Intemperismo. Fundação Carmelitana Mário Palmério - FUCAMP Curso de Bacharelado em Engenharia Civil. Disciplina: Geologia Básica de Engenharia

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1 Fundação Carmelitana Mário Palmério - FUCAMP Curso de Bacharelado em Engenharia Civil Intemperismo Disciplina: Geologia Básica de Engenharia Professora: Carolina Angélica Ghelli carolinaghelli@gmail.com

2 Introdução O intemperismo, é o processo geral pelo qual as rochas são destruídas na superfície da Terra; O intemperismo produz todas as argilas, todos os solos e as substâncias dissolvidas e carregadas pelos rios para os oceanos.

3 Introdução Intemperismo Físico ocorre quando os minerais de uma rocha são quimicamente alterados ou dissolvidos. Intemperismo Químico ocorre quando a rocha sólida é fragmentada por processos mecânicos que não mudam sua composição química.

4 Introdução Assim que o intemperismo reduz as rochas a partículas, elas podem acumular-se como solo ou ser removidas por erosão, transportadas e depositadas em outro local na forma de sedimentos. A erosão é o processo pelo qual as partículas produzidas por intemperismo são deslocadas e removidas de sua origem, geralmente por meio de correntes de água e ar. O intemperismo é um dos principais processos do ciclo das rochas. Ele modela a topografia da superfície terrestre e altera os materiais rochosos, convertendo todos os tipos de rochas em sedimentos e formando solos.

5 Controles do Intemperismo Propriedades da Rocha Matriz Clima Topografia Presença ou ausência de solo Tempo de exposição

6 Controles do Intemperismo As propriedades da rocha-matriz A alteração intempérica das rochas depende da natureza dos minerais constituintes, da sua textura e estrutura. A mineralogia e a estrutura cristalina da rocha-matriz afetam o intemperismo porque os minerais alteram-se com taxas diferentes e a estrutura cristalina das rochas influencia sua suscetibilidade de fraturar-se e fragmentar- se. Entre os minerais constituintes das rochas, alguns são mais susceptíveis à alteração

7 Lápides sepulcrais do início do século XIX, em Wellfleet, Massachusetts (EUA), mostram os resultados do intemperismo químico. A rocha à direita é um calcário e está tão alterada que suas inscrições ficaram ilegíveis. A rocha à esquerda é ardósia, a qual mantém a legibilidade de suas inscrições sob as mesmas condições da outra lápide.

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9 Série de Goldich : a ordem de estabilidade frente ao intemperismo dos minerais mais comunus. Comparação com a série de cristalização magmática de Bowen.

10 Controles do Intemperismo Presença ou ausência do solo A produção do solo é um processo de retroalimentação positiva isto é, o produto do processo impulsiona o próprio processo. O solo funciona como um agente geológico que acelera a alteração da rocha. O solo retém a água da chuva e hospeda diversos vegetais, bactérias e outros organismos. O metabolismo desses organismos gera um ambiente ácido, que, juntamente com a umidade, promove o intemperismo químico. Raízes de plantas e cavidades feitas por organismos no solo promovem o intemperismo físico, pois ajudam a criar fraturas na rocha. O intemperismo químico e físico, por sua vez, leva à formação de mais solo

11 Controles do Intemperismo Clima: Chuva e temperatura O Clima é o fator que, isoladamente, mais influencia no intemperismo; Determina o tipo e a velocidade do intemperismo numa dada região; A chuva e a temperatura, regulam a natureza e a velocidade das reações químicas;

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13 Controles do Intemperismo Tempo de exposição Quanto maior o tempo de alteração de uma rocha, maior sua decomposição química, mais forte sua dissolução e mais intensa sua desagregação física. As rochas que têm sido expostas na superfície terrestre por alguns milhares de anos formam um manto de intemperismo uma capa externa de material alterado com espessura variando desde alguns milímetros até muitos centímetros que envolve a rocha sã e inalterada.

14 Controles do Intemperismo Topografia A Topografia regula a velocidade do escoamento superficial das águas pluviais, e controla a quantidade de água que se infiltra nos perfis. As reações químicas do intemperismo ocorrem mais intensamente nos compartimentos do relevo onde há boa infiltração;

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17 Tipos de Intemperismo Os processos intempéricos atuam através de mecanismos modificadores das propriedades físicas dos minerais e rochas (morfologia, resistência, textura); e de suas características químicas (composição química e estrutura cristalina); Em função dos mecanismos predominantes, são normalmente classificados em: intemperismo físico e intemperismo químico

18 Intemperismo Químico As rochas alteram-se quimicamente quando seus constituintes minerais reagem com o ar e água. Nessas reações químicas, alguns minerais dissolvem-se. Outros se combinam com a água e alguns componentes da atmosfera, como o oxigênio e o gás carbônico, formando minerais novos.

19 Intemperismo Químico O ambiente da superfície da Terra, caracterizado por pressões e temperaturas baixas e riqueza de água e oxigênio, é muito diferente daquele onde a maioria das rochas se formaram. Quando as rochas afloram a superfície da Terra, seus minerais entram em desequilíbrio e, através de uma séries de reações químicas, transformamse e outros minerais, mais estáveis nesse novo ambiente.

20 Intemperismo Químico Principal agente Água da chuva Água + O 2 + CO 2 Ácido

21 Intemperismo Químico Quando a degradação da matéria orgânica não é completa, vários tipos de ácidos orgânicos são formados e incorporados às águas percolantes. Tornando a muito ácidas e, consequentemente, aumentando seu poder de ataque em relação aos minerais, intensificando assim o intemperismo químico.

22 Intemperismo Químico Os constituintes mais solúveis das rochas intemperizadas são transportados pelas águas que drenam o perfil de alteração (fase solúvel) Em consequência o material que resta no perfil de alteração (fase residual) torna-se progressivamente enriquecido nos constituintes menos solúveis. Minerais primários residuais: que resistiram a ação intempérica; Ex: quartzo Minerais secundários(neoformados): que se formaram no perfil; Ex: oxi-hidróxidos ferro e alumínio Minerais secundários transformados: modificam a composição química, porém preservando pelo menos parcialmente sua estrutura; Ex: micas alteradas em illitas ou vermiculitas.

23 Intemperismo, Erosão e Sedimentação Manto de alteração Os processos intempéricos atuando sobre as rochas individualizam uma fase residual que permanece in situ, cobrindo os continentes, e que é formada por minerais primários inalterados e minerais secundários transformados e neoformados. Principais associações: quartzos, as micas, os argilominerais e os hidróxidos de ferro e alumínio.

24 Intemperismo, Erosão e Sedimentação Bacias de sedimentos: Em períodos de estabilidade tectônica, quando os continentes estão recobertos por vegetação, essas soluções são lentamente drenadas do perfil de alteração indo depositar-se nos compartimentos rebaixados das paisagens. Precipitação das rochas sedimentares químicas, tais como os calcários, cherts, evaporitos.

25 Intemperismo, Erosão e Sedimentação Mudanças Climáticas e fenômenos tectônicos podem colocar em desequilíbrio o manto de alteração dos continentes, removendo a vegetação e tornando-o mais vulnerável à erosão mecânica. Dessa forma, os minerais primários e secundários formados no perfil serão carregados pelas águas e depositados nas bacias de sedimentação. Essa etapa do aplainamento dos continentes dominada pela remoção mecânica dos materiais do manto de alteração está relacionada à geração das rochas sedimentares clásticas, tais como arenitos, folhelhos e adição de matéria.

26 As Reações do intemperismo Equação genérica: Mineral I + solução de alteração Mineral II + solução de lixiviação Estas reações estão sujeitas às leis do equilíbrio químico e as oscilações das condições ambientais.

27 Hidratação A hidratação dos minerais ocorre pela atração entre os dipolos das moléculas de água e as cargas elétricas não neutralizadas das superfícies dos grãos. Moléculas de água entram na estrutura mineral, modificando-a e formando, portanto, um novo mineral. Ex: Anidrita em gipso: CaSO 4 + 2H 2 O CaSO 4. 2H 2 O

28 Dissolução Solubilização completa; CaCO 3 Ca + CO 3 2 NaCl Na + + Cl Calcita Halita Ocorre comumente em terrenos calcários.

29 Hidrólise Silicatos : Sais de ácidos fraco H 4 SiO 4 e de bases fortes NaOH, KOH, Ca(OH) 2, Mg(OH) 2,. Quando em contato com água, os silicatos sofrem hidrólise, resultando numa solução alcalina. A hidrolise sempre ocorre na faixa de ph de 5 a 9.

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31 Hidrólise Hidrólise Total: 100% da sílica e do potássio são eliminados. Hidrólise parcial: Parte da sílica permanece no perfil; o potássio pode ser total ou parcialmente eliminado. Esses elementos reagem com o alumínio, formando aluminossilicatos hidratados (argilominerais)

32 Acidólise Em ambientes frios, forma-se ácidos orgânicos que diminuem o ph das águas, sendo assim capazes de complexar o ferro e o alumínio, colocando-os em solução. Nesses domínios de ph<5 não é hidrólise, mas acidólise o processo dominante de decomposição dos minerais primários.

33 Oxidação Alguns minerais podem estar presentes nos minerais em mais de um estado de oxidação, como, por exemplo, o ferro que se encontra nos minerais ferromagnesianos primários como a biotita, anfibólios, piroxênios e olivinas sob forma de Fe 2+. Liberado em solução, oxida-se a Fe 3+, e precipita como um novo mineral, a goethita, que é um oxido de ferro hidratado.

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37 Estabilidade Química Por que a taxa de intemperismo varia tão intensamente entre diferentes minerais?

38 Estabilidade Química A estabilidade química é uma medida da tendência que uma substância tem de resistir em uma dada forma química, ao invés de reagir espontaneamente para tornar-se uma substância química diferente. As substâncias químicas são estáveis ou instáveis em relação a um determinado meio ambiente ou a um conjunto de condições específicas.

39 Estabilidade Química A solubilidade de um mineral específico é medida pela quantidade deste dissolvida na água quando a solução está saturada. A saturação é o ponto no qual a água não pode mais conter a substância dissolvida. Quanto maior a solubilidade do mineral, menor a sua estabilidade no intemperismo. Rochas evaporíticas que contêm halita, por exemplo, são instáveis ao intemperismo

40 Estabilidade Química A taxa de dissolução de um mineral é medida pela quantidade deste que se dissolve em uma solução não saturada em um dado intervalo de tempo. Quanto mais rápido um mineral se dissolve, menor a sua estabilidade. O feldspato dissolve-se em taxas muito mais rápidas que as do quartzo e, principalmente por causa disso, é menos estável que este no intemperismo.

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42 Intemperismo físico O que determina o modo como as rochas se fragmentam?

43 Zonas Naturais de Fraqueza As rochas têm zonas naturais de fraqueza, ao longo das quais tendem a se fraturar. Em rochas sedimentares, como arenitos e folhelhos, tais zonas são os planos de acamamento formados por sucessivos estratos de sedimentos litificados. Algumas rochas metamórficas foliadas, como a ardósia, têm planos paralelos de clivagem que possibilitam sua fácil separação em placas. Os granitos e outras rochas não foliadas são maciços, o que, neste caso, significa que não contêm planos preexistentes de fraqueza.

44 Zonas Naturais de Fraqueza Rochas maciças tendem a se fragmentar ao longo de planos regulares de fraturas, espaçados desde um até vários metros, chamados de juntas

45 Atividades dos organismos A atividade dos organismos afeta tanto o intemperismo químico como o físico. As bactérias e as algas penetram nas fraturas, produzindo microfraturas. Esses organismos, tanto aqueles que estão em fraturas como os que se incrustam na rocha, produzem ácidos, os quais promovem o intemperismo químico. Muitos já viram uma fratura de uma rocha que tenha sido alargada pela raiz de uma árvore. Os animais que escavam ou se movem pelas fissuras também podem quebrar a rocha.

46 Atividades dos organismos

47 Acunhamento do gelo Um dos mais eficientes mecanismos de abertura de fissuras é o acunhamento do gelo fragmentação resultante da expansão da água ao congelar. Quando a água congela, exerce uma força para os lados, suficiente para alargar uma fratura como se fosse uma cunha e, assim, fragmentar a rocha. Esse é o mesmo processo que pode abrir fissuras no bloco do motor de um carro caso o mesmo não esteja protegido por produtos anticongelantes. O acunhamento do gelo é mais importante onde a água, episodicamente, congela e degela, como nos climas temperados e em regiões montanhosas.

48 Matacão de granito partido pela ação do gelo

49 Esfoliação Uma forma de fragmentação rochosa não está diretamente relacionada a zonas preexistentes de fraqueza. A esfoliação é um processo de intemperismo físico no qual grandes lâminas planas ou curvas da rocha fraturam-se e são destacadas do afloramento. Essas lâminas podem parecer-se com as camadas concêntricas que se descascam de uma grande cebola. Mesmo que a esfoliação seja comum, nenhuma das explicações de sua origem que já tenham surgido foram amplamente aceitas. Alguns geólogos têm sugerido que a esfoliação resulta de uma distribuição irregular da expansão e contração causada pelo intemperismo químico e pelas mudanças de temperatura.

50 Esfoliação no Half Dome ( Meio Domo ), Parque Nacional de Yosemite, Califórnia (EUA)

51 Resumo dos fatores que influenciam o intemperismo e a erosão.