rochas metamórficas

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CC TÓPICO 4 ___________________________________________________________________ ROCHAS METAMÓRFICAS Licenciatura em Ciências do Ambiente - Geologia Geral II (1º ano-2ºS) Ano lectivo de 2007/08

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  • 1. CCTPICO 4___________________________________________________________________ROCHAS METAMRFICASLicenciatura em Cincias do Ambiente - Geologia Geral II (1 ano-2S) Ano lectivo de 2007/08

2. As rochas metamrficas so mais difceis de classificar do que as rochas magmticas,devido ao facto de serem diversos os parmetros a exercerem influncia (fig. 1), como: - a existncia de mltiplas sequncias com composies qumicas complexas; - presses e temperaturas variveis; - processos prgrados e retrgrados1; - metamorfismos diferentes num mesmo contexto geodinmico.Figura 1 Fcies metamrficas e minerais tipomorfos (barras cinzentas). Retirado de Laboratory Manual in Physical Geology.A denominao de uma rocha metamrfica pode privilegiar: - a textura, por exemplo, se ela anisotrpica, pode falar-se de xisto, micaxisto ou gnaiss, se ela isotrpica, poderemos ter uma corneana ou um granulito; - a composio mineralgica, por vezes, em relao com a textura. Por exemplo, os quartzitos, rochas formadas essencialmente por quartzo, o mrmore, rocha formada essencialmente por calcite, o gnaiss, rocha com uma composio anloga ao granito;1 Quando uma rocha sedimentar, argilosa por exemplo, formada nas condies da superfcie, fica sujeita,numa zona de subduco, a um aumento de P e T diz-se que o metamorfismo prgrado. Por outro lado,nas rochas formadas em profundidade que ascendem superfcie a paragnese de alta temperatura vaievoluir para uma paragnese de baixa temperatura, este processo corresponde ao metamorfismo retrgrado. 3. - mas outras denominaes existem que no esto relacionadas nem com a textura nem com a composio mineralgica.A A importncia da composio mineralgicaNa maior parte dos casos o metamorfismo isoqumico ou quase isoqumico, sendo porisso a composio qumica que vai determinar a composio mineralgica. Tambm possvel verificar que algumas rochas metamrficas so formadas apenas por um ou doisminerais (quartzitos, mrmores) enquanto que outras apresentam uma paragnese maiscomplexa (corneanas), isto significa que existe uma relao entre a complexidadequmica e a complexidade mineralgica, sendo esta relao expressa pela regra de fases.A regra de fases uma lei termodinmica que permite prever o nmero de minerais e defluidos que surgem no decurso de uma reaco qumica que coloque em jogo vrioselementos, em condies externas variveis; esta regra exprime-se do seguinte modo: v=nf+2 n nmero de constituintes qumicos independentes que entram na reaco; f nmero de fases independentes, slidas e fluidas, produzidas pela reaco; v varincia do sistema, isto o nmero de condies fsicas que podem variar sem alterao dos produtos da reaco.O nmero n de constituintes independentes, expressos sob a forma de xidos esusceptveis de participar em reaces metamrficas, de aproximadamente uma dezena:SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, MnO, CaO, Na2O e K2O sem esquecer ainda H2O e CO2.A varincia geralmente igual a 2, P e T, uma vez que as associaes mineralgicas soestveis num intervalo de temperatura e de presso relativamente largo.Exemplo: se os minerais que entram na reaco contm CaO, Fe2O3, Al2O3, SiO2 e H2Ovo aparecer 5 minerais novos uma vez que: v=nf+2 2=5f+2 f=5Se juntarmos K2O vamos fazer aparecer o sexto mineral. No exemplo escolhido osminerais previsveis so: quartzo, clorite, epidoto, anfbola e calcite. Com a introduo deK2O dever aparecer uma mica branca.Se passarmos em revista os principais elementos qumicos presentes nas rochas,constatamos que: - a slica o mais abundante, combinando-se com outros elementos para formar os silicatos, idnticos aos das rochas magmticas ou especficos das rochas metamrficas; se est presente em quantidade superior necessria para fabricar 4. estes silicatos, ela vai persistir na forma de quartzo, exactamente como na famliadas rochas magmticas;- a alumina pode formar por si s um mineral que o corindo ou combinar-se coma slica para formar os silicatos de alumina puros (andalusite, distena, silimanite),ou ferromagnesianos;- o ferro trivalente (frrico) pode substituir o alumnio graas semelhana doraio inico e ao facto de terem um comportamento idntico;- o ferro bivalente (ferroso) tem um raio inico maior, combina-se com a alumina,o magnsio e a slica;- o clcio pode combinar-se com CO2 para dar origem calcite ou com a slicapara dar origem a uma variedade de piroxena (wollastonite) ou ainda com outrosxidos para formar piroxenas, anfbolas e epidoto;- o sdio encontra-se principalmente nas plagioclases alcalinas (albite,oligoclase), podendo substituir o potssio em algumas micas, assim como entrarna constituio de algumas piroxenas e anfbolas (glaucofano);- o potssio o constituinte fundamental das micas, moscovite e biotite, e dosfeldspatos potssicos sob a forma de microclina e pertites;- a gua dos constituintes importantes dos minerais hidratados formados a baixatemperatura, zolitos, epidotos, micas e anfbolas.As reaces metamrficas correspondem a equilibrios reversveis (termodinamicamente)controlados pela presso, temperatura e composio qumica. Estas reaces podem serclassificadas em trs grandes categorias.a) Reaces de inverso a secoO silicato de alumina pode apresentar trs polimorfos em funo da temperatura e dapresso (fig. 2):- andalusite: baixa presso (mineral indicador de presso geobarmetro)- distena: mdia e alta presso (mineral indicador de presso geobarmetro)- silimanite: alta temperatura (mineral indicador de temperatura geotermmetro) 5. Figura 2 Campos de estabilidade de trs silicatos de alumina (distena, silimanite e andalusite)Estes trs polimorfos so representados por um diagrama temperatura-presso, queregista os campos de estabilidade dos trs silicatos de alumina, com um ponto triplo ondetodos eles so estveis o qual varia de autor para autor, mas que geralmente se situa nos600C e 6kb.Este tipo de reaces, que ocorrem na ausncia de uma fase fluida, so pouco numerosas,correspondendo na maior parte do caso a mudanas na estrutura. Os polimorfos da slicatambm podem ilustrar uma situao idntica. Por aumento de presso o quartzotransforma-se em coesite mais stishovite, enquanto que por aumento de temperaturaorigina tridimite mais cristobalite.b) Reaces com produo de fluidosNeste tipo de reaces, que se produzem na maior parte dos casos a alta temperatura, doisminerais reagem entre eles para dar espcies novas e um fluido, CO2 ou H2O, segundo acomposio das fases em presena. Por exemplo,moscovite + quartzo silimanite + feldspato K + H2OEsta gua pode migrar e induzir a anatexia de rochas quartzo-feldspticas envolventes.c) Reaces com mudana dos elementos qumicos entre os mineraisNeste caso, a estrutura cristalina no se altera, isto , em termos numricos no surgemnovas espcies: h o deslocamento de elementos qumicos entre dois ou mais mineraiscujo teor em determinados elementos vai sofrer variaes: o mineral que ganha oselementos obrigado a perder outros para compensar a mudana.B Origem e significao de algumas texturas e estruturas das rochas metamrficasA descrio macroscpica e microscpica das rochas metamrficas um primeiro passona inventariao das rochas metamrficas, o qual deve ser seguido de uma interpretao 6. que permita compreender as transformaes fsicas que a rocha sofreu. Neste contexto, importante comearmos por conhecer a origem e significao das principais texturas eestruturas metamrficas.O termo textura utilizado para designar as relaes espaciais entre os minerais de umarocha, enquanto o termo estrutura corresponde ao arranjo de partes da rocha,independentemente da escala, incluindo as interrelaes geomtricas entre as diferentespartes, as configuraes e as caractersticas internas das rochas. Para ajudar a diferenciarestes dois conceitos tomemos como exemplo um micaxisto com granadas no qual sovisveis dobras a uma escala macroscpica. Neste caso a estrutura xistosa e dobrada(macroscopia) e a textura grano-lepidoblstica (microscopia).Em termos gerais as estruturas das rochas metamrficas so as herdadas, total ouparcialmente, da rocha primitiva, resultado do facto do metamorfismo corresponder aalteraes que decorrem no estado slido. Mas frequente que estas se encontradeformadas por aco de processos orognicos. Por exemplo, com frequncia se mantmmais ou menos reconhecvel o carcter estratiforme das sries sedimentares primitivas,mas a este sobrepem-se novos elementos estruturais (xistosidade, foliao e lineao).Quanto s texturas tambm normal que permaneam na rocha metamorfizada vestgiosde texturas das rochas primitivas.Os elementos estruturais podem ser visveis a nvel de afloramento, a nvel de amostra demo ou ao microscpio petrogrfico. De acordo com a escala em que estes arranjosocorrem utilizam-se, respectivamente, os prefixos mega, meso e micro.Os elementos mesoestruturais podem assumir as seguintes caractersticas: A foliao o resultado do alinhamento paralelo dos minerais, devido actuao de presses orientadas, durante a recristalizao (fig. 3). Esta pode ser devida disposio dos minerais em lminas de poucos centmetros de espessura, orientao planar de diferentes gros minerais ou orientao preferencialmente planar de minerais alongados. Consoante o grau de perfeio das superfcies paralelas pode ser dividida em clivagem dos xistos, xistosidade e estrutura gnaissica. Figura 3 Efeitos da presso dirigida sobre as rochas (retirado de Figueiredo, 1999). 7. A clivagem dos xistos um tipo de foliao que se caracteriza pela disposio paralela dos filossilicatos de gro fino, como as micas. Em consequncia, a rocha tende a partir paralelamente aos planos ricos em micas, em lminas mais ou menos uniformes. A xistosidade um outro tipo de foliao que se distingue do anterior porque, neste caso, os minerais so visveis a olho nu. Geralmente devida ao arranjo paralelo de minerais laminares, como a mica e clorite. A estrutura gnaissica ocorre quando a rocha formada por lentculas difusas de minerais com diferentes estruturas cristalinas. Por sua vez, a lineao corresponde a um paralelismo linear direccional que a rocha apresenta devido, por exemplo, ao alinhamento dos minerais alongados como a silimanite e a turmalina, interseco de duas foliaes ou, ao eixo comum da interseco de gros de minerais tabulares (fig. 4).Figura 4 Distino entre foliao e lineao (retirado de Wiswall e Fletcher III, 1997). 1. Diferencie este tipo de clivagem da clivagem dos minerais.Sempre que possvel identificar a rocha que esteve na origem de uma determinadarocha metamrfica esta ltima pode ser designada por uma expresso composta pelonome da que lhe deu origem, antecedida do prefixo meta. Por exemplo: metagrauvaque,metarcose, metabasalto, etc..Apesar de ser possvel ter uma ideia da textura atravs da estrutura, a observaomicroscpica indispensvel para determinar o tipo exacto de textura. As texturas socondicionadas pela natureza dos minerais, a sua forma e a abundncia relativa. Elas soditas cristoblsticas porque, ao contrrio dos fenmenos que se produzem no decurso dacristalizao de um magma, o crescimento dos minerais, designados aqui por blastos. Osblastos crescem num meio essencialmente slido, por transformao dos mineraispreexistentes ou, como resultado de reaces entre as fases preexistentes. importante 8. referir que este processo temporalmente muito demorado, decorrendo ao longo demilhes de anos.O desenvolvimento de uma textura cristoblsticas implica quase sempre odesaparecimento da textura da rocha original, mas esta tambm pode permanecer pelomenos parcialmente. Isto acontece em rochas de baixo grau de metamorfismo ou, quandoexiste uma reorganizao essencialmente mecnica dos minerais.So frequentes nas rochas metamrficas os porfiroblastos, ou cristais bastantedesenvolvidos, contrastando com os restantes minerais. Por exemplo so comuns ospofiroblastos de anadaluzite, estaurolite, granada, cordierite, etc.Alguns autores propem que a designao das texturas, desenvolvidas durante ometamorfismo, deve ser composta do nome da textura tpica, acrescentando-se o termoblasto.Figura 5 Texturas tpicas das rochas metamrficas. A- Textura granoblstica; B Textura lepidoblstica; C-Textura Nematoblstica; D- Textura porfiroblstica (retirado de Figueiredo, 1999).Existem quatro grandes tipos de texturas: granoblstica, lepidoblstica, nematoblstica eporfiroblstica (fig.5).Textura granoblstica caracterizada por gros mais ou menos equidimensionaise sem orientao preferencial. Esta textura tpica das rochas monomineraiscomo, por exemplo, os mrmores e os quartzitos. Aparece tambm em rochaspolimenerais granulticas, como o caso dos gnaisses, ou em rochas que durante asua formao no sofreram a aco de presses orientadas.Textura lepidoblstica com predomnio de minerais lamelares, ou em escamas,como, por exemplo, as micas. Rochas metamrficas com textura lepidoblsticatpica so, por exemplo, os xistos micaceos e alguns gnaisses. 9. Textura nematoblstica caracterizada pela preponderncia de minerais aciculares e fibrosos, como as anfbolas. As rochas mais comuns com este tipo de textura so os anfibolitos e alguns gneisses anfibolticos. Textura porfiroblstica sempre que apresenta porfiroblastos no seio de uma matriz com minerais de menores dimenses.A maior parte das rochas polimenerais no apresenta nenhuma das texturas referidasanteriormente, mas uma combinao de duas ou mais texturas, pois so constitudas porminerais planares, aciculares e equidimensionais. Assim, as rochas metamrficasapresentam geralmente uma combinao da textura granoblstica com uma das outrastrs acima referidas, dando origem a texturas que se designam por granolepidoblstica,granonematoblstica e granoporfidoblstica (fig.6). Figura 6 Texturas mais comuns em rochas metamrficas. A- Textura granolepidoblstica; B- Texturagranonematoblstica; C- Textura granoporfiroblsticas (retirado de Figueiredo, 1999)Galopim de Carvalho (1997) considera ainda que existem as seguintes texturas: Textura cataclstica revelando traos evidentes de esmagamento (cataclase) dos seus minerais. Textura milontica representa uma situao extrema da anterior.As texturas das rochas metamrficas podem ainda ser agrupadas em dois tipos,isotrpicas e anisotrpicas, em funo da orientao preferencial dos minerais. Texturas isotrpicas Ocorrem quando no h orientao preferencial dos minerais. Estas texturas podem surgir associadas a situaes de metamorfismo de contacto em que o calor e, eventualmente, os fluidos foram os principais agentes de metamorfismo. Texturas anisotrpicas Ocorrem quando existe uma disposio preferencial dos minerais. Esta textura interpreta-se como reflectindo episdios de deformao, durante os quais os minerais da rocha estiveram sujeitos aco de presses dirigidas. 10. C Diversidade e classificao das rochas metamrficasComo j foi referido a nomenclatura das rochas metamrficas pode ter por base critriostexturais, estruturais ou composicionais, ou ainda critrios mistos.Vamos adoptar a classificao de Bucher e Frey (1994) baseada em termos estruturais,que divide as rochas metamrficas em dois grupos:- Rochas com foliao (filitos, xistos, gnaisses e anfibolitos);- Rochas sem foliao (corneanas, granulitos, quartzitos, mrmores e eclogitos)Por sua vez, a distino entre as rochas metamrficas de cada um dos grupos baseia-seem critrios mineralgicos e texturais.Quadro 1 Classificao das rochas metamrficas mais comuns e indicao dos seusminerais principais. Rocha metamrfica Rocha inicial Minerais caractersticosArdsiaArgilaMinerais de argila, micas e cloriteFildioArgilaMicas e cloriteMicaxistoArgila, basalto, grauvaques Micas, clorite, epdoto, granada, arenosostalco, hornoblenda, grafiteGnaiss Xistos,granitides, Quartzo, feldspatos, granada,Rochas foliadasgrauvaques arenosos mica,augite,hornoblenda, estaurolite, distenaMrmoreCalcrio puro ou dolomite Calcite ou dolo miteRochas no foliadas EscarnitoRochas calcosilicatadas Calcite, dolomite, granadaQuartzitoAreia quartzosa QuartzoCorneana Xistos argilososAndalusite, mica, quartzoA ardsia constitui a primeira rocha metamrfica da sequncia. Diferencia-se dasanteriores por partir, paralelamente aos planos ricos em micas, em fragmentos finos erelativamente uniformes. A cor das ardsias depende da composio qumica doprotlito.Quando a temperatura aumenta, at cerca de 300C, os gros microscpicos de clorite emica formam um mosaico de gros, j visvel vista desarmada, e diz-se que as ardsiasse transformam em fildios ou filitos. Esta rocha apresenta superfcies de foliaoacetinadas, devido reflexo da luz nas superfcies de micas e clorites. Estas rochastambm so conhecidas por xistos luzentes, podendo apresentar-se com coloraesdiferentes: acinzentadas, esverdeadas, avermelhadas, arroxeadas, crticas. Se ao nvel dasuperfcie lamelar ocorrerem pontuaes, como que embrionrias de novos minerais,recebem o nome de xistos mosqueados.Com o aumento dos valores da temperatura e da presso, os gros de clorite e micacontinuam a crescer, atingindo cerca de 1 cm de dimetro. A rocha formada nesta fasechama-se xisto e apresenta-se fortemente foliada (xistosidade). 11. Quando a temperatura atinge valores entre os 400C e os 500C, os minerais dos xistossofrem uma diferenciao, ocorrendo uma segregao dos minerais em bandas distintas,formadas alternadamente por minerais flsicos e mficos, isto , dando origem ao aobandado metamrfico tpico dos gnaisses.Se a temperatura continuar a aumentar at valores da ordem dos 600C-800C regista-se afuso parcial de alguns minerais dos gnaisses como o quartzo e feldspato potssico,formando-se os migmatitos.No que se refere s rochas no foliadas a ausncia de estrutura foliada justifica-se pelofacto de se tratar de uma rocha monominerlica, ou ainda por essa rocha no ter estadosubmetida aco de presses dirigidas.D Distribuio das rochas metamrficas em Portugal e interesse econmicoAs diferentes fases de metamorfismo que afectaram o macio antigo ibrico deixarambastantes vestgios nos terrenos antemesozicos portugueses. H exemplos de rochaspolimetamrficas (anfibolitos, piroxenitos, eclogitos, granulitos, serpentinitos, micaxisto,gnaiss, migmatitos, etc.) nas sries precmbricas de Morais e Bragana-Vinhais, em Trs-os-Montes. Estas sries so cavalgantes sobre outras, mais modernas, de idadepaloezica, hercnica afectadas por metamorfismo de baixo grau (fildios,metavulcanitos, etc.).Do ponto de vista econmico as rochas metamrficas so com frequncia fonte dematrias primas importantes. Em alguns casos so as prprias rochas (mrmores,serpentinitos, etc.), noutros so alguns dos seus minerais (blenda, galena, fluorite, grafite,talco, serpentina, cromite, ilmenite, magnetite, hematite, corindo, etc.).2. Procure informar-se sobre quais as zonas, em Portugal, onde se procede explorao de mrmores.3. Quais os minerais de metamorfismo com interesse para a gemologia?O presente deste foi retirado e adaptado das seguintes obras:Busch, R.M. (Ed.) (1997). Laboratory Manual in Physical Geology. New Jersey: Prentice-Hall.Carvalho, A.M.G. (1997). Geologia. Petrognese e Orognse. Lisboa : Universidade Aberta.Figueiredo, M.T. (1999). Concepes, sobre metamorfismo, de alunos do ensino secundrio. Contributospara a sua compreenso implicaes educacionais. Dissertao de mestrado. Universidade de Aveiro.Pons, J-C. (2001). La ptro sans peine. Minraux et roches mtamorphiques. Grenoble : Focus.Wiswall, C.G. e Fletcher III, C.H. (1997). Investigating Earth. A Geology Laboratory Text. Dubuque, IA:Wm. C. Brown Publishers.