A Meteorização Química das Rochas e o Ambiente. 32º Curso de Atualização de Professores de Geociências

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1 A Meteorização Química das Rochas e o Ambiente 32º Curso de Atualização de Professores de Geociências

2 SUMÁRIO 1 OBJECTIVOS 2 A METEORIZAÇÃO QUÍMICA DAS ROCHAS E O AMBIENTE 2.1 Efeitos da Meteorização Química das Rochas sobre a Hidrosfera e a Litosfera 2.2 Influência de Factores Ambientais sobre a Alteração Clima Drenagem Contribuições Antrópicas 2

3 OBJECTIVOS 1) Descrever a meteorização química das rochas como um ciclo que progride desde a rocha sã até um saprólito ( plasma argiloso ) 2) Compreender a complexidade dos processos envolvidos na meteorização e respectivos parâmetros ou factores de regulação. 3

4 Escalas e Domínios do Conhecimento Dedicados ao Estudo da Geoquímica da Alteração Mineral Bacias hidrográficas Microscopia electrónica Microscopia óptica Perfil do solo Afloramento /amostra Lasaga e Luttge (2001) Meunier et al. (2007) Alargamento da Janela Temporal 4 Petrografia Mineralogia Pedologia Hidrologia Geomorfologia

5 Fluxograma da Meteorização Química Factores (clima, acções antrópicas, etc.) Influência Processos (dissolução e precipitação de minerais) Transformação Alteração dos parâmetros de regulação Compartimentos (biosfera, hidrosfera, litosfera, atmosfera) feedback 5

6 EFEITOS DA METEORIZAÇÃO QUÍMICA DAS ROCHAS SOBRE A HIDROSFERA E A LITOSFERA A meteorização química das rochas desenvolve-se na fronteira entre a litosfera e a hidrosfera. Por esse motivo, analisam-se nas secções seguintes os efeitos da alteração sobre estes dois compartimentos. Nessa análise, a litosfera é representada essencialmente por rochas cristalinas e a hidrosfera por águas subterrâneas. 6

7 SOBRE A HIDROSFERA O efeito principal da meteorização química das rochas sobre a água subterrânea consiste na alteração da sua composição química, causada pela adição ou remoção continuada de solutos oriundos das reacções de dissolução dos minerais primários e/ou precipitação dos minerais secundários. 7

8 8

9 SOBRE A HIDROSFERA 9

10 SOBRE A HIDROSFERA Exemplos de Reacções 2Albite + xh 2 O + 2CO 2 Caulinite+ 2Na + + 2HCO H 2 SiO 3 10

11 Tipos de água de nascente em diversos contextos geológicos Sulfato (SO4) + Cloreto (Cl) Cálcio (Ca) + Magnésio (Mg) Granitos Metassedimentos Granodioritos Basaltos Anfibolitos Retrogradados Anfibolitos Serpentinitos n = 605 Magnésio (Mg) Mg SO Sódio (Na) + Potássio (K) Carbonato (CO3) + Bicarbonato (HCO3) Sulfato (SO4) Ca Na+K HCO 3+CO 3 Cl Cálcio (Ca) Cloreto (Cl) %meq/l

12 12 Variação tipológica e da concentração total

13 Tipos de água de nascentes e furos no concelho de Vila Pouca de Aguiar: evolução da composição química da água ao longo do seu percurso subterrâneo Na+K Mg Ca Na+K Mg Ca A - Nascentes Vila Pouca de Aguiar (n = 25) B - Furos Vila Pouca de Aguiar (n = 30) meq/l SO4 SO4 Cl HCO3+CO3 Cl HCO3+CO3 n = 55 A B Nascente Vila Pouca de Aguiar Furo Vila Pouca de Aguiar Mg SO 4 13 Ca Na+K HCO 3 +CO 3 Cl Cálcio (Ca) Cloreto (Cl) %meq/l

14 Factores de Regulação: 14 Meunier et al. (2007)

15 Factores de Regulação: 15 Adaptado de Tardy (1971).

16 SOBRE A LITOSFERA O efeito directo e mais visível da meteorização química é a transformação da camada superior da litosfera num plasma argiloso. 16

17 SOBRE A LITOSFERA Tipologia das Alterações: As alterações sofridas pelas rochas durante um episódio de meteorização são essencialmente: 1) Transformações químicas e mineralógicas, descritas por reacções de alteração; 2) Transformações estruturais, materializadas por alterações da porosidade eficaz e da condutividade hidráulica das rochas 17

18 Produtos da alteração Mineral original Calcite Silicatos ricos em Fe Olivina Piroxena Anfibola Biotite Produtos de alteração Iões de CO 3 e Ca Minerais Argilosos Óxidos de Ferro Feldspatos Minerais argilosos Iões de K, Na, Ca Quartzo Moscovite Quartzo Minerais argilosos Iões de K

19 SOBRE A LITOSFERA Aumento da Porosidade Eficaz (n e ): Os valores de n e aumentam com o progresso da alteração pois o volume dos minerais secundários precipitados nunca preenche totalmente o volume dos minerais primários dissolvidos, mesmo quando ocorrem substituições pseudomórficas de cristais (Putnis, 2002). 19

20 Aumento da Porosidade Eficaz (n e ): 20 Radiografia de amostras de (a) rocha sã e (b) rocha alterada do granito de Palmottu, impregnadas com uma resina (14C-PMMA). Os vazios interconectados (fracturas intercristalinas e clivagens na rocha sã e zonas de porosidade difusa na rocha alterada) assinalam-se a azul. Adaptado de Meunier et al (2007).

21 SOBRE A LITOSFERA Diminuição da Condutividade hidráulica (K): Em simultâneo com o incremento da n e, os valores de K tendem a diminuir como resposta à progressiva colmatação das fracturas por minerais secundários, embora o alargamento e/ou alongamento dessas mesmas estruturas pela dissolução dos minerais primários possam contrariar esta tendência (Wright, 1992; Meunier et al., 2007). Nas fases terminais do processo de alteração, os valores de K sofrem uma redução adicional resultante do colapso da estrutura da rocha sob a acção da gravidade e da concomitante compactação do horizonte saprolítico. 21

22 Tipos de solos

23 Tipos de alteração ou meteorização Função do clima

24 Influência do clima sobre a alteração das rochas. 24 Adaptado de Bland e Rolls (1998), de um original de Strakhov (1967).

25 Drenagem: Controlo das taxas de alteração D >> F: taxa de alteração controlada pelo fluxo D Na Ca F Cristal Água F >> D: taxa de alteração controlada pela solubilidade Na D Ca F 25 Cristal Água

26 Influência da drenagem sobre a taxa de alteração da plagioclase. W Pl (mol ha -1 ano -1 %Pl -1 ) Controlo pelo transporte Controlo pela alterabilidade R = 900 mm y R (mm ano -1 ) Adaptado de Van der Weijden e Pacheco (2006).

27 27 INFLUÊNCIA DE FACTORES AMBIENTAIS SOBRE A ALTERAÇÃO Contribuições Antrópicas: Actividades Agroflorestais Em regiões onde o Homem exerce actividades, os processos de alteração das rochas podem ser perturbados de diversas formas. A actividade de produção florestal tem o efeito de acelerar a alteração das rochas uma vez que um dos reservatórios de nutrientes necessários ao desenvolvimento da vegetação é o compartimento mineral (Taylor e Velbel, 1991). Em regiões onde predominem os mosaicos de zonas florestais e zonas agrícolas, a relação entre a produção de biomassa e a alteração das rochas poderá ser diferente, conforme sugerido por Pacheco et al. (1999).

28 Actividades Agroflorestais e Alteração Mineral Alteração Mineral COMO INTERAGEM? Desenvolvimento da Biomassa Florestal Contaminação Agrícola e Doméstica 28

29 Conclusão O desenvolvimento da biomassa florestal intensifica a alteração mineral A contaminação pode reduzir essa intensificação no caso da alteração afectar minerais ricos em nutrientes (biotite) 29 Adaptado de Van der Weijden e Pacheco (1998).

30 INFLUÊNCIA DE FACTORES AMBIENTAIS SOBRE A ALTERAÇÃO Contribuições Antrópicas: Actividades Industriais A actividade industrial também pode exercer influência sobre os processos de alteração. Por exemplo, durante a exploração de minas de sulfuretos metálicos são acumulados em escombreiras volumes apreciáveis de resíduos de pirite e outros minerais, que posteriormente são drenados por águas pluviais. A percolação destas águas através das escombreiras enriquece as soluções em ácido sulfúrico dissolvido (H 2 SO 4 ), potenciando a alteração de outros minerais. A jusante desses depósitos, a alteração das rochas tem como agente o ácido carbónico dissolvido (H 2 CO 3 ), com origem na atmosfera, e o H 2 SO 4 oriundo da lixiviação das escombreiras. 30

31 Alteração mineral na vizinhança das escombreiras da mina de Fonte Santa µmol/l (HCO 3 -,SO4 2- ) Agente: Ácido sulfúrico Ácido Carbónico 31 0 Albite Scheelite Chlorite Mineral Baseado em dados de Gomes et al. (2010)