Galeria de Rochas Metamórficas do Acervo
Limites e agentes do metamorfismo
O que acontece durante o metamorfismo?
Estrutura das rochas metamórficas
Protólitos
Principais rochas metamórficas
Transformações das rochas metamórficas
301 – Ardósia
303 – Quartzo Xisto
304 – Filito
305 – Filito
306 – Clorita Xisto
307 – Muscovita Xisto
308 – Clorita-Granada-Muscovita Xisto
309 – Andalusita-Muscovita Xisto
310 – Granada-Biotita Xisto
311 – Granada-Mica Xisto
312 – Arsenopirita-Granada Xisto
313 – Estaurolita-Granada-Muscovita Xisto
313a – Estaurolita-Granada- Muscovita Xisto
314 – Estaurolita-Biotita-Quartzo Xisto
315 – Biotita-Cianita Granada Gnaisse
316 – Cianita-Granada-Biotita Xisto
317 – Muscovita-Biotita xisto
318 – Anfibólio Gnaisse Bandado
319 -Cianita Estaurolita Granada Mica Xisto
320 – Granada-Biotita Gnaisse
321 – Gnaisse Bandado
322 – Gnaisse Dobrado
324 – Gnaisse Oftalmítico
325 – Gnaisse (testemunho)
326 – Biotita Anfibólio Gnaisse
327 – Biotita Gnaisse
328 – Gnaisse Granítico
329 – Gnaisse Granítico
331 – Cordierita-Granada Granulito
332 – Granada Granulito
333 – Granulito Alaskitíco
334 – Granulito Charnockítico
336 – Quartzito Fino
337 – Quartzito maciço
338 – Muscovita Quartzito
339 – Quartzito
341 – Metaconglomerado
342 Meta-ortoconglomerado
344 – Mármore Calcítico
345 – Mármore Calcítico
346 – Mármore Calcítico
347 – Mármore Dolomítico
349 – Hornfels
348 – Mármore impuro
350 – Escarnito
353 – Anfibolito
354 – Tremolitito
355 – Tremolitito
357 Clorita-Talco Xisto
358 – Serpentinito
361 – Brecha
362 – Milonito
363 – Ultramilonito
364 – Milonito
A palavra metamorfismo vem do grego meta = mudança e morfo = forma.
Metamorfismo é um processo que envolve mudanças na composição mineralógica, na textura e estrutura de uma rocha, predominantemente no estado sólido.
Rochas metamórficas são formadas por mudanças mineralógicas ou físicas de rochas preexistentes (ígneas, sedimentares ou mesmo metamórficas), provocadas por aumento de pressão e temperatura. Metamorfismo pode envolver recristalização de minerais preexistentes, mudança na textura (tamanho e arranjo dos grãos) da rocha e cristalização de novos minerais por recombinação de elementos químicos. O metamorfismo ocorre devido a uma necessidade de ajuste da rocha a novas condições de pressão e temperatura, em geral, resultado de soterramento profundo, que coloca a rocha em condições físicas diferentes de sua formação e também das condições físicas que ocorrem na superfície da terra. O processo também pode envolver alterações na composição química da rocha. Processos metamórficos são comuns em regiões de colisão continental e subducção de placas tectônicas, que envolvem formação de cadeias de montanhas (orogênese), onde rochas sofrem esforços de compressão e aumento de temperatura.
O metamorfismo ocorre em condições de temperatura superiores às da diagênese (entre 150 – 200 ºC e 3 Kbar), processo sedimentar, e inferiores a da fusão (700 – 1000 ºC), processo ígneo. As rochas originais (protólitos) devem ser soterradas profundamente para estarem sujeitas a estas altas condições de pressão e temperatura.
Os agentes do metamorfismo são: calor, pressão e fluidos (catalisadores de reações). O tempo também é um importante componente no processo de metamorfismo, já que este está intimamente associado à dinâmica da tectônica de placas que demanda longos períodos de tempo (milhões de anos).
As condições de pressão e temperatura determinam se um mineral é ou não estável, e quais minerais instáveis serão substituídos por novos minerais estáveis em resposta as mudanças nas condições às quais estão sujeitas.
A temperatura é o agente mais importante do metamorfismo, e seu aumento promove:
a agitação térmica dos átomos no retículo cristalino ao ponto de quebrar as ligações químicas e promover as reações metamórficas;
a recristalização dos minerais, que resulta na formação de (novos) minerais estáveis;
reações metamórficas, pois modifica os campos de estabilidade mineral, onde fases em desequilíbrio são consumidas, e novas fases em equilíbrio são produzidas.
As principais fontes de calor na litosfera são:
calor do residual do manto e núcleo;
fluxo de calor do manto para a base da crosta (convecção + condução);
calor gerado por decaimento radioativo;
calor fornecido por intrusões magmáticas e fluídos hidrotermais (fluido aquoso quentes combinado com outras fases fluidas).
Gradiente Geotérmico é a variação da temperatura com a profundidade, que é em média de 25-30 ºC por km de profundidade.
Já o aumento da pressão promove deformação e a diminuição do espaço disponível para crescimento de minerais. Os minerais metamórficos tendem a ser mais densos. Existem dois tipos de pressão atuantes na crosta:
pressão litostática (confinante):
não apresenta direção preferencial;
é decorrente do peso da coluna de rochas suprajacente;
atua semelhante à pressão hidrostática.
pressão dirigida (tensão ou esforço):
é causada por esforços tectônicos;
promove a deformação nas rochas e orientação de minerais segundo direção perpendicular à de máxima pressão;
atua de forma vetorial.
A pressão aumenta com a profundidade aproximadamente 1 kbar para cada 3 km.
Minerais reagem para formar novos minerais mais estáveis (paragênese), por exemplo:
Quartzo (2SiO2) + Dolomita (CaMg(CO3)2) → Piroxênio (CaMgSi2O6) + 2CO2
Minerais mudam de forma, por exemplo, os polimorfos (mesma composição, estrutura interna diferente):
Andalusita (Al2SiO5) → Sillimanita (Al2SiO5) → Cianita (Al2SiO5)
Novos elementos podem ser adicionados ao processo (metassomatismo), por exemplo:
Piroxênio (CaMg(SiO2)2) + 2CO2 → Dolomita (CaMg(CO3)2) + Quartzo (2SiO2)
Elementos em soluções podem precipitar e formar veios mineralizados.
Minerais são recristalizados, mudando apenas a textura da rocha, ou seja, o arranjo e tamanho dos minerais mudam.
As mudanças metamórficas ocorrem em resposta ao aumento (metamorfismo progressivo) ou diminuição (metamorfismo retrógrado) das condições de pressão e temperatura.
Os principais tipos de metamorfismo são:
metamorfismo de contato, ou termal: ocorre como resultado de altas temperaturas, com transferência de calor, nas proximidades de intrusões ígneas;
metamorfismo dinâmico, ou cataclástico: é resultado de tensões dirigidas em zonas de falhas transformantes, zonas de cisalhamento; onde o atrito ao longo da falha tende a pulverizar os grãos da rocha e recristalizá-los em grãos menores;
metamorfismo regional, ou dinamotermal: abrange áreas extensas, é resultado de altas pressões, acompanhada de temperaturas moderadas a altas; ocorre em zonas de subducção, resultando em deformação e formação de cadeias de montanhas;
metamorfismo de soterramento: ocorre pela sobreposição (soterramento) de estratos sedimentares em uma bacia sedimentar, onde os estratos da base podem atingir condições metamórficas de baixo grau, porém sem deformação apreciável.
metamorfismo hidrotermal: ocorre onde enormes quantidades de gases e fluidos (elementos voláteis) viajam por longas distâncias através das rochas e são quimicamente ativos reagindo com os minerais que encontram pelo caminho, modificando-os e promovendo mudanças químicas ou recristalizações.
metamorfismo de impacto ou de choque: ocorre quando meteoritos atingem a superfície da Terra, provocando condições extremas que transformam e até mesmo fundem as rochas na região do impacto.
Metassomatismo é o processo de alteração química e mineralógica de uma rocha pela circulação de fluidos quentes "soluções hidrotermais" sob alta pressão, que facilita a troca de elementos químicos e moléculas. Essas soluções hidrotermais, em especial H2O e CO2, podem ser fluidos que circulam nas proximidades de fontes de calor na crosta terrestre (por exemplo, nas proximidades de atividades vulcânicas, intrusão de magma e também devido à mudança no gradiente geotérmico). Esses processos hidrotermais (hidrotermalismo ou metamorfismo hidrotermal) estão relacionados ao metamorfismo do fundo oceânico devido ao aquecimento da água do mar nas dorsais meso-oceânicas; e também é a causa primária de formação de importantes depósitos minerais.
Rochas de mais baixo grau metamórfico exibirão estruturas similares as da rocha original (protólito), preservando, por vezes, estruturas primárias desenvolvidas antes do metamorfismo, como por exemplo, a estratificação das rochas sedimentares, conhecidas também como estruturas reliquiares.
A estrutura metamórfica é de origem secundária e pode ser classificada como foliada (rocha orientada) e não foliada (rocha maciça). A foliação resulta da orientação preferencial dos minerais devido à recristalização de minerais na presença de tensão diferencial (pressão dirigida).
Os principais tipos de foliação desenvolvidos pela orientação preferencial dos minerais são:
clivagem ardosiana – é um plano de partição paralelo perfeito, penetrativo, típico de ardósia, com recristalizações de baixo grau metamórfico em muito baixa temperatura;
xistosidade – é definida pela orientação dos minerais segundo uma direção preferencial. As micas são, em geral, responsáveis pela forte foliação em um xisto;
bandamento gnáissico (= gnaissificação) – é marcada pela alternância de bandas de composição mineralógica de coloração clara e escura. As bandas mostram grãos médios a grossos. A alternância de bandas é causada por difusão e segregação em alta temperatura;
cataclástica e milonítica: são geradas por moagem da rocha, que pode ser incipiente e frequentemente sem orientação marcada (cataclástica) ou mais avançada e com nítida orientação (milonítica). A primeira identifica um regime físico rúptil, a segunda um de natureza dúctil ou dúctil-rúptil.
Um estrutura brechada (rocha fragmentada de contornos angulosos) também pode ser desenvolvida durante o metamorfismo de choque de alta pressão (brecha de impacto, impactito), por hidrofratura de rochas por fluidos hidrotermais altamente pressurizados (brechas hidrotermais) ou por ruptura mecânica em resposta as tensões tectônicas (brechas tectônicas).
A textura da rocha metamórfica é definida pelo tamanho, forma, distribuição e orientação dos novos minerais cristalizados ou dos minerais recristalizados. A textura muda de acordo com o grau metamórfico, ou seja, com as condições relativas de pressão e temperatura. As principais texturas desenvolvidas pelas rochas metamórficas são:
lepidoblástica – orientação de minerais placoides (por exemplo, micas, cloritas) ao longo de planos paralelos desenvolvendo uma foliação;
nematoblástica – orientação linear de minerais prismáticos (por exemplo, anfibólio) ao longo de uma direção preferencial, desenvolvendo uma foliação;
granoblástica – com minerais equidimensionais não orientados, de morfologia poligonal, com junções triplas de 120 graus entre os grãos;
cataclástica ou milonítica – com minerais moídos e recristalizados em tamanhos menores, em geral, orientados ao longo de planos paralelos, desenvolvendo uma fina foliação;
porfiroblástica – apresenta grande cristais (porfiroblastos) em matriz de granulação mais fina, orientada ou não.
Os protólitos podem ser descritos composicionalmente como:
rochas ultramáficas – em geral rochas de origem mantélica (do manto terrestre), como o peridotito e piroxenito (silicática, com alto Mg, Fe, Ni, Cr)
exemplo de rochas metamórficas: serpentinito e talco xisto
rochas máficas – em geral basaltos e rochas afins (silicática, com alto Fe, Mg e Ca)
exemplo de rochas metamórficas: anfibolito, eclogito e granulito
rochas pelíticas – em geral rochas sedimentares ricas em argilominerais e micas, como folhelhos e argilitos (alto Al, K, Si, e baixo Ca)
exemplo de rochas metamórficas: ardósia, filito, xisto e gnaisse
rochas carbonáticas – em geral calcários (carbonática, com alto Ca e baixo Al, K e Si)
exemplo de rochas metamórficas: mármore
rochas quartzosas – em geral arenitos e rochas afins (rica em sílica – SiO2 – pura ou quase)
exemplo de rochas metamórficas: quartzito
rochas quartzo-feldspáticas – em geral granitos e rochas afins (silicática com alto Al, Na e K)
exemplo de rochas metamórficas: gnaisse
Ardósia é uma rocha de baixo grau metamórfico formada pelo crescimento de grãos finos de quartzo e muscovita, entre outros minerais em menor quantidade (por exemplo, argilominerais, caso o grau metamórfico seja bem baixo). A orientação preferencial de crescimento dos minerais placoides faz com que essa rocha se quebre facilmente ao longo dos planos paralelos perfeitos de sua foliação.
Filito é uma rocha de grau metamórfico baixo a médio, com muscovita e clorita finas orientadas, que refletem um brilho prateado e produzem uma foliação em folhas finas paralelas.
Xisto é uma rocha de grau metamórfico intermediário, em geral, rica em filossilicatos, como as micas (biotita e muscovita), de granulometria média e forte orientação dos grãos, desenvolvendo uma foliação quase plana. Outros minerais anidros, que não apresentam a molécula hidroxila em sua estrutura, como a granada, tendem a se formar pela instabilização de minerais hidratados, como as micas.
Gnaisse é uma rocha de grau metamórfico médio a alto, formada quando minerais hidratados se tornam instáveis, como a muscovita e parte da biotita, transformando-se em minerais anidros ou menos anidros. É uma rocha foliada em bandas, pois os minerais escuros (biotita e anfibólio) tendem a se segregar em faixas distintas dos minerais claros (quartzo e feldspato), dando à rocha um caráter listrado, com bandas alternadas. Esse bandamento típico do gnaisse é denominado de textura gnáissica.
Granulito é uma rocha de grau metamórfico alto, onde a quase totalidade dos minerais hidratados do protólito, como micas e anfibólio, se tornam instáveis, transformando-se em minerais anidros, como por exemplo piroxênio e feldspato, e a rocha perde sua característica orientada, devido à grande diminuição ou total ausência de minerais placoides, como as micas.
Quartzito é uma rocha composta quase inteiramente de quartzo, sendo formada pelo metamorfismo de arenitos ricos em quartzo. Como o quartzo é estável em uma ampla faixa de temperaturas e pressões, este apenas se recristaliza durante o metamorfismo, resultando em cristais firmemente imbricados, de textura poligonizada, que compõem uma rocha muito dura.
Mármore é uma rocha produto do metamorfismo de calcários calcíticos ou dolomíticos, composto respectivamente de calcita ou dolomita recristalizadas.
Anfibolito é uma rocha metamórfica de grau intermediário a alto, de cor escura, composta principalmente por anfibólio e plagioclásio, pouco foliada, tendo por protólito rochas de composição básica, como por exemplo, o basalto.
Hornfels é uma rocha metamórfica de granulação fina sem foliação óbvia, que se forma durante o metamorfismo de contato, na região mais próxima do contato entre a fonte de calor (intrusão magmática) e a rocha encaixante.
Hornfels, quartzito e mármore são importantes exemplos de rochas metamórficas que podem ocorrer sem foliação.
Os nomes das rochas metamórficas acima descritas são genéricos e pouco informam sobre a provável origem dessas rochas. Por isso, a forma adequada de nomear as rochas metamórficas é utilizando a mineralogia da rocha. Por exemplo, um xisto composto por muscovita > biotita > granada seria nomeado de granada-biotita-muscovita xisto. Adjetivos (geológicos) também ajudam a melhor caracterizar as rochas, por exemplo, mármore dolomítico e gnaisse granítico.
Também é comum adicionar o prefixo "meta" ao nome da rocha protólito, por exemplo: metagranito, metarenito, metagabro, ou mesmo de forma mais genérica, metassedimento. O prefixo "meta" pode ser adotado quando as características do protólito não foram completamente apagadas pelo metamorfismo.
Grau metamórfico é um termo geral utilizado para descrever as condições relativas de temperatura e pressão sob as quais as rochas metamórficas se formam.
O metamorfismo de baixo grau ocorre em temperaturas entre cerca de 200 a 320 ºC e pressão relativamente baixa. Rochas metamórficas de baixo grau são geralmente caracterizadas por uma abundância de minerais hidratados, como a muscovita e clorita, produtos do metamorfismo de argilominerais comuns em protólitos sedimentares pelíticos. A ardósia e o filito são típicas rochas metamórficas de baixo grau.
O metamorfismo de médio grau ocorre aproximadamente a 320–450 ºC e a pressões moderadas. Minerais hidratados de baixo grau, como muscovita e clorita, são então substituídos por outros menos hidratados, como a biotita, e minerais não hidratados, como a granada. Essas transformações ocorrem especial quando o protólito é uma rocha sedimentar argilosa. O xisto e o gnaisse são típicas rochas de grau metamórfico médio.
O metamorfismo de alto grau ocorre em temperaturas superiores a 450 ºC e pressão relativamente alta. À medida que o grau de metamorfismo aumenta, os minerais hidratados, como biotita, tendem a quebrar, ou seja, abrem a sua estrutura, perdem H2O para o meio, e transformam-se em outros minerais, como por exemplo, o anfibólio, que mesmo sendo hidratado, é mais estável a temperaturas mais altas. No entanto, à medida que o grau metamórfico aumenta para um grau ainda mais alto, todos os minerais hidratados, que incluem o anfibólio, quebram e são substituídos por outros minerais não hidratados de temperatura mais alta, como o piroxênio e a granada. O granulito é uma rocha típica de alto grau metamórfico.
Em geral, com o aumento do grau metamórfico ocorre uma tendência de aumento da granulometria, em especial, quando o protólito é uma rocha sedimentar de granulometria fina.
Minerais índice de metamorfismo são minerais cujo aparecimento no terreno serve de marcador para estabelecer a intensidade do metamorfismo. Por exemplo, o aparecimento de clorita, muscovita, biotita, granada, estaurolita e sillimanita, são nesta ordem, indicadores de aumento de grau metamórfico para protólitos sedimentares argilosos.
Geotermobarometria é a determinação das condições de temperatura (geotermômetro) e pressão (geobarômetro) em sistemas geológicos, baseados em informações sobre o conjunto de minerais que compõem a rocha (associação mineral), em especial sua composição química e a partição de elementos químicos entre os diferentes minerais.
O conceito de fácies foi desenvolvido pelo petrólogo finlandês Pentti Eskola em 1939, com base nas associações minerais presentes em rochas metabásicas.
Fácies metamórficas são intervalos de pressão e temperatura na qual ocorre determinada assembleia de minerais metamórficos. Com o aumento do grau metamórfico, em um gradiente geotérmico normal, as rochas podem experimentar as seguintes fácies metamórficas: zeólita, xisto verde, anfibolito, granulito e eclogito. Ainda temos fácies xisto azul, de alta pressão e baixa temperatura, e a fácies hornfels, de baixa pressão e alta temperatura.
Todas as transformações metamórficas ocorrem no estado sólido, por meio das reações químicas entre os minerais. Essas reações ocorrem devido à difusão dos átomos nas estruturas dos minerais, em resposta ao aumento da temperatura, que proporciona o intercâmbio de átomos entre as fases minerais, promovendo suas transformações.
Se as condições metamórficas forem extremas, ou seja, alcançarem altas temperaturas, a rocha pode sofrer fusão parcial (anatexia), transformando-se em uma rocha híbrida (parte metamórfica e parte ígnea, ou mesmo sofrer fusão total, transformando-se em uma nova rocha ígnea).
Migmatito é uma rocha híbrida, produto de anatexia, geralmente um gnaisse (porção mais escura) permeado por rocha granítica (porção mais clara). Nesse caso, o granito é produto da fusão parcial do gnaisse. O migmatito representa um dos mais altos graus de metamorfismo, seu limite superior, já que o campo da fusão é o das rochas ígneas.