Liberação de nutrientes pelas rochas Intemperismo

Transcrição

1 3. Fluxo de nutrientes em ecossistemas florestais Liberação de nutrientes pelas rochas Retenção e liberação de nutrientes pelo solo Absorção de nutrientes pelas plantas Ciclagem de nutrientes em ecossistemas florestais Biologia e microbiologia do solo florestal Ciclos do carbono e do nitrogênio José Miguel Reichert Paulo Ivonir Gubiani Liberação de nutrientes pelas rochas Intemperismo Processos Supergênicos processos que ocorrem na superfície ou próximos da superfície terrestre, devido à interação entre a litosfera, hidrosfera, biosfera e atmosfera (natureza químico-físico-biológica). - Pedogênese - Intemperismo - Erosão - Sedimentação continental Intemperismo no ciclo das rochas Intemperismo e a formação do relevo A evolução da paisagem é afetada pelo intemperismo físico. -Deslizamento -Criping -Solifluxão -... Feição característica do intemperismo: estruturação em horizontes Feição característica do intemperismo: estruturação em horizontes ROCHA NUTRIENTES PRODUTOS INTERMEDIÁRIOS NUTRIENTES SOLO NUTRIENTES S O L U M saprólito R E G O L I T O Rocha consolidada 1

2 Por que rochas intemperizam? Cubos de gelo em ambiente diferente do qual se formaram Tempo Analogia a cubos de gelo Intemperismo Conceito Modificação das rochas à temperatura ambiente através de processos físicos, químicos e biológicos. É um processo natural acelerado pela ação antrópica. Varia com o tipo de rocha e com as condições ambientais Causa Desequilíbrio termodinâmico das rochas com as condições ambientais na interface litosfera-atmosfera Resultado Rochas e minerais alterados, solos minerais neoformados Intemperismo: complexidades o Todos minerais são diferentes... Cada espécie mineral tem, por definição, uma única composição e arranjamento químico. o Combinações minerais em diferentes tipos de rochas... E cada tipo de rocha é composto por uma combinação particular de vários tipos de minerais... E portanto respondem diferentemente aos processos de intemperismo. o Intemperismo é complexo? Necessita generalizações e inferências que permitam um amplo entendimento sem necessariamente estudar como o intemperismo ocorre em cada tipo de rocha sobre cada diferente regime climático. Intemperismo: algumas simplificações Classificação dos processos de intemperismo Processos de intemperismo físico Processos de intemperismo químico Processos de intemperismo biológico Intemperismo físico Intemperismo físico é Quebra do material por métodos mecânicos devido a diversas causas. Algumas forças são originadas dentro da rocha e outras aplicadas externamente. O stresse leva a uma tensão e, eventualmente, rompe. Não resulta em mudança química da rocha, mas somente desagregação em pedaços menores. Principais tipos de intemperismo físico Alívio de pressão As rochas expandem quando a pressão de confinamento é reduzida. O alívio de pressão produz fraturas e fendilhamentos -Soerguimento -Erosão do material sobrejacente -Recuo de geleiras Fonte: Decifrando a Terra / TEIXEIRA, TOLEDO, FAIRCHILD e TAIOLI - São Paulo: Oficina de Textos,

3 Condutividade térmica (500 kg cm -2 ): 1kg cm -2 = 1 atm Alta temperatura expansão Baixa temperatura contração Rochas baixa condutividade térmica exemplo: deserto 60 C superfície da rocha 30 C no interior da mesma - Diferença na constituição dos minerais das rochas -Cor rocha -Cor minerais Congelamento (2200 kg cm -2 ) A água expande 9% quando congela produzindo uma tensão (quando em confinamento) de até 2000 atm Crioclasticismo formação de gelo em fendas que podem fragmentar rochas Ação das raízes (10 15 kg cm -2 ) Principal papel do intemperismo físico Intemperismo químico Intemperismo químico é. Rochas formadas sob condições físicas e químicas específicas, quando movidas para locais com diferentes condições sofrem desequilíbio químico. Os minerais se modificam, por alteração química, em diferentes formas (novos minerais, soluções e gases), os quais são mais estáveis nessas novas condições ambientais. Intemperismo químico Ocorre modificação da composição química e mineralógica do material Intemperismo químico X pedogênese Intemperismo geoquímico intemperismo químico que atua na alteração das rochas Intemperismo pedoquímico intemperismo químico que atua na alteração química de minerais nos horizontes A e B associado aos processos bioquímicos. 3

4 NaCl Na + + Cl - transporte 11/10/2011 Principais reações químicas atuantes no intemperismo das rochas e solos Predomínio do intemperismo pedoquímico Hidratação - desidratação Simples associação ou liberação de molécula de água CaSO 4 + 2H 2 O CaSO 4.2H 2 O Predomínio do intemperismo geoquímico Solução dissolução Dissolução dos componentes mais solúveis Dissolução formação de Carste Dissolução de rochas carbonáticas (calcários, mármores e dolomitos) Fonte: Hidrólise Reação entre íons H + e OH - da dissociação da água e um mineral. Provoca rompimento das ligações oxigênio entre metais e Si (silicatos) e C (carbonatos) Hidrólise Resultado substituição dos íons alcalinos por H +, ocorrendo colapso e desintegração da estrutura Principal reação na decomposição de silicatos e carbonatos 4

5 Intensidade da hidrólise Despolimerização da estrutura dos silicatos liberação de silício (H 4 SiO 4 ) e bases (K, Na, Ca, Mg) para solução. Al precipita como Al(OH 3 ) 1. Lixiviação fraca (fluxo de água fraco) Dessilicação limitada. Si neogênese de argilominerais 2:1 Bissialitização Ex. microclina e plagioclásios ilita montmorilonita 2,3 KAlSi 3 O 8 + 8,4 H 2 O Si 3,7 Al 0,3 O 10 Al 2 (OH) 2 K 0,3 + 3,2 H 4 SiO K OH - 87% do K e 46% Si Bissialitização Predomínio de argilominerais 2:1 2. Lixiviação forte (fluxo moderado) Dessilicação moderada formação argilominerais 1:1 Monossialitização ou caulinização 2 KAlSi 3 O H 2 O Si 2 Al 2 O 5 (OH) H 4 SiO K OH - Monossialitização ou caulinização 100% do K e 66% Si Predomínio de argilominerais 1:1 e presença de óxidos 3. Lixiviação muito forte (fluxo forte) Dessilicação completa permanece apenas o Al e o Fe no sistema Alitização KAlSi 3 O H 2 O Al(OH) H 4 SiO 4 + K + + OH - Alitização ou ferralitização Latossolo Brasil Central 100% do K e 100% Si Goethita, Hematita, Gibbsita,... 5

6 Oxidação-redução Oxidação reação importante na intemperização de minerais ferromagnesianos (Fe 2+ e Mn 2+ ) Oxidação Oxidação na estrutura do mineral aumento de carga + é compensado com a liberação do cátion oxidado ou outros Ocorre precipitação na forma de óxidos de Fe e Mn: Coloração brunada ou avermelhada (Fe 3+ ) Coloração preta (Mn 3+, Mn 4+ ) A estrutura residual do mineral fica instável facilita decomposição por hidrólise Redução Ocorre em solo saturado com água, o suprimento de O 2 é baixo e a demanda biológica de O 2 é alta Redução Solos bem aerados C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O 6CO H e - 24H e - + 6O 2 12H 2 O + energia C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O + 24e - Fe 3+ + e - Fe 2+ Solos alagados 24H e Fe 3+ OOH 24Fe OH - + 6CO 2 Fe 3+ + e - Fe 2+ A EB Btf Oxidação-redução Complexação Ocorre com a presença de compostos orgânicos que se ligam a íons metálicos complexos organometálicos Principais complexantes: Ácidos húmicos, ácidos fúlvicos e outros (Ác. oxálico, cítrico, tartárico) liberados na decomposição vegetal A ligação dos metais aos complexantes orgânicos se dá através dos grupos funcionais: -COOH (carboxílicos) =C=O (carbonílicos) -OH (hidróxi-fenólicos) 6

7 Intemperismo biológico o Intemperismo biológico inclui... Processos físicos e químicos de intemperismo. Esses processos são, da mesma maneira, iniciados ou realçados por atividades biológicas. o Sobreposição sobre cada tipo. Ocorre sobreposição entre intemperismo biológico e o físico e químico. Crescimento de raízes de plantas é um processo biológico que leva a quebra de rocha. Também existem processos que podem ser classificados como físico e químico. ex. Crescimento de um sal cristalino. Avaliação do intemperismo Depende: condições ambientais características dos minerais Resistência a alteração depende: 1. Arranjo estrutural 2. Cristalinidade 3. Tamanho 4. Composição química 5. Grau de solubilidade Intemperismo X clima Distribuição do intemperismo químico Intemperismo X relevo Ordem de estabilidade dos minerais ao intemperismo 7

8 Intemperismo e desenvolvimento do solo são controlados pela composição da rocha Arenito resistente ao intemperismo produz solo pouco desenvolvido Índices de intemperismo Valores numéricos que expressam o grau de intemperismo químico de um mineral ou material do solo Razão molar; razão Fed/Fet; minerais índice; estágio de intemperismo Razão molar Solo Solo Solo Razão sílica:alumina Ki = SiO 2 /Al 2 O 3 Razão sílica:sesquióxido Kr = SiO 2 /Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 Basalto rico em ferro Intemperismo químico por oxidação Intemperismo químico por hidrólise A relação Kr é usada pelo SiBCS (Embrapa, 1999) para separar solos cauliníticos e oxídicos: Solos cauliníticos Kr > 0,75 Intemperismo químico por dissolução Rocha sedimentar Granito rico em feldspato Solos oxídicos Kr 0,75 Importância do intemperismo 1. Desenvolvimento do solo - composição química - mineralógica - característica química - morfologia 2. Ciclagem de nutrientes 3. Biogeoquímica de bacias hidrográficas 4. Deposição atmosféricas ácidas 5. Mudanças climáticas globais CO 2 solo ácido carbônico atua no intemperismo de silicatos (tampões) Este processo contém o efeito estufa (o quanto isso é importante?)...da rocha ao solo Próxima aula... Retenção e liberação de nutrientes pelo solo P Fe Zn Mg Ca K Al 3+ N Al 3+ Cu Mn B Mo S Cl Zn Mg P K Mn B Mo Ca Cl Fe S N Cu 8