nas rochas expostas em afloramentos, lugares onde o

substrato rochoso - a rocha subjacente aos materiais soltos nasuperfície - está exposto (Figura 4.7). Os afloramentos variamde região para região, pois exemplificam a estrutura geológicada Terra em um ponto específico. Em uma viagem pela Améri-ca do Norte, deveríamos percorrer muitos tipos de afloramen-tos (Figura 4.8). Começando pelo Pacífico, encontraríamos fa-lésias à beira-mar desde o México até o Canadá (Figura 4.8a).Entre a Costa Oeste e a encosta de barlavento das MontanhasRochosas, as quais se estendem desde o Novo México (EUA),no sul, até Alberta, no Canadá (Figura 4.8b), são abundantes osafloramentos de todos os tipos de rochas, seja em cânions emontanhas, seja nos penhascos das regiões montanhosas relati-vamente secas dessa região, que representam uma terça parteda superfície do continente norte-americano.

Desde as Montanhas Rochosas, no oeste, até os MontesApalaches, no leste, a paisagem é dominada pelas planícies epradarias do Meio-Oeste dos Estados Unidos'' e pelas Provín-

~ Para Entender a Terra

Afloramento

Figura4.7 Os afloramentos são lugares onde a rocha fresca - arocha subjacente aos materiais da superfície soltos, como solo ematacões - está exposta.

cias das Pradarias do Canadá." Nessa região, os afloramentossão escassos, pois a maioria das rochas sedimentares expostasestá coberta por solo e sedimentos depositados pelos rios, comoo Missouri e seus tributários. Aqui, os afloramentos ocorremem morros baixos e vales suaves (Figura 4.8c).

As planícies costeiras atlânticas cobrem a região sudestede Nova Jersey até as Carolinas e a Georgia, a leste, e o Texas,a Louisiana, o Mississipi e o Alabama, ao sul. Aqui, as rochassedimentares pouco litificadas e relativamente macias estãoexpostas em afloramentos similares àqueles das Grandes Pla-nícies. Boas exposições podem ser encontradas em tabuleirosocasionais ao longo da linha costeira. Mais ao sul, na Flórida,afloramentos de calcário podem ser encontrados em montesbaixos e ao longo do arquipélago conhecido como Ilhas Fló-rída? (Figura 4.8d). Para o norte, os afloramentos tornam-semais numerosos ao alcançarmos os Montes Apalaches. Napaisagem montanhosa e escarpada da Nova Inglaterra'' e dasProvíncias Atlânticas do Canadá.? podemos encontrar bonsafloramentos, com as melhores exposições dispostas ao longoda linha costeira. Nesse clima mais úmido, a maioria das ro-chas das partes baixas é coberta por vegetação abundante esolo; todavia, existem muitos afloramentos ao longo dos pe-nhascos e das bordas, especialmente nas partes mais altas dascristas e das montanhas (Figura 4.8e).

I!II Vales suaves em Wisconsin

DI Montanhas Shawangunk

Como esse registro de viagem indica, a presença e os tiposdeafloramentos dependem da natureza da paisagem, a qual, porsuavez, depende da estrutura geológica da região, da sua histó-riae do seu clima atual. Nos próximos capítulos, exploraremoscommaior detalhe como os tipos de rochas estão relacionadoscomas estruturas geológicas (Capítulo 10) e com as paisagens(Capítulo19). Agora, entretanto, voltaremos para o ciclo das ro-chas,o qual - em combinação com a tectônica de placas - reve-lacomo os três grupos de rochas estão inter-relacionados e co-moeles se refletem na estrutura e na história geológicas.

1

M"'1'i',,"" cio das rochas: interação dosstemas da tectônica de placas e

do clima

o ciclo das rochas é o resultado das interações de dois dentre ostrêssistemas fundamentais da Terra: o sistema da tectônica deplacase o sistema do clima. Controlados pelas interações des-ses dois sistemas, materiais e energia são trocados entre o inte-riorda Terra, a superfície terrestre, os oceanos e a atmosfera.Porexemplo, a fusão de placas litosféricas em subducção e aformaçãode magma resultam de processos operantes dentro dosistemada tectônica de placas. Quando essas rochas fundidasextravasam,matéria e energia são transferi das para a superfícieterrestre,onde o material (as rochas recém-formadas) é subme-tidoao intemperismo pelo sistema do clima. O mesmo proces-soinjeta cinza vulcânica e o gás dióxido de carbono nas por-çõessuperiores da atmosfera, onde eles podem afetar todo oclimamundial. À medida que muda o clima global, talvez fi-candomais quente ou mais frio, também muda a taxa de intem-perismoda rocha, o que, por sua vez, influencia a taxa com queomaterial (sedimento) retoma para o interior da Terra.

A idéia da Terra como um sistema ainda não havia sido pro-postaquando o escocês James Hutton descreveu o ciclo das ro-chas,em uma apresentação oral em 1785, na Sociedade Real deEdinburgo.!" Dez anos depois, ele apresentou o ciclo em maiordetalheem seu livro Teoria da Terra, com provas e ilustrações.Comogeralmente acontece na história da ciência, outros cientis-tas - tanto da Inglaterra como do continente europeu - tambémreconheceramos elementos da natureza cíclica da mudança geo-lógica.O papel de Hutton foi o de sintetizar isso: ele apresentouogrande cenário que nos possibilitou entender o processo.

Daremos atenção aqui a um ciclo em particular, reconhe-cendo que esses ciclos variam com o tempo e com o lugar.

CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos ~

Começaremos com um magma na profundeza da Terra, ondeas temperaturas e as pressões são altas o suficiente para fun-dir qualquer tipo de rocha: ígnea, metamórfica ou sedimentar(Figura panorâmica 4.9). Hutton chamou a fusão das rochasna profundeza da crosta de episódio plutônico, em referênciaa Plutão, o deus romano do mundo subterrâneo. Agora, refe-rimos todas as intrusões ígneas como rochas plutônicas, en-quanto as extrusivas são conhecidas como rochas vulcâni-cas. Quando uma rocha preexistente se funde, todos os seuscomponentes minerais são destruídos e seus elementos quí-micos são homogeneizados, resultando em um líquido aque-cido. À medida que o magma esfria, cristais de novos mine-rais crescem e formam novas rochas ígneas. A fusão e a for-mação de rochas ígneas ocorrem preferencialmente ao longodas bordas colisionais ou divergentes das placas tectônicas,bem como em plumas mantélicas, como será visto nos próxi-mos capítulos.

O ciclo começa com a subducção de uma placa oceânica emuma placa continental. As rochas ígneas que se formam nasbordas onde as placas colidem, juntamente com as rochas sedi-mentares e metamórficas associadas, são então soerguidas paraformar uma cadeia de montanhas à medida que uma secção decrosta terrestre dobra-se e deforma-se. Os geólogos chamamesse processo, o qual inicia com a colisão de placas e finalizacom a formação de montanhas, de orogenía.!' Após o soergui-mento, as rochas da crosta que recobrem as rochas ígneas soer-guidas são vagarosamente meteorizadas. O intemperismo criaum material desagregado, que, então, a erosão espalha para lon-ge, expondo a rocha ígnea à superfície.

As rochas ígneas assim expostas sofrem intemperismo emudanças químicas ocorrem em alguns minerais. Os mineraisde ferro, por exemplo, podem "enferrujar" para formar óxidos.Os minerais de alta temperatura, como os feldspatos, podemtomar-se minerais argilosos de baixa temperatura. Os minerais,como o piroxênio, podem dissolver-se completamente à medi-da que as chuvas caem sobre eles. O intemperismo das rochasígneas produz novamente vários tamanhos e tipos de detritos derochas e material dissolvido, que são carregados pela erosão.Alguns desses materiais são transportados no terreno pela águae pelo vento. Muitos dos detritos são transportados pelos córre-gos para os rios e, por fim, para o oceano. No oceano, os detri-tos são depositados como camadas de areia, silte e outros sedi-mentos formados a partir de material dissolvido, tal como ocarbonato de cálcio das conchas.

Os sedimentos depositados no mar, assim como aqueles de-positados no continente pela água e pelo vento, são soterradospor sucessivas camadas de sedimentos, onde litificam vagaro-

Figura 4.8 Afloramentos encontrados na América do Norte. (a) Falésias rochosas na costa oeste noCabo Kiwanda, Oregon. Falésias costeiras como estas proporcionam fácil acesso à rocha fresca para ogeólogo. [Fred Hirschmann] (b) As montanhas espetaculares das Rochosas do Canadá fornecem tanto ageólogos quanto a alpinistas a oportunidade de estudar as rochas. [D. Robert Franz and LorriFranz/Corbis] (c) Os vales suaves de Wisconsin são o local favorito dos geólogos do Meio-OesteSetentrional. [David Dvorak, Jr.] (d) Montanhas de Shawangunk, em Nova York. Embora essas montanhassejam antigas (parte da cadeia dos Montes Apalaches), excelentes afloramentos de rocha fresca ocorremnasvertentes íngremes. [Carr Clifton] (e) Na Flórida (EUA), alguns dos melhores afloramentos ocorremnas Ilhas Flórida, que têm recifes antigos expostos nas suas porções centrais. [Robert N. Ginsburg].

~ Para Entender a Terra

A subducção de uma placa oceãnicaem uma placa continental soergueuma cadeia de montanhas vulcânicas.

o SISTEMA TERRA

o CICLO DAS ROCHAS É A INTERAÇÃO DOS SISTEMAS DA TECTÔNICA DE PLACAS E DO CLIMA

SISTEMADO

CLIMA

SISTEMADA~TECTÔNICADE PLACAS

(a)

Crosta continental /

Litosfera continental ~

I Fusões subseqüentes ou a subducçãode outra placa oceânica recomeçamo ciclo.

À medida que uma rocha sedimentar ésoterrada em maiores profundidadesna crosta, ela torna-se mais quente emetamorfiza-se. As rochas ígneastambém podem metamorfizar-se.

Ao longo das margens tectonicamenteativas, por exemplo, onde os continen-tes colidem, as rochas são soterradasou comprimidas por pressão extrema,em um processo chamado orogenia.

Rocha sedimentar

fJO soterramento éacompanhado desubsidência, que é oafundamento da crostada Terra.

Subsidência

~Crosta oceânica

A placa que subducta funde-se à medidaque mergulha. O magma ascende daplaca fundida e do manto e extravasa-secomo lava ou intrude-se na crosta.

O magma esfria para formar as rochasígneas: as rochas vulcânicas cristalizam domagma ou da lava extrudida; e as rochasplutõnicas cristalizam das intrusõessubterrâneas.

Magma

As montanhas soerguidas forçam o arcarregado de umidade a ascender,esfriar, condensar e precipitar.

A precipitação, o congelamento e odegelo criam material solto - sedimento -que é carregado pela erosão ...

... e é transportado para o oceano por rios, ondeé depositado como camadas de areia e silte. Ascamadas de sedimentos são soterradas e sofremlitificação, tornando-se rochas sedimentares.

samentepara formar as rochas sedimentares. O soterramento éacompanhadode subsidência - uma depressão ou afundamen-todacrosta terrestre. Enquanto a subsidência continua, cama-da adicionaisde sedimentos vão sendo acumuladas.

Emalgunscasos - por exemplo, ao longo das margens ativasdasplacastectônicas -, a subducção força as rochas sedimenta-resa descerem progressivamente a maiores profundidades (verFigura4.6).À medida que a rocha sedimentar litificada é soterra-daaprofundidadesmaiores da crosta, fica mais quente. Quandoaprofundidadeexcede a 10 km e as temperaturas ficam maioresque300°C,os minerais da rocha ainda sólida começam a setransformarem novos minerais, os quais são mais estáveis nas al-tastemperaturase pressões das partes mais profundas da crosta.O processoque transforma as rochas sedimentares em rochasmetamórficasé o metamorfismo. Com mais calor, as rochas po-demfundir-see formar um novo magma, a partir do qual as ro-chasígneasirão cristalizar, recomeçando o ciclo.

Comovisto anteriormente, essa série de processos é ape-nasumavariação entre muitas que podem ocorrer no ciclo dasrocha. Qualquer rocha - metamórfica, sedimentar ou ígnea-podeser soerguida durante uma orogênese e meteorizada eerodidapara formar novos sedimentos. Certos estágios podemseromitidos, por exemplo: quando uma rocha sedimentar ésoerguidae paulatinamente erodida, o metamorfismo e a fu-sãonãoacontecem. Os estágios podem, também, estar fora deseqüência,como no caso de uma rocha ígnea formada no in-teriorque é metamorfizada depois de ser soerguida. Também,comosabemos das sondagens profundas, certas rochas íg-neas,localizadas a muitos quilômetros de profundidade nacrosta,podem nunca ser soerguidas ou expostas ao intempe-rismoe à erosão.

O ciclodas rochas nunca tem fim. Está sempre operando emdiferentesestágios em várias partes do mundo, formando e ero-dindomontanhas em um lugar e depositando e soterrando sedi-mentosem outro. As rochas que compõem a Terra sólida são re-ciciadascontinuamente, mas só podemos ver as partes do cicloqueocorrem na superfície e, portanto, devemos deduzir a reei-c1agemda crosta profunda e do manto por evidências indiretas.

Umprocesso que os geólogos não percebiam no tempo deHuttoné o intemperismo do fundo oceânico ou o metassoma-tismo,o qual foi reconhecido apenas após a descoberta da tec-tônicade placas. Os processos envolvem mudanças químicasentrea água do mar e o fundo submarino nas cadeias mesoceâ-nicas.Esse processo suplementa de forma significativa o retor-nodeelementos importantes para o interior da Terra, que é cau-sadopelo intemperismo comum de superfície. Se o metassoma-tismodo fundo submarino não ocorresse, as composições quí-micasdo oceano e da atmosfera seriam bem diferentes.

CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos ~

~

qclo das rochas e os sistemasrestres: únicos no sistema solar

O ciclo das rochas que acabamos de descrever é exclusivo daTerra porque o sistema da tectônica de placas e o do clima sãodiferentes daqueles que ocorrem em outros planetas terres-tres. Não há rochas sedimentares na Lua e em Vênus, porexemplo, pois eles não têm hidrosfera nem atmosfera e seusclimas são profundamente diferentes do nosso. Todas as ro-chas encontradas na superfície de Vênus foram afetadas e mo-dificadas de vários modos pejas altas temperaturas e pela at-mosfera rica em ácido sulfúrico, que caracteriza seu clima at-ual. A falta de água na superfície e a fina atmosfera deste pla-neta nos permitem dizer que o intemperismo e a erosão atualem Marte seguem uma rota diferente daquela que acontece naTerra. Esses exemplos mostram como os sistemas básicos esuas interações, que caracterizam um planeta, controlam omodo como esse planeta funciona.

Com essa introdução ao mundo das rochas, estamos pron-tos para começar a estudá-Ias. Nos Capítulos 5 e 6, veremos aorigem geológica dos magmas e os tipos de rochas ígneas quese formam a partir da cristalização deles, um quadro mais de-talhado do funcionamento da tectônica de placas e a dinâmicados vulcões e de suas erupções. Nos Capítulos 7 e 8, explora-remos o intemperismo, as características das partículas sedi-mentares e os modos por meio dos quais diversos sedimentose rochas sedimentares são produzidos. Completaremos nossasconsiderações sobre as rochas no Capítulo 9, examinando co-mo a alta temperatura e a pressão afetam as rochas preexisten-tes e como o metamorfismo se relaciona com a tectônica deplacas e a orogênese.

I RESUMO

o que determina as propriedades dos vários tipos de rochasque se formam nas profundezas e na superfície da Terra? Amineralogia (os tipos e proporções de minerais que constituema rocha) e a textura (os tamanhos, as formas e o arranjo espacialde seus cristais ou grãos) definem uma rocha. A mineralogia ea textura de uma rocha são determinadas pelas condições geo-lógicas sob as quais foi formada, incluindo a composição quí-mica, seja nas várias condições de alta temperatura e pressão dointerior da Terra, seja na superfície, onde as temperaturas e aspressões são baixas.

Figurapanorâmica 4.9 O ciclo das rochas, como proposto por James Hutlon há mais de 200anos.Asrochas submetidas ao intemperismo e à erosão formam sedimentos, os quais se depositam,sãosoterrados e litifrcam.Após o soterramento profundo, as rochas sofrem metamorfrsmo, fusão ouambos.Por meio da orogênese e dos processos vulcânicos, elas são soerguidas, para serem, então,

rrovamenterecicladas. [tgnea (granito): J. Ramezani. Metamórfica (gnaisse): Breck P.Kent. Sedimentar(arenito): Breck P.Kent. Sedimento (areia e cascalho): RexElliot]

~ Para Entender a Terra

Quais são os três tipos de rochas e como eles se formam? Asrochas formam-se por cristalização dos magmas ao resfriarem-se. As rochas ígneas intrusivas formam-se no interior da Terra etêm cristais grandes. As rochas ígneas extrusivas, as quais se for-mam na superfície, onde as lavas e cinzas extravasam de vulcões,têm uma textura vítrea ou granular fina. As rochas sedimentaresformam-se pela litificação de sedimentos após serem soterrados.Os sedimentos são derivados do intemperismo e da erosão dasrochas expostas na superfície terrestre. As rochas metamórficasformam-se por alteração no estado sólido de rochas ígneas, sedi-mentares ou outras rochas metamórficas que são submetidas a al-tas temperaturas e pressões no interior da Terra.

Como o ciclo das rochas descreve a formação destas comoprodutos dos processos geológicos? O cicIo das rochas rela-ciona os processos geológicos para a formação de cada um dostrês tipos de rocha a partir dos outros. Podemos ver os proces-sos iniciando em qualquer ponto do cicIo. Começamos com aformação das rochas ígneas pela cristalização do magma no in-terior da Terra. As rochas ígneas são, então, soerguidas para asuperfície no processo de formação de montanhas. Aí, elas sãoexpostas ao intemperismo e à erosão, que produzem sedimen-tos. Os sedimentos são levados de volta para as profundezas daTerra por soterramento e litificam para formar uma rocha sedi-mentar. O soterramento profundo leva ao metamorfismo ou fu-são e, nesse ponto, o cicIo recomeça. A tectônica de placas é omecanismo que faz o cicIo operar.

I Conceitos e termos-chave

• afloramento (p. 107)

• ciclo das rochas (p. 109)

• erosão (p. 104)

• estratificação (p. 106)

• foliação (p. 108)

• intemperismo (p. 106)

• litificação (p. 107)

• metamorfismo de contato(p. 108)

• metamorfismo regional (p. 108)

• mineralogia (p. 103)

• orogenia ou orogênese (p. I I I)

• rocha (p. 103)

• rocha ígnea (p. 103)

• rocha ígnea extrusiva (p. 105)

• rocha ígnea intrusiva (p. 105)

• rocha metamórfica (p. 104)

• rocha plutônica (p. 111)

• rocha sedimentar (p. 106)

• rocha vulcânica (p. 111)

• sedimento (p. 106)

• sedimento elástico (p. 106)

• sedimento químico e bioquí-mico (p. 106)

• subsidência (p. 113)

• substrato rochoso (p. 109)

• textura (p. 103)

• trajetória de pressão-tempera-tura-tempo (p. 108)

I Exercícios

1. Quais são as diferenças entre rochas ígneas extrusivas e intrusivas?

2. Quais são as diferenças entre metamorfismo regional e de contato?

3. Quais são as diferenças entre rochas sedimentares elásticas e quí-micas ou bioquímicas?

4. Liste três silicatos comuns encontrados em cada grupo de rochas:ígneas, sedimentares e metamórficas.

5. Dos três grupos de rochas, quais se formam na superfície terrestree quais se formam no interior da crosta?

6. Onde você pode ver uma rocha nos continentes?

Questões para pensar

Este ícone indica que há uma animação disponível no sítio ele-(ONEClAAID trônico que pode ajudá-Io na resposta.

1. Que processos geológicos transformam uma rocha sedirnen-tar em uma ígnea?

2. Cite um mineral encontrado apenas em rochas sedimentares quepossa ser utilizado para distinguir essas rochas de granulação fina for-madas por lama litificada de uma rocha ígnea extrusiva.

3. À medida que o magma esfria, o que pode causar diferenças nostamanhos dos cristais de duas rochas intrusivas, uma com cristais deaproximadamente I em de diâmetro e a outra com cristais de 2 mmde diâmetro?

4. Em qual intrusão ígnea você esperaria encontrar uma zona de me-tamorfismo de contato mais larga: numa intrusão de um magma muitoquente ou em outra, de um magma mais frio?

5. Descreva os processos geológicos pelos quais uma rocha íg-nea é transformada em metamórfica e então exposta à erosão.

6. Descreva os tipos de afloramentos que são encontrados em diversoslugares de sua cidade natal. Se não há nenhum, explique como vocêpoderia determinar a natureza da rocha fresca soterrada.

7. Como a tectônica de placas explica o plutonismo?

8. Utilizando o ciclo das rochas, trace a rota percorrida desdeum magma até urna intrusão granítica, passando a um gnaisse meta-mórfico e, por fim, transformando-se em um arenito. Certifique-se deincluir o papel da tectônica e os processos específicos que originamessas rochas.

9. No início da história da Terra, quando não havia oceanos e existiaapenas uma tênue atmosfera, a tectônica de placas não era ativa ou eramuito menos desenvolvida do que é atualmente. Como poderiam essascondições, comparadas com aquelas existentes hoje, afetar o ciclo dasrochas e incidir nos principais tipos destas?

10.Embora as rochas ígneas, metamórficas e sedimentares tenham di-ferençasmarcantes, todas são classificadas utilizando-se quase osmesmosprincípios gerais. Que características das rochas são comunsà classificaçãodas três categorias?

11.Onde as rochas ígneas são mais encontradas? Como você pode tercertezade que uma rocha é ígnea e não sedimentar ou metamórfica?

12. Considere que, em um trabalho de campo no Arizona (EUA), vo-cêencontrou uma amostra de rocha perto de um extenso afloramentoealevoupara identificação em laboratório. Uma lâmina da rocha mos-traqueela contém traços de quartzo, feldspatos, mica e hornblenda.Identifiquea rocha e explique como você chegou a essa conclusão.

I Investigue você mesmo

Identificando as pedras de construção

Aspedras de construção freqüentemente são indícios da geologia lo-cal.Uma pedra local costuma ter tanto uma melhor relação custo-be-nefício quanto ser um motivo de orgulho para a comunidade. Comumaparceria, examine as pedras das construções que você encontra nauniversidadeou em sua comunidade. Escolha de quatro a seis tipos depedrasque pareçam diferentes e registre suas localizações em um ma-palocal. Desenhe cada pedra em uma folha de papel e registre suas ca-racterísticas,como cor, tamanho de grão, presença ou ausência de aca-mamento e se ela parece conter apenas um ou mais minerais. Tambémdescrevaqualquer evidência de intemperismo químico ou físico e jul-guese a pedra é de boa qualidade para a construção. Então, decida seelaé mais parecida com uma rocha ígnea, metamórfica ou sedimentareexplique por quê. Por fim, compare um mapa geológico da área comsuasdescobertas no campo e explique por que as pedras que você des-creveu retratam ou não a geologia local. Faça um pôs ter organizado,contendo seus desenhos, observações e inferências.

Sugestões de leitura

Blatt, H., and Tracy, R. J. 1996. Petrology: Igneous, Sedimentary,and Metamorphic, 2ed. New York: W. H. Freeman.

Dietrich, R. v., and Skinner, B. J. 1980. Rocks and Rock Minerais.NewYork: Wiley.

Ernst, W. G. 1969. Earth Materiais. Englewood Cliffs, N. J.: Pren-ticeHal1.

Prinz, M., Harlow, G., and Peters, J. 1978. Simon & Schuster'sGuide to Rocks and Minerais. New York: Simon & Schuster.

Spear, Frank S. 1993. Metamorphic phase equilibria and pres-sure-temperature-time paths. Mineralogical Society of America,Monograph 22.

CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos ~

Sugestões de leitura em português

Allêgre, c. 1987. Da pedra à estrela. Lisboa: Dom Quixote.Madureira Filho, J. B., Atencio, D. e Mcreath, I. 2000. Minerais e

rochas: constituintes da Terra sólida. In: Teixeira, W., Toledo, M. C. M.de, Fairchild, T. R. e Taioli, F. (orgs.) 2000. Decifrando a Terra. SãoPaulo: Oficina de Textos.p. 27-42.

Rose, S. V. 1994. Atlas da Terra: as forças que formam e moldamnosso planeta. (Ilustrado por Richard Bonson.) São Paulo: MartinsFontes.

Symes, R. F. 1995. Rochas e minerais. (Enciclopédia visual) Lis-boa: Verbo.

Time-Life/Abril Coleções. 1996. Planeta Terra. São Paulo: AbrilLivros.

Weiner, J. 1986. Planeta Terra. São Paulo: Martins Fontes.

I Notas de tradução

I Também conhecida como púmice.2 Essa pedra de cor preta, encontrada pelo exército Francês em 1799,

contém gravado um decreto comemorativo ao coroamento de Ptolo-meu V em três tipos de escrita: no topo, em hieróglifos; no centro,em demótico; e, em baixo, em grego. Com base nela, em 1822, ofrancês Jean-François Champollion decifrou os hieróglifos, afir-mando que eram parcialmente ideográficos e parcialmente fonéti-cos. Com isso, fundou a egiptoJogia. Atualmente, a pedra encontra-se no Museu Britânico, em Londres.

3 Deep Sea Drilling Project.4 Ocean Drilling Programo5 Nessa região densamente povoada, formada pelo triângulo da fron-

teira canadense dos Grandes Lagos e os cursos dos rios Missouri eOhio, encontram-se os seguintes estados norte-americanos: Ohio,Michigan, Indiana, IlIinois, Wisconsin, Minnesota, Iowa, Missouri,Kansas, Nebraska, Dakota do Norte e Dakota do Sul.

6 As Províncias das Pradarias são três: Alberta, Saskatchewan e Ma-nitoba.

7 Também chamadas de Florida Keys.8 Região no extremo nordeste dos Estados Unidos, onde desem-

barcaram os colonos ingleses, formada pelos estados de Maine,New Hampshire, Vermont, Massachusetts, Rhode Island e Con-necticut.

9 Região mais oriental do Canadá, formada pelas províncias de TerraNova, Nova Escócia, Nova Brunswick e ilha Príncipe Eduardo.

10 Royal Society of Edinburgh.11 Também chamada de orogênese.