Petrologia ígnea

Petrologia ígnea diz respeito à identificação, classificação, origem, evolução e processos de formação e cristalização das rochas ígneas. A maioria das rochas disponíveis para estudo provém da crosta terrestre, mas algumas, como os eclogitos, derivam do manto. O escopo da petrologia ígnea é muito grande porque as rochas ígneas constituem a maior parte das crostas continentais e oceânicas e dos cinturões de montanhas do mundo, que variam em idade desde o início do Arqueano até o Neogeno, e incluem também as rochas vulcânicas extrusivas de alto nível e as rochas plutônicas que se formaram nas profundezas da crosta. De extrema importância para a pesquisa petrológica ígnea é a geoquímica, que se preocupa com a composição das rochas ígneas, bem como com os magmas dos quais elas surgiram. Alguns dos maiores problemas dentro do âmbito da petrologia ígnea são: (1) a forma e estrutura dos corpos ígneos, sejam eles fluxos de lava ou intrusões graníticas, e suas relações com as rochas circundantes (estes são problemas estudados no campo); (2) a história da cristalização dos minerais que compõem as rochas ígneas (isto é determinado com o microscópio de polarização petrográfica); (3) a classificação das rochas com base nas características texturais, tamanho do grão e abundância e composição dos minerais constituintes; (4) o fracionamento dos magmas-mãe pelo processo de diferenciação magmática, que pode dar origem a uma sequência evolutiva de produtos ígneos geneticamente relacionados; (5) o mecanismo de geração de magmas por fusão parcial da crosta continental inferior, manto suboceânico e subcontinental, e placas subdutoras da litosfera oceânica; (6) a história de formação e a composição da atual crosta oceânica determinada com base nos dados do Programa Integrado de Perfuração Oceânica (IODP); (7) a evolução das rochas ígneas através do tempo geológico; (8) a composição do manto a partir dos estudos das rochas e da química mineral dos eclogites trazidos à superfície em tubos de kimberlitos; (9) as condições de pressão e temperatura em que se formam diferentes magnamas e em que se cristalizam os seus produtos ígneos (determinadas a partir da petrologia experimental de alta pressão).

O instrumento básico da petrologia ígnea é o microscópio polarizador petrográfico, mas a maioria dos instrumentos usados hoje em dia tem a ver com a determinação da química de rochas e minerais. Estes incluem o espectrómetro de fluorescência de raios X, equipamento para análise de activação de neutrões, espectrómetro de plasma acoplado por indução, microssonda de electrões, microssonda de iões, e espectrómetro de massa. Estes instrumentos são altamente computadorizados e automáticos e produzem análises rapidamente (ver abaixo Geoquímica). Os complexos laboratórios experimentais de alta pressão também fornecem dados vitais.

Com uma vasta gama de instrumentos sofisticados disponíveis, o petrologista ígneo é capaz de responder a muitas questões fundamentais. O estudo do fundo do oceano tem sido combinado com a investigação de complexos ophiolite, que são interpretados como lajes do fundo do oceano que foram empurradas para as margens continentais adjacentes. Um ophiolite fornece uma secção muito mais profunda através do fundo do oceano do que está disponível a partir de núcleos de perfuração rasos e amostras de dragas do fundo oceânico existente. Estes estudos têm mostrado que a camada vulcânica mais superficial consiste de basalto fóleico ou basalto da crista do médio-oceano que se cristalizou numa fenda ou crista acentuada no meio de um oceano. Uma combinação da química mineral dos minerais basálticos com a petrologia experimental de tais fases permite aos investigadores calcular a profundidade e temperatura das câmaras magmáticas ao longo da crista do médio-oceano. As profundidades são próximas de seis quilómetros e as temperaturas variam entre 1.150 °C e 1.279 °C. Uma investigação petrológica exaustiva de todas as camadas de um ophiolite permite determinar a estrutura e evolução da câmara de magma associada.

Em 1974 B.W. Chappell e A.J.R. White descobriram dois tipos principais e distintos de rochas graníticas – os granitoides do tipo I e S. O tipo I tem proporções de estrôncio-87/strôncio-86 inferiores a 0,706 e contém magnetita, titanita e alanita, mas não moscovita. Estas rochas formaram-se acima das zonas de subducção nos arcos das ilhas e margens continentais ativas (subductoras) e foram derivadas por derretimento parcial do manto e da litosfera oceânica subducta. Em contraste, os granitóides do tipo S têm proporções de estrôncio-87/strôncio-86 superiores a 0,706 e contêm moscovite, ilmenita e monazita. Estas rochas foram formadas por derretimento parcial da crosta continental inferior. Aquelas encontradas nos Himalaias foram formadas durante a época do Mioceno há cerca de 20.000.000 anos, como resultado da penetração da Índia na Ásia, que espessou a crosta continental e depois causou o seu derretimento parcial.

Nos arcos das ilhas e margens continentais ativas que bordejam o Oceano Pacífico, existem muitas rochas vulcânicas e plutônicas diferentes, pertencentes à série calcalcalina. Estas incluem basalto; andesita; dacite; riolita; ignimbrite; diorito; granito; peridotita; gabbro; e tonalita, trondhjemita, e granodiorita (TTG). Ocorrem tipicamente em grandes batholiths, que podem atingir vários milhares de quilômetros de comprimento e conter mais de 1.000 corpos graníticos separados. Estas rochas alcalinas de calcário TTG representam o principal meio de crescimento da crosta continental ao longo de todo o tempo geológico. Muitas pesquisas são dedicadas a elas num esforço para determinar as regiões de origem dos seus magmas-mãe e a evolução química dos magmas. É geralmente concordado que esses magmas foram em grande parte derivados do derretimento de uma laje oceânica subduzida e da cunha do manto hidratado sobrejacente. Uma das principais influências na evolução destas rochas é a presença de água, que foi derivada originalmente da desidratação da laje subduzida.