Rochas Metamórficas - Recristalização e Texturas

Os minerais das rochas sujeitas a metamorfismo tornam-se instáveis, pelo que se recombinam, formando, por recristalização, novas associações minerais compatíveis com as condições termodinâmicas do novo ambiente.
As transformações mineralógicas que ocorrem, por recristalização, durante os processos metamórficos podem resultar da:

- alteração da composição química dos minerais, por circulação de fluidos;

- instabilidade entre dois ou mais minerais, indutora de reacções mineralógicas entre eles, com formação de novos minerais sem que ocorra variação na composição química global da rocha;

- alteração da estrutura cristalina do mineral, sem variação da composição química; neste caso, ocorre uma transformação polimórfica.

Certos minerais só se podem formar segundo restritas variações de pressão e temperatura. As margens de pressão e temperatura que permitem a estabilidade destes minerais foram determinadas em laboratório.
Quando estes minerais se encontram nas rochas metamórficas, podem-nos indicar quais as condições de pressão e temperatura que ocorreram durante os fenómenos de metamorfismo. Por esta razão, estes minerais são conhecidos por minerais-índice.

Entre os mais conhecidos encontram-se a andalusite, a distena e a silimanite. Este três minerais tem uma composição química idêntica (Al2SiO5) mas estrutura cristalina diferente. Geralmente encontram-se nos xistos metamórficos em que abunda o alumínio.

Se encontrarmos andalusite numa rocha, podemos concluir que as pressões e temperaturas são relativamente baixas.

A distena/clorite, quando encontrada nos xistos, é tida como um indicador de alta pressão.

 

A silimanite é um indicador de alta temperatura e pode ser encontrada em rochas resultantes por metamorfismo de contacto (que mais a frente será referido).
Se encontrarmos os três minerais na mesma rocha podemos concluir que, sendo mutuamente estáveis, se devem ter formado por metamorfismo a uma temperatura de 500ºC e a uma pressão de cerca de 4 atmosferas.

Os minerais-índice definem zonas de metamorfismo que ocorrem em determinadas condições de pressão e temperatura. Podem marcar-se num mapa linhas denominadas isógradas indicando os locais onde ocorrem os minerais-índice, definindo-se assim as zonas com diferentes graus de metamorfismo (baixo, médio e alto).

Durante os processos metamórficos são produzidos novos arranjos mineralógicos, podendo existir alteração da composição química das rochas iniciais. A textura de uma rocha é determinada pelo tamanho, forma e arranjo dos minerais, que a constituem.

Durante o processo metamórfico, alguns minerais, em especial as micas, ou outros com hábito tabular ou lamelar, conferem às rochas metamórficas aspectos peliculares, quando estas resultam da actuação conjunta de tensão orientadas e temperaturas elevadas.

Um importante tipo de característica textual, que é um critério de classificação das rochas metamórficas é a foliação. A foliação é qualquer estrutura planar de uma rocha metamórfica que pode ser originada durante os processos de metamorfismo. Esta disposição resulta quer de um alinhamento preferencial de certos minerais anteriores ao metamorfismo, quer da orientação de novos minerais formados durante os processos de recristalização.

As foliações podem ser muito evidentes e observarem-se a olho nu, ou podem ser visíveis apenas ao microscópio. Com o aumento do grau de metamorfismo, a fissilidade, ou seja, a capacidade de algumas rochas metamórficas se dividirem em lâminas, segundo os planos de foliação, torna-se menos evidente.
A foliação manifesta-se de diversas maneiras. Num mineral como a mica, que cristaliza quando se forma uma rocha sob pressão, desenvolve-se na direcção perpendicular à direcção de pressão. Outros minerais que crescem conjuntamente são também forçados a este alinhamento.
Assim, podemos classificar as rochas metamórficas em dois grandes grupos: as rochas foliadas e as rochas não foliadas.

Rochas não foliadas ou granoblásticas: formam-se, geralmente, a partir de rochas pré-existentes constituídas apenas por um único mineral (à excepção das corneanas).
Exemplos: corneanas (argilito), quartzitos (arenito), mármores (calcário).

- Mármore é uma rocha metamórfica não foliada (granoblástica), constituída essencialmente por calcite ou por dolomite. Forma-se por metamorfismo de contacto, a partir de calcários.
Os mármores são rochas cristalinas, podendo ser formados por grãos que não se distinguem ao olho nu, ou podem ser constituídos por fanerocristais. Têm, normalmente, cor branca, podendo, por vezes, ser coradas, pela presença de óxidos de ferro ou substâncias carbonosas. São rochas maciças, muito utilizadas na construção civil e na estatuária.
A fractura dos mármores pode assemelhar-se a cubos de açúcar.

- Quartzito é uma rocha metamórfica, composta quase que inteiramente de grãos de quartzo. Sua origem está relacionada com a acção de processos metamórficos desenvolvidos principalmente sobre rochas sedimentares ricas em quartzo, tais como arenitos.

--> Rochas foliadas tendem a desenvolver-se quando rochas pré-existentes polimenerálicas (constituídas por vários minerais) são submetidas a condições de tensão dirigida e de temperatura crescentes, apresentando por isso estruturas planares, em resultado do alinhamento paralelo dos seus minerais.

Assim, existem três tipos de foliação muito característicos em rochas de baixo, médio e alto grau de metamorfismo:

Clivagem ardosífera ou clivagem xistenta:A clivagem xistenta é uma estrutura planar característica de rochas com baixo grau de metamorfismo. Este tipo de foliação é definido pela orientação preferencial de minerais, em rochas de granulidade fina. Os planos de clivagem resultam de um arranjo paralelo de minerais tabulares. A orientação preferencial dos minerais resulta de tensões orientadas de origem tectónica.
As rochas com clivagem xistenta partem facilmente em folhas finas e lisas de aspecto baço.
As ardósias e os filitos possuem este tipo de foliação.

- Ardósia: Uma rocha finamente granulada que se divide facilmente segundo planos paralelos. A ardósia forma-se em condições de pressão e temperatura ligeiramente superiores às que se encontram no ambiente sedimentar. As temperaturas não são suficientemente altas para provocar a recristalização.

- Filito: São rochas metamórficas xistosas, de grão fino, que apresentam maior quantidade de micas de neoformação que os xistos argilosos, mas que não são visíveis à vista desarmada. A formação desta rocha implica temperaturas mais elevadas do que para a formação dos xistos argilosos pelo que a intensidade de metamorfismo é maior.

Xistosidade:
A xistosidade surge em rochas com um grau de metamorfismo médio, que permite a existência de importantes fenómenos de recristalização. Neste tipo de foliação ocorre um maior desenvolvimento de cristais, nomeadamente de micas, feldspatos e quartzos. É uma foliação bem desenvolvida, quer pela orientação preferencial de certos minerais lamelares, quer pelo desenvolvimento de novos minerais.
As rochas com xistosidade apresentam uma maior granularidade, distinguindo-se facilmente os minerais à vista desarmada. São rochas que partem segundo superfícies lisas e ligeiramente onduladas, de aspecto brilhante.
O micaxisto é um exemplo de rochas com xistosidade.

- Micaxisto: O micaxisto é caracterizado por apresentar cristais visíveis à vista desarmada e com uma orientação paralela. Minerais achatados ou alongados de neoformação são visíveis à vista desarmada. O xisto argiloso pode recristalizar em variedades mineralogicamente diferentes dos micaxistos. Por exemplo, um micaxisto com granada indica que a pressão e a temperatura foram superiores às necessárias para formar um micaxisto sem granada.

Bandado gnáissico ou gnaissosidade:
O bandado gnáissico é marcado pela alternância de leitos mineralógicos de cor clara (quartzo e feldspato) e de cor escura (biotite e anfíbola), que formam bandas alternadas. A fissilidade é pouco evidente neste tipo de foliação.
As rochas com gnaissosidade possuem um grau de metamorfismo elevado, pelo que se observam intensos fenómenos de recristalização, e a sua granulidade é alta.
A gnaissosidade é observada, por exemplo, no gnaisse.

- Gnaisse: Rocha metamórfica, formada por camadas escuras de minerais ferromagnesianos, como micas e anfíbolas, e camadas claras de cor branca, cinzenta ou rosa, constituídas por quartzo e feldspatos. Nas camadas escuras, os cristais são alongados, e nas camadas claras os cristais são granulosos. Nas amostras de gnaisse, podem encontrar-se como minerais essenciais feldspatos e micas, e, como acessórios, epídoto, apatite, turmalina, magnetite, ilmenite, zircónio, titanite, etc.
As condições de temperatura sobre que se formou o gnaisse aproximam-se da temperatura a que o granito solidifica.
Não é portanto de estranhar que a composição mineralógica do gnaisse e a do granito sejam idênticas.

 

Tipos de Metamorfismo

Um dos critérios para classificar o metamorfismo é a extensão da área atingida. Assim, e segundo este critério, definem-se dois tipos de metamorfismo:

Metamorfismo de contacto - O metamorfismo de contacto, também conhecido como metamorfismo térmico, resulta da intrusão de magma a alta temperatura em rochas preexistentes.

Este tipo de metamorfismo pode incidir sobre rochas sedimentares, metamórficas e magmáticas. Estas intrusões magmáticas metamorfizam as rochas circundantes devido, essencialmente, à sua elevada temperatura e à libertação de fluidos. A pressão não afecta muito este tipo de metamorfismo pois, não ocorre a grandes profundidades, não ultrapassando na generalidade os 10 quilómetros.

A orla das rochas alteradas metamorficamente em torno de uma intrusão magmática designa-se auréola de metamorfismo. Esta zona vai desde alguns centímetros a centenas de metros, dependendo da temperatura da intrusão, da presença de água e fluidos e da natureza da rocha encaixante. Uma intrusão magmática num argilito poderá produzir uma grande auréola, enquanto que, num arenito, ela será pequena. Os efeitos que advêm diminuem com a distância ao corpo intrusivo.

A rocha metamórfica resultante depende do grau de metamorfismo e da rocha original. Se o metamorfismo é muito elevado, a estrutura da rocha original é totalmente destruída e formam-se corneanas. O termo corneana, agora referido, era inicialmente utilizado para todas as rochas formadas por metamorfismo de contacto de formações argilosas com formações ígneas, mas actualmente é a designação geral que abrange a maior parte das rochas de metamorfismo de contacto.
No metamorfismo de contacto, o calor e os fluidos emanados pelo magma são os factores metamórficos dominantes, verificando-se uma recristalização mineralógica intensa. As rochas metamórficas formadas por este tipo de metamorfismo não são, no geral, orientadas, isto é, apresenta texturas não foliadas, dado o papel secundário da tensão.

Metamorfismo regional - O metamorfismo regional também designado por metamorfismo dinamotérmico, deve-se a temperaturas e tensões moderadas a elevadas, bem como à circulação de fluidos. Este tipo de metamorfismo afecta extensas regiões da crosta terrestre, geralmente em áreas de actividade tectónica onde se formam montanhas, ou seja zona de colisão entre duas placas continentais, colisão entre duas placas oceânicas (metamorfismo associado a arcos de ilhas vulcânicos), colisão entre uma placa oceânica e uma placa continental (metamorfismo associado a cordilheiras vulcânicas).

As rochas de metamorfismo regional caracterizam-se por sucessivas fases de recristalização e de deformação, devido à acção combinada e crescente das condições de temperatura e tensão.
A xistosidade, associada a rochas deste tipo de metamorfismo, resulta desta conjugação entre deformação e recristalização.

As rochas cuja génese é o metamorfismo regional são quase sempre foliadas, indicando a influência de diferentes pressões durante a recristalização. A pressão confinada atinge valores elevados devido às rochas suprajacentes, que podem atingir uma espessura superior a 10 quilómetros. A pressão diferencial é devida a fenómenos tectónicos que ocorrem durante o movimento constante de compressão da crosta durante os fenómenos que levam à formação de montanhas.

Durante o metamorfismo regional, dependendo das condições de pressão e temperatura, uma rocha específica preexistente pode recristalizar originando diversos tipos de rochas metamórficas. Por exemplo, se o basalto é metamorfizado, a temperatura e pressão relativamente baixas, pode recristalizar originando xisto verde, uma rocha que contém clorite, actinolite e plagióclase rica em sódio. Há altas temperaturas e pressão, o mesmo basalto pode recristalizar como anfiboloxisto, uma rocha constituída por hornblenda, feldspato e, por vezes, granada.

Quando se ultrapassam certos valores de tensão e de temperatura, as rochas metamórficas iniciam um processo de fusão parcial, designado anatexia.
Este processo de anatexia ocorre já no domínio do denominado ultrametamorfismo, o qual marca a fronteira entre o metamorfismo e o magmatismo, isto é, entre a formação de rochas metamórficas e a formação de rochas magmáticas.

Factores de Metamorfismo

A metamorfização de rochas pré-existentes, por alteração da sua composição mineralógica e/ou textura, depende do tipo e da intensidade de certos factores – factores de metamorfismo – que determinam o grau de instabilidade dessas rochas.

As rochas metamórficas devem as suas características a diversos factores, dos quais os mais importantes são: a composição das rochas preexistentes e que experimentam fenómenos de metamorfismo, a temperatura e a pressão durante o processo de metamorfismo, e os efeitos dos fluidos de circulação.

Composição das rochas preexistentes - Durante os processos de metamorfismo, em geral, não ocorre a adição de novos elementos ou compostos químicos. Contudo, a composição mineralógica das rochas metamórficas é condicionada pela composição química das rochas preexistentes.
Por exemplo, muitas rochas metamórficas apresentam grande teor de sílica, o que indica que as rochas preexistentes eram também ricas em sílica.
Uma rocha basáltica metamorfizada pode apresentar nos novos minerais, no seu conjunto, cerca de 50% de sílica e percentagens de óxidos de ferro, magnésio, cálcio e alumínio resultantes da rocha anterior.
Por outro lado, um calcário, composto essencialmente por calcite (CaCO3), não pode, ao ser metamorfizado, originar uma rocha com sílica.

Temperatura - Um mineral é estável se, durante um determinado tempo, não reage ou não se transforma num novo mineral ou substância. Todos os minerais são estáveis dentro de determinados intervalos de temperatura. Alguns minerais são estáveis entre amplos intervalos de temperatura. Pelo conhecimento do intervalo de temperatura em que o mineral se mantém estável, os geólogos podem deduzir a temperatura de metamorfismo da rocha onde se inclui o mineral.
Quando a temperatura aumenta, os iões vibram com mais intensidade nos seus locais da estrutura cristalina. Se o calor resultante dessas vibrações é também significativo, os iões separam-se e a substância torna-se líquida.
O calor é importante porque as altas temperaturas aumentam a velocidade das reacções. Quando submetidas a temperaturas superiores a 200ºC, as rochas iniciam processos de metamorfismo. Contudo a níveis mais próximos da superfície da Terra podem também atingir temperaturas superiores a 200ºC, por exemplo, com o contacto de intrusões magmáticas. Quando as rochas são submetidas a temperaturas de 800ºC, inicia-se a transição do metamorfismo para o magmatismo, e as rochas entram em estado de fusão.
As fontes de calor para o metamorfismo são o gradiente geotérmico, a fricção, as plumas quentes do manto, a radioactividade e o calor transferido das formações magmáticas próximas.

Tensão - Os minerais são sensíveis à pressão/tensão. Se os átomos de um cristal forem submetidos a pressões muito elevadas, as ligações entre os átomos podem quebrar-se. Os átomos reorganizam-se em novos minerais que são estáveis quando submetidos a altas pressões.
No interior da Terra, as rochas estão sujeitas a dois tipos de tensão: a tensão litostática e a tensão não litostática.

No entanto, normalmente, quando falamos de tensão referimo-nos à tensão confinada, também designada pressão geostática/ litostática. Esta é a tensão a que as rochas na crosta terrestre estão sujeitas, provocado pela carga de massa rochosa suprajacente, isto é, um tipo de tensão com as características da pressão atmosférica que actua em todos os sentidos.
Um mineral que tenha cristalizado em condições de alta pressão tende a ocupar menos espaço (diminuição do volume) que os minerais que não tenham sido formados nessas condições. A densidade dos minerais está relacionada com a pressão, pois com a diminuição do volume da rocha, a sua densidade aumenta.

 

Em I existe predominio do factor temperatura, mas em 2 existe predominio da pressão não listática.

Além da tensão confinada ou litostática, outro tipo de tensão actua, a denominada pressão não litostática também designada por diferencial, orientada ou dirigida, que é diferente nas diferentes direcções do objecto sujeito à sua acção. É um tipo de pressão que está relacionada com movimentos tangenciais da litosfera. Este tipo de tensão é consequência da deformação, em geral, por compressão, como as que ocorrem nos domínios orogénicos.
A tensão diferencial influencia fortemente a textura das rochas metamórficas porque força os constituintes das rochas a tornarem-se paralelos uns aos outros. O alinhamento paralelo característico das rochas denomina-se foliação. A foliação das rochas pode manifestar-se de diferentes maneiras. As texturas das rochas metamórficas são variações da foliação e são importantes na sua classificação.

Fluidos de circulação - A água na forma de vapor é, sem dúvida, o mais importante fluido envolvido nos processos metamórficos. Outros gases, tais como dióxido de carbono, também desempenham um papel importante. O novo mineral formado é estável nas condições existentes durante a sua génese. A água permite uma transferência de iões no interior da rocha.
Por exemplos, os fluidos libertados por um magma podem transportar iões de sódio, potássio, silício, cobre, zinco e, em solução, outros elementos solúveis em águas quentes sob pressão. Aparentemente, a água a grande pressão força o seu caminho entre os grânulos minerais, dissolve os seus iões e transporta-os para qualquer outra parte da rocha onde podem reagir com os iões de um outro mineral. Desta reacção resulta a metamorfização da rocha, por alteração da sua composição química e mineralógica. Por vezes, ocorre a substituição completa de um mineral por outro, sem que se verifique uma alteração da textura da rocha.
No decurso do próprio metamorfismo, também se podem formar fluidos.

Tempo - Um outro factor importante no metamorfismo é o tempo, o que nem sempre é fácil de compreender. Muitas rochas metamórficas são compostas por minerais silicatados, e os compostos silicatados são caracterizados pela sua lenta taxa de reacção química. Recentemente, o estudo de granadas revelou que a sua taxa de crescimento foi de 1,4 milímetros por milhão de anos. Muitos laboratórios têm visto frustradas as suas experiências para obter reacções metamórficas, em virtude do factor tempo. Os vários milhões de anos durante as quais uma específica combinação de temperatura e pressão prevaleceu são impossíveis de repetir nos laboratórios.

Rochas Metamórficas

A diagénese e o magmatismo constituem processos extremos de formação de rochas sedimentares e magmáticas, respectivamente. Entre estes dois ambientes de formação de formação de rochas, existe um ambiente intermédio – o ambiente metamórfico.

Ultrapassadas as condições de pressão e de temperatura que definem o final da diagénese, inicia-se o metamorfismo. Os minerais das rochas formadas a profundidade e que atingem a superfície por acção da erosão ou por efeito de erupções vulcânicas modificam-se, ocorrendo alteração.

 

Da mesma maneira, por efeito de afundamento, as rochas vão sendo sujeitas a altas temperaturas e elevadas pressões, transformando-se. Contudo, se o aumento de temperatura determinar a fusão das rochas, ocorre o magmatismo. O domínio das rochas metamórficas varia entre temperaturas de 50ºC a 650-700ºC, e a pressão varia entre algumas atmosferas e milhares de atmosferas.

O metamorfismo pode definir-se como o conjunto de modificações ocorridas no estado sólido na composição e na estrutura de uma rocha submetida a condições de temperatura e de pressão diferentes daquelas em que se formou.

Com frequência, as rochas metamórficas apresentam-se dobradas, o que sugere que a sua génese ocorreu num estado de deformação dúctil, ocorrendo em contextos tectónicos como as zonas de subducção e em zonas de formação de cadeias montanhosas (orogénese).