PETROLOGIA E SIGNIFICADO TECTÔNICO DO METAMORFISMO DE ULTRA-ALTA PRESSÃO (UHP): UMA SÍNTESE

A descoberta de coesita (um polimorfo do quartzo de alta pressão) a cerca de 30 anos, por Chopin (1984) e posteriormente, micro diamantes metamóficos (Sobolev & Shatsky, 1990) em rochas crustais, sugerem que durante a formação de orógenos colisionais, porções da litosfera continental puderam ser subductadas à profundidade mantélicas, experimentando assim, condições extremas de pressão e temperatura. Essas descobertas levaram a compreensão de um novo campo da petrologia metamórfica: o metamorfismo de ultra-alta pressão (UAP) – ou UHP do inglês: “ultrahigh-pressure metamorphism”.

Através de métodos indiretos, como a sísmica, por exemplo, sabemos hoje que a espessura média da crosta continental é geralmente em torno de 40 km (Christensen & Mooney, 1995), correspondendo a condições de pressão litostática de aproximadamente 1 GPa (10 Kbar) na interface crosta-manto. Em zonas de grandes colisões continentais (e.g. Himalaias e Alpes), a espessura crustal pode ser dobrada (Christensen & Mooney, 1995), e a pressão litostática vigente pode chegar à ordem de 2 GPa. Por muitos anos essas eram as condições que definiam o limite superior de pressão que uma rocha da crosta continental poderia ser submetida, que corresponde à facies eclogito.

Tradicionalmente, o domínio das rochas metamórficas é dividido em fácies, cada qual representada por um conjunto de assembleias de minerais frequentemente associadas no espaço e no tempo que refletem o equilíbrio dentro de uma gama de condições P-T (Eskola, 1920). Com a descoberta do metamorfismo de UHP, tornou-se necessário adicionar novos campos de estabilidade, com as novas condições de pressão e temperatura. A transição de fase do quartzo para coesita tem sido usada como o principal indicador para diferenciar entre a fácies eclogito, na região de alta pressão (AP/HP – high-pressure), com quartzo estável e, ultra-alta pressão UHP (Hermman & Rubatto, 2014), com a coesita estável (Figura 1). As condições metamórficas de pressão e temperatura do metamorfismo de UHP se enquadram no intervalo que varia entre 600 à >900°C e 2.6 à >10.0 GPa (Brown, 2007).

Figura 1 – Diagrama metamórfico de facies subdividido no espaço P-T. Com a descoberta de rochas de UHP foi necessário à subdivisão da fácies eclogito em alta pressão (quartzo estável) e ultra-alta pressão (coesita estável). Os limites entre as fácies foram baseados em Spear (1993).

A descoberta da “pós-perovskita”e novas visões sobre o limite manto-núcleo

Grandes anomalias nas velocidades das ondas sísmicas são detectadas pelos geofísicos nas regiões mais profundas do manto terrestre, região essa denominada como camada D”. Essa região se tornou enigmática para os cientistas, uma vez que era impossível explicar as variações de velocidade com as propriedades conhecidas para a fase primária no manto inferior, a perovskita (MgSiO3).

Em virtude da sua localização (Figura 1), a camada D” pode ser classificada como uma descontinuidade química, mecânica e térmica que separa o núcleo externo e o manto inferior, também denominada CMB (core-mantle boundary). Estudos recentes apontam para uma natureza química bastante heterogênea na camada limite manto-núcleo (CMB), como possível resultado de: (1) antigos resíduos de diferenciação manto; e/ou (2) contribuições subsequentes de litosferas oceânicas que foram subductadas no passado; (3) fusão parcial na zona de ultra-baixa velocidade  ULVZ (ultralow-velocity zone); (4) e reações químicas do manto com o núcleo. No decorrer do texto, vamos discutir e caracterizar a importância da descoberta e suas implicações para a tectônica de placas.

Figura 1 – Seção transversal simplificada da Terra. Os principais minerais constituintes do manto mudam de olivina + piroxênios + granada (ou espinélio rico em Al) no manto superior, para espinélio + majorita na zona de transição, depois para perovskita + ferropericlásio no manto inferior e por último para pós-perovskita + ferropericlásio na camada D “. As fronteiras entre as camadas são caracterizadas por descontinuidades de ondas sísmicas.

Petrologia Experimental: reproduzindo o interior da Terra no laboratório

Perfurar  o manto tem sido  missão mais desafiadora da história das ciências da Terra. Em 24 de maio de 1970, na península de Kola (antiga URSS), um projeto um tanto ousado teria inicio, o Kola Superdeep Borehole. A perfuração mais profunda já realizada na Terra atingiu 12,262 Km na crosta, quebrando o antigo recorde mundial de 9,583 Km (USA). Essa perfuração possibilitou os cientistas coletarem amostras do interior da Terra, sugerindo sua composição e processos que atuam em subsuperfície.

O que representa, do ponto de vista científico 9,583 Km de crosta continental perfurada?

A Terra possui um raio de 6378 km (Figura 1), logo se o poço de Kola citado acima quisesse alcançar o centro da Terra, teria que perfurar 671 vezes mais o que já perfurou. A crosta continental é a camada mais externa do planeta Terra e tem espessura média de 35 Km. No entanto, seria extremamente caro e demorado coletar uma amostra do manto superior, tendo em vista os já perfurados 9,583 km até o topo do manto em aproximadamente 100 km de profundidade. Também vale ressaltar que no momento não há nenhuma tecnologia existente que permita tal façanha. Contudo, há um constante investimento em grandes projetos de pesquisa que reúne cientistas de diversos países  especulando cada vez mais a excelência dos resultados. Espera-se que até o começo da década de 2020, um navio japonês  que já escavou um poço de 2.466 metros na crosta oceânica, possa triplicar essa distância, percorrendo seis quilômetros até atingir o manto terrestre. Todavia isso é um grande desafio e pode não obter os resultados esperados.

A fim de compreender a dinâmica interna da Terra, os geocientistas (geólogos, geofísicos, físicos e outros) têm de usado diferentes estratégias para obtenção dessas respostas, métodos indiretos através da geofísica, além de métodos menos “convencionais” de se estudar o interior da Terra, por exemplo a petrologia experimental.

Figura 1.  Esquema da estrutura interna da Terra. O poço de Kola seria um minúsculo ponto sobre a linha da crosta continental (crust).