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UNIDADE E – METAMORFISMO E ROCHAS METAMÓRFICAS Introdução Você já aprendeu que as rochas ígneas se formam a partir da solidificação do magma, e que as rochas sedimentares se formam a partir da litificação dos sedimentos produzidos pelo intemperismo. Agora você vai estudar o último grupo de rochas: as rochas metamórficas. Esses grupo compreende as rochas que se originaram por transformação das rochas preexistentes, sob efeito de altas temperaturas e pressões, sem, no entanto, passar pelo estado de fusão. Dessa forma, as rochas metamórficas sofreram mudanças ou na mineralogia, ou na textura, ou na composição química ou em todos esses três parâmetros. Diz-se que esse grupo de rochas sofreu metamorfismo. Embora ao longo da história evolutiva da Terra têm ocorrido processos metamórficos que afetam de forma generalizada as rochas presentes na crosta, o entendimento do metamorfismo tem avançado mais lentamente do que a compreensão dos processos ígneos e sedimentares. Isto, porque o estudo das rochas metamórficas se fundamenta em observações, inferências e lógica, apoiando-se em estudos experimentais e nos princípios básicos da química e da física. Objetivos � Compreender os mecanismos envolvidos na formação das rochas metamórficas; � Identificar as estruturas das rochas metamórficas; � Conhecer as principais rochas metamórficas. Conceitos-chave para esta unidade: 1) As rochas metamórficas resultam de mudanças na pressão e temperatura e de mudanças químicas dos fluidos de seus poros. 2) Durante o metamorfismo, crescem novos minerais na direção de menor tensão, originando uma rocha com estrutura planar chamada foliação. Os três principais tipos de foliação são: clivagem ardosiana, xistosidade e bandamento gnáissico. Rochas com somente um mineral (como o calcário), não desenvolvem a foliação pronunciada, mas sim uma textura granular com cristais grandes. 3) Os principais tipos de rochas metamórficas são ardósia, xisto, gnaisse, quartzito, mármore, anfibolito, metaconglomerado e cornubianito. 4) O metamorfismo regional origina as raízes de montanhas ao longo de placas convergentes. O metamorfismo de contato é um fenômeno localizado associado com mudanças térmicas e químicas próximos à intrusões ígneas. 5. Rochas Metamórficas Se as rochas metamórficas são aquelas que sofreram metamorfismo, o que é metamorfismo? Em geologia, metamorfismo é definido como o conjunto de processos pelos quais uma determinada rocha é transformada, por meio de reações que se processam no estado sólido, em outra rocha, com características distintas daquelas que ela apresentava antes da atuação do metamorfismo. Estas modificações implicam mudanças na estrutura, textura, composição mineralógica ou mesmo composição química da rocha, que ocorrem geralmente combinadas. O campo dos processos metamórficos é delimitado, por um lado, pelos processos diagenéticos, de baixa temperatura, até aproximadamente 250°C e, por outro, pelo início da fusão de rochas a altas temperaturas. Assim, o metamorfismo diz respeito às transformações sofridas pelas rochas, sem que estas sofram fusão. A rocha resultante de um processo metamórfico depende, essencialmente, da sua composição original, das condições de pressão e temperatura e dos fluídos envolvidos, ou seja, rochas de composição mineralógica diferentes irão apresentar mineralogia metamórfica diversa, mesmo quando submetida a ações metamórficas semelhantes. 5.1. Fatores condicionantes do metamorfismo Toda rocha na crosta terrestre está em situação química-mineralógica estável ou em equilíbrio, nas condições de temperatura e de pressão em que a rocha se formou. Quando uma rocha é afastada das condições de temperatura e pressão da sua formação, tende a se modificar, quanto maior forem as variações de temperatura e de pressão que sofrer. Dessa forma, os principais fatores condicionantes do metamorfismo são temperatura, pressão e composição de fluídos. A contribuição da pressão é dada pelo resultado das forças verticais, exercida pelo peso das rochas sobrepostas, e das forças horizontais, desenvolvidas quando as rochas são deformadas. Em relação à temperatura, esta afeta intensamente a mineralogia e a textura das rochas. Quando uma rocha se ajusta a nova temperatura, seus átomos e íons recristalizam-se, ligando- se em novos arranjos e criando novas assembléias minerais. Além disso, muitos dos novos cristais tendem a ficar maiores do que eram na rocha original, e se ocorrer, ao mesmo tempo, deformação, a rocha pode tornar-se bandada à medida que minerais de diferentes composições são segregados em planos separados. Embora as transformações mineralógicas que ocorrem durante o metamorfismo se desenvolvem no estado sólido, os sistemas metamórficos apresentam uma fase fluída, representada pelos fluídos hidrotermais, produzidos durante o metamorfismo, os quais transportam dióxido de carbono e substâncias químicas. Quando essas soluções hidrotermais percolam até as partes rasas da crosta, elas reagem com as rochas nas quais penetram, mudando sua composição química e mineralógica e, algumas vezes, substituindo completamente um mineral pelo outro, sem mudar a textura da rocha. Assim, os fluidos hidrotermais aceleram as reações químicas metamórficas. Saiba mais: Esse tipo de modificação na composição da rocha por transporte de fluidos de substâncias químicas dentro ou fora dela é chamado metassomatismo, ou seja, quando o metamorfismo é acompanhado por mudanças de composição química da rocha, evidenciado pela formação de minerais novos não existentes anteriormente. 5.2. Tipos de metamorfismo O metamorfismo desenvolve-se em diversos ambientes na crosta, com extensões variáveis: desde restrito a pequenas áreas, de poucos centímetros, até abrangendo grandes faixas com centenas de milhares de quilômetros de extensão e em profundidades que vão de níveis crustais mais rasos até os mais profundos. Dependendo do ambiente geológico e da extensão geográfica onde ocorrem estas transformações, o metamorfismo pode ser classificado em: regional ou dinamotermal, de contato ou termal e dinâmico ou cataclástico. Além destes, pode-se mencionar também os metamorfismos de soterramento, hidrotermal, de fundo oceânico e de impacto. Material Complementar: Para você saber mais sobre os tipos de metamorfismo, consulte o Texto Complementar E.1. 5.3. Texturas metamórficas As texturas das rochas metamórficas desenvolvem-se por blastese, que implica a nucleação e crescimento mineral no estado sólido. Por esta razão, o radical blasto é utilizado para designar texturas metamórficas. Nesse sentido, as principais texturas metamórficas, representadas na Figura E.1, são: ���� Granoblástica: encontrada em rochas não-foliadas, maciças, sem predomínio de uma ou outra dimensão nos minerais. Ex: Quartzitos. ���� Lepidoblástica: rochas com predomínio de minerais micáceos orientados, como muscovita, biotita ou clorita. Ex: Xistos, filitos. ���� Nematoblástica: quando os minerais orientados são prismáticos, como anfibólios e piroxênios. ���� Porfiroblásticas: contém cristais maiores dispostos em matriz de granulação mais fina. ���� Cataclástica: quando os minerais se encontram deformados, cominuídos ou quebrados por deformação mecânica. Figura E.1: Principais texturas metamórficas. Fonte: www.geoturismobrasil.com/Material%20didatico/Rochas%20metam%F3rficas.pdf. 5.4. Estruturas metamórficas As estruturas das rochas metamórficas fornecem importantes informações sobre o processo metamórfico. Rochas geradas sem a atuação de pressão dirigida apresentam estrutura maciça, ou preservam vestígios das estruturas primárias dos protólitos. As rochas com estrutura maciça possuem um aspecto compacto, homogêneoe com ausência de minerais com orientação planar ou dispostos em leitos. Glossário: Protólito: corresponde as rochas a partir das quais se originam as rochas metamórficas. Quando as paragêneses metamórficas são formadas durante a atuação de pressão dirigida (Figura E.2), as rochas adquirem estruturas orientadas e desenvolvem foliações de diversos tipos. A foliação metamórfica resulta da orientação paralela ou subparalela de filossilicatos, como argilominerais e micas, em geral, e ocorre na maioria das seqüências de rochas submetidas a metamorfismo regional. Saiba mais: Paragênese é o conjunto de minerais em equilíbrio, existentes em rochas ígneas, metamórficas e minérios que se formaram nas mesmas condições termodinâmicas de pressão, temperatura e pressões de voláteis. Saiba Mais: Foliação refere-se ao conjunto de superfícies paralelas, planas ou onduladas produzidas por deformação. A principal causa da foliação é a presença de minerais placóides, principalmente as micas e a clorita. Os minerais placóides tendem a se cristalizar como cristais delgados em forma de placas. Os planos de todos os cristais placóides são alinhados paralelos à foliação, um alinhamento denominado de orientação preferencial dos minerais. Quando os minerais placóides cristalizam-se, a orientação preferencial é geralmente perpendicular à direção principal das forças de compressão da rocha. Figura E.2: Formação da foliação por orientação preferencial dos minerais como micas, cloritas e anfibólios, sob condições de stress. Fonte: SGARBI (2007). Material de apoio: Para saber mais sobre a formação de estruturas orientadas em rochas metamórficas, consulte o vídeo: http://www.classzone.com/books/earth_science/terc/content/visualizations/es0607/flash/es060 7_metamorphic.swf Os principais tipos de foliação são: Clivagem. Xistosidade e Bandamento Gnáissico, conforme pode ser visualizado no Quadro E.1. Clivagem Forma-se sob baixas temperaturas e pressões, características do início do metamorfismo. A foliação é definida pela orientação de pequenos cristais de clorita e argilominerais, não visíveis a olho nu, os quais formam planos sem brilho, segundo os quais a rocha se parte facilmente. É típica em ardósias e denomina-se Clivagem ardosiana. Xistosidade Forma-se sob condições de baixo a médio grau de metamorfismo. A xistosidade resulta da orientação de minerais como clorita, muscovita, biotita, quartzo e anfibólios. Planos de xistosidade tem tamanho médio dos cristais constituintes e brilho, maior que os planos de clivagem. Bandamento gnáissico Forma-se sob altas temperaturas e pressões. É caracterizado pela segregação de minerais em bandas descontínuas, de composição e coloração distintas. Os componentes principais das bandas claras são o quartzo e feldspatos e das bandas escuras, biotita e anfibólios. Quadro E.1:Tipos de foliação metamórfica: clivagem, xistosidade e bandamento gnássico. Esses diferentes tipos de foliação refletem a intensidade do metamorfismo, cuja elevação produz um aumento no grau de orientação e no tamanho dos minerais. Fonte: Sgarbi, 2007. Geralmente a foliação progride de uma estrutura para outra, refletindo o aumento da temperatura e pressão, indicando, dessa forma, o grau de metamorfismo (Figura E.3). Nessa progressão, um folhelho pode ser metamorfisado, primeiramente, para uma ardósia, que representa uma rocha foliada de baixo grau metamórfico. Glossário: Folhelhos são compostos de silte e de uma quantidade significativa de argila, que causa a facilidade de rompimento dessa rocha ao longo de planos de acamadamento. Os folhelhos são rochas sedimentares. Com o aumento do grau metamórfico, a ardósia, transforma-se gradativamente em filito, os quais são similares em suas características e origem, porém com uma granulação mais desenvolvida. Da mesma forma que a ardósia, tende-se a partir em folhas delgadas. Figura E.3: Relação entre o aumento do grau metamórfico e a formação de estruturas. O progressivo aumento do grau metamórfico leva a transformação dos filitos em xistos. Em baixos graus de metamorfismo os cristais de minerais placóides são em geral muito pequenos para serem vistos, a foliação é pouco espaçada e as camadas são muito delgadas. Quando as rochas metamórficas são mais intensamente metamorfizadas (em grau mais alto), os cristais placóides (micas, clorita, talco) crescem o suficiente para serem visíveis a olho nu e os minerais tendem a segregar-se em faixas mais claras e mais escura. Esse arranjo paralelo dos minerais em folhas caracteriza os xistos. Uma foliação ainda mais espessa é mostrada pelos gnaisses de alto grau, que são rochas de coloração clara, com bandas espessas de minerais claros e escuros segregados na rocha. O bandamento dos gnaisses em camadas claras e escuras resulta da segregação de quartzo e feldspato, de coloração clara, e anfibólios e outros minerais máficos, de coloração escura. Os gnaisses são rochas de grão grosso e a razão entre os minerais granulares e os placóides é maior do que nas ardósias ou nos xistos. O resultado é uma foliação fraca e, assim, com pequena tendência a se partir. A Figura E.4 ilustra a progressão do metamorfismo do folhelho. Figura E.4: O metamorfismo do folhelho envolve uma série de etapas, dependendo da intensidade da temperatura e da pressão. Um folhelho pode se transformar em ardósia, xisto ou gnaisse. Fonte: HAMBLIM (1985). Em temperaturas mais altas que as necessárias para produzir gnaisses, a rocha encaixante pode começar a se fundir. Nesse caso, da mesma forma que nas rochas ígneas, os primeiros minerais a se fundir serão os de menor temperatura de fusão. Assim, apenas parte da rocha encaixante se fundirá, e a fusão pode migrar apenas por uma pequena distância antes de se resfriar novamente. As rochas produzidas desse modo são muito deformadas e contorcidas e são penetradas por muitos veios e pequenas lentes. O resultado é uma mistura de rochas ígneas e metamórficas chamada de migmatito. 5.5. Classificação das rochas metamórficas Assim como as rochas ígneas e sedimentares, as rochas metamórficas também são classificadas de acordo com sua composição mineral e estruturas. Entretanto, a classificação das rochas metamórficas é mais complexa por vários motivos: o metamorfismo é controlado por temperatura, pressão e fluídos, os quais podem se combinar de diversas maneiras, resultando em um grande número de condições metamórficas. Para você compreender a complexidade das rochas metamórficas lembre que rochas ígneas, sedimentares e metamórficas, representando protólitos com ampla diversidade de composições, texturas e estruturas, podem ser metamorfizadas, que sob as mesmas condições, originam rochas metamórficas diferentes. Da mesma forma, sob determinadas condições metamórficas, protólitos distintos podem resultar em rochas metamórficas semelhantes (SGARBI, 2007). A diversidade de rochas metamórficas impede a adoção de esquemas rígidos para a sua classificação e nomenclatura e relativamente poucos nomes designam de forma especifica um tipo particular de rocha. Assim, podemos classificar as rochas metamórficas em rochas foliadas e rochas não-foliadas. As rochas foliadas, grupo no qual se insere a maior parte das rochas metamórficas, é constituído por rochas, nas quais a pressão dirigida produziu orientação preferencial dos minerais, levando à formação de planos e/ou linhas, conforme descrito anteriormente. Essas rochas são classificadas pela intensidade da clivagem, pela xistosidade e pelo bandamento, correspondente à intensidade do metamorfismo. São exemplos desse grupo a ardósia, xisto e gnaisse, conforme apresentado na Figura E.5. Figura E.5: Rochas metamórficas foliadas. Já asrochas não-foliadas são formadas sob condições na qual a pressão dirigida é nula ou muito pequena. A ausência de orientação mineral é característica de rochas submetidas a metamorfismo de contato ou de soterramento e daquelas constituídas por minerais eqüidimensionais. Essas rochas, exceto o cornubianito, são definidas por sua composição mineral, uma vez que são de aparência maciça. Nesse grupo enquadram-se o quartzito, o mármore (Figura E.6), ambas monominerálicas, e o cornubianito. Figura E.6: Rocha metamórfica não-foliada: mármore. Material de apoio: Para saber mais sobre as rochas metamórficas consulte o vídeo Rochas Metamórficas, disponível no DVD da disciplina de Geologia, na biblioteca do seu pólo. 5.6. O Ciclo das rochas Agora você já conhece os três grupos de rochas e através do ciclo das rochas, você pode relacionar cada tipo de rocha com os processos geológicos envolvidos em sua formação. Dessa forma, o ciclo das rochas relaciona os processos geológicos para a formação de cada um dos tipos de rocha a partir de outros, representando as diversas possibilidades de transformação de um tipo de rocha em outro. Podemos ver os processos iniciando em qualquer ponto do ciclo. Começamos com a formação das rochas ígneas, pela cristalização do magma no interior da terra. As rochas ígneas são, então, soerguidas para a superfície no processo de formação de montanhas. Aí elas são expostas ao intemperismo e a erosão, que produzem os sedimentos e, após a litificação, as rochas sedimentares. O soterramento profundo, de rochas ígneas e sedimentares, leva ao metamorfismo, gerando as rochas metamórficas, ou a fusão, formando o magma, sendo nesse ponto que o ciclo recomeça. A tectônica de placas é o mecanismo que faz o ciclo operar. O ciclo das rochas pode ser visualizado na Figura E.7. Figura E.7: Representação esquemática do ciclo das rochas. Fonte: PRESS; SIEVER; GROTZINGER; JORDAN (2004). Material de Apoio: Para entender melhor o ciclo das rochas dê uma olhada no vídeo abaixo http://www.classzone.com/books/earth_science/terc/content/investigations/es0602/flash/es0602_p02_ rockcycle.swf Ciclo das rochas Material Complementar: Para identificar os diferentes tipos de rochas com seus alunos, consulte o Texto Complementar E.2, onde disponibilizamos para você alguns recursos que irão facilitar na prática a classificação das rochas. Atividade 1 – Com base nas Unidades D e E, envolvendo intemperismo e rochas sedimentares e metamorfismo e rochas metamórficas, escolha um destes temas e elabore uma atividade prática ou recurso didático para ser utilizado futuramente por você em sala de aula. Além de uma descrição da atividade (materiais necessários, etapas para a construção do material, desenho ou croqui...), não esqueça de elencar os objetivos previstos e a série em que será desenvolvida a atividade. Nos links abaixo podem ser acessadas algumas orientações e sugestões que podem auxiliar na construção da sua proposta. http://www2.igc.usp.br/geojunior/Cap%2010%20-%20Rec.%20Didaticos.pdf http://www.ige.unicamp.br/~lrdg/mariagloria.html http://www.ige.unicamp.br/~lrdg/anamarasanta.html http://www.seara.ufc.br/animacoes/efeitoestufa.pps http://www.educacaocampolargo.pr.gov.br/educacaocampolargo/arquivos/File/Geografia/ atividadespraticasgeografia1.pdf http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/ http://www.rived.mec.gov.br/site_objeto_lis.php
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