Rochas

Sedimentos soerguidos ao longo do Rio San Juan, Utah (EUA). Esses arenitos e folhelhos
representam um ciclo anterior de soerguimento, erosão e sedimentação. A erosão das cristas
por rios tributários do rio principal é parte do ciclo atual. [Breck P.Kent]
"A inpcente pergunta é a primeira aproximação
'"um d(3s(mvolvimento totalmente novo."
ALFRED
NORTH WHITEHEAD
Rochas ígneas 105
Rochas sedimentares 106
Rochas metamórficas 108
O
de
naturalmente. Algumas rochas, como o
Umaocorre
rocha branco,
é um agregado
sólido de
mármore
são compostas
porITÚneraisque
apenas um
ITÚneral,nesse caso, a calcita. Certas rochas são compostas por matéria não-ITÚneral, onde se incluem materiais
Onde as rochas são encontradas 108
não-cristalinos, rochas vulcânicas vítreas, obsidiana e pedra-pomes I e carvão, que são restos de plantas compactaciclo das rochas: interação dos sistemas
dos. Em um agregado, os minerais são unidos de maneira
da tectônica de placas
a
manter suas características individuais (Figura 4.1). O
e do clima 111
que determina a aparência física de uma rocha? Elas vaO ciclo das rochas e os sistemas
riam na cor, no tamanho dos seus cristais ou grãos e nos
tipos de ITÚneraisque as compõem. Ao longo de um corte
terrestres: únicos no sistema solar 113
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 feldspato. Sobrejacentes a ambas as rochas, podemos ver remanescentes de uma antiga praia:
camadas horizontais de rocha marrom-clara que parecem ser compostas por grão 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 minerai con tituintes de uma rocha, como você pode recordar do Capítulo 3. A textura é o termo que indica os tamanhos e as formas dos cristais e o modo como estão unido . E e: ristai
(ou grãos), que, na maioria das rochas, têm apenas alguns ITÚlímetrosde diâmetro, são
chamados de grossos, se forem grandes o bastante para serem vi to a olho nu. e definas, caso contrário. A ITÚneralogia e a textura que determinam a aparen ia de uma rocha são, por sua vez, estabeleci das pela origem geológica da rocha - onde e orno foi
formada (ver Figura 4.2).
A rocha escura do corte de estrada há pouco referido, chamada de basalto, foi formada por uma erupção vulcânica. Sua ITÚneralogia e textura dependem da composição
química das rochas que foram fundidas nas profundezas da Terra. Todas a rochas que
se formam pela solidificação de rochas fundidas são hamadas de rochas ígneas.
Rocha (granito)
Feldspato
Biotita
Plagioclásio
\.
y
Quartzo
J
Minerais constituintes
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 MillerlVisuals 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, talvez em uma praia, que foram cobertas, soterradas e cimentadas
juntas. Todas as rochas formadas como produtos do soterramento 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 mica, quartzo e feldspato. Ela
formou-se na profundeza da crosta terrestre, em altas temperaturas e pressões, que transformaram a mineralogia e a textura de uma rocha sedimentar soterrada. Todas as rochas formadas pela transformação de rochas sólidas preexistentes sob a
influência de alta pressão e temperatura são chamadas de rochas metamórficas.
A primeira tarefa de um geólogo é entender as propriedades da rocha e deduzir sua origem geológica a partir delas.
Tais deduções promovem a compreensão do planeta em que
vivemos e fornecem informações importantes sobre as reservas de combustível e as soluções de problemas ambientais.
Por exemplo, saber que o óleo forma-se em certos tipos de rochas sedimentares ricas em matéria orgânica permite-nos explorar novos reservatórios de um modo mais inteligente. Similarmente, nosso conhecimento das propriedades das rochas
yai nos ajudar a achar novas reservas de outros minerais e fontes 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 propensa aos movimentos do solo provocados por terremotos?
Como ela poderia transmitir a água poluída no solo? O armazenamento subterrâneo de material radioativo e outros rejeitos depende da análise da rocha que vai ser usada como reservatório.
Este capítulo apresentará uma rápida visão de como os
geólogos, para entender a Terra, interpretam os indícios fornecidos pelas três grandes famílias de rochas: ígneas, sedi·
mentares e metamórficas.
Se as rochas são os indícios de muitas coisas que queremos saber sobre o nosso planeta, como devemos lidar com a
interpretação delas? Precisamos de uma chave, assim como
os historiadores precisaram da Pedra de Rosetta2 para desvendar o "código" dos hieróglifos egípcios de modo a serem
capazes de ler os registros nos templos e túmulos. O primeiro 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 onde ela foi formada. Veremos, também, como as amostras de
rochas encontradas em furos de subsuperfície e nos afloramentos podem nos ajudar a reconstruir a história geológica.
Por fim, seguiremos o ciclo das rochas - o ajuste de proces-
CAPíTULO 4. Rochas: Registros de Processos
íCNEA
erosão
das
fundezas
da
crosta
expostas
na
crosta
profunda
manto
quente
superior
e rochas
no
epressões
nomaterial-fonte
manto
superior
temperaturas
superfície
nas
proee
em
estado
formador
sólido
de
minerais
da
rocha
Exemplo
Deposição,
esoterramento
(solidificação
Iitificação
de
Tipo de rocha e Processo
Cristalização
Recristalização
magma
ounovos
lava)
Rochas
sob
altas
Intemperismo
Fusão de rochas
e na
Geológicos
11 OS
Gnaisse
METAMÓRFICA
SEDIMENTAR
2lJra 4.2 Os minerais e as texturas dos três grandes grupos de rochas são formados em
- - entes lugares da Terra e por diferentes processos. Como conseqüência, os geólogos
.....2.11 as análises minera lógicas e químicas para determinar as origens das rochas e os
~essos
que as formaram. Granito, composto de quartzo, feldspato e cristais de mica. (J.
7 = ezani] Rocha sedimentar acamada, composta de arenitos. [Breck P. Kent] Esta rocha
-:=ülmórfica dobrada e deformada é um gnaisse. [Breck P.Kent]
- geológicos que convertem cada tipo de rocha em um dos
os dois tipos - e analisaremos como esses processos são
:Jrlos controlados pela tectônica de placas e pelo clima.
'has ígneas
_-- rochas ígneas (do latim ignis, "fogo") formam-se pela cris::::lização do magma, uma massa de rocha fundida que se origi- em profundidade na crosta e no manto superior. Aí as tempe-cllTasalcançam 700°C ou mais, que são necessários para fun:Ir a maioria das rochas. À medida que um magma esfria lenta-~nte no interior da Terra, os cristais microscópicos começam
_ - formar. Como o magma esfria abaixo da temperatura de fu:-0, alguns desses cristais têm tempo para crescer até poucos
:ailimetros ou mais antes que toda a massa seja cristalizada coa uma rocha ígnea de granulação grossa. Mas quando o maga é extrudido de um vulcão na superfície terrestre, ele esfria e
5<llidifica tão rapidamente que os cristais individuais não têm
-~mpo para crescer gradualmente. Nesse caso, muitos cristais
.:::illnúsculosformam-se simultaneamente, e o resultado é uma
:ocha ígnea de granulação fina. Os geólogos distinguem dois
~des
tipos de rochas ígneas com base no tamanho de seus
_ . tais: 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 ígneas intrusivas podem ser reconhecidas por seus cristais grandes intercrescidos, os quais desenvolvem-se lentamente enquanto o magma é gradualmente resfriado (Figura 4.3). O granito é uma rocha ígnea intrusiva.
Rochas ígneas extrusivas
As rochas ígneas extrusivas formam-se pelo rápido resfriamento do magma que chega à superfície por meio de erupções
vulcânicas. As rochas ígneas extrusiyas, como o basalto, são reconhecidas facilmente por suas texturas vítreas ou de granulação fina (ver Figura 4.3).
Minerais comuns
A maioria dos minerais das rochas ígneas são silicatos, em parte porque o silício é muito abundante e em parte porque vários
minerais silicatados fundem-se nas altas temperaturas e pressões alcançadas nas partes mais profundas da crosta e do man-
=:" ~mencer a Terra
6
As rochas ígneas extrusivas são formadas
quando o magma extravasa na superfície,
onde rapidamente
se resfria como cinza
vulcãnica ou lava e forma cristais minúsculos.
A rocha resultante, como
este basaito, é finamente
granulada ou tem uma
textura vítrea.
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
[Chip Clark)
A formação
e rochas
de rochas
ígneas
ígneas
intrusivas
extrusivas
(aqui exemplificadas
(aqui exemplificadas
com o granito)
to. Entre os minerais comuns de silicato encontrados nas rochas
ígneas estão o quartzo, o feldspato, a mica, o piroxênio, o anfibólio e a olivina (ver Quadro 4.1).
Quadro 4.1
.;
<
~
Rochas
Alguns'~'~I~tàis:~~muns de r~c~~s"~ .
ígneas, sedimertares e metamórficas
Calcita
Dolomita
Estaurolita*
Mica*
Granada*
Piroxênio*
Cianita*
Rochas
sedimentares
Rochas
metamórficas
Quartzo*
Argilominerais*
Feldspato*
Gipsita
Quartzo
Feldspato*
*
Halita
com o basalto)
[J. Ramezani).
has sedimentares
Os sedimentos, precursores das rochas sedimentares, são encontrados na superfície terrestre como camadas de partícula
soltas, como areia, silte e conchas de organismos. Essas partículas formam-se na superfície à medida que as rochas vão sendo alteradas e erodidas. O intemperismo são todos os processos químicos e físicos que desintegram e decompõem as rochas
em fragmentos de vários tamanhos. As partículas das rocha
fragmentadas são, então, transportadas pela erosão, que é o
conjunto de processos que desprendem o solo e as rocha.
transportando-os para os locais onde são depositados em camadas de sedimentos (Figura 4.4). O intemperismo e a erosão
produzem dois tipos de sedimentos:
• Sedimentos elásticos, que são partículas depositadas fisicamente, 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.
O asterisco indica que o mineral é um silicato.
• Sedimentos químicos e bioquímicos, que são substâncias
químicas novas que se formam por precipitação quando alguns
dos componentes das rochas dissolvem-se durante o intemperi mo e são calTegados pelas águas dos rios para o mar. Entre esse_
sedimentos incluem-se as camadas de minerais como a halita
(cloreto de sódio) e a calcita (carbonato de cálcio, freqüentemente encontrado na forma de recifes e conchas).
CAPíTULO 4. Rochas: Registros de Processos
o SISTEMA
Geológicos
1107
TERRA
SISTEMA
DO
CUMA
... e depositadas como camadas de
sedimento no solo ou na água, ...
... onde elas formam camadas
paralelas ou estratificação.
Os sedimentos
soterrados
Iitificam-se pela
compactação e cimentação.
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 laminado [Breck P.
Kent]; (direita) calcário fossilífero [Peter Kresan].
;)0 sedimento à rocha sólida
-.litificação é o processo que converte os sedimentos em rocha
- 'lida, e isso ocorre de uma das seguintes maneiras:
Por compactação, quando os grãos são compactados pelo pe: do sedimento sobreposto, formando uma massa mais densa
-: e a original.
Por cimentação, quando minerais precipitam-se ao redor das
'culas depositadas e agregam-nas umas às outras.
Os sedimentos são compactados e cimentados depois de se:=m soterrados sob mais camadas de sedimentos. Dessa manei~ o arenito é formado por litificação de partículas de areia e o
:alcário, pela litificação de conchas e de outras partículas de
bonato de cálcio.
Camadas de sedimentos
0- sedimentos e as rochas sedimentares são caracterizados pe- estratificação, a formação continuada de camadas paralelas
-b edimentos à medida que as partículas depositam-se no fun.10do mar, de um rio ou da superfície do terreno. Pelo fato de
as rochas sedimentares serem formadas por processos superficiais, elas cobrem grande parte dos continentes e do fundo dos
oceanos. A maioria das rochas encontradas na superfície terrestre 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 ão o silicatos,
porque eles predominam nas rochas que são alteradas para formar as partículas sedimentares (ver Quadro 4.1). O minerais
mais abundantes nas rochas sedimentares elásticas ão o quartzo, o fe1dspato e os argilominerais.
Os minerais mais abundantes no edimentos precipitados
química ou bioquimicamente são o arbonatos, como a calcita, o principal constituinte do calcário. A do10mita, também encontrada no calcário, é um carbonato de magnésio e cálcio formado por precipitação durante a litificação. Dois outros sedimentos químicos - a gipsita e a halita - formam-se por precipitação quando a água do mar evapora.
8
?aR ::mender a Terra
Área da superfície terrestre
D Os sedimentos
e as rochas
sedimentares cobrem a maior
parte da superfície dos
continentes e do fundo dos
oceanos ...
Minerais comuns
Os silicatos são os minerais mais abundantes das rochas metamórficas, 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 mica, o piroxênio e os anfibólios (os
mesmos silicatos também característicos das rochas ígneas). Muitos outros silicatos - como a cianita, a estaurolita e algumas variedades de granadas - são exclusivos das rochas metamórficas. Esses minerais formam-se sob condições de alta pressão e temperatura na crosta e não são característicos das rochas ígneas. Eles são
também bons indicadores do metamorfismo. A caleita é o principal mineral dos mármores, os quais são caleários metamorfizados.
fi...mas são de difícil
preservação quando
comparados com as rochas
ígneas e metamórficas, que
constituem a maior parte do
volume da crosta.
As trajetórias de pressão-temperatura-tempo
Volume da crosta
Figura 4.5 Os sedimentos e as rochas sedimentares cobrem a
maior parte da superfície dos continentes e do fundo dos oceanos.
has metamórficas
As rochas metamórficas têm seu nome derivado das palavras
gregas que significam "mudança" (meta) e "fornla" (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 - embora mantendo sua forma sólida. As temperaturas do metamorfismo estão abaixo do ponto de fusão das rochas (aproximadamente 700°C), mas são altas o bastante (acima de
250°C) para as rochas modificarem-se por recristalização e
por reações químicas.
Metamorfismo
truturalmente por dobras. As texturas granulares são mais típicas da maioria das rochas de metamorfismo de contato e de certas rochas de metamorfismo regional formadas por temperatura e pressão muito altas.
regional e de contato
O metamorfismo pode ocorrer numa área extensa ou, pelo contrário, 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 formação 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 rochas ão transformadas por metamorfismo de contato.
Y1uitas rochas metamorfizadas regionalmente, como os xistos. Iêm uma foliação característica, isto é, superfícies onduladas ou planares produzidas quando a rocha foi deformada es-
A tectônica de placas produz metamorfismo de contato regional, 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 metamorfizadas regionalmente contêm assembléias minerais distintivas, nas
quais as mais antigas são substituídas por assembléias posteriores. Tais rochas registram, dessa forma, os regimes de pressão e
temperatura que mudam com o tempo. As trajetórias de pressão-temperatura-tempo
são gravadas não somente por mudanças nas assembléias minerais, mas também por mudanças
nas composições químicas dos minerais presentes. As trajetórias metamórficas de pressão-temperatura-tempo serão discutidas em detalhe no Capítulo 9.
I
e as rochas são encontradas
As rochas não são encontradas na natureza convenientemente
divididas em corpos separados - ígneas aqui, sedimentares ali e
metamórficas em um outro lugar. Em vez disso, nós as encontramos dispostas segundo os padrões deternlinados pela história geológica de uma região. Os geólogos mapeiam esses padrões tanto em superfície como suas projeções em profundidade e tentam deduzir o passado geológico da variedade e da distribuição das rochas presentes.
Se fôssemos fazer uma perfuração em algum ponto da Terra, 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 subjacente de rochas ígneas e metamórficas mais antigas.
Na verdade, milhares de sondagens relativamente rasas foram perfuradas nos continentes na procura por óleo, água e recursos minerais. Essas sondagens são as maiores fontes de informação, principalmente sobre as rochas sedimentares e sua
história. Na busca por mais dados na crosta continental profunda, os governos de vários países - incluindo os Estados
CAPíTULO 4 • Rochas: Registros
de Processos
Geológicos
11 09
Crosta
continental
Litosfera
continental
Astenosfera
o metamorfismo de contato
ocorre em áreas limitadas
onde a intrusão magmática
metamorfiza a rocha vizinha
pela ação do calor, formando
os cornubianitos.
o metamorfismo
de ultra-alta
pressão ocorre na litosfera
continental profunda e na
crosta oceânica.
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.
gura 4.6 As rochas metamórficas formam-se sob quatro condições principais. Os exemplos de rochas
-::>strados aqui são (da esquerda para a direita): cornubianitos [Biophoto Associates/Photo
Researchers].
:: agito [Julie Baldwin), micaxisto [John Grotzinger] e xis tos azuis [Mark Cloos].
~nidos, a Alemanha e a Rússia - realizaram perfurações mui~ profundas nos continentes. O furo mais profundo, na Rús_'a, tem mais de 12 km, excedendo a profundidade de qual.?Uerfuro comercial.
Uma grande parte de nosso conhecimento sobre as rochas
:'0 fundo oceânico vem de centenas de sondagens perfuradas
:leIo Projeto de Perfuração em Mar Profundo,3 um programa
::m andamento para perfurar o fundo do mar em toda a parte em
_usca de informações geológicas. Esse projeto iniciou nos Es- dos Unidos no final da década de 1960, ao mesmo tempo em
que a teoria da tectônica de placas varreu a comunidade geoló_'ca. Atualmente, é um empreendimento internacional (o Programa de Perfuração Oceânica4) continuado com a cooperação
os maiores países marítimos.
Mesmo com todas essas fontes de informações sobre o que
- a abaixo da superfície terrestre, os geólogos continuam a
;:-onfiarnas rochas expostas em afloramentos, lugares onde o
substrato rochoso - a rocha subjacente aos materiai oito na
superfície - está exposto (Figura 4.7). Os afloramento yariam
de região para região, pois exemplificam a estrutura geológica
da Terra em um ponto específico. Em uma viagem pela América do Norte, deveríamos percorrer muitos tipos de afloramentos (Figura 4.8). Começando pelo Pacífico. en ontraríamos falésias à beira-mar desde o México até o Canadá (Figura 4.8a).
Entre a Costa Oeste e a encosta de barlayemo das .\lontanhas
Rochosas, as quais se estendem desde o ~oyO .\léxico (EUA),
no sul, até Alberta, no Canadá (Figura 4. b). ão abundantes os
afloramentos de todos os tipos de rochas. eja em cânions e
montanhas, seja nos penhascos das regiõe montanhosas relativamente secas dessa região, que repre entam uma terça parte
da superfície do continente norte-americano.
Desde as Montanhas Rocha as, no oe te, até os Montes
Apalaches, no leste, a paisagem é dominada pelas planícies e
pradarias do Meio-Oeste dos Estados Unidos5 e pelas ProvÍn-
=>.='C =-"1.e
der a Terra
Figura 4.7 Os afloramentos
são lugares onde a rocha fresca - a
rocha subjacente aos materiais da superfície soltos, como solo e
matacões - está exposta.
11 Montanhas
Rochosas
cias das Pradarias do Canadá.6 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 Planícies. 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 Flórida? (Figura 4.8d). Para o norte, os afloramentos tornam-se
mais numerosos ao alcançarmos os Montes Apalaches. Na
paisagem montanhosa e escarpada da Nova Inglaterra8 e das
Províncias Atlânticas do Canadá,9 podemos encontrar bons
afloramentos, com as melhores exposições dispostas ao longo
da linha costeira. Nesse clima mais úmido, a maioria das rochas das partes baixas é coberta por vegetação abundante e
solo; todavia, existem muitos afloramentos ao longo dos penhascos e das bordas, especialmente nas partes mais altas das
cristas e das montanhas (Figura 4.8e).
do Canadá
CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos ~
Como esse registro de viagem indica, a presença e os tipos
~ ;:floramentos dependem da natureza da paisagem, a qual, por
yez, depende da estrutura geológica da região, da sua histó- c do seu clima atual. Nos próximos capítulos, exploraremos
maior detalhe como os tipos de rochas estão relacionados
_::ill as estruturas geológicas (Capítulo 10) e com as paisagens
" ítulo 19). Agora, entretanto, voltaremos para o ciclo das ro-. o qual- em combinação com a tectônica de placas - reve::omo os três grupos de rochas estão inter-re1acionados e co- eles se refletem na estrutura e na história geológicas.
cio das rochas: interação dos
stemas da tectônica de placas e
do clima
I
ciclo das rochas é o resultado das interações de dois dentre os
~- sistemas fundamentais da Terra: o sistema da tectônica de
::~ as e o sistema do clima. Controlados pelas interações des- dois sistemas, materiais e energia são trocados entre o inte- r da Terra, a superfície terrestre, os oceanos e a atmosfera.
":; exemplo, a fusão de placas litosféricas em subducção e a
:~ação
de magma resultam de processos operantes dentro do
ema da tectônica de placas. Quando essas rochas fundidas
=:uravasam, matéria e energia são transferidas para a superfície
'=rrestre, onde o material (as rochas recém-formadas) é subme_do ao intemperismo pelo sistema do clima. O mesmo procesinjeta cinza vulcânica e o gás dióxido de carbono nas por~5e superiores da atmosfera, onde eles podem afetar todo o
_illna mundial. À medida que muda o clima global, talvez fi_:mdo mais quente ou mais frio, também muda a taxa de intem~erismo da rocha, o que, por sua vez, influencia a taxa com que
material (sedimento) retoma para o interior da Terra.
A idéia da Terra como um sistema ainda não havia sido pror ta quando o escocês James Hutton descreveu o ciclo das ro_ as, em uma apresentação oral em 1785, na Sociedade Real de
~burgo.
10 Dez anos depois, ele apresentou o ciclo em maior
"~talhe em seu livro Teoria da Terra, com provas e ilustrações.
Como geralmente acontece na história da ciência, outros cientis- tanto da Inglaterra como do continente europeu - também
onheceram os elementos da natureza cÍclica da mudança geo,gica. O papel de Hutton foi o de sintetizar isso: ele apresentou
grande cenário que nos possibilitou entender o processo.
Daremos atenção aqui a um ciclo em particular, reconhe:~ndo que esses ciclos variam com o tempo e com o lugar.
Começaremos com um magma na profundeza da Terra, onde
as temperaturas e as pressões são altas o ufi ieme para fundir qualquer tipo de rocha: ígnea, metamórfi a ou edimentar
(Figura panorâmica 4.9). Hutton chamou a fu ão das rochas
na profundeza da crosta de episódio plurôni o. em referência
a Plutão, o deus romano do mundo subterrâneo .. -\gora. referimos todas as intrusões ígneas como rochas plutônicas. enquanto as extrusivas são conhecidas como rochas lUlcâni·
caso Quando uma rocha preexistente se funde. todo o eu
componentes minerais são destruídos e seu elemento químicos são homogeneizados, resultando em um líquido aquecido. À medida que o magma esfria, cristais de no"o minerais crescem e formam novas rochas ígneas. A fusão e a formação de rochas ígneas ocorrem preferencialmente ao longo
das bordas colisionais ou divergentes das placas tectônica .
bem como em plumas mantélicas, como será visto nos próximos 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 sedimentares 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 orogenia. LL Após o soerguimento, as rochas da crosta que recobrem as rochas ígneas soerguidas são vagarosamente meteorizadas. O intemperismo cria
um material desagregado, que, então, a erosão espalha para longe, expondo a rocha ígnea à superfície.
As rochas ígneas assim expostas sofrem intemperismo e
mudanças químicas OCOITemem alguns minerais. Os minerais
de feITO,por exemplo, podem "enfelTUjar" para formar óxidos.
Os minerais de alta temperatura, como os feldspatos, podem
tornar-se minerais argilosos de baixa temperatura. Os minerais,
como o piroxênio, podem dissolver-se completamente à medida 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 córregos para os rios e, por fim, para o oceano. No oceano, os detritos são depositados como camadas de areia, silte e outro edimentos formados a partir de material dissolvido, tal como o
carbonato de cálcio das conchas.
Os sedimentos depositados no mar, assim como aquele depositados no continente pela água e pelo vento, são soteITados
por sucessivas camadas de sedimentos, onde litificam "agaro-
Igura 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
seólogo. [Fred Hirschmann] (b) As montanhas espetaculares das Rochosas do Canadá fornecem tanto a
seólogos quanto a alpinistas a oportunidade de estudar as rochas. [D. Robert Franz and Lorri
:"ranz/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
as vertentes íngremes. [Carr Clifton] (e) Na Flórida (EUA), alguns dos melhores afloramentos ocorrem
as Ilhas F/órida, que têm recifes antigos expostos nas suas porções centrais. [Robert N. Ginsburg]
2
aR -
o CICLO
tender
a Terra
DAS ROCHAS É A INTERAÇÃO DOS SISTEMAS DA TECTÔNICA
DE PLACAS E DO CLIMA
O SISTEMA TERRA
SISTEMA
DO
CLIMA
A subducção de uma placa oceãnica
em uma placa continental soergue
uma cadeia de montanhas vulcãnicas.
TECTÔNICA
SISTEMADA~
DE PLACAS
(a)
~
Crosta
continental
oceãnica
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.
/
Litosfera continental
I
Crosta
~
O magma esfria para formar as rochas
ígneas: as rochas vulcãnicas cristalizam do
magma ou da lava extrudida; e as rochas
plutõnicas cristalizam das intrusões
subterrâneas.
Fusões subseqüentes
ou a subducção
de outra placa oceãnica 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.
As montanhas soerguidas forçam o ar
carregado de umidade a ascender,
esfriar, condensar e precipitar.
Ao longo das margens tectonicamente
ativas, por exemplo, onde os continentes colidem, as rochas sâo soterradas
ou comprimidas por pressâo extrema,
em um processo chamado orogenia.
(c)
Rocha sedimentar
A precipitação, o congelamento
e o
degelo criam material solto - sedimento
que é carregado pela erosão ...
Do soterramento
é
acompanhado
de
subsidência, que é o
afundamento
da crosta
da Terra.
... 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
Subsidência
Iitificação,
tornando-se
rochas sedimentares.
-
CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos ~
-~nte para formar as rochas sedimentares. O soterramento é
JIDpanhado de subsidência - uma depressão ou afundamencrosta terrestre. Enquanto a subsidência continua, cama- dicionais de sedimentos vão sendo acumuladas.
Em alguns casos - por exemplo, ao longo das margens ativas
~ placas tectônicas -, a subducção força as rochas sedimenta-descerem progressivamente a maiores profundidades (ver
~5Ufll4.6).À medida que a rocha sedimentar litificada é soterra~ a profundidades maiores da crosta, fica mais quente. Quando
_ ~fundidade excede a IO km e as temperaturas ficam maiores
300°C, os minerais da rocha ainda sólida começam a se
. -formar em novos minerais, os quais são mais estáveis nas al-:. -emperaturas e pressões das partes mais profundas da crosta.
- rocesso que transforma as rochas sedimentares em rochas
órficas é o metamorfismo. Com mais calor, as rochas pofundir-se e formar um novo magma, a partir do qual as ro- ígneas irão cristalizar, recomeçando o ciclo.
Como visto anteriormente, essa série de processos é ape-.- uma variação entre muitas que podem ocorrer no ciclo das
-has. Qualquer rocha - metamórfica, sedimentar ou ígnea e ser soerguida durante uma orogênese e meteorizada e
ida para formar novos sedimentos. Certos estágios podem
omitidos, por exemplo: quando uma rocha sedimentar é
rguida e paulatinamente erodida, o metamorfismo e a fu;= não acontecem. Os estágios podem, também, estar fora de
_ üência, como no caso de uma rocha ígnea formada no in-=tior que é metamorfizada depois de ser soerguida. Também,
_ mo sabemos das sondagens profundas, certas rochas íg- _ , localizadas a muitos quilômetros de profundidade na
:-=o ta, podem nunca ser soerguidas ou expostas ao intempe:=-mo e à erosão.
O ciclo das rochas nunca tem fim. Está sempre operando em
-erentes estágios em várias partes do mundo, formando e ero~do montanhas em um lugar e depositando e soterrando sedintos em outro. As rochas que compõem a Terra sólida são re_- ladas continuamente, mas só podemos ver as partes do ciclo
-. e ocorrem na superfície e, portanto, devemos deduzir a reci:~agem da crosta profunda e do manto por evidências indiretas.
Um processo que os geólogos não percebiam no tempo de
3.utton é O intemperismo do fundo oceânico ou o metas soma--mo, o qual foi reconhecido apenas após a descoberta da tec:ornca de placas. Os processos envolvem mudanças químicas
~tre a água do mar e o fundo submarino nas cadeias mesoceâ. as. Esse processo suplementa de forma significativa o retoro de elementos importantes para o interior da Terra, que é cau- do pelo intemperismo comum de superfície. Se o metassoma. mo do fundo submarino não ocorresse, as composições quí;:nicas do oceano e da atmosfera seriam bem diferentes.
,'\'cio 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 planeta terrestres. 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 rochas encontradas na superfície de Vênus foram afetadas e modificadas de vários modos pelas altas temperaturas e pela atmosfera rica em ácido sulfúrico, que caracteriza seu clima atual. A falta de água na superfície e a fina atmosfera deste planeta 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 prontos 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 detalhado do funcionamento da tectônica de placas e a dinâmica
dos vulcões e de suas erupções. Nos Capítulos 7 e 8, exploraremos o intemperismo, as características das partículas sedimentares e os modos por meio dos quais diversos sedimentos
e rochas sedimentares são produzidos. Completaremos nossas
considerações sobre as rochas no Capítulo 9, examinando como a alta temperatura e a pressão afetam as rochas preexistentes e como o metamorfismo se relaciona com a tectônica de
placas e a oro gênese.
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) defrnem uma rocha. A mineralogia e
a textura de uma rocha são determinadas pelas condições geológicas sob as quais foi formada, incluindo a composição química, seja nas várias condições de alta temperatura e pressão do
interior da Terra, seja na superfície. onde as temperaturas e as
pressões são baixas.
Figura panorâmica 4.9 O ciclo das rochas, como proposto por James Hutton há mais de 200
anos. As rochas submetidas ao intemperismo e à erosão formam sedimentos, os quais se depositam,
são soterrados e litificam.Após o soterramento profundo, as rochas sofrem metamorfismo, fusão ou
ambos. Por meio da orogênese e dos processos vulcânicos, elas são soerguidas, para serem, então,
ovamente recicladas. [Jgnea (granito): J. Ramezani. Metamórfica (gnaisse): Breck P.Kent. Sedimentar
(arenito): Breck P.Kent. Sedimento (areia e cascalho): RexElliot]
ender a Terra
. são os três tipos de rochas e como eles se formam?
As
:oc
- formam- e por cristalização dos magmas ao resfiiarem-~ .. -\5 rochas ígneas intrusivas formam-se no interior da Terra e
--m cri [ais grandes. As rochas ígneas extrusivas, as quais se formam na superfície, onde as lavas e cinzas extravasam de vulcões,
:êm 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, sedimentares ou outras rochas metamórficas que são submetidas a altas temperaturas e pressões no interior da Terra.
Como o ciclo das rochas descreve a formação
destas como
produtos
dos processos geológicos?
O ciclo das rochas relaciona os processos geológicos para a formação de cada um dos
três tipos de rocha a partir dos outros. Podemos ver os processos iniciando em qualquer ponto do ciclo. Começamos
com a
formação das rochas ígneas pela cristalização do magma no interior 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 sedimentos. Os sedimentos são levados de volta para as profundezas da
Terra por soterramento e litificam para formar uma rocha sedimentar. O soterramento profundo leva ao metamorfismo
ou fusão e, nesse ponto, o ciclo recomeça. A tectônica de placas é o
mecanismo que faz o ciclo operar.
I
Conceitos e termos-chave
• afloramento (p. 107)
• rocha ígnea intrusiva (p. 105)
• ciclo das rochas (p. 109)
• rocha metamórfica (p. 104)
• erosão (p. 104)
• rocha plutônica (p. 111)
• estratificação (p. 106)
• rocha sedimentar (p. 106)
• foliação (p. 108)
• rocha vulcânica (p. 111)
• intemperismo (p. 106)
• sedimento (p. 106)
• litificação (p. 107)
• sedimento clástico (p. 106)
• metamorfismo
• sedimento químico e bioquímico (p. 106)
de contato
(p. 108)
• metamorfismo regional (p. 108)
• subsidência (p. 113)
• mineralogia (p. 103)
• substrato rochoso (p. 109)
• orogenia ou orogênese (p. 111)
• textura (p. 103)
• rocha (p. 103)
• trajetória de pressão-temperatura-tempo (p. 108)
• rocha ígnea (p. 103)
• rocha ígnea extrusiva (p. 105)
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 clásticas e químicas 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
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W
1. Que processos geológicos transformam uma rocha sedimentar em uma ígnea?
2. Cite um mineral encontrado apenas em rochas sedimentares que
possa ser utilizado para distinguir essas rochas de granulação fina formadas por lama litificada de uma rocha ígnea extrusiva.
3. À medida que o magma esfria, o que pode causar diferenças no
tamanhos dos cristais de duas rochas intrusivas, uma com cristais de
aproximadamente 1 cm de diâmetro e a outra com cristais de 2 mrn
de diâmetro?
4. Em qual intrusão ígnea você esperaria encontrar uma zona de metamorfismo de contato mais larga: numa intrusão de um magma muito
quente ou em outra, de um magma mais frio?
W
5. Descreva os processos geológicos pelos quais uma rocha ígnea 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.
111.
~
7. Como a tectônica de placas explica o plutonismo?
8. Utilizando o ciclo das rochas, trace a rota percorrida desde
um magma até uma intrusão granítica, passando a um gnaisse metamórfico 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?
CAPíTULO 4 • Rochas: Registros de Processos Geológicos ~
Embora as rochas ígneas, metamórficas e sedimentares tenham di~>as
marcantes, todas são classificadas utilizando-se quase os
- SInOS princípios gerais. Que características das rochas são comuns
sificação das três categorias?
__
o
Onde as rochas ígneas são mais encontradas? Como você pode ter
-~za de que uma rocha é ígnea e não sedimentar ou metamórfica?
• Considere que, em um trabalho de campo no Arizona (EUA), vo~;:TI ontrou uma amostra de rocha perto de um extenso afloramento
= _ :evou para identificação em laboratório. Uma lâmina da rocha mos:=!. que ela contém traços de quartzo, feldspatos, mica e hornblenda.
'·~tifique a rocha e explique como você chegou a essa conclusão.
nvestigue você mesmo
Sugestões de leitura em português
Allegre, C. 1987. Da pedra à estrela. L' boa: Dom Quixote.
Madureira Filho, J. B., Atencio, D. e:\l rearh. L _000. :\1inerais e
rochas: constituintes da Terra sólida. lu: Teixeira. W.. Toledo. :\1. 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 fonnmn e moldam
nosso planeta. (Ilustrado por Richard Bonson.) São Paulo: :\Iartins
Fontes.
Symes, R. F. 1995. Rochas e minerais. (Enciclopédia yj ual) Li boa: Verbo.
Time-Life/Abril Coleções. 1996. Planeta Terra. São Paulo: A.bril
Livros.
Weiner,1. 1986. Planeta Terra. São Paulo: Martins Fontes.
~ ntificando as pedras de construção
- - pedras de construção freqüentemente são indícios da geologia 10Uma pedra local costuma ter tanto uma melhor relação custo-be- ~ io quanto ser um motivo de orgulho para a comunidade. Com
parceria, examine as pedras das construções que você encontra na
'ersidade ou em sua comunidade. Escolha de quatro a seis tipos de
::cdras que pareçam diferentes e registre suas localizações em um ma- ~al. Desenhe cada pedra em uma folha de papel e registre suas ca~~rísticas, como cor, tamanho de grão, presença ou ausência de acaento e se ela parece conter apenas um ou mais minerais. Também
.. creva qualquer evidência de intemperismo químico ou físico e jul=~ se a pedra é de boa qualidade para a construção. Então, decida se
~
,5 mais parecida com uma rocha ígnea, metamórfica ou sedimentar
= =xplique por quê. Por fim, compare um mapa geológico da área com
descobertas no campo e explique por que as pedras que você des---=,;euretratam ou não a geologia local. Faça um põster organizado,
endo seus desenhos, observações e inferências.
---=.
Notas de tradução
I
1 Também
Essa pedra de cor preta, encontrada pelo exército Francês em 1799,
contém gravado um decreto comemorativo ao coroamento de Ptolomeu 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, afirmando que eram parcialmente ideográficos e parcialmente fonéticos. Com isso, fundou a egiptologia. Atualmente, a pedra encontrase no Museu Britânico, em Londres.
3
Deep Sea Drilling Project.
4
Ocean Drilling Programo
5
Nessa região densamente povoada, formada pelo triângulo da fronteira 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 Manitoba.
7
Também chamadas de Florida Keys.
8
Região no extremo nordeste dos Estados Unidos, onde de embarcaram os colonos ingleses, formada pelos estados de :\Iaine.
New Hampshire, Vermont, Massachusetts, Rhode Island e Connecticut.
Sugestões de leitura
Blatt, H., and Tracy, R. J. 1996. Petrology: 19neous, Sedimentary,
J1etamorphic, 2ed. New York: W. H. Freeman.
Dietrich, R. v., and Skinner, B. J. 1980. Rocks and Rock Minerais.
-::'I\'York:Wiley.
Ernst, W. G. 1969. Earth Materiais. Englewood Cliffs, N. 1.: Pren-~ Hall.
Prinz, M., Harlow, G., and Peters, J. 1978. Simon & Schuster's
:: 'de to Rocks and Minerais. New York: Sirnon & Schuster.
Spear, Frank S. 1993. Metamorphic phase equilibria and prese-temperature-time
paths. Minera10gica1 Society of America,
ronograph 22.
conhecida como púmice.
2
Região mais oriental do Canadá, formada pelas provínci
d~ Terra
Nova, Nova Escócia, Nova Brunswick e ilha Príncipe Eduardo.
10 Royal Society of Edinburgh.
9
11
Também chamada de orogênese.