CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA – CURSO DE GEOLOGIA
RELATÓRIO DE GRADUAÇÃO
PETROGRAFIA DA SEQUÊNCIA SEDIMENTAR DA ILHA SUDESTE DO ARQUIPÉLAGO DE SÃO PEDRO E SÃO PAULO, ATLÂNTICO EQUATORIAL
MATHEUS MICHAEL KANN
NATAL – RN 2019
MATHEUS MICHAEL KANN
PETROGRAFIA DA SEQUÊNCIA SEDIMENTAR DA ILHA SUDESTE DO ARQUIPÉLAGO DE SÃO PEDRO E SÃO PAULO, ATLÂNTICO EQUATORIAL
Relatório de Graduação apresentado em 13 de dezembro de 2019 como parte dos requisitos para obtenção do grau de geólogo pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte
ORIENTADOR:
PROF. DR. THOMAS FERREIRA DA COSTA CAMPOS – (DG-CCET/UFRN)
NATAL – RN 2019
TERMO DE APROVAÇÃO
MATHEUS MICHAEL KANN
PETROGRAFIA DA SEQUÊNCIA SEDIMENTAR DA ILHA SUDESTE DO ARQUÍPELAGO DE SÃO PEDRO E SÃO PAULO, ATLÂNTICO EQUATORIAL
BANCA EXAMINADORA
1º Examinador (a): Prof. Dr. Thomas Ferreira da Costa Campos (DG-CCET/UFRN) ORIENTADOR
2º Examinador (a): Prof. Dr. Heitor Neves Maia (DG-CCET/UFRN) CONVIDADO INTERNO
3º Examinador (a): Pós-Dr. André Giskard Aquino da Silva (PPGG/UFRN) CONVIDADO EXTERNO
À todos privados de sentir a felicidade de realização semelhante.
AGRADECIMENTO
A gratidão nos faz seres melhores, nos eleva. Encontrar dentro de si motivos pra ser grato não deve nunca ser um exercício difícil, pelo contrário deve ser natural. Por isso, sou muito grato a tudo e todos que participam de minha vida, na certeza de que nada acontece em vão e que direta ou indiretamente contribuíram para este momento.
Ao ser divino pela privilegio da vida.
À toda a minha família pela força e torcida, especialmente a minha mãe Marise e minha tia-avó Mércia. Sei que vocês estão no grupo de maiores realizados e são tão agradecidas quanto eu. De maneira particular, vocês foram incentivo para que isso acontecesse.
À todos os meus amigos, especialmente os amigos-irmãos do G7, um presente da vida e que são fonte de muita inspiração.
À meu baby Marcella Samyla por tornar a reta final dessa produção menos desgastante, por não poupar esforços para me dar forças em momentos de desânimos e por compartilhar comigo momentos especiais.
Aos amigos e colegas da Yamana Gold que tanto me incentivaram a encarar essa nova empreitada em conclusão, especialmente Tupã, Tiago Elói, Marciliano, Kaká, Marcola, todas as ‘mães’ que ganhei pelos projetos de exploração por onde passei.
À turma de Geologia de 2013 (Geoconhecedores) que com sua heterogeneidade tanto ensinou sobre lidar com diferenças. Especialmente para Kaio pela parceria de ter me suportado e compartilhado todos os trabalhos em grupo possíveis. Mega e Cícero completam essa lista que tem agradecimento especial. Um grande destaque para as minhas irmãs Carla Giga e Marceonila por toda brodagem que proporcionou aprendizados e amadurecimentos.
Ao meu orientado professor Thomas Campos pelos conselhos, liberdade para o aprendizado e disposição em encarar um desafio de tema fora da zona de conforto; e principalmente por abrir caminho para realização de um sonho: conhecer o arquipélago de São Pedro e São Paulo. À Secretaria da Comissão Interministerial para os Recursos do Mar – SECRIM, especialmente a Dona Gui, e a tripulação do Transmar III e Transmar II pelo apoio logístico. As colegas de expedição que compartilharam da realização de conhecer o ASPSP: Debora, Camila.
Aos professores do Departamento de Geologia, especialmente Marcela e Narendra pelo último apoio durante o desenvolvimento dessa monografia. Fred que inspira a partir de ações e que mesmo nunca tempo o prazer de tê-lo como professor na sala de aula, sempre esteve disponível. Galindo por apresentar um lado humano de professor. Marcos por ser um incentivador.
Aos funcionários do Departamento de Geologia, especialmente Nilda, por tanta disposição para ajudar.
Ao Laboratório de Geoprocessamento – GEOPRO pelo convívio e aprendizado, além das amizades e oportunidade.
Ao Centro Acadêmico de Geologia – CAGERN pela oportunidade de exercitar uma representatividade em prol do bem coletivo e todos os amigos e colegas que esse início de jornada geológica me deu.
À todos os Geólogos e Geólogas da irmandade que foram inspiração para a semente do desejo pela GEOLOGIA fosse germinada.
À Terra que nos intriga a querer entendê-la cada vez mais, nos levando a conhecer as suas belezas mais singelas e também as mais grandiosas.
À Luiz Inácio Lula da Silva por toda a sua luta por igualdade de oportunidade para todos os brasileiros, especialmente na Educação, que abriu portas para que muitos sonhos como esse meu se realizassem. Gratidão especial! Nada é por acaso.
RESUMO
O arquipélago de São Pedro e São Paulo é caracterizado como um conjunto de ilhas e rochedos situados no Oceano Atlântico Equatorial, representando o topo de uma elevação morfológica submarina de 90 km de comprimento, 25 km de largura e 3.800 m de altura, composta de rochas peridotíticas de origem mantélica, denominada Cadeia Peridotítica de São Pedro e São Paulo ou Cordilheira Atobá. Sobre o embasamento de composição peridotítica existe uma cobertura sedimentar pouco expressiva, com espessura relativamente delgada e sem continuidade. É possível a individualização de três grupos de rochas principais depositado em condições particulares, são eles: preenchimentos carbonáticos em fraturas, conglomerados preenchendo marmitas e uma sequência sedimentar formando uma bancada, limitada a Ilha Sudeste, com espessura que chega até 6 metros. A presente pesquisa teve como alvo o estudo diagenético dessa sequência sedimentar aflorante na Ilha Sudeste que são formadas essencialmente por sedimentos clásticos proveniente do substrato rochoso e fósseis, com características de
beachrocks. Foram confeccionadas 11 lâminas delgadas representativas do perfil aflorante,
dando subsídios para a reafirmação da existência de duas unidades: Atobá e Viuvinha. A unidade basal é a Atobá: tem um arcabouço composto essencialmente por sedimentos litoclásticas, conglomerático, mal selecionamento e baixa porosidade e granodecrescência ascendente, apresentando seixos mais arredondados na base e aumentando em angulosidade para o topo. A unidade Viuvinha é formada por rochas de composição híbrida litoclástico-carbonálico em uma mistura composicional e de estrato. São individualizadas duas litofácies principais na composição da unidade, uma essencialmente carbonática, mal selecionada e com elevada porosidade e uma outra litofácies de granulometria areia média e moderado selecionamento, apresentando contribuição de material carbonático na composição do arcabouço. Podem ocorrer também blocos do embasamento em todas as litofácies, resultado da atividade sísmica ativa na região que provoca a erosão nas escarpas da ilha. A cimentação é formada exclusivamente por calcita magnesiana e argonita, nas morfologias principais microcristalina, franja, botroidal e cutícula cripto-cristalina e preenchem quase todos os espaços porosos da rocha com uma cimentação característica da zona marinha freática ativa. O estudo constatou que embora as rochas estudadas apresentem características presentes também em
beachrocks, elas não podem ser descritas como” verdadeiros beachrocks”.
Palavras-chave: Arquipélago de São Pedro e São Paulo; rocha sedimentar híbrida; beachrock; diagênese marinha; cimento carbonático.
ABSTRACT
The St. Peter and St. Paul archipelago is characterized as a set of islands and islets situated in the Equatorial Atlantic Ocean, representing the top of a ridge, with 90 km long, 25 km wide and 3,800 m high, composed of peridotitic rocks of mantle origin, called the Peridotitic Ridge of St. Peter and St. Paul or Atobá Ridge. Over the basement of peridotitic composition there is a sedimentary cover of a low expressivity, relatively thin and without continuity. It is possible to individualize three groups of main rocks deposited under particular conditions: carbonate fillings in fractures, conglomerates filling Plunge pool and a sedimentary sequence forming a bench, limited to the Southeast Island, with a thickness that reaches up to 6 meters. The present research aimed at the diagenetic study of this outcropping sedimentary sequence in the Southeast Island, which is essentially formed by clastic sediments from the rocky substrate and fossils, with beachrocks characteristics. Eleven thin section were made, representing the outcrop profile, providing support for the reaffirmation of the existence of two sedimentary units: Atobá and Viuvinhas. The basal unit is called Atobá: it has a framework composed essentially of lithoclastic, conglomeratic sediments, showed poor selection and low porosity and ascending granodescence, with more rounded pebbles at the base and increasing in angularity to the top. The Viuvinhas unit is formed by rocks of lithoclastic-carbonic hybrid composition in a composite and stratum mixture. Two main lithofacies in the composition of the unit are individualized, one essentially carbonate, poorly selected and with high porosity, and another lithofacies of medium and moderate granulometry selection, presenting contribution of carbonate material in the composition of the framework. Basement blocks may also occur in all lithofacies, resulting from the active seismic activity in the region that causes erosion in the cliffs of the islet. The cementation is formed exclusively by magnesian calcite and aragonite, in the main morphologies microcrystalline, fringe, botroidal and crypto-crystalline cuticle and fill almost all porous spaces of the rock with a characteristic cementation of the active phreatic marine zone. The study found that although the rocks studied have characteristics also present in beachrocks, they cannot be described as "true beachrocks".
Keywords: St. Peter and St. Paul archipelago, sediments hybrid siliciclastic-carbonate; beachrock; marine diagenesis, carbonate cement
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Mapa de localização do ASPSP, Atlântico Equatorial. Modificado a partir de Ridge Multibeam Synthesis (http://ocean-ridge.ldeo.columbia.edu/ acessado em 25/04/2019). ____________________________ 13 Figura 2 – Destaque para a zona de fatura São Paulo e localização do ASPSP. Modificado a partir de Ridge Multibeam Synthesis (http://ocean-ridge.ldeo.columbia.edu/ acessado em 25/04/2019). __________________ 13 Figura 3 – Mapa do ASPSP com detalhes das ilhas e rochedos que o compõe. A: Ilha Belmonte e Ilha Sudeste; B:Ilha Nordeste, Ilha Cabral e Rochedo Beagle; C: Ilha Sul, Rochedo Coutinho e Rochedo Erebus. Imagens das figuras A, B e C são de Drones (em 2018) e imagem principal: imagem de satélite QuickBird de 2003 (compilação de Campos et al., submetido). _________________________________________________________________ 14 Figura 4 – Modelo utilizado para sintetizar as descrições petrográficas das seções delgadas, abordando aspectos composicionais, texturais e classificatório. ______________________________________________________ 17 Figura 5 – Principais ambientes diagenéticos descritos por Longman (1980). __________________________ 26 Figura 6 – Processos e produtos das zonas freática marinha, vadosa meteórica e freática meteórica (Longman, 1980). ____________________________________________________________________________________ 28 Figura 7 – Distribuição das principais ocorrências de beachroks no mundo. As áreas vermelhas correspondem aos locais com estudos dedicados a essas rochas. Fonte: Vousdoukas et al. (2007). ______________________ 31 Figura 8 – Escala de mistura litoclástica-carbonática. (A) Mistura composicional em escala pontual. Esse tipo de mistura ocorre quando frações litocláticas e carbonáticas são acumuladas contemporaneamente: em espaço e tempo. (B) Mistura de estratos em escala de litofacies. (C) Mistura de estratos em escala estratigráfica. Mistura de estratos ocorre quando duas frações heterolíticas são organizadas em diferentes camadas Chiarella at al., (2017). ___________________________________________________________________________________ 34 Figura 9 – Modelo conceitual dos diferentes tipos de processos de misturas de sedimentos híbridos (Mount, 1984). Mistura pontual resulta em mistura de estratos; mistura de fáceis pode resultar tanto em mistura em camada de mistura composicional ou mistura composicional estratigráfica. Mistura in situ resulta em mistura composicional (escala pontual) Chiarella at al., (2017). ________________________________________________________ 37 Figura 10 – Visualização da morfologia abissal em torno do ASPSP, confeccionada com base na batimetria predita (UCSD-SIO, 2009). A escala vertical é exagerada em 12 vezes da escala horizontal. ______________ 38 Figura 11 – Perfil com compilação de mergulhos profundos pelo submersível Nautile, segundo Hekinian et al.39 Figura 12 - Mapa geológico da região emersa do ASPSP (Campos et al., 2010). ________________________ 39 Figura 13 – Evolução tectônica de uma zona de espalhamento amagmático com a exumação do manto e formação de megamullion. Modificado de Tucholke et al. (1998). ____________________________________________ 41 Figura 14 – Ilustração esquemática para a gênese tectônica de cadeia de transpressão (pressure-ridge) e bacia de distensão (pull-apart basin). ________________________________________________________________ 42 Figura 15 – Mapa geológico da sequência sedimentar da Ilha Sudeste, ASPSP. A- Unidade Atobá; B: Unidade Viuvinha. (CAMPOS et al., 2002; 2003). ________________________________________________________ 44 Figura 16 - Perfil AA’ (A) e BB’ (B) da sequência sedimentar da Ilha Sudeste, arquipélago São Pedro e São Paulo identificado no mapa geológico da Figura 15 (CAMPOS et al., 2002, 2003). ___________________________ 45
Figura 17 - A) Perfil principal da sequência sedimentar da Ilha Sudeste do ASPSP. B) Detalhe da base da Unidade Atobá (A1) com seixos arredondados e angulosos, discordância sobre o embasamento. C) Estratificação cruzada na unidade A2 e discordância angular com a Unidade Viuvinha, marcada por paleonível. ________________ 47 Figura 18 – A) Topo do perfil da Unidade Viuvinha. B) Detalhe da fácies carbonática (V1) com macrofósseis bivalves e litoclástos. C) Detalhe do arenito avermelhado e bem selecionado da fácies V2. D) Aspecto de composição mista siliciclástica-carbonática com mistura composicional e de fácies na Unidade Viuvinha. E) Blocos do embasamento compondo o perfil sedimentar da Unidade Viuvinha. __________________________ 48 Figura 19 – Fotomicrografias da Unidade Atobá representativas do arcabouço das rochas. A, B, C e D) Variedades granulométricas na composição do arcabouço das rochas. E, F G) Bioclastos não identificados compondo arcabouço juntamente com litoclástos. H) Detalhe de litoclásto fraturado e preenchido por microbrecha. ______________________________________________________________________________ 51 Figura 20 – Fotomicrografias da Unidade Atobá representando as morfologias do cimento (A-E) e porosidades (F-H). A) Seta vermelha indicando cristais fibrosos de calcita magnesiana na parede de litoclásto; seta preta indica cutícula cripto-cristalina ao redor de grão. B) Seta vermelha indicando preenchimento de espaço vazio intergranular por cimento microcristalino. C) Seta vermelha indicando grão completamente micritizado; seta preta indicando grandes cristais fibrosos sobre cristais aciculares. D) Seta vermelha indicando cristais bem desenvolvidos de cimento botroidais com franjas formando contato poligonal. E) Seta vermelha indicando cimento microcristalino. F e H) Seta vermelha indicando presença de porosidade intregranular em grão de milonito, especialmente na alterada. G) Seta vermelha indicando porosidade intercristalina bem desenvolvida. _______ 52 Figura 21 – A) Fotomicrografias de aspecto geral da unidade Viuvinha representando um arcabouço composto por litoclástos e bioclasto. B) Seta vermelha indicando fragmento de alga vermelha; L - litoclásto. C) b – bivalve e L – litoclásto arredondado e esférico. D) Seta vermelha indicando foraminífero (gênero textularina); L - litoclásto. E, F) L – litoclastos moderadamente arredondados. G) b – fragmento de brachiopoda. H) Fragmento de fóssil com bordas micritizadas (polarizadores cruzados). ________________________________________ 55 Figura 22 – Fotomicrografias de aspectos da porosidade que compõe a Unidade Viuvinha. A, B) Seta vermelha indicando porosidade intercristalina. C) Seta vermelha indicando porosidade móldica. D) Seta vermelha indicando porosidade intergranular. ___________________________________________________________ 56 Figura 23 – Fotomicrografias representativas das morfologias de cimento que compõe a Unidade Viuvinha. A – D: fácies V1 e E – H: fácies V2. A) Colônia de briozoários com porosidade intraclásto e crescimento de cimento em franja dentro dos poros. B) Seta vermelha indicando desenvolvimento de cimento em franja em direção ao interior dos poros sobre formas microcristalinas que cobrem fragmento de alga vermelha. C) Seta vermelha indicando micrita infiltrante preenchendo espaço intragranular de bioclasto englobando microclástos. D) Seta Vermelha indicando franja prismática bem desenvolvida contornando litoclásto e preservando porosidade intercristalina. E) Foraminífero planctônico (gênero miliolina) com desenvolvimento de cristais de cimento fibrosos. F, G) Seta vermelha indicando preenchimento de espaço intergranular com cimento microcristalinho. H) Seta vermelha indicando cimento microcristalino e agulhas no interior de bioclasto. __________________ 57 Figura 24 – Quadro resumo dos processos diagenéticos atuantes na formação das rochas da sequência sedimentar da Ilha Sudeste do ASPSP. ___________________________________________________________________ 60
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Referencias utilizadas como base das descrições micropetrográficas. ... 16 Tabela 2 – Análise quantitativa das microfácies da sequência sedimentar da Ilha Sudeste do ASPSP. Valores em %. ... 49
SUMÁRIO
AGRADECIMENTO ________________________________________________________________ i RESUMO ________________________________________________________________________ iii ABSTRACT ______________________________________________________________________ iv LISTA DE FIGURAS ______________________________________________________________ v LISTA DE TABELAS _____________________________________________________________ vii SUMÁRIO ______________________________________________________________________ viii 1. INTRODUÇÃO _____________________________________________________________ 10 1.1. Apresentação ____________________________________________________________ 10 1.2. Justificativa _____________________________________________________________ 11 1.3. Objetivos _______________________________________________________________ 11 1.4. Localização _____________________________________________________________ 12 2. MATERIAIS E MÉTODOS ___________________________________________________ 14 2.1. Consulta bibliográfica _____________________________________________________ 14 2.2. Trabalho de Campo _______________________________________________________ 15 2.3. Petrografia ______________________________________________________________ 15 2.3.1. Descrição Microscópica ________________________________________________ 16 3. REFERENCIAL TEÓRICO ___________________________________________________ 24 3.1. Diagênese de rochas sedimentares em ambiente marinho __________________________ 24 3.2. Precipitação e química dos carbonatos _________________________________________ 28 3.3. Beachrock _______________________________________________________________ 30 3.3.1. Características Gerais _____________________________________________________ 31 3.4. Rochas Híbridas __________________________________________________________ 32 3.4.1. Definição ______________________________________________________________ 32 3.4.2. Classificação____________________________________________________________ 33 3.4.3. Processos de mistura _____________________________________________________ 36 4. CONTEXTO GEOLÓGICO DO ARQUIPÉLAGO DE SÃO PEDRO E SÃO PAULO __ 37 4.1. Geologia Regional ________________________________________________________ 37 4.2. Megamullion ____________________________________________________________ 40 4.3. Formação São Pedro e São Paulo _____________________________________________ 42 5. RESULTADO E DISCUSSÃO _________________________________________________ 46 5.1. Aspectos de Campo _______________________________________________________ 46 5.2. Descrição micropetrográficas ________________________________________________ 49 5.3. Diagênese _______________________________________________________________ 58
6. CONCLUSÃO ______________________________________________________________ 61 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS _______________________________________________ 63
1. INTRODUÇÃO
1.1.
Apresentação
Este relatório representa a síntese da pesquisa da disciplina Trabalho de Conclusão de Curso (GEO0421) realizada em uma sequência de rochas sedimentares aflorantes no Arquipélago de São Pedro e São Paulo (ASPSP), Atlântico Equatorial Norte (0o55'02"N,
29o20'42"W), próximo à dorsal Meso-Atlâtica, situada a cerca de 100 km ao Norte do Equador
terrestre e é constituída por um pacote de rochas sedimentares clásticas e carbonática, cimentada por carbonato de cálcio, cujos sedimentos são originários do leito rochoso e da atividade biogênica. Além disso, observa-se a ocorrência de fácies extremamente fossilífera, com conteúdo fóssil representado por uma variedade de algas calcárias e invertebrados fósseis, moluscos diversos representantes de crustáceos, foraminíferos planctônicos, radiolários, nanofósseis calcários e briozoários. Nesse contexto, foram estudados aspectos digenéticos da sequência sedimentar sugerida por Campos et al. (2002, 2003, 2009) e Virgens Neto (2006) como sendo a Formação São Pedro e São Paulo, uma unidade de idade Pleistocênica, de acordo com datações 14C em fósseis do topo da sequência (VIRGENS NETO, 2006).
O ASPSP consiste em um conjunto rochoso com área de aproximadamente 17.000 m², composto por seis pequenas ilhas e quatro pontais rochosos, distribuídos ao longo da região de estudo e abrangendo a porção emersa de uma estrutura submarina, designada de “Cordilheira Atoba” por Maia et al. (2016). Litologicamente, Campos et al. (2002, 2003, 2005) descrevem peridotítos serpentinizados ou não e milonitos kaesurtíticos como rochas predominantes. Além destas, Joaquim Neto (2006) e Campos et al. (2009) descrevem a existência de uma cobertura de rochas sedimentares com pouca expressividade e continuidade que foram formadas a partir de sedimentos preenchendo fraturas, cavidades e depressões, que incluem as rochas atribuídas a sequência sedimentar da Ilha Sudeste do ASPSP.
O trabalho contou com a orientação dos professores Thomas Ferreira da Costa Campos e colaboração dos professores Narendra Kumar Srivastava e Marcela Marques Vieira, bem como o apoio financeiro do Departamento de Geologia (DGeo/UFRN) e logístico da Marinha do Brasil a partir do Programa Arquipélago de São Pedro e São Paulo (PRO-ARQUIPÉLAGO), sob coordenação da Secretaria da Comissão Interministerial para os Recursos do Mar (SECIRM) e do Programa Arquipélago e Ilhas Oceânicas do CNPq.
1.2.
Justificativa
Devido as condições inóspitas em que as ilhas do ASPSP estão inseridas e por estar a uma distância aproximadamente 1010 km do Cabo do Calcanhar/RN, os estudos brasileiros somente tiveram início a partir de junho de 1998 com a criação do Programa Arquipélago de São Pedro e São Paulo (PROARQUIPÉLAGO), sob a coordenação da Secretaria da Comissão Interministerial para os Recursos do Mar (SECIRM, 2009).
A grande maioria dos trabalhos científicos desenvolvidos no ASPSP envolvendo temas da geologia tiveram como alvo as rochas peridotíticas e a geotectônica envolvida com a colocação do corpo e das condições geológicas atuantes, ficando as rochas sedimentastes em situação secundária. Devido a isso, o presente trabalho se propõe a suprir a lacuna de conhecimento referente à sequência sedimentar designada pela primeira vez por Campos (2002) como Formação São Pedro e São Paulo no XLI Congresso Brasileiro de Geologia (João Pessoa, 2002), com ênfase nos aspectos petrográfico e diagenéticos.
Embora as rochas sedimentares representem apenas aproximadamente 5% do volume da Terra, elas cobrem cerca de75% da superfície terrestre e 90% do leito marinho. Essas rochas guardam importantes registros sobre a história da humanidade e da Terra, como fósseis e marcadores de variações climáticas. Dessa forma, o estudo da formação de produtos digenéticos marinhos rasos/praial é relevante pois possibilita o entendimento da geração das rochas sedimentares detríticas/carbonática, além de reconhecer o comportamento da variação do nível do mar durante a formação da rocha, permitindo a gênese destas feições.
1.3.
Objetivos
O objetivo principal deste trabalho foi a reinterpretação da sequência sedimentar aflorante na Ilha Sudeste do ASPSP proposta por Campos et al. (2002, 2003, 2009) como sendo a Formação São Pedro e São Paulo, descrevendo a sequência de acordo com as características petrográficas e petrogenêticas, relacionando com ambiente e condição de formação.
Os objetivos específicos foram: i) Descrição diferenciada das litofácies (unidades); ii) Caracterização das texturas sedimentares; iii) Caracterização da morfologia do cimento; iv) Definição dos eventos diagenéticos e sua correlação com os fatores paleoambientais e estratigráficos.
1.4.
Localização
O ASPSP localiza-se a aproximadamente 1100 km ao nordeste da cidade do Natal, Rio Grande do Norte, compreendendo as coordenadas: 0°55'02''N e 29°20'42''W (Figura 1 e Figura 2), situando-se a aproximadamente 100 km a norte do Equador, representando o ponto mais avançado do território brasileiro no Oceano Atlântico e o único território oceânico brasileiro localizado no Hemisfério Norte.
O ASPSP é formado por um pequeno conjunto de seis ilhas rochosas e quatro rochedos menores que juntos possuem área superficial de 17.000 m² (Figura 3). As ilhotas apresentam contornos sinuosos irregulares e reentrantes, suas encostas possuem forte declive (>80o). As
quatro maiores ilhas (Belmonte, Sudeste, Nordeste e Cabral) estão separadas entre si por estreitos canais que formam uma enseada com forma de ferradura, com dimensões médias de 100 m de comprimento por 50 m de largura, de 6 a 25 m de profundidade. A zona de falha no entorno do arquipélago possui cerca de 120 km de largura, e suas profundidades podem atingir 3.600 m; além de seus limites norte e sul, são observadas profundidades abissais superiores a 4.000 m (HEKINIAN et al., 2000). A falha transformante de São Paulo apresenta-se com um rejeito horizontal de cerca de 600 km, que separa a dorsal equatorial Atlântica em dois segmentos. O ASPSP encontra-se localizado próximo ao limite setentrional da zona de falha transformante de São Paulo e de sua intersecção com o ramo norte da dorsal. A área desta cadeia submarina Atoba é tectonicamente ativa, o que sugere que sua formação foi controlada pela movimentação da falha e de seu conjunto de fraturas (Figura 2) (HEKINIAN et al., 2000, MAIA et al., 2016).
A configuração hidrológica e climatológica do ASPSP é similar às condições das ilhas tropicais próximas como Fernando de Noronha. O ASPSP está sob a influência da Zona de Convergência Intertropical, que confere cerca de 1200 mm de precipitação anual, um dos maiores volumes para o Oceano Atlântico (CAMPOS et al., 2005). O ASPSP também está sob a influência da corrente da superfície do Equador do Sul, que flui E-W, e da corrente do Equador submersa que flui na direção oposta, a profundidades de 60 a 100 m. A temperatura média anual é de cerca de 25 ºC (CAMPOS et al., 2005). O ASPSP possui um regime meso maré, semiduro, com amplitude máxima de 2,4m (Marinha do Brasil, 2009).
Figura 1 – Mapa de localização do ASPSP, Atlântico Equatorial. Modificado a partir de Ridge Multibeam Synthesis (http://ocean-ridge.ldeo.columbia.edu/ acessado em 25/04/2019).
Figura 2 – Destaque para a zona de fatura São Paulo e localização do ASPSP. Modificado a partir de Ridge Multibeam Synthesis (http://ocean-ridge.ldeo.columbia.edu/ acessado em 25/04/2019).
Figura 3 – Mapa do ASPSP com detalhes das ilhas e rochedos que o compõe. A: Ilha Belmonte e Ilha Sudeste; B:Ilha Nordeste, Ilha Cabral e Rochedo Beagle; C: Ilha Sul, Rochedo Coutinho e Rochedo Erebus. Imagens das figuras A, B e C são de Drones (em 2018) e imagem principal: imagem de satélite QuickBird de 2003 (compilação de Campos et al., submetido).
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1.
Consulta bibliográfica
A pesquisa bibliográfica foi a etapa inicial e perdurou até o final deste trabalho, consistindo na consulta de livros, dissertações, teses e artigos sobre a temática do trabalho e técnicas laboratoriais. O principal acervo bibliográfico consultado foi realizado pelo Portal
Periódicos CAPES, ScienceDirect, Brazilian Journal of Geology, revistas Sedimentology e Sedimentary Petrology and Marine Geology.
2.2.
Trabalho de Campo
As atividades de campo foram realizadas em duas etapas (Expedição 468 – outubro de 2017 e Expedição 486 - fevereiro de 2018). Devido às condições de mar durante a primeira etapa não foi possível acessar a Ilha Sudeste, ficando as coletas de rochas da sequência sedimentar da Ilha Sudeste restritas a segunda expedição. Foram coletadas 11 amostras no perfil sedimentar aflorante na Ilha Sudeste a fim de caracterizar as fácies sedimentares do perfil. A coleta de amostras foi realizada com controle estratigráfico e faciológico, seguindo os procedimentos descritos por Tucker (1993). A referência para a coleta de amostras foi a descrição da bancada sedimentar aflorante sustentado pelo perfil estratigráficos de Virgens Neto (2006), nos quais acompanham dados de espessura de camadas, estruturas sedimentares e fáceis. A escolha das amostras foi dada a partir dos pacotes mais representativos do perfil estudado, levando em consideração textura, estrutura e espessura das camadas, e também pelo grau de alteração superficial, priorizando amostras mais preservadas de alteração. As amostras estão referenciadas como ASPSP-XX, na qual XX representa o número do ponto coletado, listadas em planilhas com indicação de localização relativa a pontos de maiores expressividade e descrição macroscópica.
2.3.
Petrografia
As amostras coletadas durante a etapa de campo foram, previamente, descritas em termos de cor, seleção, granulometria e, quando possível, estruturas deposicionais. Em seguida, as mesmas amostras foram impregnadas utilizando-se uma mistura de resina epóxi, endurecedor, solvente (álcool etílico) e corante azul (alizarina azul) para ressaltar a presença de porosidade. Após este procedimento, as lâminas delgadas foram produzidas sem utilização de lamínulas, possibilitando a aplicação de técnica de tingimento; como, por exemplo, técnica para identificação de carbonatos, tais como utilizadas por Vieira (2005). A etapa de confecção das lâminas delgadas foi realizada integralmente no Laboratório de Laminação do Departamento de Geologia da UFRN, sob responsabilidade dos técnicos do laboratório.
A análise petrográfica foi realizada em microscópio petrográfico de luz transmitida Olympus BX 4 no Laboratório de Microscopia do Departamento de Geologia da UFRN.
A descrição e quantificação dos constituintes volumétricos do arcabouço foi realizada segundo os critérios de Dickinson (1985), com análises modais qualitativas. Os grãos do arcabouço foram identificados quanto à composição (líticos ou bioclastos) e descritos em termos texturais (granulometria, seleção, arredondamento e esfericidade). Os contatos entre grãos e os tipos foram descritos conforme Pettijohn (1973) e a porosidade caracterizada com base nos critérios de Schmidt (1977).
2.3.1. Descrição Microscópica
A descrição microscópica teve como objetivo identificar e descrever os constituintes da rocha, bem como descrever a textura, fábrica e os processos diagenéticos, em especial o cimento. Os parâmetros utilizados estão sintetizados na Tabela 1. Para agrupar e sistematizar os resultados das análises micropetrográficas, foi utilizado um modelo tabelado para preenchimento com dados referentes aos aspectos descritos, conforme proposta deste trabalho (Figura 4).
Tabela 1 – Referencias utilizadas como base das descrições micropetrográficas.
PARÂMETRO REFERÊNCIA
COMPOSIÇÃO Cimento Vieira & De Ros (2006)
Porosidade Schmidt (1977)
TEXTURA
Granulometria Wentworth (1922)
Grau de Seleção Pettijohn (1973) Arredondamento e esfericidade Powers (1953)
Empacotamento Kahn (1956)
Figura 4 – Modelo utilizado para sintetizar as descrições petrográficas das seções delgadas, abordando aspectos composicionais, texturais e classificatório.
1 – Descrição Textural
A descrição textural teve o objetivo de caracterizar os aspectos geométricos dos grãos do arcabouço, incluindo tamanho, forma e arranjo. A textura das rochas foi caracterizada por base nos parâmetros de granulometria, selecionamento, esfericidade, arredondamento, contato entre grãos, empacotamento e maturidade textural.
Análise Granulométrica
A análise granulométrica visou estabelecer o tamanho médio dos grãos através de medidas relativas. Três grandes classes de grãos são aceitas em rochas detríticas: cascalho (maior que 2 mm), areia (entre 2mm e 62 micra) e pelitos (menor que 2 micra), subdivididas conforme Wentworth (1922).
A análise dos tamanhos dos grãos é utilizada para caracterizar o sedimento ou a rocha e contribui para o entendimento do mecanismo de transporte e ambiente deposicional. Porém é de fundamental importância considerar uma análise mais ampla que inclua, por exemplo, estudos de estruturas sedimentares, para melhor entendimento e análise dos processos de deposição e de fácies (TUCKER, 2001).
A possibilidade de uma rocha ser composta por uma diversidade de modas granulométricas motivou que fossem propostos diversos métodos para análise dos grãos, sobretudo utilizando-se lâminas delgadas. Um método comumente utilizado para determinação da granulometria em lâminas delgadas consiste em medir o maior número de grãos e enquadrá-los numa tabela de classificação de grãos, por exemplo a escala de Wentworth (1922), escala amplamente utilizada nos estudos de petrografia sedimentar.
A granulometria das partículas aloquímicas, não tem uma relação direta com a energia do ambiente deposicional, como acontece com os depósitos clásticos. A energia do ambiente é indicada pela presença ou ausência de micrita, que só é depositada em situações de baixa energia.
Grau de seleção
O grau de seleção é dado pela predominância de uma ou mais classes granulométricas. Um sedimento bem selecionado apresenta predominância de uma classe granulométrica e sedimento mal selecionado é composto por duas ou mais classes granulométricas. Um sedimento que é composto por seixos, areia grossa e areia fina é muito mal selecionado (FOLK, 1968).
A seleção é o resultado de um processo dinâmico pelo qual partículas sedimentares, tendo algumas características particulares (tamanho, forma ou densidade) são naturalmente
separadas das demais pelo agente transportador. O resultado da seleção está no grau de similaridade das partículas de um sedimento, refletindo a eficiência com que o meio deposicional segrega grãos com tamanhos diferentes, de modo que um meio é muito pouco eficiente se ele agrupar grãos com tamanhos muito variados. Ambientes muito dinâmico apresentam um selecionamento insipiente.
Na execução desse trabalho a descrição foi feita a partir de comparação visual entre as frações granulométricas presentes, de modo a determinar a medida do desvio padrão, ou seja, da variação do tamanho dos grãos em relação ao tamanho médio observado. A medida de selecionamento seguiu a proposta de Pettijohn et al. (1972), segundo a qual foi realizada a comparação visual e enquadramento nas classes de seleção representativa.
Esfericidade e arredondamento
A análise do formato do grão é um dado importante para a interpretação petrográfica das rochas detríticas. A morfologia do grão depende de uma série de fatores como: mineralogia, área fonte, grau de alteração, grau de abrasão (durante o transporte) e dissolução durante a diagênese. Os parâmetros esfericidade e arredondamento são voltados à análise do quão esférico e quão arredondado é o grão, podendo variar de baixa a alta (esfericidade) e de muito anguloso a bem arredondado (arredondamento), cuja as medidas foram feitas através da comparação visual com o quadro comparativo proposta por Powers (1953). O arredondamento refere-se à curvatura dos cantos dos grãos (FOLK, 1968) e está relacionado ao processo de transporte atuante imposto ao sedimento até ele ser litificado, de forma que, idealmente, quanto maior for o espaço de tempo de transporte/mobilização maior será o desgaste físico sofrido pelo grão.
Contato entre grãos
O parâmetro de contato entre os grãos refere-se à interação grão-a-grão no arcabouço da rocha que, de acordo com Pettijohn (1973), podem ser de cinco tipos: flutuante, pontual, reto (ou longo), côncavo-convexo ou suturado. A determinação desse parâmetro foi feita através da observação visual dos contatos em toda a seção delgada, e a partir daí determinado os três contatos mais importantes, sendo eles citados em ordem decrescente com as seguintes letras entre parênteses: “P” para indicar o contato predominante, “C” para contato comum e “R” para
contato raro. Os tipos de contatos apresentados na rocha serão reflexos do grau de compactação que a mesma foi submetida, de forma que, quanto maior esse grau, maior será a superfície de contato entre os grãos.
Empacotamento
Empacotamento é o parâmetro que mede o arranjo/disposição dos grãos na rocha, os quais podem dispor desde muito próximo e configurarem um padrão denso, a muito afastados e configurarem um padrão aberto (espaçado). O contato entre os grãos reflete o grau de compactação sofrida pela rocha, de modo que quanto maior a compactação, mais fechado será o empacotamento da rocha, ou seja, menor será o espaço entre os grãos.
A medida do empacotamento é realizada através de métodos, dos quais os mais utilizados são o “Índice de Kahn” (KAHN, 1956) e a “Densidade de Empacotamento”. A primeira tem por base essencialmente o número de contatos grão a grão e o número de contatos observados em uma travessia sob o microscópio óptico. Já a segunda é resultado de uma equação que considera a soma dos comprimentos dos grãos interceptados em uma travessia e o comprimento total da travessia.
Embora existam esses dois métodos mais utilizados na determinação do empacotamento da rocha, convencionou-se adotar o índice de Kahn (1956) para o presente trabalho, aonde quatro travessias foram estabelecidas de maneira aleatória para cada seção delgada. E, em cada travessia, foram quantificados os contatos grão-a-grão e totais observados, a fim de calcular o índice de Kanh (P), propriamente dito, e posteriormente enquadrar a rocha numa das três classes de empacotamento propostas por este autor, sendo frouxo, normal ou fechado.
Maturidade textural
A maturidade textural é o parâmetro que avalia o quão matura é uma rocha a nível textural. A medida foi feita através do diagrama proposto por Folk (1974), que se baseia em três critérios apresentados pela rocha: percentual de matriz deposicional, graus de selecionamento e arredondamento. Essa medida reflete, principalmente, os processos deposicionais presentes no sítio deposicional, de modo a indicar o tipo de processo atuante durante a deposição dos sedimentos de acordo com o grau de maturidade textural.
O diagrama proposto por Folk (1974) foi empregado para identificação da maturidade textural das amostras analisadas para o presente trabalho, aonde os critérios de matriz deposicional (inexistente), selecionamento e arredondamento são indispensáveis na concepção dessa classificação.
2 – Descrição Composicional
As rochas são produtos consolidados resultantes da união natural de minerais, fragmentos de rochas e de substâncias não cristalinas. Elas podem ser heterogêneas (pluriminerálicas) ou homogêneas (monominerálicas) (TEIXEIRA et al., 2009). Assim, é necessário descrever não apenas os minerais constituintes do arcabouço mas também estabelecer a proporção de cada um dos elementos.
O parâmetro composição destina-se à identificação e quantificação absoluta (quando a análise for quantitativa) ou relativa (quando a análise for qualitativa) dos principais constituintes da rocha, e estes, por sua vez, são compostos por quatro itens essenciais: grãos do arcabouço, matriz, cimento e poros. Esse trabalho utilizou a metodologia de descrição qualitativa para os componentes composicionais.
a. Grãos do arcabouço
São todas as partículas de origem detrítica compreendendo a fração principal (que dá nome à rocha). De modo mais geral são constituídas por quartzo, feldspatos e fragmentos de rochas, embora fragmentos de bioclastos também estejam presentes, de forma significativa, em algumas delas.
Para as rochas siliciclásticas, a quantidade de bioclastos, de modo geral é rara. No entanto, quando considerado o ambiente deposicional marinho raso/costeiro (ambiente deposicional do estudo), a presença de bioclastos passa a ser um aspecto relevante e de maior frequência e os bioclastos presentes serão de acordo com a disponibilidade do ambiente, podendo ser destacado como principais bioclastos os dos filos: Mollusca (classes bivalvia e gastrópoda), Brachiopoda, Echinodermata (classes crinóidea e equinóidea), Arthropoda, Anellida, e da ordem dos foraminíferos (subordens textulariína, milioliína e rotaliína).
b. Matriz
Dá-se o nome matriz às partículas, também de origem detrítica, com tamanho inferior ao tamanho dos grãos do arcabouço da rocha. Nas rochas siliciclásticas, essa fração é geralmente formada por argilominerais (ilita, clorita, vermiculita, esmectita, etc.) e podem ser classificadas, quanto a sua origem, em dois tipos: primária (ou ‘deposicional’) e secundária (ou ‘de infiltração’). O termo ‘matriz primária’, como o próprio nome já diz, é designado àquelas partículas depositadas junto aos grãos do arcabouço, anteriormente ao soterramento da rocha. Por outro lado, o termo ‘matriz secundária’ é atribuído àquelas partículas depositadas após soterramento, durante a diagênese e, em geral, pode ser gerada por dissolução/precipitação de minerais autigênicos e/ou infiltração de material nos espaços intergrãos. A identificação e quantificação do tipo de matriz são importantes para caracterizar a rocha, principalmente, quanto à eficiência de classificação do meio deposicional, ambiente deposicional e maturidade textural da rocha.
Para as amostras analisadas, devido à ausência de fonte de sedimentos formadores de matriz e ao ambiente de alta energia, não existe o componente matriz na formação da rocha.
c. Cimento
É definido como sendo o mineral precipitado quimicamente durante a diagênese a partir de fluidos intersticiais. Esse constituinte é o principal responsável pela coesão entre as partículas, e nas rochas clásticas podem assumir mineralogias diversas, onde os principais são: calcita, sílica, hematita, argilominerais, anidrita, dolomita, feldspatos, zeólitas, entre outros. O cimento também é responsável pela diminuição da porosidade da rocha. Dependendo do tipo mineralógico e do ambiente diagenético, os cimentos podem assumir morfologias bastante variadas, como, por exemplo, as formas microcristalina, criptocristalina, em franja, etc., assumidas para o cimento de calcita. O principal aspecto na análise de cimentos é a caracterização do ambiente diagenético ao qual a rocha foi submetida. Para o presente trabalho, a classificação dos tipos de cimentos proposta por Vieira e De Ros (2006) foi utilizada, em virtude, principalmente, do estudo ter sido conduzido em depósitos semelhantes aos aqui analisados. Tal classificação tem por base a morfologia apresentada pelo cimento, e diferencia o mesmo em sete tipos distintos: (1) cutículas criptocristalinas, (2) franjas prismáticas isópacas, (3) espato equante, (4) preenchimento de poros criptocristalino ou micrítico, (5) agregados
pseudo-peloidais, (6) agregados radiais e (7) agregados isolados e desorientados de cristais escalenoédricos.
d. Porosidade
É definida como a porcentagem do total da rocha ocupada pelos espaços vazios e, assim como a matriz, pode ser classificada em dois tipos quanto à gênese: porosidades primária e secundária. O primeiro tipo é designado àquela porosidade gerada no momento da deposição dos sedimentos e, nas rochas siliciclásticas, pode ser subdividida em três principais categorias (SCHMIDT, 1977), sendo elas: interpartícula, intrapartícula e intercristal. A porosidade secundária é aquela gerada após a deposição (ou durante a diagênese) e, dentre outros, podem ser citados os tipos interpartícula, intrapartícula, de fratura, de contração, intracristal, intercristal e agigantada. Para sua identificação são usados alguns critérios básicos, tais como: dissolução de grãos detritais, dissolução de cimentos autigênicos, dissolução de minerais autigênicos, encolhimento e faturamento. Para as fácies carbonáticas, a porosidade foi determinada de acordo com o proposto por Choquette & Pray (1970), o qual é dividida em fábrica seletivo: intepartícula, intrapartícula, intercristalina, móldica, e estrutura de crescimento; e fabrica não seletivo: fratura, canal e vesícula.
3 – Classificação
A classificação da rocha sedimentar é um dos principais objetivos da analise petrógrafica. Existem várias classificações empregadas para dar nomes às rochas sedimentares, que, por sua vez, utilizam diferentes parâmetros e métodos. O objetivo essencial de um esquema de classificação é extrair a informação mais importante da rocha de maneira prática e concisa. Entre as rochas siliciclásticas, o principal parâmetro usado nos métodos de classificação é a composição que, por sua vez, é avaliada quanto ao percentual de cada tipo de constituinte presente. Dentre as várias classificações existentes, as propostas por Pettijohn (1949), Folk (1954), McBride (1963), Dott (1964) e Folk (1968) têm grande destaque, sendo as mais empregadas para esse tipo de rocha. Todas elas se baseiam na quantidade dos constituintes essenciais numa rocha siliciclástica, distribuídos ao longo de um diagrama ternário, exceto a de Dott (1964) que inclui um quarto eixo. Dois desses constituintes são comuns a praticamente todos os esquemas de classificações; são eles quartzo e feldspatos que compõem dois vértices
do diagrama, enquanto que o constituinte do terceiro varia de autor para autor, porém, em geral, é empregada a quantidades de fragmentos de rochas ou argila para compor esse vértice.
Já para rochas carbonáticas são classificadas principalmente em função da composição ou em função das características texturais. Existem diversas classificações de rochas carbonáticas, sendo algumas com critérios mais gerais e outras mais específicos. Para as rochas carbonáticas dentríticas as classificações mais utilizadas são Folk (1959, 1962) e Dunham (1962).
Além da nomenclatura atribuída à rocha através de um esquema de classificação baseado apenas na composição mineral, é bastante comum usar uma descrição simples de parâmetros texturais para incrementar o nome dado, dessa forma pode-se extrair muito mais informação da rocha através de seu nome.
3. REFERENCIAL TEÓRICO
3.1.
Diagênese de rochas sedimentares em ambiente marinho
Diagênese é o conjunto de processos físicos, químicos e biológicos pós deposicionais onde os sedimentos originais e as águas de poros intersticiais em rochas sedimentares reagem até alcançar o equilíbrio textural e geoquímico com o meio ambiente (WORDEN; BURLEY, 2003).
Esses processos ocorrem à medida que o ambiente evolui em termos de temperatura, pressão e química durante o ciclo de deposição, soterramento e elevação da bacia sedimentar. A diagênese normalmente reduz a porosidade e a permeabilidade originais, redistribuindo os espaços porosos e alterando as características capilares. Como tal, a diagênese engloba modificações pós deposicionais que variam desde intemperismo em ambientes subaéreos, oxidação na coluna d’água, compactação e litificação de sedimentos até chegar ao metamorfismo de baixa temperatura (WORDEN; BURLEY, 2003).
Flügel (2010) sistematizou a proposta de Choquette & Pray (1970) que relaciona os processos diagenéticos com a profundidade e condições que eles ocorrem, sendo proposto três estágios principais:
• Eogenético: São os processos diagenéticos iniciais, que ocorrem próximos a superfície, entre a deposição dos sedimentos e o soterramento, onde a química das águas intersticiais é controlada principalmente pelo ambiente deposicional. Neste estágio, os sedimentos são instáveis e a sua porosidade é modificada por dissolução, cimentação e dolomitização.
• Mesogenético: Processos que ocorrem durante o soterramento, longe da influência direta dos processos relacionados à superfície. São caracterizados por modificações lentas de porosidade, sendo algumas vezes intensos devido à compactação ou a processos relacionados. Em outras palavras, a zona mesogenética corresponde ao ambiente diagenético de soterramento profundo.
• Telogenético: O termo refere-se ao estágio em que as rochas mineralogicamente estáveis da zona mesogenética são expostas. Essas exposições podem ocorrer devido à elevação tectônica ou a oscilações no nível do mar, sendo posteriormente afetadas por processos meteóricos superficiais.
Produtos sedimentares formados em condições marinhas raso são submetidos a processos que ocorrem na eodiagênese (como os beachrocks), onde os processos diagenéticos superficiais influenciam diretamente a formação da rocha. Longman (1980) subdividiu o ambiente eogenético de Choquette & Pray (1970) meios (freático marinho, vadoso meteórico, freático meteórico e de mistura meteórico/marinho), propondo uma nova abordagem para ambiente marinho raso com o intuito de estudar os efeitos deste ambiente nas rochas carbonáticas. Esses meios foram separados pois cada um apresenta particularidades com respeito à composição química do fluido, resultando na formação de produtos diagenéticos distintos (Figura 5).
Figura 5 – Principais ambientes diagenéticos descritos por Longman (1980).
• Freático marinho: Meio onde todos os poros estão preenchidos por água do mar, podendo ser dividido entre zona ativa e estagnada. A zona ativa (1) apresenta grande circulação da água do mar entre os poros, principalmente na interface água/sedimentos, resultando em intensa cimentação e preenchimento por calcita altamente magnesiana na forma micrítica e por aragonita na forma fibrosa/acicular. Já a zona estagnada (2), mesmo estando saturada em água do mar a circulação é menor, resultando em formação de produtos diagenéticos incipientes, sendo os principais a micritização do arcabouço e a cimentação intraparticula (Figura 6 A).
(1) Zona Ativa: os cimentos precipitados são, geralmente, de calcita magnesiana e aragonita. O cimento de Mg-calcita ocorre comumente na forma microcristalina micrítica ou criptocristalina (ALEXANDERSSON, 1972), na forma de franjas isópacas ou na forma de cimento pseudo-peletoidal. O cimento de aragonita está tipicamente presente como cristais fibrosos em uma variedade de texturas. Comumente, os cristais formam franjas fibrosas isópacas. Em alguns lugares, podem se formar agulhas de aragonita desorientadas, já em recifes ocorre comumente aragonita botrioidal. Limites poligonais entre franjas, interestratificação entre cimentos e sedimentos, perfurações em cimentos e grande quantidade de cimento ocorrendo na zona de arrebentação de ondas são outros produtos típicos dessa zona.
(2) Zona Estagnante: pode ocorrer cimentação intrapartícula por Mg-calcita ou aragonita nos bioclastos. A micritização por algas, bactérias e fungos é um importante processo nessa zona, embora também ocorra na zona freática marinha ativa.
• Vadoso meteórico: Também conhecido como meio vadoso, está situado acima do nível freático, onde tanto o ar quanto a água doce meteórica podem estar no espaço entre os poros. Neste meio, a água tende a ser aprisionada entre os grãos por capilaridade ou abaixo destes como pêndulos. É dividido entre meio de solução e precipitação. O meio de solução é o topo do meio vadoso, mas pode se estender por vários metros dependendo da profundidade do nível freático; seu principal produto diagenético é a dissolução do CaCO3 causada pelo fluido subsaturado em carbonato de cálcio, formando vazios (vugs)
e moldes. Enquanto o meio de precipitação fica mais próximo do freático, logo abaixo do meio de solução, pode ocorrer precipitação a partir da evaporação ou desgaseificação, onde a água da chuva, anteriormente subsaturada, percola pelo meio de solução se tornando saturada em calcita, formando assim calcita equigranular (equant), cimentos pendulares e menisco (Figura 6 B).
• Freático meteórico: Entre o meio vadoso e o de mistura, é a região em que todo o espaço poroso é preenchido com água meteórica, que apresenta quantidades variáveis de CaCO3. Pode ser dividido entre três: de dissolução, saturado ativo e saturado
estagnado. O primeiro meio possui processos e produtos semelhantes aos descritos no meio vadoso meteórico, ou seja, é uma região de intensa dissolução gerando porosidade vulgular e/ou móldica, em decorrência da subsaturação da água. O meio saturado ativo é caracterizado pela circulação ativa de água doce saturada entre os poros, podendo ocorrer a cimentação de calcita na forma de lâminas (bladed) e equigranular. No meio saturado estagnado, a água supersaturada em CaCO3 praticamente não percola entre os
poros, portanto há pouca cimentação e neomorfismo principalmente de aragonita (Figura 6 C).
• Meio de mistura: Transição entre os meios freático marinho e freático meteórico. Caracterizado pela presença de água salobra, devido a mistura de água doce e marinha (Figura 6) Um dos processos descritos para essa região é a formação de dolomita em condições de salinidade menor e, a depender da salidadade, calcita bladed a micrítica,
neomorfismo de aragonita para calcita, e neomorfismo de calcita rica em magnésio para calcita pobre em magnésio
Figura 6 – Processos e produtos das zonas freática marinha, vadosa meteórica e freática meteórica (Longman, 1980).
3.2.
Precipitação e química dos carbonatos
Os oceanos contêm mais de 70 elementos dissolvidos, dos quais nove são considerados elementos maiores (concentrações acima de 10 μmol.kg-1): sódio (Na), magnésio (Mg), cálcio
(Ca), potássio (K), estrôncio (Sr), cloro (Cl), enxofre (S) (predominantemente como sulfato (SO42-), bromo (Br) e carbono (C) (principalmente como bicarbonato (HCO3-) e carbonato
(CO32-)). Estes elementos constituem mais de 90% do total de sais dissolvidos nos oceanos
A precipitação carbonática a partir da água do mar tem início quando o dióxido de carbono (CO2) atmosférico é dissolvido nos oceanos a partir da bomba de solubilidade, sendo
ela física (causada por turbulências principalmente em águas frias) ou biológica (causada em sua maioria por processos fotossintéticos) (EMERSON; HEDGES, 2008). O CO2 dissolvido,
forma então o ácido carbônico (H2CO3), que se dissocia em íons de bicarbonato (HCO3-) e
carbonato (CO32-) (Reação 1) (GISCHLER, 2007). Essa dissociação é fortemente dependente
do pH, onde águas mais ácidas tendem a diminuir a estabilidade dos carbonatos, favorecendo a dissolução (EMERSON; HEDGES, 2008).
Reação 1: CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3-+ H+ ↔ 2H+ + CO3
2-A alcalinidade da água do mar é definida pela concentração de CO32-, HCO3- e de ácido
bórico (HBO32-), ou seja, pelo domínio da eficácia das bases sobre a eficácia dos ácidos,
consequentemente a alcalinidade dos carbonatos também dependerá da presença de CO32- e
HCO3-. Em condições comuns, o HCO3- será o íon carbonático mais abundante na água do mar,
com concentrações de cerca de 140 mg.L-1, sendo o cálcio o terceiro cátion mais abundante, onde o sódio e magnésio se encontram em primeira e segunda posição respectivamente (MILLIMAN, 1974).
O cálcio pode reagir com íons bicarbonato para formar carbonato de cálcio (Reação 2), como a aragonita (CaCO3), a calcita altamente magnesiana ou a calcita magnesiana (10 – 20
mol% MgCO3), que são importantes precipitados marinhos, sendo que a aragonita e calcita
magnesiana com 12mol% MgCO3 são hemodinamicamente equivalentes. Nesta reação, a
remoção de CO2, através da fotossíntese para produção de matéria orgânica por exemplo,
induziria a precipitação carbonática.
Reação 2: Ca2+ + 2HCO3- ↔ CaCO3 + H2O + CO2
Da mesma forma, a reação reversa da respiração ou decaimento da matéria orgânica (por simplicidade expressa em CH2O) resultará na dissolução do carbonato de cálcio (Reação
Reação 3: CO2 + H2O ↔ CH2O + O2
Variações de temperatura, pH e salinidade resultam em aumento ou diminuição da solubilidade dos carbonatos na água. Aumentos na temperatura, pH e salinidade deslocam o equilíbrio da reação, resultando em precipitação do carbonato de cálcio, enquanto o aumento da pressão resultaria no aumento da solubilidade, levando a sua dissolução. Dessa forma, como consequência do gradiente latitudinal de temperatura, a saturação do carbonato de cálcio na água do mar aumenta em direção ao Equador (GISCHLER, 2007; EMERSON; HEDGES, 2008), o que influencia diretamente a distribuição de beachrocks.
Para ambientes de água doce, a quantidade de íons dissolvidos na água é muito mais baixa se comparada com a água do mar, fazendo com que a diagênese em ambiente meteórico seja mais lenta que em ambiente marinho, favorecendo os processos de dissolução devido a subsaturação em carbonatos (GISCHLER, 2007).
3.3.
Beachrock
Beachrocks são depósitos sedimentares rapidamente cimentados principalmente pela
precipitação de cimentos carbonáticos, tipicamente calcita, calcita pouco magnesiana
(low-magnesium calcite), calcita muito magnesiana (high-(low-magnesium calcite ou rich-mg calcite) e
aragonita, entre outros polimorfos de carbonato de cálcio (TURNER, 2005; VOUSDOUKAS et al. 2007).
A formação e os mecanismos de precipitação dos cimentos que formam os beachrocks ainda são bastante discutidos, contudo, todas as definições convergem para um ponto em comum e, em geral, as definem como sendo, em seu sentido restrito, uma “rocha sedimentar, friável a bem cimentada, formada em zona litorânea (especialmente em região de intermarés) pela cimentação de sedimentos praiais por carbonato de cálcio (calcita magnesiana e/ou aragonita)” (HOPLEY, 1986).
Com relação a sua distribuição, Danjo & Kawasaki (2014) e Vousdoukas et al. (2007), analisando diversos estudos, constataram que as principais regiões de ocorrência dessas rochas são os mares do Caribe e do Mediterrâneo, as costas tropicais a subtropicais do Atlântico, e os
atóis dos oceanos Índico e Pacífico, ou seja, associados a locais com águas mais quentes (Figura 7).
Figura 7 – Distribuição das principais ocorrências de beachroks no mundo. As áreas vermelhas correspondem aos locais com estudos dedicados a essas rochas. Fonte: Vousdoukas et al. (2007).
3.3.1. Características Gerais
No que tange às suas formas, os beachrocks tendem a apresentar corpos rochosos paralelos a costa e com ângulo de mergulho/inclinação (entre 5 a 15°) em sua estratificação interna semelhante à da linha de costa onde foram formados. Dessa maneira, são comumente encontrados em regiões de dinâmica costeira intensa como afloramentos pequenos e descontínuos, devido à exposição a agentes intempéricos (ventos, ondas e marés), e em recifes de centenas de metros, com cerca de 5 a 20 m de largura e 100 a 200 m de comprimento (GISCHLER, 2007; VOUSDOUKAS et al., 2007; MCLEAN, 2011).
Ao longo do seu perfil vertical, os beachrocks apresentam estratos de espessura fina, com poucos decímetros, preservando a estratificação original da praia onde a rocha foi formada e tendendo a ser maior em áreas com maiores flutuações do nível do mar (VOUSDOUKAS et al., 2007).
O tamanho e a natureza dos grãos que compõem o arcabouço dos beachrocks são bastante diversificados, variando de cascalhos a areias, de origem clástica ou biogênica, dependendo, portanto, dos sedimentos depositados no local onde foram formados. Em alguns
casos, são descritos materiais considerados “erráticos”, como fragmentos de artefatos humanos e lixo, refletindo essencialmente a composição sedimentar de onde foi formada no momento da sua cimentação (VOUSDOUKAS et al., 2007; MCLEAN, 2011).
A matriz sedimentar de um beachrock também reflete o ambiente em que foi formado e, em menor escala, o ambiente no qual se encontra exposto (VOUSDOUKAS et al., 2007). O tempo de litificação dos sedimentos praiais que dão origem aos beachrocks é bastante curto se comparado a outras rochas sedimentares. A litificação completa pode ocorrer em meses até poucas dezenas de anos, e sua formação envolve diferentes processos e ambientes sedimentares (VOUSDOUKAS et al., 2007). A rápida litificação favorece a preservação de grande parte das estruturas sedimentares presentes nos beachrocks e, até mesmo, pela preservação dos artefatos e materiais “erráticos”.
3.4.
Rochas Híbridas
3.4.1. Definição
Rochas híbridas são constituidas por componentes extrabaciais (por exemplo, terrigenos) e intrabacias (autóctones a parautóctones) (ZUFFA, 1980; 1985). Como na maioria dos casos a mistura compreende grãos siliciclásticos/litoclásticos como fração extrabacial e grãos carbonato (principalmente bioclástico) como fração intrabacial, a definição mais utilizada para esses materiais híbridos são "sedimentos siliciclásticos e carbonatos mistos" (MOUNT, 1985). A mistura desses dois componentes derivam principalmente da interação de diferentes processos (influxo de fragmentos de rochas para dentro de bacia de sedimentação marinha) e consiste na mistura de grãos litoclásticos e carbonatos, bem como na alternância de lâminas de litoclástico e carbonato e conjuntos de lâminas e/ou conjuntos de estratos (CHIARELLA E LONGHITANO, 2012). Como consequência, a mistura entre os dois componentes heterolíticos pode ocorrer com diferentes proporções e escalas de acordo com diferentes processos deposicionais, mudanças relativas no nível do mar e/ou variações climáticas, fornecendo registros mais sensíveis e padrão complexo de sedimentação do que sistemas siliciclásticos ou carbonatos puros.
Os sistemas híbridos exibirem padrões complexos de sedimentação que dependem de processos sedimentares ativos em sistemas terrestres e/ou carbonatos interagindo nos mesmos ambientes sedimentares (DOLAN, 1989). Consequentemente, o estudo de sistemas mistos
geralmente requer uma abordagem multidisciplinar, mesmo que, muitas vezes sejam as rochas litoclásticas ou carbonáticas abordadas separadamente, com menos atenção ao espectro de sedimentos "mistos", que fica entre os membros finais litoclásticos e carbonatos.
3.4.2. Classificação
O esquema de classificação mais aceito e empregado para a descrição sistemática de rochas sedimentares se concentram em sedimentos siliciclásticos ou carbonatos puros (por exemplo, PETTIJOHN, 1954; FOLK, 1962; DUNHAM, 1962), embora, em 1957, Pettijohn tenha usado pela primeira vez o termo “orto-quartzito calcarenáceo” para arenito constituído por uma proporção igual carbonato detrítico e quartzo. Sucessivamente, várias outras propostas foram apresentadas como Pettijohn (1975), que propos o termo “areia calcarenácea” para definir arenito contendo uma quantidade consideravel de partículas carbonáceas detríticas. Zuffa (1980) introduziu a definição de "arenito híbrido” como sendo uma rocha composta por um componente intrabacial tipicamente representado por fragmentos de organismos esqueléticos de carbonato e frações clásticas extrabaciais derivadas de entrada de rio ou erosão submarina de rochas de substrato anteriores. Finalmente, Chiarella e Longhitano (2012) introduziram a 'relação bioclástica/litoclástica', que permite avaliar quantitativamente as porcentagens de partículas antitéticas em depósitos não consolidados ou consolidados, sugerindo que os sedimentos são considerados mistos se contêm mais de 10% de seus componentes antitéticos.
Segundo Budd e Harris (1990), sucessões mistas exibem dois tipos diferentes de mistura sedimentar: (i) 'variabilidade espacial', quando sedimentos siliciclásticos e carbonatos ocorrem adjacentemente, ocupando ambientes contemporâneos e contíguos lateralmente e (ii) 'variabilidade temporal', quando sedimentos carbonáticos e siliciclásticos alternam-se temporalmente ao longo da mesma sucessão. Contudo, em alguns casos particulares, sucessões mistas podem ser caracterizadas por uma a variabilidade espacial de curto prazo que alterna a variabilidade temporal de longo prazo.
No entando, a proposta Budd e Harris (1990) não contempla a diferente escala de organizacao interna que caracteriza o deposito. Devido a essa limitação, Chiarella at al., (2017) propõem uma caracterização que leve em consideração as diferentes escalas de organização interna. Em particular, com base em seu arranjo deposicional, os depósitos mistos podem ser
classificados como derivado de mistura de composição ou mistura de estratos (Figura 8). A mistura composicional refere-se a depósitos nos quais as duas frações heterolíticas se acumulam contemporaneamente no tempo e o espaço resultante em camadas de milimetros a metros com uma composição carbonática e litoclástico. A mistura de estratos refere-se a depósitos onde as duas frações heterolíticas são organizados em camadas litoclástica e carbonática, podendo ter escala de metro a decâmetro. A mistura composicional e de estratos ocorre em três escalas principais de observacao - camada, litofácies e escala estratigráfica (Figura 8).
Figura 8 – Escala de mistura litoclástica-carbonática. (A) Mistura composicional em escala pontual. Esse tipo de mistura ocorre quando frações litocláticas e carbonáticas são acumuladas contemporaneamente: em espaço e tempo. (B) Mistura de estratos em escala de litofacies. (C) Mistura de estratos em escala estratigráfica. Mistura de estratos ocorre quando duas frações heterolíticas são organizadas em diferentes camadas Chiarella at al., (2017).
