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Rochas Metamórficas
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Rochas Metamórficas

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  • 1. CCTÓPICO 4___________________________________________________________________ROCHAS METAMÓRFICAS Licenciatura em Ciências do Ambiente - Geologia Geral II (1º ano-2ºS) Ano lectivo de 2007/08
  • 2. As rochas metamórficas são mais difíceis de classificar do que as rochas magmáticas,devido ao facto de serem diversos os parâmetros a exercerem influência (fig. 1), como: - a existência de múltiplas sequências com composições químicas complexas; - pressões e temperaturas variáveis; - processos prógrados e retrógrados1; - metamorfismos diferentes num mesmo contexto geodinâmico. Figura 1 – Fácies metamórficas e minerais tipomorfos (barras cinzentas). Retirado de Laboratory Manual in Physical Geology.A denominação de uma rocha metamórfica pode privilegiar: - a textura, por exemplo, se ela é anisotrópica, pode falar-se de xisto, micaxisto ou gnaiss, se ela é isotrópica, poderemos ter uma corneana ou um granulito; - a composição mineralógica, por vezes, em relação com a textura. Por exemplo, os quartzitos, rochas formadas essencialmente por quartzo, o mármore, rocha formada essencialmente por calcite, o gnaiss, rocha com uma composição análoga ao granito;1 Quando uma rocha sedimentar, argilosa por exemplo, formada nas condições da superfície, fica sujeita,numa zona de subducção, a um aumento de P e T diz-se que o metamorfismo é prógrado. Por outro lado,nas rochas formadas em profundidade que ascendem à superfície a paragénese de alta temperatura vaievoluir para uma paragénese de baixa temperatura, este processo corresponde ao metamorfismo retrógrado.
  • 3. - mas outras denominações existem que não estão relacionadas nem com a textura nem com a composição mineralógica.A – A importância da composição mineralógicaNa maior parte dos casos o metamorfismo é isoquímico ou quase isoquímico, sendo porisso a composição química que vai determinar a composição mineralógica. Também épossível verificar que algumas rochas metamórficas são formadas apenas por um ou doisminerais (quartzitos, mármores) enquanto que outras apresentam uma paragénese maiscomplexa (corneanas), isto significa que existe uma relação entre a complexidadequímica e a complexidade mineralógica, sendo esta relação expressa pela regra de fases.A regra de fases é uma lei termodinâmica que permite prever o número de minerais e defluidos que surgem no decurso de uma reacção química que coloque em jogo várioselementos, em condições externas variáveis; esta regra exprime-se do seguinte modo: v=n–f+2 n – número de constituintes químicos independentes que entram na reacção; f – número de fases independentes, sólidas e fluidas, produzidas pela reacção; v – variância do sistema, isto é o número de condições físicas que podem variar sem alteração dos produtos da reacção.O número n de constituintes independentes, expressos sob a forma de óxidos esusceptíveis de participar em reacções metamórficas, é de aproximadamente uma dezena:SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, MnO, CaO, Na2O e K2O sem esquecer ainda H2O e CO2.A variância é geralmente igual a 2, P e T, uma vez que as associações mineralógicas sãoestáveis num intervalo de temperatura e de pressão relativamente largo.Exemplo: se os minerais que entram na reacção contém CaO, Fe2O3, Al2O3, SiO2 e H2Ovão aparecer 5 minerais novos uma vez que: v=n–f+2 → 2=5–f+2 → f=5Se juntarmos K2O vamos fazer aparecer o sexto mineral. No exemplo escolhido osminerais previsíveis são: quartzo, clorite, epidoto, anfíbola e calcite. Com a introdução deK2O deverá aparecer uma mica branca.Se passarmos em revista os principais elementos químicos presentes nas rochas,constatamos que: - a sílica é o mais abundante, combinando-se com outros elementos para formar os silicatos, idênticos aos das rochas magmáticas ou específicos das rochas metamórficas; se está presente em quantidade superior à necessária para fabricar
  • 4. estes silicatos, ela vai persistir na forma de quartzo, exactamente como na família das rochas magmáticas; - a alumina pode formar por si só um mineral que é o corindo ou combinar-se com a sílica para formar os silicatos de alumina puros (andalusite, distena, silimanite), ou ferromagnesianos; - o ferro trivalente (férrico) pode substituir o alumínio graças à semelhança do raio iónico e ao facto de terem um comportamento idêntico; - o ferro bivalente (ferroso) tem um raio iónico maior, combina-se com a alumina, o magnésio e a sílica; - o cálcio pode combinar-se com CO2 para dar origem à calcite ou com a sílica para dar origem a uma variedade de piroxena (wollastonite) ou ainda com outros óxidos para formar piroxenas, anfíbolas e epidoto; - o sódio encontra-se principalmente nas plagioclases alcalinas (albite, oligoclase), podendo substituir o potássio em algumas micas, assim como entrar na constituição de algumas piroxenas e anfíbolas (glaucofano); - o potássio é o constituinte fundamental das micas, moscovite e biotite, e dos feldspatos potássicos sob a forma de microclina e pertites; - a água é dos constituintes importantes dos minerais hidratados formados a baixa temperatura, zéolitos, epidotos, micas e anfíbolas.As reacções metamórficas correspondem a equilibrios reversíveis (termodinamicamente)controlados pela pressão, temperatura e composição química. Estas reacções podem serclassificadas em três grandes categorias.a) Reacções de inversão a secoO silicato de alumina pode apresentar três polimorfos em função da temperatura e dapressão (fig. 2): - andalusite: baixa pressão (mineral indicador de pressão – geobarómetro) - distena: média e alta pressão (mineral indicador de pressão – geobarómetro) - silimanite: alta temperatura (mineral indicador de temperatura – geotermómetro)
  • 5. Figura 2 – Campos de estabilidade de três silicatos de alumina (distena, silimanite e andalusite)Estes três polimorfos são representados por um diagrama temperatura-pressão, queregista os campos de estabilidade dos três silicatos de alumina, com um ponto triplo ondetodos eles são estáveis o qual varia de autor para autor, mas que geralmente se situa nos600ºC e 6kb.Este tipo de reacções, que ocorrem na ausência de uma fase fluida, são pouco numerosas,correspondendo na maior parte do caso a mudanças na estrutura. Os polimorfos da sílicatambém podem ilustrar uma situação idêntica. Por aumento de pressão o quartzotransforma-se em coesite mais stishovite, enquanto que por aumento de temperaturaorigina tridimite mais cristobalite.b) Reacções com produção de fluidosNeste tipo de reacções, que se produzem na maior parte dos casos a alta temperatura, doisminerais reagem entre eles para dar espécies novas e um fluido, CO2 ou H2O, segundo acomposição das fases em presença. Por exemplo, moscovite + quartzo ↔ silimanite + feldspato K + H2OEsta água pode migrar e induzir a anatexia de rochas quartzo-feldspáticas envolventes.c) Reacções com mudança dos elementos químicos entre os mineraisNeste caso, a estrutura cristalina não se altera, isto é, em termos numéricos não surgemnovas espécies: há o deslocamento de elementos químicos entre dois ou mais mineraiscujo teor em determinados elementos vai sofrer variações: o mineral que ganha oselementos é obrigado a perder outros para compensar a mudança.B – Origem e significação de algumas texturas e estruturas das rochas metamórficasA descrição macroscópica e microscópica das rochas metamórficas é um primeiro passona inventariação das rochas metamórficas, o qual deve ser seguido de uma interpretação
  • 6. que permita compreender as transformações físicas que a rocha sofreu. Neste contexto, éimportante começarmos por conhecer a origem e significação das principais texturas eestruturas metamórficas.O termo textura é utilizado para designar as relações espaciais entre os minerais de umarocha, enquanto o termo estrutura corresponde ao arranjo de partes da rocha,independentemente da escala, incluindo as interrelações geométricas entre as diferentespartes, as configurações e as características internas das rochas. Para ajudar a diferenciarestes dois conceitos tomemos como exemplo um micaxisto com granadas no qual sãovisíveis dobras a uma escala macroscópica. Neste caso a estrutura é xistosa e dobrada(macroscopia) e a textura é grano-lepidoblástica (microscopia).Em termos gerais as estruturas das rochas metamórficas são as herdadas, total ouparcialmente, da rocha primitiva, resultado do facto do metamorfismo corresponder aalterações que decorrem no estado sólido. Mas é frequente que estas se encontradeformadas por acção de processos orogénicos. Por exemplo, com frequência se mantémmais ou menos reconhecível o carácter estratiforme das séries sedimentares primitivas,mas a este sobrepõem-se novos elementos estruturais (xistosidade, foliação e lineação).Quanto às texturas também é normal que permaneçam na rocha metamorfizada vestígiosde texturas das rochas primitivas.Os elementos estruturais podem ser visíveis a nível de afloramento, a nível de amostra demão ou ao microscópio petrográfico. De acordo com a escala em que estes arranjosocorrem utilizam-se, respectivamente, os prefixos mega, meso e micro.Os elementos mesoestruturais podem assumir as seguintes características: A foliação é o resultado do alinhamento paralelo dos minerais, devido à actuação de pressões orientadas, durante a recristalização (fig. 3). Esta pode ser devida à disposição dos minerais em lâminas de poucos centímetros de espessura, à orientação planar de diferentes grãos minerais ou à orientação preferencialmente planar de minerais alongados. Consoante o grau de perfeição das superfícies paralelas pode ser dividida em clivagem dos xistos, xistosidade e estrutura gnaissica. Figura 3 – Efeitos da pressão dirigida sobre as rochas (retirado de Figueiredo, 1999).
  • 7. A clivagem dos xistos é um tipo de foliação que se caracteriza pela disposição paralela dos filossilicatos de grão fino, como as micas. Em consequência, a rocha tende a partir paralelamente aos planos ricos em micas, em lâminas mais ou menos uniformes. A xistosidade é um outro tipo de foliação que se distingue do anterior porque, neste caso, os minerais são visíveis a olho nu. Geralmente é devida ao arranjo paralelo de minerais laminares, como a mica e clorite. A estrutura gnaissica ocorre quando a rocha é formada por lentículas difusas de minerais com diferentes estruturas cristalinas. Por sua vez, a lineação corresponde a um paralelismo linear direccional que a rocha apresenta devido, por exemplo, ao alinhamento dos minerais alongados como a silimanite e a turmalina, à intersecção de duas foliações ou, ao eixo comum da intersecção de grãos de minerais tabulares (fig. 4). Figura 4 – Distinção entre foliação e lineação (retirado de Wiswall e Fletcher III, 1997). 1. Diferencie este tipo de clivagem da clivagem dos minerais.Sempre que é possível identificar a rocha que esteve na origem de uma determinadarocha metamórfica esta última pode ser designada por uma expressão composta pelonome da que lhe deu origem, antecedida do prefixo meta. Por exemplo: metagrauvaque,metarcose, metabasalto, etc..Apesar de ser possível ter uma ideia da textura através da estrutura, a observaçãomicroscópica é indispensável para determinar o tipo exacto de textura. As texturas sãocondicionadas pela natureza dos minerais, a sua forma e a abundância relativa. Elas sãoditas cristoblásticas porque, ao contrário dos fenómenos que se produzem no decurso dacristalização de um magma, o crescimento dos minerais, designados aqui por blastos. Osblastos crescem num meio essencialmente sólido, por transformação dos mineraispreexistentes ou, como resultado de reacções entre as fases preexistentes. É importante
  • 8. referir que este processo é temporalmente muito demorado, decorrendo ao longo demilhões de anos.O desenvolvimento de uma textura cristoblásticas implica quase sempre odesaparecimento da textura da rocha original, mas esta também pode permanecer pelomenos parcialmente. Isto acontece em rochas de baixo grau de metamorfismo ou, quandoexiste uma reorganização essencialmente mecânica dos minerais.São frequentes nas rochas metamórficas os porfiroblastos, ou cristais bastantedesenvolvidos, contrastando com os restantes minerais. Por exemplo são comuns ospofiroblastos de anadaluzite, estaurolite, granada, cordierite, etc.Alguns autores propõem que a designação das texturas, desenvolvidas durante ometamorfismo, deve ser composta do nome da textura típica, acrescentando-se o termo‘blasto’.Figura 5 – Texturas típicas das rochas metamórficas. A- Textura granoblástica; B – Textura lepidoblástica; C-Textura Nematoblástica; D- Textura porfiroblástica (retirado de Figueiredo, 1999).Existem quatro grandes tipos de texturas: granoblástica, lepidoblástica, nematoblástica eporfiroblástica (fig.5). Textura granoblástica – caracterizada por grãos mais ou menos equidimensionais e sem orientação preferencial. Esta textura é típica das rochas monominerais como, por exemplo, os mármores e os quartzitos. Aparece também em rochas polimenerais granulíticas, como é o caso dos gnaisses, ou em rochas que durante a sua formação não sofreram a acção de pressões orientadas. Textura lepidoblástica – com predomínio de minerais lamelares, ou em escamas, como, por exemplo, as micas. Rochas metamórficas com textura lepidoblástica típica são, por exemplo, os xistos micaceos e alguns gnaisses.
  • 9. Textura nematoblástica – caracterizada pela preponderância de minerais aciculares e fibrosos, como as anfíbolas. As rochas mais comuns com este tipo de textura são os anfibolitos e alguns gneisses anfibolíticos. Textura porfiroblástica – sempre que apresenta porfiroblastos no seio de uma matriz com minerais de menores dimensões.A maior parte das rochas polimenerais não apresenta nenhuma das texturas referidasanteriormente, mas uma combinação de duas ou mais texturas, pois são constituídas porminerais planares, aciculares e equidimensionais. Assim, as rochas metamórficasapresentam geralmente uma combinação da textura granoblástica com uma das outrastrês acima referidas, dando origem a texturas que se designam por granolepidoblástica,granonematoblástica e granoporfidoblástica (fig.6). Figura 6 – Texturas mais comuns em rochas metamórficas. A- Textura granolepidoblástica; B- Textura granonematoblástica; C- Textura granoporfiroblásticas (retirado de Figueiredo, 1999)Galopim de Carvalho (1997) considera ainda que existem as seguintes texturas: Textura cataclástica – revelando traços evidentes de esmagamento (cataclase) dos seus minerais. Textura milonítica – representa uma situação extrema da anterior.As texturas das rochas metamórficas podem ainda ser agrupadas em dois tipos,isotrópicas e anisotrópicas, em função da orientação preferencial dos minerais. Texturas isotrópicas – Ocorrem quando não há orientação preferencial dos minerais. Estas texturas podem surgir associadas a situações de metamorfismo de contacto em que o calor e, eventualmente, os fluidos foram os principais agentes de metamorfismo. Texturas anisotrópicas – Ocorrem quando existe uma disposição preferencial dos minerais. Esta textura interpreta-se como reflectindo episódios de deformação, durante os quais os minerais da rocha estiveram sujeitos à acção de pressões dirigidas.
  • 10. C – Diversidade e classificação das rochas metamórficasComo já foi referido a nomenclatura das rochas metamórficas pode ter por base critériostexturais, estruturais ou composicionais, ou ainda critérios mistos.Vamos adoptar a classificação de Bucher e Frey (1994) baseada em termos estruturais,que divide as rochas metamórficas em dois grupos: - Rochas com foliação (filitos, xistos, gnaisses e anfibolitos); - Rochas sem foliação (corneanas, granulitos, quartzitos, mármores e eclogitos)Por sua vez, a distinção entre as rochas metamórficas de cada um dos grupos baseia-seem critérios mineralógicos e texturais. Quadro 1 – Classificação das rochas metamórficas mais comuns e indicação dos seus minerais principais. Rocha metamórfica Rocha inicial Minerais característicos Ardósia Argila Minerais de argila, micas e clorite Filádio Argila Micas e clorite Micaxisto Argila, basalto, grauvaques Micas, clorite, epídoto, granada, arenosos talco, hornoblenda, grafite Gnaiss Xistos, granitóides, Quartzo, feldspatos, granada,Rochas foliadas grauvaques arenosos mica, augite, hornoblenda, estaurolite, distena Mármore Calcário puro ou dolomite Calcite ou dolo miteRochas não foliadas Escarnito Rochas calcosilicatadas Calcite, dolomite, granada Quartzito Areia quartzosa Quartzo Corneana Xistos argilosos Andalusite, mica, quartzoA ardósia constitui a primeira rocha metamórfica da sequência. Diferencia-se dasanteriores por partir, paralelamente aos planos ricos em micas, em fragmentos finos erelativamente uniformes. A cor das ardósias depende da composição química doprotólito.Quando a temperatura aumenta, até cerca de 300ºC, os grãos microscópicos de clorite emica formam um mosaico de grãos, já visível á vista desarmada, e diz-se que as ardósiasse transformam em filádios ou filitos. Esta rocha apresenta superfícies de foliaçãoacetinadas, devido à reflexão da luz nas superfícies de micas e clorites. Estas rochastambém são conhecidas por xistos luzentes, podendo apresentar-se com coloraçõesdiferentes: acinzentadas, esverdeadas, avermelhadas, arroxeadas, críticas. Se ao nível dasuperfície lamelar ocorrerem pontuações, como que embrionárias de novos minerais,recebem o nome de xistos mosqueados.Com o aumento dos valores da temperatura e da pressão, os grãos de clorite e micacontinuam a crescer, atingindo cerca de 1 cm de diâmetro. A rocha formada nesta fasechama-se xisto e apresenta-se fortemente foliada (xistosidade).
  • 11. Quando a temperatura atinge valores entre os 400ºC e os 500ºC, os minerais dos xistossofrem uma diferenciação, ocorrendo uma segregação dos minerais em bandas distintas,formadas alternadamente por minerais félsicos e máficos, isto é, dando origem ao aobandado metamórfico típico dos gnaisses.Se a temperatura continuar a aumentar até valores da ordem dos 600ºC-800ºC regista-se afusão parcial de alguns minerais dos gnaisses como o quartzo e feldspato potássico,formando-se os migmatitos.No que se refere às rochas não foliadas a ausência de estrutura foliada justifica-se pelofacto de se tratar de uma rocha monominerálica, ou ainda por essa rocha não ter estadosubmetida à acção de pressões dirigidas.D – Distribuição das rochas metamórficas em Portugal e interesse económicoAs diferentes fases de metamorfismo que afectaram o maciço antigo ibérico deixarambastantes vestígios nos terrenos antemesozóicos portugueses. Há exemplos de rochaspolimetamórficas (anfibolitos, piroxenitos, eclogitos, granulitos, serpentinitos, micaxisto,gnaiss, migmatitos, etc.) nas séries precâmbricas de Morais e Bragança-Vinhais, em Trás-os-Montes. Estas séries são cavalgantes sobre outras, mais modernas, de idadepaloezóica, hercínica afectadas por metamorfismo de baixo grau (filádios,metavulcanitos, etc.).Do ponto de vista económico as rochas metamórficas são com frequência fonte dematérias primas importantes. Em alguns casos são as próprias rochas (mármores,serpentinitos, etc.), noutros são alguns dos seus minerais (blenda, galena, fluorite, grafite,talco, serpentina, cromite, ilmenite, magnetite, hematite, corindo, etc.). 2. Procure informar-se sobre quais as zonas, em Portugal, onde se procede à exploração de mármores. 3. Quais os minerais de metamorfismo com interesse para a gemologia?O presente deste foi retirado e adaptado das seguintes obras:Busch, R.M. (Ed.) (1997). Laboratory Manual in Physical Geology. New Jersey: Prentice-Hall.Carvalho, A.M.G. (1997). Geologia. Petrogénese e Orogénse. Lisboa : Universidade Aberta.Figueiredo, M.T. (1999). Concepções, sobre metamorfismo, de alunos do ensino secundário. Contributospara a sua compreensão implicações educacionais. Dissertação de mestrado. Universidade de Aveiro.Pons, J-C. (2001). La pétro sans peine. Minéraux et roches métamorphiques. Grenoble : Focus.Wiswall, C.G. e Fletcher III, C.H. (1997). Investigating Earth. A Geology Laboratory Text. Dubuque, IA:Wm. C. Brown Publishers.

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