Magma
Magma é a designação dada nas geociências às massas de rocha em fusão total ou parcial que existem em determinados pontos sob a superfície da Terra e provavelmente de outros planetas telúricos. Os magmas são constituídos por uma mistura de rocha em estado variável de fusão com materiais voláteis, composta maioritariamente por silicatos a alta pressão e temperatura acompanhados por um conjunto variável, em proporção e tipo, de iões metálicos e compostos voláteis ricos em enxofre, podendo ainda conter cristais em suspensão, gases dissolvidos e por vezes bolhas de gás. Os magmas acumulam-se em geral dentro de câmaras magmáticas situadas entre os 15 e os 150 km de profundidade, com temperaturas que variam entre 650 e 1 200 ºC, mas podendo atingir 1 560 °C. Quando expelido por um vulcão, o magma dá origem à lava e às rochas extrusivas, que quando ejectadas em erupções explosivas produzem tefras e outros piroclastos. Quando o magma solidifica em profundidade dá origem a intrusões nas rochas adjacentes, podendo formar diques e soleiras.
O magma é uma substância fluida complexa, caracterizada por temperatura que na maioria dos casos se situam entre os 700 °C e os 1 300 °C, embora alguns raros magmas de carbonatito possam apresentar temperaturas de apenas 600 °C e os magmas de komatiito possam atingir mais de 1 600 °C. A vasta maioria dos magmas são misturas de silicatos. Os ambientes geológicos e respectivas características ambientais durante o processo de formação dos magmas e a composição físico-química destes estão correlacionadas, funcionando como determinantes da sua tipologia. Entre os ambientes geradores de magmas incluem-se as zonas de subducção, as zonas de rifte continental, as dorsais oceânicas e pontos quentes. Apesar dos magmas poderem ser formados em ambientes geológicos tão diversos e em locais tão díspares, a vasta maioria da crosta e do manto da Terra não estão em fusão. Com excepção do núcleo externo líquido, a maioria da massa terrestre toma a forma de um reodo (em inglês rheid), uma forma de material sólido que se deforma por fluxo viscoso, movendo-se ou deformando-se sob a acção da pressão. O magma, como líquido, forma-se preferencialmente em ambientes de alta temperatura e baixa pressão situados pouco abaixo da superfície terrestre, em geral entre 15 e 150 km de profundidade.
Quando as rochas fundem, a fusão ocorre de forma incremental e gradual, já que a maioria das rochas são constituídas por vários minerais, os quais apresentam diferentes pontos de fusão, e as relações físico-químicas que controlam fusão são complexas. À medida que uma rocha funde, ocorrem mudanças de volume entre os seus minerais constituintes. Quando uma porção suficiente da rocha é derretida, os pequenos glóbulos de material em fusão, que geralmente ocorrem entre grãos minerais, interligam-se progressivamente, um processo que conduz ao progressivo amolecimento da rocha. Sob as grandes pressões que ocorrem no interior da Terra, uma fracção de material em fusão parcial de apenas um por cento pode ser suficiente para permitir que o material em fusão seja espremido, segregando-se a partir da sua fonte. Os materiais em fusão podem permanecer no local de formação o tempo suficiente para derreter 20% ou mesmo 35% do volume da rocha, mas as rochas raramente são fundidas em excesso de 50% do seu volume, porque, eventualmente, a massa de rocha fundida se transforma numa pasta contendo cristais em suspensão que pode então ascender em massa como um diapiro, o que pode, em seguida, causar ainda mais derretimento por fusão por descompressão.
Fusão parcial
O principal mecanismo de formação dos magmas é por fusão parcial das rochas que formam a porção superior do manto terrestre. Essa fusão das rochas sólidas para formar o magma é controlada por três parâmetros físicos: (1) a sua temperatura; (2) a sua pressão; e (3) a sua composição. Em qualquer dada pressão e para qualquer composição de rocha, um aumento da temperatura após o ponto de solidus vai provocar a fusão. No interior da crusta terrestre sólida, a temperatura de uma rocha é controlada pelo gradiente geotérmico e pelo decaimento radioactivo no seio da rocha. Os valores médios do gradiente geotérmico oscilam em torno dos 25 °C/km, com uma vasta gama variação, que vai de um mínimo de 5-10 °C/km nas fossas oceânicas e nas zonas de subducção, a um máximo de 30-80 °C/km sob as dorsais oceânicas e nos ambientes de arco vulcânico.
Consequências geoquímicas da fusão parcial
O grau de fusão parcial é crítico na determinação do tipo de magma que é produzido, na maior parte dos casos controlando efectivamente a sua composição e características físico-químicas. O grau de fusão parcial requerida para formar uma massa fundida pode ser estimado considerando o enriquecimento relativo dos elementos incompatíveis face ao teor de elementos compatíveis. O conjunto de elementos incompatíveis presente nos magmas geralmente inclui o potássio, o bário, o césio e o rubídio. Os tipos de rocha produzidos por pequenos graus de fusão parcial no manto terrestre são tipicamente alcalinos (Ca e Na), potássicos (K) ou peralcalinos (com alta proporção do teor em Al em relação à sílica total). Normalmente, os magmas primitivos, isto é de fusão primária, com esta composição dão origem a lamprófiros, lamproítos, kimberlitos e, menos frequentemente, rochas máficas ricas em nefelinas, tais como basaltos alcalinos e gabros essexíticos, ou mesmo carbonatitos.
Mecanismos de produção dos magmas
Cerca de 80 % do magmatismo é produzido nos bordos construtivos das placas tectónicas, sob as dorsais oceânicas, e a quase totalidade dos restantes 20% em zonas de subducção e em regiões localizadas no interior das placas onde ocorram os efeitos de pontos quentes. Os mecanismos de fusão são os seguintes:
Câmara magmática e migração
Os magmas formam-se no interior das rochas do manto ou da crusta quando as condições de temperatura e pressão favorecem a transição para o estado de fusão. A ascensão do material fundido em direcção à superfície da Terra ocorre quando, concomitantemente, este seja menos denso do que a rocha circundante e existam estruturas geológicas, nomeadamente fracturas e outros acidentes tectónicos, que criem uma zona estrutural que permita o movimento. A formação do magma resulta na formação de um volume de rocha em fusão, com volume e geometria variáveis, rodeado por camadas de rocha mais ou menos amolecida e em equilíbrio dinâmico com o material em fusão. Estas estruturas, onde se acumula o magma, são as chamadas câmaras magmáticas. Em função das características do próprio magma, em especial da sua viscosidade e densidade, e das rochas e estruturas tectónicas encaixantes, o magma pode:
Como é compreensível, é muito difícil alterar a composição química global das grandes massas de rocha, como as que estão na origem dos magmas. Em consequência, a composição química tende a ser conservada, sendo assim o principal factor que controla a temperatura e a pressão a que a fusão ocorre e, por essa via, o ritmo dessa fusão. Por sua vez, a temperatura e pressão controlam a viscosidade do magma gerado, e em consequência a forma como esses magmas se movimentam e as características das lavas que geram e do vulcanismo que lhes está associado. Tal implica que a composição química é o controlo de base sobre o processo de formação do magma e sobre as principais características físico-químicas desses magmas e das lavas que deles se originem. Na composição da rocha devem também ser consideradas características que resultam da inclusão de fases voláteis, tais como água, dióxido de carbono e outros gases.
Tipos de magma
Os magmas mais comuns podem ser agrupados em três tipos principais: (1) basálticos, (2) andesíticos e (3) graníticos. Esses tipos de magma apresentam as seguintes características: Por o lado, segundo a sua composição mineral, os magmas podem ser classificados em dois grandes grupos: máficos e félsicos. Basicamente, os magmas máficos contêm silicatos ricos em magnésio e ferro, enquanto os félsicos contêm silicatos ricos em sódio e potássio. Esses dois grandes grupos podem ser subdivididos de acordo com as características físicas e composicionais gerais dos tipos mais frequentes de magma, dando origem às seguintes classes: Quanto à densidade os magmas apresentam as seguintes características:
Quando uma rocha entra em estado de fusão, o líquido resultante é um fundido primário. Estes produtos de fusão primários não foram sujeitas a qualquer diferenciação e representam a composição inicial de um magma. Na natureza, é raro encontrar estes magmas primários. Os leucossomas dos migmatitos são um raro exemplo destes produtos primárias, não modificados pelos processos de evolução magmática. Os magmas primários derivadas do manto são especialmente importantes e são conhecidos como fundidos primitivos ou magmas primitivos. Ao encontrar a composição do magma primitivo de uma série magmática é possível modelar a composição do material do manto a partir do qual a massa fundida foi formado, fornecendo assim importantes conhecimentos para a compreensão da evolução do manto Terra. Onde é impossível encontrar a composição do magma primitivo ou primário, muitas vezes é útil tentar identificar um magma parental, entendendo-se este como um produto de fusão (o melt parental) com uma composição a partir da qual o intervalo de variação geoquímica do magma observado possa ser derivado por processos de diferenciação ígnea. Este material não é necessariamente um fundido primitivo.
Processos de diferenciação magmática
A composição dos magmas pode variar em função de vários processos:
Ebulição dos magmas
Nos magmas a evaporação dos vários elementos é possível, mas não todos em conjunto uma vez que é uma mistura e os seus vários componentes tem pontos de ebulição variados. Mesmo antes da formação do magma, ou seja antes de iniciado o processo de fusão dos silicatos, já alguns compostos sofrem vaporização, tais como o trióxido de fósforo (P4O6) que evapora à temperatura de 173,1 °C, ou seja 446,25 K, a água (H2O) a 99,98 °C e também o oxigénio (O) proveniente da desintegração do óxido de potássio, que não está presente no magma mas sim nas rochas, que ao atingir a temperatura de 350 °C, ou seja 623 K, se decompõe em potássio (K) e oxigénio (O).
Arrefecimento dos magmas
Conhecem-se apenas dois processos que conduzem ao desaparecimento de um magma: (1) a transformação em lava por erupção vulcânica; e (2) a cristalização no interior da crusta ou do manto dando origem a um plutão. Em ambos os casos a massa magmática arrefece, solidifica e forma rochas ígneas. Quando um magma arrefece abaixo do ponto de liquidus inicia-se a formação de fases minerais sólida, constituídas por materiais com diferentes pontos de fusão. Algumas destas fases sedimentam para o fundo da câmara magmática, onde formam cumulatos que podem levar à constituição de intrusões estratificadas máficas. O magma que sofre um arrefecimento lento no interior da câmara magmática geralmente acaba por formar massas de rochas plutónicas como gabros, dioritos e granitos, dependendo o tipo de rocha formado da composição do magma. Em contraponto, pela mesma razão composicional, se o magma alimentar uma erupção formam-se rochas vulcânicas como basaltos, andesitos e riolitos (os equivalentes extrusivos do gabro, diorito e granito, respectivamente).
Durante uma erupção vulcânica o magma que emerge à superfície da crusta é designado por lava. Devido à sua exposição ao ambiente externo, seja ele sub-aéreo ou subaquático, as lavas arrefecem e solidificam rapidamente quando comparadas com o processo de arrefecimento das massas magmáticas não eruptivas que permanecem no interior das formações rochosas encaixantes. Este arrefecimento rápido não permite o crescimento dos cristais até às dimensões que são atingidas durante o lento arrefecimento subterrâneo, e parte substancial do material em fusão não cristaliza, formando materiais vítreos amorfos. Entre as rochas compostas maioritariamente por vidros vulcânicos contam-se as obsidianas, as escórias e os pomes. Antes e durante as erupções vulcânicas, materiais voláteis, como CO2 e H2O, são parcialmente removidos do material em fusão através do processo conhecido por exsolução. Em consequência, o magma ao perder voláteis, com destaque para a água, fica mais viscoso. Se ocorre uma perda massiva de voláteis por exsolução durante o processo de ascensão do magma que precede e acompanha a erupção vulcânica, o vulcanismo resultante é em geral do tipo explosivo.
