Serra da Freita. Fenómenos supergénicos Meteorização

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1 Serra da Freita Fenómenos supergénicos Meteorização

2 Geodinâmica Externa ou Supergénese trata de fenómenos ocorrentes na parte externa do ciclo geoquímico da Litosfera, afectados sobretudo pela energia do Sol. Sedimentogénese Alteração das rochas - Meteorização Erosão Transporte Sedimentação Morfogénese Formação de modelados Pedogénese Formação de solos Diagénese Biogénese Desenvolvimento da vida Formação de rochas sedimentares coerentes

3 Formação de Rochas sedimentares Sedimentogénese Vamos analisar os diversos processos envolvidos!

4 METEORIZAÇÃO

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6 Rochas Rochas magmáticas Sedimentares SiO 2 59,1 58,0 Uma tabela para reflectir! Al 2 O 3 15,3 13,4 Fe 2 O 3 3,1 3,5 FeO 3,8 2,1 MgO 3,5 2,6 CaO 5,1 5,9 Na 2 O 3,8 1,1 K 2 O 3,1 2,8 TiO 2 1,1 0,6 H 2 O 1,2 3,2 Oxidação Hidratação Acções Bioquimiogénicas SO 2-0,5 CO 2-1,7 Solubilidade Composições químicas médias

7 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

8 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 +, Ca 2+, Mg 2+,Fe 2+ ) são mais solúveis Oxidação espontânea do Ferro ferroso (Fe 2+ ) 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

9 Influência do Potencial Iónico no comportamento dos iões na água Quando beberem uma de água mineral reparem na composição química do rótulo!

10 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 são os grupos mais resistentes Séries de Goldich

11 Goldich (1938). Ordenação dos minerais das rochas ígneas de acordo com a sua maior ou menor resistência à meteorização + resistentes à alteração olivina SÉRIES DE GOLDICH augite (piroxena) plagioclase (Ca,Na) horneblenda (anfíbola) plagioclase (Na,Ca) biotite plagioclase (Na) feldspato potássico moscovite quartzo Séries idênticas à de Bowen mas com sentido completamente distinto PORQUÊ?

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13 Rochas Ígneas (minerais primários) Rochas Ígneas Mineralogia Rochas Sedimentares Resistatos Hidrolisatos Oxidatos Precipitatos Evaporatos Rochas Sedimentares (resistatos + minerais de neoformação)

14 Sedimentogénese Diagénese Meteorização ou Alteração das rochas Erosão e Transporte de sedimentos Compactação e Desidratação Cimentação Recristalização Sedimentação Rochas móveis Rochas consolidadas

15 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

16 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

17 Controlo morfoclimático da alteração A precipitação e a temperatura condicionam bastante a alteração bioquímica Solo gelado ártico

18 Controlo morfoclimático da alteração 1- regiões polares 2- regiões desérticas 3- Zonas frias 4- regiões intertropicais húmidas 5- regiões tropicais sub-húmidas 6- regiões tropicais secas e temperadas

19 Meteorização física ou mecânica

20 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 Crescimento de minerais (sais) Descompressão superficial das rochas Processos

21 Acção da água e do vento

22 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.

23 Acção do gelo, gelivação ou crioclastia

24 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

25 Acção do calor ou termoclastia

26 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

27 Actividade biológica Acções biofísicas e bioquímicas!

28 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

29 Crescimento de sais ou haloclastia

30 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

31 Descompressão

32 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.

33 Diaclasamento em rocha calcária Trabalho de Campo

34 Meteorização química

35 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

36 Principais reacções envolvidas Meteorização química Dissolução Hidratação/Desidratação Hidrólise Oxidação/Redução

37 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 2 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 3 + H 2 CO 3 Ca (HCO3 - ) Carbonato de cálcio ácido carbónico ião cálcio ião hidrogenocarbonato

38 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 2 O 3 + 3H 2 O 2Fe(OH) 3 hidratação da hematite leva à formação de limonite CaSO 4. 2H 2 O CaSO 4 + 2H 2 O desidratação do gesso para formar anidrite

39 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 2 SiO 4 + 4H + 2Mg 2+ + H 4 SiO 4 Piroxena CaMgSi 2 O 6 + 4H + +2H 2 O Ca 2+ + Mg H 4 SiO 4

40 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 3 O 8 + H 2 CO 3 + H 2 O K 2 CO 3 + Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4SiO 2 (feldspato) ( caulinite)

41 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

42 Controlo morfoclimático da alteração Rególito Rocha sã bed rock

43 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 Fe 2+ é transformado em Fe 3+ 4Fe0 + O 2 2Fe 2 O 3 Outros exemplos de reacções de oxidação/redução são a transformação da pirite em hematite e da piroxena em limonite. 4FeS O 2 2Fe 2 O 3 + 8S (pirite) (hematite)

44 Meteorização bioquímica

45 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

46 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.