Serra da Freita. Fenómenos supergénicos Meteorização

Fenómenos supergénicos Fenómenos supergénicos

Meteorização Meteorização

Serra da Freita

Geodinâmica Externa ou Supergénese

trata de fenómenos ocorrentes na parte externa do ciclo geoquímico da Litosfera, afectados sobretudo pela energia do Sol.

Morfogénese Sedimentogénese

Alteração das rochas - Meteorização

Erosão Transporte Sedimentação Formação de modelados

Pedogénese

Diagénese

Formação de solos

Formação de rochas sedimentares coerentes

Biogénese

Desenvolvimento da vida

Formação de Rochas sedimentares

Sedimentogénese

Vamos analisar os diversos processos envolvidos !

METEORIZAÇÃO

Rochas magmáticas

Rochas Sedimentares

SiO₂ 59,1 58,0

Al₂O₃ 15,3 13,4

Fe₂O₃ 3,1 3,5

FeO 3,8 2,1

MgO 3,5 2,6

CaO 5,1 5,9

Na₂O 3,8 1,1

K₂O 3,1 2,8

TiO₂ 1,1 0,6

H₂O 1,2 3,2

SO₂ - 0,5

CO₂ - 1,7

Uma tabela para reflectir!

Oxidação

Hidratação

Acções

Bioquimiogénicas Solubilidade

Composições químicas médias

Será que os minerais têm um comportamento idêntico face à

meteorização?

SUSCEPTIBILIDADE À ALTERAÇÃO

Rochas diferentes, submetidas aos mesmos ambientes

climáticos, reagem de forma diferenciada

FACTORES QUE AFECTAM A SUSCEPTIBILIDADE DOS MINERAIS À ALTERAÇÃO

Tipo de ligações estruturais

Covalente – elevada estabilidade

Iónica – maior vulnerabilidade face a vários fenómenos

Potencial de ionização

Os catiões mono e bivalentes (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺,Fe²⁺) são mais solúveis

Oxidação espontânea do Ferro ferroso (Fe

)

Os minerais ferromagnesianos são mais afectados

Potencial iónico (Z/r)

Controla o comportamento na água (ver Quadro seguinte)

Energia de formação

Maior energia de formação => Maior a estabilidade do mineral

Quando beberem uma de água mineral

reparem na composição química do rótulo!

Influência do Potencial Iónico no comportamento dos iões na água

FACTORES QUE AFECTAM A SUSCEPTIBILIDADE DOS MINERAIS À ALTERAÇÃO

Comportamento da sílica e da alumina na água

Controlado pelo pH e pela temperatura

Comportamento dos silicatos na hidrólise

As unidades estruturais são destruídas diferenciadamente

Os tetraedros SiO4 Os tetraedros SiO4

são os grupos mais resistentes são os grupos mais resistentes

Séries de Goldich

Goldich (1938).

Ordenação dos minerais das rochas ígneas de acordo com a sua maior ou menor resistência à meteorização

SÉRIES DE GOLDICH

olivina plagioclase (Ca,Na)

augite

horneblenda

plagioclase (Na,Ca) biotite plagioclase (Na)

feldspato potássico moscovite

quartzo

+ resistentes à alteração →

Séries idênticas à de Bowen mas

com sentido completamente distinto PORQUÊ?

Rochas Ígneas

Mineralogia

Rochas Sedimentares

Rochas Ígneas

(minerais primários)

Resistatos

Hidrolisatos Oxidatos Precipitatos

Evaporatos

Rochas Sedimentares

(resistatos + minerais de neoformação)

Sedimentogénese Diagénese

Meteorização ou Alteração das

rochas Erosão e

Transporte de sedimentos Sedimentação

Compactação e Desidratação

Cimentação Recristalização

Rochas móveis Rochas consolidadas

Sedimentos ou detritos

Sedimentos detríticos ou clastos

Dimensões muito variadas, desde partículas muito pequenas até grandes blocos rochosos, resultam da alteração de rochas preexistentes

Sedimentos de origem química

Resultam da precipitação de substâncias dissolvidas na água

Sedimentos biogénicos

Compostos por restos de seres vivos como os esqueletos ou conchas de animais, ou fragmentos de plantas

Meteorização ou Alteração de rochas

Fenómeno determinante para a formação de sedimentos Conjunto de processos que levam à alteração química e/ou física das características iniciais das rochas, levando à sua destruição

Agentes de meteorização

Água, Vento, as Mudanças de Temperatura e a Acção dos Seres Vivos

Agentes de meteorização física - fragmentação

Agentes de meteorização química - alteração química

Agentes de meteorização bioquímica – alteração bioquímica

Tudo na dependência do Clima

Controlo morfoclimático da alteração

A precipitação e a

temperatura condicionam bastante a alteração

bioquímica

Solo gelado ártico

Controlo morfoclimático da alteração

4- regiões intertropicais húmidas 5- regiões tropicais sub-húmidas

6- regiões tropicais secas e temperadas 1- regiões polares

2- regiões desérticas 3- Zonas frias

Meteorização física ou mecânica

Meteorização física ou mecânica

Conduz à FRAGMENTAÇÃO DAS ROCHAS EM PEDAÇOS cada vez mais pequenos, sem que ocorra alteração mineralógica das rochas

Predomina em zonas do globo geladas e desérticas (água frequentemente congelada)

Acção da água e do vento

As acções do gelo e do calor

Acção dos seres vivos Processos Processos Crescimento de minerais (sais)

Descompressão superficial das rochas

Acção da água e do vento

Acção da água e do vento

A água é o factor de alteração das rochas mais importante

Alternância de períodos de seca com períodos de forte humidade originam aumentos de volume ou retracções nos materiais rochosos - tensões que levam à fracturação e consequente desagregação do material rochoso

Acção mecânica provocada pelo embate das gotas da chuva sobre as rochas, também é causadora de meteorização

As águas correntes podem, também, transportar detritos que ao colidirem com as rochas aceleram a sua fragmentação

A força exercida pelo vento, bem como as partículas que

transporta, aceleram o desgaste e a fragmentação das rochas.

Acção do gelo, gelivação ou crioclastia

Acção do gelo, gelivação ou crioclastia

Quando a temperatura diminui, a água que penetra nos interstícios e poros existentes nas rochas pode congelar

Quando passa ao estado sólido, a água aumenta de volume e expande-se, provocando um aumento de pressão

O aumento de pressão provoca o alargamento das

fissuras já existentes ou a formação de novas fissuras,

contribuindo para uma maior fragmentação das rochas

Acção do calor ou termoclastia

Acção do calor ou termoclastia

As variações de temperatura conduzem a variações do volume das rochas

Os minerais (diferentes coeficientes de dilatação), manifestam comportamentos diversos quando são sujeitos a determinadas condições de temperatura

Nos desertos, onde a oscilação térmica diária é muito elevada, as variações muito bruscas de temperatura implicam variações do volume das rochas

O aumento da temperatura provoca a dilatação do material

rochoso, o seu arrefecimento provoca a contracção, a

alternância destes dois fenómenos causa grande fracturação

nas rochas e consequentemente desagregação de fragmentos

Actividade biológica

Acções biofísicas …e bioquímicas!

Actividade biológica

Variadíssimas acções dos seres vivos provocam a desagregação e fragmentação das rochas

Sementes que germinam em fendas das rochas, originam plantas com raízes que ao crescerem, vão abrir cada vez mais as fendas das rochas, contribuindo para a separação dos blocos

O balançear das árvores provoca um alargamento das fendas Escavação animal de tocas e galerias favorecendo a desagregação das rochas

O peso e o pisoteio dos animais sobre as rochas (animais de

grande porte ou em grandes grupos) contribuem para a

fragmentação das rochas

Crescimento de sais ou haloclastia

Crescimento de sais ou haloclastia

Em certas zonas, a água existente nos poros das rochas pode conter sais dissolvidos que podem precipitar

Quando ocorre precipitação, os minerais iniciam o seu crescimento, num espaço pequeno, e exercem forças expansivas que contribuem para a desagregação das rochas

Este fenómeno é frequente nas zonas costeiras

aquando da formação dos cristais de halite

Descompressão

Descompressão

As rochas formadas em profundidade são aliviadas da carga suprajacente quando afloram à superfície - descompressão

As partes expostas das rochas expandem-se, enquanto que as partes profundas continuam sob pressão

A expansão gera fracturas - diaclases - paralelas à superfície que favorecem a desagregação dos maciços rochosos

O alívio de pressão pode provocar o aparecimento de camadas

concêntricas de capas, como acontece na disjunção esferoidal,

ou a formação de colunas espaçadas por fendas, como se verifica

na disjunção colunar do basalto. Em ambos os casos, as rochas

ficam mais vulneráveis à acção dos agentes de meteorização.

Diaclasamento em rocha calcária

Trabalho de Campo

Meteorização química

Meteorização química

Conduz à alteração da composição química e mineralógica das rochas

Os minerais são destruídos e transformados em novos produtos químicos ou formam estruturas mais estáveis nas novas condições

Minerais de precipitação química - calcite e a halite;

Silicatos (ex. feldspato) transformam-se em minerais argilosos A acção é tanto maior quanto maior for o estado de desagregação física das rochas

É mais frequente em regiões quentes e húmidas. A temperatura

afecta bastante a velocidade e a dinâmica das reacções químicas,

bem como a água e o ar atmosférico

Meteorização química

Principais reacções envolvidas

Dissolução

Hidratação/Desidratação Hidrólise

Oxidação/Redução

Dissolução

Reacção dos minerais com a água ou com um ácido. Ocorre quebra de ligações químicas entre os diferentes iões e os iões livres ficam dissolvidos na solução.

A halite é um mineral muito solúvel, quando está em contacto com a água dissolve-se originando água salgada, com iões de cloro e de sódio dissolvidos. A reacção é:

NaCI + H

O → Na

+ CI

A calcite presente nas rochas calcárias reage facilmente com água acidificada, devido ao dióxido de carbono atmosférico, formando produtos solúveis. Esta reacção de alteração e destruição química dos calcários designa-se carbonatação e traduz-se pela seguinte reacção:

CaCO

+ H

CO

→ Ca

+ 2(HCO3

)

Carbonato de cálcio ácido carbónico ião cálcio ião hidrogenocarbonato

Hidratação/Desidratação

Processo de meteorização que envolve a combinação química de minerais com a água (hidratação) ou a sua remoção (desidratação) Quando se verifica hidratação ocorre, também, um aumento de volume que facilita a desintegração das rochas por acção da hidrólise

Fe

O

+ 3H

O → 2Fe(OH)

hidratação da hematite leva à formação de limonite

CaSO

. ^2H

^O → CaSO

+ 2H

O

desidratação do gesso para formar anidrite

Hidrólise

Corresponde à substituição dos catiões da estrutura de um mineral pelos iões de hidrogénio

Os iões H

e OH

podem resultar da dissociação da água ou de um ácido

Esta reacção de substituição iónica forma novos e diferentes minerais ou pode levar à total desintegração do mineral original

A olivina e a piroxena são totalmente desintegradas Olivina

Mg

SiO

+ 4H

→ 2Mg

+ H

SiO

Piroxena

CaMgSi

O

+ 4H

+2H

O → Ca

+ Mg

+ 2H

SiO

Hidrólise

Os minerais como os feldspatos, decompõem-se parcialmente, produzindo sílica dissolvida e minerais de argila, neste caso, a caulinite. Esta reacção denomina-se caulinização

2KAlSi

O

+ H

CO

+ H

O → K

CO

+ Al

Si

O

(OH)

+ 4SiO

(feldspato) ( caulinite)

ZONAS DE HIDRÓLISE EM FUNÇÃO DO CLIMA

Alitização ou de bauxitização e de ferralitização

A sílica e as bases são removidas, concentra-se a alumina e os óxidos de ferro – bauxitos - Regiões Tropicais Húmidas

Monosialitização ou da caulinização e lateritização

As bases são removidas e parte da sílica também – forma-se caulinite – Regiões Tropicais Sub-húmidas

Bissialitização e, em parte, de arenização

Fraca remoção da sílica e retenção parcial dos catiões básicos (Na, K, Ca) – ilite, clorite, esmectites – Regiões Temperadas, Estépicas e Sub-áridas

Controlo morfoclimático da alteração

Rocha sã

“bed rock”

Rególito

Oxidação/Redução

As reacções de oxidação/redução estão ligadas entre si, não ocorrendo uma sem que ocorra a outra.

São reacções que se devem acção do oxigénio

A oxidação é o processo pelo qual um átomo ou ião perde electrões. A redução é o processo que leva ao ganho de electrões

Transformação do ferro em ferrugem é o resultado deste tipo de reacções

O Fe²⁺ é transformado em Fe³⁺

4Fe0 + O

→ 2Fe

O

Outros exemplos de reacções de oxidação/redução são a transformação da pirite em hematite e da piroxena em limonite.

4FeS

+ 3 O

→ 2Fe

O

+ 8S

(pirite) (hematite)

Meteorização bioquímica

Meteorização bioquímica

Os seres vivos intervêm no processo de decomposição dos minerais, levando à sua alteração química. Através do metabolismo produzem fluidos e ácidos que, quando contactam com as rochas e com os minerais, provocam a sua alteração química. A acção química do guano dos pombos é particularmente agressiva nas rochas calcárias.

Por exemplo, os líquenes elaboram substâncias que

atacam as rochas facilitando a sua desagregação; alguns

animais, como certos bivalves, produzem substâncias

corrosivas que utilizam para abrir fendas nas rochas

Poluição antrópica

Muitas das reacções químicas referidas anteriormente sobre as rochas, ou sobre os materiais artificiais, são enormemente potenciadas pelas acções antrópicas, traduzidas pela libertação de diversos tipos de produtos (gasosos, fluidos ou sólidos), altamente agressivos e poluentes, no ambiente natural.

Veja-se o impacto do enorme derrame de

petróleo a partir de uma plataforma petrolífera

afundada no mês de Abril de 2010, atingindo a

costa do EUA.