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Metamorfismo: processos e produtos 1 Universidade do Estado do Rio de Janeiro Faculdade de Educação da Baixada Fluminense Departamento de Geografia Metamorfismo: processos e produtos Disciplina: Geologia Geral Professor: Wellington Francisco Aluno: Jhonatan Borges de Santana Rio de Janeiro 2021 Metamorfismo: processos e produtos 2 Trabalho: Fichamento/resumo do texto "Metamorfismo: processos e produtos” Sumário 1. Introdução............................................................................................................................. 3 2. Rochas Metamórficas ........................................................................................................... 3 2.1 Distribuição das rochas metamórficas na crosta ................................................................... 4 2.1.1 Metamorfismo em e zonas de subducção ........................................................................... 4 2.1.2 Metamorfismo em zonas de colisão continental ................................................................. 4 2.1.3 Metamorfismo nas dorsais meso-oceânicas ........................................................................ 5 2.1.4 Metamorfismo no interior das placas .................................................................................. 5 2.2 Fatores condicionantes do metamorfismo ............................................................................ 5 2.2.1 Natureza do protolito ........................................................................................................... 5 2.2.2 Temperatura......................................................................................................................... 6 2.2.3 Pressão litostática e dirigida ................................................................................................ 7 2.2.4 Fluidos .................................................................................................................................. 7 2.2.5 Tempo .................................................................................................................................. 8 2.3 Processos físico-químicos do metamorfismo ........................................................................ 8 2.3.1 Reações metamórficas ......................................................................................................... 9 2.3.2 Paragêneses minerais ......................................................................................................... 10 2.3.3 Metamorfismo isoquímico x metassomatismo .................................................................. 10 2.4 Tipos de metamorfismo ....................................................................................................... 10 2.4.1 Metamorfismo regional ou dinamotermal ........................................................................ 11 2.4.2 Metamorfismo de contato ou termal ................................................................................ 12 2.4.3 Metamorfismo cataclástico ou dinâmico ........................................................................... 12 2.4.4 Metamorfismo de soterramento ....................................................................................... 12 2.4.5 Metamorfismo hidrotermal ............................................................................................... 12 2.4.6 Metamorfismo de fundo oceânico ..................................................................................... 13 2.4.7 Metamorfismo de impacto ................................................................................................ 13 2.5 Estudo de terrenos metamórficos ....................................................................................... 13 2.5.1 Minerais-índice, isógradas e zonas metamórficas ............................................................. 14 2.5.2 Fácies metamórficas ........................................................................................................... 14 2.5.3 Grau metamórfico .............................................................................................................. 16 2.6 Mineralogia, texturas e estruturas de rochas metamórficas .............................................. 16 2.6.1 Mineralogia ........................................................................................................................ 16 Metamorfismo: processos e produtos 3 2.6.2 Texturas .............................................................................................................................. 17 2.6.3 Estruturas ........................................................................................................................... 18 2.7 Nomenclatura de rochas metamórficas .............................................................................. 18 2.7.1 Ardósia, filito, xisto e gnaisse ............................................................................................. 18 2.7.2 Quartzitos, mármores, talco xistos, serpentinitos e anfibolitos ........................................ 19 2.7.3 Rochas cataclásticas: brechas de falha, cataclasitos e milonitos ....................................... 20 3. Considerações Finais .......................................................................................................... 20 Referências Bibliografias ............................................................................................................. 21 1. Introdução Neste trabalho será apresentado as rochas e suas transformações que surgem de outras rochas, sejam elas magmáticas, sedimentares ou metamórficas. O metamorfismo é devido, principalmente a calor, pressão e fluidos que ocorre no interior da crosta terrestre. 2. Rochas Metamórficas Rochas metamórficas se originam de outras rochas preexistentes, em resposta a mudanças nas condições de temperatura e pressão no interior da crosta terrestre. Metamorfismo é o conjunto de transformações com mudanças na estrutura, textura, composição mineralógica ou mesmo composição química, pelas quais uma rocha preexistente chamada de protolito adapta-se a novas condições físico-químicas no interior da crosta. As mudanças mineralógicas resultam de reações no estado sólido. Os principais parâmetros físicos envolvidos no metamorfismo são temperatura e pressão. Outros fatores importantes no metamorfismo são: a presença de fluidos quimicamente ativos a natureza dos protolitos. Os protolitos são as rochas preexistentes que dão origem às rochas metamórficas. Algumas de suas características, como a composição química, estruturas e texturas primárias, e até alguns de seus minerais originais, podem ser preservadas durante as transformações metamórficas. Essas feições representam a memória da rocha que existiu antes do metamorfismo. Já as feições adquiridas associações minerais, texturas e estruturas permitem deduzir as condições físico-químicas atuantes durante o metamorfismo e reconstituir a evolução dessas rochas no interior da crosta. Metamorfismo: processos e produtos 4 O campo do metamorfismo abrange temperaturas e pressões maiores que as do campo diagenético (aproximadamente entre 200 e 300°C) até temperaturas muito elevadas (900 a 1000°C), situação em que as rochas começam a se fundir. 2.1 Distribuição das rochas metamórficas na crosta O metamorfismo é um processo que existe, de maneira significativa, apenas em planetas com atividade geológica, com uma dinâmica interna que reflete continua evolução no tempo. Nesses planetas, a diferenciação interna produz crosta, constantemente deformada e modificada pelos processos endógenos e exógenos. Na Terra, a maioria dos processos metamórficos ocorre associada às margens de placas convergentes, onde se desenvolvemas grandes cadeias de montanhas, como os Andes, os Alpes, as Montanhas Rochosas ou os Himalaias e os arcos de ilha, como os arquipélagos do Japão ou da Indonésia. Rochas metamórficas são constituintes predominantes nestas grandes estruturas lineares, principalmente nas suas partes internas, na forma de extensas faixas, denominadas cinturões metamórficos, onde muitas vezes ocorrem intimamente associadas a rochas magmáticas plutônicas. No fundo dos oceanos, nas margens construtivas, rochas metamórficas desenvolvem-se nas proximidades das dorsais meso-oceânicas, em consequência do alto fluxo de calor nestas regiões. No interior das placas tectônicas as rochas metamórficas formam-se ao redor de corpos ígneos intrusivos nas bacias sedimentares profundas ao longo de grandes zonas de falhas ou ainda, de maneira mais rara e efêmera, nas crateras de impacto de meteoritos. 2.1.1 Metamorfismo em e zonas de subducção Nas zonas de subducção, a placa oceânica, já relativamente fria, é carregada para dentro do manto, mais quente. O padrão de temperatura varia na zona de subducção. 2.1.2 Metamorfismo em zonas de colisão continental Quando no decorrer ao processo de subducção duas massas continentais se aproximam, até finalmente colidirem, elas tendem a “flutuar”, em razão de sua densidade mais baixa em relação à crosta oceânica e ao manto. A consequência desse tipo de colisão é o espessamento da crosta continental, pelo empilhamento das massas rochosas que se chocam, deslocando-se umas sobre as outras, gerando grandes cadeias montanhosas, a exemplo dos Himalaias, onde a placa da Índia colidiu com a placa da Ásia. Esse processo provoca Metamorfismo: processos e produtos 5 intensas alterações na disposição das isotermas no interior da cadeia de montanhas. 2.1.3 Metamorfismo nas dorsais meso-oceânicas As dorsais meso-oceânicas são regiões de alto fluxo térmico, provocado pela ascensão dos magmas procedentes da fusão do manto. Nessas regiões, os elevados gradientes de temperatura aquecem a água do mar infiltrada na pilha de rochas ígneas, provocando o deslocamento da água e a infiltração de água mais fria em seu lugar. Isto gera um processo conectivo, onde as águas aquecidas circulam nas rochas por meio de fraturas e interagem em com seus minerais, removendo ou substituindo determinados elementos químicos e produzindo modificações na sua composição química e mineralógica. Ao retornarem à superfície, sofrem resfriamento súbito e precipitam os elementos dissolvidos a altas temperaturas, gerando importantes depósitos de minerais. 2.1.4 Metamorfismo no interior das placas Ainda que o grande volume das rochas metamórficas na crosta da Terra se concentre nos cinturões metamórficos associados às grandes cadeias de montanhas e arcos de ilhas, nas margens das placas tectônicas, as rochas metamórficas também podem se formar no interior das placas. Algumas bacias sedimentares desenvolvem-se em regiões onde a crosta continental é adelgaçada e o fluxo térmico mais acentuado. Condições metamórficas podem ser atingidas nas partes mais profundas dessas bacias, gerando rochas pouco deformadas e ou de metamorfismo fraco. Metamorfismo pode acontecer, ainda, no interior das placas, ao redor de intrusões, onde o calor do corpo magmático produz recristalização nas rochas encaixantes, com intensidade decrescente do contato para fora. Finalmente, em regiões de grandes falhas, podem ser geradas rochas metamórficas cuja estrutura característica é a intensa deformação de seus constituintes, com grau variável de recristalização. 2.2 Fatores condicionantes do metamorfismo Os fatores principais que controlam os processos metamórficos são: natureza do protolito, temperatura, pressão (litostática e dirigida), presença de fluidos e tempo de duração desses processos. 2.2.1 Natureza do protolito As características mineralógicas, químicas, texturais e estruturais da rocha precursora serão determinantes para o desenvolvimento das feições Metamorfismo: processos e produtos 6 adquiridas no metamorfismo. A composição mineralógica, e por conseguinte, a química irão definir que associações minerais poderão se formar à medida que variam a temperatura a pressão e a composição da fase fluida ao redor. Algumas rochas são pouco sensíveis a essas variações, mantendo imutável a composição mineralógica original, enquanto outras rochas irão desenvolver associações minerais variadas à medida que o metamorfismo progride. Arenitos constituídos essencialmente de quartzo, por exemplo, sofrerão recristalização e, eventualmente, deformação, adquirndo texturas e estruturas novas, mas o quartzo resultante continuará sendo composto de quartzo. Fato semelhante ocorre com os calcários, que contém predominantemente calcita: 0 mármore resultante terá a mesma com- posição mineralógica, mas com a textura reconstituída. Nesses dois casos, a composição mineralógica não reflete as condições de metamorfismo. Já no caso de rochas argilosas (os pelitos) a composição silicosa-aluminosa rica em água, com elementos como K, Na, Fe, Mg e Mn disponíveis em proporções variadas, permite o aparecimento sequenciado de associações mineralógicas diversas, que se sucedem de maneira sistemática à medida que a temperatura e a pressão aumentam. Nas etapas iniciais do metamorfismo, em baixas temperaturas, as rochas sedimentares argilosas serão substituídas por ardósias e filitos, constituídos de sericita (muscovita fina), clorita e quartzo. Conforme as condições metamórficas se tornam mais intensas, os filitos são substituídos pelos micaxistos, com composição mineralógica mais variada, desenvolvendo, sucessivamente, os minerais biotita, granada, estaurolita, cianita e sillimanita. Finalmente, sob condições muito enérgicas, os mica xistos serão substituídos por gnaisses, quando então a muscovita dá lugar ao feldspato potássico. Protolitos igneos máficos, como basaltos e gabros, ricos em piroxênios, resultarão em rochas metamórficas também ricas em minerais máficos, principalmente anfibólios. 2.2.2 Temperatura As principais fontes de calor na terra são o calor residual do manto e do núcleo, e o calor gerado por desintegração radioativa. O mecanismo mais importante de transferência de calor do seu interior para a superfície é promovido pelo sistema motor das tectônicas das placas, as correntes de convecção, por meio das quais grande volume de material mantélico de alta temperatura é trazido à superfície junto às cadeias meso-oceânicas. As reações metamórficas propriamente ditas iniciam-se a temperaturas muito elevadas, o metamorfismo se desenvolve até o limite do campo de geração das rochas ígneas, quando então ocorrem processos de fusão parcial, que originam rochas mistas denominadas migmatitos. Essas rochas apresentam porções metamórficas, recristalizadas em estado sólido, e porções ígneas, cristalizadas a partir do material fundido. As oscilações térmicas existentes na crosta terrestre se devem ao fluxo de calor da terra, que é variável nos distintos ambientes tectônicos, sendo maior sob as cadeias de montanhas modernas, como os Alpes, Andes, Himalaia e Atlas. Metamorfismo: processos e produtos 7 2.2.3 Pressão litostática e dirigida Existem dois tipos de pressões atuantes na crosta: a litostática (ou confinante) e a dirigida (tensão ou esforço, do inglês stress). A pressão litostática atua à semelhança da pressão hidrostática, onde um corpo mergulhado em água recebe o mesmo módulo de pressão em todas as direções, variando de intensidade com a profundidade. A intensidade da pressão litostática é função da coluna de rochas sobrejacente e de sua densidade. Em rochas sem a presença de fluido intersticial, a pressão litostática é transmitida por meio dos contatos entre os minerais. A presença de fase fluida intersticial atua como componente de pressão no sentido contrário, tendendo a aliviara pressão litostática e favorecendo o desenvolvimento de fraturas. Em regiões profundas (35-40 km) da crosta, as rochas são submetidas a pressões confinantes da ordem de 10 a 12 kbar, ou seja: cerca de 10.000 a 12.000 vezes a pressão atmosférica na superfície. Em alguns ambientes geológicos as rochas podem atingir pressões muito elevadas, superiores a 25 ou 45 kbar, sendo posteriormente expostas à superfície pela ação de processos tectônicos e da erosão, preservando, contudo, as associações mineralógicas geradas sob aquelas condições. A pressão litostática, por ter intensidade uniforme em todas as direções, não causa deformação mecânica acentuada durante o metamorfismo. conforme a intensidade da pressão litostática pode-se definir os regimes báricos de baixa, média e alta pressão. Por outro lado, a pressão dirigida é produzida pela movimentação das placas litosféricas e atua de forma vetorial, produzindo tensões e deformações. Durante o metamorfismo, a deformação mecânica das rochas exerce grande influência na geração de texturas e estruturas orientadas e na migração de fluidos. Como consequência dessa deformação, os minerais com estrutura em folha, tais como as micas e cloritas, em folha, tais como as micas e cloritas se desenvolvem orientados segundo se desenvolvem orientados segundo direção perpendicular à de máxima pressão, originando rochas tipicamente foliadas, como os filitos e micaxistos. Quando a pressão dirigida prevalece os processos de deformação, mais intensos, dão origem aos milonitos e cataclasitos das zonas de cisalhamento. 2.2.4 Fluidos As transformações mineralógicas que ocorrem durante o metamorfismo se desenvolvem no estado sólido. No entanto, sistemas metamórficos contêm uma fase fluida, constituída, sobretudo, por H, 0 e/ou CO2, cuja existência pode ser constatada pela presença de minerais hidratados (micas, anfibólios, cloritas) e/ou de carbonatos na maioria das rochas metamórficas. A pressão de fluidos é a pressão exercidas pelos fluidos intersticiais sobre os minerais e pode se equiparar à pressão litostática, ser inferior ou superior à mesma. No último caso, se a pressão de fluidos superar a resistência mecânica Metamorfismo: processos e produtos 8 da rocha, ocorrerá seu fraturamento hidráulico e perda dos fluidos por meio das fraturas. Esse processo é importante para a formação de depósitos minerais, pois possibilita a concentra cão de minérios em veios. A pressão de fluidos interfere nos processos termodinâmicos do sistema como temperatura de equilíbrio das reações e entre os minerais, estado de valência dos elementos químicos (reações de o oxi-redução) e natureza da assembleia mineral resultante. A presença de fluidos acelera as reações metamórficas, facilitando a migração dos elementos. A composição do fluido muda constantemente durante o processo metamórfico, havendo trocas de ele mentos entre o fluido e os minerais recém-formados. Em rochas pobres em fluidos, as reações metamórficas são lentas porque toda migração de elementos se faz por difusão iônica em meio sólido, por meio dos retículos cristalinos dos minerais, dificultando o processo de transporte de componentes químicos. 2.2.5 Tempo O tempo é um fator importante no metamorfismo, mas de difícil aferição na prática. Em muitos casos, as reações metamórficas se processam de maneira lenta em resposta às mudanças das condições físicas, formando-se associações minerais e texturas "mistas", que registram toda a série de mudanças sofridas pela rocha e sua contínua adaptação às novas condições. Contudo, a velocidade nas quais essas mudanças ocorrem é muito variável e, em outras situações, as condições metamórficas variam de forma lenta o bastante para que as reações metamórficas se completem, produzindo rochas que registram apenas um determinado instante aquele que as modificou por último do regime metamórfico. Em geral, as rochas evidenciam, de maneira mais eficaz, as condições metamórficas mais intensas a que foram submetidas, porém às vezes esse registro é obliterado por reequilíbrios posteriores sob condições mais brandas, em consequência do resfriamento que ocorre ao final de um episódio metamórfico. 2.3 Processos físico-químicos do metamorfismo Quando uma rocha é submetida ao metamorfismo, os minerais originais são substituídos por minerais estáveis nas novas condições de pressão e temperatura. A substituição dos minerais antigos elos novos requer a dissolução das estruturas cristalinas antigas, a formação de núcleos de cristalização dos minerais novos, e o transporte dos constituintes químicos dos minerais antigos para os sítios de desenvolvimento dos novos minerais. Esse processo de transporte, que ocorre no estado sólido, chama-se difusão. A difusão pode ocorrer entre os minerais, ao longo de contatos de grãos ou de microfraturas produzidas pela deformação que acompanha o metamorfismo, ou dentro dos grãos, no retículo cristalino dos mesmos. No primeiro caso, os elementos são transportados Metamorfismo: processos e produtos 9 predominantemente pela fase fluida presente durante o metamorfismo: por isso a maior facilidade para as transformações metamórficas ocorrerem em rochas deformadas, nas quais a fase fluida percola com maior eficiência. Já no segundo caso, na difusão intracristalina, a movimentação das partículas é muito lenta, e depende da agitação térmica dos átomos do retículo cristalino. À medida que a temperatura cresce, a energia cinética das partículas constituintes do retículo cristalino dos minerais também aumenta, provocando uma maior vibração delas nos seus sítios. Eventualmente, a vibração se torna muito intensa, e as partículas começam a "saltar" para sítios vizinhos, deslocando-se dentro do retículo cristalino. Defeitos cristalinos frequentes em minerais, como posições atômicas vazias ou partículas fora do lugar que deveriam ocupar, facilitam esse processo, permitindo uma movimentação mais eficiente das partículas por meio do retículo cristalino. Em temperaturas baixas, a agitação é insuficiente e a difusão se torna muito lenta, inviabilizando as transformações mineralógicas. 2.3.1 Reações metamórficas A substituição da associação mineral de um protolito pela associação metamórfica estável sob as novas condições se processa por intermédio de reações metamórficas que ocorrem para reduzir a energia livre do sistema (da rocha em transformação) em resposta às novas condições físico- químicas. Vários tipos de reações são possíveis: a) envolvendo apenas fases sólidas, sem geração ou consumo de fase fluida; b) entre minerais e uma fase fluida, produzindo associações hidratadas e/ou carbonatadas; c) associações previamente hidratadas gerando associações anidras e uma fase fluida rica em H,0; e assim por diante. A reação de formação da wollastonita a partir de quartzo e calcita (CaCO, + SiO2. = CaSio3, + CO2), antes mencionada, é exemplo de reação com de volatilização, no caso, de carbonatação. O aluminossilicato formado nessa reação dependerá das condições de pressão: sob pressões relativamente baixas (4,5 kbar), será formada a andaluzita, e sob pressões mais altas, a cianita. Juntamente com a sillimanita, estável em temperaturas mais elevadas, esses minerais constituem um trio de polimorfos (minerais com a mesma composição, mas com estruturas cristalinas distintas e muito importantes na interpretação das condições reinantes em terrenos metamórficos. A cinética das reações depende de uma série de fatores: natureza da associação mineral original e sua textura, presença (ou não) de uma fase fluida e sua composição, temperatura e pressão, e da deformação que a rocha sofre durante o metamorfismo. As reações se processam de maneira mais eficiente em rochas porosas, de granulação fina, constituídas de minerais hidratados, submetidas a temperaturas elevadas e que sofreram deformação na presença de uma fase fluida abundante.Por outro lado, rochas de constituição Metamorfismo: processos e produtos 10 originalmente anidra, maciças, de granulação grossa e não deformadas são impermeáveis à circulação de fluidos e podem permanecer praticamente imutáveis por longos intervalos de tempo, mesmo em condições de temperaturas relativamente elevadas, preservando os minerais e as texturas dos protolitos. 2.3.2 Paragêneses minerais Uma associação de minerais em equilíbrio termodinâmico denomina-se paragênese mineral. Nas rochas metamórficas, a identificação nem sempre é imediata, e o desequilíbrio é a regra. No entanto, as relações texturais permitem reconhecer as “tendências de equilíbrio" mesmo que elas não tenham sido atingidas plenamente. Os trabalhos experimentais complementam as observações feitas em associações naturais, possibilitando identificar paragêneses ideais. Rochas de mesma composição química podem apresentar associações minerais diferentes em função da variação de fatores atuantes durante o metamorfismo. Como exemplo, uma rocha metamórfica A, constituída de clorita, epidoto, actinolita (anfibólio cálcio ferro-magnesiano) e albita (plagioclásio sódio, com teor de anortita < 10%), tem a mesma composição química que outra rocha B, constituída de andesina (plagioclásio com teor de anortita entre 30% e 50%) e hornblenda (anfibólio cálcico ferro-magnesiano aluminoso), diferindo, entretanto, pelo conteúdo em água, que é mais elevado para a rocha A. Os estudos experimentais revelam que a paragênese da rocha B se equilibrou em temperaturas mais altas (entre 500 e 650 °C), enquanto a da rocha A se equilibrou em temperaturas mais baixas (entre 350 e 500°C). Portanto, em função das diferentes condições de metamorfismo, um mesmo protolito gerou duas paragêneses distintas. 2.3.3 Metamorfismo isoquímico x metassomatismo Um dos problemas fundamentais da Petrologia Metamórfica é definir se houve ou não modificações na com posição química de uma rocha durante o metamorfismo. Há duas situações extremas: na primeira, a rocha pode se comportar como sistema fechado, sem ganho nem perda de constituintes químicos ou, na segunda, ser submetida variações composicionais intensas, em sistema aberto. 2.4 Tipos de metamorfismo O metamorfismo se desenvolve em diversos ambientes na crosta e possui extensões variáveis: desde pequenas áreas, de dimensões de poucos centímetros, até grandes faixas, com milhares de quilômetros, em Metamorfismo: processos e produtos 11 profundidades que vão de níveis mais rasos, até os mais profundos, a mais de 100 km da superfície. Essa grande diversidade pode, porém, ser sistematizada em alguns poucos cenários, estabelecidos com base nos seguintes fatores essenciais: • principais parâmetros físicos envolvidos; • mecanismo responsável pela conjunção desses parâmetros; • localização e extensão na crosta terrestre; • os tipos de rochas metamórficas que se formam. Tradicionalmente, são identificados, com base nesses fatores, três cenários ou tipos de metamorfismo fundamentais: a) regional ou dina- motermal, b) de contato ou termal, c) dinâmico ou cataclástico. Foram reconhecidos, porém, outros tipos de metamorfismo, que podem se confundir com os três tipos já mencionados, mas que apresentam combinações de fatores suficientemente particulares para serem considerados à parte. Desses, pode-se mencionar os metamorfismos de soterramento, hidrotermal, de fundo oceânico e de impacto. 2.4.1 Metamorfismo regional ou dinamotermal Esse tipo de metamorfismo desenvolve-se em extensas regiões crustais e alcança níveis profundos da crosta, relacionado geralmente a cinturões orogênicos nos limites de placas convergentes. As transformações metamórficas se processam pela ação combinada da temperatura, pressão litostática e pressão dirigida, que persistem durante centenas de milhares a alguns milhões de anos. Os protolitos são fortemente deformados, ao mesmo tempo em que sofrem recristalização, formando, novas texturas e associações minerais estáveis nas novas condições. O metamorfismo regional é responsável pela formação da maioria das rochas metamórficas na crosta da Terra e está frequentemente associado a expressivos volumes de rochas graníticas. No decorrer desse tipo de metamorfismo desenvolve-se sequências de minerais, as quais definem as zonas metamórficas, e texturas que são estabilizadas em condições físicas de pressão e temperatura crescentes com a profundidade, caracterizando o que se chama de metamorfismo regional progressivo. Em geral a temperatura e pressão aumentam de maneira concomitante: zonas mais profundas apresentam associações de temperatura e pressão elevadas (650 a 750°C e 8 a 10 kbar), ocorrendo o inverso para zonas mais rasas. Metamorfismo: processos e produtos 12 2.4.2 Metamorfismo de contato ou termal O metamorfismo de contato ou termal desenvolve-se nas rochas encaixantes ao redor de intrusões magmáticas, formando auréolas de metamorfismo de contato. As principais transformações metamórficas geradas nessas auréolas se devem ao calor emanado do magma durante o seu resfriamento. A extensão da aureóla de metamorfismo depende do volume e da natureza do magma invasor, do gradiente térmico em torno da intrusão e da natureza da rocha encaixante. Aureólas metamórficas apresentam geralmente zoneamento mineralógico. Nas proximidades do corpo intrusivo formam-se associações minerais de temperaturas mais elevadas constituídas preferencialmente por minerais anidros (granada, silimanita, piroxênio, wollastonita), enquanto nas regiões mais distantes formam-se associações constituídas por minerais geralmente hidratados (principalmente micas), estáveis em temperaturas mais baixas. Em níveis crustais profundos, como as rochas já se encontram sob temperaturas elevadas, o gradiente térmico resultante ao redor de corpos magmáticos intrusos será pouco acentuado. 2.4.3 Metamorfismo cataclástico ou dinâmico O metamorfismo cataclástico ou dinâmico desenvolve-se em faixas longas e estreitas nas adjacências de falhas ou zonas de cisalhamento, onde pressões dirigidas de grande intensidade causam movimentação e rupturas na crosta. A energia mecânica envolvida produz intensa cominuição dos minerais na zona de maior deformação, reduzindo a granulação das rochas em escalas diversas e deformando-as com intensidade variável. O metamorfismo dinâmico provoca transformações texturais e estruturais, como nicrobandamento ou laminações tectônicas. Nos níveis superficiais das zonas de cisalhamento, as deformações são conhecidas como do tipo rúptil, com os minerais sendo fragmentados e fraturados ou mesmo pulverizados. Em zonas mais profundas os minerais passam a se comportar de forma dúctil, sofrendo forte deformação plástica e estiramento. Sob essas condições ocorre a cristalização dinâmica. 2.4.4 Metamorfismo de soterramento O metamorfismo de soterramento ocorre durante a subsidência de bacias sedimentares, em regiões onde a crosta terrestre se adelgaça, originando gradientes geotérmicos elevados. É resultado do empilhamento de espessas sequencias de rochas sedimentares e vulcânicas onde, em profundidade, a temperatura pode chegar a 300°C ou mais, em virtude do intenso fluxo de calor. 2.4.5 Metamorfismo hidrotermal Metamorfismo: processos e produtos 13 O metamorfismo hidroterminal resulta da percolação de águas quentes aolongo de fraturas e espaços intergranulares das rochas. É um processo metassomático que se desenvolve por meio das trocas iônicas entre a água quente circulante e as paredes das fraturas. 2.4.6 Metamorfismo de fundo oceânico O metamorfismo de fundo oceânico ocorre nas vizinhanças dos riftes das dorsais meso-oceânicas, onde a crosta recém-formada e quente interage com a água fria do mar por meio de processos metassomáticos e metamórficos termais. A água aquecida carregando íons dissolvidospercola as rochas básicas e ultrabásicas da litosfera oceânica segundo um movimento convectivo, removendo ou precipitando elementos e provocando mudanças químicas. de forma mais abrangente, pode ser considerado como um tipo particular de metamorfismo hidrotermal. 2.4.7 Metamorfismo de impacto De extensão reduzida na crosta terrestre, o metamorfismo de impacto desenvolve-se em locais submetidos ao impacto de grandes meteoritos. A energia do impacto é dissipada na forma de ondas de choque, que fraturam e deslocam as rochas formando a cratera de impacto, e de calor (com temperaturas que alcançam até 5000°C), que vaporiza o meteorito e funde as rochas. As ondas de choque são transmitidas pelas rochas em frações de segundo, produzindo pressões elevadas (da ordem de até 1000 kbar) que reequilibram os minerais quase instantaneamente, transformando quartzo nos seus polimorfos de alta pressão, a stishovita e a coesita. O metamorfismo de impacto é praticamente o único tipo de metamorfismo atuante em planetas e satélites rochosos onde a crosta de uma dinâmica interna. Nesses corpos, as marcas dos impactados permanecem inalteradas por milhões ou mesmo bilhões de anos, enquanto na superfície da terra, elas têm duração relativamente efêmera, sendo obliteradas rapidamente pelos processos exógenos ou pelas constantes modificações da crosta. 2.5 Estudo de terrenos metamórficos Rochas metamórficas são produzidas por uma combinação de fatores geológicos. Qualquer rocha sedimentar, ígnea ou metamórfica, representa um protolito em potencial para a geração de uma nova rocha metamórfica. Atuação dos fatores responsáveis pelo metamorfismo sobre a grande variedade de protolitos, em combinações e intensidades diversas, resulta em um universo de rochas complexo e de difícil sistematização. Alguns tipos de rochas mais frequentes na crosta e o metamorfismo se desenvolve segundo padrões repetitivos. Assim, é possível correlacionar rochas de composição similar de terrenos metamórficos distintos. As variações sistemáticas na composição mineralógica, textura e estrutura das rochas Metamorfismo: processos e produtos 14 metamórficas podem ser seguidas de maneira mais ou menos contínua em muitos terrenos. Tanto em auréolas de metamorfismo de contato. Quanto em áreas de metamorfismo regional, as variações nas paragêneses minerais acontecem de modo transicional. Essas variações servem de base para a sistematização do mapeamento destes terrenos; procura-se definir faixas, ou zonas, onde o metamorfismo atuou sob as mesmas condições, correlacionando-as entre si, de modo a definir o padrão de variação do metamorfismo. 2.5.1 Minerais-índice, isógradas e zonas metamórficas Deve-se a George Barrow o reconhecimento do desenvolvimento de determinados minerais de forma sequenciada em rochas pelíticas submeti das a metamorfismo progressivamente mais intenso na Escócia oriental. Esses minerais, denominados minerais-índice, na ordem de aparecimento são: clorita - biotita - granada (composição almandínica) - estaurolita - cianita - sillimanita. A linha definida pelos locais do primeiro aparecimento de cada um deles na superfície do terreno denomina-se isógrada, que separa faixas de disposição mais ou menos paralelas, chamadas de zonas metamórficas, que recebem o nome do mineral da isograda anterior. Assim, a zona da clorita inicia se na isógrada da clorita, e termina na isógrada da biotita, onde esse mineral-índice aparece pela primeira vez. Nessa isógrada inicia-se a zona da biotita, que segue até o primeiro aparecimento da granada de composição almandínica, na isógrada da granada. Dessa isógrada em diante fala-se em zona da granada, e assim por diante. É importante notar que, ao iniciar-se uma nova zona metamórfica, o mineral-índice da zona anterior não desaparece necessariamente: a biotita, por exemplo, persiste ao longo das zonas da granada, da estaurolita e da cianita, alcançando até a zona da sillimanita. Por outro lado, alguns dos minerais-índice das etapas iniciais podem ser completamente consumidos à medida que o metamorfismo progride: clorita, por exemplo, geralmente desa parece quando a granada é formada, e raras vezes ocorre associada à estaurolita e cianita. 2.5.2 Fácies metamórficas Uma mesma rocha apresenta associações minerais distintas quando submetida a diferentes condições de temperatura e pressão. Com base nesse princípio, Pentti Eskola estabeleceu que rochas de mesma composição, mas de terrenos distintos, irão apresentar paragêneses similares quando submetidas a metamorfismo sob condições idênticas. Rochas com paragêneses desenvolvidas sob mesmas condições são referidas como pertencentes a uma mesma fácies metamórfica. Eskola denominou as fácies segundo as paragêneses observadas em rochas metabásicas, uma vez que estas são constituintes frequentes dos terrenos metamórficos. As principais fácies metamórficas encontram-se situadas no campo. Algumas das características mais importantes de cada fácies são descritas sucintamente a seguir: Metamorfismo: processos e produtos 15 a) Fácies subxisto verde (fá cies da zeólita e fácies da prehnita pumpellyita) - é representada pelas primeiras associações minerais desenvolvidas no metamorfismo de soterramento de rochas vulcânicas e sedimentares (basaltos, vidros vulcânicos, arenitos líticos). Em profundidades de poucos quilômetros, desenvolvem-se zeólitas (fácies zeólita), particularmente a laumontita, juntamente com outros minerais de baixa temperatura: clorita, quartzo, albita, carbonatos. Com aumento da temperatura, desaparece a laumontita e formam- se prehnita e pumpellyita (fácies prehnita-pumpellyita). b) Fácies xisto verde - é uma fácies de baixas temperaturas de metamorfismo que se desenvolve em cadeias de montanha fanerozoicas, áreas de escudos pré-cambrianos e no assoalho oceânico. Os minerais característicos são albita, epídoto, clorita, fengita e actinolita (anfibólio cálcico ferro-magnesiano). A transição das fácies sub-xisto verde é marcada pelo aparecimento de epídoto em lugar da pumpellyita; e na transição para a fácies xisto azul (ver a seguir, no item c), pela substituição da actinolita por glaucofânio (anfibólio sódico). Rochas pelíticas desta facies apresentam clorita, muscovita, biotita e granada (almandina). c) Facies anfibolito - é caracterizada por paragêneses cristalizadas em gradiente geotérmico moderado, no inter- valo de 500 a 750 °C aproximadamente. Em rochas básicas, a paragênese diagnóstica é constituída de hornblenda (anfibólio cálcico ferro-magnesiano aluminoso) e plagioclásio, esse com teor de anortita tipicamente superior a 20%, caracterizando os anfibolitos. Em metapelitos, o aparecimento de estaurolita é diagnóstico, seguido pela cianita, em rochas ricas em musco- vita, biotita e quartzo, frequentemente com granada. No limite superior da fácies anfibolito, a muscovita, em presença de quartzo, torna-se instável, produzindo fedspato potássico e simillimanita d) Facies granulito - ocorre principalmente em áreas de escudos pré-cambrianos e representa as condições mais altas de temperatura normalmente encontradas em metamorfismo progressivo de pressão intermediária. Hornblenda e biotita desaparecem paulatinamente e as rochas tornam-se desidratadas, O limite inferior da fácies granulito é marcado pelo aparecimento de ortopiroxênio em rochas metabásicas e metapelíticas. Em mármores magnesianos siliciosos, formam-se olivina, e em mármores silicosos o quartzo reage com calcita formando wollastonita. e) Facies xisto azul – é marcada por associações contendo minerais de alta densidade (lawsonita e aragonita) e de baixa temperatura (clorita), indicando ambientes de pressão elevada e temperatura baixa. As rochas são constituídas de combinações variadas de lawsonita, aragonita e glaucofânio com minerais da fácies xisto verde(clorita e albita). É encontrada em regiões de subducção, como Japão eNova Caledônia. f) Facies eclogito - é caracterizada por associações minerais desenvolvidas sob condições de pressões muito elevadas (> 12 kbar) e altas temperaturas (entre 500 e > 950 °C), em placas oceânicas transportadas para o manto em zonas de Metamorfismo: processos e produtos 16 subducção, ou na base espessada, como nos Himalaias. Os eclogitos são formados principalmente por onfacita (piroxênio rico em sódio) e por piropo (granada rica em magnésio). g) Facies hornblenda hornfels - desenvolve-se em condições de pressão baixa, principalmente em auréolas de metamorfismo de contato ao redor de corpos intrusivos como gabros e granitos. Em rochas pelíticas, distingue-se ela cristalização abundante de cordierita e rara de granada e pelo aparecimento de andaluzita em lugar da cianita. h) Facies piroxenio hornfels – é representada pelas paragêneses cordierita + ortopiroxenio + feldspato potássico + plagioclásio + quartzo, em metapelitos ou ortopiroxenio + clinopiroxënio + plagioclásio + quartzo, em rochas metabásicas. Ocorre nas zonas internas, de temperaturas mais elevadas, auréolas de metamorfismo de contato. 2.5.3 Grau metamórfico A intensidade do metamorfismo pode ser referida ainda, de maneira geral, como grau metamórfico. Alto grau metamórfico implica condições enérgicas, de altas temperaturas, como na fácies granulito, enquanto baixo grau define condições brandas, de temperaturas baixas, como na fácies xisto verde. Entre os dois extremos, encontra-se o metamorfismo de médio grau, que corresponde a condições de fácies anfibolito. 2.6 Mineralogia, texturas e estruturas de rochas metamórficas A composição mineralógica de uma rocha metamórfica depende da natureza do seu protolito e das condições metamórficas sob as quais foi gerada. 2.6.1 Mineralogia Rochas metamórficas podem ser monominerálicas, como muitos quartzitos e mármores. Rochas metapelíticas apresentam grandes quantidades de micas (biotita, muscovita) em sua composição, além de quartzo e minerais ricos em alumínio. Desses, os mais importantes são pirofilita, clorita, cloritoide, granada, estaurolita, o trio de aluminossilicatos polimorficos constituído pela andaluzita, cia nita e sillimanita. Sob condições de alto grau metamórfico a muscovita é consumida na presença de quartzo, formando-se feldspato potássico em seu lugar, segundo a reação. Em temperaturas mais elevadas ainda, ocorre a fusão parcial das rochas, à medida que muscovita e, em seguida, biotita são consumidas, formando os migmatitos, rochas mistas com feições metamórficas e igneas. Nos granulitos, Metamorfismo: processos e produtos 17 rochas de altas temperaturas que geralmente são resíduos de processos de fusão, ocorrem granada, sillimanita, cordierita e ortopiroxênio. Em rochas metabásicas, a riqueza em anfibólios caracteriza as paragêneses sob condições de fácies xisto verde, anfibolito e xisto azul, sendo substituídos pelos piroxênios nas fácies granulito e eclogito. Na fácies xisto verde, o anfibólio é actinolita, acompanhado de albita, epidoto e clorita; na fácies anfibolito, o anfibólio se torna mais rico em alumínio, passando a hornblenda, acompanhada de plagioclásio com teor de anortita superior a 20%. Rochas carbonáticas magnesianas, com argilominerais e quartzo na sua constituição, produzem associações minerais variadas, com diopsídio, tremolita (respectivamente piroxênio e anfibólio de Ca e Mg), talco, olivina, wollastonita, granada e plagioclásio cálcico, entre outros, em função das proporções entre os constituintes químicos (fundamental mente CaO, SIO2, MgO e AI2,O3) e da fácies metamórfica. Em rochas ultramáficas, ricas em MgO, as associações minerais mais hidratadas, da fácies xisto verde, são dominadas por minerais do grupo das serpentinas, talco e clorita, enquanto os anfibólios tremolita e antofilita (ortoanfibólio magnesiano), os piroxênios diopsídio e enstatita (ortopiroxênio magnesiano) e Olivina caracterizam as paragêneses das fácies anfibolito e granulito. 2.6.2 Texturas As texturas das rochas metamórficas desenvolvem-se por blastese, processo que implica nucleação e crescimento mineral no estado sólido. Por essa razão, o radical "blasto" é utilizado para designar texturas metamórficas. Texturas granulares isótropas, sem predomínio de uma ou outra dimensão nos minerais, são denominadas granoblásticas. Essa textura pode se desenvolver na forma de mosaicos, caracterizando a textura granoblástica poligonizada, onde os grãos adquirem dimensões similares entre si, com interfaces retas e junções tríplices. Rochas com predomínio de minerais micáceos orientados, como muscovita, biotita ou clorita, apresentam textura lepidoblástica. Quando os minerais orientados forem prismáticos, como anfibólios e piroxênios, a textura é nematoblástica. Algumas espécies minerais podem se destacar no tamanho por pelo menos uma ordem de grandeza: nesse caso, são denominados porfiroblastos, e o conjunto de granulação mais fina que os cerca constitui a matriz, definindo a textura porfiroblástica. Os vários tipos de textura podem ocorrer combinados: fala-se, por exemplo, de uma granada anfibolito porfiroblástico com matriz nematoblástica, ou de textura lepido-granoblástica, quando há uma quantidade menor de minerais micáceos orientados em meio a minerais granulares. Em rochas que sofreram intenso cisalhamento ocorre cominuição de grãos, ou redução granulométrica, gerando texturas granoblásticas ou lepido-granoblásticas muito finas, também chamadas de texturas miloníticas. Alguns minerais são mais resistentes a esse processo, e tendem a preservar dimensões maiores em meio à matriz de granulação reduzi- da, sendo denominados porfiroclastos , e apresentam geralmente contornos lenticulares, com a foliação da matriz amoldando-se ao seu redor. Metamorfismo: processos e produtos 18 2.6.3 Estruturas As estruturas de rochas metamórficas fornecem importantes informações sobre o processo metamórfico. Rochas geradas sem a atuação de pressão dirigida apresentam estrutura maciça, ou preservam vestígios indeformados das estruturas herdadas dos protolitos. Quando as paragêneses metamórficas são formadas durante a atuação de pressão dirigida, as rochas adquirem estruturas orientadas e desenvolvem foliações de diversos tipos. Rochas com foliação definida pela orientação de minerais placoides (micas, clorita, talco) ou prismáticos (anfibólios) apre sentam estrutura xistosa. Quando a foliação é incipiente, definida pela orientação de minerais micáceos finos, indistintos a olho nu, a rocha apresenta uma fissilidade denominada clivagem ardosiana. Por sua vez, gnaisses desenvolvem orientação dos feldspatos e quartzo, seus constituintes fundamentais, definindo a estrutura ou foliação gnáissica. Outra feição comum em gnaisses é o bandamento, ou estrutura bandada, que resulta da presença de faixas de coloração alternadamente mais clara, mais escura, ora mais contínuas, nítidas, ora descontínuas e difusas. 2.7 Nomenclatura de rochas metamórficas Dar nome às rochas metamórficas é uma tarefa muitas vezes difícil. A grande variabilidade mineralógica, textural e estrutural, fruto da combinação dos diversos fatores envolvidos na sua gênese, impossibilita o estabelecimento de um critério de classificação expedito para elas. Algumas vezes as feições adquiridas durante o processo metamórfico prevalecem, outras vezes persistem as feições herdadas dos protolitos. A mesma rocha pode se apresentar com texturas e paragêneses diversas quando submetida a condições metamórficas variáveis. Dessa maneira, os critérios de nomenclatura adotados podem variar em função do contexto no qual se deseja referir a uma determinada rocha ou conjunto de rochas. O prefixo "meta" pode ser utilizado como em metabasalto ou metagrauvaca, ou pode-se falar de rochas metacarbonáticas ou metabásicas, quando se deseja ressaltar a natureza dos protolitos.A composição mineralógica dá importantes informações sobre as condições metamórficas sob as quais se formou uma determinada rocha. Em geral lista-se os minerais volumetricamente mais representativos (com frequência superior a 5% em volume) em ordem crescente de abundância,separados entre si por hífen,que deve ser evitado após o último mineral,mais abundante, que precede imediatamente o nome raiz. 2.7.1 Ardósia, filito, xisto e gnaisse Ardósia é uma rocha metassedimentar de baixo grau metamórfico e granulação muito fina, indistinta, constituída de muscovita, clorita e quartzo. Geralmente preserva a estratificação sedimentar, e apresenta clivagem ardosiana, reconhecida, pelo brilho acetinado das micas quer paralelamente à Metamorfismo: processos e produtos 19 superfície de estratificação, quer ao longo de planos de foliação oblíquos. Sua resistência mecânica é superior à dos folhelhos dos quais se originou. Com aumento do grau metamórfico, a ardósia trans- forma-se gradativamente em filito, constituído também de muscovita, clorita e quartzo, porém com granulação mais desenvolvida, e uma foliação metamórfica pervasiva, cujas superfícies apresentam-se sedosas a prateadas, frequentemente onduladas. O aumento progressivo do grau metamórfico leva à transformação dos filitos em micaxistos, com muscovita, clorita e/ou biotita em palhetas bem visíveis e iso-orientadas. Além do crescimento mais acentuado dos minerais micáceos, podem se desenvolver andaluzita, cloritoide, granada, estaurolita, cianita sillimanita ou cordierita em função da temperatura e da pressão. O nome raiz gnaisse é reservado para rochas constituídas por feldspatos e quartzo, com mais de 20% de feldspato em volume. A estrutura bandada é comum em gnaisses: algumas classificações chegam a considera-la essencial para a sua definição. De maneira mais abrangente, porém, são a composição quartzo-fedspática e a foliação gnáissica que os caracterizam. Gnaisses originados de rochas graníticas são denominados ortognaisses: o prefixo “orto” designa rocha metamórfica derivada de protolito ígneo. Gnaisses pode também ser gerados pelo metamorfismo progressivo de micaxitos, quando são ricos em quartzo, e podem conter granada, cordierita, cianita ou silimanita, ou de arcóseos (arenitos feldspáticos), ou wackes (rochas sedimentares arenosas ricas em argilo-minerais). Quando originados do metamorfismo de rochas sedimentares, são denominados paragnaisses: o prefixo “para” designa rochas metamórficas de protolito sedimentar. 2.7.2 Quartzitos, mármores, talco xistos, serpentinitos e anfibolitos A composição mineralógica é o principal critério para a nomenclatura de algumas rochas, especialmente as monominerálicas. Quartzitos, originados do metamorfismo de arenitos, são constituídos predominantemente por quartzo. Mármores, originados de calcários, são constituídos por carbonatos e podem ser bandados ou maciços. Com frequência contêm minerais acessórios como tremolita e diopsídio (respectivamente, anfibólio e piroxênio cálcico magnesianos), olivina, wollastonita ou talco, quando o protolito tiver sido calcário dolomítico silicoso. Rochas maciças constituídas por talco são designadas esteatitos ou, quando foliadas, talco xistos. De maneira similar, rochas constituídas por minerais do grupo da serpentina são chamadas serpentinitos. Anfibolitos são originados, na maioria, do metamorfismo de rochas ígneas básicas, como basaltos e gabros (ortoanfibolitos) ou, menos frequentemente, de margas, que são rochas sedimentares mistas, carbonáticas e argilosas (para- anfibolitos). Em ambos os casos, são rochas maciças ou foliadas, com texturas granoblástica a grano-nematoblástica, constituídas de proporções variáveis de plagioclásio e anfibólio verde (actinolita ou hornblenda), que podem conter ainda granada, quartzo, bionita ou epídoto. Metamorfismo: processos e produtos 20 2.7.3 Rochas cataclásticas: brechas de falha, cataclasitos e milonitos Rochas cataclásticas correspondem a uma categoria especial de rochas metamórficas formadas pela atuação combinada da fragmentação mecânica ou cataclase (deformação rúptil) e recristalização dinâmica (deformação dúctil) dos minerais durante o metamorfismo dinâmico, em zonas de falhas. As rochas cataclásticas podem ser divididas em dois grupos: a) com se estrutura não orientada e b) com estrutura orientada. O primeiro grupo engloba as brechas de falha e cataclasitos e o segundo, os milonitos. São comuns transições entre esses dois grupos e variações internas em cada um deles. Cataclasitos são rochas coesivas, sem estrutura de fluxo, afaníticas ou de matriz afanítica ou muito fina, formadas em condições de deformação rúptil ou rúptil-dúctil. Por outro lado, brechas de falha são rochas sem coesão primária, caracterizadas por fragmentos angulosos de tamanhos variáveis em uma matriz fina com aspecto de farinha. Milonitos são rochas coesivas de granulação fina e estrutura foliada, formadas sob condições dúcteis, e caracterizadas pela presença de porfiroclastos que se destacam na matriz fina. Os milonitos fazem parte da série milonítica, na qual protomilonito e ultramilonito aparecem como termos extremos. A separação é feita com base na relação entre porfiroclastos e matriz: nos protomilonitos, a proporção de matriz é inferior a 50%, nos milonitos, entre 50% e 90%, enquanto nos ultramilonitos é superior a 90%. O processo metamórfico, que atua principalmente nos limites das placas litosféricas, é um mecanismo eficiente de renovação dos materiais que passaram pelo ciclo supérgeno. As novas condições ambientais (temperatura, pressão e fluidos quimicamente ativos) permitem a geração de novos minerais e novas estruturas litológicas, cujas características geoquímicas são diferenciadas em relação aos materiais sedimentares originais. Além disso, atuam também sobre as rochas ígneas e outras metamórficas, fechando o ciclo das rochas. 3. Considerações Finais A formação das rochas metamórficas, ajuda a contar o processo de toda a história que se passou naquele local, quanto ao desenvolvimento do ambiente, período existencial, clima sofrido durante cada período, flora e fauna. A história encontrada em cada rocha, principalmente a metamórfica é de extrema importância em várias áreas da geografia, biologia para o descobrimento de fosseis, que são utilizados na construção civil de casas, estradas etc. Metamorfismo: processos e produtos 21 Referências Bibliografias RUBERTI, E.; SZABÓ, G.A.J; MACHADO, R. Metamorfismo: processos e produtos. In: TEIXEIRA, W.; TOLEDO, M. C. M.; FAIRCHILD, T. M.; TAIOLI, F. (Orgs). Decifrando a Terra. São Paulo: Oficina de Textos, pp 400-419. 2009;
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