Os basaltos são rochas com uma ocorrência significativa na superfície terrestre. São formados na sequência da fusão parcial do manto peridotítico e consequente consolidação de magmas de composição basáltica. Correspondem ao equivalente extrusivo dos gabros e noritos e constituem estruturas particulares (escoadas, chaminés, depósitos piroclásticos, etc), associando-se a eventos vulcânicos (Palácios & Matos Alves, 2003).
Macroscopicamente, são rochas de tonalidade escura (melanocráticas), densas, compactas ou vesiculares, afaníticas ou frequentemente porfiríticas (Palácios & Matos Alves, 2003). Na sua composição contêm como minerais máficos as piroxenas, óxidos de Ti-Fe e podem incluir ou não olivina. Os minerais máficos rondam uma abundância entre 65 e 90 %. Por outro lado, os minerais félsicos consistem em plagioclase, pequenas quantidades de feldspato alcalino, quartzo ou feldspatóides, rondando 10 a 35 % de abundância (op. cit.). Note-se que a plagioclase é cálcica (% Anortite > 50%) e por norma ocorre em quantidades iguais à piroxena ou mesmo como a fase mineral predominante (Bell, 2007). Com efeito, frequentemente os basaltos apresentam uma fase fenocristalina de olivina, piroxena e plagioclase, não excedendo 53 wt. % SiO2 (Allaby, 2013). Os minerais acessórios mais comuns são a espinela, a granada e a apatite.
Demonstram grande variedade textural, sendo esta essencialmente condicionada pela morfologia e pela disposição dos minerais mais abundantes: a piroxena e a plagioclase. Vão desde holocristalinas a pouco cristalinas, podendo ser equigranulares afaníticas ou apresentar-se como porfiríticas quando contêm uma geração fenocristalina de piroxena e/ou olivina (Bell, 2007). Existe ainda uma série de texturas especiais que podem ser observadas neste tipo de rocha e que se encontram descritas em Winter (2001).
Os basaltos têm origem em líquidos magmáticos pouco evoluídos que são sujeitos a cristalização fraccionada. Os produtos desta tendem a manter a mesma composição do líquido que lhe deu origem, seguindo, como tal, uma tendência evolutiva coerente. Assim, a categorização de magmas basálticos pode ser realizada em função das séries magmáticas. Estas consistem num grupo de rochas distinguíveis e que partilham características químicas (e mineralógicas) que sugerem uma relação genética entre as rochas mais primitivas e as rochas com maior grau evolutivo (Winter, 2001). Existem diversos diagramas de variação composicional que ilustram as séries, tendo-se como exemplo o tetraedro olivina-nefelina-clinopiroxena-quartzo representado na Figura 2.6. Verifica-se que neste há uma sub- divisão volumétrica conforme o conteúdo em sílica e, consequentemente, em função do tipo de basalto. Distinguem-se os basaltos alcalinos como rochas sub-saturadas (campo 1 da Figura 2.6) e os basaltos sub-alcalinos como rochas sobre-saturadas em SiO2 (campos 2 e 3). Entre eles dispõem-se o plano olivina-plagioclase-clinopiroxena, que materializa uma barreira térmica a baixa pressão. Isto significa que os dois tipos de líquidos basálticos não podem evoluir entre si por diferenciação magmática. A distinção entre basaltos alcalinos e sub-alcalinos também é representada no diagrama TAS (Figura 2.4) sendo que, para uma mesma percentagem de SiO2, os basaltos alcalinos mostram maior enriquecimento em álcalis total (Na2O + K2O) do que os basaltos sub-alcalinos.
(1) basaltos alcalinos
(2) basaltos toleíticos olivínicos (3) basaltos toleíticos
Figura 2.6 Classificação normativa em função da saturação em SiO2 (Yoder & Tilley, 1962)
Os basaltos sub-alcalinos podem ser divididos em basaltos toleíticos olivínicos (campo 2 da Figura 2.6), basaltos toleíticos (campo 3 da Figura 2.6) e basaltos calco-alcalinos. Apenas os dois primeiros estão representados na Figura 2.6, já que estes são distinguem em função do teor em SiO2, existindo entre eles o plano clinopiroxena-plagioclase-ortopiroxena que materializa o plano crítico de saturação em sílica. Este separa os basaltos sobre-saturados dos saturados em SiO2, sendo possível a evolução de um líquido para o outro. Os basaltos calco-alcalinos diferem dos toleíticos dada a fugacidade em oxigénio. Esta é maior nos primeiros, o que induz uma cristalização precoce de óxidos de ferro e consequente enriquecimento em álcalis (A). Contrariamente, os magmas toleíticos tendem a enriquecer primeiro em ferro, e apenas posteriormente em álcalis. Esta explicação está representada na Figura 2.7 no diagrama AFM, cujos vértices correspondem a Na2O + K2O (A), FeO + Fe2O3 (F) e MgO (M), respectivamente.
Figura 2.7 Classificação normativa AFM com representação das sub-séries toleítica e calco-alcalina (fonte:
http://usgeologymorphology.com/adirondacks-p-gloss.html)
As diferenças químicas entre as várias rochas basálticas reflectem-se também na mineralogia distinta que apresentam. Na Tabela 2.1 sintetizam-se as características mineralógicas, mostrando a
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Tabela 2.1 Características mineralógicas (com respectiva evolução mineral) e geoquímicas e rochas derivadas de diferentes tipos de líquidos basálticos (Matos Alves & Palácios, 2003; adaptado de Winter 2001)
Basaltos: Toleíticos Alcalinos Calco-
alcalinos
Mineralogia
- olivina em fenocristais rara - ortopiroxena (comum) e clinopiroxena
- vidro (ou quartzo) na matriz
- Evolução mineralógica:
- olivina em fenocristais e matriz
- clinopiroxena (Ti-augite) - feldspato potássico e/ou nefelina na matriz - Evolução mineralógica: - fenocristais de anfíbola - plagioclases zonadas Rochas
derivadas andesitos toleíticos; dacitos; riolitos havaítos: mugearitos; benmoreitos; traquitos; fonolitos andesitos; dacitos; riolitos Elementos
maiores Ricos em SiO2 Ricos em álcalis
Ricos em Al2O3 e H2O As séries magmáticas e, consequentemente, os diversos tipos de basaltos inserem-se em ambientes geodinâmicos específicos (Tabela 2.2). Com efeito, as rochas basálticas manifestam-se nas mais variadas áreas geográficas, verificando-se que a sua natureza química e mineralógica depende significativamente do contexto geotectónico a que se associam. A categorização dos basaltos em função do ambiente em que se dá a sua ocorrência é adoptada por uma vasta gama de autores, fazendo-se referência a Winter (2001) e a Juteau & Maury (1999 apud Palácios & Matos Alves, 2003).
Tabela 2.2 Manifestação das séries magmáticas em função do contexto geodinâmico, onde * indica o ambiente tectónico principal (Winter, 2001)
Série Magmática
Bordo de placa Interior de placa
convergente divergente oceânica continental
Alcalina sim sim* sim*
Toleítica sim sim* sim sim
Calco-alcalina sim* Olivina Plagioclase Augite Olivina Augite Plagioclase
Em particular, os basaltos alcalinos, objecto de estudo desta dissertação, têm uma vasta ocorrência. Manifestam-se em três ambientes geodinâmicos principais, nomeadamente nos bordos de placas, em riftes continentais e em zonas de subducção (nas fases finais do processo), e no interior de placas. No contexto específico de intraplaca, este tipo de basaltos pode ser encontrado tanto em meio continental como em meio oceânico, tendo como origem a actuação de plumas mantélicas (Palácios & Matos Alves, 2003). O CVL é um exemplo da ocorrência de escoadas basálticas alcalinas em cenário continental. Os exemplos em meios oceânicos (OIB- Ocean Island Basalts) são vastos, referindo-se as ilhas dos Açores e da Madeira, as Canárias e Cabo Verde (op. cit.).
Do ponto de vista de geologia de engenharia, as rochas extrusivas apresentam elevados graus de alteração por meteorização ou por hidrotermalismo, principalmente ao longo das fissuras. Tal conduz à frequente fragmentação segundo estes planos de fraqueza, gerando fragmentos de menor granulometria e, muitas vezes, dando lugar a material argiloso. Note-se que o grau de meteorização de um maciço vulcânico é função das condições climáticas num dado local, influenciando o material residual que se gera, habitualmente o saprólito (Bell, 2007). Adicionalmente, a porosidade, comum nestas rochas e associada à libertação de gases, também é um factor relevante e que condiciona o comportamento geomecânico e físico do material. Os depósitos vulcânicos, nomeadamente os mais antigos, mostram- se adequados para serem usados como fundações em engenharia. No entanto, o material mais recente tende a apresentar complicações relacionadas com potenciais cavidades e com a natureza anisótropa dadas as intercalações de níveis piroclásticos com escoadas lávicas. Além disso, os depósitos vulcânicos mais jovens associam-se a solos fósseis de baixa resistência (op. cit.).
Para o caso particular dos basaltos, estes apresentam habitualmente propriedades geomecânicas satisfatórias para fins de engenharia. No entanto, verifica-se que alguns são susceptíveis a uma rápida meteorização que pode resultar em fenómenos de desagregação mecânica. Esta associa-se a episódios repetidos e alternados de hidratação e desidratação, culminando na fracturação e na escamação da superfície rochosa exposta. A abertura de fendas e consequente infiltração de água por estas perpetua o processo de alteração, aumentando não só o grau bem como a taxa de meteorização. Adicionalmente, os minerais primários dos basaltos podem gerar minerais secundários aquando o processo de alteração, sendo na sua maioria argilosos. Tal incrementa o potencial de degradação e de desintegração deste tipo de litologia (op. cit.).