UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE PRODUÇÃO VEGETAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE PRODUÇÃO VEGETAL DPV 053 GEOLOGIA e PEDOLOGIA sites.google.com/site/felipevazandrade O Solo como parte essencial do meio ambiente Alegre-ES 2017

Introdução O que significa Geologia? E Pedologia? Qual a relação que existe entre Geologia e Pedologia? Todo solo é igual, ou seja, apresenta as mesmas características? Prof. Felipe Vaz Andrade 2

Clima e organismos Relevo Rocha Tempo Solo Prof. Felipe Vaz Andrade 3

Solos: variação à curta distância

Solos: variação à curta distância C PV (Tb) C (drenagem) PV (Ta) CaCO 3

PV PA Prof. Felipe Vaz Andrade 6

Prof Felipe Vaz Andrade 7

Prof. Felipe Vaz Andrade 8

O Sistema TERRA Estudo especifico vs estudo integrado; A TERRA: Atmosfera; Hidrosfera; Litosfera; Manto; Núcleo; Biosfera A TERRA é um organismo vivo, ou seja, é um corpo dinâmico... Prof. Felipe Vaz Andrade 12

ASPECTOS FÍSICOS DO GLOBO TERRESTRE Raio médio de 6.370 km; Composição química: Densidade média = 5,53 g/cm 3 ; Densidade média da superfície da Terra = 2,70 g/cm 3 ; 1. Crosta superior inferior 2. Manto superior inferior 3.Núcleo externo (líquido) interno (sólido) 14

Estrutura do Globo realizada por meio da sismologia e meteorítica; Elementos mais abundante (% em peso): Fe (36,9); O (29,3); Si (14,9); Mg (6,7); Al (3,0); Ca (3,0); Ni (2,9). 15

Crosta: zona mais externa; espessura de 35 km; densidade média de 2,76; composição química (% em peso): O (45,2); Si (27,2); Al (8,0); Fe (5,8); Ca (5,1); Mg (2,8); Na (2,3); K (1,7) Manto: mais espessa; densidade média de 4,5; composição química (% em peso): silicatos magnesianos Núcleo: porção mais interna;densidade média de 10,7; composição química (% em peso): Co (0,6) Fe (90,5); Ni (8,5) e 16

PROCESSOS GEOLÓGICOS Conjunto de ações que promovem modificações da crosta terrestre (forma, estrutura e/ou composição); Energia: sol, precipitação, etc. (externa) e interior da Terra (interna); Prof. Felipe Vaz Andrade 17

Processos endógenos (energia interior da Terra) Ex: vulcanismo; terremotos; plutonismo; orogênese; etc. Processos exógenos (energia exterior da Terra) Ex: Intemperismo, ação dos ventos, das águas, do gelo... De que forma a água altera a superfície da Terra (crosta)? Termos importantes: lixiviação e erosão; São independentes dos proc. endógenos; Tendência aplainamento da superfície; jamais se completou; Não ocorrem isoladamente, estão interligados Prof. Felipe Vaz Andrade 18

Formas de relevo observadas na superfície da Terra Cadeias de montanhas Grandes cânions Falésias costeiras Ação das forças geológicas internas e externas CONSTITUINTES DA LITOSFERA ROCHAS MINERAIS ELEMENTOS QUÍMICOS Prof. Felipe Vaz Andrade 20

8 elementos = 99% da Crosta terrestre (em peso) Elemento Abundância (%) Oxigênio (O) 46 Silício (Si) 28 Alumínio (Al) 8 Ferro (Fe) 6 Magnésio (Mg) 4 Cálcio (Ca) 2,4 Potássio (K) 2,3 Sódio (Na) 2,1 Prof. Felipe Vaz Andrade 21

De onde vem os minerais? Prof. Felipe Vaz Andrade 23

Magma => Sob o ponto de vista físico-químico: "Sistema multicomponental" a) Fase líquida composta por agrupamentos tetraédricos de Si0 4 e Al 2 0 3 acompanhados de cátions livres (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + ) b) Várias fases sólidas, que consistem dos cristais de minerais que estão se formando c) Fase gasosa composta principalmente por H 2 0 acompanhada de pequenas quantidades de C0 2, HCl, HF, H 2 S, S0 2, etc. Prof. Felipe Vaz Andrade 24

Sob o ponto de vista geológico Mistura complexa de substâncias em estado de fusão, essencialmente constituída de silicatos, que contém em solução consideráveis quantidades de vapor d'água e substâncias voláteis. Prof. Felipe Vaz Andrade 25

1. Tipos => Magma Ácido (Siálico) => Magma Básico (Máfico) 2. Consolidação ou resfriamento => À superfície - VULCANlSMO => Em profundidade PLUTONISMO 26

3. Características do magma => Composição química (GRANÍTICOS E BASÁLTICOS) GRANITO (ácida) DIORITO (intermediária) BASALTO (básica) DUNITO (ultrabásica) SiO 2 > 65% 54 < SiO 2 > 64 45 < SiO 2 > 54 SiO 2 < 45% SiO 2 72,08 54,86 49,50 40,16 Al 2 O 3 13,86 16,40 13,00 0,84 Fe 2 O 3 0,86 2,73 3,90 1,88 FeO 1,67 6,97 7,92 11,87 MgO 0,56 6,12 8,06 43,16 CaO 1,33 8,40 11,07 0,75 Na 2 O 3,08 3,36 2,26 0,33 K 2 O 5,46 1,33 0,56 0,14 Prof. Felipe Vaz Andrade 27

=> Temperatura (600 a 1200 C) Magma Ácido (700 C) Magma Básico (900 a 1200 C) Viscosidade teor de SiO 2, pressão temperatura ÓLEO QUENTE!! Prof. Felipe Vaz Andrade 28

CONCEITOS MINERAL... é um sólido, homogêneo, natural, com uma composição química definida e um arranjo atômico altamente ordenado. É geralmente formado por processos inorgânicos. MINERALÓIDES... designação dada a materiais de origem geológica que apresentem características semelhantes às dos minerais, mas não sejam cristalinos ou, quando o sejam, não tenham uma composição química suficientemente uniforme para poderem ser considerados com um mineral específico.

MINERALOGIA: estuda os minerais desde sua ocorrência até sua análise. PETROGRAFIA: estuda as rochas, sua constituição e classificação. PETROLOGIA: estuda a gênese ou origem das rochas. Prof. Felipe Vaz Andrade 30

Cristal: sólido poliédrico limitado por faces planas (exprime um arranjo atômico interno ordenado) Rocha: agregado natural consolidado, de um ou mais minerais e/ou mineralóides Minério: todo mineral ou rocha explorável economicamente Prof. Felipe Vaz Andrade 31

MINERAL... é um sólido, homogêneo, natural, com uma composição química definida e um arranjo atômico altamente ordenado. É geralmente formado por processos inorgânicos. Prof. Felipe Vaz Andrade 32

Sólido: as substâncias gasosas ou líquidas são excluídas do conceito de mineral. Assim, o gelo nas calotas é um mineral, mas a água não. Homogêneo: algo que não pode ser fisicamente dividido em componentes químicos mais simples. Cuidado observações a olho nu!! Natural: exclui as substâncias geradas em laboratório ou por uma ação consciente do homem. esmeralda sintética!!! Prof. Felipe Vaz Andrade 33

Composição química definida: significa que um mineral é uma substância que pode ser expressa por uma fórmula química. Por exemplo, a composição do ouro nativo é Au, a do quartzo é SiO 2, a da calcita é CaCO 3. Arranjo atômico ordenado: implica na existência de uma estrutura interna, onde os átomos ou íons estão dispostos em um padrão geométrico regular. Este padrão obedece às regras de simetria, e os sólidos assim constituídos pertencem a um dos sistemas cristalinos: triclínico, monoclínico, ortorrômbico, tetragonal, hexagonal (trigonal) e isométrico. Prof. Felipe Vaz Andrade 34

Estruturas Cristalinas Básicas Prof. Felipe Vaz Andrade 35

Halita - NaCl Prof. Felipe Vaz Andrade 37

Polimorfismo: Ex: grafite e diamante Minerais com a mesma composição e estrutura cristalina diferente Diamante C Grafita C Prof. Felipe Vaz Andrade 38

Fonte: BEI 2004 Prof. Felipe Vaz Andrade 39

Isomorfismo: Ex: série das olivinas e série dos plagioclásios cálcio-sódio; Feldspatos e algumas argilas silicatadas (conseqüência de substituições isomórficas - Al 3+ por Si 4+, Fe 2+ por Mg 2+, Fe 3+, Al 3+ e Cr 3+ ). Prof. Felipe Vaz Andrade 40

A identificação dos materiais terrestre é feita através do conhecimento de suas propriedades físico-químicas Existem algumas regras práticas que ajudam numa identificação rápida Prof. Felipe Vaz Andrade 41

CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS + ou 1500 a 2000 espécies minerais A classificação moderna dos minerais baseia-se na composição química e estrutura dos minerais. As divisões mais amplas desta classificação inclui as seguintes classes: Origem (primários e secundários) Características físicas Características químicas Silicatados e não silicatados Prof. Felipe Vaz Andrade 42

PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS 1. Hábito Por hábito de um mineral se entende a (s) forma (s) com a qual ele aparece freqüentemente na natureza. Cristais de magnetita Fe 3 O 4 são freqüentemente octaédricos; Pirita FeS 2 comumente ocorre como cristais em forma de cubos; Micas ocorrem como lamelas. Prof. Felipe Vaz Andrade 43

2. Clivagem e fratura Um mineral pode apresentar (ou não) tendência a se romper segundo planos preferenciais, quando submetido a um esforço externo. Fratura O rompimento não ocorre ao longo de nenhuma direção cristalográfica em particular. Prof. Felipe Vaz Andrade 45

3. Dureza Esta é uma das mais importantes propriedades para a identificação de muitos minerais. Propriedade que se relaciona à resistência ao risco. Para avaliá-la, usa-se a escala proposta pelo mineralogista Friederich Von Mohs (1773-1839), que vai de 1 a 10 em escala crescente de dureza. Prof. Felipe Vaz Andrade 47

Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 CaSO 4.2H 2 O CaCO 3 CaF 2 Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH,F,Cl) KAlSi 3 O 8 SiO 2 Al 2 SiO 4 (F,OH) 2 Al 2 O 3 C Prof. Felipe Vaz Andrade 48

Dureza de um mineral é a resistência que uma superfície lisa do mineral apresenta a ser arranhada (sulcada) por outro material (outro mineral, a ponta de uma faca, etc.). Pontas ou canetas de dureza!!!!!! Prof. Felipe Vaz Andrade 49

5. Densidade relativa Definida como a relação entre o peso do mineral e o peso de um volume igual de água pura 6. Magnetismo Materiais que apresentam a propriedade de ser atraídos por uma um imã são chamados de ferromagnéticos magnetita (Fe 3 O 4 ) e a pirrotita (Fe 1-x S) Prof. Felipe Vaz Andrade 50

7. Cor Esta é provavelmente a primeira propriedade física a chamar a atenção quando alguém examina um mineral.... metais de transição podem provocar o aparecimento de cor Prof. Felipe Vaz Andrade 52

8. Traço é definido como a cor do pó fino de um mineral. É geralmente feita atritando-se o mineral contra uma superfície de porcelana não polida (dureza ~ 7). A cor de um mineral seja freqüentemente variável, o seu traço tende a ser relativamente constante, e portanto é uma propriedade extremamente útil na identificação do mineral. Prof. Felipe Vaz Andrade 54

9. Brilho refere-se à aparência do mineral à luz refletida. pode ser dividido em metálico e não metálico (mais comum), Metálico brilho semelhante ao dos metais. Minerais de brilho metálico geralmente (mas nem sempre) apresentam traço escuro. Este tipo de brilho é comum em minerais do grupo dos metais nativos, sulfetos e óxidos. Ex. hematita (avermelhada), goethita (amarelada) e magnetita (preta). Não metálico sem aparência de metal. Típico de minerais dominados por ligações iônicas ou covalentes. Geralmente possuem traço claro. Uma série de termos são usados para descrever os tipos de brilho não-metálico: Prof. Felipe Vaz Andrade 56

Vítreo brilho como o do vidro. O exemplo típico é o mineral quartzo. Resinoso brilho semelhante ao de resina Nacarado brilho semelhante ao brilho da pérola. Normalmente é melhor observado nos planos de clivagem Gorduroso ou graxo brilho que lembra uma superfície coberta de óleo. O mineral nefelina é um exemplo típico Sedoso brilho que lembra a seda. Comum em agregados fibrosos, como o asbesto e a gipsita fibrosa. Adamantino brilho que lembra o brilho do diamante. Além do diamante, ocorre tipicamente em minerais transparentes de chumbo, como a cerussita (PbCO 3 ) e a anglesita (PbSO 4 ) Prof. Felipe Vaz Andrade 57

CLASSIFICAÇÃO QUÍMICA DOS MINERAIS As classes são caracterizadas por um determinado elemento ou grupo iônico: Elementos nativos: ocorrem sob a forma não combinada. Ex: ouro (Au), grafite (C), enxofre (S); Sulfetos: combinação de elementos metálicos com o enxofre. Ex: galena (PbS) e pirita (FeS 2 ); Óxidos: um ou mais elementos metálicos com o oxigênio. Ex: hematita (Fe 2 O 3 ) e magnetita (Fe 3 O 4 ); Prof. Felipe Vaz Andrade 58

Hidróxidos: os que contém água ou hidroxila em sua composição. Ex: goethita (Fe 2 O(OH)); Carbonatos: incluem o grupo iônico CO 3.Ex: calcita (CaCO 3 ) e dolomita (Ca, Mg (CO 3 )); Fosfatos: contém o grupo iônico PO 4.Ex: apatita (Ca 5 (PO 4 ) 4 (OH, F, Cl); Silicatos: incluem obrigatoriamente Si e O. Essa classe contém 95% dos minerais petrográficos. Prof. Felipe Vaz Andrade 59

SILICATOS INTRODUÇÃO 25% das espécies são silicatos 95% do volume da crosta terrestre... Abundância!! quase todas as rochas de importância tem silicatos como mineral essencial SOLO...associação silicato-óxido quase sempre o Silicato sendo o mais abundante ESTRUTURA Unidade fundamental. Prof. Felipe Vaz Andrade 61

Silicatos Formados essencialmente por tetraedros de SiO 4, que estão unidos entre si diretamente ou por cátions; Constituem 95% da parte conhecida da crosta terrestre; Rochas ígneas - encontradas a grande maioria; Classe Átomos de O Arranjo dos Si:O Exemplos compartilhados tetraedros Nesossilicatos 0 isolado 01:04 Olivina (Mg, Fe)2SiO4 Sorossilicatos 1 duplos, isolados 02:07 Hemimorfita Ciclossilicatos 2 anéis 01:03 Turmalina Inossilicatos 2 cadeias simples 01:03 Piroxênios (Mg, Fe)2Si2O6 Inossilicatos 2,3 cadeias duplas 04:11 Anfibólios (Ca2Mg5(Si8O22)(OH)2 Filossilicatos 3 lâminas 02:05 Micas KAl2(AlSi3O10)(OH)2 Tectossilicatos 4 tridimensional 01:02 Feldpatos KAlSi3O8 Prof. Felipe Vaz Andrade 62

SILICATOS - CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL Nesossilicatos Tetraedros isolados [SiO 4 ] 4-, sem vértices comuns ligados; ligações através de cátions; grau de polarização = 0. Ex: zircão,olivinas, granadas Sorossilicatos Polarização de 2 grupos de tetraedros [Si 2 O 7 ] 6, apenas 1 vértice comum; tetraedros rotacionados de 180o. Ex: epidotos Ciclossilicatos Tetraedros arranjados em anéis de 3, 4, 6 ou mais; dois vértices em comum[si 6 O 18 ]. Ex: berilo, turmalina, dioptásio, cordierita Prof. Felipe Vaz Andrade 63

Inossilicatos Tetraedros com 2 ou 3 vértices comuns, agrupados em cadeias simples ou duplas [Si 2 O 6 ] ou [Si 4 O 11 ]. Ex: piroxênios (cadeia simples) e anfibólios (cadeias duplas). Filossilicatos Tetraedros com 3 vértices comuns [Si 4 O 10 ]: arranjo em camadas bidimensionais. Em cada camada os tetraedros têm os vértices orientados para o mesmo lado; polimerização pseudohexagonal. Ex: micas, argilominerais, talco, serpentina Prof. Felipe Vaz Andrade 64

Tectossilicatos Polimerização máxima; 4 vértices em comum [SiO 2 ] ou [(Si,Al)O 2 ]n; arranjo tridimensional. Ex: quartzo, feldspatos, zeolitas, feldspatóides 75% dos minerais da Litosfera Ocorrem em todas as rochas, todos os solos com elevado grau de polimerização Trama tridimensional Prof. Felipe Vaz Andrade 65

nesossilicato sorossilicato ciclossilicato filossilicato Inossilicato de cadeia simples Inossilicato de cadeia dupla Prof. Felipe Vaz Andrade 66

MINERAIS PETROGRÁFICOS Existem 2.000 espécies algumas dezenas são formadores de rochas (petrográficos); Propriedades físicas mais utilizadas na identificação macroscópica: Mineral Cor mais Densidade Dureza Forma Clivagem Traço comum Quartzo incolor,cinza 2,65 7 irregular, não tem, - primática fr. conchoidal Feldspato branca, rósea 2,57 6-6,5 prismática 2 direções branco tabular Muscovita incolor 2,82 2-2,5 laminar 1 direção branco Hematita cinza 5 5-5,5 irrefular, não tem castanho tabular avermelhado Prof. Felipe Vaz Andrade 68

EXPERIMENTOS COM VÁRIAS MISTURAS DE SILICATOS, SIMULANDO OS DIVERSOS AMBIENTES PARA UMA CÂMARA MAGMÁTICA, VISANDO COMPREENDER A DIFERENCIAÇÃO MAGMÁTICA CRISTALIZAÇÃO FRACIONADA Série de Bowen Prof. Felipe Vaz Andrade 69

ROCHAS O que são minerais? E o que são rochas? Qual a diferença entre rochas e sedimentos, por exemplo, areia de praia? Na descrição de uma rocha, quais as principais características que devemos observar? Não confundir com aquelas dos minerais!! Estrutura; Textura; Minerais constituintes - Essenciais: mais abundantes e determinam o nome da rocha; - Acessórios: podem ou não estar presente;

Classificação genética das rochas Rochas ígneas Podem ser intrusivas e extrusivas (diferença?). Existe também também grande variação de cor. Por que? Escuras (máficas) = ferro e magnésio. Ex: gabro (intrusiva) e basalto (extrusiva); Claras (félsico): silício e alumínio. Ex: granito (intrusiva) e riolito (extrusiva)

Rochas sedimentares Como são formadas essas rochas? Compostos químicos também podem ser considerados como matéria para formação de rochas sedimentares? Podem ser: rochas clásticas (partículas), rochas sedimentares químicas, depósitos orgânicos (pseudorochas).

Arenito Argilito

Rochas metamórficas Como se formam esse tipo de rochas? (transformação) Estrutura de camadas dobradas. O metamorfismo pode ser regional (cadeias de montanhas) ou local (pouco centímetros a dezenas de metros)

Ciclo da rocha TRANSPORTE INTEMPERISMO DEPOSIÇÃO SEDIMENTOS SOERGUIMENTO E EXPOSIÇÃO ROCHA ÍGNEA (EXTRUSIVAS) LITIFICAÇÃO ROCHA SEDIMENTAR ROCHA METAMÓRFICA FUSÃO ROCHA ÍGNEA (INTRUSIVAS)