Magmatismo

As rochas magmáticas ou ígneas resultam da solidificação do magma, mistura complexa de materiais fundidos, de composição essencialmente silicatada e uma componente gasosa variável, ocorrendo em locais em que a temperatura atinge valores entre os 800ºC e os 1500ºC.
Os magmas que originam as rochas magmáticas podem ser de três tipos, definidos de acordo com o seu teor em sílica, cerca de 80% são de natureza basáltica, 10% de natureza andesítica e 10% de natureza riolítica.
Magma riolítico: elevado teor em sílica, igual ou superior a 70%, com elevada concentração de gases, muitos viscosos e que cristalizam em profundidade originando rochas como o granito e à superfície rochas como o riólito. Este tipo de magma está associado às zonas de subducção em que no limite de convergência existe litosfera continental em ambas as placas. Geralmente atinge a temperatura de 800ºC.
Magma basáltico: baixo teor em sílica, igual ou inferior a 50%, com pequena quantidade de gases, fluído, oriundo do manto superior e que atravessam a crusta com muita facilidade. Pensa-se que o magma basáltico tem origem no peridotito, rocha semelhante ao basalto mas mais rica em minerais ferromagnesianos. A maioria deste magma solidifica à superfície e origina basalto, uma pequena quantidade solidifica em profundidade e origina gabro. Estes magmas estão associados aos pontos quentes e às zonas de rifte. Geralmente atinge a temperatura de 1500ºC.
Magma andesítico: teor em sílica variável entre 50 a 70%, geralmente 60% e com quantidade média de gases. Quando o seu arrefecimento ocorre à superfície origina rochas como o andesito quando ocorre em profundidade origina rochas como o diorito. Este tipo de magma está associado às zonas de subducção de uma placa oceânica sob uma placa continental.
A viscosidade dos magmas pode depender da densidade, da riqueza em sílica, da temperatura e da quantidade de fluidos que contém.
A água faz baixar o ponto de fusão dos minerais. No entanto, a baixas pressões, próximo da superfície, esse efeito deixa de se fazer sentir.

Processo de formação de minerais

Os factores externos que condicionam a cristalização são: a agitação do meio, o tempo, o espaço disponível e a temperatura. Os cristais serão mais perfeitos e maiores, quanto mais calmo estiver o meio, mais lento for o processo, num maior espaço disponível. O crescimento do cristal pode ficar condicionado pelo crescimento dos outros cristais.
Para a forma do cristal também contribuem factores internos: organização espacial das suas partículas, natureza química dessas partículas, pelas proporções em que se encontram na rede e pelas forças de ligação que mantêm as partículas em oscilação em torno das suas posições de equilíbrio. A estrutura cristalina implica uma disposição ordenada de iões, que formam uma rede tridimensional que segue um modelo geométrico. A rede cristalina é formada pela repetição da malha elementar ou motivo cristalino que são unidades de forma paralelepipédica. Bravais formulou a teoria reticular que permite explicar o comportamento de certas propriedades dos cristais, como a clivagem, a condutibilidade calorífica e as diferenças de dureza, a partir do arranjo interno das partículas. Um cristal cliva mais facilmente segundo planos ligados por forças mais fracas e estes são paralelos uns aos outros.
Um cristal é um sistema reticular com nós que correspondem às partículas elementares, com as fiadas que são alinhamentos de partículas em direcções definidas por dois nós consecutivos e iguais e os planos reticulares que são definidos por duas fiadas não paralelas. As malhas distinguem-se pelas distâncias entre as partículas nas direcções correspondentes às arestas do paralelepípedo-malha e pelos ângulos que estas arestas formam entre si.
A forma poliédrica é, geralmente, uma consequência do arranjo interno das partículas, mas esta forma pode não ser visível devido às condições de cristalização.
Por vezes as partículas não chegam a atingir o estado cristalino, a textura fica desordenada, como a dos líquidos mas apresentam rigidez e baixa compressibilidade como os sólidos. Neste caso a textura é amorfa ou vítrea.

Aproximadamente 95% do peso e volume da crosta são formados por minerais do grupo dos silicatos. A estrutura básica dos silicatos é o tetraedro (SiO4)4- , em que o Si4+ está localizado na reunião central, rodeado por quatro átomos de oxigénio ligados entre si. Como o alumínio tem um raio iónico semelhante ao do silício, pode substituir este elemento nos tetraedros. Os tetraedros têm tendência a polimerizar, pois não são electricamente neutros e formam conjuntos complexos.
Os silicatos mais importantes nas rochas magmáticas são:
Quartzo- silicato de sílica, de cores variadas, dureza 7, com fractura concoidal.
Olivina- silicato de ferro e magnésio, geralmente ocorre em agregados, no interior de basaltos. Não tem clivagem e altera-se com facilidade.
Augite- é uma piroxena com ferro, magnésio cálcio, alumínio e outros. Tem cor escura, clivagem e dureza perto de 6,5.
Hornoblenda-é uma anfíbola, de composição complexa, com ferro, magnésio, cálcio, sódio, alumínio e outros. Cliva facilmente e tem com verde-escura.
Moscovite-é uma mica de cor clara, transparente em escamas finas, de clivagem perfeita. Possui alumínio e potássio.
Biotite- é uma mica de cor negra, com alumínio, ferro, magnésio, entre outros, transparente em escamas finas, de clivagem perfeita.
Ortóclase- é um feldspato potássico, cores claras, dureza 6, de clivagem perfeita.
Albite- é uma plagióclase de cor branca, rica em sódio. Tem clivagem perfeita.
Anortite- é uma plagióclase rica em cálcio.

Isomorfismo
Os minerais que apresentam uma composição química diferente mas apresentam uma forma cristalina muito semelhante dizem-se isomorfos.
A substituição de um elemento por outro é muito frequente e daí a manutenção da mesma forma cristalina. Para que a permuta dos iões se dê, é necessário que os respectivos raios iónicos não difiram, em média, mais do que 15%. O aumento da temperatura pode facilitar as substituições de iões de raios iónicos diferentes. As plagioclases são um bom exemplo de uma série isomorfa. A composição química de uma plagioclase pode variar entre NaAlSi3O8 (albite) e CaAl2Si2O8 (anortite). Os iões Na+ são substituídos por Ca2+ e os iões de Si4+ por Al3+.

Polimorfismo

A ocorrência da mesma substância sob diversas formas cristalinas denomina-se polimorfismo. A estabilidade de uma estrutura cristalina depende, entre outros factores, da temperatura, da pressão, da presença de iões estranhos á estrutura, do pH do meio e do tempo. Quando há uma variação destes factores, a estrutura de uma determinada substância desestabiliza-se e os seus elementos tendem a organizar-se de forma a adquirirem um novo equilíbrio estável. O diamante e a grafite são exemplos de substâncias polimorfas. A grafite é formada por anéis de seis átomos fortemente unidos. Entre as camadas as forças de ligação são fracas, o que explica a sua clivagem e a sua utilização como lubrificante e no fabrico de lápis.
O diamante é um mineral constituído por átomos de carbono ligados por fortes ligações de covalência. Cada átomo situa-se no centro de um tetraedro cujos vértices são também ocupados por outros átomos de carbono.
O carbonato de cálcio também pode formar dois minerais diferentes a calcite e a aragonite.
Cristalização e diferenciação dos magmas

Durante o processo de arrefecimento de um magma, devido à diminuição da temperatura, inicia-se a cristalização, isto é, a formação de cristais de matéria mineral. Quando ocorre à superfície devido às elevadas diferenças de temperatura e pressão, a velocidade de arrefecimento é muito elevada e muitas substâncias não chegam a cristalizar. Quando um magma arrefece em locais profundos da crusta terrestre ocorre a formação sequencial de minerais, possuindo cada um deles uma estrutura e composição química bem definidas. A matéria magmática residual, isto é, a parte do magma que não cristalizou, possui uma composição química diferente do magma original.
Norman Bowen mediante diferentes processos de arrefecimento de magmas artificiais, observou que os minerais não cristalizavam todos ao mesmo tempo. Primeiro, cristalizam os minerais de mais alto ponto de fusão, seguidos dos restantes, por ordem decrescente dos respectivos pontos de fusão. Este processo designa-se cristalização fraccionada e é responsável pela diferenciação magmática. Com base nas experiências laboratoriais, Bowen definiu, para um magma original homogéneo, uma sequência de formação de minerais designada Série ou Sequência Reaccional de Bowen. Esta série é composta por dois ramos:
-ramo da série descontínua ou dos minerais ferromagnesianos, em que por diminuição da temperatura, o mineral anteriormente formado reage com o liquido residual, formando um mineral com composição química e estrutura interna diferentes, estáveis nas novas condições de temperatura.
-ramo da série de reacção contínua ou série das plagióclases. São constituídos por alumínio, sílica e percentagens variáveis de sódio e cálcio. Os iões de sódio e de cálcio podem substituir-se na estrutura cristalina, podendo formar uma plagióclase 100% cálcica, a anortite ou uma plagióclase 100% sódica, a albite. A série designa-se continua porque a alteração gradual de iões nas plagióclases não altera a sua estrutura interna.
Os minerais que se situam na mesma linha horizontal possuem temperatura de cristalização semelhante.
Após a cristalização da olivina, a composição do magma fica relativamente empobrecida em Ferro e Magnésio e relativamente enriquecida em sílica. Com o arrefecimento progressivo do magma, atinge-se a temperatura de cristalização da piroxena. Alguma olivina previamente formada reage com o liquido residual, formando a piroxena que integra na sua estrutura uma maior quantidade de sílica.
Atingida a temperatura de cristalização da anfíbola, parte da piroxena reage com o liquido residual, empobrecendo-o ainda mais em Ferro e magnésio. Se ainda houver uma fracção magmática após a cristalização da anfíbola, e a temperatura continuar a descer, o mineral a formar-se é a biotite, sendo o último mineral rico em ferro e magnésio a cristalizar.
A partir deste patamar térmico, os minerais, que então se formem, não conterão estes elementos químicos.
A plagioclase que primeiro cristaliza é a anortite, à medida que a temperatura do magma diminui, a quantidade de plagioclase aumenta, sendo incorporado cada vez mais sódio. A última plagioclase que cristaliza é a albite.
Após a cristalização completa dos minerais que constituem os dois ramos, a fracção magmática resultante pode apresentar elevadas concentrações de sílica e de metais leves como o potássio e o alumínio. Assim cristalizarão o feldspato potássico, a moscovite e por fim o quartzo até ao esgotamento do magma residual.
Os minerais formados a altas temperaturas são menos estáveis quando submetidos às condições de meteorização, que ocorrem na superfície terrestre.