Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Petrografia de Rochas Ígneas e metamórficas FACULDADE DE CIÊNCIAS DE TERRA E AMBIENTE CURSO DE GEOLOGIA Nampula, 2017 Eng. Rui Ilídio Mário Parte I: Petrografia de Rochas Ígneas 2º ano/1º semestre_2017 Tópicos: 1. Introdução a petrografia ígnea; 2. Propriedades físicas e químicas do magma; 3. Modo e forma de ocorrência de rochas ígneas; 4. Classificação de rochas piroclásticas; 5. Classificação mineralógica de rochas ígneas; 6. Classificação geoquímica e rochas ígneas; 7. Micróscopia de rochas igneas. 1. Introdução Um ramo de petrologia que se ocupa da descrição e classificação de rochas. Baseia-se fortemente em observações feitas com o microscópio petrográfico, mas as observação em afloramentos e com a lente da mão (lupa) são também importantes. A descrição petrográfica de uma rocha: i. Identificação de minerais e, se possível, determinação das suas composições; ii. Relações texturais entre os grãos. Não só ajudam para classificação, mas fornecem evidências dos processos activos durante a formação da rocha; iii. A rocha é então classificada com base nas percentagens do volume de vários minerais formadores de rochas. Petrografia 1. Introdução Existe uma grande variedade de rochas encontradas na natureza, mas o número de tipos importantes é surpreendentemente pequeno. As rochas são formadas em somente uns poucos ambientes tectônicos na terra. A petrografia tem um interesse relevante apenas quando considerada como parte da petrologia (o estudo da origem das rochas). Fornece a maioria dos dados que a petrologia esforça para interpretar e explicar. Petrografia 1. Introdução a petrografia ígnea Entender os processos eruptivos Identificação dos riscos causados pelas erupções vulcânicas nas comunidades Investigação da evolução magmática na câmara subvulcânica Documentar a estrutura e formação das crustas continentais e oceanicas Inferir os ambientes tectónicos passados (riftes meso-oceanicos, arcos de ilha, etc) a partir da composição das rochas ígneas antigas Porque estudar as rochas magmáticas? 1. Introdução a petrografia ígnea Entender a formação dos depósitos minerais associados com rochas ígneas Estabelecer a datação absoluta das sucessões das rochas sedimentares e vulcânicas, Investigação da génese dos magmas (a fonte e as condições de fusão) Identificar a partir das erupções das rochas magmáticas o carácter e distribuição do domínio geoquímico no manto e sua evolução no tempo. Porque estudar as rochas magmáticas? 1. Introdução a petrografia ígnea As rochas ígneas informam-nos não somente acerca dos processos que deram lugar na superfície da terra no presente momento, mas também: Acerca dos processos primordiais que deram lugar na história da terra e, Acerca dos processos que operaram na terra que não são directamente acessíveis por nós ( um vulcão que teve origem numa câmara magmática situada a 5km de profundidade e os seus produtos eruptivos encontram-se expostos a superfície). O que são rochas ígneas ou magmática? Porque estudar as rochas magmáticas? 1. Introdução a petrografia ígnea Magmas – são complexas fusões naturais de rochas no interior da terra, de consistência viscosa, com temperaturas que variam entre 1.500°C e 700°C. Quando solidificados formam as rochas ígneas. Eles são formados por três fases principais: uma fase líquida composta principalmente por silicatos fundidos e iões metálicos), uma fase sólida (os cristais) e uma fase gasosa. A fase líquida dos magmas é formada por silicatos fundidos (ainda que há outras possibilidades, como é o caso por exemplo dos magmas carbonáticos - formados por carbonatos) com proporções variadas de catiões (Si, O, Mg, Fe, Ca, Na, K, Ti entre outros) junto com iões metálicos (Fe2+, Fe3+, Mg2+, Na+ entre outros). MAGMA (Conceitos) 1. Introdução a petrografia ígnea A fase sólida pode ser constituída por cristais que formam-se inicialmente a partir do próprio líquido ou serem incorporados no magma (xenocristais), junto com fragmentos de rochas (xenólitos) incorporados durante a ascensão em direcção as porções superiores da Terra. A fase gasosa inclui vapor de água, dióxido de carbono, dióxido de enxofre e muitos outros. A parte rochosa da Terra é sólida sob condições normais de temperatura e pressão. Vulcanismo é a erupção de rocha fundida ou parcialmente fundida (o magma) sobre a crosta terrestre. Assim, o primeiro passo para geração de vulcões na superfície é a fusão de rochas em profundidades. MAGMA (Conceitos) 1. Introdução a petrografia ígnea Câmara magmática – espaço ocupado pelo magma no interior da Terra. Magmatismo • Domínio profundo –Plutonismo • À superfície -Vulcanismo MAGMA (Conceitos) Quando um magma atinge a superfície e começa a fluir perde os seus componentes gasosos e transforma-se em lava. 1. Introdução a petrografia ígnea Magma primário (primitivo ou ortomagma) – magma cuja composição não sofreu modificações desde a sua geração. • Origem muito profunda (manto superior, cristalização 700ºC a 1300 ºC, pobres em voláteis) –Magmas basálticos. Magma secundário – magma resultante de diversos processos que modificaram a sua composição química original (exs. contaminação, cristalização fraccionada, etc). • Resultantes da fusão de materiais na base da crosta, cristalização 400ºC a 1000 ºC, mais ricos em voláteis) –Grande maioria dos magmas graníticos. MAGMA (Conceitos) 1. Introdução a petrografia ígnea A composição dos magmas é variável. Este facto é evidenciado pela diversidade de rochas ígneas que ocorrem na superfície terrestre ou nas zonas mais profundas, e pelos diferentes tipos de erupções vulcânicas. A composição química do magma depende basicamente de três principais factores: 1. Composição da rocha fonte; 2. Condições em que ocorreu a fusão e de taxa da fusão; 3. História evolutiva do magma, desde seu local de geração até seu alojamento na crosta Composição química dos magmas 1. Introdução a petrografia ígnea Através do estudo químico pormenorizado dos diferentes tipos de rochas ígneas, e das suas associações mútuas, os magmas são divididos em quatro tipos químicos principais: 1. Ácidos, 2. Intermédios, 3. Básicos e 4. Ultrabásicos. Composição química dos magmas 1. Introdução a petrografia ígnea Ácidos: ricos em SiO2, Na2O e K2O. As rochas geradas a partir deste tipo de magmas podem ter mais de 77%, em peso, de SiO2. O granito é um exemplo de uma rocha ácida, e a maioria dos magmas ácidos são designados por “graníticos”. Intermédios: ricos em SiO2, Na2O e K2O, assim como CaO e Al2O3. As rochas geradas por este tipo de magmas têm valores de SiO2, em peso, compreendidos entre 55 e 65%. Básicos: ricos em CaO, MgO e FeO. As rochas deste tipo têm valores de SiO2, em peso, compreendidos entre 45 e 55%. O basalto éum exemplo de uma rocha básica, e muito magmas básicos magmas são genericamente como "basálticos". Ultrabásicos: São magmas pobres em SiO2, mas com grande quantidade de FeO e MgO. As rochas ultrabásicas podem apresentar valores de SiO2muito baixos, inferiores a 38% em peso. Composição química dos magmas Composição química dos magmas Apresentam-se na tabela as composições químicas medias de algumas rochas ígneas pertencentes aos quatro tipos referidos Tab 1. Composição química média de rochas ígneasComposição química dos magmas 1. Introdução a petrografia ígnea A maioria dos magmas é gerada por fusão parcial na astenosfera, mas este processo também pode ocorrer nos níveis mais superiores do manto ou na base da crosta (zonas inferiores da litosfera). Para compreender este processo, e a profundidade a que ele se verifica, devem ter-se em consideração três aspectos: • (i) que a temperatura necessária para fundir as rochas varia com a profundidade–(gradiente geotérmico) • (ii) que rochas têm pontos de fusão diferentes • (iii) que as temperaturas de fusão das rochas dependem da pressão e do seu conteúdo em água -curvas de fusão Geração dos magmas 1. Introdução a petrografia ígnea As principais fontes de calor para o processo de fusão parcial são o calor residual do núcleo e do manto, a radioactividade espontânea e os grandes movimentos tectónicos. A integração de estudos geofísicos, petrológicos (experiencias sob condições variadas de P, T, Pf, fO2), geoquímicos e isotópicos mostra que as fontes possíveis de magma são o manto superior (litosférico e astenosférico) e crosta (continental e oceânica). Após sua geração por fusão parcial, o magma normalmente tem uma evolução complexa (cristalização fraccionada, reacção com encaixantes, contaminação crustal, dentre outros) até formar as rochas como produtos sólidos finais. Geração dos magmas 1. Introdução a petrografia ígnea A temperatura no interior da Terra aumenta de modo relativamente regular à medida que aumenta a pressão. Denomina-se como gradiente geotérmico a variação da temperatura com a pressão num determinado intervalo de tempo geológico. Se uma rocha sofrer afundamento profundo começará por sofrer metamorfismo e com o aumento da temperatura poderá mesmo entrar em fusão (pelo menos alguns dos seus constituintes). Como diferentes minerais têm diferentes pontos de fusão, e porque as rochas são associações de minerais, a fusão ocorre num determinado domínio de temperaturas. Por esta razão este processo é designado por fusão parcial, uma vez que para uma dada temperatura só parte da rocha funde Geração dos magmas 1. Introdução a petrografia ígnea Geração dos magmas Isotérmicas na crosta e manto superior Riftes Zona de Subducção 1. Introdução a petrografia ígnea Existe uma estreita relação entre a tectónica de placas e a geração de magmas. Os magmas são gerados principalmente em dois ambientes geológicos principais: 1. Limite de placas divergentes e 2. Limite de placas convergentes A maior parte dos vulcões actualmente activos na Terra está localizada ao longo dos limites entre placas Geração dos magmas Distribuição geográfica das placas tectónicas da Terra. Os números representam as velocidades em cm/ano entras as placas e as setas os sentidos do movimento. Geração dos magmas Geração dos magmas Seção esquemática da Crosta / Manto (astenosfera / litosfera), indicando a localização dos sítios formadores de magmas no modelo da Tectónica de Placas Geração dos magmas Magmatismo associado a zonas de subducção Ao subductar na Astenosfera, a placa sofre fusão originando Material magmático que, por ser menos denso, ascende podendo atingir a superfície Geração dos magmas Magmatismo associado a plumas e hotspots Plumas são “colunas” de calor originadas por anomalias térmicas localizadas na passagem manto/núcleo. Ao atingirem a base da Litosfera as plumas provocam sua fusão parcial, originando magma que pode ascender e originar vulcões Geração dos magmas Magmatismo associado a plumas e hotspots A expressão das plumas na superfície terrestre são os hotspots ou pontos Quentes. As plumas são estacionárias, mas as placas são móveis. Resultado: origem de linhas de ilhas vulcânicas Geração dos magmas As linhas contínuas representam os limites de segmentos da parte superior terrestre incluindo as dorsais meso-oceânicas, formadas por vulcões submarinos activos. O fluxo de calor mais intenso (castanho) associam-se a essas dorsais e as partes mais frias (branca) concentram-se nos continentes Distribuição Global do Fluxo de Calor na Superfície da Terra O aumento da profundidade na crusta e no manto aumenta a temperatura. O aumento da pressão eleva o campo da temperatura de fusão (a queda na pressão provoca uma diminuição do ponto de fusão das rochas). O aumento da temperatura aumenta a proporção de fusão parcial. O aumento do conteúdo de água faz diminuir a temperatura de fusão. A composição da rocha afecta a temperatura de fusão (minerais félsicos menor temperatura; minerais máficos –maior temperatura) Factores que condicionam as temperaturas de fusão das rochas 1. Introdução a petrografia ígnea CONCLUSÃO As rochas ácidas fundem a temperaturas mais baixas quando comparadas com as rochas básicas. Um fundido ácido pode ser gerado a profundidades relativamente pequenas (35 km), enquanto um magma básico é gerado a cerca de 300km de profundidade. Geração dos magmas 1. Introdução a petrografia ígnea Como os magmas têm mobilidade e se encontram a elevada temperatura, o que lhes confere menor densidade que rochas sobrejacentes, têm tendência para subir para os níveis mais elevados da crosta ou mesmo até à superfície. A ascensão do magma dá-se ao longo de falhas, fracturas ou outras descontinuidades, como os planos de estratificação, ou através de um processo conhecido como “magmatic stoping” (desmonte magmático), através do qual o magma interage com as rochas com as quais contacta, envolvendo- as e, eventualmente, fundindo-as, no que se designa como assimilação magmática. A assimilação conduz à modificação da composição química do fundido e conduza à formação de condutas que facilitam o movimento ascensional do magma. A densidade e a viscosidade controlam o tipo de deslocação magmática. Ascenção dos magmas 1. Introdução a petrografia ígnea Os magmas primários podem ter sua composição modificada, gerando uma grande variedade de rochas ígneas. Estas modificações podem ser realizadas por Diferenciação magmática. Diferenciação magmática – Processo através do qual um magma gera dois ou mais “corpos” com composições distintas. Os processos envolvidos na diferenciação magmática são: • Cristalização fraccionada • Assimilação • Misturas de magmas • Cristalização convectiva e cristalização in situ: Evolução magmática 1. Introdução a petrografia ígnea Cristalização fraccionada: os cristais mais densos que o magma têm tendência para precipitar na base da câmara magmática (cumulados) e os menos densos concentram-se nas partes superiores. Considera-se também a possibilidade da existência de filtragem sob pressão (filter pressing) em que o fundido é “exprimido” da polpa cristalina. O magma primário pode conter cristais e quando estes possuem uma densidade distinta do magma, e em condições favoráveis, pode-se produzir a separação desses cristais, por acumulação na porção superior (os feldspatos, por exemplo) ou no fundo da câmara magmática (olivinas, piroxênas, por exemplo). Isto origina a segregação de determinados componentes minerais, variando a composição do magma residual. Evolução magmática 1. Introdução a petrografia ígnea Assimilação: quando o magma envolve e funde as rochas com as quais contacta, modificando assim a sua composição química (é contaminado pelas rochas encaixantes) A quantidade de material adicionado ao magma original pela fusão parcial das encaixantes da câmara magmática vai depender,principalmente, da diferença de composição entre o magma e suas encaixantes e da quantidade de massa em ascensão. O efeito do processo de contaminação de um magma por suas encaixantes é bem mais efectivo, quando o contraste composicional entre ambos é maior. Este efeito é, obviamente, mais marcado quando um magma mantélico ascende na crosta. Evolução magmática 1. Introdução a petrografia ígnea Durante a ascensão em direcção à superfície, o magma pode fundir porções das rochas encaixantes e incorporá-las, variando assim a composição do magma original. Assimilação magmática 1. Introdução a petrografia ígnea Mistura de magmas: contaminação de magmas diferentes, que poderão ser responsáveis pelo aparecimento de rochas de composição intermédia. Ocorre fundamentalmente durante a residência em câmaras magmáticas, como conseqência do aporte de novas pulsos de magmas primários, que variam a composição do magma ali acumulado. A presença de xenocristais (cristais estranhos) ou xenólitos (rochas estranhas) numa rocha atesta o efeito da acção do processo de “mistura de magmas” (Ex: fenocristais de plagioclásio extremamente cálcico em andesitos; fenocristais de Kfeldspatos em dioritos; dioritos em granitos). Evolução magmática 1. Introdução a petrografia ígnea Mixing: tipo de mistura completa, onde os pulsos de magmas iniciais perdem suas características físicas e químicas, dando origem a um terceiro magma; este fenómeno é bastante efectivo quando existem células de convecção, os magmas em processo de mistura possuem densidade, viscosidade e T semelhantes e a taxa de aporte de novos pulso de magma é elevada (ex.: mistura de um magma granodiorítico com outro tonalítico). Mingling: magmas com diferentes viscosidade, densidade e T, bem como baixa taxa de aporte de novos pulos de magma dificultam a reacção mútua e, assim, impedem a mistura completa. Não se forma um terceiro magma, os dois magmas originais são perfeitamente distinguidos física e quimicamente (ex.: magma basáltico + riolítico). Mistura de magmas 1. Introdução a petrografia ígnea A mistura pode ser: Mecânica: cristais e fragmentos de uma magma parcial ou totalmente consolidados são forçados mecanicamente a fazerem parte de outro magma predominantemente líquido (viscosidade, densidade, taxa de fluxo de magma, turbulências na câmara). Química: difusão química e reacção entre componentes dos dois magmas, sendo mais efectiva a altas T. Mistura de magmas Cristalização convectiva e cristalização in situ: ex. movimentos de convecção geram estruturas de fluxo e de arrastamento de cristais. 1. Introdução a petrografia ígnea As propriedades físicas são relevantes no estudo do comportamento deformacional dos materiais, a reologia. Os principais factores que afectam o comportamento reológico dos magmas incluem: • a temperatura, • a densidade e • a viscosidade. Propriedades Físicas do Magma 1. Introdução a petrografia ígnea TEMPERATURA Medições directas das T em lavas podem ser feitas tanto utilizando-se uma sonda térmica inserida dentro do fluxo de lava (ou de um lago de lava) como utilizando-se um pirómetro óptico (especialmente utilizado para medição da T de fontes de lava). Propriedades Físicas do Magma DENSIDADE A densidade é diferente para cada tipo composicional, mas mostra uma diminuição na densidade com o aumento da T. A densidade é também dependente da P, aumentando em proporção junto com a P confinante. A tabela abaixo mostra quatro medições de densidade a diferentes T para três tipos de rochas vulcânicas realizadas por Murase & McBirney, 1973 (in Cas & Wright, 1988). Propriedades Físicas do Magma DENSIDADE A densidade dos magmas torna-se um parâmetro importante quando é considerada como um comportamento do corpo de magma com respeito as rochas fonte e o possível movimento dos cristais dentro da câmara magmática. A densidade do magma acompanha o aumento de pressão indicando a relativa compressibilidade do líquido magmático. A diferença de densidade entre uma fase sólida qualquer e o magma em que ele se encontra é um dos factores principais para se determinar a eficiência dos processos de diferenciação magmática por afundamento ou flutuação dos cristais. Propriedades Físicas do Magma DENSIDADE No caso, a densidade de óxidos, sulfetos e minerais silicatados ferromagnesianos é, de uma maneira geral, bem maior que a de qualquer líquido silicatado, fazendo com que esses minerais tendam a afundarem para a base da câmara magmática. Propriedades Físicas do Magma Por outro lado a densidade das plagioclases gira em torno daquela dos magmas basálticos ou andesíticos. Assim, eles devem afundar em magmas dessas composições sob baixas pressões; porém, sob pressões elevadas, podem flutuar. Densities of common rock-forming minerals and rocks at atmospheric P and T and melts at 1 atm. Higher densities for mafic solid solution silicates are Fe-rich end members; lower densities are Mg-rich end members. Note change in density scale in upper left. Experimentally measured densities for crystal-free melts. (Redrawn from Murase and McBirney, 1973.) VISCOSIDADE (resistência ao escoamento) Viscosidade é a propriedade que todo fluido real oferece ao movimento relativo de qualquer de suas partes; também é conhecido por atrito interno de um fluido. Segundo Williams & McBirney, 1979 (in Middlemost, 1985) a viscosidade é a propriedade física mais importante dos magmas. Ela é particularmente importante: • nos processos que separam os magmas desde as fases que permanecem na região fonte; • na ascensão e posicionamento dos magmas; • na diferenciação magmática; e • na difusão dos elementos dentro do magma. Propriedades Físicas do Magma VISCOSIDADE Dados de viscosidade são obtidos em estudo de lavas no campo e também em estudos laboratoriais de materiais naturais ou sintéticos. Estes estudos têm demonstrado que variações na viscosidade dos magmas são principalmente derivadas de mudanças na T e P, composição química, conteúdo de voláteis, conteúdo de cristais e conteúdo de bolhas no magma. Magmas ricos em SiO2 (dacitos, riolitos): possuem maior grau de polimerização de tetraedros de sílica (SiO4), formando minerais com arranjo tridimensional (Quartzo, Feldspatos), provocando aumento de viscosidade. Propriedades Físicas do Magma VISCOSIDADE Magmas pobres em SiO2 (komatitos, basaltos): possuem menor grau de polimerização de tetraedros de sílica (SiO4), formando minerais com estrutura de nesossilicato (olivina, granada), sorossilicato (allanita, epitodo), implicando menor viscosidade. A união de tetraedros de sílica e oxigénio é comummente denominada de polimerização. Quanto mais sílica (SiO2) existir na composição de um magma, mais polimerizado é este magma, consequentemente, também mais viscoso. Estudos têm demonstrado que magmas riolíticos (72-75% de SiO2) são mais polimerizados e viscosos que magmas dacíticos (65-71% deSiO2) e andesíticos (53-64% de SiO2), e esses são mais polimerizados e viscosos que magmas basálticos (45-52% de SiO2). Propriedades Físicas do Magma VISCOSIDADE Magmas ultramáficos, por exemplo Komatiíticos, contém menos sílica (< 45% de SiO2) que os magmas basálticos e, portanto, são menos polimerizados e viscosos. A redução de viscosidade associada com variações de densidade e de voláteis permitem movimentos de convecção no interior de câmaras magmáticas e consequente homogeneização de líquidos. Em resumo: Baixa viscosidade: magmas fluidos (derrames de basaltos). Alta viscosidade: magmas de difícil escoamento (formam domos ou cristalizam em profundidade – riólitos). Propriedades Físicas do Magma VISCOSIDADE Propriedades Físicas do Magma Relação entre viscosidade e temperatura de algumas rochas Vulcânicas Notar a alta viscosidade para rochas ácidas (riolito) em comparação com as básicas (basalto alcalino). Quando o magma ascende para níveis menos profundos e começa a PERDER CALOR, os minerais começam a CRISTALIZAR. Como a cristalização é o processo inverso da fusão, conhecer os mecanismos através dos quais as rochas fundem é muito importante para compreender o seu modo de formação a partir de um magma. No geral, para a mesma composição de magma/rocha, os minerais que são mais REFRACTÁRIOS (fundem a maiores temperaturas) são os primeiros a cristalizar a partir dos magmas. Alguns minerais, precocemente formados, permanecem em contacto com o magma em arrefecimento, reagindo com ele e modificando a sua composição. Pelo contrário, outros minerais ao serem formados tem tendência para se separarem do magma, não reagindo com este, provocando assim uma modificação gradual da composição magmática (o magma fica mais pobre nos componentes consumidos pelos minerais em cristalização –ex. torna-se mais rico em sílica). Ver séries de Reacção de Bowen ! Formação das rochas ígneas a partir dos magmas? Formação das rochas ígneas a partir dos magmas?
Compartilhar