Rochas Metamórficas e Tempo Geológico
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UNIPAC – UNIVERSIDADE PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS FATEC – FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS DE CONSELHEIRO LAFAIETE -GEOGÊNESE( Rochas Metamórficas e Tempo Geológico) Jonathan Leandro Martins Reis Engenharia de Minas 2009 UNIPAC-FATEC JONATHAN LEANDRO MARTINS REIS 1 ROCHAS METAMÓRFICAS; 1.1 Processo de Transformação; 1.2 Agentes de Metamorfismo; 1.3 Tipos de Metamorfismo; 1.4 Classificação das Rochas Metamórficas; 1.5 Protólitos x Rochas Metamórficas; 2 O CICLO DAS ROCHAS; 3 O TEMPO GEOLÓGICO; ROCHAS METAMÓRFICAS São rochas formadas pela metamorfose de uma rocha pré-existente (protólito) devido principalmente ao aumento de pressão e temperatura sem que haja fusão desta rocha. O protólito metamórfico pode ser uma rocha ígnea, sedimentar e até mesmo metamórfica que, ao sofrer influência dos agentes de metamorfismo, pode ter alterada características como a orientação e agrupamento dos minerais, a dureza e a estrutura (maciça; camadas inclinadas; dobradas; fraturadas etc.), os minerais recristalizam e, quando ocorre o metamorfismo metassomático, novos minerais são formados. Os elementos que caracterizam e identificam uma rocha metamórfica são os seguintes: (1) Minerais orientados em linhas e geralmente alongados; (2) Dobras e fraturas; (3) Dureza média a elevada. Classificação segundo protólito: (a) Parametamórficas: provêm de rochas sedimentares; (b) Ortometamórficas: provêm de rochas magmáticas (ígneas); (c) Polimetamórficas: provêm de rochas metamórficas; Gnaisse Metamorfismo diz respeito às transformações sofridas pelas rochas, sem que estas sofram fusão. Não são consideradas transformações metamórficas a alteração superficial das rochas e a sedimentação seguida de diagênese. As transformações pelas quais passam as rochas na Crosta terrestre podem ser de várias espécies. Quando são puramente mecânicas, o resultado se traduz pela deformação dos minerais constituintes das rochas e consequente mudança da sua estrutura e textura. A rocha, muitas vezes, ao ser formada, sofre outros fenômenos como por exemplo, recristalização dos minerais. Estes são da mesma natureza química dos minerais primários da rocha que sofreu os efeitos metamórficos. Quando as transformações se fizeram sem qualquer adição ou perda de novo material à rocha, a composição química inicial continua a mesma, embora a rocha seja outra. A esse tipo de transformação das rochas denomina-se Metamorfismo Normal ou Isoquímico. Dessa forma, por exemplo, arenitos transformam-se em quartzitos, jaspelitos em itabiritos, calcários são convertidos em mármores e folhelhos em micaxistos, sem que a composição química original seja substancialmente modificada. O que ocorre é apenas uma mudança estrutural da rocha, manifestada principalmente através de sua dureza e da orientação de seus minerais. Quando o metamorfismo é acompanhado por mudança de composição química da rocha, evidenciada pela formação de minerais novos não existentes anteriormente, o processo é geralmente conhecido pelo nome de Metamorfismo Metassomático ou Metassomatismo. Processo de Transformação As reações metamórficas se processam no estado sólido (as rochas não são fundidas ou dissolvidas; somente uma pequena fração entra em solução em um dado tempo), ou seja, no processo metamórfico a fase sólida está sempre predominante. Isso é demonstrado pela frequente conservação de vestígios de estratificação e pela presença de restos fósseis em rochas completamente recristalizadas (Alpes, Andes, Noruega). Metamorfismo Isoquímico ARENITO QUARTZITO MACIÇO P+T SiO2 SiO2 Vestígio de acamamento P+T SiO2 SiO2 CALCÁRIO MÁRMORE P+T CaCO3 CaCO3 P+T CaCO3 Calcário CaCO3 Agentes de Metamorfismo (Fatores que influenciam o processo metamórfico) (a) Pressão e Temperatura: Quanto maior a pressão e temperatura maior será o grau metamórfico, e geralmente mais profundo na litosfera ocorre o metamorfismo. (b) Natureza do protólito: A composição química e mineralógica assim como a maior ou menor resistência a temperatura e pressão do protólito influenciam diretamente no processo metamórfico. (c) Tempo de atuação do processo metamórfico: Dependendo do tempo de ocorrência do processo metamórfico, isto é, de atuação da pressão e temperatura, as reações químicas podem ocorrer de forma mais ou menos aceleradas. (d) Presença de fluidos: Pode influenciar diretamente na recristalização e reestruturação da rocha além de interagirem com a mudança de pressão e temperatura. Ex.: Hidratação e Oxidação da rocha. (e) Ambiente de formação da rocha metamórfica: Os processos metamórficos ocorrem em vários ambientes, implicando em diferentes condições físicas e, portanto, diferentes processos metamórficos. Itabirito Itabirito Tipos de Metamorfismo Metamorfismo Regional ou Dinamotermal: Ocorre através de pressão dirigida que afeta grandes áreas do globo terrestre. Esta pressão é desenvolvida pelas forças tectônicas. É o tipo mais comum de metamorfismo e é uma feição característica de um ambiente de tectônica de placas convergentes. Ele ocorre dentro de arcos de ilhas vulcânicas (Andes – América do Sul) e no núcleo de cadeias de montanhas produzidas durante a colisão de continentes (himalaia – Ásia Central). Desenvolve-se em extensas regiões e alcança níveis profundos da crosta, relacionado geralmente a cinturões orogênicos nos limites de placas convergentes. As transformações metamórficas se processam pela ação combinada de temperatura, pressão litostática e pressão dirigida, que persistem durante centenas de milhares e alguns milhões de anos. Os protólitos são fortemente deformados (dobrados e falhados), ao mesmo tempo que sofrem recristalização, formando novas texturas e assembléias minerais estáveis nas novas condições. As rochas metamórficas resultantes (ardósias, filitos, xistos, gnaisses, anfibolitos, granulitos, migmatitos) apresentam geralmente estrutura foliada. ➢ Zona de Metamorfismo/Subducção Metamorfismo de Contato ou Termal: Desenvolve-se nas rochas encaixantes ao redor de intrusões magmáticas, formando auréolas de metamorfismo de contato. As principais transformações metamórficas geradas nessas auréolas devem-se ao calor emanado do magma para a rocha encaixante durante o resfriamento. Essa transferência de calor pode gerar uma desestabilização térmica na encaixante, ocorrendo recristalização e geração de uma rocha metamórfica local. A extensão da auréola de metamorfismo depende do volume e da natureza do magma invasor, gradiente térmico em torno da intrusão e natureza da rocha encaixante. Em níveis crustais profundos, como as rochas já se encontram sob temperaturas elevadas, o gradiente térmico resultante ao redor de corpos magmáticos intrusivos será pouco acentuado. Os maiores gradientes térmicos ocorrem ao redor de corpos intrusivos nos níveis intermediários e mais superficiais da crosta, onde o contraste de temperatura entre a rocha encaixante e o corpo magmático é mais acentuado. O metamorfismo de contato gerado por extrusões magmáticas (lavas vulcânicas) é limitado a zonas muito estreitas, porque as lavas resfriam-se rapidamente na superfície e seu calor tem pouco tempo para penetrar profundamente nas rochas circundantes e causar as mudanças metamórficas. ➢ Metamorfismo Cataclástico ou Dinâmico: Ocorre pelo intenso atrito entre blocos rochosos ao longo de falhas geológicas, isto é, é desenvolvido em zonas de falhas estreitas e alongadas denominadas zonas de cisalhamento (tensões contrárias e paralelas). Ocorrência de estiramento e deformações plásticas (zonas mais profundas – deformações dúcteis), cominuição, por recristalização dinâmica, e até pulverização de minerais (zonas mais superficiais – deformação rúptil). O metamorfismo dinâmico provoca transformações texturais e estruturais, como microbandamento e laminações. Em muitos casos, a deformação é acompanhada por percolação de fluidos, provocando recristalização dos minerais e cristalização de minerais novos (hidratados). ➢ Metamorfismo de Soterramento ou de Baixo Grau: Ocorre em bacias sedimentares em subsidência e resulta do soterramento de espessas sequências de de rochas. Prevalece a pressão litostática, enquanto a pressão dirigida é ausente ou insuficiente para causar deformações significativas. As transformações metamórficas desenvolvem-se com a cristalização de novos minerais sob influência de fluidos intergranulares dos sedimentos, preservando contudo a textura e a estrutura das rochas originais. O aumento progressivo da pressão exercida pela crescente pilha de sedimentos e rochas sedimentares sobrepostas e pelo aumento do calor associado à crescente profundidade de soterramento gera a diagênese para este tipo de metamorfismo. Dependendo do gradiente geotérmico local, este metamorfismo inicia-se tipicamente em profundidades de 6 a 10 km, onde as temperaturas variam entre 100 e 200°C e as pressões são menores que 3 kbar. ➢ Metamorfismo Hidrotermal: Resulta da percolação de águas quentes ao longo de fraturas e espaços intergranulares das rochas. É um processo metassomático que se desenvolve através das trocas iônicas entre a água quente circulante e as paredes das fraturas. Nesse processo, os minerais perdem a estabilidade e recristalizam-se em novas assembléias mineralógicas sob temperaturas entre 100 a 370°C. Ocorre frequentemente nas bordas de intrusões graníticas, em áreas de vulcanismo basáltico submarino e em campos geotermais, sendo um importante processo gerador de depósitos minerais. ➢ Metamorfismo de assoalho oceânico: Ocorre nas vizinhanças dos rifts das cadeias meso-oceânicas (dorsais mesoceânicas), onde a crosta recém-formada e quente e interage com a água fria do mar através de processos metassomáticos e metamórficos termais. A água aquecida carrega íons dissolvidos percola as rochas básicas e ultrabásicas da litosfera oceânica segundo um movimento convectivo, removendo ou precipitando elementos e provocando sensíveis mudanças químicas. ➢ Metamorfismo de Impacto: De extensão reduzida na crosta terrestre, desenvolve-se em locais submetidos ao impacto de grandes meteoritos (fragmentos de cometas ou asteróides que foram atraídos pelo campo gravitacional planetário). A energia do impacto é dissipada na forma de ondas de choque, que fraturam e deslocam as rochas formando a cratera de impacto, e de calor (com temperaturas que alcançam até 5.000°C), que vaporiza o meteorito e funde as rochas. As ondas de choque são transmitidas através das rochas em frações de segundo, produzindo pressões elevadas (da ordem de até 1.000 kbar) que reequilibram os minerais quase instantaneamente, transformando o quartzo nos seus polimorfos de alta pressão, stishovita e coesita. O metamorfismo de impacto é um processo difundido em vários corpos planetários marcados por grandes crateras, como a Lua. Na Terra, um exemplo deste processo é o Meteor Crater no Arizona, Estados Unidos, onde o impacto de um meteorito nos arenitos cretáceos gerou uma cratera, ou astroblema, com 1,2 km de diâmetro e 200 metros de profundidade. Estruturas semelhantes são conhecidas no Brasil, como o Domo de Araguainha em Goiás, ou a estrutura de Colônia, na parte sul do município de São Paulo. ➢ Classificação das Rochas Metamórficas As rochas metamórficas são classificadas conforme sua estrutura interna, grau de recristalização, e grau metamórfico ou fácies metamórficas. (1) Quanto o protólito ainda preserva estruturas originais e seus minerais ainda preservam suas características da cristalização primária, a rocha metamórfica gerada recebe o prefixo “Meta” e mantém seu nome original. Isto ocorre em condições de baixo grau de metamorfismo, onde as componentes metamórficas não atuam com tanta intensidade para reestruturar o protólito completamente. Arenito ------------------------------------------------------ Meta-arenito (Rocha Sedimentar) Processo metamórfico de baixa intensidade Arenito Basalto --------------------------------------------------------Metabasalto (Rocha Ígnea extrusiva) Processo metamórfico de baixa intensidade Basalto (2) Quando não se observa mais a estrutura original do protólito a rocha metamórfica pode ser classificada segundo sua textura, ou seja, forma do arranjo e tamanho dos minerais recristalizados ou neoformados. Desta forma pode-se indicar a textura da rocha da seguinte maneira: Clivagem Ardosiana (Rocha com cristais muito pequenos; textura afanítica); Textura Filítica (Os minerais também não são distinguíveis a olho nu; os filitos são rochas que apresentam aspecto sedoso). Textura Xistosa (Rochas que apresentam cristais bem desenvolvidos imersos em matriz micácea). Rocha Bandada (Apresenta alternância de níveis constituídos, essencialmente, por um tipo de mineral). (3) As Rochas Metamórficas podem ser de graus diferentes, dependendo das condições físico-químicas do meio. Este mesmo critério é utilizado para dividir estas rochas em fácies diferentes: ✔ Baixo Grau: Fácies Xisto Verde; Ex.: Ardósia; ✔ Médio Grau: Fácies Anfibolito; Ex.: Gnaisse; ✔ Alto Grau: Fácies Granulito; Ex.: Granulito; Protólitos x Rochas Metamórficas PROTÓLITO ROCHA METAMÓRFICA Arenito Quartzito Argilito Ardósia Calcário Mármore Granito Gnaisse Jaspelito Itabirito Folhelho Micaxisto Itabirito Itabirito Gnaisse Ardósia Micaxisto Gnaisse Quartzito Mármore Gnaisse O CICLO DAS ROCHAS O TEMPO GEOLÓGICO História Geológica da Terra Estima-se que a formação do Sistema Solar teve início há 6 bilhões de anos (Ga), quando uma enorme nuvem de gás que vagava pelo Universo começou a contrair. A poeira e os gases dessa nuvem se aglutinaram pela força gravitacional formando estrelas e planetas e demais corpos celestes (presentes no Sistema Solar), dentre os quais a Terra (4,6 bilhões de anos). Referência temporal: Ga – Bilhões de anos; Ma – Milhões de anos; Hade ano (4,56 – 3,8 Ga) 3,8 Ga Éon Pré-Cambriano Hadeano (4,6 – 3,8 Ga) ➢ ➢ ➢ Formação da estrutura física e química básica da Terra; Rochas ainda inconsolidadas (estado de fusão); Ausência de vida; Arqueano (3,8 – 2,5 Ga) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Formação da atmosfera e hidrosfera primitivas; Surgimento das primeiras formas de vida (bactérias anaeróbias, seres unicelulares); Microplacas; Primeiros continentes; Rochas arqueanas de sequências vulcânicas e sedimentares (GREENSTONE – presença de Au); Crátons (antigos continentes); Cráton Amazônico, Cráton do São Francisco e Cráton de La Plata; Microfósseis procariotas e estromatólitos; Surgimento dos seres autótrofos (final do Arqueano); Proterozóico (2,5 Ga – 545 Ma) Rochas graníticas e carbonáticas; ➢ Estromatólitos e microfósseis; ➢ Fauna de Ediacara (organismos sem esqueleto e exoesqueleto - 590 Ma); ➢ Expansão de micróbios fotossintetizadores nos mares; a atmosfera se torna oxidante, ocorrendo a deposição de ferro e formação de formações ferríferas bandadas (BIF's); ➢ Os depósitos pré-cambrianos de minério de ferro estratificado tendem a associar-se aos estromatólitos, sugerindo que o oxigênio produzido pelas algas se combinasse imediatamente com os sais ferrosos dissolvidos nas águas adjacentes, para formar os óxidos de ferro. ➢ Rodínia (primeiro supercontinente) e Pantalassa (grande oceano que cercava Rodínia); ➢ Primeiros organismos eucarióticos; ➢ Grandes placas tectônicas; ➢ Deposição marinha nos continentes; ➢ Deposição dos BIF's nos Crátons do São Francisco e Amazônico; ➢ Éon Fanerozóico Era Paleozóica Período Cambriano (545 – 500 Ma) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Desenvolvimento da vida multicelular; Diversificação da vida (Explosão Cambriana); Todos os continentes se encontravam abaixo da Linha do Equador; Sedimentação marinha nos continentes; Clima úmido e moderado; Desenvolvimento de animais com conchas e carapaças (exoesqueleto); Período Ordoviciano (500 - 450 Ma) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Primeira Glaciação; Presença marcante dos trilobitas; Duas grandes províncias de vida (água fria – Sul; água quente – proximidades do Equador); Domínio dos invertebrados (ausência de predadores); Os animais começam a viver em águas mais rasas (Camada de ozônio formada); Surgimento dos cefalópodes; Fósseis de Trilobitas Período Siluriano (450 - 420 Ma) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Primeiras evidências de vida em continentes (plantas vasculares); Grande mudança climática; Surgem os recifes de corais; Grande choque de continentes, gerando um supercontinente (Laurásia), e cadeias de montanhas, Elevação da temperatura; Os Trilobitas, que alcançaram o apogeu dentro do Cambriano e Ordoviciano, agora entram em declínio; Fósseis animais mais antigos em continente; Período Devoniano (420 – 350 Ma) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Primeira aparição de florestas; Clima moderado e seco; Surgimento dos primeiros anfíbios; Pequena extinção em massa devido a um meteoro; Primeiras gimnospermas (plantas com sementes) no Devoniano superior, permitindo às plantas uma expansão em áreas mais secas; Sedimentação clástica nas três bacias cratônicas brasileiras (bacia cratônica – bacia antiga); Rochas básicas na bacia do amazonas; Período Carbonífero (350 – 290 Ma) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Deposição dos grandes depósitos de carvão mineral; Início da formação da Pangéia; Clima moderado, porém esfriando; No final deste período ocorre outra glaciação; Rápida recuperação da fauna e flora afetados pela extinção do Devoniano; Carvão Mineral Período Permiano (290 – 250 Ma) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Primeira grande extinção em massa (95% de extinção); Grandes florestas de gimnospermas (pinheiros com flores, frutos e sementes); Formação completa da Pangéia (Supercontinente); Desertificação no interior continental e redução da costa; Glaciação próxima ao pólo sul; Pangéia Era Mesozóica Período Triássico (250 – 150 Ma) ➢ ➢ ➢ ➢ Ressurgimento da vida; Surgimento dos grandes répteis (Dinossauros); Alteração das correntes marinhas e clima global; Os seres vivos desse período pertencem a três grandes grupos: - Sobreviventes da extinção Permo-Triássica; - Grupos novos que floresceram momentaneamente; - Grupos novos que dominaram o mundo no Mesozóico; Período Jurássico (150 – 120 Ma) ➢ ➢ ➢ Começo da separação da Pangéia; Surgimento das angiospermas; Primeiras aves; Período Cretáceo (120 – 65 Ma) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Final da separação da Pangéia; Segunda grande extinção em massa (queda de meteoro), 70% de extinção; Separação do Brasil e da África; Grande derrame de lava basáltica no sul brasileiro e costa africana; Início da formação das jazidas de petróleo brasileiras; Extinção dos Dinossauros; Era Cenozóica Período Terciário (65 – 1,8 Ma) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Surgimento dos mamíferos (senso de comunidade); Primeiros primatas; Diminuição das florestas tropicais; Surgimento dos hominídeos; Fim do metamorfismo nos Crátons São Francisco e Amazônico; Soerguimento dos Andes; Escultura das principais formas de relevo modernas; Diversificação rápida da fauna e flora resistentes à segunda grande extinção em massa; Angiospermas (planta com flores); Período Quaternário (1,8 Ma – atualidade) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Evolução da fauna e flora terciárias; Evolução dos hominídeos; Grande ocorrência de eras glaciais; Diminuição das temperaturas; Ressurgimento das grandes florestas tropicais; Última glaciação (~ 13.000 anos); Primeiras manifestações de arte, religião e cultura; Surgimento do homem atual e separação de raças; Assim a História da Terra é dividida em Épocas, Períodos, Eras e Éons (partindo-se da menor para maior classe temporal). O que delimita cada Período são as modificações geológicas da Terra e extinções em massa (devido a mudanças climáticas, como glaciações, e cataclismas). REFERÊNCIAS 1 CASTRO, Maria das Graças de; Geografia; Cap.1 “A Terra: Geologia e Geomorfologia” Coleção Passaporte-Ensino Médio para o Futuro 1ª Série, Vol.2; Belo Horizonte-MG, 2006; 2 DIAS, Glayton José Andrade. História da Terra. Congonhas: EPR, 2008; 3 FRANCO, Rui Ribeiro. Curso de Petrografia: rochas metamórficas. São Paulo: F. F. C. L. U. S. P. , 1963; 4 PEREIRA, João Paulo Coelho; et al. Rochas Metamórficas. Conselheiro Lafaiete: UNIPAC, 2009; 5 PRESS, Frank; et al. Para Entender a Terra: Rochas Metamórficas. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006; 6 ROCHA JUNIOR, Gerson Luiz Dias da. Geologia Geral: Notas de Aula. Conselheiro Lafaiete: UNIPAC, 2009. 7 TEIXEIRA,Wilson; TOLEDO, M. Cristina Motta de; FAIRCHILD, Thomas Rich; TAIOLI, Fabio. Decifrando a Terra; Cap. 15, 18 e 23; – São Paulo: Oficina de Textos, 2000. 2ª Reimpressão, 2003;
