Rochas metamórficas

Mineralogia das rochas metamórficas

Os minerais que constituem as rochas são mais estáveis em ambientes semelhantes àqueles que estiveram presentes durante a sua formação. Quando essas condições se alteram, os minerais podem experimentar transformações.
Os minerais podem ser transformados originando diferentes texturas e/ou associações, devido a novos arranjos de partículas, ocorrendo desta forma a recristalização.

Alguns minerais são mesmo específicos de ambientes metamórficos e podem caracterizar as condições presentes num determinado contexto metamórfico. De entre esses minerais podemos citar a clorite, a estaurolite, a silimanite, a granada, a cianite, a andaluzite e o epídoto.
A presença de minerais permite inferir das condições de pressão e temperatura em que decorrem os processos metamórficos. Os minerais que permitem caracterizar essas condições são designados minerais-índice.

Tendo em conta ainda as condições de pressão e temperatura que estiveram presentes na formação de uma dada rocha metamórfica, pode considerar-se o metamorfismo de baixo, médio e alto grau.
Fig. 1 - Imagem com os tipos de rocha e os minerais: a ardósia é uma rocha de baixo grau; o filito é uma rocha de transição entre o baixo grau e o médio grau; o micaxisto (não representado) é uma rocha de baixo grau; o ganisse é uma rocha de alto grau.

Metamorfismo (factores)

Qualquer rocha, quando deslocada para regiões mais profundas pode sofrer alterações ao nível da sua estrutura e da sua composição mineralógica, sem que ocorra fusão. Este processo designa-se de metamorfismo e ocorre em zonas com características distintas que caracterizam o ambiente metamórfico. As rochas provenientes deste processo designam-se então de rochas metamórficas.

Fig. 1 - Ciclo das rochas.

Factores de metamorfismo

Tensão

Quando se aplica uma força numa determinada área diz-se que o material está a sofrer um estado de tensão.
Podem então considerar-se dois tipos de tensão que as rochas estão sujeitas no interior da Terra:

Tensões litostáticas - esta tensão resulta da tensão exercida pelo peso da massa rochosa suprajacente; é exercida de igual modo em todas as direcções, para profundidades de 3 km; origina a diminuição do volume dos materiais rochosos, consequentemente aumenta a sua densidade.

Tensões não litostáticas - este tipo de tensão resulta das forças tectónicas (compressivas, distensivas, cisalhamento); produzem uma orientação preferencial dos minerais, que ficam alinhados perpendicularmente à direcção da força.

Calor

À medida que se vão afundando, as rochas vão sofrendo a influência do calor interno da Terra. Calor esse que afecta a mineralogia e a textura de uma rocha, de um modo significativo. O facto da temperatura aumentar quando a profundidade aumenta não é suficiente para que as rochas se fundam, no entanto são provocadas alterações nos seus minerais constituintes. Estabelecem-se então novas ligações atómicas, surgem novas redes cristalinas, ou seja, novos minerais. A este processo dá-se o nome de recristalização.

Outra fonte de calor importante nos processos metamórficos é as intrusões magmáticas. Quando o magma se instala nas rochas suprajacentes, sobreaquece-las originando um processo metamórfico.

No entanto, se as rochas estiverem sujeitas a temperaturas próximas dos 800ºC, os materiais entram no domínio magmático.


Fluidos

Durante o processo metamórfico as rochas podem estar em contacto com fluidos circulantes como por exemplo água. Estas soluções vão reagir com as rochas provocando a sua alteração ao nível da sua composição química e mineralógica.


Tempo

É também necessário considerar o tempo como um dos factores relevantes para a formação de rochas metamórficas visto que os fenómenos relacionados com o metamorfismo são bastante lentos.

Deformação das rochas - Dobras (continuação)

De maneira a que a descrição das dobras seja mais rigorosa é comum classificá-las tendo em conta a sua orientação no espaço e a idade relativa da sequência de estratos.

Relativamente à posição espacial das dobras estas podem ser:

Antiforma - apresentam uma abertura voltada para baixo;
Sinforma - apresentam uma abertura voltada para cima;
Dobra neutra - abertura orientada lateralmente.

Fig. 1 - Imagem de uma antiforma (abertura virada para baixo) e sinforma (abertura virada para cima).

Fig. 2 - Imagem de uma dobra neutra (abertura virada para o lado).

Quando é possível a identificação da idade das camadas estas podem ser:

Anticlinal - quando o núcleo de uma antiforma é ocupado pelas formações mais antigas;
Sinclinal - quando o núcleo de uma sinforma é constituído pelas camadas mais recentes.

Fig. 3 - Imagem de duas anticlinais e uma sinclinal.

No trabalho dos geólogos é necessário encontrar no espaço determinadas superfícies planares como uma superfície de estratificação, um plano de falha ou um plano axial.

Na definição dum dado plano no espaço é necessário então determinar a sua atitude, ou seja, saber qual a direcção e inclinação:

Direcção - é o ângulo entre a linha N-S e a linha de intersecção do plano dado com o plano horizontal;

Inclinação - é o ângulo definido entre a linha de maior declive da superfície planar considerada com um plano horizontal. O valor deste ângulo varia entre 0º e 90º.

Estruturas geológicas originadas por deformação: dobras e falhas

Em níveis estruturais pouco profundos ocorre uma deformação em regime frágil, onde os materiais experimentam ruptura devido à perda de coesão, originando as falhas. No entanto quando se atingem níveis estruturais profundos, a deformação ocorre em regime dúctil, formando estruturas geológicas como as dobras.


Falhas

As falhas são superfícies de fracturas onde ocorreu um movimento relativo entre dois blocos. Os diferentes elementos geométricos que caracterizam uma falha são:

• Plano de falha – superfície de fractura ao longo da qual ocorreu o movimento dos blocos;
• Rejecto – Distância entre dois pontos que anteriormente à actuação da falha estavam em contacto;
• Tecto – Bloco que se encontra acima do plano de falha (bloco superior);
• Muro – Bloco que se encontra abaixo do plano de falha (bloco inferior);
• Direcção da falha – alinhamento horizontal do plano de falha;
• Inclinação da falha – ângulo definido entre o plano da falha e um plano horizontal.

Fig. 1 - Diferentes elementos que constituem uma falha (faltam alguns elementos na imagem, como: a inclinação da falha, direcção da falha e o rejecto) - (imagem extraída de: CienTIC).

De acordo com o movimento relativo entre os dois blocos da falha (tecto e muro), existem três tipos de falhas:

Falha normal – Tecto desloca-se para baixo relativamente ao muro (ângulo obtuso entre o plano de falha e o plano horizontal). Resultam de tensões distensivas, como as que existem em zonas divergentes de placas.

Falha inversa – Tecto desloca-se para cima relativamente ao muro (ângulo agudo entre o plano de falha e o horizontal). Resultam da actuação de tensões compressivas, nomeadamente em zonas convergentes de placas.

Falha de desligamento – São falhas resultantes da acção de tensões cisalhantes. O movimento pode ser lateral direito ou lateral esquerdo e paralelo à direcção do plano de falha. Ocorrem frequentemente em limites conservativos de placas.

Fig. 2 - Tipos de falhas que se podem encontrar em estruturas geológicas (imagem extraída de: CienTIC).

As falhas normais e as falhas inversas ocorrem quando o deslocamento dos blocos se dá ao longo da inclinação do plano de falha enquanto que as falhas de desligamento ocorrem quando o movimento é ao longo da direcção do plano de falha.

Dobras

As dobras correspondem a alterações da forma e da dimensão dos blocos rochosos que manifestam um comportamento dúctil face às forças a que estão sujeitos. Tal como nas falhas é possível identificar nas dobras elementos que permitem a sua caracterização:

• Zona de charneira – Zona que contém os pontos de máxima curvatura da superfície dobrada;
• Flancos – Região plana da dobra situada de um e do outro lado da zona de charneira;
• Eixo da dobra – Linha imaginária de separação dos flancos da dobra; na prática corresponde à linha imaginária que está na intersecção dos dois flancos da dobra.
• Plano axial - Superfície imaginária que contém as linhas de charneira de todas as superfícies dobradas; muitas vezes podem ser um plano de simetria da dobra;
• Perfil da dobra - Secção perpendicular ao eixo da dobra.

Fig. 3 - Estruturas que constituem uma dobra (na imagem não está referido o perfil da dobra, que como se sabe, é uma plano imaginário perpendicular ao eixo da dobra) - (imagem extraída de: CienTIC).

Deformação das rochas

As rochas são consideradas como um exemplo de estabilidade e solidez, no entanto, os processos a que estas se encontram sujeitas podem provocar alterações significativas nos materiais geológicos.
Há milhões de anos, que a energia proveniente do interior da Terra provoca a deformação da litosfera. Processo esse que tem sido responsável pela formação das cadeias montanhosas.
A dinâmica da própria litosfera origina forças tectónicas que tendem a deformar os materiais rochosos. Esta deformação pode traduzir-se pelo aparecimento de falhas e dobras nas estruturas geológicas.


As rochas que integram a litosfera, encontram-se sujeitas a forças de tensão. Tensão esta que é considerada a força exercida por unidade de área. Se a mesma força for aplicada em duas superfícies distintas, cada uma delas com diferentes áreas, a tensão aplicada será maior quando a área considerada for menor (vice-versa).
Um estado de tensão pode expressar-se segundo duas componentes, por tensão normal e por tensão cisalhante (tensão de corte). As tensões normais podem ser consideradas compressivas (limites convergentes) ou distensivas (limites divergentes).

Fig. 1 - Diferentes tipos de tensões existentes (imagem extraída de: CienTIC).

A deformação pode corresponder a alterações no volume ou a alterações de forma, ou a ambos, simultaneamente. Para cada tipo de tensão ocorre um tipo de deformação. Existem então diferentes tipos de estados de tensão:

- Estado de tensão compressivo – origina falhas compressivas ou inversas, e dobras;

- Estado de tensão distensivo – origina falhas normais ou extensivas, e estiras;

- Estado de tensão cisalhante - origina falhas de cisalhamento.

Fig. 2 - Estruturas tectónicas originadas pela actuação de diferentes tipos de tensões (imagem extraída de: CienTIC).

Comportamento mecânico das rochas

O resultado da deformação de estruturas geológicas, depende de características estruturais das rochas como a pressão e a temperatura a que estão sujeitas.
O comportamento dos materiais quando sujeitos a estados de tensão pode ser elástico ou plástico.

Comportamento elástico – a deformação é reversível e proporcional ao estado de tensão aplicado. Quando a tesão é cessada, o material recupera a forma inicial.

Comportamento plástico – acima do limite de elasticidade (ponto de cedência), a alteração de forma ou de volume dos materiais mantém-se de modo permanente, ou seja, a deformação é irreversível, o material não volta ao seu estado inicial mesmo que cesse a actuação da tensão. Nestes casos, devido à actuação contínua da tensão, as rochas atingem o limite de resistência máxima (limite de plasticidade), entrando em ruptura.

Resumindo, a resposta dos materiais geológicos desde a superfície até profundidades entre os 15 km e os 20 km, traduz-se num comportamento elástico, seguido de ruptura. Diz-se, neste caso, que a deformação ocorre em regime frágil. Nestas circunstâncias, a deformação pode originar falhas.
A profundidades mais elevadas e sob a acção de grandes tensões, as rochas entram, normalmente, em ruptura mais facilmente – comportamento elástico. Neste caso, a deformação diz-se que ocorre em regime dúctil. Nestes casos, tendem-se a formar dobras como resultado das forças de tensão aplicadas.

Fig. 3 - Comportamentos dos materiais geológicos quando sujeitos a diferentes tipos estados de tensão (imagem extraída de: CienTIC).

Diferentes factores, como a temperatura, tensão (tensões litostáticas e não litostáticas), pressão, composição química e mineralógica e o teor em água, variam com a profundidade, provocando diferentes condições que afectam o comportamento dos materiais geológicos.