Processos e materiais geológicos importantes em ambientes terrestres

Os minerais são corpos sólidos em que as partículas elementares (átomos ou iões) se dispõem de forma ordenada e regular , formando redes tridimensionais. Possuem estrutura cristalina, amorfa ou vítrea.

Aos minerais com a mesma estrutura cristalina, as mesmas formas externas, mas com composição química diferente, dá o nome de minerias amorfos.

Factores que condicionam a formação de minerais 

Rochas: associações de minerais que se formaram em determinadas condições de pressão e de temperatura. Contudo o conceito de rocha pode ser mais abrangente e incluir matéria de origem orgânica na sua composição.

Todas as rochas, mesmo as mais resistentes e firmes acabam por ceder e alterar-se no decorrer dos tempos. Isto ocorre porque as rochas quando expostas à superfície são continuamente alteradas por diversos fenómenos ambientais.

Meteorização – conjunto de fenómenos que leva à alteração das características (primárias) iniciais da rocha por acção de processos físicos e químicos que ocorrem à superfície da Terra. É um processo lento e a duração da vida humana não consegue acompanhar e observar na Natureza este fenómeno.

Erosão – conjunto de processos físicos que permitem remover os materiais resultantes da meteorização. A meteorização ajuda a reduzir a rocha em pequenos pedaços que depois serão erodidos.

A meteorização pode ser física ou química. 

• Quimica: este processo transforma os minerais das rochas em novos produtos químicos. A sua acção é tanto mais intensa e facilitada quanto maior for o estado de desagregação da rocha. Este tipo de meteorização é mais frequente em regiões quentes e húmidas, nas quais a temperatura tem um papel importante na velocidade e dinâmica das reacções químicas que se efectuam
• Física ou Mecânica: inclui os diversos processos que fragmentam a rocha, em pedaços cada vez mais pequenos sem que acha transformações químicas, ou seja alterações na sua composição.

Acção da água

A água constitui o mais importante factor de alteração das rochas, a alternância de períodos secos com períodos de elevada humidade resultantes da variação cíclica dos teores de água nas rochas originam aumentos e retracções gerando tensões que conduzem à fracturação e desagregação do material rochoso. A acção da água da chuva sobre as rochas também contribui para a meteorização.

• Crioclastia – acção do gelo. Quando a temperatura diminui a água que existe nas fracturas das rochas congela, aumentado     de volume. Ao aumentar de volume aumenta a pressão que exerce sob a rocha fazendo com que a fissura aumente e     podendo provocar a desagregação da rocha.

Acção biológica  - a plantação de sementes nas fracturas das rochas porosas e com fraca resistência estrutural pode contribuir para a desagregação das mesmas. O crescimento das raízes é responsável pelo alargamento das fendas pré-existentes com a consequente separação dos blocos rochosos.

Termoclastia - acção da temperatura. Os corpos sofrem variações no seu volume provocadas por variações de temperatura. As rochas são constituídas por minerais diferentes que se comportam de modo diferenciado quando expostos a variações de temperaturas.

Haloclastia – crescimento de minerais. A água que existe nas fissuras contém sais dissolvidos que podem precipitar e iniciar o seu crescimento exercendo, assim, uma força expansiva, que contribui para uma maior desagregação das rochas.

Alívio da pressão - a redução da pressão sobre uma massa rochosa pode originar a sua expansão e posterior fragmentação. As rochas, quando situadas em profundidade estão sujeitas a uma enorme pressão, quando são aliviadas do peso das rochas superiores expandem, fracturam e formam diáclases.

Diferenciação magmática

Magma é uma substância líquida constituída por uma mistura de rochas num estado de fusão com percentagens variáveis de gases. Ocorre a temperaturas muito elevadas (800/1500ºC). Os magmas podem possuir substâncias sólidas. A sua presença é explicada pelas diferentes temperaturas de fusão dos diferentes materiais, ou seja estes materiais possuem temperaturas de fusão mais elevadas do que aquela em que se encontra o magma. Estes são gerados em locais de forte actividade tectónica como por exemplo nos limites de placas convergentes e divergentes e também em zonas de altas temperaturas. 

Composição e classificação dos magmas

Os magmas são constituídos por:

A quantidade de sílica é um parâmetro importante na classificação dos magmas, assim temos os magmas:

• Basálticos, pobres em sílica e com um ponto de fusão alto. Formam nas zonas de rifte.
• Andesíticos, de composição intermédio e com um ponto de fusão intermédio. Formam-se nos limites convergentes de placas (zonas de subducção).
• Rioliticos, ricos em sílica com um ponto de fusão baixo. Formam-se nos limites convergentes.

Cristalização e diferenciação dos magmas

À medida que os magmas vão arrefecendo no interior das câmaras magmáticas, ocorre a cristalização de minerais. Uma vez que os materiais cristalizados deixam de fazer parte do magma, formam-se fracções magmáticas com composição diferente do magma inicial. Este processo, de diferenciação magmática, permite que a partir de um só magma se formem diferentes tipos de rochas.

Quando o arrefecimento ocorre à superfície há uma diferença muito brusca da temperatura e da pressão, como consequência os cristais gerados são pouco desenvolvidos. Quando o arrefecimento se dá em profundidade, num processo lento e gradual, ocorre a formação sequencial de minerais, possuindo cada um deles estrutura e composição química bem definidas.

    Cristalização fraccionada - os minerais não cristalizam todos ao mesmo tempo devido às diferenças de temperatura no ponto de fusão. Primeiro cristalizam os de mais alto     ponto de fusão e, só depois, os de mais baixo ponto de fusão, ou seja por ordem decrescente de ponto de fusão.

    Bowen definiu, para um magma sequencial homogéneo e de composição basáltica uma sequência de formação de minerais designada Série ou Sequência Reaccional de Bowen.     Esta série é composta por dois ramos:

                *Ramo da série descontinua ou dos minerais ferro-magnesianos;
                *Ramo da série continua ou série das plagioclases.

A série dos minerais ferromagnesianos é descontínua, pois à medida que a temperatura diminui, os minerais anteriormente formados reagem com o líquido residual, originando um mineral, estável nas novas condições de temperatura, mas com composição química e estrutura interna diferentes [olivinas » piroxenas » anfíbolas » biotite].

Por outro lado, a série das plagioclases é contínua, pois verifica-se que a substituição de iões de dimensão idêntica modifica apenas a composição química não alterando a estrutura interna destes minerais. O primeiro mineral desta série a cristalizar é a anortite (mineral rico em cálcio) e à medida que o magma vai arrefecendo o cálcio vai sendo progressivamente substituído por sódio, aumentando a quantidade de plagioclases. O último mineral desta série a cristalizar é a albite (mineral rico em sódio) [anortite » bitaunite » labradorite » andesite » oligoclase » albite].

Após a cristalização completa dos minerais dos dois ramos da série reaccional de Bowen o resto do magma pode apresentar grandes concentrações de sílica e elementos como o potássio e o alumínio, podendo verificar-se de início a cristalização de minerais de feldspato potássico, seguida de moscovite e, por fim, de quartzo.

 Pela análise da série de Bowen podemos ainda compreender:

 *Quais os minerais que estão associados às diferentes rochas magmáticas;

 *Que associação, numa mesma rocha, de olivina e de quartzo é altamente improvável, ou, pelo menos, a sua ocorrência simultânea e muito limitada;

 *Que os minerais formados a altas temperaturas são menos estáveis quando submetidos às condições de meteorização que ocorrem na superfície terrestre. As olivinas e as piroxenas alteram-se mais rapidamente, ao contrário do quartzo, que é mais resistente.

À medida que o magma vai arrefecendo outro fenómeno pode ocorrer devido à acção da força da gravidade – diferenciação gravítica – em que os cristais se vão separando do magma residual de acordo com a sua densidade. Estes para além de se acumularem de acordo com a sua ordem de formação, tendem a acumular-se também de acordo com a sua densidade. Assim, consoante a densidade dos cristais em relação ao magma residual, estes deslocam-se, respectivamente, para o fundo ou para topo da câmara magmática.

Isomorfismo

Ocorre isomorfismo quando um mineral substitui outro sem existir alteração da estrutura cristalina. É o que ocorre, por exemplo com a olivina, (Fe,Mg)₂SiO₄. Dada a semelhança ente os átomos de ferro e os de magnésio, eles podem substituir-se entre si na estrutura cristalina sem a alterar.

Polimorfismo

Ocorre polimorfismo quando dois minerais têm a mesma composição química mas estrutura cristalina diferente, como é o caso da grafite e do diamante. A sua composição química é idêntica mas a sua organização estrutural varia, o que se reflecte numa característica física – a dureza.

Rochas magmáticas

São classificadas tendo em conta a textura, cor e composição química e mineralógica.

• Textura: aspecto geral microscópico ou macroscópico de uma rocha, resultante das formas, das dimensões, da disposição e do grau de cristalização dos minerais que as constituem.
  
  A textura destas rochas depende da velocidade de arrefecimento do magma que está na sua origem. Ou seja se é um arrefecimento lento (minerais visíveis a olho nu) ou rápido (minerais muito pequenos, por vezes não se chegam a formar minerais adquirindo o aspecto do vidro). Quando é possível distinguir os minerais que constituem uma dada rochas diz-se que apresenta uma textura fanerítica ou granular; pelo contrário, quando não é possível distinguir esses minerais a rocha apresenta uma textura afanítica ou agranular.

• Cor : a cor da rocha está relacionada com a presença de certos minerais. Minerais como os feldspatos potássicos e as micas brancas designam-se minerais félsicos porque são ricos em sílica e alumínio - conferem cor clara à rocha. Mineirais como a biotite, as piroxenas, anfíbolas e olivinas, ricos em magnésio e ferro.
  
  *Rochas leucocratas: de cor clara, são ricas em minerais félsicos,
  *Rochas melanocratas: de cor escura, são ricas em minerais máficos;
  *Rochas mesocratas: têm uma composição e cor intermédia.

*Quando são constituídas apenas por minerais felsicos ou máficos as rochas designam-se hololeucratas ou halomelanocratas.

•     Composição mineralógica (percentagem de sílica - SiO₂): a sílica é o composto predominante das rochas magmáticas; consoante o seu teor em sílica as rochas podem classificar-se:

*Minerais essenciais – minerais cuja presença permite carcaterizar a rocha e determina a sua designação.

*Minerais Acessórios – minerais que não são importantes para designar a rocha e que ocorrem em quantidades diminutas, só visíveis, por vezes, ao microscópio. Podem, no entanto, ser importantes na caracterização e descrição mais aprofundada da rocha.

Em relação ao esquema podemos constatar para cada rocha:

•     A profundidade de formação;
•     A composição mineralógica;
•     A percentagem de sílica;
•     O desenvolvimento dos cristais;
•     A cor.

Exemplos de Rochas magmáticas:

Riolito e granito

Estes dois tipos de rochas formam-se nos limites de placas convergentes devido ao forte atrito que se verifica nas zonas profundas da região. Isto provoca um aumento da temperatura e de pressão e consequentemente a fusão dos materiais que constituem a crosta terrestre. O magma que se forma é rico em sílica.

Basalto e gabro

A maior parte do manto superior é constituída por peridotito, uma rocha homelanocrata, rica em minerais máficos. Quando uma porção de peridotito se descola na astenosfera, com um sentido ascendente, a diminuição de pressão provoca a fusão dos minerais ferromagnesianos, possibilitando assim a formação de um magma de composição basáltico.

Andesito e diorito

Em locais de convergência de uma placa oceânica com uma placa continental, com subducção da placa oceânica o magma proveniente vem da fusão parcial de partes do manto e da crusta sob condições especiais de pressão e temperatura. Estas condições são o resultado de forte fricção. Juntando a isso a água contida nos sedimentos que contribui para a formação de uma região aquosa. O magma tem tendência para adquirir composição química intermédia (andesitico).

Deformação frágil e dúctil

As rochas, quando sujeitas a condições de pressão e temperatura diferentes das da sua génese podem sofrer deformação e metamorfismo. Esta deformação é também considerada uma manifestação do dinamismo interno da Terra que é gerado a partir de tensões que existem no interior da terra.

Tipos de tensões:

*Tensões de compressão estão aliadas a limites convergentes;
  Tensões de distensão derivam de limites divergentes;
  Tensões de cisalhamento estão associadas ao deslizamento de placas.

O dinamismo interno manifesta-se por:

Sempre que se aplica uma determinada tensão o material deforma, mas pode deformar de duas formas:

• Elástica - é reversível, o material deforma mas, quando a tensão cessa recupera a sua forma/volume iniciais e verifica-se quando a força aplicada sobre a rocha não ultrapassou o seu limite de elasticidade. Associada ao comportamento dúctil de um material.
• Plástica - é permanente, o material fica deformado e verifica-se quando a força aplicada sobre a rocha é superior ao seu limite de elasticidade e inferior ao limite de plasticidade - comportamento  frágil.
  

O vidro pode ter um comportamento frágil ou um comportamento dúctil. Quando aquecido torna-se moldável, ou seja tem um comportamento dúctil o que permite a sua utilização na indústria vidreira.

Como vimos uma rocha com comportamento frágil por norma forma falhas quando deforma. Por definição uma falha é uma superfície de fractura, ao longo da qual ocorreu um movimento relativo entre dois blocos que separa.

Elementos caracterizadores de uma falha:

• Plano de falha
• Direcção
• Inclinação
• Rejeito/rejecto
• Tecto
• Muro
   

As falhas podem ser normais, inversas ou desligamentos tendo em conta o movimento do tecto e do muro.

• Falha normal (distensiva) - O tecto desce relativamente ao muro. Forma-se, geralmente um regime de deformação distensivo.
• Falha inversa (compressiva) - O tecto sobe relativamente ao muro. Forma-se em regime de deformação compressivo.
• Falha desligante - Os movimentos dos blocos são horizontais e paralelo à direcção do plano de falha.

Por sua vez as rochas com comportamento dúctil podem sofrer dobramento. Uma dobra consiste no encurvamento de uma superfície originalmente plana.

 Elementos que caracterizam a dobra:
 

• Charneira
• Flanco
• Superfície ou plano axial
• Eixo de dobra

 Relativamente à concavidade da dobra podemos dizer que a dobra é:

• Sinforma (concavidade para cima)
• Antiforma (concavidade para baixo)
• Dobra Neutra (disposição horizontal) 

 Se tivermos em conta a idade das rochas do núcleo, podemos classifica-las como:

• Sinclinal – rochas do núcleo são as mais velhas;
• Anticlinal – as rochas, do núcleo, são as mais recentes.

O dobramento das rochas ocorre geralmente de forma lenta no interior da crusta. Os movimentos tectónicos e a erosão são os processos responsáveis pela exposição das rochas dobradas na superfície. 
 

Metamorfismo

A diagénese e o magmatismo constituem processos extremos de formação de rochas sedimentares e magmáticas. Entre esses dois ambientes existe um terceiro, intermédio é o ambiente metamórfico.

O metamorfismo ocorre após a diagénese, no entanto se o aumento de temperatura determinar a fusão das rochas ocorre magmatismo.

Metamorfismo – conjunto de adaptações mineralógicas e texturais que as rochas pré existentes sofrem, quando sujeitas a condições de pressão e temperatura que presidiram à sua formação. Estas adaptações ocorrem no estado sólido, sem que ocorra a fusão da rocha pré-existente. Normalmente as rochas metamórficas apresentam-se dobradas o que nos sugere que a sua génese ocorreu num estado de deformação dúctil.

Factores de metamorfismo

Os processos metamórficos são controlados por diversos factores: tensão, temperatura e fluidos.

• Tensão: quando aplicamos forças sob um objecto dizemos que sobre esse objecto está sob tensão. No interior da Terra a pressão é um exemplo dessa tensão. Existem dois tipos de tensão, a tensão litostática e a tensão não-litostática.
   
• Temperatura: quando os minerais das rochas são suficientes aquecidos sem entrarem em fusão, os elementos sa dua rede cristalina passam a dispor-se segundo novos arranjos. Este processo de recristalização permite a formação de novos tipos de rochas.
• Fluidos de circulação: as alterações metamórficas que ocorrem quando as temperaturas e pressões se elevam são muito facilitadas se estiverm presentes fluidos de circulação. Reagindo com os minerais que formam a rocha, podem dar origem a minerais de composição diferente, por remoção ou introdução de determinados componentes químicos, provocando alterações importantes a nível da composição química e mineralógica da rocha inicial.

Tipos de metamorfismo

• Metamorfismo de contacto: os factores determinantes são o calor e a circulação de fluidos. Este metamorfismo ocorre junto de formações magmáticas que se introduziram nas rochas preexistentes. Em virtude do aumento de temperatura e da circulação dde fluidos, as rochas adjacentes às intrusões começam a ser metamorfizadas ao longo de uma zona envolvente designada por auréola de metamorfismo.

• Metamorfismo regional: a maior parte das rochas metamórficas que integram a crosta terrestre resulta de metamorfismo regional. Este resulta da acção combinada do calor, das tensões dirigidas e dos fluidos de circulação, constituindo o xisto ou a gnaisse bons exemplos de rochas formadas sob estas condições.

Minerais indicadores de metamorfismo

Os minerais que permitem caracterizar as condições de pressão e temperatura em que decorrem as transformações designam-se minerais-índice.