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Ciclo das rochas 4

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Material destinado as aulas de Geologia do Professor Raul Reis.

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  • 1. "A inocente pergunta é a primeira aproximação de um desenvolvimento totalmente novo." ALFRED NORTH WHITEHEAD Umarocha é um agregado sólido de minerais que ocorre naturalmente. Algumas rochas, como o mármore branco, são compostas por apenas um mineral, nesse caso, a calcita. Certas rochas são compos- tas por matéria não-mineral, onde se incluem materiais não-cristalinos, rochas vulcânicas vítreas, obsidiana e pe- dra-pomes' e carvão, que são restos de plantas compacta- dos. Em um agregado, os minerais são unidos de maneira a manter suas características individuais (Figura 4.1). O que determina a aparência física de uma rocha? Elas va- riam na cor, no tamanho dos seus cristais ou grãos e nos tipos de minerais que as compõem. Ao longo de um corte de estrada, por exemplo, podemos encontrar uma rocha escura composta de vidro vulcânico e cristais de piroxênio e feldspato, partículas que são muito pequenas para serem vistas a olho nu (Figura 4.2). Perto dali, podemos ver uma rocha acastanhada, com muitos cristais grandes e brilhantes de mica e com alguns grãos de quartzo e feldspa- to. Sobrejacentes a ambas as rochas, podemos ver remanescentes de uma antiga praia: camadas horizontais de rocha marrom-clara que parecem ser compostas por grãos de areia cimentados juntos. A mineralogia e a textura, bem como outras propriedades, ajudam a determinar o aspecto de uma rocha. A mineralogia é a proporção relativa dos minerais constituin- tes de uma rocha, como você pode recordar do Capítulo 3. A textura é o termo que in- dica os tamanhos e as formas dos cristais e o modo como estão unidos. Esses cristais (ou grãos), que, na maioria das rochas, têm apenas alguns milímetros de diâmetro, são chamados de grossos, se forem grandes o bastante para serem vistos a olho nu, e defi- nas, caso contrário. A mineralogia e a textura que determinam a aparência de uma ro- cha são, por sua vez, estabelecidas pela origem geológica da rocha - onde e como foi formada (ver Figura 4.2). A rocha escura do corte de estrada há pouco referido, chamada de basalto, foi for- mada por uma erupção vulcânica. Sua mineralogia e textura dependem da composição química das rochas que foram fundidas nas profundezas da Terra. Todas as rochas que se formam pela solidificação de rochas fundidas são chamadas de rochas ígneas. Rochas ígneas Rochas sedimentares Rochas metamórficas Onde as rochas são encontradas o ciclo das rochas: interação dos sistemas da tedônica de placas e do clima 111 O ciclo das rochas e os sistemas terrestres: únicos no sistema solar 113 105 106 108 108
  • 2. 104/ Para Entender a Terra Rocha (granito) Feldspato Plagioclásio ~-----------------------------------------------yr----------------------------------------------_J Minerais constituintes QuartzoBiotita Figura 4.1 Uma rocha é uma ocorrência natural de minerais agregados. [Em sentido horário, a partir do alto: J. Ramezani; J. Ramezani; José Manuel Sanchis Calvete/Corbis; Martin Miller/Visuals Unlimited; Arthur Hill/Visuals Unlimited; Chip Clark] A camada de rocha marrom-clara do corte de estrada, um arenito, foi formada pela acumulação de partículas de areia, tal- vez em uma praia, que foram cobertas, soterradas e cimentadas juntas. Todas as rochas formadas como produtos do soterra- mento de camadas de sedimentos (como areia, lama e conchas de carbonato de cálcio), sejam elas depositadas em terra ou no mar, são chamadas de rochas sedimentares. A rocha de cor marrom do exemplo do corte de estrada, um xisto, contém cristais de rnica, quartzo e feldspato. Ela formou-se na profundeza da crosta terrestre, em altas tempe- raturas e pressões, que transformaram a mineralogia e a textu- ra de uma rocha sedimentar soterrada. Todas as rochas forma- das pela transformação de rochas sólidas preexistentes sob a influência de alta pressão e temperatura são chamadas de ro- chas metamórficas. A primeira tarefa de um geólogo é entender as proprieda- des da rocha e deduzir sua origem geológica a partir delas. Tais deduções promovem a compreen ão do planeta em que vivemos e fornecem informações importantes sobre as reser- vas de combustível e as soluções de problemas ambientais. Por exemplo, saber que o óleo forma-se em certos tipos de ro- chas sedimentares ricas em matéria orgânica permite-nos ex- plorar novos reservatórios de um modo mais inteligente. Si- milarmente, nosso conhecimento das propriedades das rochas vai nos ajudar a achar novas reservas de outros minerais e fon- tes de energia úteis e economicamente valiosas, como gás, carvão e minérios metálicos. Entender como as rochas se formam também nos guia na resolução de problemas ambientais. Estará certa rocha pro- pensa aos movimentos do solo provocados por terremotos? Como ela poderia transmitir a água poluída no solo? O arma- zenamento subterrâneo de material radioativo e outros rejei- tos depende da análise da rocha que vai ser usada como reser- vatório. Este capítulo apresentará uma rápida visão de como os geólogos, para entender a Terra, interpretam os indícios for- necidos pelas três grandes famílias de rochas: ígneas, sedi- mentares e metamórficas. Se as rochas são os indícios de muitas coisas que quere- mos saber sobre o nosso planeta, como devemos lidar com a interpretação delas? Precisamos de uma chave, assim como os historiadores precisaram da Pedra de Rosetta? para des- vendar o "código" dos hieróglifos egípcios de modo a serem capazes de ler os registros nos templos e túmulos. O primei- ro passo na procura dessa chave é reconhecer os vários tipos de rochas. O segundo é entender o que suas características dizem sobre as condições de superfície e subsuperfície nas quais foram formadas. Veremos o que a aparência, a textura, a mineralogia e a composição química de uma rocha revelam sobre como e on- de ela foi formada. Veremos, também, como as amostras de rochas encontradas em furos de subsuperfície e nos aflora- mentos podem nos ajudar a reconstruir a história geológica. Por fim, seguiremos o ciclo das rochas - o ajuste de proces-
  • 3. CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos 1105 Tipo de rocha e material-fonte Processo formador da rocha Exemplo íCNEA Fusão de rochas na crosta quente e profunda e no manto superior Cristalização (solidificação de magma ou lava) SEDIMENTAR Intemperismo e erosão das rochas expostas na superfície Deposição, soterramento e litlficação METAMÓRFICA Rochas sob altas temperaturas e pressões nas pro- fundezas da crosta e no manto superior Recristalização em estado sólido de novos minerais Figura 4.2 Os minerais e as texturas dos três grandes grupos de rochas são formados em diferenteslugares da Terra e por diferentes processos. Como conseqüência, os geólogos usamas análises minera lógicas e químicas para determinar as origens das rochas e os processos que as formaram. Granito, composto de quartzo, feldspato e cristais de mica. [J. Ramezani]Rocha sedimentar acamada, composta de arenitos. [Breck P.Kent] Esta rocha metamórficadobrada e deformada é um gnaisse. [Breck P.Kent] sosgeológicos que convertem cada tipo de rocha em um dos outrosdois tipos - e analisaremos como esses processos são todoscontrolados pela tectônica de placas e pelo clima. has ígneas Asrochas ígneas (do latim ignis, "fogo") formam-se pela cris- talizaçãodo magma, uma massa de rocha fundida que se origi- naemprofundidade na crosta e no manto superior. Aí as tempe- raturasalcançam 700°C ou mais, que são necessários para fun- dira maioria das rochas. À medida que um magma esfria lenta- menteno interior da Terra, os cristais microscópicos começam aseformar. Como o magma esfria abaixo da temperatura de fu- são,alguns desses cristais têm tempo para crescer até poucos milímetrosou mais antes que toda a massa seja cristalizada co- mouma rocha ígnea de granulação grossa. Mas quando o mag- maé extrudido de um vulcão na superfície terrestre, ele esfria e solidifica tão rapidamente que os cristais individuais não têm tempopara crescer gradualmente. Nesse caso, muitos cristais minúsculos formam-se simultaneamente, e o resultado é uma rocha ígnea de granulação fina. Os geólogos distinguem dois grandes tipos de rochas ígneas com base no tamanho de seus cristais: intrusivas e extrusivas. Rochas ígneas intrusivas As rochas ígneas intrusivas cristalizam-se quando o magma intrude em uma massa de rocha não-fundida em profundidade na crosta terrestre. Cristais grandes crescem enquanto o magma esfria, produzindo rochas de granulação grossa. As rochas íg- neas intrusivas podem ser reconhecidas por seus cristais gran- des intercrescidos, os quais desenvolvem-se lentamente en- quanto o magma é gradualmente resfriado (Figura 4.3). O gra- nito é uma rocha ígnea intrusiva. Rochas ígneas extrusivas As rochas ígneas extrusivas formam-se pelo rápido resfria- mento do magma que chega à superfície por meio de erupções vulcânicas. As rochas ígneas extrusivas, como o basalto, são re- conhecidas facilmente por suas texturas vítreas ou de granula- ção fina (ver Figura 4.3). Minerais comuns A maioria dos minerais das rochas ígneas são silicatos, em par- te porque o silício é muito abundante e em parte porque vários minerais silicatados fundem-se nas altas temperaturas e pres- sões alcançadas nas partes mais profundas da crosta e do man-
  • 4. 1061 Para Entender a Terra As rochas ígneas extrusivas são formadas quando o magma extravasa na superfície, onde rapidamente se resfria como cinza vulcânica ou lava e forma cristais minúsculos. A rocha resultante, como •• __ ..-, este basalto, é finamente granulada ou tem uma textura vítrea. As rochas ígneas intrusivas cristalizam-se quando uma rocha fundida intrude massas de rochas não-fundidas na crosta terrestre. Os cristais grandes crescem durante o lento processo de resfriamento, produzindo rochas de granulação grossa como o granito, mostrado aqui como exemplo. Figura 4.3 A formação de rochas ígneas extrusivas (aqui exemplificadas com o basalto) [Chip Clark] e rochas ígneas intrusivas (aqui exemplificadas com o granito) [J. Ramezani]. to. Entre os minerais comuns de silicato encontrados nas rochas ígneas estão o quartzo, o feldspato, a mica, o piroxênio, o anfi- bólio e a olivina (ver Quadro 4.1). .. Alguns cristais comuns de rochas ígneas, sedimentares e metamórficas Quadro 4.1 Rochas Rochas Rochas ígneas sedimentares metamórficas Quartzo* Quartzo * Quartzo* Feldspato* Argilominerais* Feldspato* Mica* Feldspato* Mica* Piroxênio" Calcita Granada* Anfibólio* Dolornita Piroxênio* Olivina* Gipsita Estaurolita* Halita Cianita* O asterisco indica que o mineral é um silicato. 'has sedimentares Os sedimentos, precursores das rochas sedimentares, são en- contrados na superfície terrestre como camadas de partículas soltas, como areia, silte e conchas de organismos. Essas parti- culas formam-se na superfície à medida que as rochas vão sen- do alteradas e erodidas. O intemperismo são todos os proces- sos químicos e físicos que desintegram e decompõem as rochas em fragmentos de vários tamanhos. As partículas das rochas fragmentadas são, então, transportadas pela erosão, que é o conjunto de processos que desprendem o solo e as rochas, transportando-os para os locais onde são depositados em cama- das de sedimentos (Figura 4.4). O intemperismo e a erosão produzem dois tipos de sedimentos: • Sedimentos elásticos, que são partículas depositadas fisi- camente, como os grãos de quartzo e feldspato derivados de um granito alterado. (elástico é derivado da palavra grega klastos, "quebrado".) Esses sedimentos são depositados pela água corrente, pelo vento e pelo gelo e formam camadas de areia, silte e cascalho. • Sedimentos químicos e bioquímicos, que são substâncias químicas novas que se formam por precipitação quando alguns dos componentes das rochas dissolvem-se durante o intemperis- mo e são carregados pelas águas dos rios para o mar. Entre esses sedimentos incluem-se as camadas de minerais como a halita (cloreto de sódio) e a calcita (carbonato de cálcio, freqüenternen- te encontrado na forma de recifes e conchas).
  • 5. CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos 11 07 o SISTEMA TERRA SISTEMA DO CLIMA ... e depositadas como camadas de sedimento no solo ou na água, ... ... onde elas formam camadas paralelas ou estratificação. Os sedimentos soterrados litificam-se pela compactação e cimentação. Os sedimentos elásticos são compostos por partículas depositadas de areia, silte e cascalho. Os sedimentos químicos e bioquímicos são precipitados no mar ou compostos por recife de corais e conchas. Do sedimento à rocha sólida Alitificaçãoé o processo que converte os sedimentos em rocha sólida,e isso ocorre de uma das seguintes maneiras: • Porcompactação, quando os grãos são compactados pelo pe- sodosedimento sobreposto, formando uma massa mais densa queaoriginal. • Porcimentação, quando minerais precipitam-se ao redor das partículasdepositadas e agregam-nas umas às outras. Os sedimentos são compactados e cimentados depois de se- remsoterrados sob mais camadas de sedimentos. Dessa manei- ra,oarenito é formado por litificação de partículas de areia e o calcário,pela litificação de conchas e de outras partículas de carbonatode cálcio. Camadasde sedimentos Os sedimentos e as rochas sedimentares são caracterizados pe- laestratificação, a formação continuada de camadas paralelas desedimentos à medida que as partículas depositam-se no fun- dodo mar, de um rio ou da superfície do terreno. Pelo fato de Figura 4.4 O intemperismo desintegra a rocha em partículas menores, que são carregadas morro e rio abaixo pela erosão, sendo depositadas como camadas de sedimentos ao longo das margens continentais. Outro tipo de sedimento é produzido por precipitação bioquímica, como a formação dos recifes de corais. Enquanto as camadas acumulam-se e vão sendo gradualmente soterradas, elas litificam, endurecendo até virar uma rocha sedimentar. (Esquerda) Arenito Iaminado [Breck P. Kent]; (direita) calcá rio fossilífero [Peter Kresan]. as rochas sedimentares serem formadas por processos superfi- ciais, elas cobrem grande parte dos continentes e do fundo dos oceanos. A maioria das rochas encontradas na superfície ter- restre é sedimentar. Todavia, o volume dessas rochas é menor que o das rochas ígneas e metamórficas - que constituem o principal volume da crosta -, pois dificilmente são preservadas (Figura 4.5). Minerais comuns Os minerais comuns dos sedimentos elásticos são os silicatos, porque eles predominam nas rochas que são alteradas para for- mar as partículas sedimentares (ver Quadro 4.1). Os minerais mais abundantes nas rochas sedimentares elásticas são o quart- zo, o feldspato e os argilominerais. Os minerais mais abundantes nos sedimentos precipitados química ou bioquimicamente são os carbonatos, como a calei- ta, o principal constituinte do calcário. A dolomita, também en- contrada no calcário.ié um carbonato de magnésio e cálcio for- mado por precipitação durante a litificação. Dois outros sedi- mentos químicos - a gipsita e a halita - formam-se por precipi- tação quando a água do mar evapora.
  • 6. 1081 Para Entender a Terra Rochas Área da superfície terrestre DOs sedimentos e as rochas sedimentares cobrem a maior parte da superfície dos t-.----'I- continentes e do fundo dos oceanos ... fi ...mas são de difícil preservação quando comparados com as rochas ígneas e metarnõrficas, que constituem a maior parte do volume da crosta. Volume da crosta Figura 4.5 Os sedimentos e as rochas sedimentares cobrem a maiorparte da superfície dos continentes e do fundo dos oceanos. chas metamórficas As rochas metamórficas têm seu nome derivado das palavras gregas que significam "mudança" (meta) e "forma" (morphe). Essas rochas são produzidas quando as altas temperaturas e pressões das profundezas da Terra atuam em qualquer tipo de rocha - ígnea, sedimentar ou outra rocha metamórfica - para mudar sua mineralogia, textura ou composição química - em- bora mantendo sua forma sólida. As temperaturas do meta- morfismo estão abaixo do ponto de fusão das rochas (aproxi- madamente 700°C), mas são altas o bastante (acima de 250°C) para as rochas modificarem-se por recristalização e por reações químicas. Metamorfismo regional e de contato O metamorfismo pode ocorrer numa área extensa ou, pelo con- trário, limitada (Figura 4.6). O metamorfismo regional ocorre onde as altas pressões e temperaturas estendem-se por regiões amplas, o que acontece onde as placas colidem. O metamorfismo regional acompanha as colisões das placas, resultando na forma- ção de cadeias de montanhas e no dobramento e fraturamento das camadas sedimentares que até então eram horizontais. Onde as temperaturas altas restringem-se a áreas pequenas, como as rochas que estão perto ou em contato com uma intrusão, as ro- chas são transformadas por metamorfismo de contato. Muitas rochas metamorfizadas regionalmente, como os xis- tos, têm uma foliação característica, isto é, superfícies ondula- das ou planares produzidas quando a rocha foi deformada es- truturalmente por dobras. As texturas granulares são mais típi- cas da maioria das rochas de metamorfismo de contato e de cer- tas rochas de metamorfismo regional formadas por ternperatu- ra e pressão muito altas. Minerais comuns Os silicatos são os minerais mais abundantes das rochas metamór- ficas, pois as rochas parentais também são ricas nesses minerais (ver Quadro 4.1). Os minerais típicos das rochas metamórficas são o quartzo, o feldspato, a rnica, o piroxênio e os anfibólios (os mesmos silicatos também característicos das rochas ígneas). Mui- tos outros silicatos - como a cianita, a estaurolita e algumas varie- dades de granadas - são exclusivos das rochas metamórficas. Es- ses minerais formam-se sob condições de alta pressão e tempera- tura na crosta e não são característicos das rochas ígneas. Eles são também bons indicadores do metamorfismo. A calcita é o princi- pal mineral dos mármores, os quais são caleários metamorfizados. As trajetórias de pressão-temperatura-tempo A tectônica de placas produz metamorfismo de contato regio- nal, um processo dinâmico no qual os volumes de rocha são submetidos a mudanças de condições de pressão e temperatura ao longo do tempo. Conseqüentemente, as rochas metamorfiza- das regionalmente contêm assembléias minerais distintivas, nas quais as mais antigas são substituídas por assembléias posterio- res. Tais rochas registram, dessa forma, os regimes de pressão e temperatura que mudam com o tempo. As trajetórias de preso são-temperatura-tempo são gravadas não somente por mu- danças nas assembléias minerais, mas também por mudanças nas composições químicas dos minerais presentes. As trajetó- rias metamórficas de pressão-temperatura-tempo serão discuti- das em detalhe no Capítulo 9. '{ ~~Q~e as rochas são encontradas As rochas não são encontradas na natureza convenientemente divididas em corpos separados - ígneas aqui, sedimentares alie metamórficas em um outro lugar. Em vez disso, nós as encon- tramos dispostas segundo os padrões determinados pela histó- ria geológica de uma região. Os geólogos mapeiam esses pa- drões tanto em superfície como suas projeções em profundida- de e tentam deduzir o passado geológico da variedade e da dis- tribuição das rochas presentes. Se fôssemos fazer uma perfuração em algum ponto da Ter- ra, encontraríamos rochas que representam a história geológica daquela região. Nos primeiros poucos quilômetros superficiais de muitas regiões, provavelmente seriam encontradas apenas rochas sedimentares. Perfurando mais fundo, talvez 6 a 10 km para baixo, normalmente penetraríamos em uma área subjacen- te de rochas ígneas e metamórficas mais antigas. Na verdade, milhares de sondagens relativamente rasas fo- ram perfuradas nos continentes na procura por óleo, água e re- cursos minerais. Essas sondagens são as maiores fontes de in- formação, principalmente sobre as rochas sedimentares e sua história. Na busca por mais dados na crosta continental pro- funda, os governos de vários países - incluindo os Estados
  • 7. Crosta continental Litosfera continental----<, o metamorfismo de ultra-alta pressão ocorre na litosfera continental profunda e na crosta oceânica. o metamorfismo de contato ocorre em áreas limitadas onde a intrusão magmática metamorfiza a rocha vizinha pela ação do calor, formando os cornubianitos. CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos 11 09 Fossa ~Crosta oceânica } <, l.itosfer oceãnic o metamorfismo regional ocorre onde altas pressões e temperaturas estendem-se por vastas regiões. o metamorfismo de alta pressão e baixa temperatura ocorre onde há subducção de crosta oceânica na borda principal de uma placa continental. Figura 4.6 As rochas metamórficas formam-se sob quatro condições principais. Os exemplos de rochas mostrados aqui são (da esquerda para a direita): comubianitos [Biophoto Associates/Photo Researchers], eclogito [Julie Baldwin], micaxisto [John Grotzinger] e xistos azuis [Mark Cloos]. Unidos, a Alemanha e a Rússia - realizaram perfurações mui- to profundas nos continentes. O furo mais profundo, na Rús- sia, tem mais de 12 km, excedendo a profundidade de qual- quer furo comercial. Uma grande parte de nosso conhecimento sobre as rochas do fundo oceânico vem de centenas de sondagens perfuradas pelo Projeto de Perfuração em Mar Profundo= um programa emandamento para perfurar o fundo do mar em toda a parte em busca de informações geológicas. Esse projeto iniciou nos Es- tados Unidos no final da década de 1960, ao mesmo tempo em que a teoria da tectônica de placas varreu a comunidade geoló- gica. Atualmente, é um empreendimento internacional (o Pro- grama de Perfuração Oceânica") continuado com a cooperação dos maiores países marítimos. Mesmo com todas essas fontes de informações sobre o que fica abaixo da superfície terrestre, os geólogos continuam a confiar nas rochas expostas em afloramentos, lugares onde o substrato rochoso - a rocha subjacente aos materiais soltos na superfície - está exposto (Figura 4.7). Os afloramentos variam de região para região, pois exemplificam a estrutura geológica da Terra em um ponto específico. Em uma viagem pela Améri- ca do Norte, deveríamos percorrer muitos tipos de afloramen- tos (Figura 4.8). Começando pelo Pacífico, encontraríamos fa- lésias à beira-mar desde o México até o Canadá (Figura 4.8a). Entre a Costa Oeste e a encosta de barlavento das Montanhas Rochosas, as quais se estendem desde o Novo México (EUA), no sul, até Alberta, no Canadá (Figura 4.8b), são abundantes os afloramentos de todos os tipos de rochas, seja em cânions e montanhas, seja nos penhascos das regiões montanhosas relati- vamente secas dessa região, que representam uma terça parte da superfície do continente norte-americano. Desde as Montanhas Rochosas, no oeste, até os Montes Apalaches, no leste, a paisagem é dominada pelas planícies e pradarias do Meio-Oeste dos Estados Unidos'' e pelas Provín-
  • 8. ~ Para Entender a Terra Afloramento Figura4.7 Os afloramentos são lugares onde a rocha fresca - a rocha subjacente aos materiais da superfície soltos, como solo e matacões - está exposta. cias das Pradarias do Canadá." Nessa região, os afloramentos são escassos, pois a maioria das rochas sedimentares expostas está coberta por solo e sedimentos depositados pelos rios, como o Missouri e seus tributários. Aqui, os afloramentos ocorrem em morros baixos e vales suaves (Figura 4.8c). As planícies costeiras atlânticas cobrem a região sudeste de Nova Jersey até as Carolinas e a Georgia, a leste, e o Texas, a Louisiana, o Mississipi e o Alabama, ao sul. Aqui, as rochas sedimentares pouco litificadas e relativamente macias estão expostas em afloramentos similares àqueles das Grandes Pla- nícies. Boas exposições podem ser encontradas em tabuleiros ocasionais ao longo da linha costeira. Mais ao sul, na Flórida, afloramentos de calcário podem ser encontrados em montes baixos e ao longo do arquipélago conhecido como Ilhas Fló- rída? (Figura 4.8d). Para o norte, os afloramentos tornam-se mais numerosos ao alcançarmos os Montes Apalaches. Na paisagem montanhosa e escarpada da Nova Inglaterra'' e das Províncias Atlânticas do Canadá.? podemos encontrar bons afloramentos, com as melhores exposições dispostas ao longo da linha costeira. Nesse clima mais úmido, a maioria das ro- chas das partes baixas é coberta por vegetação abundante e solo; todavia, existem muitos afloramentos ao longo dos pe- nhascos e das bordas, especialmente nas partes mais altas das cristas e das montanhas (Figura 4.8e). I!II Vales suaves em Wisconsin DI Montanhas Shawangunk
  • 9. Como esse registro de viagem indica, a presença e os tipos deafloramentos dependem da natureza da paisagem, a qual, por suavez, depende da estrutura geológica da região, da sua histó- riae do seu clima atual. Nos próximos capítulos, exploraremos commaior detalhe como os tipos de rochas estão relacionados comas estruturas geológicas (Capítulo 10) e com as paisagens (Capítulo19). Agora, entretanto, voltaremos para o ciclo das ro- chas,o qual - em combinação com a tectônica de placas - reve- lacomo os três grupos de rochas estão inter-relacionados e co- moeles se refletem na estrutura e na história geológicas. 1 M"'1'i',,"" cio das rochas: interação dos stemas da tectônica de placas e do clima ociclo das rochas é o resultado das interações de dois dentre os trêssistemas fundamentais da Terra: o sistema da tectônica de placase o sistema do clima. Controlados pelas interações des- ses dois sistemas, materiais e energia são trocados entre o inte- riorda Terra, a superfície terrestre, os oceanos e a atmosfera. Porexemplo, a fusão de placas litosféricas em subducção e a formaçãode magma resultam de processos operantes dentro do sistemada tectônica de placas. Quando essas rochas fundidas extravasam,matéria e energia são transferi das para a superfície terrestre,onde o material (as rochas recém-formadas) é subme- tidoao intemperismo pelo sistema do clima. O mesmo proces- soinjeta cinza vulcânica e o gás dióxido de carbono nas por- çõessuperiores da atmosfera, onde eles podem afetar todo o climamundial. À medida que muda o clima global, talvez fi- candomais quente ou mais frio, também muda a taxa de intem- perismoda rocha, o que, por sua vez, influencia a taxa com que omaterial (sedimento) retoma para o interior da Terra. A idéia da Terra como um sistema ainda não havia sido pro- postaquando o escocês James Hutton descreveu o ciclo das ro- chas,em uma apresentação oral em 1785, na Sociedade Real de Edinburgo.!" Dez anos depois, ele apresentou o ciclo em maior detalheem seu livro Teoria da Terra, com provas e ilustrações. Comogeralmente acontece na história da ciência, outros cientis- tas - tanto da Inglaterra como do continente europeu - também reconheceramos elementos da natureza cíclica da mudança geo- lógica.O papel de Hutton foi o de sintetizar isso: ele apresentou ogrande cenário que nos possibilitou entender o processo. Daremos atenção aqui a um ciclo em particular, reconhe- cendo que esses ciclos variam com o tempo e com o lugar. CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos ~ Começaremos com um magma na profundeza da Terra, onde as temperaturas e as pressões são altas o suficiente para fun- dir qualquer tipo de rocha: ígnea, metamórfica ou sedimentar (Figura panorâmica 4.9). Hutton chamou a fusão das rochas na profundeza da crosta de episódio plutônico, em referência a Plutão, o deus romano do mundo subterrâneo. Agora, refe- rimos todas as intrusões ígneas como rochas plutônicas, en- quanto as extrusivas são conhecidas como rochas vulcâni- cas. Quando uma rocha preexistente se funde, todos os seus componentes minerais são destruídos e seus elementos quí- micos são homogeneizados, resultando em um líquido aque- cido. À medida que o magma esfria, cristais de novos mine- rais crescem e formam novas rochas ígneas. A fusão e a for- mação de rochas ígneas ocorrem preferencialmente ao longo das bordas colisionais ou divergentes das placas tectônicas, bem como em plumas mantélicas, como será visto nos próxi- mos capítulos. O ciclo começa com a subducção de uma placa oceânica em uma placa continental. As rochas ígneas que se formam nas bordas onde as placas colidem, juntamente com as rochas sedi- mentares e metamórficas associadas, são então soerguidas para formar uma cadeia de montanhas à medida que uma secção de crosta terrestre dobra-se e deforma-se. Os geólogos chamam esse processo, o qual inicia com a colisão de placas e finaliza com a formação de montanhas, de orogenía.!' Após o soergui- mento, as rochas da crosta que recobrem as rochas ígneas soer- guidas são vagarosamente meteorizadas. O intemperismo cria um material desagregado, que, então, a erosão espalha para lon- ge, expondo a rocha ígnea à superfície. As rochas ígneas assim expostas sofrem intemperismo e mudanças químicas ocorrem em alguns minerais. Os minerais de ferro, por exemplo, podem "enferrujar" para formar óxidos. Os minerais de alta temperatura, como os feldspatos, podem tomar-se minerais argilosos de baixa temperatura. Os minerais, como o piroxênio, podem dissolver-se completamente à medi- da que as chuvas caem sobre eles. O intemperismo das rochas ígneas produz novamente vários tamanhos e tipos de detritos de rochas e material dissolvido, que são carregados pela erosão. Alguns desses materiais são transportados no terreno pela água e pelo vento. Muitos dos detritos são transportados pelos córre- gos para os rios e, por fim, para o oceano. No oceano, os detri- tos são depositados como camadas de areia, silte e outros sedi- mentos formados a partir de material dissolvido, tal como o carbonato de cálcio das conchas. Os sedimentos depositados no mar, assim como aqueles de- positados no continente pela água e pelo vento, são soterrados por sucessivas camadas de sedimentos, onde litificam vagaro- Figura 4.8 Afloramentos encontrados na América do Norte. (a) Falésias rochosas na costa oeste no Cabo Kiwanda, Oregon. Falésias costeiras como estas proporcionam fácil acesso à rocha fresca para o geólogo. [Fred Hirschmann] (b) As montanhas espetaculares das Rochosas do Canadá fornecem tanto a geólogos quanto a alpinistas a oportunidade de estudar as rochas. [D. Robert Franz and Lorri Franz/Corbis] (c) Os vales suaves de Wisconsin são o local favorito dos geólogos do Meio-Oeste Setentrional. [David Dvorak, Jr.] (d) Montanhas de Shawangunk, em Nova York. Embora essas montanhas sejam antigas (parte da cadeia dos Montes Apalaches), excelentes afloramentos de rocha fresca ocorrem nasvertentes íngremes. [Carr Clifton] (e) Na Flórida (EUA), alguns dos melhores afloramentos ocorrem nas Ilhas Flórida, que têm recifes antigos expostos nas suas porções centrais. [Robert N. Ginsburg] .
  • 10. ~ Para Entender a Terra A subducção de uma placa oceãnica em uma placa continental soergue uma cadeia de montanhas vulcânicas. o SISTEMA TERRA o CICLO DAS ROCHAS É A INTERAÇÃO DOS SISTEMAS DA TECTÔNICA DE PLACAS E DO CLIMA SISTEMA DO CLIMA SISTEMADA~ TECTÔNICA DE PLACAS (a) Crosta continental / Litosfera continental ~ I Fusões subseqüentes ou a subducção de outra placa oceânica recomeçam o ciclo. À medida que uma rocha sedimentar é soterrada em maiores profundidades na crosta, ela torna-se mais quente e metamorfiza-se. As rochas ígneas também podem metamorfizar-se. Ao longo das margens tectonicamente ativas, por exemplo, onde os continen- tes colidem, as rochas são soterradas ou comprimidas por pressão extrema, em um processo chamado orogenia. Rocha sedimentar fJO soterramento é acompanhado de subsidência, que é o afundamento da crosta da Terra. Subsidência ~Crosta oceânica A placa que subducta funde-se à medida que mergulha. O magma ascende da placa fundida e do manto e extravasa-se como lava ou intrude-se na crosta. O magma esfria para formar as rochas ígneas: as rochas vulcânicas cristalizam do magma ou da lava extrudida; e as rochas plutõnicas cristalizam das intrusões subterrâneas. Magma As montanhas soerguidas forçam o ar carregado de umidade a ascender, esfriar, condensar e precipitar. A precipitação, o congelamento e o degelo criam material solto - sedimento - que é carregado pela erosão ... ... e é transportado para o oceano por rios, onde é depositado como camadas de areia e silte. As camadas de sedimentos são soterradas e sofrem litificação, tornando-se rochas sedimentares.
  • 11. samentepara formar as rochas sedimentares. O soterramento é acompanhadode subsidência - uma depressão ou afundamen- todacrosta terrestre. Enquanto a subsidência continua, cama- da adicionaisde sedimentos vão sendo acumuladas. Emalgunscasos - por exemplo, ao longo das margens ativas dasplacastectônicas -, a subducção força as rochas sedimenta- resadescerem progressivamente a maiores profundidades (ver Figura4.6).À medida que a rocha sedimentar litificada é soterra- daaprofundidadesmaiores da crosta, fica mais quente. Quando aprofundidadeexcede a 10 km e as temperaturas ficam maiores que300°C,os minerais da rocha ainda sólida começam a se transformarem novos minerais, os quais são mais estáveis nas al- tastemperaturase pressões das partes mais profundas da crosta. O processoque transforma as rochas sedimentares em rochas metamórficasé o metamorfismo. Com mais calor, as rochas po- demfundir-see formar um novo magma, a partir do qual as ro- chasígneasirão cristalizar, recomeçando o ciclo. Comovisto anteriormente, essa série de processos é ape- nasumavariação entre muitas que podem ocorrer no ciclo das rocha.Qualquer rocha - metamórfica, sedimentar ou ígnea- podeser soerguida durante uma orogênese e meteorizada e erodidapara formar novos sedimentos. Certos estágios podem seromitidos, por exemplo: quando uma rocha sedimentar é soerguidae paulatinamente erodida, o metamorfismo e a fu- sãonãoacontecem. Os estágios podem, também, estar fora de seqüência,como no caso de uma rocha ígnea formada no in- teriorque é metamorfizada depois de ser soerguida. Também, comosabemos das sondagens profundas, certas rochas íg- neas,localizadas a muitos quilômetros de profundidade na crosta,podem nunca ser soerguidas ou expostas ao intempe- rismoe à erosão. O ciclodas rochas nunca tem fim. Está sempre operando em diferentesestágios em várias partes do mundo, formando e ero- dindomontanhas em um lugar e depositando e soterrando sedi- mentosem outro. As rochas que compõem a Terra sólida são re- ciciadascontinuamente, mas só podemos ver as partes do ciclo queocorrem na superfície e, portanto, devemos deduzir a reei- c1agemda crosta profunda e do manto por evidências indiretas. Umprocesso que os geólogos não percebiam no tempo de Huttoné o intemperismo do fundo oceânico ou o metassoma- tismo,o qual foi reconhecido apenas após a descoberta da tec- tônicade placas. Os processos envolvem mudanças químicas entrea água do mar e o fundo submarino nas cadeias mesoceâ- nicas.Esse processo suplementa de forma significativa o retor- nodeelementos importantes para o interior da Terra, que é cau- sadopelo intemperismo comum de superfície. Se o metassoma- tismodo fundo submarino não ocorresse, as composições quí- micasdo oceano e da atmosfera seriam bem diferentes. CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos ~ ~ qclo das rochas e os sistemas restres: únicos no sistema solar O ciclo das rochas que acabamos de descrever é exclusivo da Terra porque o sistema da tectônica de placas e o do clima são diferentes daqueles que ocorrem em outros planetas terres- tres. Não há rochas sedimentares na Lua e em Vênus, por exemplo, pois eles não têm hidrosfera nem atmosfera e seus climas são profundamente diferentes do nosso. Todas as ro- chas encontradas na superfície de Vênus foram afetadas e mo- dificadas de vários modos pejas altas temperaturas e pela at- mosfera rica em ácido sulfúrico, que caracteriza seu clima at- ual. A falta de água na superfície e a fina atmosfera deste pla- neta nos permitem dizer que o intemperismo e a erosão atual em Marte seguem uma rota diferente daquela que acontece na Terra. Esses exemplos mostram como os sistemas básicos e suas interações, que caracterizam um planeta, controlam o modo como esse planeta funciona. Com essa introdução ao mundo das rochas, estamos pron- tos para começar a estudá-Ias. Nos Capítulos 5 e 6, veremos a origem geológica dos magmas e os tipos de rochas ígneas que se formam a partir da cristalização deles, um quadro mais de- talhado do funcionamento da tectônica de placas e a dinâmica dos vulcões e de suas erupções. Nos Capítulos 7 e 8, explora- remos o intemperismo, as características das partículas sedi- mentares e os modos por meio dos quais diversos sedimentos e rochas sedimentares são produzidos. Completaremos nossas considerações sobre as rochas no Capítulo 9, examinando co- mo a alta temperatura e a pressão afetam as rochas preexisten- tes e como o metamorfismo se relaciona com a tectônica de placas e a orogênese. I RESUMO o que determina as propriedades dos vários tipos de rochas que se formam nas profundezas e na superfície da Terra? A mineralogia (os tipos e proporções de minerais que constituem a rocha) e a textura (os tamanhos, as formas e o arranjo espacial de seus cristais ou grãos) definem uma rocha. A mineralogia e a textura de uma rocha são determinadas pelas condições geo- lógicas sob as quais foi formada, incluindo a composição quí- mica, seja nas várias condições de alta temperatura e pressão do interior da Terra, seja na superfície, onde as temperaturas e as pressões são baixas. Figurapanorâmica 4.9 O ciclo das rochas, como proposto por James Hutlon há mais de 200 anos.Asrochas submetidas ao intemperismo e à erosão formam sedimentos, os quais se depositam, sãosoterrados e litifrcam.Após o soterramento profundo, as rochas sofrem metamorfrsmo, fusão ou ambos.Por meio da orogênese e dos processos vulcânicos, elas são soerguidas, para serem, então, rrovamenterecicladas. [tgnea (granito): J. Ramezani. Metamórfica (gnaisse): Breck P.Kent. Sedimentar (arenito): Breck P.Kent. Sedimento (areia e cascalho): RexElliot]
  • 12. ~ Para Entender a Terra Quais são os três tipos de rochas e como eles se formam? As rochas formam-se por cristalização dos magmas ao resfriarem- se. As rochas ígneas intrusivas formam-se no interior da Terra e têm cristais grandes. As rochas ígneas extrusivas, as quais se for- mam na superfície, onde as lavas e cinzas extravasam de vulcões, têm uma textura vítrea ou granular fina. As rochas sedimentares formam-se pela litificação de sedimentos após serem soterrados. Os sedimentos são derivados do intemperismo e da erosão das rochas expostas na superfície terrestre. As rochas metamórficas formam-se por alteração no estado sólido de rochas ígneas, sedi- mentares ou outras rochas metamórficas que são submetidas a al- tas temperaturas e pressões no interior da Terra. Como o ciclo das rochas descreve a formação destas como produtos dos processos geológicos? O cicIo das rochas rela- ciona os processos geológicos para a formação de cada um dos três tipos de rocha a partir dos outros. Podemos ver os proces- sos iniciando em qualquer ponto do cicIo. Começamos com a formação das rochas ígneas pela cristalização do magma no in- terior da Terra. As rochas ígneas são, então, soerguidas para a superfície no processo de formação de montanhas. Aí, elas são expostas ao intemperismo e à erosão, que produzem sedimen- tos. Os sedimentos são levados de volta para as profundezas da Terra por soterramento e litificam para formar uma rocha sedi- mentar. O soterramento profundo leva ao metamorfismo ou fu- são e, nesse ponto, o cicIo recomeça. A tectônica de placas é o mecanismo que faz o cicIo operar. I Conceitos e termos-chave • afloramento (p. 107) • ciclo das rochas (p. 109) • erosão (p. 104) • estratificação (p. 106) • foliação (p. 108) • intemperismo (p. 106) • litificação (p. 107) • metamorfismo de contato (p. 108) • metamorfismo regional (p. 108) • mineralogia (p. 103) • orogenia ou orogênese (p. I I I) • rocha (p. 103) • rocha ígnea (p. 103) • rocha ígnea extrusiva (p. 105) • rocha ígnea intrusiva (p. 105) • rocha metamórfica (p. 104) • rocha plutônica (p. 111) • rocha sedimentar (p. 106) • rocha vulcânica (p. 111) • sedimento (p. 106) • sedimento elástico (p. 106) • sedimento químico e bioquí- mico (p. 106) • subsidência (p. 113) • substrato rochoso (p. 109) • textura (p. 103) • trajetória de pressão-tempera- tura-tempo (p. 108) I Exercícios 1. Quais são as diferenças entre rochas ígneas extrusivas e intrusivas? 2. Quais são as diferenças entre metamorfismo regional e de contato? 3. Quais são as diferenças entre rochas sedimentares elásticas e quí- micas ou bioquímicas? 4. Liste três silicatos comuns encontrados em cada grupo de rochas: ígneas, sedimentares e metamórficas. 5. Dos três grupos de rochas, quais se formam na superfície terrestre e quais se formam no interior da crosta? 6. Onde você pode ver uma rocha nos continentes? Questões para pensar Este ícone indica que há uma animação disponível no sítio ele- (ONEClAAID trônico que pode ajudá-Io na resposta. 1. Que processos geológicos transformam uma rocha sedirnen- tar em uma ígnea? 2. Cite um mineral encontrado apenas em rochas sedimentares que possa ser utilizado para distinguir essas rochas de granulação fina for- madas por lama litificada de uma rocha ígnea extrusiva. 3. À medida que o magma esfria, o que pode causar diferenças nos tamanhos dos cristais de duas rochas intrusivas, uma com cristais de aproximadamente I em de diâmetro e a outra com cristais de 2 mm de diâmetro? 4. Em qual intrusão ígnea você esperaria encontrar uma zona de me- tamorfismo de contato mais larga: numa intrusão de um magma muito quente ou em outra, de um magma mais frio? 5. Descreva os processos geológicos pelos quais uma rocha íg- nea é transformada em metamórfica e então exposta à erosão. 6. Descreva os tipos de afloramentos que são encontrados em diversos lugares de sua cidade natal. Se não há nenhum, explique como você poderia determinar a natureza da rocha fresca soterrada. 7. Como a tectônica de placas explica o plutonismo? 8. Utilizando o ciclo das rochas, trace a rota percorrida desde um magma até urna intrusão granítica, passando a um gnaisse meta- mórfico e, por fim, transformando-se em um arenito. Certifique-se de incluir o papel da tectônica e os processos específicos que originam essas rochas. 9. No início da história da Terra, quando não havia oceanos e existia apenas uma tênue atmosfera, a tectônica de placas não era ativa ou era muito menos desenvolvida do que é atualmente. Como poderiam essas condições, comparadas com aquelas existentes hoje, afetar o ciclo das rochas e incidir nos principais tipos destas?
  • 13. 10.Embora as rochas ígneas, metamórficas e sedimentares tenham di- ferençasmarcantes, todas são classificadas utilizando-se quase os mesmosprincípios gerais. Que características das rochas são comuns à classificaçãodas três categorias? 11.Onde as rochas ígneas são mais encontradas? Como você pode ter certezade que uma rocha é ígnea e não sedimentar ou metamórfica? 12. Considere que, em um trabalho de campo no Arizona (EUA), vo- cêencontrou uma amostra de rocha perto de um extenso afloramento ealevoupara identificação em laboratório. Uma lâmina da rocha mos- traqueela contém traços de quartzo, feldspatos, mica e hornblenda. Identifiquea rocha e explique como você chegou a essa conclusão. I Investigue você mesmo Identificando as pedras de construção Aspedras de construção freqüentemente são indícios da geologia lo- cal.Uma pedra local costuma ter tanto uma melhor relação custo-be- nefício quanto ser um motivo de orgulho para a comunidade. Com umaparceria, examine as pedras das construções que você encontra na universidadeou em sua comunidade. Escolha de quatro a seis tipos de pedrasque pareçam diferentes e registre suas localizações em um ma- palocal. Desenhe cada pedra em uma folha de papel e registre suas ca- racterísticas,como cor, tamanho de grão, presença ou ausência de aca- mamentoe se ela parece conter apenas um ou mais minerais. Também descrevaqualquer evidência de intemperismo químico ou físico e jul- guese a pedra é de boa qualidade para a construção. Então, decida se elaé mais parecida com uma rocha ígnea, metamórfica ou sedimentar eexplique por quê. Por fim, compare um mapa geológico da área com suasdescobertas no campo e explique por que as pedras que você des- creveuretratam ou não a geologia local. Faça um pôs ter organizado, contendo seus desenhos, observações e inferências. Sugestões de leitura Blatt, H., and Tracy, R. J. 1996. Petrology: Igneous, Sedimentary, and Metamorphic, 2ed. New York: W. H. Freeman. Dietrich, R. v., and Skinner, B. J. 1980. Rocks and Rock Minerais. NewYork: Wiley. Ernst, W. G. 1969. Earth Materiais. Englewood Cliffs, N. J.: Pren- ticeHal1. Prinz, M., Harlow, G., and Peters, J. 1978. Simon & Schuster's Guide to Rocks and Minerais. New York: Simon & Schuster. Spear, Frank S. 1993. Metamorphic phase equilibria and pres- sure-temperature-time paths. Mineralogical Society of America, Monograph 22. CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos ~ Sugestões de leitura em português Allêgre, c. 1987. Da pedra à estrela. Lisboa: Dom Quixote. Madureira Filho, J. B., Atencio, D. e Mcreath, I. 2000. Minerais e rochas: constituintes da Terra sólida. In: Teixeira, W., Toledo, M. C. M. de, Fairchild, T. R. e Taioli, F. (orgs.) 2000. Decifrando a Terra. São Paulo: Oficina de Textos.p. 27-42. Rose, S. V. 1994. Atlas da Terra: as forças que formam e moldam nosso planeta. (Ilustrado por Richard Bonson.) São Paulo: Martins Fontes. Symes, R. F. 1995. Rochas e minerais. (Enciclopédia visual) Lis- boa: Verbo. Time-Life/Abril Coleções. 1996. Planeta Terra. São Paulo: Abril Livros. Weiner, J. 1986. Planeta Terra. São Paulo: Martins Fontes. I Notas de tradução I Também conhecida como púmice. 2 Essa pedra de cor preta, encontrada pelo exército Francês em 1799, contém gravado um decreto comemorativo ao coroamento de Ptolo- meu V em três tipos de escrita: no topo, em hieróglifos; no centro, em demótico; e, em baixo, em grego. Com base nela, em 1822, o francês Jean-François Champollion decifrou os hieróglifos, afir- mando que eram parcialmente ideográficos e parcialmente fonéti- cos. Com isso, fundou a egiptoJogia. Atualmente, a pedra encontra- se no Museu Britânico, em Londres. 3 Deep Sea Drilling Project. 4 Ocean Drilling Programo 5 Nessa região densamente povoada, formada pelo triângulo da fron- teira canadense dos Grandes Lagos e os cursos dos rios Missouri e Ohio, encontram-se os seguintes estados norte-americanos: Ohio, Michigan, Indiana, IlIinois, Wisconsin, Minnesota, Iowa, Missouri, Kansas, Nebraska, Dakota do Norte e Dakota do Sul. 6 As Províncias das Pradarias são três: Alberta, Saskatchewan e Ma- nitoba. 7 Também chamadas de Florida Keys. 8 Região no extremo nordeste dos Estados Unidos, onde desem- barcaram os colonos ingleses, formada pelos estados de Maine, New Hampshire, Vermont, Massachusetts, Rhode Island e Con- necticut. 9 Região mais oriental do Canadá, formada pelas províncias de Terra Nova, Nova Escócia, Nova Brunswick e ilha Príncipe Eduardo. 10 Royal Society of Edinburgh. 11 Também chamada de orogênese.