Frmaçã d Sl - Meterizaçã FORMAÇÃO DO SOLO -PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO- Elsa Sampai ems@uevra.pt Departament de Geciências Universidade de Évra 2011
Frmaçã d Sl - Meterizaçã ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO 1.1 FORMAÇÃO DO SOLO 2. PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO 2.1 METEORIZAÇÃO FÍSICA 2.1.1 Mecanisms de Meterizaçã Física 2.1.1.1 Encunhament de gel Criclastia 2.1.1.2 Exfliaçã 2.1.1.3 Meterizaçã esferidal 2.1.1.4 Halclastia 2.1.1.5 Humedeciment e secagem sucessivs 2.2 METEORIZAÇÃO QUÍMICA 2.2.1 MECANISMOS DE METEORIZAÇÃO QUÍMICA 2.2.1.1 Hidrataçã 2.2.1.2 Dissluçã e Slubilizaçã 2.2.1.3 Oxidaçã 2.2.1.4 Hidrólise 3. CONCLUSÃO 4. SITES COM INTERESSE 5. BIBLIOGRAFIA
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.
Frmaçã d Sl - Meterizaçã FF nnt t ee: : BBuul ll,,, eet t aal ll ((11999977 )) A DIINÂMIICA DA METEORIIZAÇÃO DEPENDE DO CLIMA A DIINÂMIICA DA FORMAÇÃO DO SOLO DEPENDE DO MUNDO ORGÂNICO
Frmaçã d Sl - Meterizaçã TROCAS DE ENERGIIA ENTRE O SOLO E O AMBIIENTE FF nnt t ee: : BBuul ll,,, eet t aal ll ((11999977))
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 ((11999977 ))
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
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
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
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
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
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
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. 2.1.1 Mecanisms de Meterizaçã Física Encunhament de gel Criclastia Efeits térmics termclastia ( inslaçã ) Exfliaçã Meterizaçã esferidal Halclastia Humedeciment e secagem sucessivs
Frmaçã d Sl - Meterizaçã 2.1.1.1 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 2.1.1.2 Exfliaçã (figura.11) Resulta d alívi da pressã cnfinante a que estã sujeitas as rchas, devid à remçã d material suprajacente.
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 2.1.1.3 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 2.1.1.4 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
Frmaçã d Sl - Meterizaçã 2.1.1.5 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. 2.2.1 MECANISMOS DE METEORIZAÇÃO QUÍMICA - (figura.15) Hidrataçã Dissluçã e Slubilizaçã Oxidaçã Hidrólise Figura.15 - Dissluçã
Frmaçã d Sl - Meterizaçã 2.2.1.1 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 2.2.1.2 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
Frmaçã d Sl - Meterizaçã 2.2.1.3 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. 2.2.1.4 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.
Frmaçã d Sl - Meterizaçã 4. SITES COM INTERESSE Instituiçã Endereç Sciedade Prtuguesa de Ciência d Sl http://www.isa.utl.pt/dca/easpcs.html/ Serviç Nacinal de Infrmaçã Gegráfica http://snig.cnig.pt/snig/ Internatinal Unin f Sil Sciences http://www.iuss.rg Fd and Agriculture Organizatin http://www.fa.rg/ Eurpean Sil Bureau http://www.aris.sai.jrc.it/esb/ ITC Sil Science Divisin http://www.itc.nl/ha2/sil/ Sil Science Sciety f America http://www.sils.rg/ Dept. Edaflgia. Enlaces http://edaflgia.ugr.es/cmun/ Department f Gelgy and Sil Science, University f Gent, Belgium http://allserv.rug.ac.be/~gbaert/
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. 1998. 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, 1997. Glssary f Sil Science Terms 1996. 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