Geracao de magmas grandes sistemas magmáticos

Prévia do material em texto

A = magmachamber (batholith); B = dyke/dike; C = laccolith; D = pegmatite; E = sill; F = stratovolcano;
Processes: 1 = newer intrusion cutting through older one; 2 = xenolith or roof pendant; 3 = contact metamorphism; 4 = uplift due to laccolith emplacement.
Igneous and volcanic structures/bodies
CRISTALIZAÇÃO FRACIONADA SIMPLES E EM EQUILÍBRIO
A cristalização fracionada torna o magma cada vez mais enriquecido em elementos incompatíveis (LILE, HSFE) e mais empobrecido em elemento compatíveis; 
No final do fracionamento é comum a formação de uma fase rica em vapor + líquido silicatado;
A presença do vapor aumenta a T do magma gerando texturas porfiríticas;
O aumento da pressão promove fraturamento do teto da intrusão e a passagem dos fluidos promove a geração de paragêneses de alteração hidrotermal e a geração de pegmatitos, veios, aplitos, etc..
Principais processos que podem estar envolvidos na evolução/transformação dos magmas
1. Cristalização fracionada simples
 2. Acumulação (deposição gravitacional de cristais)
3. Fenômenos de convecção na câmara magmática
4. Mistura de magmas (magma mixing, magma mingling)
5. Assimilação e contaminação crustal 
6. Imiscibilidade de líquidos
A = magmachamber (batholith); B = dyke/dike; C = laccolith; D = pegmatite; E = sill; F = stratovolcano;
Processes: 1 = newer intrusion cutting through older one; 2 = xenolith or roof pendant; 3 = contact metamorphism; 4 = uplift due to laccolith emplacement.
Igneous and volcanic structures/bodies
Figure 12-19. Schematic illustration of the density variation in tholeiitic and calc-alkaline magma series (after Sparks et al., 1984) Phil. Trans. R. Soc. Lond., A310, 511-534. 
1: olivine crystallizes; 2: olivine and pyroxene crystallize; 3: pyroxene and plagioclase crystallize; 4: plagioclase crystallizes. At the bottom of the magma reservoir, a cumulate rock forms.
Cumulates and phase diagrams
Cumulates and phase diagrams
A closed system crystallisation will produce a succession of cumulates with progressively lower temperature mineral assemblages during crystallisation.  
The phase diagram above was used by Irvine (1970) to explain layering successions in the Muskox intrusion in northern Canada.  (http://www.skaergaard.org/cumuanim.html)
Figure 12-7. The Fo-Fa-SiO2 portion of the FeO-MgO-SiO2 system, after Bowen and Schairer (1935) Amer. J. Sci., 29, 151-217. 
Figure 12-7. The Fo-Fa-SiO2 portion of the FeO-MgO-SiO2 system, after Bowen and Schairer (1935) Amer. J. Sci., 29, 151-217. 
Magma possui comportamento Newtoniano: 
cristais maiores afundam mais rápido
se o contraste de densidade for quase nulo, os cristais flutuam
quanto maior a viscosidade do magma, menor o afundamento dos cristais
A acumulação gravitacional de cristais leva à formação de texturas de acumulação
A acumulação gravitacional de cristais leva à formação de texturas de acumulação
0 - 30% de cristais - comportamento newtoniano do magma. Fenômenos gravitacionais podem se produzir  formação de cumulatos;
30 - 70% de cristais - comportamento do magma como um fluido tipo Bingham. Cristais ficam em suspensão até atingirem um determinado tamanho que os permitam vencer a resistência do líquido;
> 70% de cristais - o magma se comporta como sólido e o líquido fica trapeado (formação de adcumulatos)
Fractional crystallisation
1: olivine crystallizes; 2: olivine and pyroxene crystallize; 3: pyroxene and plagioclase crystallize; 4: plagioclase crystallizes. At the bottom of the magma reservoir, a cumulate rock forms.
Figure 12-20. Schematic illustration of a model for the development of a cyclic unit in the Ultramafic Zone of the Stillwater Complex by influx of hot primitive magma into cooler, more evolved magma. From Raedeke and McCallum (1984) J. Petrol., 25, 395-420. 
Camadas de cromitito em rocha ultramáfica e em anortosito (Bushveld, África do Sul)
Cumulato de composição granítica
Principais processos que podem estar envolvidos na evolução/transformação dos magmas
1. Cristalização fracionada simples
2. Acumulação (deposição gravitacional de cristais)
 3. Fenômenos de convecção na câmara magmática
4. Mistura de magmas (magma mixing, magma mingling)
5. Assimilação e contaminação crustal 
6. Imiscibilidade de líquidos
Efeitos de parede:
Diferenças de temperatura entre o líquido magmático e as paredes da câmara magmática geram células de convecção. Os cristais tendem a se cristalizar nas paredes e no teto onde se produz uma forte nucleação. 
GERAÇÃO DE CÉLULAS DE CONVECÇÃO
Modelo de Langmuir 
Diferença de temperatura entre o magma e a parede e /ou o teto da câmara magmática induz à geração de células de convecção e a fenômenos de nucleação. 
Ilustração da formacão de rochas ao longo das paredes e do teto da câmara magmática. 
Fonte: Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall
Principais processos que podem estar envolvidos na evolução/transformação dos magmas
1. Cristalização fracionada simples
2. Acumulação (deposição gravitacional de cristais)
3. Fenômenos de convecção na câmara magmática
 4. Mistura de magmas (magma mixing, magma mingling)
5. Assimilação e contaminação crustal 
6. Imiscibilidade de líquidos
Mingling: mistura mecânica - emulsão bifásica pelo contato de 2 líquidos (a exemplo de água e óleo)
Mixing: mistura única, fase líquida híbrida de composição intermediária
MISTURA DE MAGMAS
L3
L2
L1
+
=
Exemplo de magma mingling entre rocha máfica (basáltica) e rocha félsica (granítica), ambas com ~424 Ma, Swans Island, Maine (EUA).
Mais um exemplo de mingling: interseção de 2 diques de lamprófiros em rocha granítica. O primeiro dique exibe relações de mingling com o granito (Alpes italianos).
Principais processos que podem estar envolvidos na evolução/transformação dos magmas
1. Cristalização fracionada simples
2. Acumulação (deposição gravitacional de cristais)
3. Fenômenos de convecção na câmara magmática
4. Mistura de magmas (magma mixing, magma mingling)
 5. Assimilação e contaminação crustal 
6. Imiscibilidade de líquidos
Assimilação - o magma incorpora mecanicamente componentes da rocha encaixante  xenólitos
Contaminação - o magma tem sua composição modificada pela adição de porções da rocha encaixante (só ocorre se a T do magma for maior que a T do solidus da encaixante)
ASSIMILAÇÃO E CONTAMINAÇÃO CRUSTAL
Principais processos que podem estar envolvidos na evolução/transformação dos magmas
1. Cristalização fracionada simples
2. Acumulação (deposição gravitacional de cristais)
3. Fenômenos de convecção na câmara magmática
4. Mistura de magmas (magma mixing, magma mingling)
5. Assimilação e contaminação crustal 
 6. Imiscibilidade de líquidos
IMISCIBILIDADE DE LÍQUIDOS
Imiscibilidade de líquidos envolve a separação de um magma homogêneo em duas frações as quais se mantêm em equilíbrio:
Silicato-Silicato: situações de desmistura de líquidos silicáticos máficos e félsicos (liq. basálticos - liq. riolíticos);
Silicato-Fosfato e Silicato-Óxido: Trabalhos experimentais (Philpots 1967) demonstraram que líquidos ricos em magnetita e apatita podem coexistir de forma imiscível com líquidos silicatados. Da mesma forma, Naslund (1976) demonstrou que um líquido rico em óxido de ferro pode coexistir de forma imiscível com um líquido silicatado no sistema KAlSi3O8-FeO-Fe2O3-SiO2 se a fugacidade de oxigênio for alta  associação magnetita-apatita de vários complexos M-U estratificados e carbonatíticos; associações ilmenita-magnetita-apatita ou rutilo-apatita de complexos anortosíticos;
Silicato-Carbonato: Trabalhos experimentais no sistema NaAlSi3O8-Na2CO3, na presença de CO2 e H2O, demonstraram a existência de um enorme gap de miscibilidade entre líquidos silicatados e líquidos ricos em carbonatos  origem dos magmas carbonatíticos;Silicato-Sulfeto: A imiscibilidade entre sulfetos e silicatos tem sido observada tanto em sistemas experimentais (FeS-FeO-Fe3O4-SiO2) quanto em sistemas naturais (erupções vulcânicas recentes). Os trabalhos experimentais têm demonstrado que a solubilidade dos sulfetos em líquidos silicatados aumenta com a T e com o teor de FeO do fundido e decresce com a P, O2 e conteúdo em SiO2  mineralizações de sulfetos de Ni-Cu ± EGP em rochas máfico-ultramáficas;
Silicato-Água: se a quantidade de água presente num magma for maior do que seria possível ser dissolvido no fundido silicatado, então a água formará uma fase imiscível  solução hidrotermal  aplitos, pegmatitos
IMISCIBILIDADE DE LÍQUIDOS
PRINCIPAIS TIPOS DE MAGMAS QUE PODEM SER GERADOS A PARTIR DA FUSÃO PARCIAL DO MANTO
MAGMATISMO versus AMBIENTES GEOTECTÔNICOS
BORDAS
 DE 
PLACAS
DIVERGENTES (tectônica de expansão)
 Bacias Oceânicas : Toleitos  Komatiitos
 Bacias Marginais : Toleitos  Komatiitos
CONVERGENTES (tectônica de subducção e de colisão)
 Arcos Insulares: Toleitos, Calcio-Alcalinas, Alcalinas e/ou Shoshonitos, Adakitos
 Margens Continentais Ativas: Calcio-Alcalinas, Alcalinas e/ou Shoshonitos, Toleitos, Adakitos
 Zonas de Colisão Continente-Continente: plutônicas e vulcânicas de fusão crustal (anatexia)
TRANSFORMANTES: Toleitos, Basaltos Alcalinos
Tectônica Pluma
REVISÃO DE CONCEITOS 
Reinaldo Santana Correia de Brito 
Tectonica de Placas e Suas Limitações
De acordo com a teoria da Tectônica de Placas proposta nos anos 60, a superfície da Terra é coberta por placas rígidas, as quais são geradas nas cadeias meso oceânicas e que se movem para as trincheiras oceânicas e ali são subductadas no manto. 
A teoria da Tectônica de Placas explica a maioria dos fenômenos geológicos tais como sismicidade, vulcanismo e o padrão magnético do fundo oceânico. 
No entanto a teoria da Tectônica de Placas explica somente os fenômenos orogênicos que ocorrem na primeira centena de quilômetros superficiais do interior da Terra. É portanto uma teoria que cobre menos de 1/10 do diâmetro da Terra. 
Histórico
Durante a década de 80 os estudos de tomografia sísmica forneceram uma nova visão do interior da Terra, e conseqüentemente da o entendimento da dinâmica do interior da terra foi aprimorado consideravelmente. Abaixo do Sul do Pacífico foi detectado uma vasta zona de baixa velocidade (e.g., Inoue et al., 1990), enquanto que abaixo da Ásia foi localizada uma zona de alta velocidade. 
A região do Pacífico Sul é caracterizada por um alto topográfico que excede 1000 m (e.g., Crough, 1983) e também por vários hot spots, sugerindo a presença de large-scale mantle upwelling. A Ásia corresponde a área na qual a maior quantidade de litosfera oceânica foi subductada durante os últimos 300 Ma, sugerindo a presença de mantle downwelling na Ásia central
Plume Tectonics
“Explica não somente a camada superficial bem como a dinâmica de todo interior da Terra : Os fragmentos de crosta oceânica subducatdos no oeste do Pacífico estão estagnados na discontinuidade de 670 km devido a transição de fase endotérmica e finalmente entra em colapso para formar a cold mantle downwelling na interface núcleo/manto (CMB). 
Dois large-scale mantle upwellings estão presentes no manto inferior abaixo do Pacífico Sul e África (superpluma quente). A convecção de todo o manto controlada fluxo em grande escala é chamada de Tectônica de Plumas e que desempenha o papel mais importante na Dinâmica da Terra. 
A circulação do material das superplumas transportam não somente calor mas também elementos incompatíveis em cada camada que são identificáveis na assinatura química dos magmas desses pontos quentes. 
NA BUSCA DE UM NOVO PARADIGMA
O conhecimento da dinâmica e estrutura da terra avançou desde a tectônica de placas nos Anos 60 até os anos 80 e 90 com a as imagens tridimensionais obtidas através da tomografia sísmica
No momento estamos assistindo a construção do conhecimento integrado da dinâmica da Terra através do estudo interdisciplinar das Ciências da Terra.
Mecanismo de Circulação Global de Material no Interior da Terra
A litosfera oceânica gerada nas cordilheiras meso oceânicas é subductada no manto nas trincheiras. 
 O fragmento de placa subductado fica estagnado na zona de transição e finalmente formam avalanches na base do manto. 
Assim, a diferenciação química que ocorrem nas cordilheiras meso oceânicas, trincheiras oceânicas, zona de transição de 660 km de profundidade ocorrem como parte de um ciclo de circulação global de material no planeta. 
A superpluma se origina na interface mantoe/núcleo e transporta elementos leves tais como C, H, O, e S do núcleo externo para a surperfície.
Os episódios de atividade de superpluma devem estar relacionados a formação e colapso de fragmentos de placas oceânicas estagnados na profundidade de at 660 km.
O Mecanismo Global
A litosfera oceânica gerada nas cordilheiras meso oceânicas é subductada no manto nas trincheiras.
O fragmento de placa subductado f
ica estagnado na zona de 
transição e finalmente formam 
avalanches na base do manto
diferenciação química que ocorrem nas cordilheiras meso oceânicas, trincheiras oceânicas, zona de transição de 660 km de profundidade ocorrem como parte de um ciclo de circulação global de material no planeta.
Evolução composicional das plumas
Schematic illustrations to show the simpli¢ed thermal and compositional structure of (a) Archean, and (b) Proterozoic and Phanerozoic mantle plume starting-heads. Isotherms are labelled with potential temperature in degrees Celsius. The earliest melts to form are the high-Fe picrites/komatiites. These are derived from Fe-rich (`re-fertilised') peridotite `streaks' at the leading edge and margins of the starting-plume-head. Subsequent melts are generated by larger degrees of partial melting at higher mantle potential temperatures.
 Gibson, S.A. (2002) - Earth and Planetary Science Letters 195 pp. 59-74 
Figure 15-14. Diagrammatic cross section illustrating possible models for the development of continental flood basalts. DM is the depleted mantle (MORB source reservoir), and the area below 660 km depth is the less depleted, or enriched OIB source reservoir. Winter (20010 An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Figure 15-13. A model for the origin of the Columbia River Basalt Group From Takahahshi et al. (1998) Earth Planet. Sci. Lett., 162, 63-80. 
Ambiente Tectonico dos CFBs
hot spots Continentais
 Continental rifting pode ser associado com hot spots
Rifts abertos
Rifts “ abortados” (aulacogenos)
Present setting of the Columbia River Basalt Group in the Northwestern United States. Winter (2001). An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
Figure 15-2. Flood basalt provinces of Gondwanaland prior to break-up and separation. After Cox (1978) Nature, 274, 47-49. 
Figure 15-3. Relationship of the Etendeka and Paraná plateau provinces to the Tristan hot spot. After Wilson (1989), Igneous Petrogenesis. Kluwer.
TRAPS DE SIBÉRIA
Flood Basalts
Cilindros de Vesículas
TECHO VESICULADO
Disjunciones Horizontales y Vesículas
Disjunciones Colunar
Umbrales y Sedimentos
Soleiras 
Basaltos Continentais (Flood Basalts)
Grandes provincias Igneas (LIPs)
Plateaus Oceanicos
Rifts
Basaltos de inundação Continental (CFBs)
Figure 15-1. Columbia River Basalts at Hat Point, Snake River area. Cover of Geol. Soc. Amer Special Paper 239. Photo courtesy Steve Reidel.
Paraná Flood Basalts
Idades, volumes, and Razões de Erupções das Grandes Províncias Ígneas Comparadas com a Crosta Oceânica
Referências: Calrson(1991); Coffin & Eldholm (1994); Cawthorne and Walraven(1998).
a Valores em parentesis se referem a idade, duração, ou razão de erupção da maioria do vulcanismo,Ambientes Geotectônico
Plumas de Manto em Rifte Continental
	
Diagrama ilustrando formação de soleiras gabróicas alimentadas por câmeras magmáticas relativamente rasas originando: 
a)derrames basálticos
b) Soleiras de profundades rasas
*
Revisão de Conceitos
Sistema Magmático
Duas condições
Sistema magmático (plumbing system)
Fonte de enxofre que intercepta o sistema propriciando assimilação 
Assimilação tem dois efeitos: 
1- Enxofre dissolve no magma até atingir insolubilidade,
2- Adição de sulfeto extra causará a formação de um liquido óxi-sulfetado imiscível para o qual Ni-Cu-EGP particionam fortemente
Processos de Formação
Revisão de Conceitos
Fonte : Naldrett 1989
Fusão parcial do manto
Precipitação
de sulfetos
Precipitação
Posterior de
 sulfetos
Ascenção 
à crosta
Redistribuição
de metais por fluidos deutéricos e metamórficos
INCORPORAÇÃO DE:
OLIVINA
PIROXÊNIO
GRANADA
ESPINÉLIO
SULFETOS
CRISTALIZAÇÃO
Resfriamento
posterior
Início da Imiscibilidade dos sulfetos
*
Phase diagrams are graphical representations of the stability of different minerals, compounds and melts in plots with different intensive parameters (pressure, temperature, composition) on the different axes. If you need an introduction to phase diagrams, you are advised to refer to any undergraduate textbook in igneous petrology. Cumulates successions are closely linked to the phase relations of the crystallizing magma. A closed system crystallization will produce a succession of cumulates with progressively lower temperature mineral assemblages during crystallization. The animation below shows a situation where minerals are separated from the fractionating magma (by deposition or crystallization) on the floor of an intrusion generating a layered succession of cumulates. The composition of the magma is illustrated with the light red color.
*
*
The pyroxene + liquid field is bounded by the 1557oC-1305oC ternary peritectic curve on one side and the 1543oC-1178oC pyroxene-silica cotectic curve on the other
The field pinches out toward higher Fe content
Perfect fractional crystallization of a cooling liquid of bulk composition a follows the schematic path a-b-c-d-e-. Fe-poor olivine forms at point a, and the liquid evolves toward point b. Because olivine is separated as it forms, the peritectic reaction (Ol + Liq = Opx) is not possible. Rather, Fe-poor orthopyroxene forms, and the liquid progresses directly away from the pyroxene composition to point c, where tridymite forms. Fe-rich olivine reappears with pyroxene and tridymite at point d. Temperatures of invariant points are in degrees Celsius. The immiscible liquid solvus in the silica-rich field is ignored.
*
The pyroxene + liquid field is bounded by the 1557oC-1305oC ternary peritectic curve on one side and the 1543oC-1178oC pyroxene-silica cotectic curve on the other
The field pinches out toward higher Fe content
Perfect fractional crystallization of a cooling liquid of bulk composition a follows the schematic path a-b-c-d-e-. Fe-poor olivine forms at point a, and the liquid evolves toward point b. Because olivine is separated as it forms, the peritectic reaction (Ol + Liq = Opx) is not possible. Rather, Fe-poor orthopyroxene forms, and the liquid progresses directly away from the pyroxene composition to point c, where tridymite forms. Fe-rich olivine reappears with pyroxene and tridymite at point d. Temperatures of invariant points are in degrees Celsius. The immiscible liquid solvus in the silica-rich field is ignored.
*
*
*
*
Melting within a heterogeneous plume head (initial stages of the Yellowstone hot spot). 
The plume head contains recycled stringers of recycled oceanic crust that melts before the peridotite, yielding a silica-rich basaltic magma equivalent to the main Grande Ronde basalts and leaves a garnet-clinopyroxene residue. 
The large plume head stalls and spreads out at the base of the resistant lithosphere and the basaltic magma ponds (underplates) at the base of the crust, where it melts some crust to create rhyolite. 
Basalt escapes along a northward trending rift system to feed the CRBG.
*
*
*