Aula 2
This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA
Overview
Download & View Aula 2 as PDF for free.
More details
- Words: 1,641
- Pages: 70
Instituto de Geociências Universidade de Brasília
Petrologia Ígnea
Aula 2: O magma
Prof. Massimo Matteini
•Definição de magma •Parâmetros físicos e químicos que caracterizam o comportamento do magma: densidade, viscosidade, temperatura, pressão, conteúdos em voláteis e composição. •Mecanismo de ascensão dos magmas no manto e na crosta. Emplazamento dos corpos magmáticos e o “problema do espaço”. •Principais tipos de corpos intrusivos, sub-intrusivos e vulcânicos •Mudanças composicionais no magma •Evolução magmática
Magma: material natural de alta temperatura caracterizado por elevada mobilidade e que constitui um sistema químico-físico complexo formado por uma fase líquida de composição silicática, fases sólidas (minerais essencialmente silicáticos) e fases gasosas.
Um líquido silicático pode ser representado como uma rede tridimensional de cadeias, o polimeros, de tetraedro Si-O
-Densidade -Viscosidade -Conteúdo em voláteis -Pressão -Temperatura -Composição
Densidade È um parametro físico muito importante pela petrogenesis dos magmas. O contraste de densidade entre o magma e o ambiente solido a seu alrededor, permite o ascenso do mesmo magma para a superficie o os víveis mais superficias da crosta O contraste de densidade controla também os processos de diffreneciação, como a cristalização fraccionada
A densidade de um magma è função da sua composição química, temperatura e pressão
Viscosidade Viscosidade: a medida da resistência interna de uma substância ao fluxo quando es submetida a uma tensão. Essa propriedade é medida por um coeficiente que depende do atrito interno em função da coesão das partículas de seus componentes. Quanto mais viscosa uma fusão, mais difícil de fluir e maior o seu coeficiente de viscosidade. A viscosidade depende de: - Composição dum magma (conteúdo em Si e Al, responsáveis da construção das cadeias silicáticas - Conteúdo dos voláteis (H2O) dissolvidos num magma (responsáveis de interromper cadeias silicaticas - Cristalinidade (proporção de cristais num magma)
Os magmas ácidos são mais viscosos e fluem com mais dificuldade do que os magmas básicos que tem um menor coeficiente de viscosidade.
Viscosidade A unidade de medida è o Poise (Pascal x seg) Exemplos: Ar: 10 -5 Água: 10 -3 Mel:10 1 Asfalto frio:10 8 Vidro: >10 12
Viscosidade: a medida da resistência interna de uma substância ao fluxo quando es submetida a uma tensão.
A viscosidade diminui com o aumento do conteúdo em voláteis. Essa diminuição es mais importante em magmas ácidos.
Conteúdo (em %) de água no magma riolítico
Voláteis no magma
Conteúdo em voláteis O conteúdo em voláteis dum magma es a quantidade de gases dissolvidas num fundido silicático
A solubilidade (conteúdo) de H2O num magma depende principalmente de: - Pressão a que um magma encontre-se no interior da crosta terrestre .
Maior a pressão, maior es a solubilidade de H2O e a quantidade que pode ficar no magma.
8 5
Processo de vesiculação A diminuição da pressão durante o ascenso do magma causa a diminuição da solubilidade dos voláteis. O magma durante seu ascenso na crosta passa da posição A a posição B. Em A o magma es sobsaturo em gases y todos os voláteis som dissolvido na fusão. Em B o magma es supersaturo em gases e começa o processo de vesiculação com a nucleação de bolhas. O magma pode passar da posição A a posição C por enriquecimento em voláteis conseqüentemente ao processo de cristalização em câmara magmática
Temperatura As temperaturas dos magmas perto da superficie terrestre variam entre 700º C (para os magmas ácidos, mais ricos em SiO2) e 1200º C (para os magmas básicos, mais pobres em SiO2).
Pressão Os magmas podem se achar em condições de pressão muito diferentes, desde <30 Kb no manto até praticaménte a pressáo atmosférica no caso das erupções vulcânicas
Sílice (SiO2) é o principal óxido entre os constituintes das rochas magmáticas. Por isso representa o parâmetro mas comumente usado para a classificação das rochas magmáticas •
SiO2
35-78 %
•
TiO2
0,01-3 %
•
Al2O3 8-20 %
• • • • •
FeOtot 0,1-15 % MnO MgO CaO Na2O
0,01-0,5 % 0,01-20% 0,01-15 % 0,01-10 %
•
K2 O
0,01- 10 %
•
P2O5
0,01-1,5 %
conteúdo de SiO2 em peso % Ultrabásica < 45
Básica Intermediária Ácida 45 - 52 52 - 63 >63
Em geral as rochas ultrabásicas correspondem ás ultramáficas, as básicas ás máficas, as intermediaria e ácida ás félsicas
Exemplos de composição de diferentes rochas magmáticas
Exemplos de composição de diferentes rochas magmáticas
Exemplos de composição de diferentes rochas magmáticas
Ascenso dos magmas Os magmas geram-se nas regiões fontes (manto o crosta) e ascendem por contraste de densidade. Quando encontram uma zona da crosta com a mesma densidade, os magmas estacionam e esfriam em reservatórios, chamados câmaras magmáticas. A mobilidade de principalmente por:
um magma
na
crosta
é
controlada
-Gravidade: contraste de densidade entre líquido (magma) e sólido (rochas do manto e da crosta) -Pressões diferenciais: que podem facilitar a ascensão do magma
Os magmas (basalticos) que se geram no manto superior têm uma densidade menor da peridotita que constitui o manto mesmo. Por isso podem ascender até o limite com a crosta (Moho)
Sobrepressão do magma
Os magmas ascendem a traves de dois mecanismos: Diapiros: corpos de magmas flotantes que ascendem empurrando as rochas dúteis e altamente viscosas da crosta inferior o do manto (evidencias de campo, estudos experimentais) Diques: fraturas sub-verticais em rochas comportamento frágil da crosta superior
Diapiros
Diques
Emprazamento dos magmas na crosta Mecanismos de emprazamento: •Stoping •Ring-fracture stoping •Ballooning •Doming • ........ Importancia do control tectónicos
Stoping
Stoping
Stoping
Stoping
Stoping
Ring-fracture stoping
Ballooning
Formação dos laccolitos (Doming)
Formação dos laccolitos (Doming)
Control tectónico no emprazamento dos magmas na crosta
Condições para que um magma chegue a superfície
3) Existência de uma fratura que conecte diretamente a fonte, o reservatório, do magma com a superfície
5) Capacidade do magma de mover-se a traves desta fratura
As rochas intrusivas podem formar distintos tipos de corpos: Corpos intrusivos rasos Pescoços vulcânicos: São condutos vulcânicos circulares o eliptcos preenchidos de lava que geralmente apresentam-se expostos após da erosão diferencial do edifico vulcânico circundante
Soleiras (sills): corpos rasos, intrusivos, tabulares concordantes com disposição horizontal no momento do emprazamento.
Diques: corpos rasos, intrusivos, tabulares discordantes com disposição subvertical a vertical no momento do emprazamento.
Lopólitos: corpos intrusivos rasos, concordante subtabulares com forma de taça e que podem atingir até dezenas de quilômetros de diâmetros.
Lacólitos: corpos intrusivos rasos, concordante subtabulares com forma de quarda-chuva e dimensões menoresque as dos lopólitos
Corpos intrusivos de media a grandes profundidade
Stocks, plugs, plutons e intrusões circulares: são corpos intrusivos geralmente com área inferior a 100 km2. Genericamente são denominados plútons o maciços. São corpos discordantes que em planta apresentam formas arredondadas, elipticas, irregulares ou poligonais (contatos por falhas)
Batólitos: são gigantescas massas rochosas magmáticas formadas por coalescência de numerosas intrusões, que podem atingir centenas de quilômetros de comprimentos e dezenas de largo
Diferenciação magmática A composição dos magmas primários è modificada a causa dos processos de diferenciação.
A diferenciação (o fracionamento) pode ser definida como a formação de uma variedade de substancias a partir de um material inicial único (Cox et al., 1979). Esse termo não implica um mecanismo específico.
Um sistema magmático pode ser:
Fechado: como todos os sistema fechados, o sistema magmático tem só relações de troca de calor com seu meio ambiente Aberto: o sistema magmático interage com suas rochas encaixantes e/ou com outros magmas
Variaçôes composicionais em sistemas magmáticos fechados
Mecanismos de diferenciação: •Cristalização fraccionada: separação dos cristais do líquido •Inmiscibilidade de líquidos: separação de dois líquidos •Acção pnematolítica: separação de fase gassosa do líquido
CRISTALIZAÇÃO FRACIONADA
Processo de diferenciação magmática decorrente da cristalização progressiva de minerais diversos a partir de um magma parental com o decaimento de temperatura de maneira a cristalizarem antes os minerais de mais alto ponto de fusão (os mais ferro-magnesianos), resultando em cristais e magma residual que têm, separadamente, composição diferente da do magma original e, com o avanço do processo tem-se minerais mais félsicos cristalizando. Estas fases minerais fracionadas podem se concentrar e formar rochas de diversas composições através de vários processos, como: decantação de cristais mais pesados em camadas no fundo da câmara magmática, flotação de cristais mais leves em camadas mais para o topo, filtragem do magma residual pressionado/bombeado para fora da câmara magmática com concentração de minerais em bandas devido ao fluxo hidráulico do magma com seus cristais em suspensão.. Além da temperatura, variações da pressão e de fases fluidas no magma, entre outros fatores, podem alterar a sequência de cristalização magmática.
Cristalização fraccionada •Separação gravimétrica •Filtragem por compressão •Concentração de cristais por láminas de fluxo •Concentração de cristais por correntes de convecção
Separação gravimétrica
Lei de Stocks
V= g = r = Ρs =
V=
2gr2(ds-dl) 9η
velocidade de queda (cm/seg) aceleração devido à gravidade (980 cm/seg2) raio da partícula esférica (cm) densidade da partícula esférica contínua (g/cm3)
Ρl = densidade do líquido (g/cm3) Η = viscosidade do líquido (1 c/cm sec = 1 poise)
Concentração de cristais por láminas de fluxo o (segregação por fluxo) Figuras Drever e Johnston (1958). Royal Soc. Edinburgh Trans., 63, 459-499.
Imiscibilidade de Líquidos Líquido imiscibilidade do sistema Fo-SiO2
Figure . Diagrama de fase isobárica de T-x do sistema Fo-SiO2 do sistema em 0,1 MPa. Após Bowen e Anderson (1914) e Grieg (1927). Amer. J. Sci.
Exemplos de imiscibilidade de líquidos - Líquido imiscível tardio, rico em sílica, em basaltos toleíticos ricos em Fe - líquidos silicáticos e líquidos ricos em sulfetos - Líquidos silicáticos e carbonáticos (Sistema carbonatito-nefelinito).
Variaçôes composicionais em sistemas magmáticos abertos
Em sistemas magmáticos abertos, o magma interage com as rochas encaixante o com outros magmas. Os principais processos são: •Recarregamento de cámaras magmáticas •Mistura magmatica (mixing) •Assimilação
Exemplo de mixing
Exemplo de mixing
Assimilação Por via de: a) fusão do contaminante b) incorporação mecânica e reação entre sólido e magma envolvente
Exemplo de assimilação
PROCESSOS DE DIFERENCIAÇÃO MAGMÁTICA Na câmara magmática, a medida que o magma se esfria ocorrem processos de diferenciação que originam os diferentes tipos de rochas.
Petrologia Ígnea
Aula 2: O magma
Prof. Massimo Matteini
•Definição de magma •Parâmetros físicos e químicos que caracterizam o comportamento do magma: densidade, viscosidade, temperatura, pressão, conteúdos em voláteis e composição. •Mecanismo de ascensão dos magmas no manto e na crosta. Emplazamento dos corpos magmáticos e o “problema do espaço”. •Principais tipos de corpos intrusivos, sub-intrusivos e vulcânicos •Mudanças composicionais no magma •Evolução magmática
Magma: material natural de alta temperatura caracterizado por elevada mobilidade e que constitui um sistema químico-físico complexo formado por uma fase líquida de composição silicática, fases sólidas (minerais essencialmente silicáticos) e fases gasosas.
Um líquido silicático pode ser representado como uma rede tridimensional de cadeias, o polimeros, de tetraedro Si-O
-Densidade -Viscosidade -Conteúdo em voláteis -Pressão -Temperatura -Composição
Densidade È um parametro físico muito importante pela petrogenesis dos magmas. O contraste de densidade entre o magma e o ambiente solido a seu alrededor, permite o ascenso do mesmo magma para a superficie o os víveis mais superficias da crosta O contraste de densidade controla também os processos de diffreneciação, como a cristalização fraccionada
A densidade de um magma è função da sua composição química, temperatura e pressão
Viscosidade Viscosidade: a medida da resistência interna de uma substância ao fluxo quando es submetida a uma tensão. Essa propriedade é medida por um coeficiente que depende do atrito interno em função da coesão das partículas de seus componentes. Quanto mais viscosa uma fusão, mais difícil de fluir e maior o seu coeficiente de viscosidade. A viscosidade depende de: - Composição dum magma (conteúdo em Si e Al, responsáveis da construção das cadeias silicáticas - Conteúdo dos voláteis (H2O) dissolvidos num magma (responsáveis de interromper cadeias silicaticas - Cristalinidade (proporção de cristais num magma)
Os magmas ácidos são mais viscosos e fluem com mais dificuldade do que os magmas básicos que tem um menor coeficiente de viscosidade.
Viscosidade A unidade de medida è o Poise (Pascal x seg) Exemplos: Ar: 10 -5 Água: 10 -3 Mel:10 1 Asfalto frio:10 8 Vidro: >10 12
Viscosidade: a medida da resistência interna de uma substância ao fluxo quando es submetida a uma tensão.
A viscosidade diminui com o aumento do conteúdo em voláteis. Essa diminuição es mais importante em magmas ácidos.
Conteúdo (em %) de água no magma riolítico
Voláteis no magma
Conteúdo em voláteis O conteúdo em voláteis dum magma es a quantidade de gases dissolvidas num fundido silicático
A solubilidade (conteúdo) de H2O num magma depende principalmente de: - Pressão a que um magma encontre-se no interior da crosta terrestre .
Maior a pressão, maior es a solubilidade de H2O e a quantidade que pode ficar no magma.
8 5
Processo de vesiculação A diminuição da pressão durante o ascenso do magma causa a diminuição da solubilidade dos voláteis. O magma durante seu ascenso na crosta passa da posição A a posição B. Em A o magma es sobsaturo em gases y todos os voláteis som dissolvido na fusão. Em B o magma es supersaturo em gases e começa o processo de vesiculação com a nucleação de bolhas. O magma pode passar da posição A a posição C por enriquecimento em voláteis conseqüentemente ao processo de cristalização em câmara magmática
Temperatura As temperaturas dos magmas perto da superficie terrestre variam entre 700º C (para os magmas ácidos, mais ricos em SiO2) e 1200º C (para os magmas básicos, mais pobres em SiO2).
Pressão Os magmas podem se achar em condições de pressão muito diferentes, desde <30 Kb no manto até praticaménte a pressáo atmosférica no caso das erupções vulcânicas
Sílice (SiO2) é o principal óxido entre os constituintes das rochas magmáticas. Por isso representa o parâmetro mas comumente usado para a classificação das rochas magmáticas •
SiO2
35-78 %
•
TiO2
0,01-3 %
•
Al2O3 8-20 %
• • • • •
FeOtot 0,1-15 % MnO MgO CaO Na2O
0,01-0,5 % 0,01-20% 0,01-15 % 0,01-10 %
•
K2 O
0,01- 10 %
•
P2O5
0,01-1,5 %
conteúdo de SiO2 em peso % Ultrabásica < 45
Básica Intermediária Ácida 45 - 52 52 - 63 >63
Em geral as rochas ultrabásicas correspondem ás ultramáficas, as básicas ás máficas, as intermediaria e ácida ás félsicas
Exemplos de composição de diferentes rochas magmáticas
Exemplos de composição de diferentes rochas magmáticas
Exemplos de composição de diferentes rochas magmáticas
Ascenso dos magmas Os magmas geram-se nas regiões fontes (manto o crosta) e ascendem por contraste de densidade. Quando encontram uma zona da crosta com a mesma densidade, os magmas estacionam e esfriam em reservatórios, chamados câmaras magmáticas. A mobilidade de principalmente por:
um magma
na
crosta
é
controlada
-Gravidade: contraste de densidade entre líquido (magma) e sólido (rochas do manto e da crosta) -Pressões diferenciais: que podem facilitar a ascensão do magma
Os magmas (basalticos) que se geram no manto superior têm uma densidade menor da peridotita que constitui o manto mesmo. Por isso podem ascender até o limite com a crosta (Moho)
Sobrepressão do magma
Os magmas ascendem a traves de dois mecanismos: Diapiros: corpos de magmas flotantes que ascendem empurrando as rochas dúteis e altamente viscosas da crosta inferior o do manto (evidencias de campo, estudos experimentais) Diques: fraturas sub-verticais em rochas comportamento frágil da crosta superior
Diapiros
Diques
Emprazamento dos magmas na crosta Mecanismos de emprazamento: •Stoping •Ring-fracture stoping •Ballooning •Doming • ........ Importancia do control tectónicos
Stoping
Stoping
Stoping
Stoping
Stoping
Ring-fracture stoping
Ballooning
Formação dos laccolitos (Doming)
Formação dos laccolitos (Doming)
Control tectónico no emprazamento dos magmas na crosta
Condições para que um magma chegue a superfície
3) Existência de uma fratura que conecte diretamente a fonte, o reservatório, do magma com a superfície
5) Capacidade do magma de mover-se a traves desta fratura
As rochas intrusivas podem formar distintos tipos de corpos: Corpos intrusivos rasos Pescoços vulcânicos: São condutos vulcânicos circulares o eliptcos preenchidos de lava que geralmente apresentam-se expostos após da erosão diferencial do edifico vulcânico circundante
Soleiras (sills): corpos rasos, intrusivos, tabulares concordantes com disposição horizontal no momento do emprazamento.
Diques: corpos rasos, intrusivos, tabulares discordantes com disposição subvertical a vertical no momento do emprazamento.
Lopólitos: corpos intrusivos rasos, concordante subtabulares com forma de taça e que podem atingir até dezenas de quilômetros de diâmetros.
Lacólitos: corpos intrusivos rasos, concordante subtabulares com forma de quarda-chuva e dimensões menoresque as dos lopólitos
Corpos intrusivos de media a grandes profundidade
Stocks, plugs, plutons e intrusões circulares: são corpos intrusivos geralmente com área inferior a 100 km2. Genericamente são denominados plútons o maciços. São corpos discordantes que em planta apresentam formas arredondadas, elipticas, irregulares ou poligonais (contatos por falhas)
Batólitos: são gigantescas massas rochosas magmáticas formadas por coalescência de numerosas intrusões, que podem atingir centenas de quilômetros de comprimentos e dezenas de largo
Diferenciação magmática A composição dos magmas primários è modificada a causa dos processos de diferenciação.
A diferenciação (o fracionamento) pode ser definida como a formação de uma variedade de substancias a partir de um material inicial único (Cox et al., 1979). Esse termo não implica um mecanismo específico.
Um sistema magmático pode ser:
Fechado: como todos os sistema fechados, o sistema magmático tem só relações de troca de calor com seu meio ambiente Aberto: o sistema magmático interage com suas rochas encaixantes e/ou com outros magmas
Variaçôes composicionais em sistemas magmáticos fechados
Mecanismos de diferenciação: •Cristalização fraccionada: separação dos cristais do líquido •Inmiscibilidade de líquidos: separação de dois líquidos •Acção pnematolítica: separação de fase gassosa do líquido
CRISTALIZAÇÃO FRACIONADA
Processo de diferenciação magmática decorrente da cristalização progressiva de minerais diversos a partir de um magma parental com o decaimento de temperatura de maneira a cristalizarem antes os minerais de mais alto ponto de fusão (os mais ferro-magnesianos), resultando em cristais e magma residual que têm, separadamente, composição diferente da do magma original e, com o avanço do processo tem-se minerais mais félsicos cristalizando. Estas fases minerais fracionadas podem se concentrar e formar rochas de diversas composições através de vários processos, como: decantação de cristais mais pesados em camadas no fundo da câmara magmática, flotação de cristais mais leves em camadas mais para o topo, filtragem do magma residual pressionado/bombeado para fora da câmara magmática com concentração de minerais em bandas devido ao fluxo hidráulico do magma com seus cristais em suspensão.. Além da temperatura, variações da pressão e de fases fluidas no magma, entre outros fatores, podem alterar a sequência de cristalização magmática.
Cristalização fraccionada •Separação gravimétrica •Filtragem por compressão •Concentração de cristais por láminas de fluxo •Concentração de cristais por correntes de convecção
Separação gravimétrica
Lei de Stocks
V= g = r = Ρs =
V=
2gr2(ds-dl) 9η
velocidade de queda (cm/seg) aceleração devido à gravidade (980 cm/seg2) raio da partícula esférica (cm) densidade da partícula esférica contínua (g/cm3)
Ρl = densidade do líquido (g/cm3) Η = viscosidade do líquido (1 c/cm sec = 1 poise)
Concentração de cristais por láminas de fluxo o (segregação por fluxo) Figuras Drever e Johnston (1958). Royal Soc. Edinburgh Trans., 63, 459-499.
Imiscibilidade de Líquidos Líquido imiscibilidade do sistema Fo-SiO2
Figure . Diagrama de fase isobárica de T-x do sistema Fo-SiO2 do sistema em 0,1 MPa. Após Bowen e Anderson (1914) e Grieg (1927). Amer. J. Sci.
Exemplos de imiscibilidade de líquidos - Líquido imiscível tardio, rico em sílica, em basaltos toleíticos ricos em Fe - líquidos silicáticos e líquidos ricos em sulfetos - Líquidos silicáticos e carbonáticos (Sistema carbonatito-nefelinito).
Variaçôes composicionais em sistemas magmáticos abertos
Em sistemas magmáticos abertos, o magma interage com as rochas encaixante o com outros magmas. Os principais processos são: •Recarregamento de cámaras magmáticas •Mistura magmatica (mixing) •Assimilação
Exemplo de mixing
Exemplo de mixing
Assimilação Por via de: a) fusão do contaminante b) incorporação mecânica e reação entre sólido e magma envolvente
Exemplo de assimilação
PROCESSOS DE DIFERENCIAÇÃO MAGMÁTICA Na câmara magmática, a medida que o magma se esfria ocorrem processos de diferenciação que originam os diferentes tipos de rochas.
