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1 4 ROCHAS As rochas são os agregados de minerais que ocorrem naturalmente na superfície da Terra. São classificadas em função dos processos genéticos, textura, composição química e mineralógica, fatores que refletem a trajetória dos materiais rochosos no ciclo das rochas. 4.1 Ciclo das rochas O ciclo das rochas (FIGURA 4.1) estabelece a história dos processos formadores dos materiais da Terra, mostrando as relações genéticas entre os diversos tipos de rochas. Estes processos envolvem: a) diferenciação contínua da composição da crosta (ascensão das fases com pesos específicos mais baixos); b) cristalização fracionada (com fusão parcial do material do manto); c) intemperismo (incluindo solução diferenciada e transporte mecânico); d) sedimentação e litificação; e) metamorfismo (incluindo metassomatismo). Tais processos são os geradores dos tipos básicos de rochas: ígneas, sedimentares e metamórficas. Existem também rochas ultrametamórficas, envolvendo fusão parcial, que se confundem com as rochas ígneas. 4.2 Rochas ígneas (ou magmáticas) O processo básico gerador das rochas ígneas é a fusão, seja de material do manto, seja de rochas ígneas ou metamórficas preexistentes. As rochas ígneas constituem cerca de 80% das rochas da crosta da Terra. Resultam da solidificação de uma fusão principalmente de silicatos (magma), que pode conter uma fase gasosa. Esta fusão é gerada principalmente em condições enérgicas de P e T, em profundidade. Os diferentes tipos de rochas ígneas existentes dependem basicamente de: 1) do tipo de magma primário (composição original); 2) do tipo de evolução magmática (modificação da composição); 2 3) das condições de formação da rocha ígnea (velocidade de resfriamento do magma). Estes três fatores básicos determinam as características que permitem descrever e classificar as rochas ígneas, que são: a) a composição química e os minerais constituintes; b) a textura (granulação); c) a estrutura. FIGURA 4.1: O ciclo das rochas. 4.2.1 Tipos de magmas Existe muita discussão a respeito dos tipos de magmas primários que originam as rochas ígneas. Alguns autores admitem a existência de três 3 tipos básicos, classificados de acordo com a tectônica de placas, cada um apresentando composição característica (QUADRO 4.1 e FIGURA 4.2): a) toleítico (ou basáltico ou cálcico): característico das cadeias meso-oceânicas; resulta de fusão parcial de rochas ultramáficas do manto superior, produzindo magma profundo que atinge a superfície da crosta oceânica, sob os mares; b) cálcico-alcalino (ou tipo Pacífico ou Andesítico): característico das margens compressivas; resulta da mistura de magmas produzidos pela fusão parcial profunda, nas raízes das cadeias de montanhas, de rochas máficas da crosta oceânica e de rochas félsicas da crosta continental; c) alcalino (ou tipo Atlântico ou granítico): característico das regiões intraplacas; resulta da fusão parcial de rochas félsicas da base da crosta continental, em áreas de anomalias térmicas. 4.2.2 Evolução magmática A modificação da composição dos magmas primários realiza-se por três processos principais. Margem de placa Intraplaca Zona de subducção Cadeia meso- oceânica Oceânica Continental Ilhas Rifts Cráton Colisão Toleítico Cálcico-alcalino Toleítico Toleítico Alcalino Toleítico Alcalino Alcalino Cálcico- alcalino Compressão, cavalgamento Extensão Passivo Extensão Passivo Compres -são QUADRO 4.1: Associações magmáticas e respectivas fontes no manto, de acordo com a tectônica de placas. 4 FIGURA 4.2: Suposição da origem dos diferentes tipos de magmas em relação à tectônica de placas. 4.2.2.1 Diferenciação É o desdobramento do magma inicialmente homogêneo em frações de composição diferente. Vários mecanismos podem ocorrer: migração de íons ou moléculas, divisão em frações imiscíveis (caso de sulfetos), transferência gasosa de constituintes voláteis, fracionamento resultante da cristalização. Este último mecanismo é muito mais importante que os demais. O fracionamento pela cristalização decorre das diferentes temperaturas de cristalização dos minerais. Com o progresso da cristalização, existe tendência à manutenção do equilíbrio entre as fases sólida e líquida. Quando a temperatura baixa, os cristais precoces reagem com o líquido e mudam de composição. Quando a reação entre cristais e líquido se completa, os minerais da rocha final não são os precoces, mas os últimos que se formaram. Mas se a reação não for completa, devido à rapidez de resfriamento ou outras 5 razões, os cristais precoces de ambas as reações podem persistir como componentes da rocha final. É por isto que se observam feldspatos zonados e cristais de um mineral ferromagnesiano envolvidos por camadas de outro. Alguns fatores influenciam a seqüência normal de cristalização: variedades isomórficas da série descontínua (forsterita-faialita), concentração de voláteis, relações entre elementos no magma. Alguns mecanismos interagem com o fracionamento pela cristalização, podendo gerar produtos rochosos diferenciados. São eles: a) diferenciação gravitativa (afundamento dos minerais pesados e flutuação dos leves), responsável pelas concentrações basais de cromita, olivinas, piroxênios e anfibólios (dunitos, peridotitos, piroxenitos); b) fluxos de gases (flotação de minerais); c) convecção (movimentos que formam bandas de composição concêntricas); d) filtragem sob pressão (expulsão dos líquidos residuais que percolam cristais já formados) são outros mecanismos acessórios. Distinguem-se vários estádios de consolidação do magma, que vão gerar produtos rochosos muito distintos: a) ortomagmático: primeiro estádio, durante o qual se formam os minerais pirogenéticos (precoces, de alta temperatura, anidros) (temperaturas acima de 800 C); b) pegmatítico: no qual coexistem fases líquida (fusão de silicatos), cristalina e gasosa (aquosa) (600-800 C); c) pneumatolítico: equilíbrio entre cristais e gases (400-600 C); d) hidrotermal: equilíbrio entre cristais, soluçðes aquosas e gases (100-400 C). Alterações de minerais preexistentes pelas soluçðes residuais finais da consolidação do magma, ricas em voláteis, são chamadas deutéricas. Incluem a zeolitização, albitização, cloritização e formação de intercrescimentos quartzo-feldspáticos. Dificilmente distinguem-se de alterações metassomáticas. 4.2.2.2 Assimilação 6 Ocorre quando o magma for capaz de reagir com minerais da rocha encaixante, dissolvendo-os e assimilando-os. O magma original é contaminado, e as rochas por ele formadas são de origem híbrida. Tais rochas híbridas são especialmente comuns próximo às margens das grandes massas plutônicas. Alguns dioritos, por exemplo, originam-se por assimilação de paredes de gabro ou calcário por magma granítico. Supõe- se que as rochas alcalinas possam ser geradas por magmas cálcico- alcalinos, que assimilaram rochas carbonáticas. Nos casos em que a assimilação da rocha encaixante é parcial, conservando-se relíquias da sua estrutura antiga, geram-se os palimpsestos. 4.2.2.3 Mistura de magmas Em muitas rochas ígneas intrusivas de pequena profundidade ou vulcânicas, observa-se associações íntimas de fenocristais de plagioclásios de composição muito diferente, ou ainda zoneamento reverso (bordas de plagioclásio mais cálcico que o núcleo, oubordas do piroxênio mais magnesianas que o núcleo). Estas evidências sugerem que tais rochas resultem da mistura de magmas. 4.2.3 Condições de formação das rochas ígneas Quanto às condições de formação das rochas ígneas, elas podem ser subdivididas em intrusivas (ou plutônicas), hipoabissais e extrusivas (ou vulcânicas, ou efusivas). 4.2.3.1 Rochas intrusivas profundas (ou plutônicas, ou abissais) São aquelas consolidadas em regiões profundas na crosta (vários quilômetros abaixo da superfície terrestre), normalmente sob condições de alta P e T. O resfriamento do magma é relativamente lento, as reações entre fase sólida e líquida são favorecidas, com tendência a desenvolvimento de cristais maiores e diferenciação acentuada dentro da câmara magmática. 7 Os corpos rochosos abissais (plútons), com texturas mais grossas, são sempre discordantes, sendo subdivididos de acordo com a extensão da área de afloramento: a) batólito: grande massa contínua de rocha magmática, geralmente muito antiga, cortando discordantemente as rochas encaixantes, apresentando mais de 100 km2 de superfície; b) stock: menor que o batólito (menos de 100 km2 de superfície). 4.2.3.2 Rochas hipoabissais Solidificam-se em profundidades menores, resultando da consolidação de magma que penetra em fraturas e cavidades de rochas encaixantes mais superficiais, onde se cristalizam pela queda de temperatura e perda de pressão. Apresentam características intermediárias entre as rochas plutônicas e as extrusivas, mostrando textura média. Os corpos de rochas ígneas hipoabissais são divididos em: a) formas concordantes: quando obedecem à estrutura dominante das rochas encaixantes (foliação das rochas metamórficas, acamamento de rochas sedimentares, FIGURA 4.3); a.1) soleira (ou sill): corpos extensos e pouco espessos, de forma tabular (magma subsilicoso pouco viscoso); a.2) lacólito: corpos intrusivos lenticulares plano-convexos, formando-se cúpula na capa (magma enriquecido em sílica, mais viscoso); a.3) lopólito: corpos lenticulares de grandes dimensões, côncavo- convexos, deprimidos na parte central (encaixados em sinclinais); a.4) facólito: corpos lenticulares convexo-côncavos, alçados na parte central (encaixados em anticlinais). b) formas discordantes: independem das estruturas da rocha encaixante, cortando-as discordantemente, mas obedecem estruturas rúpteis tais como fraturas e falhas; são mais freqüentes em porções superiores da crosta, onde os materiais têm comportamento mais rígido (rúptil): 8 FIGURA 4.3: Seções esquemáticas representando alguns tipos de corpos de rochas ígneas hipoabissais (sill = soleira). 9 b.1) dique: corpos tabulares extensos de possança variável (cm até km) preenchendo fraturas formadas por esforços distensivos; existem grupos de diques radiais (disposição radial em relação a um centro), anelares (concêntricos) e em enxames (paralelos); b.2) chaminé (neck): formas cilíndricas verticais (diâmetro de metros a 1,5 km), correspondendo à exumação, pela erosão, de antigos condutos de edifícios vulcânicos; b.3) apófise: formas ramificadas irregulares derivadas de corpos maiores (lacólitos, batólitos). 4.2.3.3 Rochas extrusivas (ou vulcânicas ou efusivas) São aquelas formadas por magma que emerge à superfície ou regiões pouco profundas, consolidando-se rapidamente, sob condições relativamente baixas de P e T. O resfriamento é rápido, com tendência a desenvolvimento de cristais pequenos e pouca diferenciação magmática. As rochas ígneas efusivas (vulcânicas) resultam de dois processos principais: a) vulcanismo do tipo fissural (ou quiescente): volumes enormes de lava (caracteristicamente subsilicosa, escura e fluida) extravasam à superfície da Terra através de longas e profundas fissuras, originando corpos tabulares extensos que acompanham a superfície do terreno (p.e. derrames basálticos da Bacia do Paraná); b) vulcanismo do tipo central (erupção central): volumes menores de lava extravasadas de um conduto central constróem cones (edifícios) vulcânicos de dois tipos: b.1) vulcões em escudo: edifícios com flanco suave, resultantes de extrusão periódica de lavas fluidas, subsilicosas (p.e. vulcões havaianos); b.2) estrato-vulcões: cones com flancos mais abruptos, resultantes da sucessão de extrusões de lavas mais viscosas (enriquecidas em sílica) e extrusões explosivas de materiais 10 piroclásticos (cinzas, lapili) (p.e. Monte Fujiyama, Etna, Vesúvio, Kilimandjaro). 4.2.4 Classificação das rochas ígneas As características principais que permitem classificar as rochas ígneas são: a) composição química (e minerais constituintes), que reflete a composição do magma original e suas transformações, em determinados ambientes tectônicos; b) textura ou granulação, que reflete principalmente as condições de formação das rochas, mas também os estádios de consolidação do magma. 4.2.4.1 Classificação com base na filiação magmática, teor em sílica e textura Uma classificação possível (QUADRO 4.3) organiza as rochas de acordo com a filiação magmática (alcalinas, cálcico-alcalinas e toleíticas, com proporção decrescente de feldspatos alcalinos, e crescente de feldspatos cálcicos) e proporção em sílica (SiO2), esta supostamente refletindo diferenciação magmática sucessiva. Quanto ao teor em sílica, as rochas ígneas são classificadas em: a) ácidas: mais de 64% de SiO2; apresentam quartzo (mais de 10%) e feldspatos, os feldspatóides estão ausentes; b) intermediárias: 52% < SiO2 < 64%; apresentam feldspatos e feldspatóides, mas sem quartzo; c) básicas: 48% < SiO2 < 52%; feldspatóides dominantes, feldspatos em menor quantidade, quartzo ausente; d) ultrabásicas: menos de 48% de SiO2; apresentam feldspatóides, feldspatos ausentes (ou raros), quartzo ausente. A classificação do QUADRO 4.3 leva em conta também as condições de formação das rochas. Os termos colocados acima referem-se a tipos plutônicos, com granulação grossa (p.e. granito, tonalito, sienito, diorito, gabro). Os termos colocados abaixo referem-se a tipos extrusivos, com granulação fina (p.e. riolito, dacito, traquito, andesito, diabásio). 11 % SiO2 proporção de tipos de feldspatos alcalina + 2/3 felds. alc. cálcico-alcalina 1/3<felds. alc.<2/3 toleítica - 1/3 felds. alc. ácidas + 64% granito alcalino granito, granodiorito riolito, riodacito tonalito dacito intermediárias 52-64% nefelina sienito, sienito fonolito, traquito diorito, boninito andesito básicas 48-52% gabro alcalino basalto alcalino gabro cálcico- alcalino basalto cálcico alcalino gabro diabásio (toleíto) ultrabásicas -48% komatiito kimberlito picrito QUADRO 4.3: Classificação das rochas ígneas com base na proporção de feldspatos, teor em sílica e textura (tipos com textura grossa em letras normais, tipos com textura fina em itálico). Uma classificação usual é a de Streckeisen (FIGURA 4.4), baseada nas proporções dos minerais essenciais (quartzo, feldspatos alcalinos + albita, plagioclásios, feldspatóides), representados por meio de dois diagramas triangulares. Existe nítida associação entre tipos de rochas ígneas (conforme a filiação magmática) e seu ambiente tectônico (QUADRO 4.1 e FIGURA 4.2). 4.2.4.2 Classificaçõesmineralógicas O conteúdo mineralógico reflete a composição e história evolutiva do magma, e é uma base fundamental de classificação. Entre os minerais dominantes da rocha, identificam-se: a) minerais essenciais: sua presença é indispensável para se atribuir o nome de uma rocha (p.e. quartzo no granito, nefelina ou outro feldspatóide no fonólito); b) minerais acessórios: aparecem em menor quantidade, e são eventuais (não são indispensáveis); podem ser classificados em 12 acessórios característicos (mais de 5% da rocha) ou acessórios secundários (menos de 5%). . FIGURA 4.4: Classificação das rochas magmáticas de A. Streckeisen (1974), levando em conta a proporção dos minerais essenciais. Em letras normais: rochas plutônicas granuladas; em itálico: rochas efusivas afaníticas (= microlíticas). 13 Como já foi visto anteriormente, a presença ou ausência de quartzo, feldspatos e feldspatóides reflete a quantidade de sílica, e pode ser utilizada como critério de classificação em rocha ácida, intermediária, básica e ultrabásica. Também já vimos (QUADRO 4.3) que a proporção entre feldspatos alcalinos (ortoclásio, microclínio, albita) e cálcicos (anortita) é um critério de classificação importante. Um procedimento comum é o ensaio de coloração seletiva dos feldspatos, no qual a amostra de rocha polida é inicialmente tratada com ácido fluorídrico (que reage com os feldspatos e o quartzo) e posteriormente com solução de cobalto-nitrito de sódio (os feldspatos cálcicos produzem película branca, os alcalinos amarela e o quartzo incolor). 4.2.4.3 Classificação com base na cor A cor é também um critério de classificação, visto que os minerais ferromagnesianos (biotita, piroxênios, anfibólios, olivinas), denominados máficos, são usualmente escuros e mais densos, e caracterizam as rochas básicas e ultrabásicas. Já os minerais geralmente desprovidos de ferro e magnésio, denominados félsicos (quartzo, feldspatos, feldspatóides, moscovita) são claros e leves, e na maioria das vezes caracterizam as rochas ácidas. Na classificação de Shand, calcada no volume de minerais escuros, distinguem-se as seguintes classes: a) rochas leucocráticas: menos de 30% de máficos; b) rochas mesocráticas: 30% < máficos < 60%; c) rochas melanocráticas: 60% < máficos < 90%; d) rochas hipermelanocráticas: mais de 90% de máficos. 4.2.5 Textura das rochas ígneas Textura é um termo usado em petrografia que se refere ao grau de cristalização, ao tamanho dos grânulos (ou granulação) e às relações geométricas entre os constituintes menores (cristais, grãos) de uma rocha. Tem a ver, portanto, com feições de pequena escala (micro a mesoscópicas) das rochas. 14 No caso das rochas ígneas, tais aspectos são controlados pela velocidade e ordem de cristalização, o que depende da temperatura inicial, velocidade de resfriamento, composição, conteúdo em gás, viscosidade, pressão. As características texturais lançam muita luz sobre as condições de formação das rochas ígneas. Quanto ao grau de cristalização as rochas ígneas podem ser classificadas em: a) holocristalinas: compostas inteiramente de cristais (p.e. granito); b) holohialinas: compostas inteiramente de vidro (p.e. obsidiana); c) hipocristalinas ou mesocristalinas: contêm tanto vidro como cristais (p.e. basalto). Quanto à granulação, as rochas ígneas podem ser classificadas em: a) criptocristalinas: quando os cristais são tão diminutos que não podem ser identificados nem com o microscópio: b) afaníticas: quando a maior parte dos constituintes é tão pequena que não pode ser individualizada a olho nu; c) faneríticas: as rochas mais grossas, em que é possível individualizar a maior parte dos constituintes a olho nu; c.1) de granulação fina: diâmetro da maior parte dos cristais menor que 1 mm; c.2) de granulação média: diâmetros entre 1 e 5 mm; c.3) de granulação grossa: diâmetros entre 5 mm e 3 cm; c.4) de granulação muito grossa: diâmetros acima de 3 cm. Quanto às relações geométricas entre os constituintes das rochas ígneas, os grânulos são classificados em: a) euédricos (ou idiomórficos ou automórficos): apresentam formas características, completamente limitadas por faces de um cristal; b) subédricos (ou hipidiomóficos): são só parcialmente limitados por faces: c) anédricos (ou alotriomórficos ou xenomórficos): são desprovidos de faces geométricas. Várias texturas de rochas ígneas características são definidas pela granulação e relações geométricas dos constituintes. As principais destas texturas são (FIGURAS 4.6 a 4.10): 15 a) granular: a maioria dos minerais da rocha é aproximadamente equidimensional, refletindo variações contínuas de temperatura: a.1) granular-panidiomórfica, granular-automórfica ou lamprofírica: maioria dos minerais principais é euédrica (p.e. lamprófiros, rochas escuras hipoabissais); a.2) granular-hipidiomórfica, granular-hipantomórfica ou granítica: apresenta constituintes euédricos, subédricos e anédricos, sendo a textura granular mais comum (p.e. granitos); a.3) granular-alotriomórfica, granular-xenomórfica, aplítica ou sacaróide: quase todos os constituintes são anédricos (p.e. aplitos); b) porfirítica: granulação notavelmente desigual, destacando-se cristais relativamente grandes (fenocristais) em matriz fina, refletindo, em alguns casos, mudanças abruptas de temperatura durante a cristalização: b.1) microporfirítica: quando os fenocristais são pequenos, necessitando-se de um microscópio para identificá-los; b.2) vitrofírica: fenocristais em matriz vítrea; b.3) felsofírica: a matriz é um intercrescimento denso de quartzo e feldspato (felsito); b.4) ocelar: os fenocristais assemelham-se a olhos; c) textura gráfica ou micrográfica: intercrescimentos de quartzo e feldspato alcalino, por cristalização simultânea ou substituição; o quartzo é comumente cuneiforme, assemelhando-se a inscrições rúnicas; d) textura mirmequítica: intercrescimento de diminutas massas de quartzo em plagioclásio sódico; resulta da substituição de partes marginais de feldspatos potássicos em contato com plagioclásio; e) textura ofítica: ripas de plagioclásio são parcial ou totalmente envolvidas por cristais maiores (normalmente de piroxênio); comum em gabros, diabásios e basaltos; e.1) textura subofítica: as ripas de plagioclásio são maiores que os cristais de piroxênio, e são só parcialmente envolvidas por estes; 16 e.2) textura hialofítica: o vidro substitui o piroxênio na textura ofítica; f) textura poiquilítica: numerosos grânulos de vários minerais, orientados ao acaso, estão completamente envolvidos por cristais maiores, contínuos, de composição diferente; g) bordas quelifíticas: camadas concêntricas radiadas (bordas de reação) desenvolvidas sobre cristais precoces (p.e. olivina), por reações incompletas com a fusão ou com soluçðes tardi- magmáticas (deutéricas); h) textura intergranular: os interstícios intergranulares entre feldspatos estão ocupados por grânulos ferromagnesianos (olivina, piroxênio, minérios de ferro), orientados ao acaso; h.1) textura intersertal: os interstícios intergranulares entre as ripas de feldspatos são parcialmente preenchidos com vidro, ou minerais secundários não granulares; h.2) textura hialopilítica: o vidro ocupa totalmente os interstícios minúsculos entre as placas de feldspato orientadas ao acaso; i) textura traquítica:os micrólitos (pequenas ripas) de feldspatos estão dispostos paralelamente, em conseqüência do fluxo em rochas extrusivas: i.1) textura pilotaxítica: as camadas fluidais são menos nítidas que nos traquitos. As relações geométricas permitem interpretar a ordem de cristalização (FIGURA 4.5): a) quando um mineral está envolvido por outro, o mineral envolvente é o mais jovem; b) os cristais precoces tendem a ser mais euédricos que o tardios; c) quando cristais grandes e pequenos coexistem, os grandes começaram a desenvolver-se primeiro. 4.2.6 Estrutura das rochas ígneas O arranjo geométrico dos componentes maiores (conjuntos de cristais ou grãos) constitui a estrutura das rochas. As estruturas são 17 descontinuidades ou anisotropias que refletem arranjos não aleatórios dos componentes, conferindo algum tipo de feição de escala maior (macroscópica) que as feições determinadas pela textura. As principais estruturas presentes nas rochas ígneas são: a) vesículas: vazios pelo aprisionamento de gases em lavas (magma que extravasa à superfície) e intrusões de pequena profundidade; b) amígdalas: vesículas preenchidas com minerais deutéricos ou secundários (opala, calcedônia, calcita, zeólitas); c) estrutura fluidal: arranjo paralelo linear ou planar dos minerais precoces pelos fluxos do magma em solidificação; d) zoneamento (ou variações de granulação e composição): nos contatos ou bordas dos corpos magmáticos, onde o resfriamento é mais rápido, podem desenvolver-se zonas de granulação mais fina; próximo ao teto do plúton concentram-se gases e fluidos finais mais leves, pouco viscosos, que dão origem a texturas grossas, pegmatóides, e tipos rochosos enriquecidos em minerais contendo elementos voláteis (turmalina, topázio, fluorita); e) diáclases: juntas (ou fraturas ou superfícies de ruptura) formadas pela diminuição de volume em conseqüência da solidificação, resfriamento e alívio de carga.
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