Geoquímica de Superfície Bases conceituais Interação lito, hidro, pedo e bio-esferas Adaptado do curso de Hidrogeoquímica, ministrado pelo prof. Jorge de Lena UFOP/EM/DEGEO
Ciclo das rochas
Intemperismo Intemperismo é um conjunto de modificações físicas (desagregação) químicas (decomposição) e biológicas (desagregação e decomposição) que as rochas sofrem na superfície da Terra. Os produtos do intemperismo estão sujeitos às forças que atuam na superfície da Terra podendo ser transportados e sedimentados.
Intemperismo Intemperismo Químico Principal agente do intemperismo químico é a água da chuva, agindo juntamente com o CO 2 dissolvido nela. A reação pode ser sintetizada assim: Mineral I + Solução Mineral II + Solução de percolação A solução de percolação é a que leva os metais dissolvidos para o sistema hídrico.
Intemperismo Intemperismo Físico Processo que causa desagregação física das rochas com separação dos grão minerais, anteriormente coesos. Suas causas são: expansão/contração térmica congelamento de água cristalização de sais
Intemperismo Intemperismo Biológico Causado por ação de plantas ou animas que liberam no ambiente substâncias que provocam modifcações nos minerais.
Evolução das alerações por hidrólise de minerais silicatados (Carvalho, 1995)
Minerais e o Intemperismo
Classificação das Rochas Ígneas
Intemperismo Os minerais apresentam resistências diferentes ao ataque da água de chuva. Na ordem crescente: Série de Bowen
Intemperismo Algumas reações: Olivinas: Mg 2 SiO 4 + 4H 2 CO 3 2Mg 2+ + 4HCO 3 2- + H 4 SiO 4 Mg 2 SiO 4 + 4H 2 O 2Mg 2+ + 4OH - + H 4 SiO 4 2Fe 2 SiO 4 + 6H 2 O + O 2 4FeOOH + 2H 4 SiO 4 Piroxênios: CaMgSi 2 O 6 + 4CO 2 + 6H 2 O Ca 2+ + Mg 2+ + 4HCO 3 - + 2H 4 SiO 4 (diopsídio) CaFeSi 2 O 6 + 4CO 2 + 6H2O Ca 2+ + Fe 2+ + 4HCO 3 - + 2H 4 SiO 4 (hedenbergita)
Intemperismo Algumas reações: Feldspatos: KAlSi 3 O 8 + 2H 2 CO 3 + 9H 2 O Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 2K + + 2HCO 3 - + 4H 4 SiO 4 KAlSi 3 O 8 + H 2 CO 3 + 7H 2 O Al(OH) 3 + K + + 3H 4 SiO 4 + HCO 3 - Micas: 2KAl 2 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 + 14H 2 CO 3 + H 2 O Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 2K + + 4Al 3+ + 14HCO 3 - + 4H 4 SiO 4 2KFe 3 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 + 14H 2 CO 3 + H 2 O Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 2K+ + 6Fe 2+ + 14HCO 3 - + 4H 4 SiO 4
Fases do Sedimento Mineralogicamente (e quimicamente) os sedimentos podem ser constituídos de quatro fases: Carbonatos Óxidos Orgânicos Silicatos Estudando a presença e transporte de metais traço no ambiente uma pergunta se torna importante: Como estão ligados os íons aos sedimentos?
Classificação granulométrica dos sedimentos Peneiras abertura da malha ASTM TYLER ABERTURA (μm) 10 9 2000 18 16 1000 60 60 250 120 115 125 230 250 63 400 400 38
Biodisponibilidade Biodisponibilidade é um conceito baseado na disponibilidade de espécies químicas que podem ser assimiladas pela biota, podendo causar efeitos adversos observados através de respostas fisiológicas. A Biodisponibilidade, portanto, é a porção de uma espécie química que está disponível para ingestão, inalação ou assimilação por um Organismo vivo.
Geodisponibilidade A Geodisponibilidade é a porção do conteúdo total de uma Espécie que pode ser liberada a partir de uma material geológico para a superfície ou próximo à superfície, por processos físicos, químicos ou biológicos. A Geodisponibilidade, portanto, depende da suscetibilidade da rocha à alteração intempérica e à abundância dos minerais. A suscetibilidade à alteração é função das propriedades dos Minerais e da geoquímica das águas (ph, Eh, STD, OD).
Diagrama de Potencial Iônico delimitando os campos de comportamento dos cátions em solução aquosa (Carvalho 1995)
Fases do sedimento operacionalmente definidas (Tessier)
Adsorção ou Absorção? Adsorção é a adesão de espécies presentes em uma solução sobre uma superfície sólida. É altamente dependente da temperatura e do ph da solução. O que mantém as espécies ligadas à superfície são ligações covalentes (adsorção química ) ou de van der Waals (adsorção física). Absorção fenômeno de penetração de matéria na matéria ou de radiação na matéria.
Modos de Adsorção
Visão mais detalhada dos vários modos de adsorção. O saldo final de cargas na superfície do sólido é negativo. Isto se deve, em alguns minerais à saída ou perda de cátions por lixiviação
Dupla camada elétrica da superfície
Dependência da carga da superficial com o ph
Método de estudo Experimento de Adsorção Início Equilíbrio
Isoterma
Dependência da adsorção com o ph ph
Origem dos Componentes dos Sistemas Aquosos Superficiais Em termos de suas origem os componentes (espécies) presentes na água podem ser classificados como: a) Litogênicos b) Vulcanogênicos c) Biogênicos d) Atmogênicos e) Cosmogênicos
Componentes Litogênicos Os componentes litogênicos são originários das lotologias locais e estão presentes na água pela ação do intemperismo físico e químico. Esses componentes estão presentes na água na forma de íons, complexos e na forma de partículas coloidais. Componentes Vulcanogênicos Estes componentes estão na água devido a atividades vulcânicas como derramamento de lavas, erupções explosivas, propagação de cinzas, águas termais, fumarolas e emanações gasosas.
Componentes Biogênicos Estes componentes têm origem na biosfera, ou seja, são resultantes das atividades biológicas. Inclui-se aqui produtos de metabolismo de organismos vivos, restos, e produtos de decomposição desses mesmos organismos. Quando esta proveniência se refere ao ser humano dizemos que ele tem origem antropogênica ou antrópica. Deve-se deixar bem claro que isto se refere aos materiais fabricados pelo ser humano.
Componentes provenientes da Atmosfera Estes são os gases presentes na atmosfera e que interagem com a água reagindo ou não com ela. Exemplos: O 2 que se dissolve na água CO 2 que rage e gera o H 2 CO 3 NO 2 que gera HNO 3 SO 3 que gera H 2 SO 4 Estes também podem ter origem antropogênica ou geogênica
Componentes provenientes da Atmosfera Devemos ainda considerar os particulados e aerosóis existentes na atmosfera e que interagem com a água. Um bom exemplo é o cloro existente na atmosfera resultante da evaporação marinha e da arrebentação das ondas.
Composição das Águas Doces Superficiais São consideradas Águas Doces aquleas cujo teor de Sólidos Totais Dissolvidos não ultrapassa o valor de 100 mg/l. O seu ph, em geral, varia em torno da neutralidade. Origem de alguns componentes H 2 CO 3 /HCO 3- /CO 3 2- - atmogênicos, litogênicos e biogênicos Cl - - atmogênica SO 4 2- - litogênica e vulcanogênica NO 3 - - biogênica (antropogênica) P - litogênico e antropohgênico na forma de fosfato. Metais Litogênicos e Antropogênicos
Tratam dos equilíbrios entre uma fase sólida e íons na solução. Equilíbrios de Solubilidade Estes íons são provenientes da dissociação (solubilização) da fase sólida. O equilíbrio é atingido quando a solução se satura. Este equilíbrio sofre influência da temperatura (como os demais), da salinidade e do ph da solução.
Equilíbrios de Solubilidade Solubilidade dos carbonatos
Equilíbrios de Solubilidade Solubilidade dos sulfetos
Equilíbrios de Solubilidade Solubilidade dos hidróxidos Os hidróxidos dos metais alcalinos e alcalino-terrosos são amplamente solúveis. Por isso dizemos que os íons Na + K + Ca 2+ e Mg 2+ são geoquimicamente móveis.
Equilíbrios de Solubilidade Solubilidade dos hidróxidos Isto já não acontece para os hidróxidos dos metais de transição como por exemplo o Fe(OH) 3.
Equilíbrios de Solubilidade Solubilidade dos hidróxidos Al 3+
Fim.