GEOQUÍMICA EM FOCO: Diferenciação magmática

Embora existam apenas 3 tipos de magma (basáltico, andesítico e granítico), podemos encontrar várias famílias de rochas magmáticas.

Um magma pode produzir diferentes tipos de rochas, porque é constituído por uma mistura complexa que, ao se solidificar, formará diferentes associações minerais, a partir da cristalização desses minerais a temperaturas diferentes. Assim, progressivamente, serão formadas diferentes núcleos de cristais e o magma residual mudará sua composição, enriquecendo-se de alguns elementos químicos e empobrecendo-se de outros.

O esfriamento do magma provoca a separação de fluidos e materiais sólidos, bem como a diferenciação magmática, processo que conduz à formação de magmas com composição química diferente a partir do mesmo magma.

Um dos processos envolvidos nessa diferenciação é a cristalização fracionada: uma vez que cada magma é uma associação de minerais, e esses minerais têm uma temperatura de solidificação e cristalização própria, os minerais diferentes começam a cristalizar a temperaturas diferentes, numa sequência definida que depende da pressão e da composição do material fundido.

A fração cristalina separa-se do restante líquido, por diferenças de densidade ou efeito da pressão, deixando um magma residual diferente do magma original. Assim, um mesmo magma pode originar diferentes rochas. Se a pressão comprime o local onde se formam os cristais, o líquido residual tende a escapar por pequenas fendas, enquanto que os cristais ficam no local da sua gênese.

O primeiro cientista a compreender a importância da diferenciação magmática foi Bowen, que investigou a ordem pelos quais os cristalizam os magmas. Assim em trabalhos laboratoriais estabeleceu a sequencia de reações que ocorrem no magma durante a diferenciação e criando a Série Reacional de Bowen ou simplesmente Série de Bowen. Esta série traduz a sequência pela qual os minerais cristalizam-se num magma em esfriamento.

Segundo Bowen, existem duas séries de reações que se designam, respectivamente, por série dos minerais ferromagnesianos (série descontínua) e série dos plagioclásios (série contínua).

Na série descontínua, à medida que se verifica o esfriamento, o mineral anteriormente formado reage com o magma residual, dando origem a um mineral com uma composição química e uma estrutura diferentes, e que é estável nas novas condições de temperatura.

Na série contínua, verifica-se uma alteração nos íons do plagioclásio, sem que ocorra alteração da estrutura interna dos minerais. São várias formas pelas quais os cristais originados podem ser separados do líquido residual.

Através desta série constatamos as associações de minerais mais previsíveis como, por exemplo, as olivinas com os plagioclásios cálcicos, os anfibólios com a biotita e os plagioclásios sódicos. Também constatamos que é pouco provável a ocorrência de quartzo em basalto, pois o quartzo vai cristalizar a baixas temperaturas e o basalto é uma rocha que consolida a temperaturas elevadas e, por isso, é constituído essencialmente por minerais ferromagnesianos e plagioclásios cálcicos que são os minerais que têm temperatura de consolidação mais elevada. Vemos a mineralogia de um diorito, constituído de anfibólios, biotita, plagioclásios sódicos. Podemos ver a ocupação do espaço deixado pelos restantes minerais que constituem as rochas magmáticas com quartzo, sabendo-se que é o último mineral a cristalizar e, por esse motivo, ocupa o espaço deixado pelos outros minerais já cristalizados.

Assim, podemos imaginar um magma em que, numa primeira fase de esfriamento, se formam cristais de olivina, piroxênios e alguns plagioclásios calcossódicos, que se vão acumulando no fundo da câmara magmática por ordem da sua formação e das suas densidades, formando uma rocha chamada gabro. O magma residual, magma com gabro, fica mais rico em sílica, alumínio e potássio, porque a maior parte do magnésio, ferro e cálcio foi consumida na formação da olivina, piroxênios e plagioclásios calcossódicos. O esfriamento deste magma com gabro pode levar à formação de uma rocha como o granito, composta essencialmente por quartzo, micas (moscovita e biotita) e feldspato potássico. Neste caso a diferenciação magmática operou-se num magma de natureza basáltica.

Outro processo de diferenciação magmática é a diferenciação gravítica em que os cristais, são mais ou menos densos do que o líquido residual, e como tal eles deslocam-se para o fundo ou para a parte superior da câmara magmática, respectivamente. Assim sendo acumulam-se por ordem da sua formação e das suas densidades.

Em cada momento no tempo, os cristais que se formam têm teor de sílica inferior ao magma e, assim, o magma torna-se progressivamente mais rico em sílica. Os cristais formados precocemente muitas vezes reagem com o magma em torno deles para depois formar cristais tardios, produzindo, por exemplo, cristais de olivina com um halo de piroxênio.

Outra causa da diferenciação magmática é a assimilação magmática A assimilação magmática é processo relacionado com o fato de os magmas terem elevada temperatura e mobilidade, tendo por isso menor densidade que rochas sobrejacentes. Como tal, têm tendência para subir para os níveis mais elevados da crosta ou mesmo até à superfície.

A ascensão do magma dá-se ao longo de falhas, fraturas ou outras descontinuidades, como os planos de estratificação, ou através de um processo conhecido como desmonte magmático, através do qual o magma interage com as rochas com as quais contata, envolvendo-as e, eventualmente, fundindo-as, no que se designa como assimilação magmática.

A assimilação conduz à modificação da composição química do fundido e à formação de condutos que facilitam o movimento ascensional do magma.

Quando magmas de uma câmara magmática ascendem, podem penetrar em outra câmara magmática de composição diferente, então ocorrendo a mistura de magmas.

A densidade e a viscosidade controlam o tipo de deslocação magmática. Os fluidos residuais do magma, ricos de elementos com baixo ponto de fusão (boro, flúor, lítio, etc.) desempenham um papel importante. Estes fluidos escapam-se do magma e sobem pelas fraturas (falhas) das rochas encaixantes chegando, por vezes, a atingir a superfície da crosta terrestre. Simultaneamente, vão esfriando, dando origem a novos minerais que preenchem as fraturas (falhas). A este tipo de formação de minerais chama-se solução hidrotermal.

As últimas frações do magma, constituídas por água com voláteis e outras substâncias em solução, como a sílica, o plagioclásio sódico e o feldspato potássico, que constituem as soluções hidrotermais, podem preencher fendas das rochas, onde os materiais remanescentes cristalizam, originando veios ou filões.

Atualmente, pensa-se que o processo de diferenciação é bem mais complexo do que anteriormente se admitia:

• Os magmas não arrefecem (esfriam) uniformemente. Podem existir transitoriamente diferenças de temperatura dentro da câmara magmática, podendo causar variações locais da composição do magma.

• Alguns magmas são imiscíveis, não se misturam com outros. Quando tais magmas coexistem na mesma câmara magmática, cada um forma os seus cristais.

• Magmas imiscíveis podem dar origem a cristais diferentes daqueles que dariam isoladamente.

• Os magmas, ao consolidarem, podem assimilar materiais das rochas encaixantes que modificam a sua composição.