O documento descreve os processos físico-químicos do metamorfismo, incluindo reações que ocorrem sob aumento de temperatura e pressão. As transformações metamórficas envolvem a substituição de minerais originais por novos minerais estáveis nas novas condições, através de processos de difusão e transporte de elementos químicos. As associações minerais que se formam indicam as condições de pressão e temperatura e definem as fácies metamórficas.

1. Processos físico-químicos do
metamorfismo
Texto extraído e modificado de:
1. TEIXEIRA, Wilson e outros. Decifrando a Terra. São
Paulo : Companhia Editora Nacional, 2009, p. 400-409.
2. ALBARÈDE, Francis. Geoquímica: uma introdução.
São Paulo : Oficina de Textos, 2011, p. 244.
CURSO DE GEOLOGIA DA FINOM - Geoquímica de Alta Temperatura
Prof. Márcio Santos

2. • As transformações metamórficas afetam todas
as rochas levadas a grandes profundidades
pela subducção.
• Essas transformações são mais comuns nas
regiões onde os continentes sofrem colisões e
formação de cadeias de montanhas.
• Contrariamente às reações hidrotermais, as
reações metamórficas são, na grande maioria,
reações de desidratação sob efeito de
temperatura ou excesso de CO2.

3. • Metamorfismo  os minerais originais da
rocha são substituídos por minerais estáveis
nas novas condições de pressão e
temperatura.
• Isto requer:
– dissolução das estruturas cristalinas antigas,
– formação de núcleos de cristalização dos minerais
novos e
– transporte dos elementos químicos dos minerais
antigos para os sítios de desenvolvimento dos
novos minerais.
• Esse processo de transporte que ocorre no estado
sólido, chama-se difusão.

5. • A difusão pode ocorrer
– entre os minerais,
– ao longo de contatos de grãos ou de microfraturas
produzidas pela deformação que acompanha o
metamorfismo ou dentro dos grãos,
– no retículo cristalino dos mesmos.
• Na difusão entre os minerais, os elementos são
transportados predominantemente pela fase
fluída presente durante o metamorfismo: por isso
a maior facilidade para as transformações
metamórficas ocorrerem em rochas deformadas,
nas quais a fase fluida percola com maior
eficiência.

6. • Na difusão intracristalina, a movimentação das
partículas é muito lenta, e depende da agitação
térmica dos átomos do retículo cristalino.
• À medida que a temperatura cresce, a energia cinética
das partículas constituintes do retículo cristalino dos
minerais também aumenta, provocando uma maior
vibração delas.
• Eventualmente, a vibração se torna muito Intensa, e as
partículas começam a "saltar' para sítios vizinhos,
deslocando-se dentro do retículo cristalino.
• Defeitos cristalinos frequentes em minerais, como
posições atômicas vazias ou partículas fora do lugar
que deveriam ocupar, facilitam esse processo,
permitindo maior movimentação das partículas.
• Em temperaturas baixas, a agitação é insuficiente e a
difusão se torna muito lenta, inviabilizando as
transformações mineralógicas.

7. Limites do metamorfismo
• As rochas submetidas a temperaturas muito altas sofrem
fusão e o metamorfismo ocorre no estado sólido.
• Devido a presença de água baixar o ponto de fusão das
rochas, a água presente controla a temperatura na qual a
fusão parcial úmida terá efeito e a quantidade de magma que
será produzida.
• Porções da rocha metamórfica rica em água podem se fundir,
enquanto que rochas metamórficas adjacentes secas não
mostram sinal de fusão.
• Também alguns minerais apresentam ponto de fusão mais
baixo que outros, de maneira que ocorre fusão parcial de
rochas metamórficas.
• Volumes compostos de rochas contendo componentes ígneos
formados por pequena quantidade de fusão e rochas
metamórficas são chamados migmatitos (mistura de rocha).

8. Reações metamórficas
• As reações metamórficas ocorrem para reduzir a
energia livre do sistema (da rocha em
transformação) em resposta às novas condições
físico-químicas.
• Exemplos de tipos de reações possíveis:
– envolvendo apenas fases sólidas, sem geração ou
consumo de fase fluida;
– entre minerais e uma fase fluída, produzindo
associações hidratadas e/ou carbonatadas;
– associações previamente hidratadas gerando
associações anidras e uma fase fluida rica em H2O.

10. • A reação de formação da wollastonita a partir de
quartzo e calcita,
– CaC03 + SiO2 = CaSiO3 + CO2↑,
é exemplo de reação com devolatilização, no caso,
decarbonatação.
• Um exemplo de reação metamórfica com
desidratação é a reação do argilomineral caolinita
com quartzo para formar a mica branca pirofllita,
que acontece logo no início do metamorfismo de
rochas pelíticas:
– Al2Si2O3(OH)4 (caolinita) + 2SiO2 (quartzo) =
– Al2Si4O10 (OH)2 (pirofilita) + H2O (fase fluida)

11. • Com o incremento da temperatura, a pirofilita
atinge seu limite máximo de estabilidade,
ocorrendo então sua “quebra” ou consumo
segundo a reação:
– Al2Si4O10(OH)2 (pirofilita) = Al2SiO5
(aluminossilicato: andaluzita ou cianita) + SiO2
(quartzo) + H2O (fase fluida)

12. • O aluminossilicato
formado nessa reação
dependerá das
condições de pressão:
sob pressões
relativamente baixas
(< 4,5 kbar), será
formada a andaluzita,
e sob pressões mais
altas, a cianita (Figura
15.11).

13. • Esses minerais (andaluzita, cianita e silimanita)
constituem um trio de polimorfos (minerais
com mesma composição, mas com estruturas
cristalinas distintas) muito importante na
interpretação das condições reinantes em
terrenos metamórficos (Figura 15.10).

14. • A cinética das reações depende de uma série
de fatores:
– natureza da associação mineral original e sua
textura,
– presença (ou não) de uma fase fluida e sua
composição,
– temperatura e pressão, e
– deformação que a rocha sofre durante o
metamorfismo.

15. • As reações se processam de maneira mais
eficiente em rochas:
• porosas,
• de granulação fina,
• constituídas de minerais hidratados,
• submetidas a temperaturas elevadas e
• que sofreram deformação na presença de
uma fase fluida abundante.

16. • As reações se processam de maneira menos
eficiente em rochas:
– de constituição originalmente anidra,
– maciças,
– de granulação grossa e
– não deformadas
porque são impermeáveis à circulação de fluidos e
podem permanecer praticamente imutáveis por
longos intervalos de tempo, mesmo em
condições de temperaturas relativamente
elevadas, preservando os minerais e as texturas
dos protolitos.

17. Paragêneses minerais
• Uma associação de minerais em equilíbrio
termodinâmico denomina-se paragênese
mineral.
• Nas rochas metamórficas, a identificação nem
sempre é imediata, e o desequilíbrio é a regra.
• No entanto, as relações texturais permitem
reconhecer as “tendências de equilíbrio” mesmo
que elas não tenham sido atingidas plenamente.
• As rochas de mesma composição química podem
apresentar associações minerais diferentes em
função da variação dos fatores atuantes durante
o metamorfismo.

18. • Exemplo:
• Rochas metamórficas A e B, com mesma composição
química.
• Rocha A: constituída de clorita, epidoto, actinolita
(anfibólio cálcico ferro-magnesiano) e albita
(plagioclásio sódico, com teor de anortita < 10%);
• Rocha B: constituída de andesina (plagioclásio com teor
de anortita entre 30% e 50%) e hornblenda (anfibólio
cálcico ferro-magnesiano aluminoso), diferindo,
entretanto, pelo conteúdo em água, que é mais elevado
para a rocha A.
–  A paragênese da rocha B se equilibrou em temperaturas
mais altas (entre 500 e 650 ºC), enquanto que a da rocha A
se equilibrou em temperaturas mais baixas (entre 350 e 500
ºC).

19. Fácies metamórficas (Eskola, 1915)
• As fácies metamórficas são definidas pelas associações
minerais e rochas características, que indicam as
variações do grau metamórfico, essencialmente em
função da temperatura e pressão.
• As fáceis metamórficas correspondem a determinados
intervalos de pressão e temperatura, usualmente
limitados por reações minerais específicas:
– as fácies xisto verde (250 a 450 ºC);
– anfibolito (450 a 700 ºC) e
– granulito (> 700 ºC)
correspondem, nessa ordem, a um aumento progressivo
de temperatura sob condições normais de pressão;
– a alta pressão (> 30 km) corresponde à fácies xisto azul e
– a pressão extremamente alta, à fáceis eclogito.

20. Exemplos de fácies metamórficas em função de diversos parâmetros termodinâmicos
que ocorrem na litosfera.

21. • Ao longo de uma sequência metamórfica, os
sucessivos termos litológicos representam
fácies também sucessivamente mais
avançadas.
• Duas ou mais rochas metamórficas, de origens
diferentes e, portanto, com associações
minerais diferentes, podem corresponder à
mesma fácies.
• Tal acontece se os respectivos minerais
tipomorfos indicarem, para todas, as mesmas
condições de pressão e temperatura.

22. Metamorfismo isoquímico x
metassomatismo
• O metamorfismo se desenvolve em diversos
ambientes na crosta e possui extensões
variáveis: desde pequenas áreas, de
dimensões de poucos centímetros, até
grandes faixas com milhares de quilômetros,
em profundidades que vão de níveis mais
rasos, até os mais profundos, a mais de 100
km da superfície.

23. • Um dos problemas fundamentais da
Petrologia Metamórfica é definir se houve ou
não modificações na composição química de
uma rocha durante o metamorfismo.
• Há duas situações extremas:
– a rocha pode se comportar como sistema fechado,
sem ganho nem perda de constituintes químicos
(metamorfismo isoquímico) ou
– ser submetida a variações composicionais
intensas, em sistema aberto (metassomatismo).

24. • Para efeitos práticos, assume-se que a maioria
dos ambientes metamórficos comporta-se
como sistema parcialmente aberto, podendo
ocorrer trocas livres de fluidos, constituídos
por misturas de H2O e CO2, porém com
variações desprezíveis para os demais
constituintes químicos.
• Essa premissa tem se mostrado satisfatória
para a maioria dos casos, porém é preciso
estar sempre atento, pois podem ocorrer
variações composicionais significativas entre o
protolito e a rocha metamórfica resultante.