Rocha clástica

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Rocha clástica (do grego: κλάω kláo por κλαστός klastos: "clasto"; "quebrado"), por vezes rocha detrítica, é a designação dada em geologia às rochas compostas por clastos, detritos geológicos constituídos por fragmentos de minerais e rochas preexistentes acumulados por ação mecânica e consolidados em maior ou menor grau por diagénese.^[1] Quando a consolidação é inexistente ou muito ténue, é comum usar-se a expressão depósito clástico vez de rocha clástica. Neste contexto, um clasto é um fragmento removido de uma rocha por meteorização física,^[2] cuja dimensão pode variar do sub-microscópico até aos grandes calhaus. Em geologia, pedologia e geotecnia usam-se os termos clasto e clástico no contexto da descrição das rochas sedimentares e dos solos, do vulcanismo e do transporte de sedimentos.

Descrição

O termo «clástico», ou «detrítico», é empregue nas ciências da terra para descrever processos sedimentares e de transporte, aplicando-se tanto para referir as rochas sedimentares formadas como as partículas que as constituem. Os mesmos termos são utilizados no contexto do transporte de sedimentos, nomeadamente na descrição do caudal sólido em suspensão e da carga de fundo de cursos de água, e da descrição dos processos de formação de depósitos de sedimentos.

A origem dos clastos pode radicar-se numa multiplicidade de processos físico-químicos, os quais apenas apresentam em comum a capacidade de provocar a desagregação mecânica das rochas e dos minerais, gerando fragmentos que podem ser posteriormente transportados e reincorporados em novas rochas. Entre os processos clastogénicos destacam-se a erosão e a meteorização, que ao provocarem a degradação generalizada das rochas expostas, favorecem a sua desagregação e a produção dos clastos, e os processos tectónicos de deformação crustal (cataclásticos) que por compressão ou descompressão geram rochas clásticas como sejam as brechas de falha e as múltiplas rochas e minerais que lhe estão associados.^[3] Embora com génese e enquadramento geológico totalmente diverso, os ambientes ígneos associados ao vulcanismo podem ser poderosas fontes clásticas, quer através dos mecanismos de ejecção produtores de piroclastos como as bagacinas e a pedra-pomes, quer através dos mecanismos de fragmentação mecânica e de transporte sedimentar associados aos mecanismos eruptivos, nomeadamente os lahars e os grandes movimentos de vertente.^[4] Embora nos ambientes vulcânicos os processos de fragmentação, transporte e consolidação sejam ditados por forças mecânicas que não são as habituais nos processos comuns de erosão e meteorização, ainda assim as rochas e depósitos produzidos podem geralmente ser considerados como sedimentares, embora obviamente com a especificidade que resulta do vulcanismo subjacente.

Dada a grande diversidade dos ambientes e mecanismos de formação, e a diversidade dos materiais protolíticos originários, a classificação das rochas clásticas apresenta uma grande variedade que devem ser tidos em conta. Mesmo quando cuidadosamente feita, estas classificações nem sempre são consensuais. Para além disso subsiste a dificuldade de determinar quando o processo de transformativo é suficientemente profundo para considerar-se metamórfico, já que as condições de fronteira entre rocha sedimentar e rocha metamórfica nem sempre são claras e inequívocas.

Há também que assinalar a existência de rochas sedimentares mistas formadas pela mistura de componentes detríticos com componentes de outras origens. Exemplos dessas rochas sedimentares mistas são as margas, onde os clastos são incorporados numa matriz originada pela precipitação química dos carbonatos, e os xistos betuminosos, onde os clastos são revestidos por uma componente orgânica composta essencialmente por hidrocarbonetos.

Tipos de rochas clásticas

As rochas clásticas sedimentares, sensu stricto, são compostas predominantemente por fragmentos de rochas mais antigas desagregadas pelos processos de meteorização e erosão e transportados graviticamente para depósitos de geometria e dimensão muito variáveis.

Tendo em conta a sua origem e composição, as rochas clásticas sedimentares (epiclásticas) são em geral classificadas com base nas características físicas, composição e distribuição do tamanho dos clastos que as constituem e na composição e textura do cimento matricial que eventualmente esteja presente.

As classificações mais comuns utilizadas são as que assentam na granulometria dos clastos, em geral utilizando a composição petrológica dos clastos e a composição e textura da matriz como elementos diferenciadores. A utilização destes factores de classificação é frequentemente útil na determinação do ambiente de deposição.

Nas classificações mais comuns, o tamanho dos clastos determina o nome de base a aplicar a cada tipo de rocha sedimentar clástica. Como a granulometria varia desde as argilas microscópicas até aos grandes blocos rochosos, a ordenação é em geral feita de acordo com escalas de dimensão das partículas capazes de acomodar essa variabilidade, sendo uma das mais comuns a escala phi (φ) de Krumbein que ordena numericamente a granulometria numa escala logarítmica.

A utilização das classificações granulométricas por sua vez conduz a uma nomenclatura das rochas clásticas assente na dimensão dos clastos: as argilas dão origem a argilitos e xistos; os siltes originam siltitos; as areias originam arenitos; e os cascalhos, seixos, calhaus e pedregulhos originam conglomerados e brechas.

Complementarmente à classificação baseada na granulometria dos clastos é utilizada uma classificação baseada na composição dominante e génese dos clastos, sendo comum a seguinte subdivisão:

Ambientes sedimentares
- Rochas siliciclásticas — as rochas sedimentares clásticas predominantemente constituídas por materiais silicatados. Este grupo constitui a grande maioria das rochas clásticas sedimentares;
- Rochas carbonáticas clásticas — as rochas clásticas predominantemente constituídas por carbonatos;
- Brechas sedimentares — rochas sedimentares detríticas compostas por clastos angulares a subangulares, com orientação aleatória, produzidas por avalanches e outros movimentos de massa em meio aquoso ou sub-aéreo, incluindo os depósitos de colúvio;
- Rochas bioclásticas — rochas sedimentares contendo restos de seres vivos, mais ou menos fossilizados, incorporados numa matriz mineral;
Ambientes não sedimentares
- Piroclastos — rochas clásticas produzidas pela ejecção de fragmentos rochosos durante uma erupção vulcânica;
- Rochas clásticas hidrotermais — rochas clásticas resultantes da actividade hidrotermal e da fracturação hidráulica das rochas;
- Brechas de impacto — formadas em em torno de crateras de impacto produzidas por colisões com corpos celestes.

Outra forma habitual de classificar as rochas sedimentares clásticas é pelo tamanho dos fragmentos que as compõem. Para esse efeito os fragmentos são ordenados segundo uma escala adequada, sendo em geral utilizada a escala Udden-Wentworth ou escala numérica phi de Krumbein, sendo em geral considerados três grupos:

Rochas psefíticas — rochas onde predominam clastos com mais de 2 mm de diâmetro, ou seja fragmentos do tamanho de seixos ou maiores;
Rochas psamíticas — compostas maioritariamente por fragmentos entre 2 mm e 0,062 mm de diâmetro, ou seja grãos de areia;
Rochas pelíticas — com fragmentos menores de 0,062 mm, ou seja do tamanho do limo ou da argila (neste caso, partículas menores de 0,0039 mm).

No contexto das rochas clásticas, o termo lodo é utilizado para designar as misturas de partículas de argila e limo que criam sedimentos agregados. Os termos pelito, vasalito, lodolito e lutito são utilizados para designar as rochas compostas por partículas com as dimensões de limo e argila.

Rochas psefíticas: conglomerados e brechas

Conglomerados e brechas (ou rochas psefíticas) são rochas de grão grosso, compostas predominantemente por clastos do tamanho de seixos ou maiores, normalmente unidos por uma matriz de grão mais fino.^[5] O depósito das rochas psefíticas ocorre em ambientes dominados por águas torrenciais ou pela acção de glaciares, já que outros tipos de agentes de transporte não possuem a energia suficiente para o transporte de grandes fragmentos do tamanho dos clastos que constituem este tipo de rochas.

Estas rochas são em geral subdivididas dois grupos: (1) os conglomerados, e (2) as brechas. A característica principal que diferencia estes grupos é o grau de rolamento, o qual determina a forma dos clastos do tamanho de seixos. Quando são clastos arredondados, a rocha é considerada um conglomerado; quando são fragmentos angulosos, a rocha é considerada uma brecha. Apesar desta distinção, o termo «conglomerado» aparece com alguma frequência aplicado a ambos os tipos de rocha.

Os conglomerados são comuns nas sucessões estratigráficas da maioria, se não de todas as idades geológicas, mas só representam cerca de 1%, ou menos, em peso da massa de rocha sedimentar total.^[6] Do ponto de vista da origem e dos mecanismos de deposição, os conglomerados e brechas são similares aos arenitos. Como resultado, as duas categorias contêm com frequências as mesmas estruturas sedimentares.^[6]

Rochas psamíticas: arenitos

Os arenitos (ou psamitos), são rochas de grão mediano, compostas por fragmentos arredondados ou angulares do tamanho de grãos de areia, que com frequência, mas nem sempre, apresentam um cimento matricial que os une entre si.

Se o material constituinte, tanto nos grãos como no cimento matricial, é suficientemente rico em carbonato de cálcio para produzir uma reacção química clara com o ácido clorídrico a frio, a rocha recebe a designação de calcarenito. Nos restantes casos, estas rochas são subdivididas em arenitos e grauvaques, consoante a proporção de partículas menores de 50 micrómetros (a matriz ou cimento matricial) seja inferior ou superior a 15% do volume global da rocha.

Estas partículas do tamanho de areia são em geral minerais de quartzo, mas existem algumas categorias comuns e uma ampla variedade de sistemas nomenclaturais que se utilizam para classificar os arenitos com base na composição petrológica dos grão e do cimento matricial. Os sistemas de classificação variam amplamente, mas a maioria dos geólogos adoptou o sistema de Dott,^[7] que utiliza a abundância relativa de quartzo, de feldspato e de grãos líticos em comparação com a abundância do material matricial que ocorre entre estes grãos maiores, ou seja a relação entre material clástico e material matricial.

Rochas pelíticas: lodolitos e argilitos

As rochas clásticas formadas por grão muito finos são em geral designadas por rochas pelíticas (raramente pelitos), sendo que nestas rochas as partículas com dimensões de limo e de argila representam pelo menos 50% do material que as compõe. A rochas pelíticas originam-se em ambientes sedimentares aquosos com um nível de energia muito baixo, ou são o resultado do transporte pelos ventos, sendo neste caso em geral denominadas como loess.

Existem vários esquemas de classificação, mas a maioria está baseada no tamanho do grão dos constituintes principais. Quando pouco consolidados são em geral designados por lutitos, sendo em geral constituídos por uma mistura de partículas de limo e argila,^[8] ou seja de lodos mais ou menos litificados. Quando mais consolidados, em geral apresentando traços de algum metamorfismo, são designados por ardósias argilosas.

Outro esquema nomenclatural de utilização generalizada classifica os lutitos compostas principalmente por partículas de limo como limolitos e aqueles em que as partículas de argila predominam como argilitos.^[9]

Existe alguma ambiguidade na tradução do termo inglês «shale» para a nomenclatura petrológica portuguesa, já que a tradução mais comum, e que corresponde na maioria dos casos à acepção mais frequente, conduz a «xisto», uma rocha considerada metamórfica. Ainda que em alguns casos seja difícil estabelecer uma fronteira clara entre rochas sedimentares e metamórficas, dada a gradação existente, a utilização da designação shale no contexto das rochas sedimentares, apesar de frequente, refere aqueles lutitos em que as argilas constituem a maioria do material litificado (e que podem melhor ser classificados como argilitos) dando-lhe o carácter laminado típico das ardósias.

Rochas clásticas sedimentares (epiclastos)

Rochas siliciclásticas

As rochas sedimentares siliciclásticas constituem a grande maioria da rochas clásticas, tendo como composição materiais ricos em silício, na forma de quartzo ou de outros silicatos.

A composição destas rochas inclui os componentes químicos e mineralógicos do esqueleto (o material clástico) e os materiais cimentantes que constituem a sua matriz. Para efeitos de análise e classificação, os componentes podem ser divididos em quatro grandes categorias:^[6]

Minerais principais — constituem o grosso da rocha, conferindo-lhe as suas características petrológicas essenciais. Podem ser categorizados em subdivisões com base na sua resistência à decomposição química: os que possuem grande resistência à decomposição são classificados como estáveis; os restantes são considerados menos estáveis ou instáveis. O mineral estável mais comum nas rochas sedimentares siliciclásticas é o quartzo,^[6] o qual constitui aproximadamente 65% dos grãos que formam os arenitos e cerca de 30% do conteúdo mineral médio dos xistos. Entre os minerais menos estáveis presentes nestas rochas predominam os feldspatos, tanto os feldspatos potássicos como as plagioclases.^[6] Apesar da sua abundância, os feldspatos são consideravelmente menos abundantes no esqueleto destas rochas do que o quartzo, constituindo apenas cerca de 15% dos grãos dos arenitos e menos de 5% em média dos minerais presentes nos xistos. Os minerais do grupo das argilas aparecem com abundância nos argilitos e outras rochas derivadas de lamas, nas quais podem chegar a constituir mais de 60% do conteúdo mineral, mas em geral encontram-se nas restantes rochas siliciclásticas em percentagens bem menores;^[6]
Minerais acessórios — são os minerais presentes na rocha, mas cuja presença não é directamente determinante para a sua classificação petrológica. São em geral minerais que ocorrem associados a outros mais abundantes e específicos, ocorrendo em situação subordinada à presença de um ou mais minerais principais. Estes minerais geralmente ocorrem em quantidades menores do que a do mineral principal a que estão associados, nomeadamente em relação ao quartzo e aos feldspatos. Entre estes minerais estão geralmente minerais pesados e de granulometria grosseira, como as micas (tanto a moscovite como a biotite);^[6]
Clastos (fragmentos de rocha) — os fragmentos de rocha são uma característica determinante nas rochas clástics, constituindo o respectivo «esqueleto». A percentagem da rocha que é constituída por fragmentos de rochas preexistentes varia da quase totalidade em alguns conglomerados e brechas até cerca de 10-15% nos arenitos. Os fragmentos geralmente compõem a maioria das partículas de tamanho de cascalho e superiores em conglomerados, mas contribuem apenas numa percentagem pequena para a composição dos lodolitos e outras rochas de granulometria muito fina. Embora às vezes os fragmentos tenham origem em rochas sedimentares, na origem também podem ser provenientes de rochas metamórficas ou ígneas;^[6]
Cimentos de origem química (material matricial) — os cimentos de origem química presentes na matriz das rochas clásticas variam em abundância, mas são mais abundantes nos arenitos e noutras rochas de granulometria fina. Os dois principais tipos de cimento são os silicatos e os carbonatos. A maioria dos cimentos siliciosos são compostos por quartzo, mas podem estar presentes sílex córneo, opala, feldspatos e zeólitos.^[6]

Em resultado da presença dos diversos materiais que a compõem, a composição mineralógica de uma rocha siliciclástica é determinada pela composição química e mineralógica dos clastos e do material de cimentação (a matriz) que mantém os clastos juntos na rocha. Estas diferenças são mais patentes nos grãos dos arenitos, sendo que os arenitos ricos em quartzo são designados por arenitos quártzicos, os arenitos ricos em feldspato por arcoses e os ricos em fragmentos líticos por arenitos líticos. Se a presença de carbonato de cálcio é muito significativa são designados por calcarenitos.

Tendo em conta que as rochas sedimentares silicicásticas são compostas maioritariamente por fragmentos silicatados derivados da meteorização e erosão de rochas preexistentes ou do vulcanismo piroclástico, a distribuição granulométrica dos clastos é um importante factor na determinação da origem e das características físico-químicas destas rochas.

Tal como acontece com a generalidade das rochas clásticas, em função da granulometria predominante dos clastos as rochas siliciclásticas são em geral divididas nas seguintes categorias:

Conglomerados e brechas — rochas onde predominam os clastos com mais de 2,0 mm de diâmetro. Neste grupo estão incluídas as rochas constituídas por seixos, calhaus e outros blocos de maiores dimensões.^[6]
Arenitos — rochas constituídas por partículas com diâmetro entre 0,062 e 2,0 mm, que quando cimentadas e litificadas formam rochas de grão fino;
Pelitos, argilitos, lutitos e outras rochas de grão microscópico — são rochas que em geral foram depositadas a partir de lodos, sendo que neste contexto o termo designa uma mistura de partículas de silte, limo e argilas transportada pela água que é depositada para formar um agregado sedimentar. São consideradas como «argilas», aqui independentemente de serem filossilicatos ou outra qualquer substância, as partículas com diâmetro inferior a 0,0039 mm e silte as partículas com diâmetro entre 0,062 e 0,0039 mm.^[6]

Rochas carbonáticas clásticas

As rochas clásticas carbonáticas são um tipo de rocha sedimentar cuja composição primária é dominada pelos carbonatos. São em geral rochas detríticas formadas por fragmentos de calcário, tendo como material matricial predominantemente a calcite (CaCO₃) ou a dolomite (CaMg(CO₃)₂), resultado da deposição química a partir de soluções aquosas sobressaturadas em carbonatos, mas com elevadas percentagens de argilas entre os clastos. As rochas clásticas carbonáticas mais comuns são as margas e os crés.

Brechas sedimentares

As brechas sedimentares são um tipo de rocha sedimentares clásticas compostas por clastos angulares a sub-angulares originados pela fragmentação mecânica de rochas sedimentares preexistentes. Os clastos encontram-se em geral dispostos em depósitos nos quais não é possível encontrar orientação espacial definida dos fragmentos, o que confere a estas rochas um aspecto caótico. Estas rochas tem origem:

Em avalanches e outros movimentos de massa submarinos ou gerados no seio de outros meios subaquáticos lênticos, nomeadamente em ambientes lacustres e em troços de baixa energia de cursos de água profundos. Associados a estes depósitos ocorrem frequentemente turbiditos, uma forma de depósito periférico, de grão fino, em geral associada aos fluxos subaquáticos que produziram a brecha sedimentar;
Na acumulação de material angular, constituído por clastos imaturos de pedras e cascalho, de dimensão muito desigual, incrustados numa massa basal de grão fino produzida por desgaste superficial dos clastos. Estes depósitos são, na essência, massas coluviais litificadas. Em consequência da acumulação de sedimentos (coluviais) este tipo de brechas geralmente forma-se na base de escarpas de falha e nas fossas tectónicas.

No campo, por vezes pode ser difícil distinguir entre uma brecha sedimentar de fluxo subaquático e uma brecha coluvial, sobretudo quando se trata de interpretação de carotes e outros materiais obtido por perfuração. As brechas sedimentares são uma rocha hóspede integral para muitos depósitos sedimentares exalativos.

Rochas bioclásticas

Consideram-se como rochas bioclásticas aquelas que incorporam clastos constituídos por restos de organismos vivos fossilizados ou de alguma forma preservados na estrutura da rocha. Entre as rochas bioclásticas mais comuns contam-se a coquina, formada pelo acúmulo de conchas de moluscos, e os calcários fossilíferos de textura bioclástica com presença de fósseis, como o lioz.

São frequentes as formações fossilíferas em que os restos biológicos constituem clastos que, nalguns casos, representam a maioria do volume da rocha, como é o caso nos diatomitos em que os restos planctónicos constituem a quase totalidade da fracção clástica.

Outras formas de rochas bioclásticas resultam da preservação de restos animais e vegetais em massas de hidrocarbonetos, nomeadamente em depósitos asfálticos e situações similares.

Rochas clásticas de ambientes não sedimentares

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