UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO ASTRONÔMICO E GEOFÍSICO
DERIVA CONTINENTAL E SUCESSÃO PALEOCLIMÁTICA:
SIMULAÇÃO DA EVOLUÇÃO DAS PAISAGENS LATERÍTICAS
DA AMÉRICA DO SUL E DA ÁFRICA.
José Antonio Ferrari
Orientador: Prof. Dr. Adolpho José Melfi
Tese de Doutorado
Programa de Pós-Graduação em Geofísica
São Paulo 1996
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO ASTRONÔMICO E GEOFÍSICO
DERIVA CONTINENTAL E SUCESSÃO PALEOCLIMÁTICA:
SIMULAÇÃO DA EVOLUÇÃO DAS PAISAGENS LATERÍTICAS
DA AMÉRICA DO SUL E DA ÁFRICA.
José Antonio Ferrari
Orientador: Prof. Dr. Adolpho José Melfi
Tese de Doutorado
COMISSÃO JULGADORA Adolpho José Melfi IAG -USP Igor Ivory Pacca – IAG – USP Marta Mantovani – IAG – USP Umberto Cordani – IG – USP
Adilson Carvalho – IG - USP
São Paulo 1996
AGRADECIMENTOS
Aos professores Adolpho José Melfi e Yves Tardy, pela oportunidade e
orientação durante o desenvolvimento deste trabalho.
À professora Marcia Ernesto, pelas discussões a respeito de pólos de
reconstrução paleocontinental.
Ao professor Eder Molina, pela concessão de mapas digitalizados.
Aos funcionários e colegas do IAG, que sempre contribuiram para o bom
andamento de minhas atividades acadêmicas.
Ao colega Hélio Shimada, pela revisão do texto.
Aos meus pais.
But that is exactly what I like about this science of geology. Its is infinite, ambiguous, like all poetry it has secrets, is permeated by them, lives within them, without being destroyed by them. It does not lift the veil, but only moves it, and throught tiny holes in the fabric a few rays escape, wich dazzle the eye.
Rodolphe Toepffer, escritor Suiço Nouvelles Génevoises, 1841
RESUMO
Este trabalho apresenta simulações computacionais da evolução das paisagens lateríticas da América do Sul e da África para os últimos 100 milhões de anos. Os modelos desenvolvidos levam em conta a sucessão paleoclimática desencadeada pela deriva dos continentes.
Os parâmetros considerados nos modelos são: distribuição latitudinal da temperatura e precipitação (calibrados pela temperatura global dos últimos 100 milhões de anos), reconstruções paleocontinentais baseadas em pólos paleomagnéticos e trilhas de hotspots, e ambientes de lateritização compilados da literatura.
Os modelos baseados em pólos paleomagnéticos mostram que a maioria das bauxitas lateríticas estão localizadas em zonas que foram expostas, por muito tempo, a um ambiente favorável ao seu desenvolvimento. Na África, os modelos baseados em trilhas de hotspot mostram que as bauxitas não se concentram em uma zona específica; os depósitos encontram-se dispersos por diversas zonas.
Os modelos mostram que as bauxitas africanas abandonaram os ambientes favoráveis ao seu desenvolvimento há mais tempo que as americanas. Isto pode ter condicionado a composição química das bauxitas. Após deixar os ambientes de bauxitização, os depósitos posicionaram-se em áreas favoráveis à formação de ferricretes. Os dados dos depósitos de bauxita mostram que as bauxitas sul americanas possuem menos Fe2O3 que os depósitos africanos.
Modelos de erosão geoquímica do SiO2 mostram que, nos dois continentes, os
depósitos de bauxita possuem taxa de erosão superiores à dos ferricretes.
Os resultados obtidos dos modelos, e a distribuição das bauxitas e ferricretes nos dois continentes indicam que a deriva continental e a distribuição latitudinal dos elementos do clima são fatores importantes na evolução das lateritas.
ABSTRACT
Computer simulations for the laterites evolution of South America and Africa were produced, considering the last 100 million years. The models take into account the paleoclimatic succession unchained by continental drift.
These models considered the following parameters: latitudinal distribution of temperature and precipitation (calibrated by the global temperature of the last 100 million years), paleocontinental reconstruction based on paleomagnetic and hotspots data and lateritization environments compiled from literature.
The models based on paleomagnetic poles show that most lateritic bauxites are placed in more suitable areas for their development for a long period of time. Models developed for Africa based on hotspot show that the bauxite depósits are spread out.
It was observed that African bauxites have shifted for environments that were less suitable for their development for a longer period of time than the Americans. After leaving the bauxite environments, the deposits were placed in more adequate ones to ferricretes formation. This may have conditioned the chemical composition of
bauxites. Data show that South American bauxites have less Fe2O3 than African
deposits.
SiO2 erosion models show that, for both continents, SiO2 erosion rates for
bauxites are greater than those for ferricretes.
Results obtained from models and the distribution of bauxites and ferricretes in both areas indicate the importance of continental drift and latitudinal distribution of climatic elements for laterites evolution.
ÍNDICE Agradecimentos Resumo Abstract Lista de Figuras... i Lista de Tabelas... v Lista de Equações...viii 1. INTRODUÇÃO ... 1 2. LATERITAS ... 3
2.1 BREVE HISTÓRICO E DEFINIÇÃO... 3
2.2 GÊNESE E CARACTERIZAÇÃO DOS PERFIS LATERÍTICOS. ... 6
2.2.1 Domínios globais de alteração... 6
2.2.2 Tipos de alteração ... 7
2.2.3 Principais fácies da evolução superficial em zona tropical ... 8
2.2.3.1 Latossolos... 10
2.2.3.2 Perfis lateríticos encouraçados ou nodulares... 11
2.2.3.3 Bauxitas lateríticas ... 14
3. EVOLUÇÃO DAS PAISAGENS LATERÍTICAS ... 17
3.1 LATERITAS E CLIMA... 17
3.2 LATERITAS: DERIVA CONTINENTAL E SUCESSÃO PALEOCLIMÁTICA... 21
3.3 LATERITAS E RELEVO... 24
4. PARÂMETROS GLOBAIS PARA UM MODELO DE EVOLUÇÃO DE PAISAGENS LATERÍTICAS... 30
4.1 VARIÁVEIS CLIMÁTICAS... 30
4.1.1 Distribuição da temperatura e precipitação ... 30
4.1.2 Influência da temperatura global na distribuição latitudinal da temperatura e precipitação... 32
4.2 AMBIENTES DE LATERITIZAÇÃO... 39
4.3 RECONSTRUÇÕES PALEOCONTINENTAIS. ... 42
5. OS MODELOS ... 45
5.1 TEMPO DE EXPOSIÇÃO AOS DIFERENTES AMBIENTES DE LATERITIZAÇÃO... 48
5.1.1 Tempo de exposição ao ambiente favorável à formação de bauxitas ... 50
5.1.2 Tempo de exposição ao ambiente favorável à formação de couraças ferruginosas ... 58
5.2 IDADE DA ÚLTIMA EXPOSIÇÃO AOS DIFERENTES AMBIENTES DE LATERITIZAÇÃO... 66
5.2.1 Idade da última exposição ao ambiente favorável à formação de bauxitas... 67
5.2.2 Idade da última exposição ao ambiente favorável à formação de couraças ferruginosas... 71
5.3 EROSÃO QUÍMICADA SÍLICA... 75
6. RELAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES E OS DEPÓSITOS LATERÍTICOS 79 6.1 DEPÓSITOS DE BAUXITA... 79 6.1.1 América do Sul ... 79 6.1.1.1 Pólos de Kanasewich... 79 6.1.1.2 Pólos de Muller ... 81 6.1.2 África ... 85 6.1.2.1 Pólos de Kanasewich... 85 6.1.2.2 Pólos de Muller ... 86
6.1.3 Relação entre os depósitos dos dois continentes ... 88
6.2.1 América do Sul ... 92 6.2.1.1 Pólos de Kanasewich... 92 6.2.1.2 Pólos de Muller ... 95 6.2.2 África ... 96 6.2.2.1 Pólos de Kanasewich... 96 6.2.2.2 Pólos de Muller ... 99
6.3 A EROSÃO QUÍMICA DA SÍLICA E AS FORMAÇÕES LATERÍTICAS... 101
7. CONCLUSÕES... 105
i
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Distribuição global do fenômeno de lateritização. Fonte BARDOSSY & ALEVA (1990) _________________________________________________________________ 5 Figura 2 Diagrama triangular de SCHELLMANN (1982), para a classificação de lateritas._ 6 Figura 3 Perfil esquemático de alteração das rochas em clima tropical. Modificado de
MELFI (1994). __________________________________________________________ 9 Figura 4 Perfis típicos de latossolos geralmente não apresentam movimentação de argila, gradação de cores e diferenciação de horizontes. Por causa de sua estrutura micronodular feita da assembléia de hematita, caolinita e quartzo, eles são porosos e caracterizados pela drenagem rápida. Modificado de CHAUVEL (1977) apud TARDY (1992) ________________________________________________________________ 11 Figura 5 Representação esquemática de um perfil laterítico capeado por um ferricrete e as três principais zonas de um perfil laterítico nodular. Modificado de TARDY (1992). __ 13 Figura 6 Perfis lateríticos. A perfil completo com todas as fácies, B exemplos de perfis reduzidos e truncados. Fonte BARDOSSY & ALEVA (1990) _____________________ 15 Figura 7 Diagrama de estabilidade no sistema Fe2O3 - Al2O3 - H2O em função da quantidade
de alumínio e atividade da água, a uma temperatura de 25o C e pressão total de 1 bar. Modificado de TARDY et al. (1991). ________________________________________ 19 Figura 8 Distribuição da temperatura média anual for faixas de latitude OORT (1983) apud HARTMANN (1994)._____________________________________________________ 31 Figura 9. Comportamento da drenagem em bacias hidrográficas, em função da temperatura. Segundo dados de PROBST & TARDY (1989). ________________________________ 34 Figura 10 Paleotemperaturas para os últimos 100 milhões de anos obtidas pelo modelo
BLAG ________________________________________________________________ 35 Figura 11 Influência da variável p na distribuição das temperaturas e das precipitações por faixas de latitude, considerando uma temperatura global de 25°C. ________________ 38 Figura 12 Erosão química do SiO2 em função da precipitação em zonas tropicais. Os
retângulos representam os dados propostos por TARDY (1994) e a linha representa o modelo utilizado neste trabalho (equação 4).__________________________________ 41 Figura 13 Pontos de referência utilizados para exemplificar a influência de diferentes
reconstruções paleocontinentais. ___________________________________________ 45 Figura 14 Deslocamento latitudinal dos pontos de referência considerando a reconstrução paleocontinental proposta por KANASEWICH et al. (1978). _____________________ 46
ii
Figura 15 Deslocamento latitudinal dos pontos de referência considerando a reconstrução paleocontinental proposta por MULLER et al. (1993).__________________________ 46 Figura 16 Comparação dos valores de precipitação e temperatura no ponto de referência Bamako, considerando diferentes pólos de reconstrução e p = 0. __________________ 47 Figura 17 Comparação dos valores de precipitação e temperatura no ponto de referência Bamako, considerando diferentes pólos de reconstrução e p = 0,4. ________________ 47 Figura 18 Matrizes de amostragem utilizadas nas simulações, resolução 1 x 1 grau ______ 49 Figura 19 Fluxograma da simulação para quantificar o tempo de exposição a determinado ambiente de lateritização._________________________________________________ 51 Figura 20 Depósitos de Bauxita na América do Sul. _______________________________ 53 Figura 21 Principais depósitos de Bauxita da África. Fonte: BARDOSSY & ALEVA (1990). 54 Figura 22 Resultado da simulação de tempo de exposição ao ambiente favorável à formação de bauxitas pólos de KANASEWICH et al. (1978), p = 0 e p = 0,4.. _______________ 55 Figura 23 Influência das variáveis climáticas no tempo de exposição ao ambiente de
formação de bauxitas na América do Sul, pólos de KANASEWICH et al. (1978).. Perfil latitudinal a partir da longitude 70 o W.______________________________________ 56 Figura 24 Influência das variáveis climáticas no tempo de exposição ao ambiente de
formação de bauxitas na África pólos de KANASEWICH et al. (1978). Perfil latitudinal a partir da longitude 20 o___________________________________________________ 56 Figura 25 Resultado da simulação de tempo de exposição ao ambiente favorável à formação de bauxitas, pólos de MULLER et al. (1993), p = 0 e p = 0,4.. ___________________ 57 Figura 26 Influência das variáveis climáticas no tempo de exposição ao ambiente de
formação de bauxitas na América do sul, pólos de MULLER et al. (1993). Perfil latitudinal a partir da longitude 70 o W. ______________________________________ 58 Figura 27 Influência das variáveis climáticas no tempo de exposição ao ambiente de
formação de bauxitas na África, pólos de MULLER et al. (1993). Perfil latitudinal a partir da longitude 20 o E._________________________________________________ 58 Figura 28 Distribuição de ferricretes na África. PETIT (1985) apud TARDY (1991). Os
números de controle serão utilizados em análises posteriores. ____________________ 60 Figura 29 Couraças ferruginosas na América do Sul (obtidas a partir de mapas pedológicos da EMBRAPA). Os números de controle serão utilizados em análises posteriores. ____ 61 Figura 30 Resultado da simulação de tempo de exposição ao ambiente favorável à formação de couraças ferruginosas, pólos de KANASEWICH et al. (1978) p = 0 e p = 0,4.. ____ 62
iii
Figura 31 Influência das variáveis climáticas no tempo de exposição ao ambiente de formação de couraças ferruginosas na América do Sul, pólos de KANASEWICH et al. (1978). Perfil latitudinal a partir da longitude 70 o W. __________________________ 63 Figura 32 Influência das variáveis climáticas no tempo de exposição ao ambiente de
formação de couraças ferruginosas na África, pólos de KANASEWICH et al. (1978). Perfil latitudinal a partir da longitude 20 o E__________________________________ 63 Figura 33 Resultado da simulação de tempo de exposição ao ambiente favorável à formação de couraças ferruginosas, pólos de MULLER et al. (1993), p = 0 e p = 0,4. _________ 64 Figura 34 Influência das variáveis climáticas no tempo de exposição ao ambiente de
formação de couraças ferruginosas na América do Sul, pólos de MULLER et al. (1993). Perfil latitudinal a partir da longitude 70 o E. _________________________________ 65 Figura 35 Influência das variáveis climáticas no tempo de exposição ao ambiente de
formação de couraças ferruginosas na África, pólos de MULLER et al. (1978). Perfil latitudinal a partir da longitude 70 o W. ______________________________________ 65 Figura 36 Fluxograma da simulação para determinar a idade da última exposição a
determinado ambiente de lateritização. ______________________________________ 67 Figura 37 Resultado da simulação para definir a idade da última exposição ao ambiente favorável à formação de bauxitas, pólos de KANASEWICH et al. (1978), p = 0 e 0,4._ 69 Figura 38 Resultado da simulação para definir a idade da última exposição ao ambiente favorável à formação de bauxitas, pólos de MULLER et al. (1993), p = 0 e 0,4.______ 70 Figura 39 Resultado da simulação para definir a idade da última exposição ao ambiente favorável à formação de couraças ferruginosas, pólos de KANASEWICH et al. (1978), p = 0 e 0,4. ______________________________________________________________ 72 Figura 40 Resultado da simulação para definir a idade da última exposição ao ambiente favorável à formação de couraças ferruginosas, pólos de MULLER et al. (1993), p = 0 e 0,4. __________________________________________________________________ 74 Figura 41 Fluxograma da simulação para quantificar a erosão química do SiO2 em diferentes
setores das placas. ______________________________________________________ 76 Figura 42 Resultado da simulação de erosão química do SiO2 para a América do Sul.
Utilização dos pólos de KANASEWICH et al. (1978) e MULLER et al. (1994), p = 0 e 0,4. __________________________________________________________________ 77 Figura 43 Resultado da simulação de erosão química do SiO2 para a África. Utilização dos
iv
Figura 44 Correlação linear entre tempo de exposição e teor de Al2O3 em depósitos de
bauxita da América do Sul.________________________________________________ 84 Figura 45 Correlação linear entre tempo de exposição e teor de Al2O3 em depósitos de
bauxita da África. _______________________________________________________ 88 Figura 46 Condições de precipitação e temperatura no depósito de bauxita de Bakhuis nos últimos 100 milhões de anos. ______________________________________________ 90 Figura 47 Condições de precipitação e temperatura no depósito de bauxita de Boé nos últimos 100 milhões de anos segundo pólos de MULLER et al. (1993) . _____________ 90 Figura 48 Teor percentual de Fe2O3 em depósitos de bauxita da África e América do Sul. _ 91
Figura 49 Condições de temperatura e precipitação nos últimos 100 milhões de anos, em 3 zonas de ocorrência de couraças ferruginosas da América do Sul. Pontos demarcados na figura 29. Simulação segundo pólos de KANASEWICH et al. (1978) . ______________ 94 Figura 50 Condições de temperatura e precipitação nos últimos 100 milhões de anos, em 3 zonas de ocorrência de couraças ferruginosas da América do Sul. Pontos demarcadas na figura 29. Simulação segundo pólos de MULLER et al. (1993) . ___________________ 96 Figura 51 Condições de temperatura e precipitação atuantes nas 3 principais zonas
encouraçadas da África segundo pólos de KANASEWICH et al. (1978) . ____________ 99 Figura 52 Condições de temperatura e precipitação atuantes nas 3 principais zonas
encouraçadas da África segundo pólos de MULLER et al. (1993) . _______________ 101 Figura 53 Relação entre a quantidade de SiO2 reativo nos perfis de bauxita da África, e a
quantidade de SiO2 exportado obtido pelos modelos. __________________________ 104
Figura 54 Relação entre a quantidade de SiO2 reativo nos perfis de bauxita da América do
v
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Comportamento da sílica, do alumínio e das bases, e tipos de lateritas resultantes em função da intensidade da hidrólise (modificado de PEDRO & MELFI 1983) _______ 8 Tabela 2 Valores médios de temperatura por faixas de latitude adotados pêlos modelos. __ 31 Tabela 3 Distribuição Holosférica da precipitação pluviométrica por faixas de 5o de latitude. BAUMGARTNER & REICHEL (1975) apud TARDY (1986). _____________________ 32 Tabela 4 Balanço hidrológico global das terras emersas por BAUMGARTNER & REICHEL (1975) apud TARDY (1986). _______________________________________________ 36 Tabela 5 Valores de temperatura e precipitação no equador (obtidos pela equações 1 e 2) a partir de diferentes valores de p, com uma temperatura global de 25 oC. O valor p = 0,4 é o maior valor considerado nos modelos. _____________________________________ 37 Tabela 6 Ambientes favoráveis à formação de lateritas. ____________________________ 39 Tabela 7 Parâmetros adotados pelo modelo, para a definição de ambientes favoráveis à
formação de diferentes tipos de lateritas._____________________________________ 39 Tabela 8 Distribuição latitudinal dos ambientes de lateritização propostos pelo modelo. __ 40 Tabela 9 Modelo de erosão química em clima tropical. Elementos do balanço hidrológico e teores de SiO2 em águas de drenagem. TARDY (1994) __________________________ 40
Tabela 10 Pólos de rotação utilizados nas reconstruções paleocontinentais. KANASEWICH et al. (1978)._____________________________________________________________ 43 Tabela 11 Pólos de rotação utilizados nas reconstruções paleocontinentais. MULLER et. al (1993) ________________________________________________________________ 43 Tabela 12. Valores das idades da última exposição e tempo de exposição (em milhões de anos) ao ambiente favorável à formação de bauxitas para os depósitos da América do Sul. Reconstruções baseadas nos pólos de KANASEWICH et al. (1978). ____________ 80 Tabela 13 Relação entre o tempo de exposição e o número de depósitos de bauxita na
América do sul. Resultados para reconstruções baseadas nos pólos de KANASEWICH et al. (1978). _____________________________________________________________ 81 Tabela 14 Valores das idades (Ma) da última exposição e tempo de exposição (em milhões de anos) ao ambiente favorável à formação de bauxitas para os depósitos da América do Sul. Reconstruções baseadas nos pólos de MULLER et al. (1994). _________________ 82
vi
Tabela 15 Relação entre o tempo de exposição e o número de depósitos de bauxita na América do sul. Resultados para reconstruções baseadas nos pólos de MULLER et al. (1978). ________________________________________________________________ 83 Tabela 16 Médias percentuais dos principais componentes químicos de bauxitas lateríticas da América do Sul. Fonte BARDOSSY & ALEVA (1990).___________________________ 84 Tabela 17 Valores das idades (Ma) da última exposição e tempo de exposição ao ambiente favorável à formação de bauxitas para os depósitos da África. Reconstruções baseadas nos pólos de KANASEWICH et al. (1978). ____________________________________ 85 Tabela 18 Relação entre o tempo de exposição e o número de depósitos de bauxita da África. Resultados para reconstruções baseadas nos pólos de KANASEWICH et al. (1978).___ 86 Tabela 19 Valores das idades (Ma) da última exposição e tempo de exposição ao ambiente favorável à formação de bauxitas para os depósitos da África. Reconstruções baseadas nos pólos de MULLER et al. (1994). ________________________________________ 87 Tabela 20 Relação entre o tempo de exposição e o número de depósitos de bauxita da África. Resultados para reconstruções baseadas nos pólos de MULLER et al. (1978). _______ 87 Tabela 21 Médias percentuais dos principais componentes químicos de bauxitas lateríticas da África. Fonte BARDOSSY & ALEVA (1990). __________________________________ 88 Tabela 22 Valor médio de tempo de exposição (Ma) dos depósitos de bauxita ao ambiente favorável à formação de couraças ferruginosas. _______________________________ 89 Tabela 23 Valores médios de idade de última exposição (Ma) dos depósitos de bauxita ao ambiente favorável à formação de couraças ferruginosas. _______________________ 89 Tabela 24 Tempo de exposição das couraças ferruginosas da América do Sul ao ambiente favorável a sua formação._________________________________________________ 93 Tabela 25 Tempo de exposição das couraças ferruginosas ao ambiente favorável à sua
formação. _____________________________________________________________ 95 Tabela 26 Tempo de exposição das couraças ferruginosas africanas ao ambiente favorável à sua formação. __________________________________________________________ 97 Tabela 27. Tempo de exposição das couraças africanas ao ambiente favorável a sua
formação. ____________________________________________________________ 100 Tabela 28 Valores médios de exportação do SiO2 para bauxitas e couraças ferruginosas
vii
Tabela 29 Porcentagem da ocorrência de couraças ferruginosas e bauxitas por classes de toneladas de SiO2 exportado na África. Pólos de KANASEWICH et al. (1978) e MULLER
et al. (1993) e diferentes valores de p.______________________________________ 102 Tabela 30 Valores médios de SiO2 exportado, associados a depósitos de bauxita e couraças
da América do Sul. Considerando diferentes pólos de reconstrução e valores de p.___ 103 Tabela 31 Porcentagem da ocorrência de couraças e bauxitas, por classes de toneladas de SiO2 exportadas na América do Sul. Pólos de KANASEWICH et al. (1978) e MULLER et
viii
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 Equação para o cálculo da drenagem global em função da variação da temperatura global. _____________________________________________________ 33 Equação 2 Equação para o cálculo da temperatura por faixa de latitude no tempo geológico em função da temperatura média global e nível de interferência considerado.________ 35 Equação 3 Equação para o cálculo da precipitação por faixa de latitude no tempo geológico em função da temperatura média global e nível de interferência considerado.________ 36 Equação 4 Equação para o cálculo da erosão química do SiO2 em função da precipitação
média_________________________________________________________________ 41 Equação 5 Matriz utilizada nas reconstruções paleocontinentais a partir de pólos de rotação.44
1. INTRODUÇÃO
Em grandes extensões de terra das regiões tropicais, são encontrados espessos mantos de alteração recobrindo o substrato rochoso. Esse material de cobertura, em geral de cor avermelhada, composto principalmente de ferro, sílica e alumínio, é denominado laterita.
As maiores extensões de coberturas lateríticas do globo encontram-se nas regiões tropicais, onde estão situados os países em desenvolvimento, cuja economia apoia-se principalmente na exploração de recursos naturais, muitos deles direta ou indiretamente associados às lateritas. Nesses países, as lateritas têm papel importante na exploração de jazidas minerais, na agricultura, na engenharia e na utilização de recursos hídricos. Seu estudo, portanto, é de fundamental importância para a economia desses países, pois pode ser utilizado para um melhor aproveitamento desses recursos naturais.
Do ponto de vista paleoclimático, as lateritas constituem importante fonte de registros de condições ambientais passadas, uma vez que suas características mineralógicas e estruturais refletem o clima do ambiente de formação. Assim, em algumas situações, depósitos incompatíveis com o clima atual podem ser atribuídos a condições ambientais pretéritas.
Formações lateríticas encontradas fora de seu contexto climático ou ambiental têm sido descritas na África e na América do Sul, e tem sua gênese atribuída a condições climáticas pretéritas, divergentes das atuais (TARDY et al. 1988, TARDY
et al. 1991, TARDY & ROQUIN 1992). Mesmo a presença de formações lateríticas,
em ambientes compatíveis com sua existência, não indica que elas sejam atuais. Sua formação pode ter começado há milhões ou mesmo dezenas de milhões de anos e, onde encontraram condições favoráveis, continuam se formando até hoje (BARDOSSY & ALEVA 1990).
A partir da década de 80, os autores acima citados passaram a investigar a evolução das formações lateríticas, considerando sucessões paleoclimáticas desencadeadas pela deriva das placas tectônicas. Os modelos paleoclimáticos
utilizados eram mapas qualitativos de paleoprecipitação, elaborados a partir de reconstruções paleocontinentais com informações paleogeográficas. Com base em registros paleoclimáticos, os mapas de paleoprecipitação consideram que a circulação atmosférica durante o Mesozóico e o Cenozóico não era radicalmente diferente de sua configuração atual ( PARRISH et al. 1982).
Neste trabalho, foram elaborados modelos de evolução de paisagens lateríticas para a América do Sul e África, considerando valores médios de temperatura e precipitação por faixas de latitude. É dada ênfase à evolução de couraças ferruginosas e bauxitas.
Os modelos são simulados para os últimos 100 milhões de anos, levando em conta diferentes propostas de reconstrução paleocontinental. Durante as simulações, são consideradas variações nos valores de temperatura e precipitação, em função das oscilações da temperatura média global nos últimos 100 milhões de anos. Os modelos não consideram fatores paleogeográficos na distribuição dos elementos do clima. As simulações são executadas a partir de programas desenvolvidos na linguagem Turbo Basic (BORLAND INTERNATIONAL Inc.), e são processados em computadores pessoais padrão IBM PC 486.
Na primeira parte do trabalho é apresentado o objeto de estudo, as lateritas, seu conceito, tipos de perfis lateríticos, processos de formação e fatores ambientais que interferem no seu desenvolvimento. São também apresentados condicionantes locais, regionais e globais. Em seguida, são apresentados os parâmetros a serem considerados num modelo global de evolução de lateritas. São apresentadas as variáveis climáticas, os ambientes de lateritização, o método de reconstrução paleocontinental e os tipos de pólos de reconstrução adotados. A partir da definição dos parâmetros, são apresentados os modelos e os resultados das simulações. Finalmente, os resultados das simulações são comparados com as ocorrências de lateritas observadas em campo e descritas na literatura.
2. LATERITAS
2.1 Breve histórico e definição
Até o século dezenove, as lateritas eram definidas segundo as propriedades físicas dureza e cor. A primeira definição foi de BUCHANAN (1807), que definiu como um material mole o suficiente para ser cortado em blocos, mas que torna-se duro quando exposto ao ar, produzindo excelente material para a construção (later, do latim ladrilho). Mais tarde, esse mesmo autor encontrou um material que era endurecido no solo, mesmo sem exposição ao ar, denominando-o de “brickstone” (rocha tijolo).
A propriedade “habilidade de endurecer” quando exposta ao ar era dúbia, assim, a propriedade de dureza absoluta rapidamente ganhou popularidade entre alguns autores, que passaram a considerar laterita somente essas rochas duras (couraças). Outros autores no entanto, continuaram a utilizar os dois critérios para definição.
Acreditando que a cor vermelha das lateritas era um critério mais consistente que a dureza, WALTHER(1916) apud McFARLANE (1976) sugeriu que a palavra deveria ser usada para todos os materiais avermelhados. Este critério foi adotado por pedólogos, e o resultado é que, no início do século, os pesquisadores referiam-se a qualquer material vermelho como laterita.
Segundo TARDY (1992), as controvérsias na definição de lateritas perduraram por 150 anos. Atualmente duas posições emergem. Uma, adotada por muitos cientistas que utilizam o termo laterita, para designar produtos de intemperismo geralmente formados sob condições tropicais, ricos em ferro e alumínio, e duro ou sujeito ao endurecimento sob exposição alternada entre umidade e ressecamento. Incluem certos materiais altamente alterados, ricos em sesquióxidos, pobres em matéria orgânica, que podem ser envolvidos por materiais terrígenos que não endurecem. Também inclui todos os tipos de plintitos (do grego plinthos, tijolo) os quais são lateritas no senso restrito, mas exclui caolinita moldável, saprólitos finos e solos ferralíticos não endurecidos. Para outros pesquisadores, a palavra laterita não é restrita aos materiais endurecidos, mas inclui todos os tipos de produtos de intemperismo em ambiente tropical.
A segunda posição, mais ampla, deriva de conclusões estabelecidas em encontros internacionais. A partir de 1978, organismos internacionais como a Associação Internacional de Geoquímica e Cosmoquímica e a UNESCO, através de seu Programa Internacional de Correlação Geológica, considerando a importância dos materiais lateríticos nos países em vias de desenvolvimento, começaram a se interessar pelo problema, procurando formar grupos de trabalho para uniformizar os conceitos adotados pelos diferentes campos das geociências, e melhor compreender sua gênese, distribuição e propriedades. Em 1982, no Seminário Internacional sobre Processos de Lateritização, realizado em São Paulo, foi apresentada por Schellmann, como resultado dos estudos efetuados pelos grupos de trabalho, a moderna definição de laterita - “acumulações superficiais ou subsuperficiais de produtos provenientes do intenso intemperismo de rochas, desenvolvidos sob condições favoráveis a uma maior mobilidade dos elementos alcalinos, alcalino-terrosos e sílica e imobilização de ferro e de alumínio”. Condições de alta temperatura e forte umidade (características de regiões
tropicais, limitadas a uma faixa balizada pelos paralelos 30o N e 30o S de latitude)
favorecem a lateritização. Estas formações consistem de uma paragênese mineral relativamente simples, onde predominam óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio (goethita, gibbsita e materiais amorfos) e de argilominerais do grupo da caolinita, além do quartzo que, devido à sua alta estabilidade na superfície, representa o mineral residual do intemperismo. A figura 1 apresenta a distribuição global do fenômeno de lateritização.
Considerando a definição de Schellmann, fica evidente que, apesar de formadas a partir de um único processo, as lateritas podem englobar vários tipos de produtos, caracterizados não somente por composições diferentes, mas sobretudo por organizações estruturais variadas, pois a intensidade do processo pode variar de local para local, assim como o tipo de material de origem, tempo de atuação do processo etc.
Várias classificações foram utilizadas na tentativa de agrupar os diferentes tipos de lateritas, algumas baseadas na porcentagem de sesquióxidos, outras apoiadas em bases químicas e mineralógicas e em aspectos físico-morfológicos. Estas classificações não eram completas e não se adaptavam a todos os tipos de materiais lateríticos.
SCHELLMANN (1982), apresentou uma classificação que engloba todas as lateritas (figura 2), utilizando uma base químico/mineralógica e adotando a representação triangular, considerando os teores de sílica, alumínio e ferro em função dos minerais presentes (quartzo, caolinita, hematita-goethita e gibbsita).
Lateritas
Figura 1 Distribuição global do fenômeno de lateritização. Fonte BARDOSSY & ALEVA (1990)
No diagrama constata-se a existência de diferentes tipos de lateritas: laterita silicosa, rica em quartzo; laterita ferruginosa, rica em ferro, que forma as couraças ferruginosas; laterita aluminosa, rica em alumínio, que freqüentemente constitui os depósitos de bauxita; lateritas argilosas, possuindo elevados teores em caolinita, podendo por vezes formar depósitos de argila (caolins) e, finalmente, as lateritas estricto sensu, que representam o material caracterizado pela paragênese mais comum dos solos tropicais: caolinita associada a quantidades variáveis de hematita, goethita e gibbsita.
Al O 2 3 Fe O2 3 LATERITA CAOLINÍTICA LATERITA LATERITA ALUMINOSA LATERITA FERRUGINOSA LATERITA LATERITA SILICOSA SiO2
Figura 2 Diagrama triangular de SCHELLMANN (1982), para a classificação de lateritas.
2.2 Gênese e caracterização dos perfis lateríticos.
2.2.1 Domínios globais de alteração
A alteração das rochas é um fenômeno geral na superfície da terra. Para a sua compreensão, devemos considerar em primeiro lugar sua intensidade e, em seguida, seu tipo e produtos derivados (PEDRO & MELFI 1983). De acordo com as condições climáticas, o intemperismo pode ser mais ou menos intenso, e sua cinética mais ou menos rápida. Considerando as zonas climáticas da terra, pode-se distinguir dois grandes domínios de alteração:
1- Climas frios e úmidos, temperados ou áridos.
A alteração é controlada e discreta, isto é, afeta somente os minerais mais vulneráveis. Nos perfís, são sempre encontrados minerais primários alteráveis (não decompostos), os processos de neoformação são discretos. Os perfís são rasos, e o solum abrange toda a sua extensão.
2 - Climas quentes e úmidos da zona intertropical (ambiente de lateritização). A alteração é intensa, afetando simultaneamente todos os minerais alteráveis, que rapidamente desaparecem dos horizontes. Nestas condições, os processos de
neoformação são dominantes, e levam à formação de horizontes constituídos essencialmente de minerais secundários, sem a presença de minerais primários alteráveis. Os perfís alcançam grandes espessuras, podendo ser tão grandes que apenas os horizontes superiores apresentam evolução pedológica. Em alguns casos, o perfil apresenta dois grandes níveis: um nível superior, onde encontra-se o solum, e um inferior, que constitui a alterita.
As considerações anteriores apresentaram características essencialmente quantitativas que distinguem os dois grandes domínios globais de alteração. A seguir, são apresentados os tipos de alteração, ou seja, os processos que caracterizam a evolução dos minerais primários durante a alteração das rochas.
2.2.2 Tipos de alteração
Nas regiões frias e temperadas, a lenta evolução da matéria orgânica permite a formação de complexos orgânicos, que têm um papel fundamental nas características complexantes e ácidas das soluções de alteração.
Nas regiões tropicais, as altas temperaturas promovem a rápida degradação da matéria orgânica, que é totalmente mineralizada. Neste ambiente, são as condições de
drenagem e a acidificação da água provocada pelo CO2 (resultante da degradação da
matéria orgânica), os principais agentes da alteração. Nestas condições, onde o pH varia de 5,5 a 6, o alumínio e o ferro são praticamente insolúveis, e acumulam-se na forma de óxidos e ou hidróxidos nos perfis de alteração, enquanto os elementos alcalinos e alcalino-terrosos são totalmente lixiviados. A sílica é mobilizada, porém, com velocidade relativamente mais baixa quando comparada aos alcalinos.
Em algumas situações, parte da sílica mobilizada combina-se com o alumínio que permanece “in situ”, formando minerais de argila. Este mecanismo de alteração é conhecido como hidrólise, e é a intensidade deste processo que em grande parte vai determinar a constituição mineralógica das lateritas. A tabela 1 mostra a influência da hidrólise no comportamento da sílica, das bases e do alumínio em perfis lateríticos.
Tabela 1 Comportamento da sílica, do alumínio e das bases, e tipos de lateritas resultantes em função da intensidade da hidrólise (modificado de PEDRO & MELFI 1983)
GRAU DA HIDRÓLISE
Hidrólise Total Hidrólise Parcial
Geoquímica da
Dessilicificação
Total Dessilicificação Parcial
Dessilicificação Alitização Sialitização
Caracterização
Hidróxido de
alumínio Silicatos argilosos
Cristaloquímica
Gibbsita Tipo 1/1
Caolinita
Tipo 2/1 Esmectitas
Processo de Alteração Alitização Monossialitização Bissialitização
Geoquímica da
desalcalinização Desalcalinização Total
Desalcalinização Parcial Tipos de lateritas Lateritização Sensu Stricto (ultraferralitização) Lateritização Sensu Lato (ferralitização) Sialferritização Paragênese característica do perfil de alteração Gibbsita-hidratos férricos (tipo óxido) Caolinita - hidratos férricos (tipo caolinítico) Esmectitas (Al-Fe)
2.2.3 Principais fácies da evolução superficial em zona tropical
Ao longo do tempo, os perfis lateríticos foram submetidos a condições ambientais diferenciadas, onde os fatores climáticos variaram em sua intensidade e no tempo de atuação. Esta heterogeneidade de condições leva à formação de perfis com características variadas, as quais se traduzem nos horizontes de alteração formados. De um modo geral, pode-se esquematizar o perfil laterítico a partir da proposta de MELFI (1994) figura 3.
Conforme observa-se na figura 3, encontra-se, a partir da rocha fresca, dois grandes conjuntos: o conjunto inferior é o de alteração “alterita”, e o superior é caracterizado pelas evoluções pedológicas solum. De baixo para cima, tem-se a seguinte sucessão de horizontes: acima da rocha fresca, encontra-se a rocha alterada compacta; em seguida, observa-se a alterita friável, mas com a estrutura da rocha
preservada, acima encontra-se a alterita sem a estrutura preservada e, finalmente, no topo do perfil, encontra-se o solo e seus diferentes horizontes.
No solum ocorrem acumulações de óxidos, hidróxidos e argilominerais. Litorelíquias podem ser conservadas, mas geralmente apresentam-se transformadas total ou parcialmente. Neste nível, podem ser encontradas estruturas de acumulação endurecidas, contínuas como couraças ou carapaças, ou descontínuas como nódulos ou pisólitos.
Segundo MELFI (1994), a sucessão de horizontes observados a partir da rocha fresca caracteriza-se pela diminuição progressiva da densidade aparente e pelo aumento da porosidade. O desenvolvimento deste sistema poral cria zonas com diferentes condições hídricas, onde a alteração dos minerais é diferenciada.
Solo Alterita com estrutura modificada Alterita com estrutura conservada Rocha alterada compacta Rocha fresca SOLUM ALTERITA
Figura 3 Perfil esquemático de alteração das rochas em clima tropical. Modificado de MELFI (1994).
Segundo MELFI (1994), no interior da alterita, as estruturas e os volumes originais da rocha fresca são em geral preservados, apesar de perdas de matéria por dissolução que podem atingir até 80 % (por exemplo, em rochas ultramáficas); minerais primários podem ser totalmente substituídos por minerais secundários sem
que a estrutura original da rocha seja destruída, exemplo que pode ser observado nas bauxitas de Poços de Caldas. No interior da alterita, a acumulação e a formação de minerais secundários estão associadas a dois mecanismos: acumulação relativa (onde os elementos menos móveis formam produtos residuais), e a acumulação absoluta (onde produtos são formados pela chegada de matéria).
De maneira geral, os perfís lateríticos desenvolvem-se em ambiente quente e úmido; no entanto, a temperatura e a umidade podem atuar de maneira desigual em intensidade e no tempo de atuação. Uma grande variedade de combinações destes elementos pode ocorrer nos domínios tropicais e, de acordo com PEDRO & MELFI (1983), existem três situações mais freqüentes:
- meio úmido e permanentemente percolado.
- meio úmido, saturado ou não, o qual corresponde à zona de oscilação do nível hidrostático.
- meio com alternância entre condições de umidade e ultraseco.
Na primeira situação, as condições de hidrólise são privilegiadas e podem desenvolver latossolos e materiais ricos em gibbsita. Na segunda situação, a alternância entre um meio saturado e um meio livre leva à formação de concreções ferruginosas na zona de oscilação do nível hidrostático. Finalmente, a terceira situação, comum em regiões tropicais onde o solo é muito ressecado na estação seca, pode formar perfis com solos encouraçados. A seguir são apresentados breves caracterizações dos perfís lateríticos mais comuns.
2.2.3.1 Latossolos
Segundo MOHR et al. (1972) apud TARDY (1992) latossolos típicos sem plintitos são profundos e friáveis. A diferenciação de horizontes não é distinta e geralmente não ocorre movimento de argila. Estes solos são porosos e são rapidamente drenados. O horizonte óxico não endurece sob exposição ao ar; não há nenhuma segregação de ferro, sua distribuição é muito homogênea e concreções são ausentes ou quase ausentes. Se o solo é muito profundo, algumas vezes recobre um horizonte mosqueado de argila. Outras vezes, o solum assenta-se diretamente sobre a rocha intemperizada.
No Brasil, estes solos são desenvolvidos sobre diferentes tipos de rochas em clima tropical úmido ou equatorial. Encontram-se em regiões florestadas e, particularmente, em topos bem drenados (CHAUVEL 1977; VOLKOFF 1985 apud TARDY (1992)). Tipicamente, apresentam uma estrutura micronodular constituída de caolinita e quartzo cimentado por óxidos de ferro. Segundo MELFI (1994), estes solos formam-se onde existe um fluxo permanente de soluções, a drenagem é livre e a saturação não é atingida.
Microagregado de oxisolo 300 µ m Hematita Quartzo Caolinita
Figura 4 Perfis típicos de latossolos geralmente não apresentam movimentação de argila, gradação de cores e diferenciação de horizontes. Por causa de sua estrutura micronodular feita da assembléia de hematita, caolinita e quartzo, eles são porosos e caracterizados pela drenagem rápida. Modificado de CHAUVEL (1977) apud TARDY (1992)
Estes solos são constituídos de goethita, hematita e produtos amorfos; a gibbsita também é comum e algumas vezes abundante. A composição mineralógica global depende da natureza da rocha mãe: caolinita, hematita e gibbsita sobre rochas básicas e quartzo, caolinita e goethita sobre arenitos. A distribuição mineralógica no perfil é função da profundidade; a hematita aumenta em direção ao topo do perfil, enquanto a caolinita ou a gibbsita podem ou aumentar ou diminuir. A figura 4 apresenta um exemplo de perfil de latossolo.
2.2.3.2 Perfis lateríticos encouraçados ou nodulares
Como já mencionado anteriormente, alguns perfis lateríticos apresentam horizontes com estruturas de acumulação endurecidas, denominados horizontes globulares (BOCQUIER et al. 1984). Estes horizontes geralmente mostram
acumulações endurecidas de ferro ou alumínio, contínuas (ferricretes1 ou bauxitas2) ou descontínuas (nódulos ou pisólitos), resultando em uma reorganização do material original e uma acumulação absoluta de ferro e alumínio cristalizado em vários óxidos, hidróxidos oxihidróxidos e também caolinita.
Para TARDY (1992), o horizonte globular forma-se sobre a zona de alteração
de base3 (alterita), em regiões de climas tropicais contrastantes, com temperaturas
médias entre 25 e 30o C, precipitação pluviométrica de 1500 mm por ano com 5 meses
de estação seca e umidade relativa do ar de 65%. Para o autor, o perfil de ferricrete típico consiste de três horizontes principais: zona mosqueada (alterita), ferricrete, e o solo, que em algumas situações pode apresentar material de desmantelamento do horizonte encouraçado.
A zona mosqueada é caracterizada pelo contraste entre domínios descoloridos (quartzo e caolinita), e manchas de acumulação de ferro (zonas enriquecidas em caolinita), que precipita principalmente como goethita e hematita. A carapaça é intermediária entre a zona mosqueada abaixo e a couraça localizada acima. Ela corresponde à acumulação progressiva de ferro, com a formação de nódulos de hematita associados com litorelitos ou pedorelitos. Acima da carapaça, encontra-se a couraça ou ferricrete, que apresenta um material endurecido, de cor vermelha, consideravelmente enriquecido em ferro, particularmente em hematita. Neste horizonte, as zonas descoloridas são quase ausentes.
1
Nome adotado por autores franceses para designar perfís lateriticos com couraças. Também adotado para caracterizar o horizonte encouraçado.
2
O autor refere-se ao horizonte “duricrust” que segundo BARDOSSY & ALEVA (1990) é comum em bauxitas lateríticas, embora não esteja presente em todo o lugar. Este horizonte é mais rico em ferro e mais duro que o horizonte bauxítico. “Duricrusts” não são observados sobre os grandes depósitos de Weipa e Gove, e é apenas localmente desenvolvido em depósitos do Brasil (Ouro Preto, Carajás, Serra da Mantiqueira e Poços de Caldas), Serra Leoa, Madagascar e no oeste de Kalimantan. Em geral ,“duricrusts” são finos ou apenas localmente desenvolvidos onde os depósitos de bauxita são cobertos por florestas tropicais densas.
3
Segundo TARDY, na zona de alteração de base, as estruturas e o volume da rocha matriz estão grosseiramente conservadas. Este domínio é essencialmente caracterizado pela dissolução incongruente de minerais primários e pelo leaching da maioria dos materiais solúveis. Os elementos menos móveis (Al, Fe), liberados pelo intemperismo, reorganizam-se quase
in situ com pouco ou nenhum transporte. Imediatamente acima da rocha matriz, encontra-se uma fácies grosseira, onde são
abundantes os fragmentos de rocha. O limite entre a rocha e esta fácies não é plano, e a frente de intemperismo avança irregularmente aproveitando-se de zonas fraturadas. Acima do saprólito grosseiro ,encontra-se o saprólito fino (ou litomarga) na qual as estruturas da rocha matriz e os volumes originais ainda estão preservados .
Segundo McFARLANE (1976), o principal processo de formação de ferricretes ocorre quando nódulos descontínuos de hematita crescem e juntam-se, formando um nível contínuo. No entanto, segundo TARDY (1992), existem casos onde a matriz argilosa que envolve os nódulos formados é invadida pelo ferro (também como hematita), formando ferricretes num plasma de caolinita. Isto resulta em uma estrutura maciça a qual pode ou não apresentar vazios e canais.
Em direção ao topo, os nódulos de hematita-caolinita são rehidratados e corroídos. A caolinita é dissolvida e Al-hematita é transformada em Al-goethita. Segundo NAHON (1976) apud TARDY(1992), a fácies ferricrete torna-se pseudo-conglomerática se os blocos presentes são recimentados por goethita; ou pisolítica, se nódulos simples estão individualizados. A maioria dos perfis mostram esses domínios, mas em diversas situações uma ou duas destas zonas estão ausentes, ou por formação incompleta ou por erosão posterior. A figura 5 apresenta um perfil de ferricrete.
Z ona so ft Zo na Glo bula r Zo na de Alte raç ã o Saprólito Goethita Caolinita Nódulos de Hematita desmatelados Horizonte Endurecido Horizonte Mole Hematita Caolinita Nódulos de Hematita em formação quartzo caolinita goethita hematita ausência de nódulos Ferricrete Zona de desmantelamento Couraça Carapaça Zona Mosqueada Litomarge ou saprólito fino Saprólito grosseiro ou arenoso Litoestruturas Rocha mãe
Figura 5 Representação esquemática de um perfil laterítico capeado por um ferricrete e as três principais zonas de um perfil laterítico nodular. Modificado de TARDY (1992).
Como já mencionado anteriormente, a ocorrência de níveis endurecidos em perfis bauxíticos é rara ou ausente em depósitos cobertos por florestas tropicais, que asseguram uma umidade constante no perfil. Onde essa cobertura vegetal diminui, em conseqüência de mudanças climáticas ou atividades humanas, o endurecimento do
topo do perfil começa rapidamente (BARDOSSY & ALEVA 1990). Estudos realizados por estes autores mostram que o endurecimento é resultado do crescimento de minerais de ferro que, desta maneira, formam uma malha estável de cristais. Segundo os mesmos autores, experiências em áreas de mineração têm mostrado que até 1 metro de “duricrust” pode ser formado em cerca de 40 a 50 anos. O processo de endurecimento é irreversível e leva à posterior destruição da vegetação. Para os autores, a formação de crostas endurecidas em bauxitas resulta da acumulação de óxidos e hidróxidos de ferro devido à mobilização deste elemento no perfil de intemperismo, com subseqüente transporte lateral pelas águas de subsuperfície e, finalmente, precipitação em outro lugar. MAIGNIEN (1966) apud BARDOSSY & ALEVA (1990), ressalta que a migração do ferro dissolvido segue grosseiramente a declividade do terreno, e é precipitado pela oxidação dos complexos ferro-orgânicos. Para BOULANGÉ (1984) apud BARDOSSY & ALEVA (1990), nos horizontes endurecidos, a hematita é mais estável que a gibbsita; assim, a gibbsita é dissolvida e reprecipitada no horizonte bauxítico subjacente. Esta dissolução seletiva leva a um enriquecimento de ferro em relação ao alumínio nos horizontes endurecidos.
2.2.3.3 Bauxitas lateríticas
Uma bauxita é uma espessa acumulação de alumínio resultante de um longo período de intemperismo sob clima tropical úmido ou equatorial (MILLOT 1964; LUCAS (1989) apud TARDY (1992)).
Para BARDOSSY & ALEVA (1990), a bauxitização é um caso extremo da lateritização, com uma eliminação de sílica mais completa, e um enriquecimento de alumínio mais forte do que nas lateritas comuns. Para eles, as condições de drenagem e lixiviação são os fatores essenciais que governam os processos de bauxitização.
MICHEL (1973) apud TARDY (1992), acredita que algumas lateritas bauxíticas são muito velhas e tem se desenvolvido sob vários climas tropicais, desde o Jurássico, o Cretáceo, o Paleoceno ou o Eoceno. Outras, segundo BARDOSSY (1979) apud TARDY (1992) , são mais jovens e podem ter se formado a partir do Mioceno, Plioceno e mesmo o Quaternario. Bauxitas lateríticas são amplamente distribuídas e aparecem em diferentes latitudes.
Para BARDOSSY & ALEVA (1990), não existe um perfil laterítico padrão, ou normal; no entanto, uma sucessão de horizontes repete-se por todo o mundo, com espessuras altamente variáveis (absolutas ou relativas) e com composição química e mineralógica variável. Para os autores, a figura 6A ilustra a sucessão de horizontes presentes num perfil laterítico completo. O perfil é baseado em estudos de cientistas por todo o mundo, no entanto, exemplos de perfis reduzidos e hiatos também são observados (figura 6B). Como podemos observar na figura, o horizonte de bauxita pode estar disposto diretamente sobre a rocha fresca, ou então seguir a seqüência “típica” exposta anteriormente.
z o n a d e a c u m u la ç ã o z o n a d e lix iv ia ç ã o 0 - 2 0 - 5 1 - 30 1 - 100 e s p e s s u ra e m m e tr o s solo crosta endurecida bauxita saprólito rocha mãe blocos rocha podre la te ri ta A B
interface I: Superfície da Terra
interface II: Topo da Laterita
interface III: Topo do Saprólito
interface IV: Frente de Intemperismo
SOLO SAPRÓLITO ROCHA MÃE LATERITA / BAUXITA ferruginosa aluminífera ATMOSFÉRA
Figura 6 Perfis lateríticos. A perfil completo com todas as fácies, B exemplos de perfis reduzidos e truncados. Fonte BARDOSSY & ALEVA (1990)
Segundo os autores, o horizonte de bauxita pode ser homogêneo ou composto de diversas zonas horizontais com diferentes estruturas, texturas, composição ou cores. Em outros lugares, o horizonte é distintamente heterogêneo com relação a esses atributos quando o perfil é lateralmente acompanhado, com mudanças abruptas de textura e cor. Em outras situações, texturas heterogêneas dominam, com nódulos ou blocos de bauxita numa matriz fina a argilosa. A gibbsita é o principal mineral de
alumínio das bauxitas lateríticas. O conteúdo desse mineral nos horizontes de bauxita varia de 10 a 90%, estando geralmente entre 40 a 70%. A gibbsita está presente em praticamente todos os elementos texturais da bauxita. Em bauxitas nodulares e concrecionárias, a gibbsita está mais concentrada em nódulos e concreções do que na matriz. Geralmente, pisólitos e oólitos concentram menos gibbsita que a matriz. Depois da gibbsita a boehmita é o mineral de alumínio mais comum nas bauxitas lateríticas, mas em quantidade muito pequena, na média menos de 1%. Em alguns depósitos de superfície, a quantidade de boehmita aumenta localmente entre 10 a 15% e, excepcionalmente, até 35%. Isto pode ocorrer na parte superior do horizonte de bauxita e na crosta endurecida.
O saprólito é composto principalmente de caolinita (onde a rocha mãe não é ultrabásica ou ultramáfica) e minerais altamente resistentes ao intemperismo no ambiente da alterita, como o quartzo, rutilo, zircão, etc. Minerais menos transformados pelo intemperismo, tais como illita, nontronita e montmorillonita podem ocorrer na parte mais baixa do horizonte, mas gradualmente desaparecem em direção ao topo, numa curta distancia vertical. Em muitos lugares, este horizonte consiste de duas zonas, uma superior, mais fina, sem qualquer relíquia da textura e estrutura da rocha mãe, e a inferior, mais espessa, que guarda texturas e estruturas da rocha formadora. Geralmente, o saprólito apresenta cores mais claras do que os horizontes superiores, e cores variegadas e mosqueadas podem ocorrer.
A ocorrência do horizonte endurecido acima da bauxita já foi discutida no item anterior e, como foi mencionado, é pouco desenvolvido ou ausente em depósitos cobertos por florestas equatoriais ou tropicais. O solo encontrado no topo do perfil é composto de produtos do intemperismo químico e mecânico, misturado com restos de plantas e matéria orgânica. Sua cor é relacionada com o horizonte subjacente, mas pode ser quase negra pela matéria orgânica e óxidos de ferro, ou mais clara como um resultado da lixiviação pelas águas da chuva e escoamento superficial. O quartzo pode ocorrer no horizonte do solo, mesmo onde o horizonte subjacente não o possua. Uma derivação eólica deste quartzo parece aceitável, uma vez que tempestades de areia
podem transportar grãos de quartzo por longas distâncias e depositá-los em níveis topográficos mais elevados.
3. EVOLUÇÃO DAS PAISAGENS LATERÍTICAS
A seguir, são abordados fatores globais, temporo-espaciais e regionais responsáveis pela evolução de paisagens lateríticas.
3.1 Lateritas e clima
Segundo McFARLANE(1976), a idéia de que as lateritas não podem se formar em ambientes extratropicais é amplamente aceita, e a crença de que ambientes quentes ou mornos são necessários para sua formação é amplamente popular. Segundo a mesma autora, diferentes pesquisadores apresentaram divergências quanto à incidência do calor na formação das lateritas. Para alguns, a continuidade de altas temperaturas é favorável, enquanto outros acreditam que altas temperaturas são necessárias apenas durante parte do ano. Ainda segundo McFARLANE (1976), alguns autores evidenciaram lateritas formando-se em regiões de verões quentes e invernos brandos. Apenas uma pequena minoria acredita que elas também se formam em ambientes temperados.
Para McFARLANE opt.cit muitas das controvérsias apresentadas quanto ao ambiente favorável à formação de lateritas decorre do fato de que não é tarefa fácil definir se uma laterita está ou não se formando atualmente. Assim, lateritas formadas em condições paleoclimáticas podem induzir a erros de interpretação. McFARLANE (1976) destaca que as visões opostas quanto ao ambiente favorável à formação de lateritas ocorrem pela não definição do tipo de laterita (ferricrete) observado. Segundo essa autora é importante determinar o horizonte no qual a laterita se desenvolve, e diferenciar lateritas pedogenéticas (formadas próximo ao topo do perfil) de “groundwater laterites” (formadas na zona de oscilação do nível hidrostático). Para a autora, o “clima do solo” (horizontes superiores) não é o mesmo “clima” da zona de oscilação do nível hidrostático, assim como o “clima do solo” não precisa refletir diretamente o clima atmosférico. A oscilação do nível hidrostático fornecerá condições alternantes (em sub-superfície) tanto num regime sazonal, quanto num regime
permanentemente úmido, onde o comportamento da chuva não é homogêneo o ano todo. Assim, condições alternantes ocorrem nesse nível em qualquer clima, e pode-se dizer que “groundwater laterite” pode se formar em ambos os regimes. As lateritas pedogenéticas formam-se quando condições alternantes ocorrem no topo do perfil; assim, este tipo de laterita deve ter melhores condições de formação em ambientes sem florestas com estações contrastantes. Sua formação deve ser completamente inibida onde a chuva é igualmente distribuída. Em regiões florestadas que ocupam zonas de regime contrastante, a formação deste tipo de laterita é inibido, pois a floresta funciona como uma proteção contra variações do clima atmosférico.
A partir dos experimentos de KRAUSKOPF (1956) apud McFARLANE opt.cit, ficou provado que a solubilidade da sílica é linearmente relacionada com a temperatura, e isto sugere que a dessilicificação, amplamente aceita como sinônimo de lateritização, é ajudada por altas temperaturas; quanto mais alta a temperatura das águas percolantes, mais efetiva é a decomposição das rochas e a eliminação da sílica. O trabalho de VOLOBUEV (1962) apud PEDRO (1969) demonstrou, a partir de análises estatísticas, que os solos das regiões úmidas do globo ficam empobrecidos em SiO2 e enriquecidos em Al2O3, quando a temperatura média anual é mais alta.
Para TARDY et al. (1991), ferricretes são encontrados e desenvolvem-se principalmente em zonas tropicais úmidas caracterizadas por: precipitação média anual variando entre 1200-1700 mm, estação seca de 4 meses, umidade relativa do ar menor
do que 80 % e temperatura média anual em torno de 28oC. Num trabalho mais recente,
TARDY & ROQUIN (1992), propõem que os ferricretes são formados num ambiente com precipitação média em torno de 1500 mm e temperatura média anual entre 25 a 30o C, com 5 meses de estação seca..
Para TARDY et al. (1991), os ferricretes estão em formação no oeste, no centro da África e em Uganda. O desenvolvimento dos ferricretes diminui gradualmente em direção ao norte, quando a umidade decresce e a influência do deserto do Saara aumenta e, em direção ao leste, onde a temperatura diminui e a altitude aumenta. Ferricretes são, assim, típicos de clima tropical quente e úmido, mas com longa estação
seca. Sob climas mais áridos, ou sob condições permanentemente úmidas em florestas equatoriais, ferricretes não se desenvolvem ou são destruídos.
A composição mineralógica dos perfis lateríticos pode ser modificada pelo clima. Segundo TARDY et al.(1991) e TARDY & ROQUIN (1992), os dois fatores climáticos principais que governam a composição mineralógica de coberturas lateríticas são a temperatura e a umidade relativa da atmosfera, associadas à composição química dos materiais envolvidos. A figura 7 apresenta um diagrama de estabilidade desenvolvido por TARDY opt.cit., para o sistema Fe2O3-Al2O3-H2O em função do conteúdo de alumínio e atividade da água.
Goe Al Goe Al + Gib Goe Al Hem Al Hem + Boe Al Goe + Boe Al Hem Al + 0,1 0,5 0,7 0,8 0,9 0,5 0,0 T = 25 Co
Moles de Al O por 1 mol de Fe O 2 2 3 3 At iv id ad e d a á g ua
Figura 7 Diagrama de estabilidade no sistema Fe2O3 - Al2O3 - H2O em função da quantidade
de alumínio e atividade da água, a uma temperatura de 25o C e pressão total de 1 bar. Modificado de TARDY et al. (1991).
Este diagrama mostra como a goethita e a gibbsita (minerais hidratados) transformam-se em hematita e boehmita quando desidratados. Segundo TARDY opt.cit, observações realizadas em perfis lateríticos de diferentes regiões africanas ajustam-se a este modelo termodinâmico. A quantidade de goethita diminui do leste do Senegal em direção a regiões mais secas da Mauritania. No caso das bauxitas, a quantidade de boehmita aumenta do sul para o norte na Costa do Marfin. Segundo NAHON (1987) apud TARDY et al. (1991), saindo de zonas tropicais contrastantes em direção às zonas áridas (Saara), os ferricretes são marcados pela diminuição do
conteúdo de goethita e pelo aumento do conteúdo de hematita e formação de nódulos. Em contraste, uma diminuição no endurecimento junto com o desenvolvimento de goethita é evidente, quando se sai de zonas tropicais contrastantes em direção às zonas equatoriais. Para TARDY opt.cit., as mudanças mineralógicas causadas pela desidratação dos minerais é acompanhada pela formação de estruturas nodulares ou pisolíticas, e pelo endurecimento de ferricretes e bauxitas.
Quanto à formação de bauxitas, BARDOSSY & ALEVA (1990) destacam que muitos trabalhos desenvolvidos neste século resumem as condições climáticas para a bauxitização da seguinte forma:
- temperatura média anual maior que 22o C
- precipitação pluviométrica anual maior que 1200 mm, distribuída em 9 a 11 meses chuvosos e de 1 a 3 meses relativamente mais secos.
Para BARDOSSY & ALEVA (1990), chuvas concentradas e muito desiguais são menos favoráveis à lateritização; a maior parte da água escoa em superfície e o efeito da lixiviação é muito menor do que nas chuvas mais contínuas. O processo é mais lento e menos intenso.
A questão do caráter alternante da precipitação não é universalmente aceito, SCHELLMANN (1975) apud BARDOSSY & ALEVA (1990), apesar de não estabelecer o processo, acredita que a existência de uma estação relativamente mais seca é necessária ao processo de bauxitização. Para BUTTY & CHAPALLAZ (1984)
apud BARDOSSY & ALEVA (1990), a ausência de uma estação seca não impede a
formação de bauxitas.
Alguns autores propõem condições extremas para a formação de bauxitas. AKAYEMOV et al. (1975) apud BARDOSSY & ALEVA (1990), acreditam que
bauxitas podem se formar apenas se a temperatura média anual é maior do que 28oC e
a precipitação maior que 9000 mm. OWEN (1954) apud BARDOSSY & ALEVA (1990), não limita a formação de bauxitas aos climas quentes, e sugere que todo o intemperismo sub-aéreo tende à lateritização e, sob condições de estabilidade e baixo
relevo, por um tempo suficiente, as lateritas podem se formar em regiões temperadas de alta precipitação.
A partir de mapas elaborados com dados globais de temperatura e precipitação, BARDOSSY & ALEVA (1990), demonstraram que a maioria dos depósitos bauxíticos (lateríticos e cársticos) da Terra posicionam-se dentro de áreas com temperatura média
anual de 22o C, e precipitação média de 1200 mm; sendo que a distribuição das
chuvas nestas áreas apresenta caráter alternante. Para os autores, isto não significa que os depósitos de bauxita são atuais; ao contrário, sua formação provavelmente começou à milhões e, em alguns lugares, dezenas de milhões de anos atrás e, onde encontram condições de drenagem e lixiviação favoráveis, continuam se formando até hoje. Os depósitos situados fora da faixa climática favorável certamente originaram-se num passado geológico. Eles são simplesmente “sobreviventes” de antigas condições mais favoráveis, ou então resultantes de condições microclimáticas.
Contrário a opinião de BARDOSSY (1979, 1981) apud TARDY et al. (1991), BARDOSSY & ALEVA (1990) e McFARLANE (1983) apud TARDY et al. (1991), que consideram que a formação de bauxitas é favorecida por temperaturas médias
anuais superiores a 20oC e precipitação média anual acima de 1200 mm, TARDY et al.
(1991) acreditam que a bauxitização está restrita a zonas muito úmidas, com
temperaturas médias superiores a 20o C, precipitação média anual superior a 1700 mm,
e menos de 4 meses de estação seca. Considerando as premissas de TARDY et al. opt.cit, boa parte dos depósitos localizados atualmente em condições favoráveis, segundo BARDOSSY & ALEVA (1990), passam a ser depósitos testemunhos de condições passadas.
3.2 Lateritas: deriva continental e sucessão paleoclimática
O desenvolvimento das técnicas do paleomagnetismo e o mapeamento das anomalias magnéticas do assoalho oceânico tem permitido a reconstrução e localização das massas continentais ao longo do tempo geológico. As interpretações paleoclimáticas obtidas a partir dessas reconstruções partem do pressuposto de que a zonalidade climática não variou significativamente ao longo do tempo. Autores como
