O resultado do metamorfismo depende da pressão, temperatura e da abundância de fluido envolvido, e há muitos ajustes com combinações únicas destes fatores. Alguns tipos de metamorfismo são característicos de configurações tectônicas específicas de placas, mas outros não.
Metamorfismo enterrado ocorre quando os sedimentos são enterrados suficientemente fundo para que o calor e a pressão façam com que minerais comecem a se recristalizar e novos minerais a crescer, mas não deixem a rocha com aparência de folhagem. Com o decorrer dos processos metamórficos, o metamorfismo enterrado ocorre a temperaturas relativamente baixas (até ~300 °C) e pressões (100s de profundidade). A olho nu, as mudanças metamórficas podem não ser de todo aparentes. Contraste a rocha conhecida comercialmente como Black Marinace Gold Granite (Figura 10.24)-mas que na realidade é um metaconglomerado – com o metaconglomerado da Figura 10.10. O metaconglomerado formado por metamorfismo enterrado não apresenta nenhuma das folhagens que se desenvolveram no metaconglomerado da Figura 10.10.
Figure 10.24 Metaconglomerado formado por metamorfismo enterrado. Os seixos desta amostra não estão alinhados e alongados como no metaconglomerado da Figura 10.10. Fonte: James St. John (2014) CC BY 2.0 view sourceA Note About Commercial Rock Names
Nomes dados às rochas que são vendidas como materiais de construção, especialmente para bancadas, podem não refletir o tipo real de rocha. É comum usar os termos granito e mármore para descrever rochas que não são nem um nem outro. Embora estes termos possam não fornecer informações precisas sobre o tipo de rocha, eles geralmente distinguem a rocha natural dos materiais sintéticos. Um exemplo de material sintético é o referido como quartzo, que inclui cristais de quartzo moídos, bem como resina. Se você estiver no mercado de bancadas de pedra e estiver preocupado em obter um produto natural, é melhor fazer muitas perguntas.
Metamorfismo regional
Metamorfismo regional refere-se ao metamorfismo em larga escala, como o que acontece com a crosta continental ao longo de margens tectônicas convergentes (onde as placas colidem). As colisões resultam na formação de longas cadeias de montanhas, como aquelas ao longo da costa ocidental da América do Norte. A força da colisão faz com que as rochas sejam dobradas, quebradas e empilhadas umas sobre as outras, de modo que não só existe a força de espremer da colisão, mas também do peso das rochas empilhadas. Quanto mais profundas as rochas estão dentro da pilha, maiores as pressões e temperaturas, e maior o grau de metamorfismo que ocorre. As rochas que se formam a partir do metamorfismo regional são provavelmente foliadas devido à forte pressão direcional das placas convergentes.
A faixa dos Himalaias é um exemplo de onde o metamorfismo regional está acontecendo porque dois continentes estão colidindo (Figura 10.25). As rochas sedimentares têm sido empurradas até grandes alturas – cerca de 9 km acima do nível do mar – e também enterradas a grandes profundidades. Considerando que o gradiente geotérmico normal (a taxa de aumento da temperatura com profundidade) é de cerca de 30°C por quilômetro na crosta, rochas enterradas a 9 km abaixo do nível do mar nesta situação poderiam estar perto de 18 km abaixo da superfície do solo, e é razoável esperar temperaturas de até 500°C. Observe a sequência de rochas que, começando com a ardósia mais alta, onde as pressões e temperaturas são mais baixas, e terminando em migmatite no fundo, onde as temperaturas são tão altas que alguns dos minerais começam a derreter. Estas rochas são todas folhadas devido à forte força de compressão das placas convergentes.
Metamorfismo do solo marinho (hidrotermais)
Em uma crista oceânica, a crosta oceânica recentemente formada de gabbro e basalto está lentamente se afastando do limite da placa (Figura 10.26). A água dentro da crosta é forçada a subir na área próxima à fonte de calor vulcânico, atraindo mais água de mais longe. Isto eventualmente cria um sistema convectivo onde a água fria do mar é atraída para a crosta, aquecida a 200 °C a 300 °C à medida que passa pela crosta, e depois libertada novamente para o fundo do mar perto da crista.
A passagem desta água através da crosta oceânica nestes temperadores promove reacções metamórficas que alteram os minerais olivina e piroxeno originais na rocha para clorito ((Mg5Al)(AlSi3)O10(OH)8) e serpentina ((Mg, Fe)3Si2O5(OH)4). Clorito e serpentina são ambos minerais hidratados, contendo água sob a forma de OH em suas estruturas cristalinas. Quando a crosta oceânica metamorfosada é posteriormente subducta, o clorito e a serpentina são convertidos em novos minerais não hidratados (ex.: clorito e serpentina), granada e piroxeno) e a água que é libertada migra para o manto sobreposto, onde contribui para o derretimento.
O metamorfismo de baixo grau que ocorre nestas pressões e temperaturas relativamente baixas pode transformar rochas ígneas mafiosas na crosta oceânica em pedra verde (Figura 10.27), uma rocha metamórfica não-folhada.
Subduction Zone Metamorphism
Em zonas de subducção, onde a litosfera oceânica é forçada para baixo no manto quente, há uma combinação única de temperaturas relativamente baixas e pressões muito altas. As altas pressões são de se esperar, dada a força da colisão entre placas tectônicas, e a crescente pressão litostática à medida que a laje subdutora é forçada cada vez mais para dentro do manto. As temperaturas mais baixas existem porque embora o manto seja muito quente, a litosfera oceânica é relativamente fria, e um pobre condutor de calor. Isso significa que levará muito tempo para aquecer, pode ser várias centenas de graus mais frio do que o manto circundante. Na Figura 10.28, observe que as isotermas (linhas de igual temperatura, linhas tracejadas) mergulham profundamente no manto junto com a laje subdutora, mostrando que regiões de temperatura relativamente baixa existem mais profundas no manto.
Um tipo especial de metamorfismo ocorre sob estas condições de muito alta pressão, mas relativamente baixa temperatura, produzindo um mineral anfibólio conhecido como glaucofane (Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2). O glaucophane é azul, e o componente principal de uma rocha conhecida como blueschist. Se você nunca viu ou mesmo ouviu falar de blueschist, isso não é surpreendente. O que é surpreendente é que alguém o tenha visto! A maioria do blueschist que se forma nas zonas de subducção continua a ser subducted. Ele se transforma em eclogite a cerca de 35 km de profundidade, e então eventualmente afunda profundamente no manto, para nunca mais ser visto novamente. Em apenas alguns lugares do mundo, o processo de subducção foi interrompido, e o blueschist parcialmente subduzido voltou à superfície. Um desses lugares é a área em torno de São Francisco. O blueschist neste local é parte de um conjunto de rochas conhecido como Complexo Franciscano (Figura 10.29).
Contacto Metamorfismo
Contacto metamorfismo acontece quando um corpo de magma se intromete na parte superior da crosta. O calor é importante no metamorfismo de contato, mas a pressão não é um fator chave, então o metamorfismo de contato produz rochas metamórficas não-folhadas como hornfels, mármore e quartzito.
Um tipo de corpo de magma pode levar ao metamorfismo de contato, desde um dique fino até um grande estoque. O tipo e intensidade do metamorfismo, e a largura da auréola metamórfica que se desenvolve ao redor do corpo magmático, dependerá de uma série de fatores, incluindo o tipo de rocha do país, a temperatura do corpo intruso, o tamanho do corpo e os compostos voláteis dentro do corpo (Figura 10.30). Uma grande intrusão conterá mais energia térmica e arrefecerá muito mais lentamente do que uma pequena, e portanto fornecerá um tempo mais longo e mais calor para o metamorfismo. Isto permitirá que o calor se estenda mais para dentro da rocha do campo, criando uma auréola maior. Os voláteis podem exsolver-se do derretimento intruso e viajar para a rocha do campo, facilitando o aquecimento e o transporte de constituintes químicos do derretimento para a rocha. Assim, as auréolas que se formam em torno de intrusões “molhadas” tendem a ser maiores do que as que se formam em torno de suas contrapartes secas.
Auréolas metamórficas de contacto são tipicamente bastante pequenas, desde apenas alguns centímetros em torno de pequenos diques e peitoris, até cerca de 100 m em torno de um grande stock. O metamorfismo de contato pode ocorrer em uma ampla faixa de temperaturas – de cerca de 300 °C a mais de 800 °C. Diferentes minerais se formam dependendo da temperatura exata e da natureza da rocha do país.
Embora corpos de magma possam se formar em uma variedade de ambientes, um lugar onde o magma é produzido em abundância, e onde o metamorfismo de contato pode ocorrer, é ao longo de fronteiras convergentes com zonas de subducção, onde arcos vulcânicos se formam (Figura 10.31). O metamorfismo regional também ocorre neste cenário, e devido ao calor extra associado à atividade magmática, o gradiente geotérmico é tipicamente mais acentuado nestes cenários (entre ~40 e 50 °C/km). Sob estas condições, graus de metamorfismo mais elevados podem ocorrer mais perto da superfície do que em outras áreas.
Metamorfismo de choque
Quando objectos extraterrestres atingem a Terra, o resultado é uma onda de choque. Onde o objeto atinge, as pressões e temperaturas se tornam muito altas em uma fração de segundo. Um impacto “suave” pode atingir com 40 GPa e elevar a temperatura até 500 °C. As pressões no manto inferior começam a 24 GPa (GigaPascals), e sobem até 136 GPa no limite do core-mantle, então o impacto é como mergulhar a rocha profundamente no manto e soltá-la novamente em segundos. A mudança repentina associada ao metamorfismo de choque torna-o muito diferente de outros tipos de metamorfismo que se podem desenvolver ao longo de centenas de milhões de anos, começando e parando à medida que as condições tectônicas mudam.
Duas características do metamorfismo de choque são o quartzo chocado, e os cones estilhaçados. Quartzo chocado (Figura 10.32 esquerda) refere-se a cristais de quartzo que apresentam danos na forma de linhas paralelas ao longo de um cristal. O cristal de quartzo na Figura 10.32 tem dois conjuntos destas linhas. As linhas são pequenas quantidades de material vítreo dentro do quartzo, formadas a partir de derretimento quase instantâneo e resolidificação quando o cristal foi atingido por uma onda de choque. Os cones de estilhaços são fraturas em forma de cone dentro das rochas, também o resultado de uma onda de choque (Figura 10.32 à direita). As fraturas são aninhadas como uma pilha de cones de sorvete.
Metamorfismo Dinâmico
Metamorfismo Dinâmico é o resultado de uma tensão de cisalhamento muito elevada, tal como ocorre ao longo das zonas de falha. O metamorfismo dinâmico ocorre a temperaturas relativamente baixas em comparação com outros tipos de metamorfismo, e consiste predominantemente das mudanças físicas que acontecem a uma rocha com tensão de cisalhamento. Ela afeta uma região estreita próxima à falha, e as rochas próximas podem parecer não afetadas.
Em pressões e temperaturas mais baixas, o metamorfismo dinâmico terá o efeito de quebrar e moer rochas, criando rochas cataclásticas como a brecha de falha (Figura 10.33). A pressões e temperaturas mais elevadas, os grãos e cristais na rocha podem deformar-se sem se partir em pedaços (Figura 10.34, à esquerda). O resultado do metamorfismo dinâmico prolongado sob estas condições é uma rocha chamada mylonita, na qual os cristais foram esticados em fitas finas (Figura 10.34, direita).
