aula-1-metamorfismo

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AULA 01
PETROLOGIA METAMÓRFICA
Metamorfismo: definições, agentes, tipos, distribuição na crosta
Prof. Dr Bruno Pinheiro
UNAMA
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Para que serve estudar rochas metamórficas?
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Entender a formação e origem das rochas metamórficas
Entender a formação e evolução das cadeias de montanhas
Formação e evolução da crosta terrestre
crosta continental
crosta oceânica
manto
Depósitos minerais
Au, Zn, Cu
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Petrologia Metamórfica
Definição de metamorfismo (1):
IUGS – “Processo subsólido que produz modificações na composição mineralógica e/ou na textura (por exemplo, no tamanho dos grãos) e, freqüentemente, também na composição química de uma rocha. As modificações se devem a condições físicas e/ou químicas distintas daquelas encontradas na superfície de planetas e em zonas de cimentação e diagênese abaixo desta, podendo coexistir com fusão parcial.”
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Petrologia Metamórfica
Definição de metamorfismo (2):
Miyashiro (1994) – “Nome coletivo que se aplica às modificações mineralógicas, químicas e texturais que acontecem essencialmente no estado sólido, i.e. – sem fusão significativa, nas partes mais profundas da Terra a temperaturas variadas, mais altas que as encontradas na superfície.”
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Petrologia Metamórfica
Existência de rochas metamórficas:
Somente em planetas e satélites que apresentam (ou apresentaram) dinâmica interna (manto convectivo) que se reflete em uma crosta diferenciada e móvel. Principal motor: calor.
O manto da Terra, por definição, é constituído de rochas metamórficas (ovo ou a galinha?).
Em planetas e satélites sem dinâmica interna, o único tipo de metamorfismo atuante é o de impacto (meteoritos).
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Petrologia Metamórfica
Primeiras observações sobre metamorfismo e rochas metamórficas:
séc.XVIII – Giovanni Arduíno, nos Alpes italianos: evidências de deformação em rochas e transformação (“metamorfose”) de calcário em mármore;
Na mesma época, Hutton, na Escócia: micaxistos interpretados como folhelhos modificados pela ação da P e T;
Charles Lyell (1830): cunhou o termo “metamorfismo”;
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Petrologia Metamórfica
Harry Rosenbusch (1877): descrição de uma auréola metamórfica ao redor de um granito intrusivo (ardósia → micaxisto → hornfels);
Grubenmann (1904-1906): classificação das rochas metamórficas segundo sua composição e profundidade de formação estimada na crosta (catazona, mesozona, epizona e anquizona) – uma sistemática estática, meramente descritiva.
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Definição (Para Não Esquecer!)
Metamofismo é o conjunto de transformações que as rochas sofrem (ou apreciam) em virtude de mudanças, principalmente, de temperatura e pressão a que são submetidas após sua formação
Metamorfismo ocorre essencialmente no estado sólido, embora fluidos (H2O e CO2) e fundido silicático possam estar presentes
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Rochas metamórficas são produzidas pela transformação de rochas:
ígneas
sedimentares
outras rochas metamórficas
O metamorfismo ocorre através de mudanças de fase (associação mineral), estruturais (estruturas, microestruturas ou texturas) e composicionais (hidratação, carbonatação ou hidrotermalismo)
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Transformção mineral
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Formação de clivagem de crenulação
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Alteração hidrotermal
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Por que alguns dizem que metamorfismo é complicado?
Não é possível ver os processos metamórficos, como vemos a sedimentação e o vulcanismo
O metamorfismo ocorre através das reações metamórficas, que ocorrem no estado sólido!
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O que significa transformações no estado sólido?
A rocha não funde! As transformações ocorrem no estado sólido através das reações metamórficas
As reações metamórficas ocorrem através da difusão
Difusão – movimento de átomos individuais através de grupo de átomos. Os átomos movem-se através dos defeitos dos cristais
Difusão é dependente de T
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Difusão no estado sólido
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A+B = AB
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Reações metamórficas
As reações metamórficas são responsáveis pela formação das associações minerais
Uma rocha de composição fixa quando submetida a diversas condições de T e P, apresenta diversas associações minerais, as quais são típicas e diagnósticas para intervalos de P e T.
As associações metamórficas podem ser previstas, desde que sejam conhecidas a composição da rocha e as condições de P e T (ou vice-versa).
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Transformações no estado sólido
Algo interessante do metamorfismo relacionado às tranformações no estado sólido é que algumas características da rocha original (protolito) podem ficar preservadas após o metamorfismo, o que nos informa sobre a natureza da rocha original
fenocristais e texturas reliquiares de rochas ígneas
estruturas sedimentares
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Minerais índices e isógradas
Primeiros estudos de metamorfismo progressivo foram feitos por George Barrow (1893, 1912) nos highlands da Escócia
Barrow identificou várias zonas, caracterizadas por minerais índices
clorita
biotita
granada
estaurolita
cianita (+biotita)
sillimanita (+biotita)
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Minerais índices e isógradas
C.F. Tilley (1924, 1925) confirmou e estendeu as isógradas de Barrow por toda a região do Dalradian 
O limite de cada zona mineral é marcado por isógradas - linha que marca o primeiro aparecimento ou desaparecimento do mineral
isógrada da biotita (Bt in)
isógrada do desaparecimento da muscovita (Ms out)
O termo isógrada foi cunhado por Tilley
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Área
em que Barrow trabalhou
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Fatores físicos e químicos que controlam o metamorfismo
T – temperatura
P – pressão litostática
deformação
composição da rocha
t - tempo
presença de fluídos
composição do fluído
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Temperatura
Temperatura (T em oC ou K)
O agente mais importante do metamorfismo
Fontes de Calor
Decaimento radioativo dos elementos
Magma
Manto (Astenosfera)
T K = oC + 273,15
Temperatura é variável intensiva
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Limites de T do Metamorfismo
Limite inferior T > 200 oC - diagênese
caolinita + quartzo → pirofilia
Limite superior – embora a maior parte das rochas entrem em fusão a pressões crustais entre 850 e 900 oC, (granitos mínimos em torno de 600 – 650 oC), algumas rochas podem se manter no estado sólido até temperaturas > 1100 oC (Harley & Motoyoshi, 2000; Moraes, et al., 2002).
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Geoterma
Linha (ou superfície) que descreve a variação de T com a profundidade (ou P) na Terra
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Pressão litostática
Pressão é a segunda variável intensiva mais importante do metamorfismo. Proveniente do peso da coluna de rochas sobrejacente à rocha que esta sendo metamorfizada. Depende da densidade média das rochas da porção da crosta envolvida.
P em kbar ou GPa
1 baria = 105 Pa
1 kbar = 0,1 GPa
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P = ρgh
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P em coluna de 1 km (1000m)
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Para atingir 1 kbar de P
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Pressão vs profundidade
Algumas rochas crustais com coesita e diamante indicam P > 35 kbar ou ~ 120 km ou mais.
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Tensão deviatória
Tensão deviatória (stress) - pressão litostática (P) é confinante e semelhante à pressão hidrostática, igual em todas as direções. Quando as rochas são submetidas à tensão deviatória (stress), o esforço é diferente em pelo menos uma das direções, causando a deformação da rocha. 
Valores de σ variam entre 5 e 10 bars, podendo atingir 100 bars. 
Valores dessa ordem são muito baixos e não afetam o campo de estabilidade dos minerais.
A tensão deviatória só é responsável pelo crescimento orientado dos minerais (dobras, foliação, lineação).
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Fluidos
Fluidos – ocorrem nos minerais hidratados e nos interstícios dos grãos
Espécies principais: H2O, CO2, CH4, S (O2, N, H).
Atuação
estabilidade da associação mineral
aporte de calor por advecção (mecanismo de transporte por fluxo de água ou fluido)
transferência de massa – alteram a composição da rocha
deposição de minério
inclusões fluidas indicam composição do fluido e condições P-T de aprisionamento
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Agentesquímicos do metamorfismo
Composição da rocha – determina os minerais que podem ser “vistos” pela rocha dependendo das condições de P e T do metamorfismo
Pelito – sistema KFMASH (NaCaMnKFMASTO)
Rocha máfica – NCFMASH
Rocha ultramáfica – FMSH
Calcáreo impuro – FMSCO2
Gnaisse - NCKASH
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Grade Petrogenética
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Tipos de metamorfismo
O tipo do metamorfismo depende:
Agente físico
Ambiente geológico
Tectônica de placas
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Agente físico dominante
Metamorfismo termal – T é o agente dominante – metamorfismo de contato que ocorre próximo das intrusões
Metamorfismo dinâmico – pressão é dominante, seja litostática ou diferencial. Metamorfismo cataclástico ou de soterramento
Metamorfismo dinamo-termal – quando há influência de T e P. Ocorre nos cinturôes orogenéticos, também conhecido como metamorfismo regional
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Metamorfismo de contato
Metamorfismo de contato – ocorre pelo calor oriundo de intrusões. Forma auréola de contato ao redor da intrusão. Minerais de T mais alta mais próximos da intrusão.
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Metamorfismo Regional
Metamorfismo Regional – ocorre em ampla região geográfica
Ocorrem três tipos principais
metamorfismo de carga ou de soterramento
metamorfismo de fundo oceânico
metamorfismo orogenético (regional)
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Metamorfismo regional
Ocorre durante a colisão de blocos continentais ou em arcos de ilha
A fonte de calor é proveniente do decaimento radioativo dos elementos e também das intrusões de magma que ocorrem concomitante ao metamorfismo
A pressão é oriunda da carga de rochas a que às rochas da placa inferior são submetidas
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Área
em que Barrow trabalhou
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Divisões do metamorfismo
Para dividir as regiões P-T do metamorfismo foi elaborado o conceito das fácies metamórficas
O conceito foi elaborado por Pentii Eskola (1914, 1915) estudando auréolas de contato
A fácies metamórfica é representada por várias associações minerais estáveis em diferentes rochas nas mesmas condições P-T
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Fácies metamórficas
fácies albita-epidoto hornfels
fácies hornblenda hornfels
fácies piroxênio hornfels 
fácies zeólita
fácies prehnita-pumpeliita
fácies xisto verde
fácies anfibolito
fácies granulito
fácies xisto azul
fácies eclogito
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Rochas foliadas
Ardósia
Filito
Xisto
Gnaisse
Xisto verde
Anfibolito
Mármore, etc
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ardósia
clivagem ardosiana
acamadamento 
sedimentar
orientação preferencial 
dos minerais
direção do esforço
micas e quartzo
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xisto
direção do esforço
orientação preferencial 
dos minerais
quartzo e feldspato
micas
xistosidade
micas, quartzo, granada, 
estaurolita,cianita e sillimanita
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gnaisse
bandamento composicional
direção do esforço
micas e outros 
minerais máficos
quartzo-feldspato
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mármore
carbonatos
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basalto
xisto verde
anfibolito
granulito
eclogito