Estrutura do Manto Terrestre e Petrologia de Rochas Ígneas

Estrutura do Manto

Crosta Continental: 30 – 80 km

• Regiões estáveis (cratons): 30 – 40 km
• Cadeias de montanha: 60 – 80 km

Crosta Oceânica: 5 – 10 km

• Camada 1: variável, com sedimentos
• Camada 2: 1,7 ± 0,75 km, vulcânicas (topo), diques (base)
• Camada 3: 4,8 ± 1,4 km, rochas plutônicas

Manto Superior → Zona de Transição

1) T=1200° C e P=141kb

Forsterita → Forsterita b (estrutura parecida com espinélio)

2) T=1200° C e P=180kb

Forsterita b → γ MgSiO₄ (estrutura de verdadeiro espinélio)

Zona de Transição → Manto Inferior

3) P ~ 250kb

γ gama MgSiO₄ → MgSiO₃ + MgO

MgSiO₃ (estrutura próxima da perovskita)

MgO (estrutura da halita)

Eclogito

The eclogite was originally a basalt erupted at Earth’s surface. It was subducted into the mantle, changed to eclogite, caught up in a kimberlite magma, and blasted back to the surface.

Ocorrência de Xenólitos Mantélicos nas Rochas

Kimberlitos: muito abundante

Rochas basálticas da suíte

• alcali-basalto ↔ basanito ↔ nefelinito: frequentes
• Olivina toleítos: raros
• Toleítos supersaturados: nunca

ECLOGITOS

Granada (almandina – piropo) + piroxênio sódico (onfacita)

Obs. Onfacita (monoclínico): (Ca, Na) (Mg, Fe²⁺,Fe³⁺,Al) (SiO₃)₂

XENÓLITOS MANTÉLICOS E MINERAIS HOSPEDEIROS DE ELEMENTOS QUÍMICOS DIVERSOS

• Elementos incompatíveis
• Voláteis (H₂O, CO₂, F, Cl)

Materiais parentais prováveis de basaltos: rocha fonte, a partir da qual, por fusão parcial, origina magma basáltico.

• Peridotitos
• Eclogitos

Pyrolite: modelo de composição do manto, dado pela mistura de:

1 parte de basalto e 4 partes de dunito

Grau de Fusão Parcial e Geração de Magmas

Exemplo de grau de fusão parcial de peridotitos (calculado), gerando diferentes magmas (Gast, 1968):

Toleítos abissais: 20 – 30% fusão parcial

Álcali-basaltos: 3 – 7% fusão parcial

EVOLUÇÃO DE MAGMAS BASÁLTICOS

Sistemas Fechados: Magmas Toleíticos

The classical concept of a magma chamber

where crystals nucleate, grow, and settle from the interior to chemically fractionate the residual melt.

Generalized section through a layered basic intrusion.

A generalized section through a layered basic intrusion shows a funnel-shaped structure, a marginal series, which is often not layered, a main layered series, the base of which generally contains whatever ores are present, and a roof series of more evolved pegmatoidal rocks.

Sistemas Abertos: MORB (Mistura de Magmas)

Sistemas Abertos: Arcos Vulcânicos (Assimilação)

Séries Toleíticas vs. Séries Cálcio-Alcalina: Fatores que Controlam o Trend.

Série toleítica: basalto toleítico ↔ andesito ↔ dacito ↔ riolito

Série alcalina: álcali basalto ↔ traquibasalto ↔ traquito ↔ fonolito

Série cálcio alcalina: basalto ↔ andesito ↔ dacito ↔ riolito

The same magma chamber

encased in marginal solidification fronts within which all crystallization occurs. The chemically fractionated residual melt is trapped within the front and is normally inaccessible to extraction and eruption

COMPLEXOS MÁFICOS - ULTRAMÁFICOS

Komatiítos (IUGS)

É uma variedade de lavas ultramáficas que cristalizou de magmas de alta temperatura com teores de MgO entre 18 e 32% (peso). Frequentemente formam pillows e têm topo de derrame “congelado” (chilled). Apresentam geralmente texturas “spinifex” bem desenvolvida com intercrescimento esquelético e achatado e alongado de agregados de olivina e piroxênio alojado em abundante vidro.

CUMULATOS

Modo de Ocorrência

• Stocks ultramáficos ou peridotitos tipo “Alpino” ou “Orogênicos”
  • - Peridotitos tipo Alpino como parte da suíte Ofilito
  • - Peridotitos tipo Alpino não Ofolíticos
• 2)- Camadas em complexos estratiformes. Ex.: Skaergaard, Groenlândia. Magmas parentais: basálticos, andesíticos, nefeliníticos ou komatiíticos
• 3)- componente de complexos básicos alcalinos.

GEOLOGIA E PETROLOGIA DAS ROCHAS ALCALINAS, CARBONATITOS, KIMBERLITOS - ORANGEITOS -LAMPRÓFITOS E LAMPRÓFIROS

Rochas Alcalinas

Ambientes Tectônicos

• Rifts continentais
• Intraplaca oceânica e continental
• Zonas de subducção

ROCHAS ALCALINAS AFANÍTICAS (AMBIENTES VULCÂNICOS)

SUÍTES OU LINHAGEM DE ROCHAS ASSOCIADAS NO ESPAÇO E NO TEMPO

• Álcali-olivina basalto
• Basanito
• Hawaiíto
  • (ol, augita, andesina e anortoclásio na moda; nefelina na norma)
• Traquito
• Fonolito.

OUTRAS ROCHAS ALCALINAS AFANÍTICAS

Nefelinito

(rocha máfica com nefelina, clinopiroxênio rico em Na-Ti-Al)

Lamprófiro

(rocha máfica porfirítica com fenocristais exclusivo de máficos euedrais; abundante CO₂ e H₂O)

Kimberlito

(rocha híbrida, ultrabásica potássica com megacristais de Ol, Em, Di rico em Cr, flog, granada piropo-almandina e ilmenita rica em Mg, em matriz fina de serpentina, flogopita, carbonatos, perovskita e outros minerais)

ROCHAS ALCALINAS FANERÍTICAS

CORPOS INTRUSIVOS

• Sienitos: equivalente fanerítico de traquitos
• Fóide sienitos: equivalente fanerítico de fonolitos
• Ijolito: equivalente fanerítico de nefelinito
• Teralito: equivalente fanerítico de basanito

Carbonatitos – são rochas ígneas intrusivas ou extrusivas que contêm mais de 50% em volume de carbonatos

Rochas alcalinas de regiões oceânicas

Diversidade e Associações Petrológicas

1. Associações toleíticas a alcalinas
2. Associações alcalinas

Associações Toleíticas a Alcalinas

Associações Alcalinas

RIFT CONTINENTAL

SISTEMA DE RIFT CONTINENTAL DO LESTE AFRICANO

ASSOCIAÇÃO NEFELINITO - CARBONATITO

Petrogênese de traquitos e fonolitos

Possíveis sequências fracionadas em função do grau de saturação em sílica do magma parental

• Toleítico → Traquítico → Riolítico (Ex. Ilha de Ascencion)
• Álcali-basalto → Traquítico → Fonolítico (Ex. Ilha de Santa Helena)
• Nefelinito → Fonolítico (Ex. Ilha de Trindade; vulcões do leste africano)

ORIGEM PRIMÁRIA DE FONOLITOS E TRAQUITOS, E NEFELINITOS

Traquitos e fonolitos

Reais produtos de baixo grau de fusão parcial de peridotito ↔ álcali basalto

Fusão traquítica ou fonolítica não reproduzida experimentalmente

Nefelinito

4% de fusão parcial de manto “pyrolite” obtém-se experimentalmente produtos de nefelinitos e melilititos

LAMPRÓFIROS, LAMPRÓITOS E KIMBERLITOS

LAMPRÓITOS

– São rochas ultrapotássicas peralcalinas ((K + Na)/Al >1) , com mineralogia típica formada de fenocristais flogopita titanífera pobre em alumínio e matriz de tetraferriflogopita titanífera, richterita (anfíbolio rico em Ti e K), olivina forsterítica, diopsídio pobre em Al e Na, leucita rica em Fe e sanidina rica em Fe.

Minerais que desclassificam a rocha como lampróito: plagioclásio primário, melilita (Ca,Al – Ca,Mg Si₂O₇; sorossilicato), monticellita, feldspato sódico, feldspatóides (kalsilita, nefelina, sodalita, noseana, hauyna) e granada (melanita, schorlomita, kimzeyita)

KIMBERLITOS

– São rochas híbridas colocadas como brechas explosivas em diatremas em forma de “cenoura” ou “funil” alimentados por complexos diques e sills intrusivos e não fragmentados.

Kimberlitos são divididos em:

• Grupo I: denominado KIMBERLITO
• Grupo II: denominado ORANGEITOS (também kimberlitos micáceos)

KIMBERLITOS – São rochas ultrabásicas potássicas ricas em voláteis, (principalmente CO₂), inequigranular contendo:

• macrocristais (0,5 a 10mm) e megacristais (1 a 20 cm) de: Ol (forsterítica), Ilm (magnesiana), piropo titanífero e pobre em Cr, diopsídio, flogopita, enstatita e cromita pobre em Ti.
• A matriz compõe-se de: olivina euédrica a subédrica (2ª geração) associada com um ou mais dos minerais primários: monticellita, flogopita, perovskita, espinélio, apatita e serpentina. Substituição de Ol, Flog, Monticellita e Ap por serpentina e calcita é comum.

ORANGEÍTOS

– São rochas ultrapotássicas, peralcalinas, ricas em voláteis (principalmente H₂O, inequigranular contendo:

• macrocristais e microfenocristais de: flogopita; olivina arredondadas e olivinas primárias euédricas nem sempre são principais componentes.
• A matriz é rica em mica (flogopita a tetraferriflogopita), com fases primárias de diopsídio, aegirina titanífera, espinélios (cromita magnesiana a cromita titanífera), perovskita rica em Sr e REE, apatita rica em Sr, fosfatos ricos em REE, titanatos de Ba e K, rutilo e ilmenita; a mesóstase compõe de carbonatos (calcita e dolomita, além de ancylita, witherita) e serpentina.

KIMBERLITOS, ORANGEÍTOS E LAMPRÓITOS

Não contêm: melilita, feldspato alcalino, plagioclásio, kalsilita ou nefelina

GERAÇÃO DE MAGMAS GRANÍTICOS

A quantidade de H2O influencia de modo dramático as temperaturas de solidus e liquidus das fusões graníticas, e também a sua composição: a baixa a(H2O) aumenta a razão Or/Ab do mínimo granítico.

Para uma mesma T, a viscosidade dos magmas graníticos diminui com o aumento da quantidade de H2O dissolvida.

Magmas de baixa viscosidade: alta T e alto conteúdo de H2O (mas os dois fatores em geral não andam juntos…)

A solubilidade de H2O é pouco sensível a T nos magmas graníticos

A solubilidade de H2O é muito sensível a P nos magmas graníticos

A solubilidade mede o conteúdo máximo de H2O que uma fusão granítica pode ter, e é função principalmente de P.

1- Curva de solubilidade de H2O (conteúdo máximo de H2O);

2- Curva liquidus (conteúdo mínimo de H2O para fusão total)

3- Curva solidus

A fertilidade de uma dada rocha metamórfica para gerar fusão granítica depende de sua composição (presença de Qz, Pl e FK em proporções adequadas), e de P, T e %H2O disponível.

Os principais reservatórios de H2O na crosta continental terrestre são os minerais hidratados: micas e anfibólios.

Granulitos são rochas metamórficas anidras que se geram em condições muito semelhantes às da quebra de biotita.

MINERALOGIA DE GRANITOS

A mineralogia das rochas graníticas é relativamente simples, uma vez que é constituída em geral por 90% ou mais de quartzo e feldspatos.

No entanto, guarda informações fundamentais que refletem a composição química das rochas e as condições físico-químicas de cristalização.

A sequência de cristalização dos minerais félsicos pode ser usada para traçar a evolução dos respectivos magmas em diagramas de fase.

Os minerais máficos e os acessórios identificam o caráter peraluminoso, peralcalino ou metaluminoso das rochas.

Nos feldspatos (principal mineral constituinte dos granitos), o parâmetro A/CNK é igual a 1:

KAlSi₃O₈- NaAlSi₃O₈-CaAl₂Si₂O₈

O excesso de Al em relação ao necessário para formar os feldspatos (A/CNK > 1; caráter peraluminoso) se refletirá na formação de minerais como muscovita, granada, cordierita, etc; na norma da rocha será caracterizada pela presença de coríndon

A deficiência de Al (A/CNK < 1) resultará em rochas metaluminosas (quando A/NK > 1) ou peralcalinas (quando A/NK < 1).

Nos granitos metaluminosos, aparecerão minerais de Ca como hornblenda, augita, titanita etc, e a rocha apresentará dióxido na norma.

Os granitos peralcalinos contêm piroxênios e/ou anfibólios sódicos ou sódico-cálcicos, além de alguns acessórios mais específicos, como astrofilita, chevkinita etc; a norma será caraterizada pela presença de acmita

Minerais félsicos

Quartzo: SiO₂: caracteriza o caráter supersaturado em sílica

Série dos plagioclásios: CaAl₂Si₂O₈-NaAlSi₃O₈

Séries dos feldspatos alcalinos: (K,Na)AlSi₃O₈

(ortoclásio-albita de baixa, microclínio-albita de baixa)

Minerais máficos mais comuns

A/CNK > 1: rochas peraluminosas

• Muscovita: KAl₂(AlSi₃)O₁₀(OH)₂ (P > 2-3 kbar)
• Cordierita: (Mg,Fe)₂Al₃(AlSi₅)O₁₈ baixa P
• Granada: (Fe,Mn,Mg,Ca)₃Al2Si₃O₁₂
• (Andaluzita), sillimanita, cianita: Al₂SiO₅ f(P,T)

A/CNK < 1 (A/NK > 1) : rochas metaluminosas

• Hornblenda: NaCa₂(Mg,Fe)₅(AlSi₇)O₂₂(OH)₂ (troca AlAl = MgSi ↔ f(P))
• Ca-piroxênio: Ca(Mg,Fe)Si₂O₆

A/NK < 1: rochas peralcalinas

• Na-piroxênio: NaFe₃₊Si₂O₆ (egirina)
• Na-anfíbolio: (riebeckita, arfvedsonita)
• Na-Ca px, anf (egirina-augita, richterita, winchita etc)

“Neutros”

• Biotita: K(Fe,Mg)₃(AlSi₃)O₁₀(OH)₂ (+ troca AlAl = MgSi: peraluminosos)
• Ortopiroxênio: (Mg,Fe)₂Si₂O₆ (baixa a(H₂O))
• Faialita: Fe₂SiO₄ (baixa a(H₂O, P baixa)