CAPÍTULO 3 ROCHAS 1) DEFINIÇÃO Rochas são agregados de uma ou mais espécies de minerais e constituem unidades mais ou menos definidas da crosta terrestre. Mineral é toda substância inorgânica natural, de composição química e estruturas definidas. Quando um mineral adquire formas geométricas próprias, que correspondam à sua estrutura atômica, passa a ser chamado de cristal. Quando os agregados de minerais são formados por um só tipo de mineral, diz-se que a rocha é simples. Os quartzitos são constituídos somente de quartzo (SiO 2 ) e os mármores, que são rochas usualmente formadas só de cristais de calcita (CaCO 3 ) são exemplos de rochas simples. Quando a rocha é constituída por mais de uma espécie mineral é chamada de rocha composta. Exemplos de rocha composta são os granitos, constituídos de quartzo, feldspato (ortoclásio ou albita) e micas, e os diabásios, formados por feldspato, piroxênio e magnetita. 2) CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS As rochas que ocorrem tanto na superfície da Terra, como no seu subsolo são divididas, em função de sua gênese, em três tipos distintos: a) Rochas Magmáticas ou Ígneas, são aquelas formadas a partir do resfriamento e consolidação do magma, que é um material em estado de fusão no interior da Terra. Por este motivo as rochas magmáticas são também chamadas endógenas. b) Rochas Sedimentares, aquelas formadas por materiais derivados da decomposição e desintegração de qualquer rocha. Estes materiais são transportados, depositados e acumulados nas regiões de topografia mais baixa, 1
como bacias, vales e depressões. Posteriormente, pelo peso das camadas superiores ou pela ação cimentante da água subterrânea, consolidam-se, formando uma rocha sedimentar. As rochas sedimentares são também chamadas de exógenas, por se formarem na superfície da Terra.; estratificadas por apresentarem normalmente camadas. c) Rochas Metamórficas, aquelas originadas pela ação da pressão, da temperatura e de soluções químicas em outra rocha qualquer. Através daqueles fatores, as rochas podem sofrer dois tipos de alterações básicas: primeira, na sua estrutura, principalmente pela ação da pressão, que irá orientar os minerais ou pela ação da temperatura que irá recristalizá-los; segunda, na sua composição mineralógica pela ação conjunta daqueles dois fatores, e de soluções químicas. O mapa geológico a seguir mostra esquematicamente a distribuição, no Brasil, dos três tipos de rochas descritos. 3) ROCHAS MAGMÁTICAS O magma é o material em fusão existente no interior da Terra e é constituído por uma mistura complexa de silicatos, óxidos, fosfatos e titanatos líquidos que, por solidificação, formam as rochas. Água pode ocorrer na proporção de 5 a 6%. O magma é, então, a rocha no estado de fusão. Lava é o nome que se dá ao magma que atinge a superfície da Terra. A saída do magma se faz através de vulcões. As rochas magmáticas podem ocorrer na Crosta de duas maneiras diferentes, ou seja, segundo se formem na superfície ou internamente. No primeiro caso, são rochas extrusivas e no segundo, intrusivas ou plutônicas. 3.1) Rochas extrusivas: quando o magma atinge a superfície da Terra esparramando-se, forma-se através de rápido resfriamento um corpo extrusivo de rocha magmática chamado derrame, resultando em uma rocha onde se observam cristais maiores, bem desenvolvidos e formados, imersos numa massa vítrea ou de granulação fina, que foi consolidada rapidamente. São exemplos de derrames os basaltos do sul do Brasil. Derrames, portanto, são corpos magmáticos de 2
forma tabular que cobrem extensas áreas. A forma e as dimensões dos derrames são conseqüência da fluidez do magma. A fluidez, por sua vez, depende da composição química. Magmas pobres de sílica e ricos em ferro e magnésio (pó exemplo, basalto), são geralmente mais móveis e podem, ao se derramar na superfície da Crosta, atingir grandes distâncias a partir do local de extravasamento, conforme mostra a figura a seguir. Os magmas ácidos, ricos em sílica e pobres em ferro e magnésio, são viscosos e por esta razão não formam derrames. Ao contrário, acumulam-se nas 3
proximidades do orifício de extravasamento, constiuindo edifícios ou estruturas vulcânicas. 3.2) Rochas intrusivas ou plutônicas: quando o magma não consegue romper as camadas superiores da Crosta, sua consolidação ocorre internamente, formando as rochas intrusivas. As rochas intrusivas, consolidadas no interior da crosta, possuem formas que dependem da estrutura geológica e da natureza das rochas que elas penetram. Se o magma, ao penetrar uma rocha pré-existente, se orienta segundo seus planos de estratificação ou xistosidade, produzirá uma forma dita concordante. Por outro lado, se o magma atravessar determinada rocha, seguindo direções ou planos que não correspondem aos da estratificação ou xistosidade, produzirá uma forma denominada discordante ou transgressiva. Formas concordantes ou discordantes só podem ser distinguidas uma das outras, quando as intrusões se deram em rochas de estrutura estratificada, mais ou menos horizontais. O resfriamento destas rochas ocorre de forma lenta, dando possibilidade dos cristais desenvolverem-se sucessivamente, formando uma rocha com minerais de tamanhos aproximadamente iguais. Quando ocorre um resfriamento rápido, não brusco, devido à proximidade da Crosta, a rocha tem cristais de tamanho absoluto menor que as anteriores, dando uma granulação final mais fina (são chamadas, neste caso, de rochas hipoabissais). As formas intrusivas mais comuns nas formações brasileiras são: 4
a) Sills São camadas de rochas de forma tabular, relativamente pouco espessas, provenientes da consolidação de um magma que penetrou as camadas da rocha encaixante, em posição aproximadamente horizontal. Possuem superfícies paralelas, com espessuras variando de alguns centímetros a muitas centenas de metros e dependem da força com que o magma é injetado, do grau de fluidez, da temperatura e do peso que o magma pode levantar, conforme mostra a figura a seguir. b) Diques: São formas mais ou menos tabulares, normalmente verticais, que cortam angularmente as rochas invadidas, como mostra a figura abaixo. A espessura dos diques varia de poucos centímetros de espessura até centenas de metros. O comprimento de tais estruturais intrusivas é também variável. Muitas vezes, a rocha que constitui o dique é mais resistente do que a rocha que o encaixa. É por esta razão que nessas regiões, os diques formam saliências na superfície do terreno. Quando a rocha encaixante é mais resistente 5
à erosão do que a rocha do dique, forma-se uma depressão no lugar onde se encontra o dique. Raramente, a rocha encaixante e a rocha do dique apresentam a mesma resistência aos agentes erosivos. É raro, também, para uma mesma região, a existência de um só dique. Normalmente os diques ocorrem em grande número, quase todos paralelos a uma mesma direção ou distribuídos radialmente. Essa distribuição regular é sempre conseqüência da estrutura geológica invadida pelo material magmático. c) Batólitos: São grandes massas magmáticas consolidadas internamente, de constituição granítica. Quando expostas pela erosão, abrangem grandes áreas. As formas de ocorrência das rochas magmáticas podem aparecer em separado ou em conjunto. A Figura a seguir mostra um conjunto das ocorrências magmáticas. A classificação dos tipos mais comuns das rochas magmáticas é: a) Porcentagem de Sílica: - rochas ácidas: teores de sílica superiores a 65 %; - rochas intermediárias: teores de sílica entre 65 % e 52 %; - rochas básicas: teores de sílica inferiores a 52 %. 6
b) Cor de minerais: - Leucocráticas: possuem menos de 30 % de minerais escuros; - Mesocráticas: possuem entre 30 e 60 % de minerais escuros; - Melanocráticas: possuem acima de 60 % de minerais escuros. c) Granulação: - grossa: minerais têm uns tamanhos médios acima de 5 mm e formados a grandes profundidades; - média : o tamanho médio dos minerais varia entre 1 mm a 5 mm e correspondem às rochas formadas a profundidades médias; - fina: os minerais se apresentam com dimensões médias inferiores a 1 mm e chegam a formar uma massa fina onde não é possível se distinguirem os minerais, e que corresponde às rochas formadas na superfície da Terra. Para a classificação das rochas magmáticas mais comuns em geologia de engenharia, agruparemos em 3 itens práticos: 1. Rochas graníticas ou ácidas Granulação Modo de Ocorrência Cor mais comum Pegmatito Granito Granodiorito Aplito Muito grossa Diques clara Grossa a média Grandes massas Tons de cinza-róseo Média a fina Massa e diques cinza Fina Diques Cinza-clara a rósea 2. Rochas básicas Gabro Diabásio Basalto maciço Basalto vesicular Granulação Grossa Média a fina Fina Fina, com cavidades Modo de Massas de Diques Derrames Derrames Ocorrência rochas e diques Cor mais comum Preta-cinzaesverdeada Preta Preta-cinza esverdeada marrom 7
3. Rochas intermediárias ou alcalinas Nefelina-Sienito Tinguaíto, Fonólito Granulação Média a grossa Fina a média, com cristais maiores Modo de Ocorrência Intrusões Intrusões Cor mais comum Tons de cinza Verde-escura preta Em termos práticos, podemos dizer que: a) no grupo 1, o granito é a base. O pegmatito seria um granito com granulação super grosseira e o aplito, o outro extremo, de granulação finíssima. b) No grupo 2, o diabásio seria a base, sendo o gabro um diabásio de granulação grossa e o basalto maciço um diabásio de granulação finíssima. Foge ao grupo a variação do basalto vesicular, por ter uma estrutura própria e com cavidades. c) No grupo 3 as rochas possuem ocorrência menos comum, sendo a base o sienito e o extremo em granulação fina, o tinguaíto ou fonólito. 4) ROCHAS SEDIMENTARES Essas rochas se formaram tanto pela atividade mecânica quanto química dos agentes do intemperismo, sobre rochas pré-existentes. São o acúmulo do produto da decomposição e desintegração de todas as rochas presentes na Crosta da Terra. Esses produtos normalmente são transportados pelo vento ou pela água e depositados em regiões mais baixas, nos continentes ou no fundo dos mares. Portanto, para que haja condições necessárias para a formação de uma rocha sedimentar são necessários: a) presença de rochas que deverão era a fonte dos materiais; b) presença de agentes móveis ou imóveis (vento, água, variação de temperatura, etc.) que desagreguem ou desintegrem aquelas rochas; c) presença do agente transportador dos sedimentos recém-formados (água, vento, etc.); 8
d) deposição desse material em uma bacia de acumulação, continental ou marinha; e) consolidação desses sedimentos através do peso das próprias camadas superiores e/ou por meio de soluções cimentantes (carbonatos, óxidos, etc.). Um exemplo típico é dado pelas argilas que, sob a influência de grandes pesos se transformam em folhelhos, às vezes de dureza apreciável. a) Intemperismo Define-se intemperismo como sendo o conjunto de processos que ocasiona a desintegração e a decomposição das rochas e dos minerais, por ação de agentes atmosféricos e biológicos. A maior importância geológica do intemperismo está na destruição das rochas, mesmo as mais resistentes, com a conseqüente produção de outros materiais, que irão constituir os solos, os sedimentos e as rochas sedimentares. O intemperismo difere da erosão, por ser um fenômeno de alteração das rochas, executado por agentes essencialmente imóveis, enquanto a erosão é a remoção e transporte dos materiais por meio de agentes móveis (água, vento, etc.). Os agentes do intemperismo podem ser reunidos em dois grupos principais: i) Físicos ou mecânicos, pelos quais os materiais são desagregados, 9
principalmente por ação de variação de temperatura, congelamento da água, cristalização de sais e ação física dos vegetais. ii) Químicos, pelos quais os materiais são decompostos por ação de hidrólise, hidratação, oxidação, carbonatação e ação química dos organismos e dos materiais orgânicos. Os agentes que influenciam no intemperismo podem trabalhar simultaneamente e a ação de um ou outro depende de diversos fatores como o clima, topografia, tipo de rocha, vegetação, etc. O clima influi de diversas maneiras, sendo que em regiões áridas, predominam-se os agentes físicos em relação aos químicos, acontecendo o inverso em regiões úmidas. A topografia influi quando em declives acentuados, a camada que protege a rocha é constantemente removido por enxurradas por pelo efeito da gravidade. O tipo de rocha influi devido as diferentes resistências das mesmas ao ataque físico e químico. E a vegetação pode fixar o solo com suas raízes e retardar sua remoção, impedindo o avanço da decomposição. O intemperismo físico age, como foi visto, pelos seguintes ações: i) temperatura: em regiões áridas, a absorção do calor faz com que as rochas chega a alcançar 60 o 70 o C enquanto a temperatura ambiente está entre 35 o a 40 o C. À noite, a temperatura cai e a rocha sofre repetidas expansões e contrações ao longo do tempo, fraturando-a e, conseqüentemente, desintegrando-a. ii) congelamento da água: ao congelar-se, a água aumenta de volume de 10%, exercendo uma certa pressão. Assim, fendas e aberturas que estiverem preenchidas com água, esta, ao congelar, forçará as paredes, aumentando as tensões internas, podendo romper ou aumentar as fraturas existentes. iii) cristalização dos sais: certas águas circulantes contêm sais dissolvidos, que podem se infiltrar nas rochas. Com a evaporação, os sais se precipitam, cristalizando-se e exercendo uma certa pressão que pode desagregar as rochas. iv) ação física dos vegetais: muitas rochas podem se desintegrar pelo crescimento de raízes ao longo de suas fraturas. 10
Em relação ao intemperismo químico, a água que penetra nas rochas, sempre carrega consigo gases e, às vezes, nitratos e nitritos, que podem iniciar um ataque às rochas, através de processos como a hidrólise, hidratação, oxidação, etc., descritos resumidamente a seguir: i) hidrólise: os minerais são dotados de finíssimos capilares e quando a água penetra e combina com os íons do mineral, há a formação de novas substâncias. Exemplo são os feldspatos que são relativamente pouco estáveis e sofrem com facilidade a ação deste ataque; ii) hidratação: certos minerais podem adicionar moléculas de água à sua composição, formando novos compostos. Um exemplo é a hematita (Fe 2 O 3 ) que hidratando-se, forma a limonita (Fe 2 O 3.nH 2 O). Como conseqüência, os minerais têm seus volumes aumentados, tensionando-se mutuamente, causando a desintegração das rochas; iii) oxidação: alguns minerais se decompõem facilmente pela ação oxidante do O 2 e do CO 2 dissolvidos na água, dando hidratos, óxidos, carbonatos, etc. Um exemplo é a pirita (FeS 2 ) que, quando é oxidada, o Fe ++ passa a Fe +++, que hidrata com relativa facilidade formando a limonita e liberando enxofre que se combina com a água, produzindo uma solução fraca de ácido sulfúrico. iv) carbonatação: é a decomposição da rocha devido ao CO 2 dissolvido na água, formando uma pequena quantidade de ácido carbônico. O calcário é mais facilmente lixiviado se o CO 2 está presente na água. Juntos (H 2 O e CO 2 ) formam H 2 CO 3 que, agindo na calcita (CaCO 3 ) resultando no bicarbonato de cálcio (Ca(HCO 3 ) 2 que é solúvel e é transportado em solução. v) decomposição químico-biológica, devido a alguns ácidos devido a decomposição microbiana, como o húmus, que se transforma em ácido húmico. A decomposição de uma rocha está mostrada na figura a seguir, onde foi feito um corte de 7 m de profundidade. O solo residual A é o máximo da decomposição da rocha D, que passou pelos estágios C e B. 11
A decomposição de um granito, rocha composta de quartzo, feldspato e micas e tendo acessórios o zircão está mostrado na tabela a seguir, mostrando as conseqüências do intemperismo atuando nesta rocha. Mineral Composição Alteração Produto Quartzo SiO 2 Não se Grãos de areia decompõe Feldspato Silicato de Al e K É solúvel Argila e material solúvel Muscovita Silicato de Al+K+H 2 O Não se Placas de mica decompõe Biotita Silicato de Al+Fe+K+Mg+H 2 O É solúvel Argila e material solúvel Zircão Silicatos de Zr Não se decompõe nem se altera Cristais de zircão b) Classificação: i) Rochas de origem mecânica: originadas pelo transporte através da ação da gravidade, vento, água e gelo, com conseqüente deposição. Podem ser subdivididas em rochas grosseiras (partículas com diâmetro superior a 2 mm, como os conglomerados e brechas), rochas arenosas (com fragmentos com diâmetros entre 0,01 mm e 2 mm, como os arenitos e siltitos) e as rochas argilosas (com partículas de diâmetro inferiores a 0,01 mm, como os argilitos e os folhelhos). ii) Rochas de origem química: se formaram através da precipitação de soluções químicas e podem ser sub-divididas em rochas calcáreas (mármores 12
estalactites, dolomitos), rochas ferruginosas (minérios de ferro estratificados na Inglaterra), silicosas (sílex) e as rochas salinas (cloretos, sulfatos, boratos, etc.) iii) Rochas de origem orgânica: se formaram pelo acúmulo de matéria orgânica como as calcárias (conchas) e carbonosas (turfas) 5) ROCHAS METAMÓRFICAS Metamorfismo são as 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. Podem ser puramente mecânicas, resultando em uma deformação nos minerais, mudando sua estrutura e textura ou de natureza química, recristalizando os minerais. Um exemplo são os calcários, que são convertidos em mármores, sem que sua composição química tenha sido substancialmente modificada. Neste caso, houve apenas uma mudança estrutural da rocha, através de sua dureza e da orientação de seus minerais. Os agentes do metamorfismo são: i) Aumento da temperatura: pela aproximação e contato com a massa do magma. É o chamado metamorfismo termal. ii) Aumento de pressão: seguido de deslocamentos. A rocha é fragmentada e posteriormente cimentada. É o metamorfismo cataclástico. iii) Atividade química: de soluções aquosas e gases que circulam nos espaços existentes nas rochas. iv) Tempo: É o fator mais importante em geologia. Ensaios em laboratório mostram que uma rocha comprimida durante alguns momentos são sofre modificações notáveis, mas se comprimida durante vários anos, ela se transforma completamente. Dentre os agentes descritos, a temperatura é a principal condição pela associações mineralógicas encontradas nas rochas metamórficas. 13
a) Tipos de Metamorfismo Os tipos mais comuns de metamorfismos são os seguintes: i) Metamorfismo de temperatura predominante. É o chamado metamorfismo termal, onde o fator dominante é o calor. O calor cedido pela rocha magmática intrusiva aumenta a mobilidade da rocha encaixante, favorecendo o aparecimento de minerais novos e de fenômenos de recristalização. ii) Metamorfismo de pressão dirigida predominante. Quando temos pressão não uniforme associada ao aumento de temperatura. As rochas sofrem esforços dirigidos, tornando-se fraturadas adquirindo estruturas e texturas próprias. iii) Metamorfismo de pressão e temperatura predominantes. A ação conjunta da pressão e temperatura faz com que tenhamos recristalização e o aparecimento de novas estruturas. Aparece principalmente em regiões de dobramentos da Crosta terrestre, com a conseqüente formação de montanhas. iv) Metamorfismo plutônico em geral. Quando temos temperatura elevada em grande pressão uniforme. Em geral as rochas não apresentam estruturas paralelas e sim, granulares. A recristalização é total e as rochas produzidas são bem características, como os gnaisses granulíticos. b) Minerais Metamórficos. As transformações minerais que ocorrem nos processos metamórficos dependem da composição da rocha original e da natureza ou tipo de metamorfismo a que foi submetida. Sob o ponto de vista da composição inicial temos as seguintes rochas: i) Rochas argilosas sendo seus constituintes os produtos mais finos do intemperismo, como as ardósias; ii) Rochas arenosas, ígneas ácidas e tufos; xistos ácidos e gnaisses, constituídas principalmente de quartzo e feldspatos, que são minerais estáveis em condições mais acentuadas de temperatura e pressão; 14
iii) Calcários e outras rochas carbonatadas, constituídas de carbonato de cálcio puro, sofrendo recristalização, como os mármores; iv) Rochas ígneas intermediárias, básicas e seus tufos., cujo maior exemplo são os basaltos. 15