Geologia Física

Magmas podem variar muito na composição, mas em geral são compostos por apenas oito elementos; em ordem de importância: oxigênio, silício, alumínio, ferro, cálcio, sódio, magnésio e potássio (Figura 3.6). O oxigênio, o elemento mais abundante no magma, compreende um pouco menos da metade do total, seguido do silício em pouco mais de um quarto. Os restantes elementos compõem os outros um quarto. Magmas derivados do material da crosta são dominados por oxigênio, silício, alumínio, sódio e potássio.

A composição do magma depende da rocha da qual foi formado (por fusão), e das condições dessa fusão. Magmas derivados do manto têm níveis mais elevados de ferro, magnésio e cálcio, mas ainda são susceptíveis de serem dominados por oxigénio e silício. Todos os magnas têm proporções variáveis de elementos como hidrogênio, carbono e enxofre, que são convertidos em gases como vapor de água, dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio à medida que o magma esfria.

Virtualmente todas as rochas ígneas que vemos na Terra são derivadas de magmas que se formaram a partir do derretimento parcial das rochas existentes, seja no manto superior ou na crosta. O derretimento parcial é o que acontece quando apenas algumas partes de uma rocha derretem; acontece porque as rochas não são materiais puros. A maioria das rochas são constituídas por vários minerais, cada um dos quais com uma temperatura de fusão diferente. A cera em uma vela é um material puro. Se você colocar um pouco de cera em um forno quente (50°C fará como a temperatura de derretimento da maioria da cera é cerca de 40°C) e deixá-la lá por um tempo, ela logo começará a derreter. Isso é derretimento completo, não derretimento parcial. Se em vez disso você pegasse uma mistura de cera, plástico, alumínio e vidro e a colocasse no mesmo forno quente, a cera logo começaria a derreter, mas o plástico, o alumínio e o vidro não derreteriam (Figura 3.7a). Isso é derretimento parcial e o resultado seria plástico sólido, alumínio e vidro cercados por cera líquida (Figura 3.7b). Se aquecêssemos o forno até cerca de 120°C, o plástico também derreteria e se misturaria com a cera líquida, mas o alumínio e o vidro permaneceriam sólidos (Figura 3.7c). Mais uma vez, isto é fusão parcial. Se separássemos a cera/plástico “magma” dos outros componentes e o deixássemos esfriar, eventualmente ele endureceria. Como você pode ver na Figura 3.7d, a cera líquida e o plástico se misturaram, e no resfriamento, formaram o que parece ser uma única substância sólida. É muito provável que esta seja uma mistura muito fina de cera sólida e plástico sólido, mas também pode ser alguma outra substância que se formou a partir da combinação dos dois.

Neste exemplo, derretemos parcialmente alguma rocha a fingir para criar algum magma a fingir. Separamos então o magma da fonte e deixamos arrefecer para fazer uma nova rocha a fingir com uma composição bastante diferente do material original (falta-lhe vidro e alumínio).

Se o derretimento parcial no mundo real não é exactamente o mesmo que no nosso exemplo de rocha a fingir. As principais diferenças são que as rochas são muito mais complexas do que o sistema de quatro componentes que usamos, e os componentes minerais da maioria das rochas têm temperaturas de fusão mais semelhantes, portanto dois ou mais minerais são susceptíveis de derreter ao mesmo tempo em diferentes graus. Outra diferença importante é que quando as rochas derretem, o processo leva de milhares a milhões de anos, e não os 90 minutos que levou no exemplo da rocha a fundir.

Contrário ao que se poderia esperar, e ao contrário do que fizemos para fazer a nossa rocha a fingir, o derretimento mais parcial da rocha real não envolve o aquecimento da rocha. Os dois principais mecanismos pelos quais as rochas derretem são o derretimento por descompressão e o derretimento por fluxo. O derretimento por descompressão ocorre dentro da Terra quando um corpo de rocha é mantido aproximadamente à mesma temperatura, mas a pressão é reduzida. Isto acontece porque a rocha está sendo movida em direção à superfície, seja em uma pluma de manto (também conhecida como ponto quente), ou na parte de afloramento de uma célula de convecção de manto. O mecanismo de derretimento descompressivo é mostrado na Figura 3.8a. Se uma rocha suficientemente quente para estar perto do seu ponto de fusão é movida em direção à superfície, a pressão é reduzida, e a rocha pode passar para o lado líquido da sua curva de fusão. Neste ponto, o derretimento parcial começa a ter lugar. O processo de fusão do fluxo é mostrado na Figura 3.8b. Se uma rocha está próxima do seu ponto de fusão e alguma água (um fluxo que promove o derretimento) é adicionada à rocha, a temperatura de fusão é reduzida (linha sólida versus linha pontilhada), e começa o derretimento parcial.

O derretimento parcial da rocha ocorre em uma ampla gama de situações, a maioria das quais está relacionada à tectônica de placas. As mais importantes destas situações são mostradas na Figura 3.9. Em ambas as plumas do manto e nas partes ascendentes dos sistemas de convecção, a rocha está sendo movida em direção à superfície, a pressão está caindo, e em algum ponto, a rocha cruza para o lado líquido de sua curva de fusão. Nas zonas de subducção, a água da crosta oceânica húmida e subductora é transferida para o manto quente sobrejacente. Isto fornece o fluxo necessário para baixar a temperatura de fusão. Em ambos os casos, apenas o derretimento parcial ocorre – tipicamente apenas cerca de 10% da rocha derrete – e são sempre os componentes mais ricos em sílica da rocha que derretem, criando um magma que é mais rico em sílica do que a rocha da qual é derivada. (Por analogia, o derretimento da nossa rocha fingida é mais rico em cera e plástico do que a “rocha” da qual ela foi derivada). O magma produzido, sendo menos denso que a rocha circundante, move-se para cima através do manto, e eventualmente para a crosta.

Como se move em direção à superfície, e especialmente quando se move do manto para a crosta inferior, o magma quente interage com a rocha circundante. Isto tipicamente leva ao derretimento parcial da rocha circundante porque a maioria desses magmas são mais quentes que a temperatura de derretimento da rocha da crosta. (Neste caso, o derretimento é causado por um aumento da temperatura.) Novamente, as partes mais ricas em sílica da rocha circundante são preferencialmente derretidas, e isto contribui para um aumento do conteúdo de sílica do magma.

A temperaturas muito altas (acima de 1300°C), a maioria do magma é inteiramente líquida porque há muita energia para que os átomos se unam. À medida que a temperatura cai, geralmente porque o magma está lentamente a subir, as coisas começam a mudar. Silício e oxigênio se combinam para formar tetrahedra de sílica, e então, conforme o resfriamento continua, a tetrahedra começa a se unir para fazer cadeias (polimerizar). Estas cadeias de sílica têm o importante efeito de tornar o magma mais viscoso (menos escorrimento), e como veremos no Capítulo 4, a viscosidade do magma tem implicações significativas nas erupções vulcânicas. À medida que o magma continua a esfriar, os cristais começam a se formar.