processos físico químicos do metamorfismo

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  • Processos fsico-qumicos do metamorfismo

    Texto extrado e modificado de: 1. TEIXEIRA, Wilson e outros. Decifrando a Terra. So

    Paulo : Companhia Editora Nacional, 2009, p. 400-409.2. ALBARDE, Francis. Geoqumica: uma introduo.

    So Paulo : Oficina de Textos, 2011, p. 244.

    CURSO DE GEOLOGIA DA FINOM - Geoqumica de Alta Temperatura

    Prof. Mrcio Santos

  • As transformaes metamrficas afetam todas as rochas levadas a grandes profundidades pela subduco.

    Essas transformaes so mais comuns nas regies onde os continentes sofrem colises e formao de cadeias de montanhas.

    Contrariamente s reaes hidrotermais, as reaes metamrficas so, na grande maioria, reaes de desidratao sob efeito de temperatura ou excesso de CO2.

  • Metamorfismo os minerais originais da rocha so substitudos por minerais estveis nas novas condies de presso e temperatura.

    Isto requer: dissoluo das estruturas cristalinas antigas,

    formao de ncleos de cristalizao dos minerais novos e

    transporte dos elementos qumicos dos minerais antigos para os stios de desenvolvimento dos novos minerais. Esse processo de transporte que ocorre no estado

    slido, chama-se difuso.

  • A difuso pode ocorrer entre os minerais,

    ao longo de contatos de gros ou de microfraturasproduzidas pela deformao que acompanha o metamorfismo ou dentro dos gros,

    no retculo cristalino dos mesmos.

    Na difuso entre os minerais, os elementos so transportados predominantemente pela fase fluda presente durante o metamorfismo: por isso a maior facilidade para as transformaes metamrficas ocorrerem em rochas deformadas, nas quais a fase fluida percola com maior eficincia.

  • Na difuso intracristalina, a movimentao das partculas muito lenta, e depende da agitao trmica dos tomos do retculo cristalino.

    medida que a temperatura cresce, a energia cintica das partculas constituintes do retculo cristalino dos minerais tambm aumenta, provocando uma maior vibrao delas.

    Eventualmente, a vibrao se torna muito Intensa, e as partculas comeam a "saltar' para stios vizinhos, deslocando-se dentro do retculo cristalino.

    Defeitos cristalinos frequentes em minerais, como posies atmicas vazias ou partculas fora do lugar que deveriam ocupar, facilitam esse processo, permitindo maior movimentao das partculas.

    Em temperaturas baixas, a agitao insuficiente e a difuso se torna muito lenta, inviabilizando as transformaes mineralgicas.

  • Limites do metamorfismo As rochas submetidas a temperaturas muito altas sofrem

    fuso e o metamorfismo ocorre no estado slido.

    Devido a presena de gua baixar o ponto de fuso das rochas, a gua presente controla a temperatura na qual a fuso parcial mida ter efeito e a quantidade de magma que ser produzida.

    Pores da rocha metamrfica rica em gua podem se fundir, enquanto que rochas metamrficas adjacentes secas no mostram sinal de fuso.

    Tambm alguns minerais apresentam ponto de fuso mais baixo que outros, de maneira que ocorre fuso parcial de rochas metamrficas.

    Volumes compostos de rochas contendo componentes gneos formados por pequena quantidade de fuso e rochas metamrficas so chamados migmatitos (mistura de rocha).

  • Reaes metamrficas

    As reaes metamrficas ocorrem para reduzir a energia livre do sistema (da rocha em transformao) em resposta s novas condies fsico-qumicas.

    Exemplos de tipos de reaes possveis: envolvendo apenas fases slidas, sem gerao ou

    consumo de fase fluida;

    entre minerais e uma fase fluda, produzindo associaes hidratadas e/ou carbonatadas;

    associaes previamente hidratadas gerando associaes anidras e uma fase fluida rica em H2O.

  • A reao de formao da wollastonita a partir de quartzo e calcita, CaC03 + SiO2 = CaSiO3 + CO2,

    exemplo de reao com devolatilizao, no caso, decarbonatao.

    Um exemplo de reao metamrfica com desidratao a reao do argilomineral caolinitacom quartzo para formar a mica branca pirofllita, que acontece logo no incio do metamorfismo de rochas pelticas: Al2Si2O3(OH)4 (caolinita) + 2SiO2 (quartzo) = Al2Si4O10 (OH)2 (pirofilita) + H2O (fase fluida)

  • Com o incremento da temperatura, a pirofilitaatinge seu limite mximo de estabilidade, ocorrendo ento sua quebra ou consumo segundo a reao:

    Al2Si4O10(OH)2 (pirofilita) = Al2SiO5(aluminossilicato: andaluzita ou cianita) + SiO2(quartzo) + H2O (fase fluida)

  • O aluminossilicatoformado nessa reao depender das condies de presso: sob presses relativamente baixas (< 4,5 kbar), ser formada a andaluzita, e sob presses mais altas, a cianita (Figura 15.11).

  • Esses minerais (andaluzita, cianita e silimanita) constituem um trio de polimorfos (minerais com mesma composio, mas com estruturas cristalinas distintas) muito importante na interpretao das condies reinantes em terrenos metamrficos (Figura 15.10).

  • A cintica das reaes depende de uma srie de fatores:

    natureza da associao mineral original e sua textura,

    presena (ou no) de uma fase fluida e sua composio,

    temperatura e presso, e

    deformao que a rocha sofre durante o metamorfismo.

  • As reaes se processam de maneira mais eficiente em rochas:

    porosas,

    de granulao fina,

    constitudas de minerais hidratados,

    submetidas a temperaturas elevadas e

    que sofreram deformao na presena de uma fase fluida abundante.

  • As reaes se processam de maneira menos eficiente em rochas: de constituio originalmente anidra, macias, de granulao grossa e no deformadas

    porque so impermeveis circulao de fluidos e podem permanecer praticamente imutveis por longos intervalos de tempo, mesmo em condies de temperaturas relativamente elevadas, preservando os minerais e as texturas dos protolitos.

  • Paragneses minerais

    Uma associao de minerais em equilbrio termodinmico denomina-se paragnesemineral.

    Nas rochas metamrficas, a identificao nem sempre imediata, e o desequilbrio a regra.

    No entanto, as relaes texturais permitem reconhecer as tendncias de equilbrio mesmo que elas no tenham sido atingidas plenamente.

    As rochas de mesma composio qumica podem apresentar associaes minerais diferentes em funo da variao dos fatores atuantes durante o metamorfismo.

  • Exemplo: Rochas metamrficas A e B, com mesma composio

    qumica. Rocha A: constituda de clorita, epidoto, actinolita

    (anfiblio clcico ferro-magnesiano) e albita(plagioclsio sdico, com teor de anortita < 10%);

    Rocha B: constituda de andesina (plagioclsio com teor de anortita entre 30% e 50%) e hornblenda (anfiblio clcico ferro-magnesiano aluminoso), diferindo, entretanto, pelo contedo em gua, que mais elevado para a rocha A. A paragnese da rocha B se equilibrou em temperaturas

    mais altas (entre 500 e 650 C), enquanto que a da rocha A se equilibrou em temperaturas mais baixas (entre 350 e 500 C).

  • Fcies metamrficas (Eskola, 1915) As fcies metamrficas so definidas pelas associaes

    minerais e rochas caractersticas, que indicam as variaes do grau metamrfico, essencialmente em funo da temperatura e presso.

    As fceis metamrficas correspondem a determinados intervalos de presso e temperatura, usualmente limitados por reaes minerais especficas: as fcies xisto verde (250 a 450 C); anfibolito (450 a 700 C) e granulito (> 700 C)

    correspondem, nessa ordem, a um aumento progressivo de temperatura sob condies normais de presso; a alta presso (> 30 km) corresponde fcies xisto azul e a presso extremamente alta, fceis eclogito.

  • Exemplos de fcies metamrficas em funo de diversos parmetros termodinmicos que ocorrem na litosfera.

  • Ao longo de uma sequncia metamrfica, os sucessivos termos litolgicos representam fcies tambm sucessivamente mais avanadas.

    Duas ou mais rochas metamrficas, de origens diferentes e, portanto, com associaes minerais diferentes, podem corresponder mesma fcies.

    Tal acontece se os respectivos minerais tipomorfos indicarem, para todas, as mesmas condies de presso e temperatura.

  • Metamorfismo isoqumico x metassomatismo

    O metamorfismo se desenvolve em diversos ambientes na crosta e possui extenses variveis: desde pequenas reas, de dimenses de poucos centmetros, at grandes faixas com milhares de quilmetros, em profundidades que vo de nveis mais rasos, at os mais profundos, a mais de 100 km da superfcie.

  • Um dos problemas fundamentais da Petrologia Metamrfica definir se houve ou no modificaes na composio qumica de uma rocha durante o metamorfismo.

    H duas situaes extremas:

    a rocha pode se comportar como sistema fechado, sem ganho nem perda de constituintes qumicos (metamorfismo isoqumico) ou

    ser submetida a variaes composicionais intensas, em sistema aberto (metassomatismo).

  • Para efeitos prticos, assume-se que a maioria dos ambientes metamrficos comporta-se como sistema parcialmente aberto, podendo ocorrer trocas livres de fluidos, constitudos por misturas de H2O e CO2, porm com variaes desprezveis para os demais constituintes qumicos.

    Essa premissa tem se mostrado satisfatria para a maioria dos casos, porm preciso estar sempre atento, pois podem ocorrer variaes composicionais significativas entre o protolito e a rocha metamrfica resultante.

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