MAGMA E MAGMATISMO

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BIBLIOGRAFIA BÁSICA

Capítulos 16 e 17 Capítulo 6 Capítulos 5 e 6

Magma

Material rochoso fundido, de consistência pastosa,

que apresenta uma mobilidade potencial e que, ao

consolidar, forma as rochas ígneas.

Altas temperaturas ( 700 a 1200ºC)

Constituído por três fases:

• Líquida – rocha fundida

• Sólida – minerais (cristais já formados) e fragmentos de rocha (xenólitos)

• Gasosa – voláteis dissolvidos no líquido (H2O, CO2)

Magma

Por ser geralmente móvel e menos denso, o magma tende a

ascender no manto e na crosta. Neste caso ele pode:

1 – Atingir a superfície, extravasando como lava, e resfriar

formando rochas ígneas vulcânicas (= extrusivas)

2 – Acumular-se em câmaras magmáticas em profundidades

intermediárias e resfriar formando rochas ígneas plutônicas

(= intrusivas)

Constituintes do magma

• O e Si

• Al, Fe, Ca, Na, K, Mg (+ Mn, Ti e P).

Elementos mais abundantes na Crosta Terrestre

Peso (%) Átomo (%) Volume (%)

O 46.60 62.55 93.80

Si 27.72 21.22 0.90

Al 8.13 6.47 0.50

Fe 5.00 1.92 0.40

Ca 3.63 1.94 1.00

Na 2.83 2.64 1.30

K 2.59 1.42 1.80

Mg 2.09 1.84 0.31

Total 98.59 100.00 100.01

Constituintes do magma

• A quase totalidade dos magmas têm composição silicática

• Entretanto, existem outros tipos (muito raros):

• Carbonato

• Sulfeto

• Fosfato

Oxigênio (O2-)

Silício (Si4+) Tetraedros (SiO4)4-

+

Íons

(Al3+, Ca2+, Fe2+, Mg2+, Na+, K+, etc.)

Classificação Composicional de Magmas

(e rochas ígneas) Silicáticos

Química : % SiO2

Ultrabásico < 45% SiO2

Básico 45 – 52% SiO2

Intermediário 52 – 66% SiO2

Ácido > 66% SiO2

Variação composicional dos magmas

Teor de SiO2

(Ácido) (Intermediário) (Básico)

Variação composicional dos magmas

Teor de SiO2

(Ácido) (Intermediário) (Básico)

Mineralógica: % de minerais máficos e félsicos

Classificação Composicional de Magmas

(e rochas ígneas) Silicáticos

Minerais máficos

Geralmente escuros

Ricos em Fe, Mg

Exemplos

Olivina (Mg,Fe)2SiO4

Ortopiroxênio (Mg,Fe)2Si2O6

Clinopiroxênio Ca(Mg,Fe)Si2O6

Anfibólios, Micas, etc.

Minerais félsicos

Geralmente claros

Ricos em Si, K, Na

Exemplos

Quartzo SiO2

Feldspatos

Ortoclásio KAlSi3O8

Albita NaAlSi3O8

Mineralógica: % de minerais máficos e félsicos

Ultramáfico > 90% minerais máficos

Máfico 50 – 90% minerais máficos

Félsico < 50% minerais máficos

Classificação composicional de magmas

(e rochas ígneas) Silicáticos

Classificação genética/textural de rochas

Ígneas

Intrusiva (Plutônica): cristalizada de magma resfriando lentamente no interior da crosta terrestre (granito, gabro)

Extrusiva (Vulcânica): cristalizada ou solidificada por resfriamento rápido do magma que extravasa na superfície da Terra

Formada por resfriamento de lavas

Formada por resfriamento de material piroclástico (fragmentos de magma lançados no ar durante a erupção de vulcões)

Riolito

Granito Gabro

Basalto

Como se formam os magmas?

Quando a temperatura ambiente (em profundidade)

excede o ponto de fusão de alguns minerais dentro

da rocha.

FUSÃO PARCIAL

Fusão Parcial

Apenas uma parte dos minerais (os de temperatura de fusão mais baixa) funde, deixando os outros (de mais alto ponto de fusão) como resíduo sólido

Na natureza os magmas sempre se formam por fusão parcial

Fusão Parcial

SÓLIDO

LÍQUIDO

PR

ES

SÃ

O

TEMPERATURA

resíduo

Fusão Parcial do manto superior: p. ex. em limites divergentes de placas

Fusão Parcial de manto + rochas sedimentares + rochas ígneas máficas: p. ex. em zonas de subducção

Fusão Parcial de rochas da crosta continental (Anatexia)

Magmas máficos

Magmas intermediários

Magmas félsicos

Fusão parcial e origem dos magmas

O que controla a fusão dos minerais

e rochas?

Temperatura

Pressão

Conteúdo de água ou outros voláteis

Composição da rocha

Fatores que afetam a temperatura de

fusão de minerais (e rochas)

Temperatura: aumento da temperatura favorece a fusão

Pressão: aumento da pressão aumenta o ponto de fusão (dificulta a fusão)

Conteúdo de água/outros voláteis: aumento do conteúdo de voláteis diminui o ponto de fusão (facilita a fusão)

Composição: minerais félsicos geralmente fundem a temperaturas mais baixas do que minerais máficos

Diminuir a pressão

Pro

f. (

km

)

Aumentar a temperatura

Pro

f. (

km

)

Aumentar a temperatura

Ilha mais jovem

Hot Spot (fixo)

Pro

f. (

km

)

Requer

metassomatismo

no manto

Acrescentar

voláteis

Fossa

Sedimentos oceânicos

Basaltos de fundo oceânico

Manto litosférico

Manto astenosférico

Câmara magmática

Grãos de sedimento

Água

Margens de Placas Divergentes

Margens de Placas Convergentes

Interior das Placas (Plumas do Manto /Hot Spots)

Astenosfera (Peridotito) sobe nos centros de expansão, causando fusão por descompressão adiabática

Com cerca de 15% de fusão parcial formam-se os magmas máficos (basaltos) que vão gerar a crosta oceânica

Fonte: Winter (2001) An Introduction to Igneous

and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Controle por sistemas de falhas de

gravidade, em lineamentos

paralelos, porém não restringido por

esses sistemas

Muitos dos magmas máficos gerados na astenosfera resfriam em câmaras magmáticas formando gabros (com camada basal de peridotito)

Outros preenchem fraturas formam enxame de diques

Estes diques alimentam derrames de lava no fundo oceânico, caracterizados por lavas em almofada (pillow-lavas)

Vulcanismo sub-aquoso

Lavas em almofada

Vulcanismo sub-aquoso

Lavas em almofada

Ofiolito Semail, Wadi Jizzi, Oman

Crosta oceânica

Manto

Moho

Centro de Espalhamento

“Sheeted dikes” basálticos

Gabro

Camada peridotítica

Lavas almofadadas

Sedimentos jovens

(mais finos)

Sedimentos antigos

(mais espessos)

Diques Diques intrudindo diques ...

... intrudindo diques

Água do mar fria

“Sheeted dikes”

Água do mar

aquecida contendo

ions dissolvidos

Câmara magmática

Camada peridotítica

Manto

Fossa

Sedimentos oceânicos

Basaltos de fundo oceânico

Manto litosférico

Manto astenosférico

Grãos de sedimento

Água

Câmara magmática

Litosfera oceânica (incluindo sedimentos

“úmidos”) é arrastada para baixo na zona de

subducção

A perda de voláteis a partir da placa

subductada diminui o ponto de fusão do manto,

causando fusão induzida por fluídos, e gerando

magmas máficos e intermediários

Requer

metassomatismo

no manto

Acrescentar

voláteis

Fontes: Tatsumi (1989), J.

Geophys. Res., 94, 4697-

4707 and Tatsumi and

Eggins (1995). Subduction

Zone Magmatism.

Blackwell. Oxford.

Distância da fossa (km)

Pro

f. (

km

)

Crosta basáltica

Manto

Litosférico

Astenosfera

Crosta Diferenciação

Segregação

Arco frontal Arco secundário

Fonte: Winter (2001) An

Introduction to Igneous and

Metamorphic Petrology.

Prentice Hall.

Efeito do ângulo

de subducção

Alto

Baixo

Arco Vulcânico

Crosta

Crosta

Manto

litosférico

Manto litosférico

Manto

litosférico

M. litosférico

Astenosfera

Astenosfera

Astenosfera

Fontes: Thorpe e Francis (1979) Tectonophys., 57, 53-70; Thorpe et al. (1982) In R. S. Thorpe (ed.), (1982). Andesites. Orogenic Andesites and Related Rocks. John Wiley & Sons. New York, pp. 188-205; Harmon et al. (1984) J. Geol. Soc. London, 141, 803-822. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Vulcões Ativos

Vulcões Alcalinos

Crosta Precambriana

(> 50 km de espessura)

Crosta Cretácea

ou mais jovem

Limite

Divergente

Distância da fossa (km)

Pro

f. (

km

)

Astenosfera

Manto

Litosférico

Figure 18-7. Seção vertical esquemática dos Himalaias mostrando as zonas de desidratação e fusão parcial que

produziram leucogranitos. Fonte: France-Lanord and Le Fort (1988) Trans. Roy. Soc. Edinburgh, 79, 183-195. Winter

(2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Sub-

Himalaia

Himalaia menor

Alto Himalaia

Leucogranitos

Trans-Himalaia

Ofiolitos

Placa

Eurasiana

Desidratação

Aumento de temperatura e/ou acréscimo de voláteis

Migmatito

Rocha com granulação média a grossa, constituída

por quartzo+feldspato (faixas claras – material

fundido) e minerais máficos (faixas escuras, resíduo

da fusão)

Estrutura bandada e caótica

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1) Fusão parcial da crosta (Anatexia), mais raramente do manto.

2) Resíduo da diferenciação (cristalização) de magmas mais máficos de várias origens.

Placa oceânica

descendente

Trilha de vulcões

submarinos Cadeia Meso-

Oceânica

Manto Superior

Manto Inferior

Pluma

ascendente

Núcleo

Cadeia de vulcões

Hawaiianos

Variação crescente de

idade de sudeste para

noroeste

Crough (1983) Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 11, 165-193.

Províncias de Basaltos de Platô antes da separação do

Gondwana. Fonte: Cox (1978) Nature, 274, 47-49.

Figure 15-3. Relationship of the Etendeka and Paraná plateau

provinces to the Tristan hot spot. After Wilson (1989), Igneous

Petrogenesis. Kluwer.

T = 1000 °C

Comp. = A

T = 900 °C

Comp. = B

T = 800 °C

Comp. = C

T = 700 °C

Comp. = D

T = 600 °C

Comp. = E

Cristalização dos Magmas

Cristalização Fracionada

• Segregação por Gravidade (Assentamento ou Flotação)

Assentamento de cristais: minerais densos cristalizam no magma e se depositam no fundo da câmara, formando camadas

Massa de magma basáltico

Camadas já cristalizadas

Condutos de magma

Espessura do magma pode atingir vários quilômetros

Cristalização Fracionada Acamamento Magmático

Fontes: McBirney e Noyes (1979) J.Petrol., 20, 487-554

McBirney (1993) Igneous Petrology. Jones and Bartlett

Magma abre fraturas e penetra na rocha encaixante sobrejacente

A penetração do magma solta grandes blocos de rocha encaixante (os restos preservados destes blocos são os xenólitos)

Fusão da rocha encaixante por aquecimento

“Magmatic Stoping”

criando espaço para a intrusão do magma

Magma abre fraturas e penetra na rocha encaixante

sobrejacente

Rocha

Encaixante

As rochas encaixantes podem ser arqueadas pela intrusão

Blocos de rocha encaixante (xenólitos) se desprendem e

afundam no magma

Tipos de estruturas ígneas intrusivas e extrusivas

Rocha encaixante

Derrame de lava

Depósitos piroclásticos Chaminé vulcânica com

diques radiais

Pluton

Batólito

Plutons

Grandes corpos ígneos formados em profundidade na crosta

Batólito: Massivo, corpo discordante intrusivo cobrindo uma área de 100 km2

Stock: Massivo, corpo discordante intrusivo com menos de 100 km2

Dique: Tabular, corpo discordante intrusivo

Sill: Tabular, corpo intrusivo concordante

Fonte: USGS.

Plutons de grandes

dimensões (batólitos)

Fig. 5.9

Sill

70

Fig. 5.9

Dique

Fig. 5.9

VULCANISMO

Morfologia

de um

vulcão

Cratera

Caldeira

Influência da composição sobre

o comportamento dos magmas

Viscosidade

• teor de sílica

• temperatura

• conteúdo de voláteis

Relações entre composição (teor de sílica), temperatura

e viscosidade dos principais tipos de magmas.

Temperatura

Influência da composição sobre

o comportamento dos magmas

As erupções vulcânicas podem ser divididas em duas

grandes categorias:

Erupções efusivas: Relativamente calmas, típicas de

magmas de baixa viscosidade (máficos e ultramáficos),

com baixo conteúdo de voláteis

Erupções explosivas: típicas de magmas de alta

viscosidade (intermediários a ácidos) com alto conteúdo

de voláteis

Influência da composição sobre

o comportamento dos magmas

Erupções Efusivas

• Erupções fissurais

Erupções Efusivas

Devido à baixa viscosidade, lavas

basálticas podem fluir por grandes

distâncias, produzindo derrames

de grande volume e baixa relação

espessura/área (aspect ratio)

Magmas ácidos tendem a formar

erupções explosivas, e não

derrames de lava.

Em condições particulares

magmas ácidos desgaseificados

podem gerar lavas, em erupções

não explosivas

Os derrames de magmas ácidos

são mais espessos e tem relação

espessura/área maior do que os

derrames de magmas básicos

Derrame basáltico

Derrame (ou domo) riolítico

Derrame andesítico

Espinha riolítica

Erupções Efusivas

• Lavas pahoehoe ou em corda

Erupções Efusivas

• Lavas aa ou em blocos

Erupções Efusivas

Vulcanismo

sub-aquoso

Lavas em almofada Ofiolito Semail, Wadi Jizzi, Oman

Erupções Efusivas

Erupções Explosivas

Região de

fragmentação

Bolhas 60-

70% em

volume

Chaminé

Nível de

exsolução

Magma com voláteis

exsolvidos

Cámara magmáticacom voláteisdissolvidos

(H O, CO , SO )2 2 2

CraterCratera

Expansão

Processo de fragmentação

Cúspide

“Prato”

Vesiculado

Erupções Explosivas

Tipos de partículas

Magnitude do cogumelo explosivo do vulcão

Krakatoa (Indonésia) em 1883, que alcançou a

estratosfera. A inexistência de nuvens impediu o

retorno mais rápido das cinzas e poeira para a superfície da Terra por

meio da chuva, obliterando a luz solar durante vários meses a anos. Com isso a temperatura média global sofreu redução de 0,5 °C.

•Extensão das cinzas 700.000 km2

• Cogumelo l = 400 km e h = 34 km

• ondas de 40m de altura

• 36.00 mortos

Depósito de queda - Estruturas de impacto de bombas balísticas

Erupções Explosivas

Colapso da coluna eruptiva

Quando o empuxo da mistura diminui (diminuição da explosividade ou alargamento do conduto) pode ocorrer colapso parcial ou total da coluna. Gera-se assim um fluxo piroclástico em direção radial ao vulcão

Fluxo piroclástico

IGNIMBRITOS: depósito de fluxo piroclástico

Depósitos de “Surge”

Estruturas tipo dunas – fluxos diluídos (surges)

Distribuição dos depósitos de

queda, com espessuras

decrescentes para longe do vulcão.

Parâmetros D e F.

D se calcula do gráfico (a),

F representa a porcentagem das

partículas com tamanho <2mm.

Grau de explosividade em Erupções