FORMAÇÃO DO SOLO -PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO-

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1 Frmaçã d Sl - Meterizaçã FORMAÇÃO DO SOLO -PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO- Elsa Sampai ems@uevra.pt Departament de Geciências Universidade de Évra 2011

2 Frmaçã d Sl - Meterizaçã ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO 1.1 FORMAÇÃO DO SOLO 2. PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO 2.1 METEORIZAÇÃO FÍSICA Mecanisms de Meterizaçã Física Encunhament de gel Criclastia Exfliaçã Meterizaçã esferidal Halclastia Humedeciment e secagem sucessivs 2.2 METEORIZAÇÃO QUÍMICA MECANISMOS DE METEORIZAÇÃO QUÍMICA Hidrataçã Dissluçã e Slubilizaçã Oxidaçã Hidrólise 3. CONCLUSÃO 4. SITES COM INTERESSE 5. BIBLIOGRAFIA

3 Frmaçã d Sl - Meterizaçã 1. INTRODUÇÃO 1.1 FORMAÇÃO DO SOLO Quand se prcura entender as razões das diferenças e da diversidade ds sls é indispensável analisar quais sã s factres que influem na sua frmaçã e evluçã. Uma definiçã de sl que pnha a ênfase ns seus factres de frmaçã permite-ns cnsiderá-l cm material mineral u rgânic, nã cnslidad, existente à superfície da terra, que esteve sujeit e evidencia efeit da acçã d clima (cl) e de macr e micrrganisms (), que actuaram sbre material riginári d sl (p), de frma cndicinada pel relev (r), a lng de um dad períd de temp (t) (SSSA, 1997). Assim, cada prpriedade d sl (s) pde ser expressa em terms cnceptuais cm uma funçã ds referids factres de frmaçã d sl (Jenny, 1941): s = f (cl,, r, p, t,...) Segund Jenny (1941) as reticências significam utrs factres que pntualmente pdem também ser relevantes. Nmeadamente, em muits sls sujeits a intervenções humanas significativas, hmem passa a ser utr factr de frmaçã d sl a cnsiderar. A evluçã pde acntecer sem existir a camada R (rcha cnslidada e dura), terminand perfil na camada C (material riginári d sl). Ist pde suceder, pr exempl, se sl se frmar sbre um material de rigem sedimentar e a camada R estiver apenas a uma prfundidade tal que nã influi na frmaçã d sl. Atendend à situaçã tpgráfica pde suceder que sl vá sfrend ersã e, prtant que se verifique alguma diminuiçã da espessura relativamente a nível riginal. N entant cas perfil se situe numa zna de vale, já será admissível que, pel cntrári, crradepsiçã de material aumentar a espessura e até, fazend subir a superfície d sl. Ist significa que para entender a frmaçã d sl é indispensável cnsiderar nã só s fenómens que crrem n própri perfil mas que, de um md geral, sl é resultad de um balanç entre prcesss de frmaçã e prcesss de degradaçã, cm é cas da ersã, entre muits utrs. Aliás, já Bul, et al. (1997), esquematizavam esta questã cm segue.

4 Frmaçã d Sl - Meterizaçã FF nnt t ee: : BBuul ll,,, eet t aal ll (( )) A DIINÂMIICA DA METEORIIZAÇÃO DEPENDE DO CLIMA A DIINÂMIICA DA FORMAÇÃO DO SOLO DEPENDE DO MUNDO ORGÂNICO

5 Frmaçã d Sl - Meterizaçã TROCAS DE ENERGIIA ENTRE O SOLO E O AMBIIENTE FF nnt t ee: : BBuul ll,,, eet t aal ll (( ))

6 Frmaçã d Sl - Meterizaçã TROCAS DE ENERGIIA E MATÉRIIA ENTRE O SOLO E O AMBIIENTE FF nnt t ee: : BBuul ll,,, eet t aal ll (( ))

7 Frmaçã d Sl - Meterizaçã Assim send, uma das primeiras questões a cmpreender na frmaçã ds sls é a materizaçã das rchas, pis muit da frmaçã ds sls cmeça nesses prcesss. 2. PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO À medida que se aprximam da superfície d planeta, as rchas vã prcurand adaptar-se às cndições existentes à superfície, nde as pressões baixas, as temperaturas baixas e variáveis e a abundância de água, cntrastam de um md geralmente bastante drástic cm as cndições que presidiram à génese dessas mesmas rchas. A meterizaçã é, entã, prcess pel qual as rchas se fragmentam e adaptam à superfície da Terra, de frma a prcurarem um equilíbri estável à superfície. Cm prduts resultantes da meterizaçã tem-se: sls; minerais argilss e substâncias químicas disslvidas e em suspensã transprtadas pels ris até a cean. Há dis tips fundamentais de meterizaçã: a física e a química. Na meterizaçã física s prduts resultantes deste prcess apresentam a mesma cmpsiçã química da rcha riginal, crrend apenas uma acçã mecânica, que leva à facturaçã das rchas em fragments mais pequens, tal cm se bserva na figura.1. Figura.1- Esquema representativ da meterizaçã física

8 Frmaçã d Sl - Meterizaçã Na meterizaçã química, s prduts resultantes deste prcess apresentam uma cmpsiçã química diferente da das rchas riginais, que é devid a terem crrid reacções químicas entre a rcha e s elements da atmsfera, tal cm pde ser bservad na figura.2. Figura.2 Esquema representativ da meterizaçã química Meterizaçã, ersã e cicl gelógic A meterizaçã e a ersã sã prcesss que fazem parte d cicl gelógic, na sua parte superficial Gedinâmica externa e que sã respnsáveis pr dar frma à superfície da Terra e alterar s materiais chss, transfrmand rchas ígneas, sedimentares e metamórficas em sediments u frmand sls. Factres que cntrlam a meterizaçã A alteraçã u grau de alterabilidade de uma rcha é funçã de: a) Factres intrínsecs - prpriedades da rcha b) Factres extrínsecs mei nde se prcessa a alteraçã: clima; presença

9 Frmaçã d Sl - Meterizaçã u ausência de sl; períd de temp em que as rchas estã expstas as agentes da meterizaçã a - Factres intrínsecs (capacidade) - Prpriedades da rcha mãe A natureza da rcha-mãe afecta a meterizaçã prque: s diverss minerais têm diferentes susceptibilidades à alteraçã, a estrutura da rcha afecta a sua susceptibilidade à partiçã e fragmentaçã Os factres intrínsecs que cndicinam a estabilidade ds minerais as agentes de meterizaçã sã: Os arranjs estruturais A natureza e intensidade das ligações na estrutura (entre s diverss iões e entre as unidades estruturais) ligações iónicas u ligações cvalentes (figura.3) A presença de determinads iões na estrutura Figura.3 Cnsiderand a estabilidade ds silicats uma das mais imprtantes n estud ds sls e de acrd cm as figuras. 4 e 5: 1. A estabilidade é afectada pela intensidade e tip de ligações existentes na estrutura 2. A estabilidade aumenta quand aumenta grau de cndensaçã (plimerizaçã) da estrutura 3. Dentr de um determinad grup estrutural a estabilidade diminui cm

10 Frmaçã d Sl - Meterizaçã aument das substituições ismórficas de silíci pr alumíni 4. A estabilidade diminui cm aument d númer de catiões metálics 5. A estabilidade é afectada: Pel vlume cupad pr xigénis que rdeiam catiã Pela dimensã das partículas Pela existência, na estrutura, de psições nã cupadas Séries de Gldich (1938) Cm base ns aspects estruturais e químics ds minerais, Gldich enunciu 2 sequências paralelas, rdenadas pr rdem decrescente de vulnerabilidade à alteraçã, cnvergentes ns terms mais resistentes Olivina Plagiclase Ca -estável Pirxena Anfíbla Plagiclase Na Bitite Muscvite Feldspat K Argila Quartz Óxids de Al Óxids de Fe +estável Figura.4 Sequência de vulnerabilidade à alteraçã, segund Gldich (1938) De acrd cm uma análise cnjunta das Séries de Gldich e de Bwen. Os minerais gerads ns primeirs estádis da evluçã magmática sã s que se encntram em desequilíbri mais prófund cm as cndições existentes na zna exógena da Terra mais fácil e prntamente se decmpõem em relaçã àquelas cndições. Figura.5

11 Frmaçã d Sl - Meterizaçã B - Factres extrínsecs Estes sã da respnsabilidade d mei nde se prcessa a meterizaçã. Assim, pdem descrever-se s seguintes: B1 Presença de água n estad líquid (figura.6) A reactividade química da água desencadeia e acelera as reacções químicas; Uma grande mbilidade apresentada pr qualquer element radical que se encntre na água gera meterizaçã A cbertura vegetal é cndicinada pela quantidade de água n estad líquid Figura.6 Presença de água n estad líquid B2 - Características da circulaçã e renvaçã da água Quant mair a circulaçã e renvaçã da água n sei da rcha, mais rápida e prfunda é a meterizaçã B3 Cndições químicas d mei: ph, Eh, cncentraçã das sluções, dissciaçã iónica A natureza ds regentes presentes nas sluções que atacam s minerais, vã cndicinar a sua alteraçã B4- Intervençã de rganisms animais e vegetais B5- Influência da tpgrafia A tpgrafia tem efeits sbre: A intensidade da meterizaçã química A natureza ds prduts meterizads na medida em que cntrla: A taxa de escrrência superficial e percentagem de humidade na rcha

12 Frmaçã d Sl - Meterizaçã a taxa de drenagem sub-superficial e a taxa de lixiviaçã ds cnstituintes slúveis a taxa de ersã ds prduts meterizads e a taxa de expsiçã da superfície ds minerais. A tpgrafia Influência a intensidade da meterizaçã através da: ba infiltraçã e ba drenagem que favrecem a meterizaçã química infiltraçã e má drenagem que desfavrecem a meterizaçã química má infiltraçã e má drenagem que desfavrecem a meterizaçã química e favrecem a ersã B6 Influência da precipitaçã e temperatura A meterizaçã está frtemente relacinada cm CLIMA (diferentes cndições de temperatura e precipitaçã) a. Precipitaçã (figura.7) A água é mais imprtante reagente em tdas as frmas de precipitaçã existem valres mínims de precipitaçã abaix ds quais nenhuma frma de meterizaçã crre. Figura.7 Precipitaçã em épca quente O aument da precipitaçã favrece : Aument da circulaçã e renvaçã da água n sei da rcha alterada Aument da lixiviaçã de catiões: Frte lixiviaçã de catiões alcalins e alcalin-terrss. As fracções mais grsseiras (silte, areia) cntêm mais quartz lixiviaçã de minerais mens estáveis Aument da velcidade e intensidade da meterizaçã b. Temperatura A variaçã anual de temperatura, influencia directamente a meterizaçã

13 Frmaçã d Sl - Meterizaçã mecânica O aument de temperatura, aumenta da taxa de reacções químicas e de actividade bilógica (O aument de 10ºC duplica/triplica as taxas de reacçã química) (diminuiçã da slubilidade de O 2 e CO 2 na água cm aument da temperatura) 2.1 METEORIZAÇÃO FÍSICA De acrd cm que já se referiu anterirmente, as acções físicas sã prepnderantes. O material sfre ruptura devid à actuaçã de agentes de meterizaçã mecânica de diversas rigens. Os mecanisms mais imprtantes sã: Fissuraçã e Desagregaçã A fragmentaçã de um blc rchs é acmpanhada pr um aument significativ de superfície expsta à acçã ds agentes meteórics. Pdem, prtant, actuar em td glb embra cm actuações mais reduzidas d que a actividade química. Iniciam, pr vezes, a meterizaçã de uma dada rcha pis prmvem a fragmentaçã, a qual abre canais que deixam penetrar a água e ar (agentes de meterizaçã química), facilitand a reacçã cm s minerais. Algumas frças sã riginadas n interir das rchas (intensidade); utras sã aplicadas externamente (capacidade). É muit imprtante ter a cnsciência sempre presente de que, material perde a cerência sem mdificaçã das cmpsições química e mineralógica iniciais Mecanisms de Meterizaçã Física Encunhament de gel Criclastia Efeits térmics termclastia ( inslaçã ) Exfliaçã Meterizaçã esferidal Halclastia Humedeciment e secagem sucessivs

14 Frmaçã d Sl - Meterizaçã Encunhament de gel Criclastia (expansã vlumétrica da água quand cngela em espaçs cnfinads) Figura.9 A água cntida ns prs e nas fracturas das rchas, quand gela vai sfrer cerca de 9% de expansã, que cnduz a pressões que chegam a atingir s 110 Kg/cm 2. Este prcess de expansã alarga as descntinuidades iniciais (prs, fissuras das rchas) e cria utras, permitind a penetraçã de mais água, que pr sua vez vai gelar. É bastante imprtante em rchas permeáveis em regiões frias de alta mntanha acima da zna cm vegetaçã, nde nrmalmente existem mudanças bruscas de temperatura em trn d pnt de cngelaçã Figura.9 - Criclastia Efeits térmics termclastia ( inslaçã ) Figura.10 A alternância de auments e diminuições de temperatura durante um cicl diurn pdem levar, respectivamente à cntracçã e expansã das rchas, cnduzind à sua ruptura. As mdificações de temperatura verificam-se em váris aspects: Existência de gradientes de temperatura entre a superfície e interir da rcha. Diferentes ceficientes de expansã térmica ds minerais cnstituintes Amplas variações de temperaturas diurnas Figura.10 - Termclastia Exfliaçã (figura.11) Resulta d alívi da pressã cnfinante a que estã sujeitas as rchas, devid à remçã d material suprajacente.

15 Frmaçã d Sl - Meterizaçã Esta remçã pde ser natural (é cas da ersã nas mntanhas) u artificial (é cas das grandes pedreiras a céu abert). A descmpressã causada pela saída d material que estava pr cima, prvca a expansã d material e a frmaçã de fracturas subparalelas à tpgrafia Figura.11 - Exfliaçã Meterizaçã esferidal (figura. 12) É semelhante à anterir mas a fragmentaçã da rcha prduz fragments curvs, geralmente em menr escala que prcess anterir. Pensa-se que estes dis prcesss sã em parte resultad de uma desigual distribuiçã da expansã e cntracçã das rchas, mtivadas pr meterizaçã química e mdificações de temperatura Figura.12 Meterizaçã esferidal Halclastia cristalizaçã, cresciment e hidrataçã de sais em espaçs cnfinads - Cmum em regiões quentes desérticas (figura.13). Nas rchas prsas pde entrar água cm sais disslvids. Durante dia, cm aument da temperatura pde dar-se a evapraçã da água cm um cresciment e cristalizaçã ds sais cntids. Figura.13 - Halclastia

16 Frmaçã d Sl - Meterizaçã Humedeciment e secagem sucessivs (figura.14) O prcess inicia-se num mment de humedeciment nde existem simultaneamente, uma camada de água rdenada à vlta ds minerais e água desrdenada fra da acçã das partículas. A dar-se a secagem, excess de água é drenad mas a camada de água rdenada mantém-se à vlta da partícula prvcand cntracçã d material. Quand vlta a haver cndições para um nv humedeciment d sl, a água renvada cnstrói uma nva camada de água rdenada, a qual, fica dupla e daí resulta uma mair rdenaçã das mléculas de água, que pr sua vez assume uma natureza quase cristalina e exerce uma frça expansiva cntra as paredes d mineral que entra em ruptura. Figura.14 Ruptura pr humedeciment e secagem sucessiv 2.2 METEORIZAÇÃO QUÍMICA Cm já fi referid anterirmente, a meterizaçã química, implica a destruiçã da estrutura interna ds minerais e a frmaçã de nvas estruturas. Deste md, a cmpsiçã química da rcha é alterada, que prvca mudanças na sua aparência física. Em td este prcess, a água vai ser agente principal, cm efeit, ela nã só tma parte directa nas reacções químicas, cm também funcina cm mei de transprte para s elements químics da atmsfera e favrece a remçã da zna alterada das rchas, expnd nvas superfícies. Assim, grau de meterizaçã química vai depender da taxa de precipitaçã MECANISMOS DE METEORIZAÇÃO QUÍMICA - (figura.15) Hidrataçã Dissluçã e Slubilizaçã Oxidaçã Hidrólise Figura.15 - Dissluçã

17 Frmaçã d Sl - Meterizaçã Hidrataçã As mléculas de água entram na estrutura mineral, mdificand-a e frmand utr mineral. Ocrre pr atracçã entre s dipls das mléculas de água e as cargas eléctricas nã neutralizadas da superfície ds grãs. Ex: Frmaçã de minerais argilss estes incrpram parte da água (OH) - na sua estrutura (figura.16). Figura.16 Hidrataçã A hidrataçã envlve mudança de vlume d mineral e prepara a superfície ds minerais para utras alterações Dissluçã e Slubilizaçã Os materiais rchss libertam váris elements que nã reagem uns cm s utrs, mas passam directamente para a sluçã. É muit cmum em calcáris (figura.17). Pde crrer pr acçã da: a) Água crrente b) Película de água em redr das partículas A cmpsiçã da sluçã final é igual à Cmpsiçã d mineral inicial. Se s calcáris nã frem purs, vã ficar cm muits resídus d tip: minerais argilss; quartz; sílex; óxids de Fe. Estes sã libertads e cncentram-se nas fendas/cavidades d calcári, dand rigem à Terra-rssa (figura.18) Figura.18 Terra Rssa

18 Frmaçã d Sl - Meterizaçã Oxidaçã É a reacçã entre xigéni da atmsfera u disslvid na água, cm s minerais. A nível ds elements químics imprtantes neste tip de reacções, é de destacar cas d ferr, qual aparece sb a frma de Fe 2+ ns silicats ferr-magnesians e de Fe 3+ quand alterad em atmsferas xidantes Hidrólise Cnsiste na reacçã química entre um mineral e a água, frmand nvs minerais minerais secundáris minerais argilss (Figura.19). É agente de alteraçã mais imprtante pis a partir da síntese ds iões libertads frmam-se nvs minerais mais adaptads às cndições da superfície terrestre: minerais secundáris que resultam em minerais argilss e/u em óxids de alumíni e ferr. A hidrólise crre prque a água tem tendência a dissciar-se: (H 2 O H + +OH - ). Os iões d mineral vã-se cmbinar cm s iões H + e OH - da água. Para além diss, a água da chuva em cntact cm CO 2 atmsféric frma ácid carbónic, trnand as gtas levemente ácidas e, prtant, cm mair tendência a dissciar s minerais. Figura.19 Minerais de argila 3. CONCLUSÃO À medida que se vai dand a meterizaçã de uma rcha, s prduts resultantes vã frmand uma capa que é chamad rególit, qual pde ter uma espessura de alguns milímetrs até centenas de metrs, dependend principalmente d tip de clima.

19 Frmaçã d Sl - Meterizaçã 4. SITES COM INTERESSE Instituiçã Endereç Sciedade Prtuguesa de Ciência d Sl Serviç Nacinal de Infrmaçã Gegráfica Internatinal Unin f Sil Sciences Fd and Agriculture Organizatin Eurpean Sil Bureau ITC Sil Science Divisin Sil Science Sciety f America Dept. Edaflgia. Enlaces Department f Gelgy and Sil Science, University f Gent, Belgium

20 Frmaçã d Sl - Meterizaçã 5. BIBLIOGRAFIA Birkeland, P.W. (1984). Sil and Gemrphlgy. Oxfrd University Press. Inc. N. Y. Bul S.; Hle F.; Mccracken R. & Suthard R. (1997). Sil genesis and classificatin; 4 th editin. Iwa State University Press. Iwa. Carvalh, A. M. G. (1996). Gelgia - Mrfgénese e Sedimentgénese; Universidade Aberta; Lisba Derruau, M. (1988). Précis de Gemrphlgie, 7 éme editin; Massn, Paris Hillel, D Envirnmental Sil Physics. Academic Press. San Dieg. Jenny, H. (1941). Factrs f sil frmatin. Mc. Graw Hill, New Yrk Press, F.; Siever, R. (1997). Understanding Earth 2 th editin; W. H. Freeman and Cmpany; New Yrk SSSA, Glssary f Sil Science Terms Sil Sci. Sc. Am. Madisn. Strahler, A. & Strahler, A. (2002). Physical Gegraphy Science and Systems f the Human Envirnment; 2 nd editin, Jhn Wiley & Sns, Inc., USA