Sedimentogénese e rochas sedimentares. Conceito de rocha sedimentar. Constituem 5% do volume da crosta terrestre, mas cobrem 3/4 da sua superfície

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1 Sedimentogénese e rochas sedimentares Conceito de rocha sedimentar É o conjunto de rochas geradas em condições termodinâmicas próprias do ambiente da superfície terrestre, para as quais concorrem: 1. Materiais arrancados a rochas pré existentes 2. Materiais precipitados 3. Materiais que resultam de restos de animais ou da sua actividade Constituem 5% do volume da crosta terrestre, mas cobrem 3/4 da sua superfície A acumulação é isolada ou em conjunto, dos 3 constituintes fundamentais: Elementos detríticos Elementos quimiogénicos Elementos biogénicos

2 Elementos detríticos Fragmentos de rochas pré-existentes (ígneas, metamórficas ou sedimentares) de diferentes dimensões: Balastro ou cascalho > 2mm Areia, entre 2 e 0,06mm Silte, entre 0,06 e 0,002mm Argila < 0,002mm Elementos quimiogénicos Também chamados minerais de neoformação Resultam da precipitação dos sais dissolvidos numa solução: Calcite, CaCO 3 Dolomite, CaMg(CO 3 ) 2 Hematite, Fe 2 O 3 Halite, NaCl Gesso, CaSO 4 2H 2 O Opala, SiO 2 nh 2 O Elementos biogénicos Resultam da acumulação ou da edificação das partes esqueléticas de organismos vivos, de fragmentos vegetais, etc. Podem ser de natureza siliciosa, carbonatada, fosfatada ou carbonácea. Classificação das rochas sedimentares Rochas detríticas: formadas essencialmente por detritos resultantes de desagregação de outras préexistentes que podem permanecer junto da rocha mãe ou ser transportados e depositados nas zonas mais baixas dos continentes ou no mar. Caracterizam-se por conterem elevado teor em quartzo e argilas. Rochas de precipitação química: formadas essencialmente por minerais precipitados quer por processos de precipitação quer por evaporação. Rochas biogénicas ou organogénicas: formadas essencialmente por restos de animais ou vegetais.

3 Rochas sedimentares de origem detrítica Detritos Litificação Rocha Composição Cascalho (>2mm) Areia (0,06 a 2mm) Silte (0,002 a 0,06mm) Argila (<0,002mm) Desagregada Consolidada Cascalheira Conglomerado ou Brecha Pedaços de rocha ou minerais soltos Detritos líticos arredondados ou angulosos, agregados por cimento de composição variável Desagregada Areias Detritos tipo areia não consolidados Consolidada Arenito Areias agregadas por cimento variável Desagregada Siltes Detritos tipo silte não consolidados Consolidada Desagregada Consolidada Siltito Argilas Argilito Siltes (não distinguíveis): quartzo, feldspato e micas Detritos tipo argilas não consolidados Minerais argilosos ± compactados não visíveis, com frequente pigmentação por óxidos de Fe Argilas: São rochas sedimentares detríticas, de grão muito fino (partículas de granulometria ou dimensão < 0,002mm) constituídas essencialmente por minerais de argila, podendo conter pequenas quantidades de outros minerais: sílica hidratada, matéria orgânica, quartzo, micas, etc. A génese dos minerais de argila dá-se à superfície da Terra, por hidrólise dos silicatos das rochas (feldspatos e micas) Ocupam mais de 50% da superfície da Terra Minerais argilosos Minerais constituintes e característicos das argilas São silicatos hidratados de Al, Mg, Fe, Ca, Na, e K, geralmente cristalinos e estruturalmente apresentam camadas em folhas: Montmorilonite ou esmectite Caulinite Ilite Clorite Vermiculite, etc. Propriedades físicas das argilas São pouco duras, D < 2,5 Quando bafejadas cheiram a barro e quando pulverizadas e misturadas com água tornam-se plásticas Após secagem, tornam-se consistentes e rígidas, e após cozedura a 1000 C adquirem grande dureza São macias ao tacto Argilito: argila que por compacção perdeu água tornando-se coerente

4 Principais tipos de argilas O tipo de argila formada depende essencialmente do clima e da composição da rocha mãe Caulinite: forma-se mais facilmente nos produtos de meteorização das rochas ácidas (granitos, gneisses, etc.) e em climas equatoriais. Ilite: forma-se nas zonas frias e derivam de micas. Montmorilonite: desenvolve-se bem nos produtos de meteorização de rochas básicas e em climas tropicais e mediterrânicos com estações contrastantes e bem marcadas. Características específicas com impacto em geotecnia Dimensão dos cristais (μm) Capacidade de troca catiónica (meq/100g) Superfície específica (m 2 /g) Caulinite Ilite Montmorilonite 0,1 a 5 0,1 a 2 0,01 a Plasticidade Baixa Média Elevada Expansibilidade Baixa Média Elevada Granulometria e superfície específica As argilas são rochas finamente divididas uma vez que os minerais das argilas têm cristais de dimensões < 0,002 mm Possuem elevada superfície específica (a área da superfície externa das partículas constituintes por unidade de massa) Quanto maior for a superfície específica do mineral argiloso maior será a sua plasticidade Plasticidade É a propriedade de se deformar pela aplicação duma força e de manter essa deformação quando a força aplicada é retirada. A água em quantidade adequada forma à volta das partículas argilosas, filmes líquidos com efeito lubrificante que facilitam o deslizamento das partículas, umas sobre as outras, sempre que uma tensão superficial é aplicada. É avaliada por plasticímetros ou pela determinação dos limites de plasticidade e de liquidez

5 Aplicações da argila - Cerâmica: porcelana, telha, tijolo -Papel: 1 tonelada de papel contém 196kg de argila - Cimento portland : calcário e 25% de argila - Agregados leves usados na construção civil - Refractários: tijolos para fornos, muflas, fornalhas -Borracha, plásticos e tintas plásticas -Perfurações: facilitam o arrefecimento da cabeça da broca e o transporte até à boca do furo dos fragmentos de rocha) -Impermeabilizantes: as montmorilonites são utilizadas no revestimento de canais de rega e reservatórios de água Rochas sedimentares de origem não detrítica Origem Rocha Composição Precipitação Mista: precipitação /detrítica Biogénica Calcários Dolomitos Silex, chertes Gesso Sal-gema Margas Calcários conquíferos Calcários recifais Diatomitos Carvões (turfa; lenhite; hulha; antracite) betumes; petróleo e gás natural Calcite (c/ eventual pigmentação por óxidos de Fe) Dolomite Sílica criptocristalina Gesso Halite + impurezas (ex: argilas) 50% Argilas + 50% Calcite Restos de conchas em cimento calcário Calcite fabricada pelos corais Carapaças siliciosas de diatomáceas Matéria orgânica animal e vegetal fóssil Rochas sedimentares de origem química Rochas sedimentares evaporíticas Precipitadas Evaporíticas Precipitadas a partir de soluções saturadas, por processos de evaporação excessiva das águas: Salgema (halite, NaCl) Gesso (CaSO 4 2H 2 O) Anidrite (CaSO 4 ), etc.

6 Salinas ou marinhas: instaladas, actualmente, pelo homem junto ao mar O salgema é pouco denso e muito plástico, o que contribui para que grandes massas de sal ascendam da profundidade, através de zonas de fraqueza, constituindo diapiros ou domos salinos: correspondem a grandes espessuras verticais que nada têm a ver com a espessura das camadas iniciais e que concentram o sal ascendente espremido da sua jazida original Rochas sedimentares de precipitação Precipitadas a partir de soluções saturadas, por processos diferentes da evaporação, ou seja, por aumento da temperatura, perda de CO 2, por agitação das águas, etc. Carbonatadas Siliciosas Ferruginosas, etc. Rochas sedimentares de origem biogénica Carvões fósseis: resultam da incarbonização, ao abrigo do ar, de restos vegetais - os tecidos vegetais transformam-se em carvão por enriquecimento relativo em carbono, resultante da perda de hidrogénio e de oxigénio. Os 4 tipos de carvão representam termos sucessivamente mais ricos em carbono: 1. Turfa 2. Lenhite 3. Hulha 4.Antracite

7 Sedimentogénese 1. Meteorização: fenómenos que levam à destruição das rochas no próprio local onde se encontram 2. Transporte: remoção dos produtos (EROSÃO = meteorização + transporte) 3. Sedimentação: imobilização dos materiais em trânsito, a sua deposição 4. Diagénese: transformação de sedimentos soltos em agregados, é a Litificação da rocha 1. Mecanismos responsáveis pela destruição das rochas Acções mecânicas Ocorrem em regiões muito frias ou áridas Acções mecânicas: levam à desagregação das rochas Acções químicas: levam à produção de novos minerais e de iões dissolvidos a) Termoclastia b) Crioclastia c) Descamação => levam à formação de clastos, detritos ou fragmentos da rocha mãe

8 Termoclastia Crioclastia Produzida pelas diferenças de volume dos diferentes minerais constituintes das rochas, sob acção das diferentes temperaturas (altas durante o dia e baixas durante a noite) Os minerais escuros e claros têm diferentes graus de absorção da luz solar (diferentes coeficientes de dilatação). Aquecem e dilatam e descolam, levando à desintegração das rochas em grãos. Desintegração provocada pelo frio: a água contida nos poros e fissuras das rochas gela, como o gelo ocupa maior volume do que a água que lhe deu origem (9%), exercem-se pressões que levam à fracturação das rochas. Descamação Fracturação em placas ou em superfícies curvas e paralelas devido à descompressãoe consequente expansão das rochas formadas em profundidade, sob elevadas pressões. Acções químicas Ocorrem nas zonas tropicais e temperadas a. Hidrólise b. Oxidação c. Dissolução => levam à formação de compostos químicos e novos minerais (minerais de neoformação)

9 Formação do ácido carbónico Nas nuvens, o dióxido de carbono reage com a água formando o ácido carbónico, tornando a água da chuva ligeiramente ácida: a. Hidrólise Afecta principalmente os feldspatos (K, Na e Ca), convertendo-os em argilas e iões solúveis H 2 O + CO 2 ---> H 2 CO 3 H 2 CO 3 --->H + + HCO 3 - Albite(feldspato sódico) 2NaAlSi 3 O 8 + 2H + +2HCO H 2 O > ----->Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 2Na + +2HCO 3- +4H 4 SiO 4 Caulinite produtos solúveis b. Oxidação Ocorre nos silicatos com ferro (olivinas, piroxenas, anfíbolas) Resulta da combinação do oxigénio atmosférico ou dissolvido na água com os minerais 2Fe 2 SiO 4 + 4H 2 O + O 2 ---> 2Fe 2 O 3 + 2H 4 SiO 4 Olivina hematite sílica solúvel

10 c. Dissolução A água subterrânea ácida ao circular através das fracturas dos calcários e dolomitos dissolve-os formando grutas, galerias, algares, etc., ou seja, carsificação. CaCO 3 + H 2 CO 3 --> Ca ++ +2HCO 3 - Calcite Água Vento Gravidade 2. Transporte Quando o agente de transporte perde a competência, ou seja, a capacidade de exercer aquelas funções, os materiais em trânsito imobilizam-se, depositam, sedimentam. 3. Sedimentação 3. Sedimentação Ambientes de sedimentação: Continental Litoral Marinho Tipo de sedimentação: Soluto => precipita = textura cristalina, coesa, rígida Sólido => deposita = textura detrítica, desagregada Tipo de sedimentação: Soluto => Precipita = textura cristalina, coesa, rígida Sólido => Deposita = textura detrítica, desagregada

11 Estratificação os sedimentos depositam-se sempre, salvo raras excepções, próximo da horizontal formando estratos ou camadas no limite entre duas camadas diferentes existe uma descontinuidade, o plano de estratificação, que constitui uma zona de fraqueza 4. Diagénese ou litificação Conjunto de fenómenos físico-químicos de agregação e endurecimento, sofrido pelos sedimentos, desde a deposição até a transformação em rochas agregadas Ocorre em ambiente termodinâmico entre a sedimentação e o metamorfismo (P e T mais altas do que as da superfície da Terra) Processos diagenéticos Compacção: redução do volume do sedimento e da sua porosidade por compressão dos materiais suprajacentes Cimentação: preenchimento dos vazios entre os detritos por substâncias que vão dar coerência à rocha cimento Agentes de Meteorização Água líquida: Chuva; Cursos de água; Águas subterrâneas; Oceanos Água sólida Vento Mudanças de Temperatura Ocupação vegetal e animal

12 Chuva Cursos de água: rios e ribeiras A água da chuva é portadora de energia, o impacto produz erosão principalmente nas rochas menos duras Curvas de Hjulstrom: Influência da velocidade da corrente e da dimensão das partículas na capacidade de erosão, transporte e sedimentação Para o mesmo calibre de material, o aumento da velocidade da corrente aumenta a competência do rio; Para a mesma velocidade da corrente, quanto menor o diâmetro maior a capacidade de transporte do rio. Selecção granulométrica: diminuição do diâmetro dos sedimentos desde a cabeceira até à foz, devido à diminuição da velocidade da água.

13 Águas subterrâneas Oceanos Água sólida - glaciares Vento Não tanto o vento directamente, mas fundamentalmente a carga sólida que transporta, que actua como abrasivo (corrasão = erosão eólica)

14 Mudanças de Temperatura Ocupação vegetal e animal Termoclastia Crioclastia Pedogénese: formação de solos Origem do solo: é o resultado final do processo de meteorização (mecânica e química) de uma rocha. Forma-se a uma taxa de 0,3 a 1,5mm/ano e considera-se, à escala humana, um recurso não renovável. Constituição: matéria sólida, de origem mineral de várias dimensões (desde 0,002 até 200mm), matéria orgânica, ar e água. Conceito de Solo Do ponto de vista pedológico: é a parte sólida externa da crosta terrestre que sofre meteorização física e química causada pelos agentes atmosféricos e pelos seres vivos e que serve de suporte à vegetação. Do ponto de vista geotécnico: é todo o material da crosta terrestre que não oferece resistência à escavação mecânica e que se desagrega na presença de água. As formações geológicas do tipo solo podem ser bastante problemáticas, não só no que respeita à sua fracção argilosa, potencialmente instabilizadora, mas também devido à dinâmica própria destas formações na presença de água.