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Agrupamento de Escolas de Proença-a-Nova
Biologia e Geologia
11º Ano
Resumo
ROCHAS MAGMÁTICAS: GÉNESE E TIPOS
As rochas magmáticas ou ígneas
são, por excelência, as rochas originais
do planeta Terra, isto é, quando o
planeta se formou, as primeiras rochas a
formarem-se foram as rochas
magmáticas, é a partir destas que todas
as outras se formaram. Muito
provavelmente o tipo de rochas que se
formou a seguir foram as rochas
metamórficas que necessitam de altas temperaturas e/ou baixas pressões (isto é, não
necessitam de agentes de geodinâmica externa), por ultimo as rochas mais recentes deverão
ser as sedimentares, que necessitam dos agentes de meteorização e erosão, como a água e o
vento, elementos esses que se formaram mais tarde na história da Terra. Há no entanto que
relembrar que o processo de formação de rochas, quer do tipo magmático como do tipo
metamórfico e sedimentar ocorre ainda nos dias de hoje, por isso haverá rochas magmáticas
que são mais recentes do que as metamórficas ou mesmo que as sedimentares.
As rochas magmáticas iniciam a sua formação em profundidade, ao contrário das
sedimentares em que todo o processo é superficial, isto é, ocorre nas camadas superiores da
crusta. O processo de génese das rochas ígneas inicia-se em profundidades mas não significa
que termine nesse local, por vezes termina à superfície. Desta forma podemos classificar as
rochas magmáticas em dois grandes grupos:
Rochas magmáticas intrusivas ou plutónicas– cujo processo de arrefecimento do
magma ocorre no interior da crusta terrestre, logo os minerais formam-se
lentamente podendo por isso desenvolver formas cristalinas de grandes
dimensões, textura fanerítica.
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Rochas magmáticas extrusivas ou vulcânicas– como o próprio nome indica, estão
relacionadas com os aparelhos vulcânicos, que expelem para o exterior lava
(basicamente magma que ao chegar à superfície perde gases e arrefece), o
arrefecimento deste magma é muito mais brusco, podendo mesmo entrar em
contacto com água que acelera fortemente o processo, como tal os minerais são
muito menores podendo mesmo a rocha adquirir uma textura amorfa (os minerais
são tão pequenos que não se distinguem, textura afanítica.
No entanto as rochas ígneas não se resumem apenas a estes dois grupos, pois dentro
deles existem muitos subgrupos que estão relacionados, não com a forma como o magma
arrefece mas sim com a própria constituição do magma.
Ocorrência e tipos magmas
A génese das rochas magmáticas está de certa forma relacionado com a tectónica de
placas, ocorrendo regra geral nos limites convergentes e divergentes, locais esses
caracterizados por elevadas temperaturas e/ou elevadas pressões que permitem a fusão
parcial dos rochas do manto (rochas mantélicas) originando magmas.
Uma vez que se trata de um processo em profundidade o seu estudo directo está fora
de questão pelo que o seu conhecimento é ainda muito limitado, até porque as pressões e
temperaturas necessárias são tão elevadas que mesmo em laboratório por vezes é complicado
recriar essas situações.
Comparando as percentagens relativas de rochas magmáticas intrusivas e extrusivas
verificamos algo interessante: a quantidade de rochas intrusivas é largamente superior do que
a quantidade de rochas extrusivas, isso é relativamente fácil de compreender, pois as “zonas
de escapatória” do magma que ascende para a superfície são poucas, logo pouco material
magmática consegue de facto chegar à superfície limitando assim a quantidade de rochas
magmáticas extrusivas.
Em zonas tectonicamente e vulcanicamente activas, o aumento de temperatura com a
pressão é muito rápido, isto é, o gradiente geotérmicoé muito elevado. Desta forma, em zonas
relativamente superficiais a temperatura pode facilmente atingir valores altos, na casa dos
1000ºC. Isto é, logo na base da crusta é possível encontrar material parcialmente fundido,
magma, que pode ascender à superfície (se reunir as condições necessárias).
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Além de temperaturas elevadas, outras situações podem contribuir para a fusão de
materiais constituintes do manto e da crusta, como a diminuição da pressão e a hidratação
desses materiais.
Desta forma, e tendo em conta as variáveis apresentadas, podemos analisar os locais
onde é normal ocorrer a génese das rochas magmáticas.
Zonas de Rift
Se considerarmos as zonas de rift verificamos que a pressão nas zonas mantélicas logo
abaixo do rift são inferiores do que nas regiões circundantes, isto porque o rift representa
basicamente uma fenda na crusta que permite a libertação do material proveniente do manto,
o que reduz a pressão significativamente. Ora esse abaixamento da pressão permite a fusão
das rochas e consequentemente a formação de magma. Outra situação semelhante ocorre
com as plumas térmicas, provenientes da
zona de fronteira entre o manto e o núcleo
externo, ao ascender o material fica sujeito a
pressões inferiores o que leva a fusão das
rochas e logo a formação de magma basáltica.
Estes locais de onde ascendem as plumas
térmicas denominam-se de pontos quentes e
são esporádicos no espaço intra-placa, sendo
responsáveis pela formação das cadeias de
ilhas como o Havai.
Zonas de subducção
Nestes locais não ocorre propriamente abaixamento de pressão, de facto o que acontece é
que uma das placas, a mais densa, normalmente a oceânica sofre subducção sob a placa
continental. Este fenómeno faz com que a placa que mergulha afunda-se no manto ficando
sujeita a temperaturas altas, além disso ocorre hidratação do material mergulhante, isto
porque há acumulação de água nos sedimentos. A presença de água nos sedimentos leva a um
abaixamento do ponto de fusão dos materiais e como tal este inicia a sua fusão a
temperaturas inferiores às normais, logo a menor profundidade, (relembrar que devido ao
gradiente geotérmico, quando maior a profundidade, maior é a temperatura).
O material fundido, por ser menos denso que o circundante, ascende até à superfície
originando rochas de textura extrusiva, ou por outro lado, de textura intrusiva que o material
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não conseguir ascender até a superfície e por isso solidificar dentro da crusta. A composição
deste tipo de rochas depende do magma que se formou durante a subducção, que por sua vez
depende da composição da placa oceânica e da placa continental, pois há introdução de
material das duas no manto durante a subducção, logo o magma acaba por ser uma mistura
das duas.
Existem assim diferentes tipos de rochas magmáticas, os seus nomes baseiam-se na
textura e composição que apresentam, todas têm em comum o facto de se originarem através
da cristalização de magma. O magma não é todo igual, de facto, magmas diferentes originam
rochas diferentes. Mas o mesmo tipo de magma pode originar tipos diferentes de rochas, de
acordo com as condições em que se magma cristaliza.
Os magmas podem ser basicamente de três tipos:
Basálticos
Os mais abundantes, na realidade cerca de 80% do magma expulso pelos vulcões são
do tipo basáltico. Dos três tipos, são as que menor percentagem de sílica, contendo poucos
gases. Dão origem a lavas ácidas e viscosas, por provirem normalmente de zonas fundas do
manto, são também muito quentes e fluídas. Julga-se que estas lavas provêm da fusão parcial
das rochas do manto, o peridotito. Este material, como já foi referido, provem de zonas
profundas o manto, abastecendo os rifts e os pontos quentes (hotspots), tanto num caso como
no outro, o abaixamento (por razões diferentes) da pressão leva a que o material funda
formando magmas
basálticos.
Segundo estudo
laboratoriais, o peridotito
que se encontre entre os
100 e os 350Km de
profundidade funda
parcialmente, tornando o
menos denso e por isso
levando-o a ascender. A
possibilidade de ascensão
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e a velocidade a que se procede do magma depende de vários factores, nomeadamente da
viscosidade do magma. Esta por sua vez, esta depende da temperatura, quantidade de sílica e
da quantidade de fluídos.
Se forem muito viscosas a velocidade de ascensão é lenta podendo mesmo o magma
solidificar antes de chegar à superfície, formando rochas intrusivas com grandes cristais. Por
vezes o magma acumula-se em câmaras magmáticas localizadas entre os 10 e os 30Km,
podendo solidificar e originando também rochas intrusivas denominadas de gabros.
Por seu lado se a viscosidade for baixa, a velocidade de ascensão é grande, podendo o
material chegar a superfície ainda fundido, acabando por solidificar à superfície. Neste caso o
arrefecimento é rápido originado minerais mais pequenos, originam-se assim rochas
extrusivas, sendo a mais comum o basalto. Em certas situações os basaltos apresenta textura
que evidencia uma génese em duas fases. Basicamente verifica-se a existência de cristais de
grandes dimensões misturados com minerais de menores dimensões, os de maiores
dimensões formaram-se durante a ascensão do magma onde o arrefecimento é lento, por seu
lado os minerais de menores dimensões representam o arrefecimento rápido que o magma
sofre já à superfície.
Andesíticos
Estes magmas representam apenas 10% do magma que ascende até à superfície, mais
rico em sílica que o basáltico e com maior quantidade de gases. Forma-se nas zonas de
subducção, como por
exemplo na zona dos
Andes, facto esse que
está na origem do
nome deste tipo de
magma. A forma como
este tipo de magma se
forma não está ainda
esclarecido e o facto de
ocorrer em
profundidade não
simplifica a situação.
A composição
do magma andesítico depende da quantidade e qualidade do fundo oceânico subdotado, bem
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como a quantidade e qualidade do material que constitui a placa oceânica, logo este magma
acaba por ter uma constituição mista. Além disso junta-se a água, tal como já foi explicado
atrás. De facto este último constituinte é de extrema importância uma vez que baixa o ponto
de fusão do material, permitindo que a profundidade relativamente baixa, na ordem dos 10 a
20km. No entanto a água ao chegar aos 5km de profundidade poderá já encontrar-se a 150°C.
Neste momento estará a perguntar como será possível que a água chegue aos 20km de
profundidade de forma a possibilitar a diminuição do ponto de fusão. Acontece que a água
pode manter-se no estado líquido a temperaturas muito superiores aos 100°C quando sujeita a
elevadas pressões (isto é, não passa ao estado gasoso), situação essa que se verifica com o
aumento da profundidade.
Se os magmas andesíticos ascenderem até à superfície, darão origem a rochas
extrusivas como por exemplo os andesitos, mas se por seu lado ficarem presas na crusta e ai
arrefecerem lentamente, formam-se os dioritos.
Riolíticos
Este tipo de magma representa, tal como o andesítico, apenas 10% do magma que
ascende até à superfície. Julga-se que possa resultar da fusão da crusta continental, sendo por
isso bastante rica em sílica, água e
gases (que se encontram
originalmente nas rochas da crusta
que funde), nomeadamente, dióxido
de carbono.
A formação deste tipo de
magma parece ocorrer nas zonas de
convergência entre placas
continentais, isto é, nas zonas de
formação de cadeias montanhosas.
Nestas zonas a colisão das duas placas leva a um aumento da pressão e da temperatura,
podendo originar fenómenos de metamorfismo, no entanto se o processo for intenso o
suficiente pode ocorrer fusão parcial das rochas da crusta originando o magma riolítico. Este
magma, por ter elevada concentração de sílica é básico, muito viscoso e de baixa temperatura,
podendo solidificar no interior da cadeia montanhosa. O arrefecimento ocorre assim
lentamente e em profundidade, formando rochas intrusivas com minerais de grandes
dimensões. As rochas mais conhecida é o granito, que permanece oculta no interior da cadeia
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montanhosa até que a erosão desgastaa rocha circundante que é menos resistente que o
granito, expondo-o assim.
Consolidação de magmas
As unidades estruturais das rochas são os minerais, por sua vez estes formam-se por
cristalização do magma. As substâncias não cristalizam todas a mesma temperatura e pressão.
Assim à medida que o magma vai passando por
variações de pressão e temperatura ocorre a
cristalização dos diferentes minerais. Isto
acontece também porque o magma não é uma
mistura homogénea de material, isto é, é uma
mistura de diferentes elementos.
Além do material que vai originar os
minerais tem ainda vapores que podem
sublimar e fluídos que vaporizam com
deposição de materiais dissolvidos.
No magma, devido ao seu estado fundido (encontra-se a altas temperaturas), as
partículas encontram-se livres, movimentando-se livremente. Esses movimentos dependem
não só de factores internos (inerentes à constituição do magma) como também de factores
exteriores como: agitação do meio em que se formam, a duração do processo, espaço
disponível e claro a temperatura.
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Regra geral, quanto mais calmo, mais lento com um decrescimento gradual da
temperatura, e mais espaço houver maiores e mais organizados vão ser os minerais.
Assim as partículas organizam-se ordenadamente nas diferentes direcções do espaço
resultando num crescimento harmónico. Por vezes o mineral não cresce de igual forma em
todas as direcções, adquirindo formas diferentes uns dos outros. Embora as formas dos cristais
dependam das condições exteriores, a sua organização interna não é variável relativamente às
condições. Relembrar que uma das características dos minerais é terem uma rede cristalina
bem definida para cada tipo de mineral.
A estrutura cristalina consiste na repetição de enumeras fiadas de partículas
ordenadas segundo várias direcções, forma-se assim uma rede em que as unidades são
sempre paralelepípedos. Estes podem variar nas dimensões das arestas, nos ângulos que estas
fazem entre si, e claro na constituição
química, originando assim minerais
diferentes. Esta rede denomina-se de
malha elementarou motivo cristalino. A
repetição no espaço da malha elementar,
em todas as direcções permite a
cristalização crescente do mineral,
formando-se então uma rede
tridimensionalou sistema reticular, que
em última análise é o mineral.
Basicamente a estrutura cristalina representa a ordenação espacial dos átomos/iões
do mineral de forma a ordenar a rede na estrutura mais forte possível (de acordo com a
composição química). Átomos ou iões são os elementos básicos de cada paralelepípedo.
Segundo esta teoria denominada por teoria reticular, propriedade como a clivagem,
fractura e condutibilidade calorífica, são explicadas pelas forças que se estabelecem entre as
partículas. Por exemplo, a clivagem ocorre sempre onde as forças são mais fracas, estas
formam planos paralelos entre si, logo permite a separação de partes dos minerais.
Devido ao facto das partículas tenderem a organizar-se é normal apresentarem formas
poliédricas, se para tal ocorrem as condições necessárias. No entanto às vezes as tais
condições não se reúnem e como tal as partículas não se conseguem organizar devidamente,
por outas palavras, não se constitui o sistema reticular. A estrutura não se apresenta
ordenada, tal como a dos líquidos, mas é rígida apresentando resistência à força de
compressão. Esta estrutura denomina-se de estrutura vítreaou amorfa.
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O facto de apresentar uma estrutura desorganizada confere a estes minerais
propriedades dos líquidos, no entanto, muito viscoso. Na realidade o vidro é um mineral à
base de sílica onde o arrefecimento é muito rápido, pelo que as partículas não se organizaram
de forma harmónica, logo formando uma estrutura amorfa, assim o vidro é um líquido
extremamente viscoso.
Silicatos – principais
constituintes das rochas
Cerca de 95% da massa e
volume da crusta terrestre é
formado por minerais silicatados,
isto é, minerais com base em sílica
(Si). A estrutura mais comum de
todos os silicatados é o ião (SiO4)4-.
O elemento de sílica tende a ligar-se
a quatro elementos de oxigénio,
formando um tetraedro, a malha
elementar, mostrando uma
característica essencial, é
electricamente neutro (por essa
razão são muito pouco solúveis em
água). Desta forma um tetraedro
tende a unir-se a outro tetraedro
vizinho por uma série de catiões
(carga positiva) que actuam como
elo entre os tetraedros. À medida
que se vão acrescentando mais
tetraedros, fenómeno denominado de
polimerização, o mineral vai crescendo, formando
um sistema reticular. O fenómeno de polimerização
do silicato é uma característica inerente à química do
planeta Terra, a forma como ocorre a polimerização,
que pode diferir devido ao facto de utilizarem
diferentes catiões de elo, permite criar diferentes
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tipos de silicatos.
O quartzo é um dos silicatos mais conhecidos, presentes em muitas rochas, de dureza
elevada e formação tardia no magma.
Isomorfismo e Polimorfismo
Durante muito tempo pensou-se que os minerais tinham composição química e
estrutura interna (sistema reticular) única. No entanto ocorrem minerais onde isso não se
verifica, isto é, o mesmo tipo de mineral pode ter composição química ligeiramente diferente
(mantendo a estrutura cristalina igual) ou apresentar estrutura cristalina diferente (mantendo
a composição química igual). Estas duas situações são conhecidas como isomorfos e
polimorfos, respectivamente.
Os isomorfos (do grego, a mesma forma) são minerais que embora quimicamente
diferentes, podem apresentar a mesma malha cristalina. Isto ocorre por substituição de
determinado ião por outro com iguais características, assim para que tal ocorra os iões que se
trocam têm que apresentar afinidade química, isto é, têm que ser muito semelhantes,
nomeadamente ao nível do raio iónico (a diferença não pode oscilar mais do que 15%) e ter a
mesma carga eléctrica. Nestas condições a troca é possível pois a malha mantêm-se estável.
Esta situação ocorre em muitos minerais, onde se destacam os
feldspatos. Nestes o Na+ pode ser substituído por Ca+, formando
o conjunto de diferentes feldspatos em que varia a percentagem
relativa de Na+ e Ca+. Ao conjunto de todos os diferentes tipos
de feldspatos dá-se o nome de plagióclases.
Albite
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As plagióclases representam um leque muito grande de minerais, desde aqueles que
na constituição apresentam, entre outros elementos, só Na+ e nenhuma Ca+, é o caso da
Albite, até à Anortite que possui apenas Ca+ e nenhum Na+ (além dos
outros elementos normais), passando por outros minerais que
apresentam percentagens variáveis de sódio e cálcio variável. Repare-
se que o sódio e o cálcio são quimicamente são muito semelhantes,
pelo que podem facilmente trocar-se mantendo no entanto os
minerais estruturas cristalinas iguais, mas por apresentarem
composição química diferentes apresentam características diferentes
como por exemplo a cor.
A conjuntos como as plagióclases em que que os minerais mantêm a estrutura interna
mas variam a composição dá-se o nome de séries isomorfasou solução sólida, sendo que os
diferentes minerais da série denominam-se de cristais de misturaou misturas isomorfas.
A transição de um ião por outro julga-se que possa ser possível graças a elevação da
temperatura do magma, que aumenta a amplitude das oscilações dos elementos, permitindo
maior flexibilidade estrutural do cristal, ou seja permitindo a troca de um ião por outro.
Já no caso do polimorfismo, minerais com a mesma
composição química podem apresentar sistemas reticulares
diferentes. O carbonato de cálcio (CaCO3) é um desses exemplos,
podendo originar dois minerais diferentes como a calcite e a
aragonite. Estes dois têm exactamente a mesma composição
química mas malhas diferentes.
Aparentemente dois factores ambientais são essenciais
para a formação de polimorfos, a temperatura e a pressão. Existe
vários outros exemplos de polimorfos, mas o mais conhecido e
interessante é o caso da grafite e do diamante, ambos são
constituídos unicamente por carbono. Sobre pressões o
carbono tende a fazer ligações laterais, formando lâminas
de carbono que se ligam umas às outras por ligações fracas,
pelo que a grafite apresenta clivagem laminar e é pouco
dura. No entanto quando o carbono é sujeito a elevadas
pressões, equivalentes aquelas que se pensa que se
encontrem à 150km de profundidade, a estrutura é mais
Anortite
Grafite
Diamante
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densa, os elementos em camada aproximam-se uns dos outros e estabelecem também entre si
uma ligação forte, tão forte que este é o mineral mais resistente, pois as ligações são
igualmente fortes em todas as direcções.
Diferenciação magmática
Embora existam apenas três tipos de magmas, ocorrem uma grande quantidade de
minerais diferentes. Isto acontece porque a composição dos magmas é muito heterogénea,
logo dá origem a muitos minerais diferentes. Conjuntos diferentes de minerais originam rochas
magmáticas diferentes. Mesmo tendo dois magmas iguais, o conjunto de minerais formados
poderá não ser igual nos dois, isto porque os minerais formados dependem não só da
composição química dos minerais, mas também das condições em que se formam, logo
condições diferentes levam a minerais diferentes. Isto porque os minerais não cristalizam
todos ao mesmo tempo, não possuem todos a mesma temperatura de cristalização, alguns
cristalizam a temperaturas muito altas, outros apenas a temperaturas mais baixas, chama-se a
isso a cristalização fraccionada. Por essa razão magmas que não atingem temperaturas
elevadas podem nunca originar determinados certos minerais, enquanto minerais que
arrefeçam abruptamente poderão não dar origem a minerais que se formam a temperaturas
inferiores (pois estes não vão ter tempo para se cristalizarem).
Além disso, mesmo que o magma arrefeça muito lentamente de forma a que possa
passar por todas as gamas de temperaturas, à medida que os minerais de temperaturas
superiores cristalizam, levam a que certos átomos/iões sejam retirados do magma não os
tornado disponíveis para os minerais da parte final da série e como tal, podendo impedir que
alguns minerais “frios” não se cristalizem.
O primeiro a verificar que os minerais vão se cristalizando em série e de forma faseada
foi Bowen. Segundo este existem duas séries de reacções, que ocorrem ao mesmo tempo no
magma e à medida que este arrefece, que ele designou respectivamente de série dos minerais
ferromagnesianosou série descontinua e a série das plagióclasesou série contínua.
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Na série descontínua primeiro formam-se as olivinas, cujo ponto de fusão é mais alto,
de seguida as piroxenas, as anfíbolas e por último as biotites. Por seu lado, ao mesmo tempo
na série contínua começam por formar-se a anortite, mas à medida que a temperatura vai
descendo o Cálcio vai sendo substituído por Sódio, até ao ponto que só se incorpora Sódio e
por isso ocorre formação de Albite. Verifica-se assim que à medida que a temperatura diminui
vão-se formandos os diferentes minerais da série de plagióclases.
Chega-se então a um ponto em que a temperatura do magma é já relativamente baixa
e restam apenas alguns elementos, pelo que se formam feldspato potássico, seguido de
moscovite e eventualmente quartzo (o último de todos).
Repare-se que à medida que se vão formando os diferentes minerais, o magma vai
perdendo certos elementos e ficando relativamente mais rico em outros, isto é, vai ocorrendo
diferenciação magmática.
As últimas fracções do magma são normalmente constituídos porágua com voláteis e
outras substâncias em solução como a sílica, a plagióclase sódica e o feldspato potássico, que
constituem as soluções hidrotermais, que podem preencher fendas nas rochas, onde os
materiais remanescentes cristalizam por um só mineral ou por vários minerais associados.
Segundo as ideias de Bowen, mesmo um magma basáltico pode produzir magmas
diversificados, até magmas riolíticos, através da diferenciação magmática. Desta forma os
granitos deveriam ser abundantes na crusta oceânica, no entanto só se encontram na crusta
continental, logo os granitos não deverão ser produzidos por diferenciação magmática como
Bowen explicava, mas sim por fusão parcial das rochas da crusta continental.
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Verificou-se assim que o processo de formação das rochas magmáticas não é ainda
bem conhecido, além disso novos conhecimentos parecem mostrar que o processo de
diferenciação deve ser mais complexo pois:
O magma não arrefece uniformemente, podendo mesmo ocorrer reaquecimento
do magma.
Alguns magmas são imiscíveis, e se coexistirem na mesma câmara magmática cada
forma os seus minerais.
Magmas imiscíveis podem
dar origem a minerais
diferentes daqueles que
dariam isoladamente.
Os magmas ao
consolidarem podem assimilar materiais das rochas encaixantes, modificando a
sua composição.
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