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1 UNIDADE C – MAGMAS E ROCHAS ÍGNEAS Introdução Com certeza você já deve ter exposto para seus alunos que as rochas são divididas em três grandes grupos e assumem significativa importância para o desenvolvimento e sobrevivência da humanidade. Nessa unidade trabalharemos o primeiro grande grupo de rochas: as rochas ígneas, as mais abundantes da crosta e formadas a partir da consolidação do magma. Essas rochas foram utilizadas para a confecção das primeiras ferramentas, de pedra lascada ou pedra polida. Além disso, eram as preferidas para construções e outros fins, dada sua alta resistência mecânica e estrutura maciça. Importantes jazidas minerais de ouro, prata, chumbo, cobre, cromo, diamantes, entre outras, tiveram sua origem em processos magmáticos, e são exploradas há milênios. A importância das rochas ígneas para a sociedade cresceu concomitantemente ao seu desenvolvimento: hoje, em todo mundo, são extraídos volumes enormes de rochas ígneas destinados a produção de materiais de construção e para fins ornamentais. É importante mencionar, que as rochas ígneas são a classe de rochas predominante na crosta e constituem o arcabouço de toda a arquitetura crustal. A compreensão da constituição, origem e evolução do nosso planeta seria impossível sem o estudo das rochas ígneas (TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI, 2000). Objetivos � Conhecer os principais grupos de rochas; � Entender os processos envolvidos na formação das rochas ígneas; � Reconhecer os principais tipos de rochas ígneas, bem como sua importância econômica para a sociedade. Alguns conceitos-chave para esta unidade: 1) Magma é um material fundido, rico em sílica, capaz de fluir dentro, ou na superfície da crosta terrestre. Os magmas se originam da fusão parcial da crosta inferior e do manto superior, comumente em profundidades entre 50 e 200 km abaixo da superfície. Os dois principais tipos de magma são: magma basáltico e magma granítico. 2 2) As principais texturas das rochas ígneas são: vítrea, afanítica, fanerítica, porfirítica e pórfira e, elas fornecem importantes informações sobre a historia do resfriamento do magma. 3) Magmas com alto teor de sílica, produzem rochas da família riolito-granito, que são compostos de quartzo e feldspato-K, com menor quantidade de plagioclásio – Na, biotita e anfibólio. Magmas com baixo teor de sílica produzem rochas da família basalto-gabro, que são compostos de plagioclásio-Ca e piroxênio, com menor quantidade de olivina ou anfibólio. 4) O magma basáltico é mais fluído e o magma granítico mais viscoso e por isto, produzem tipos de erupções vulcânicas diferentes. 3 3.1. As rochas Você já sabe o conceito de mineral. A partir desta unidade você vai entender a gênese de cada grupo de rochas que compõem a crosta terrestre e aprender a identificar cada uma delas. A Figura C.1 ilustra como os átomos se combinam para formar um mineral e como estes formam as rochas, que encontramos em afloramentos (locais onde as rochas afloram na superfície terrestre). Figura C.1: Os átomos se combinam para formar as rochas. Os átomos compõem os pequenos componentes estruturais que formam os minerais, que por sua vez se combinam para formar as rochas. Fonte: PRESS; SIEVER. (1986). Inicialmente, o que são Rochas? As rochas são produtos consolidados resultantes da união natural de um ou mais minerais, ou seja, uma rocha é um agregado natural de minerais. A mineralogia e a textura, bem como outras propriedades, ajudam a determinar o aspecto – estrutura - de uma rocha. A mineralogia 4 diz respeito à proporção relativa dos minerais constituintes de uma rocha, enquanto a textura indica os tamanhos e as formas dos cristais e o modo como estão unidos. Essas propriedades, que determinam a aparência de uma rocha, são estabelecidas pela origem geológica da rocha, onde e como ela foi formada. As rochas podem ser agrupadas, de acordo com os processos geológicos envolvidos na sua geração, em três grandes grupos: rochas ígneas, sedimentares e metamórficas conforme a Figura C.2. Figura C.2. Os minerais e as texturas dos três grandes grupos de rochas são formados em diferentes lugares da crosta e por diferentes processos. Fonte: PRESS; SIEVER; GROTZINGER; JORDAN (2004). � ROCHAS ÍGNEAS: Envolvem a cristalização de magmas ou lavas na superfície terrestre ou em subsuperfície. Esse grupo de rocha caracteriza-se pela distribuição errática e sem orientação dos grãos minerais, formando, geralmente, uma superfície de exposição maciça e uniforme. � ROCHAS SEDIMENTARES: Correspondem às rochas formadas por acumulação sucessiva de partículas ou sedimentos, oriundos de outras rochas, nas depressões naturais ou bacias marinhas, oceânicas ou continentais. Podem, também, ser formadas por precipitação química de substâncias, nessas mesmas bacias. 5 As rochas sedimentares são marcadas pelo alinhamento de partículas em camadas horizontais ou subhorizontais, ou seja, apresentam estratos ou camadas superpostas. Podem apresentar, em sua constituição, pedaços de rochas e minerais. � ROCHAS METAMÓRFICAS: Correspondem as rochas que se originaram por transformação das rochas preexistentes, sob efeito de altas temperaturas e pressões, sem, no entanto, passar para o estado de fusão. Envolvem processos de transformações químicas, mineralógicas, texturais e estruturais de rochas pré-existentes, como conseqüência da elevação da temperatura e da pressão em determinados ambientes geológicos. As características marcantes dessas rochas são as estruturas – foliação, xistosidade ou a orientação dos minerais numa direção, com irregularidades formando faixas. Agora vamos passar a estudar com mais detalhe o primeiro grande grupo de rocha: as ROCHAS ÍGNEAS. 3.2. Magmas e Rochas ígneas As rochas ígneas ou magmáticas são formadas pelo resfriamento e solidificação do magma, e correspondem à classe de rochas predominantes na crosta terrestre, perfazendo mais de 70% do seu volume. Se as rochas ígneas são originadas do material magmático, o que é magma? O magma pode ser entendido como qualquer material rochoso fundido, de consistência pastosa, que apresenta uma mobilidade potencial e que, ao consolidar, constitui as rochas ígneas. O magma que extravasa à superfície, formando os derrames vulcânicos, é denominado “lava”, pois, durante o processo vulcânico sofre algumas importantes modificações, que o diferenciam do magma retido e cristalizado em profundidade. A consistência física de um magma, que implica na maior ou menor facilidade de fluir, é definida como viscosidade. A viscosidade de um magma depende de diversos parâmetros, tais como, composição química, grau de cristalinidade (em que proporção o magma contém material já cristalizado) teor de voláteis dissolvidos e temperatura. Nesse sentido, magmas poucos viscosos, logo mais fluidos, como os basálticos, extravasam com facilidade, e formam 6 corridas de lavas, como as do Havaí, que podem estender-se por dezenas de quilômetros. Já, os magmas mais viscosos, como os riolíticos, têm dificuldades até mesmo para extravasar. 3.2.1. Composição dos magmas A composição de um magma depende da vários fatores, conforme destacado a seguir: �� Constituição da rocha geradora. O magma tem, majoritariamente, composição silicática, em consonância com a composição predominante da crosta e do manto terrestre, porém, magmas carbonáticos e sulfetados também são conhecidos. Os principais componentes dos magmas silicáticos na terra são, além de O e Si, o Al, Ca, Fe, Mg, Na, K, Mn, Li e P. A variação na composição dos magmas, assim como das rochas ígneas, é descrita principalmente pelo seu teor de sílica, SiO2, a partir do qual, se destacam pela sua abundância na crosta terrestre, dois tipos de magma: magma granítico – teores de sílica superiores a 66%, e o magma basáltico, com teores de sílica entre 45 e 52%. Há também um terceiro tipo de magma, o Andesítico, com teor de sílica entre 52 e 66%. As características físicas de um magma, como temperatura e viscosidade, estão relacionadas a sua composição. A viscosidade de um magma silicático aumenta com o aumento do teor de sílica, a redução da temperatura e a diminuição do conteúdo de voláteis. Magmas basálticos apresentam maiores temperaturas na ordem de 1000 a 1200ºC, e viscosidade menor, enquanto magmas graníticos são mais viscosos e apresentam temperaturas da ordem de 700 a 800ºC. �� Das condições em que ocorreu a fusão da rocha geradora e da taxa correspondente, e; �� Da história evolutiva deste magma, do seu local de origem até o seu sítio de consolidação. A profundidade em que ocorre a fusão também influencia na composição dos magmas produzidos. Magmas basálticos são gerados em grandes volumes pela fusão dos peridotitos mantélicos, principalmente nas regiões abaixo das dorsais meso-oceânicas, mas, eventualmente, também, abaixo da crosta continental, no manto superior. Saiba mais: Peridotitos Mantélicos são rochas constituintes do manto, formadas predominantemente por minerais ferro-magnesianos como olivinas e piroxênios. 7 Já os magmas graníticos são associados à fusão de partes profundas da crosta continental, enriquecida em sílica em relação à crosta oceânica. Magmas andesíticos são característicos dos arcos de ilhas ou cadeias de montanhas em margens convergentes, como na cadeia Andina. 3.2.2. Formação e origem dos magmas O magma é formado a partir da fusão das rochas, a qual é condicionada pela temperatura, pressão e presença de água. Assim, o aumento da temperatura no interior da terra pode gerar magmas, decorrente da fusão parcial de rochas do manto, na astenosfera, ou do manto superior ou crosta inferior, na litosfera, ou seja, os magmas se formam nos locais do manto e da crosta onde as temperaturas e pressões são suficientemente altas para produzir, pelo menos, a fusão parcial das rochas contendo água. A fusão pode ser provocada pelo aumento de temperatura, por alívio de pressão confinante a que estão submetidas estas rochas, por variações no teor de fluidos ou, como ocorre, mais comumente, por uma combinação desses fatores. A Figura C.3 ilustra os sítios de formação de magmas, concentrados em locais específicos na astenosfera ou litosfera, devido aos mecanismos tectônicos responsáveis pelas variações nos parâmetros físicos que controlam o processo de fusão das rochas: a) nas dorsais meso-oceânicas, as correntes de convecção conduzem o manto mais quente para regiões mais rasas, produzindo o grande volume de magma basáltico que alimenta o vulcanismo das dorsais meso-oceânicas e que dá origem à crosta oceânica; b) nos arcos de ilha e nas cadeias de montanhas das margens continentais convergentes, os magmas andesíticos são produzidos pela fusão da crosta oceânica conduzida, pelo processo de subducção, para o manto; c) nas grandes cadeias de montanhas, a parte inferior da crosta continental pode atingir profundidades de até 50 km, com o conseqüente aumento de temperatura, que pode ultrapassar a temperatura de início de fusão das rochas constituintes da base da crosta, de modo a gerar os magmas de composição granítica; e, por fim, d) sítios anomalamente aquecidos, denominados plumas mantélicas, podem desenvolver-se no manto, gerando tipos característicos de magmas basálticos. 8 Figura C.3: Seção esquemática crosta/manto, indicando a localização dos sítios formadores de magmas no modelo de tectônica de placas. Fonte: TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI. (2000). Uma vez gerado, o magma, tende a deslocar-se na crosta em direção à superfície, uma vez que apresenta densidade menor que as rochas sobrejacentes. A ascensão dos magmas, geralmente, ocorre através de grandes falhas e fraturas. 3.2.3. Solidificação dos magmas A cristalização ou solidificação do magma corresponde à transformação do material magmático em sólido, através da formação dos minerais constituintes das rochas ígneas plutônicas e vulcânicas. Nos estágios iniciais da cristalização magmática, as diferentes fases minerais não cristalizam concomitantemente: algumas formam-se primeiro, e, somente depois que a composição do magma remanescente tiver sido modificada pela extração destas primeiras fases, e sua temperatura tiver diminuído ainda mais, é que as demais fases minerais irão se juntar às que já se encontram em processo de cristalização, ou mesmo irão substituí-las neste processo. A seqüência de cristalização resultante é definida por parâmetros termodinâmicos, dependendo fundamentalmente da composição do magma inicial 9 (TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI, 2000). Bowen propôs uma seqüência ideal de cristalização dos minerais, conforme pode ser observado na Figura C.4. Figura C.4: As séries de reações de Bowen. Fonte: TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI. (2000). As séries de Bowen demonstram as diferentes cristalizações dos principais minerais formadores de rochas. As reações de cristalização estão correlacionadas aos tipos de magma (basálticos andesiticos e graníticos) e com as diferentes temperaturas de cristalização. Essa série inicia-se com a cristalização da olivina, que apresenta SiO2 inferior a 52% e crsitalização superior a 1000ºC. À medida que esta concentração de Sílica torna-se maior, e a temperatura de formação fica mais baixa, os minerais formados, serão os Piroxênios, anfibólios (maficos), Plagioclásios e feldspatos (félsicos). Por fim, quando a concentração de sílica for superior a 66% e cristalizada em temperatura inferior a 600ºC, formar-se-à Quartzo. Ressalta-se que os minerais mais instáveis são os que se formam primeiro, e a medida que a temperatura diminui e a concentração de sílica aumenta, os minerais tornam-se cada vez mais estáveis, até chegar ao quartzo. 10 O ambiente de consolidação de uma rocha ígnea pode ser no interior da crosta, formando as rochas plutônicas ou intrusivas, ou em superfície, formando as rochas vulcânicas ou extrusivas, conforme veremos a seguir. 3.2.4. Formas de Ocorrência das rochas ígneas As principais formas de ocorrência das rochas ígneas na crosta terrestre, encontram-se esquematizadas na Figura C5 e são descritas a seguir. Figura C.5: Formas de ocorrência de rochas magmáticas. Fonte: PRESS; SIEVER; GROTZINGER; JORDAN. (2004). Corpos Intrusivos: Plútons: designa grandes corpos intrusivos, formados em profundidade na crosta terrestre, incluindo os batólitos e os stocks. Os batólitos, maiores corpos plutônicos, são enormes massas irregulares de rochas ígneas de granulação grossa, que por definição, cobrem áreas, superiores a 100km2, como por exemplo o Batólito de Pelotas, no Rio Grande do Sul. Os demais corpos plutônicos similares, mas de menor tamanho, são chamados de stocks. Tanto os batólitos quanto os stocks são intrusões discordantes, isto é, cortam as camadas das rochas encaixantes que intrudem. 11 Conteúdo Relacionado: Na Unidade I veremos sobre o Batólito de Pelotas. Soleiras e Diques: são semelhantes aos corpos plutônicos em muitos aspectos, mas são menores e têm uma relação diferente com as rochas adjacentes intrudidas . As soleiras, também denominadas sill, são corpos tabulares, com forma de folha, formados pela injeção de magma entre as camadas paralelas da rocha acamadada preexistente. As soleiras são intrusões concordantes, ou seja, seus limites são paralelos às camadas, sejam elas horizontais ou não. Os diques correspondem a principal rota de transporte de magmas através da crosta. São similares às soleiras por serem também corpos ígneos tabulares, entretanto cortam o acamamento das rochas encaixantes e, portanto, seccionam-nas, representando, intrusões discordantes. Veios: são depósitos de minerais que se localizam em uma fratura e que não tem a mesma origem da crosta encaixante. Necks vulcânicos: são corpos intrusivos discordantes formados pela consolidação de magma dentro de chaminés vulcânicas, os condutos por onde o magma chega a superfície através dos vulcões. Derrame de lava: As atividades vulcânicas podem se dar de duas formas, conforme a Figura C.6. Figura C.6: Atividades vulcânicas. A) Esquema de erupção fissural; Ascenção de magmas muito fluídos por fissuras profundas na crosta; B) Esquema de vulcanismo de erupção central. Fonte: PRESS; SIEVER (1986). 12 � Erupção Central: na superfície do vulcão, forma-se um cone ligado ao conduto vulcânico, por onde são ejetados lava, gases e materiais piroclásticos; Glossário: Os materiais piroclásticos são os fragmentos expelidos para o ar, através da erupção de um vulcão. � Fissural: a lava extravasa ao longo de uma rede de fraturas na superfície terrestre, recobrindo grandes áreas, derivando de um magma muito fluido. As erupções fissurais não formam cone vulcânico. A superposição dos sucessivos derrames de lava resulta na formação de um planalto vulcânico, como por exemplo, o Planalto Sul Rio-riograndense. 3.2.5. Textura e estrutura As rochas ígneas são as únicas rochas que não se formam a partir de outras rochas preexistentes, sendo constituídas unicamente por minerais. Em decorrência do seu processo genético, esse grupo de rochas exibe algumas características: � São rochas compactas de alta dureza; � Total ausência de fósseis; � Ausência de estratificação, típica de outras rochas; � Matéria vítrea pode fazer parte de sua composição, ocorrendo apenas nas rochas extrusivas e chegando, em alguns casos, a constituir toda a rocha, como na obsidiana; � Apresentam estruturas típicas, como a vesicular, fluidal, amigdalóide, etc. Para classificar as rochas ígneas é preciso reconhecer sua textura, estrutura e composição mineralógica. A textura é o modo que os grãos minerais se arranjam entre si. O lugar onde as rochas ígneas se formam reflete no tamanho dos minerais presentes: rochas plutônicas apresentam minerais maiores e melhor cristalizados do que as rochas vulcânicas devido ao resfriamento lento do magma em profundidade. O tamanho do mineral depende da velocidade de cristalização, que por sua vez depende da velocidade de resfriamento e viscosidade do magma. Avaliando a relação de tamanho ENTRE os minerais que compõem a rocha, podemos ter dois tipos de texturas: � Equigranular � todos os minerais possuem aproximadamente o mesmo tamanho; � Inequigranular � os minerais apresentam tamanhos diferentes, sendo uns maiores que os outros. Os minerais maiores são conhecidos como pórfiros ou fenocristais. 13 Glossário: Pórfiro ou fenocristais são cristais de tamanho avantajado, presentes numa rocha ígnea. Com relação ao tamanho dos minerais (grau de cristalinidade), as texturas podem ser: 1. Afanítica: os cristais dessas rochas são pequenos demais para serem vistos a olho nu, decorrente do resfriamento rápido da lava ou material vulcânico na superfície terrestre. Essa textura caracteriza as rochas ígneas extrusivas ou vulcânicas. 2. Fanerítica: os minerais individuais são facilmente visíveis a olho nu, indicando que a solidificação do magma ocorreu em subsuperfície, pois o resfriamento lento do magma no interior da terra proporciona o tempo adequado para o crescimento de cristais maiores encaixados entre si, que caracterizam as rochas ígneas intrusivas ou plutônicas. 3. Porfirítica: Grãos maiores (fenocristais ou pórfiros) que se sobressaem em relação à uma matriz um pouco mais fina (Matriz fanerítica). 4. Pórfira: Da mesma forma que a porfirítica, porém a matriz é afanítica. O esquema na Figura C.7 irá auxiliá-lo a descrever as texturas das rochas ígneas permitindo sua classificação em vulcânicas ou plutônicas. Figura C.7: Esquema para identificação das textura das rochas ígneas. Já a estrutura diz respeito ao arranjo espacial dos minerais constituintes de uma rocha, bem como do tamanho e forma dos minerais. Comumente as rochas ígneas apresentam as seguintes estruturas: 1. Maciça: rochas cujos minerais não exibem orientações preferencial segundo determinadas direções. Tem o aspecto de uma massa rochosa compacta; 2. Fluidal: rochas que apresentam minerais isorientados, expressando movimento direcional do magma quando da sua colocação e antes de seu resfriamento total; 14 3. Vesicular: rocha vulcânica que pode conter cavidades de forma circular, elíptica ou irregular, resultantes da expansão dos gases presentes na lava, durante seu resfriamento. Quando as vesículas ocorrem preenchidas por minerais são denominadas amígdalas. A Figura C.8 ilustra a relação da textura e estrutura das rochas ígneas. Figura C.8. Relação textura e estrutura das rochas vulcânicas. 15 Material de Apoio: Para auxiliá-lo na descrição da textura e estrutura das rochas ígneas consulte o vídeo Rochas Ígneas disponível no DVD da disciplina GEOLOGIA na biblioteca do seu pólo. ATIVIDADE C.1: Vá até uma marmoraria em sua cidade e peça uma amostra de rocha ígnea. Fotografe-a, descreva sua textura e estrutura e diga se esta rocha é plutônica ou vulcânica. Utilize como material de apoio os vídeos e o esquema da Figura C.8. Mande seu arquivo com foto da rocha e classificação. 3.2.6. Classificação das rochas ígneas A textura e a estrutura, apresentadas pelas diversas rochas ígneas, fornecem informações sobre o ambiente e a história de consolidação de cada rocha, permitindo uma classificação petrográfica completa. Para a nomenclatura e classificação petrográfica dessas rochas a composição mineralógica é quesito fundamental, relacionando diretamente cada rocha ígnea com a composição do magma a partir do qual se consolidou. Assim, a classificação das rochas ígneas é função da textura – ambiente de cristalização, e da mineralogia – índice de coloração, relativo a % dos minerais escuros, e da presença e freqüência de sílica. As rochas ígneas são subdivididas em vulcânicas quando apresentam textura afanítica ou vítrea, e intrusivas ou plutônicas quando a textura for fanerítica de qualquer granulação. Assim, observa-se que as rochas ígneas podem ser divididas em duas classes texturais amplas: as intrusivas ou plutônicas e as extrusivas ou vulcânicas. Dentro de cada uma dessas categorias amplas, as rochas ainda são classificadas de acordo com suas proporções relativas de minerais silicosos, que compreendem o quartzo, feldspato (tanto o ortaclásio como o plagioclásio), micas, anfibólios, piroxênios e as olivinas. Os minerais ricos em sílica são de cores claras conhecidos como félsicos (a partir de feldspatos e sílica), e os pobres em sílica são de cor escura denominados máficos (a partir do magnésio e ferro). Os minerais máficos cristalizam-se primeiro que os minerais félsicos em temperaturas mais altas, isto é, nas primeiras fases de resfriamento do magma. Com base no teor de sílica, as rochas são agrupadas da seguinte forma: � Rochas Ígneas Ácidas: constituem as rochas pobres em ferro, porém ricas em minerais com altos teores de sílica, como o quartzo, o feldspato potássico e o plagioclásio. Possuem conteúdos de sílica acima de 66%. O granito e o seu correspondente vulcânico, o riolito, são exemplos desse grupo de rochas. 16 � Rochas Ígneas Intermediárias: são constituídas principalmente por feldspato, podendo ou não conter quartzo. Possuem conteúdo de sílica entre 66% e 52%. Como exemplo pode-se citar o sienito. � Rochas Ígneas Básicas: São ricas em piroxênios e olivinas. Esses minerais são relativamente pobres em sílica, mas ricos em magnésio e ferro, elementos que lhes conferem cor escura. Os teores de sílica destas rochas variam entre 45% e 52%. Cita-se nesse grupo de rochas o gabro e o basalto. � Rochas Ígneas Ultrabásicas: compreendem as rochas compostas fundamentalmente por minerais escuros como olivina e piroxênio, contendo menos de 10% de feldspato. Como exemplo tem-se o peridotitos. A Figura C.9 ilustra as relações entre teor de sílica, composição mineralógica e ambiente de consolidação para as rochas ígneas mais comuns. Figura C.9. As relações entre Índice de cor, teor de sílica, composição mineralógica e ambiente de cristalização para as rochas ígneas mais comuns. Fonte: TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI. (2000). A partir do conhecimento da composição mineralógica e química das rochas ígneas, ficou claro que, algumas rochas intrusivas e extrusivas apresentam composição mineralógica idênticas, diferindo apenas na textura. O Quadro C.1 apresenta um resumo das principais rochas ígneas, com mineralogia idêntica, diferindo apenas na textura (ígneas plutônicas ou ígneas vulcânicas) 17 Rocha plutônica (Matriz fanerítica) Correspondente rocha vulcânica (Matriz afanítica) Granito Feldspato Potássico > Plagioclásio (Biotita mais comum) Riolito COM QUARTZO Granodiorito Plagioclásio > Feldspato Potássico (Biotita mais comum) Dacito Diorito Plagioclásio (Anfibólio) Andesito Gabro Plagioclásio (Piroxênio) Basalto SEM QUARTZO Sienito Feldspato Potássico (Anfibólio) Quadro C.1: Relação entre ambiente de consolidação da rocha e composição química. 3.2.7. Principais Rochas ígneas As principais rochas ígneas são exemplificadas na Figura C.10. 18 Figura C.10: Principais rochas ígneas.