A geotermometria e a geobarometria são técnicas aplicadas para se determinar as condições de temperatura (T) e pressão (P) sob as quais uma determinada paragênese mineral foi formada (Spear 1992). Os geotermobarômetros são calibrados por meio da investigação experimental direta, metodologia conhecida como geotermobarometria convencional, ou derivam de um banco de dados termodinâmicos internamente consistente.
Os granulitos são particularmente favoráveis aos estudos geotermobarométricos por comumente conterem piroxênios e granadas, minerais para os quais existe um extenso número de estudos experimentais para a aplicação como geotermobarômetros (Harley 1989). Entretanto, a estimativa das condições P-T do pico termal está sujeita a uma incerteza considerável, sobretudo em razão dos efeitos da difusão intracristalina. Este processo é fortemente dependente da temperatura e pode alterar severamente a composição dos minerais usados na geotermobarometria (Spear & Florence 1992).
Por outro lado, Harley (1989) destaca que algumas reações e associações minerais características da fácies granulito podem fornecer informações importantes sobre as condições P-T, independentemente dos resultados da geotermobarometria. Como exemplo, o autor cita as associações safirina-quartzo (±ortopiroxênio, granada) e espinélio-quartzo (±cordierita, ortopiroxênio ou sillimanita) que implicam em metamorfismo de temperatura muito alta (1000-1050 °C) para pressões típicas de 6-10 kbar.
Atualmente, a maioria dos estudos geotermobarométricos de granulitos é baseada em métodos robustos, como a geotermobarometria otimizada (Powell & Holland 1994) e as pseudosseções. As condições P-T são calculadas a partir de bancos de dados termodinâmicos internamente consistentes, armazenados em softwares como o THERMOCALC (Powell & Holland 1988) e o Perplex (Connolly 1990).
2.4. TRAJETÓRIAS P-T-t DE GRANULITOS
Uma trajetória P-T-t é definida como a sequência de condições de pressão e temperatura experimentadas por uma rocha ao longo do tempo. Para a determinação segura dessas trajetórias é necessária a aplicação de diversos métodos como a geotermobarometria, estudos de equilíbrio de fases e das grades petrogenéticas e a geocronologia (Spear 1992; Best 2003).
As trajetórias P-T-t definidas para os terrenos granulíticos são especialmente importantes porque fornecem informações singulares sobre a evolução tectônica e termal da crosta inferior (Spear 1992). Segundo Harley (1989), uma diversidade significativa de trajetórias P-T-t é preservada em terrenos granulíticos. No entanto, o autor explica que a interpretação dessas trajetórias não é simples devido às altas taxas de difusão que prejudicam a preservação do pico metamórfico e do segmento ascendente da trajetória. Por essa razão, muitas vezes é necessário inferir os processos tectônicos envolvidos na gênese dos granulitos baseado apenas no segmento pós-pico metamórfico.
Com base em estudos geotermobarométricos e da evolução das associações minerais e suas relações texturais, Harley (1989) definiu para os terrenos granulíticos dois tipos principais de trajetórias P-T-t, subsequentes ao pico termal: a trajetória de descompressão aproximadamente
Contribuições às Ciências da Terra Série M, vol. 74, 117 p.
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isotermal (ITD – Near-Isothermal Decompression) e a trajetória de resfriamento aproximadamente isobárico (IBC – Near-Isobaric Cooling). Alguns terrenos granulíticos apresentam as duas trajetórias preservadas em sequencia, o que sugere a sobreposição de dois eventos geológicos.
A distinção entre as trajetórias ITD e IBC é importante porque cada uma delas implica em diferentes cenários tectônicos para a origem dos granulitos (Spear 1992). A seguir são sumarizadas as texturas de reação e os ambientes de formação relacionados por Harley (1989) a cada uma dessas trajetórias.
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2.4.1. Trajetórias IBC – Near-Isobaric Cooling
As trajetórias IBC são registradas em granulitos formados em níveis medianos (4-7 kbar) a profundos (7-10 kbar) da crosta, sob condições de temperatura que variam de 750 °C a >900 °C. O resfriamento isobárico usualmente envolve alguma queda de pressão com gradientes dP/dT típicos de 0,3-0,5 kbar/100 °C. Nesses granulitos a cianita pode se desenvolver como uma fase tardia quando são atingidas pressões superiores a 6 kbar (Harley 1989).
Em granulitos máficos com quartzo, as trajetórias IBC são caracterizadas por texturas coroníticas definidas por granada secundária em torno de granada primária ou ao longo do contato plagioclásio – piroxênio. Também são comuns as coronas de clinopiroxênio em torno de ortopiroxênio e exsoluções de granada, ortopiroxênio e ilmenita em clinopiroxênio. Em granulitos félsicos e aluminosos, além das texturas coroníticas de granada secundária descritas para o granulito máfico, ocorrem também diversas coronas e intercrescimentos contendo safirina, espinélio cordierita, sillimanita, granada e ortopiroxênio (Harley 1989).
As trajetórias IBC podem ser resultantes de diversos processos relacionados à produção ou retenção de anomalias térmicas em crostas com 25-40 km de espessura. Os granulitos com trajetórias IBC anti-horárias são interpretados como provenientes de crosta continental com volumosa acreção magmática. Os granulitos IBC de níveis rasos (<5 kbar) podem ter sido formados durante a distensão de crosta com espessura normal acompanhada de acreção magmática, o que pode ocorrer em arco continental ou back-arc, rifts intraplaca ou ao longo de margens continentais extensionais. Já os granulitos IBC de níveis crustais profundos podem ter sido gerados em crosta previamente espessada por colisão e, em seguida, submetida a uma distensão muito rápida (5mm/ano). Trajetórias IBC também podem resultar do relaxamento termal propiciado pela erosão, sem invocar nenhum mecanismo tectônico especial (Harley 1989).
2.4.2. Trajetórias ITD– Near-Isothermal Decompression
As trajetórias ITD são caracterizadas por resfriamentos de 50 a 100 °C concomitantes com descompressões de 2 a 10 kbar com gradientes dP/dT entre 2,4-3 kbar/100 °C. Essas trajetórias comumente são registradas em granulitos metamorfizados entre 700-850 °C e 6–9 kbar, mas também podem estar associadas a granulitos formados na base de crosta espessada (> 15 kbar) (Harley 1989).
As texturas de reação relacionadas à trajetória ITD, ao contrário do que ocorre para a trajetória IBC, resultam na remoção da granada das associações de alta-P. Em granulitos máficos, a descompressão isotermal envolve a formação de simplectitas ou franjas de ortopiroxênio e plagioclásio em detrimento da granada. Em granulitos félsicos e aluminosos, dentre as diversas texturas de reação possíveis, destaca-se como diagnóstica o intercrescimento simplectítico de cordierita e ortopiroxênio que constituem pseudomorfos da granada (Harley 1989).
Outra feição consistente com trajetórias ITD de granulitos pelíticos e máficos é a existência de fundido ou evidências de extração e perda de fundido ao longo da história metamórfica (e.g. depleção de elementos LILE, composição química de restitos). No metamorfismo sob condições anidras, conforme prevalece na maioria dos terrenos granulíticos, fundidos insaturados em água são produzidos durante a descompressão por meio de reações de fusão que envolvem as fases hidratadas (e.g. biotita em metapelitos; anfibólio em metamáficas) (Harley 1989).
Os granulitos com trajetórias ITD são formados nos estágios finais da evolução termal de crosta continental espessada por colisão. Nesse cenário, a adição de magmas derivados do manto representa uma importante fonte extra de calor. Posteriormente, essa crosta foi afinada por denudação erosiva ou tectônica. A última é considerada o processo dominante e pode resultar de um adelgaçamento dúctil ou de uma extensão relacionada à falhamento normal. As taxas de adelgaçamento associadas a essa trajetória são rápidas e variam de 1-2 mm/ano (Harley 1989; Spear 1992).
É provável que muitos granulitos com trajetórias IBC e ITD não foram expostos na superfície da Terra durante o ciclo orogênico que os produziram, mas residem na crosta média e inferior por longos períodos de tempo (100 – 2000Ma). A eventual exumação desses terrenos granulíticos depende da sua incorporação em eventos tectônicos e magmáticos tardios que não estiveram relacionados à sua formação (Ellis 1987; Harley 1989).