Magmatismo e formação de rochas ígneas

Magmatismo e formação de rochas ígneas Celso Dal Ré Carneiro Departamento de Geociências Aplicadas ao Ensino Instituto de Geociências, Unicamp 2008

Objetivos da apresentação Fornecer conceitos Evolução crustal, vulcanismo e magmatismo Distribuição de vulcanismo no globo Cristalização de magmas Estados de equilíbrio Cristais e substâncias cristalinas Principais tipos de rochas ígneas Tipos de magmas Analisar potencial de risco geológico Vulcanismo nos limites de placas Convergentes, Divergentes, Transformantes

Cataratas do Iguaçu: Exemplo de relevo formado por derrames

Condensação de minerais, desde a nuvem de gás solar 2000 o Coríndon Al2O3 Perovskita CaTiO3 1500 Temperatura o C o Melilita Ca(Al,Mg)(Si,Al)2O7 Espinélio MgAl2O4 Diopsídio CaMg(SiO3)2 Forsterita Mg2SiO4 Enstatita MgSiO3 Anortita CaAlSi2O8 1000o Ferro metálico Fe Plagioclásio (CaAl,NaSi)AlSi2O8 Olivina e piroxênio (médio Fe) (Mg,Fe)2SiO4 + (Mg,Fe)SiO3 500o Filossilicatos (Mg,Al,Fe)(Si,Al)8O20(OH)16 Sulfatos, carbonatos 0 o Troilita FeS Magnetita Fe2O3 Gelos de H2O, NH3, CH4 Fonte: Wood, The new Solar System

Formação de rochas ígneas Envolve diferentes etapas: Formação de magma abaixo da superfície Deslocamento Ascensão rumo à superfície Encaixe Explosões cinzas Extravasamento lava Resfriamento Consolidação

lavas Lagos vulcânicos Alae e Kilauea Iki, Hawaii Tempo (meses) 0 1 4 9 16 25 36 3 4 5 6 20 30 é s) Profundidade (p 10 1959: crosta delgada 1962: crosta com 14 m T 1065oC na base 40 50 0 1 2 Raiz quadrada do tempo (meses)

Crosta Manto Superior Volumes de magma Litosfera MANTO Bordas destrutivas Vulcanismo Magmatismo intrusivo Anguita & Moreno. 1991. Cap. 3, p. 74 Bordas construtivas Intraplaca Intraplaca Oceânico Continental

MAGMA: volumes anuais em km3 Ambiente Vulcanismo Intrusões Volume s total Bordas 4,00 9,50 13,50 Construtiv as Bordas 0,87 1,20 2,07 Destrutivas Intraplaca 0,10 0,10 continental Intraplaca 1,00 1,00 Oceânica 5,97 10,70 16,67

Ambientes de magmatismo Limites convergentes de placas Colisão / subducção Formação de corpos ígneos Magmas podem formar intrusões ou vulcões Limites divergentes Vulcanismo de assoalho oceânico Limites transformantes Zonas raramente associadas a magmatismo

Bordas convergentes de placas Zonas de subducção 0 200 Encontro de placas oceanooceano 400 600 Descendente 800 (km) Orógenos de colisão Continenteoceano Continente- 300 200 100 0 100 200 km Placa subsidente Complexo subductivo

Bordas divergentes de placas Lenta Lenta Extrusão de lavas em bordas divergentes de plac http://volcano.und.edu/vwdocs/submarine/plates/diverg/slow.ht

Cristalização de magmas Magma massa incandescente Material líquido natural, formado por rocha fundida Solução dos elementos mais abundantes, O e Si, associados a quantidades menores de Al, Ca, Mg, Fe, Na, K e outros Parte líquida + parte sólida» Cristais de minerais silicáticos» Eventuais fragmentos de rocha sendo transportados Gases comuns» Vapor de água e gás carbônico Temperaturas: entre 700 e 1200o C

Basalto amigdaloidal/vesicular http://www.pitt.edu/~cejones/geoimages/2igneousrocks/igneoustextures/7vesicularamygdaloidal.html

Modos de produção de magma Produção de magma 1 Adição de calor 2 Diminuição de pressão 3 Adição de água (reduz limite de R1 3 1 o) c ú m id o) a de Rocha Cu rv Press Fluxo: manto para crosta Geração de calor por decaimento radioativo so lid us ( Fontes de calor 2 ã o rv Cu de a s u lid so R2 e (s Rocha + magma Temperatura Anguita & Moreno. 1991. Cap. 3, Fig. 3.4

so lid us ( Adição de calor 1 o) c ú m id o) R1 Cu rv ã o Press a de Rocha rv Cu de a (s s u lid so e R2 Rocha + magma Temperatura http://apod.nasa.gov/apod/ap051002.html Anguita & Moreno. 1991. Cap. 3, Fig. 3.4

so lid us ( Diminuição de pressão rv Cu o) c e ú m id o) Cu rv R1 2 ã o Press a de Rocha de a (s s u lid so R2 Rocha + magma Temperatura http://apod.nasa.gov/apod/ap051002.html Anguita & Moreno. 1991. Cap. 3, Fig. 3.4

so lid us ( Adição de água e redução do limite de solidus rv Cu de a 3o) ú m id o) Cu rv R2 ã o Press a de Rocha (s s u lid so ec R1 Rocha + magma Temperatura http://apod.nasa.gov/apod/ap051002.html Anguita & Moreno. 1991. Cap. 3, Fig. 3.4

0 200 600 Crosta Oceânica 10 G ra 20 Profundidade (km) 400 die nte 2 5 o C / km 800 1000 1200 Solidus Granito saturado em H2O 0,5 30 1,0 Crosta Continental 40 Solidus Peridotito seco 50 60 Solidus Granito seco 1,5 2,0 Press 0 70 80 2,5 90 Manto Superior 100 0 3,0 200 400 600 800 Temperatura (oc) 1000 1200 Philpots. 1990. Cap. 1, Fig. 1 7

Cristalização Cristalização em Equilíbrio Durante o processo de resfriamento do líquido Fases minerais cristalizam-se totalmente sem separar-se do material fundido Cristalização Fracionada Fases minerais e o fundido são segregados ou Diagrama de Fases

0 1000 Crosta Tem per a tura m édia d o m a 2000 nto Zona de baixa velocidade 0 Profundidade (km) 100 Solidus Manto úmido 200 Manto Superior Solidus Manto seco 300 0 1000 Temperatura (oc) 2000 Modif. de Anguita & Moreno. 1991. Cap. 3, Fig. 3.3

Resfriamento de magmas e cristalização Resfriamento rápido na superfície Muitos cristais pequenos Textura afanítica Cristais indistinguíveis a olho nu ou formação de vidro vulcânico (obsidiana) Resfriamento lento em profundidade Poucos cristais maiores Textura fanerítica Resfriamento lento sucedido por rápido

Composição de Rochas Ígneas

Origem de rochas ígneas Fatores Composição original do magma Grau de mistura Posição na crosta Plutônicas Hipoabissais Vulcânicas Teor de sílica Ultrabásicas Básicas Intermediárias Ácidas Coloração Ultramáficas Máficas Mesocráticas Félsicas

Rochas e edifícios vulcânicos

Coloração de rochas ígneas Denominação Ultramáfica Muito pobre em sílica Máfica Rica em Mg e Fe Termos Obsoleto s Ácido Critério Mineralógic o Félsico Básico Máfico Ultrabásic Ultramáfico o Mesocrática Rica em feldspato Sem sílica livre Félsica Rica em feldspato e sílica Magma muito viscoso Critério Químico Cor Rico em SiO2 Leucocrátic o Mesocrátic o Melanocráti co Rico em (Mg, Fe)O

Exemplos Granulação Félsicas Mesocráticas Máficas Ultramáficas Fanerítica s Granito Diorito Sienito Gabro Peridotito Afaníticas Riolito Traquito Fonolito Basalto Komatiito

Critérios de distinção Rochas ígneas em geral Tendem a ter aspecto massivo Faltam orientações e feições estruturais Fraturas são comuns Efusivas podem exibir Vesículas Bolhas de gás Amígdalas Preenchidas Formato de amêndoas

Série de Bowen

Série de Bowen Basaltos e gabros á ín si o ua s cl S é ri Pl e c ag o n io t ua ín t on c s no es d s ia ne rie ag é m S rro fe is ra ine M Temperatura descrescente Alta temperatura Feldspato K Quartzo Baixa temperatura Andesitos e dioritos Riolitos e granitos

Série de Cristalização em rochas ígneas (Série de Bowen) Olivinas Plagioclásio Ca (anortita) íquido 2 no l Piroxênios Mg Plagioclásio Ca Na Piroxênios Mg Ca Plagioclásio Na Ca baixa temperatura Plagioclásio Na Biotitas çã ú o fracionada do de SiO ê Aumento no conte ncia de cristaliza Tend Anfibólios (albita) Feldspato potássico + Moscovita + Quartzo Solução residual de baixa temperatura

Rochas Rocha Vulcâni ca Rocha Composição Plutônic química a Temperatu Viscosi ra -dade Conteú do em Gases Basalto Gabro 1000 1200o C Baixo Baixo Andesit o Diorito 800 1000o C InterIntermediár mediári io o Riolito Granito 650-800o C Alto 45-55 SiO2 %, altos teores em Fe, Mg, Ca; baixos em K, Na 55-65 SiO2 %, teores intermediário s em Fe, Mg, Ca, Na,SiO K 2 %, 65-75 baixos teores de Fe, Mg, Ca; altos em K, Na Alto

Classificação geral http://www.physicalgeography.net/fundamentals/10e.html

Texturas Ígneas Fenocristal zonado de hornblenda, sob luz polarizada. Largura da imagem 1 mm. Cristal zonado de plagioclásio com geminação Carlsbad. Andesito, Crater Lake, Oregon. Largura da imagem 0.3 mm. John Winter and Prentice Hall.

Consistência dos magmas Formação de magmas Profundidades variáveis no interior da crosta Alguns podem se formar no manto Material fundido é menos denso que rocha hospedeira Magma é obrigado a subir rumo à superfície lava Mobilidade Composição química Grau de cristalinidade Proporção relativa de minerais já cristalizados Teor de voláteis dissolvidos

Viscosidade de magmas Viscosidade Resistência ao fluxo (contrário de fluidez) Magmas com altos teores de SiO2 Viscosidade maior que magmas com baixos teores de SiO2 Magmas com baixas temperaturas Viscosidade maior que magmas de altas temperaturas

Stromboli: delta de lava Stromboli: 3 a 11 março 2007 Crescimento de delta de lava http://www.swisseduc.ch/stromboli/volcano/sciara0203/delta growth 2007 en.html

Acidentes associados a vulcões Tipos de edifícios vulcânicos Em escudo Magmas básicos Compostos Em cone de escórias Em domo Magmas ácidos Caldeiras Colapso do cume Tipos de atividade eruptiva Explosivas Fatores Alta viscosidade Alta fragmentação Presença de voláteis Presença de água Não-Explosivas Um vulcão pode exibir, com o tempo, diferentes tipos de erupção

Erupções não-explosivas Erupções não-explosivas favorecidas por: Baixo conteúdo em gases e Magmas de baixa viscosidade Basálticos a andesíticos Superfície da Terra Início: forma-se um respiradouro Magma pode entrar em erupção explosiva ou não-explosiva Gases dissolvidos liberados Fontes de fogo Produzem fluxos de lava na superfície» Produzem pillow lavas embaixo d água

Erupções explosivas Erupções explosivas favorecidas por Magmas de alta viscosidade Andesíticos a riolíticos Alto conteúdo em gases Expansão de bolhas de gás Aumenta pressão interna Bolhas explodem Quebram e fragmentam o magma Piroclastos (literalmente: fragmentos de fogo) e tefra (cinza inconsolidada)

Piroclastos Alta viscosidade Materiais piroclásticos Bomba vulcânica diâmetro > 64 mm Lapilli fragmentos com diâmetros de 2 a 64 mm Tufo poeira consolidada Partículas < 2 mm Conversão de tefra para tufo envolve compactação e/ou cimentação Rochas piroclásticas são difíceis de classificar: São magmáticas quando sobem e... Sedimentares quando descem C.K. Wenthworth

Fluxos piroclásticos Nuvens de gás e tephra elevam-se na atmosfera Coluna pode atingir até 45 km de altura na atmosfera Tephra acumulada pode ser removida por chuvas Lahares são os fluxos de lama resultantes

Acidentes causados por vulcanismo Um vulcão pode mudar padrão ao longo do tempo Melhor distinguir as atividades do que tipos de erupções Vulcanismo explosivo Erupção Pliniana: Vesúvio, 79 DC Nuvens de cinzas e lapilli deslocaram-se a grande velocidade Erupção Stromboliana Derrames associados a piroclastos Erupção Vulcaniana: Nevado del Ruiz, novembro 1983 Área muito chuvosa, o deslocamento de grandes volumes de lahares (cinzas inconsolidadas) destruiu a cidade de Armero

Stromboli: delta de lava Stromboli: 3 a 11 março 2007 Crescimento de delta de lava http://www.swisseduc.ch/stromboli/volcano/sciara0203/delta growth 2007 en.html

Corpos intrusivos Discordantes Cortam as rochas pré-existentes Os batólitos são corpos expostos em áreas maiores que 100 km2, muitas vezes amalgamados com intrusões menores Os stocks são corpos menores que 100 km2 Os diques são corpos verticais ou subverticais Magma preenche fraturas e forma o dique Concordantes São paralelos às rochas pré-existentes Os lacólitos são corpos em forma de domo que penetram entre camadas de rochas sedimentares Nos sills, o magma penetra segundo a

Batólitos, sills, diques e lacólitos

Erosão e mapas de corpos ígneos

Corpos ígneos e metamorfismo Superfície original o 100 C 200 300 400 500 Superfície atual de erosão rita Clo tita Bio ita luz ita da an An lim Sil

Bibliografia básica Anguita Virella F., Moreno Serrano, F. 1991. Processos geológicos internos. Madrid: Rueda. 232p. Motoki A., Sichel S. 2006. Avaliação de aspectos texturais e estruturais de corpos vulcânicos e subvulcânicos e sua relação com o ambiente de cristalização, com base em exemplos do Brasil, Argentina e Chile. Ouro Preto, REM Revista da Escola de Minas, 59(1):13-23. Philpotts A. R. 1990. Principles of igneous and metamorphic petrology. Englewood Cliffs: Prentice Hall. 549p. Teixeira W., Toledo M.C.M.de, Fairchild T.R., Taioli F. 2000. Decifrando a Terra. São Paulo: Oficina de Textos. 568p. (Caps. 16 e 17).

Bibliografia web http://pubs.usgs.gov/publications/text/index.html http://quake.wr.usgs.gov/recenteqs/latestfault.htm http://www.uwsp.edu/geo/faculty/ritter/geog101/textbook/ earth_materials_structure/igneous_rocks.html http://www.geo.ua.edu/intro03/ignis.html http://www.learner.org/resources/series78.html http://volcano.und.nodak.edu/vw.html http://www.cartage.org.lb/en/themes/sciences/earthscienc e/geology/rocksandminerals/igneousrocks/igneousrock s.htm http://www.uoguelph.ca/geology/2110pdf_f04/igneousiii_6.pdf http://volcano.und.edu/vwdocs/site_index.html