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MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO “A Faculdade Católica Paulista tem por missão exercer uma ação integrada de suas atividades educacionais, visando à geração, sistematização e disseminação do conhecimento, para formar profissionais empreendedores que promovam a transformação e o desenvolvimento social, econômico e cultural da comunidade em que está inserida. Missão da Faculdade Católica Paulista A v. Cristo Rei, 305 - Banzato, CEP 17515-200 Marília - São Paulo. www.uca.edu.br Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer meio ou forma sem autorização. Todos os gráficos, tabelas e elementos são creditados à autoria, salvo quando indicada a referência, sendo de inteira responsabilidade da autoria a emissão de conceitos. Diretor Geral | Valdir Carrenho Junior MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO SUMÁRIO AULA 01 AULA 02 AULA 03 AULA 04 AULA 05 AULA 06 AULA 07 AULA 08 AULA 09 AULA 10 AULA 11 AULA 12 AULA 13 AULA 14 AULA 15 AULA 16 A ORIGEM DA TERRA E O TEMPO GEOLÓGICO MINERALOGIA PETROLOGIA FORMAÇÃO DOS SOLOS: INTEMPERISMO FORMAÇÃO DOS SOLOS: EROSÃO O RECURSO SOLO E CONCEITOS IMPORTANTES PROCESSOS PEDOGENÉTICOS HORIZONTES DO SOLO COMPONENTES DOS HORIZONTES DOS SOLOS MORFOLOGIA DO SOLO CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS SISTEMA BRASILEIRO DE CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS (SiBCS) MECÂNICA DOS SOLOS: PROPRIEDADES FÍSICAS DOS SOLOS MECÂNICA DOS SOLOS: RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO MECÂNICA DOS SOLOS: COMPACTAÇÃO E ADENSAMENTO MECÂNICA DAS ROCHAS: CONCEITOS IMPORTANTES 05 13 18 25 29 32 39 44 51 56 64 69 79 88 94 101 FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 4 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO INTRODUÇÃO Olá, aluno(a). É com prazer que apresentamos a você o livro de “Mecânica dos Solos, das Rochas e Elementos de Geologia”. Somos os professores Luiz Henrique Biscaia Ribeiro da Silva e Rebecca Manesco Paixão, ambos graduados em Engenharia Ambiental e Sanitária pela UNICESUMAR, mestres em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Maringá, e atualmente cursando o doutorado em Engenharia Química pela mesma instituição, com estágio de doutoramento realizado na Escola de Engenharia da Universidade do Minho, Portugal. O principal objetivo desta disciplina é preparar você para ser um(a) engenheiro(a). E, embora a disciplina seja predominantemente teórica, alguns exemplos de aplicação também serão abordados. A escolha dos temas pertencentes a este livro foi com o propósito de lhe auxiliar em seus estudos, fornecendo-lhe discussões que possam nortear o conhecimento no que diz respeito aos assuntos que norteiam a Mecânica dos Solos, Mecânica das Rochas, bem como elementos de Geologia. Lembrando que os temas não serão esgotados, cabendo a você, caro(a) aluno(a) a devida continuidade. Veremos que o solo é um dos recursos naturais mais importantes do planeta Terra, uma vez que grande parte dos alimentos consumidos pelos seres humanos provém de forma direta ou indireta dos campos de cultivos e pastagens. Além disso, o recurso contribui em ciclos naturais de diversos outros recursos essenciais para a vida no planeta. Dessa forma, ao longo da leitura das 16 aulas, teremos a oportunidade de aprofundarmos nossos conhecimentos sobre este importante recurso natural, iniciando com uma breve retomada sobre rochas e minerais, para na sequência compreendermos o processo de formação dos solos, os horizontes do solo e seus componentes, a morfologia do solo, bem como as classificações existentes, em especial, o Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos (SiBCS). Em um segundo momento, introduziremos tópicos importantes no estudo da Mecânica dos Solos e Mecânica das Rochas. Dessa forma, com essa disciplina pretende-se que você, futuro(a) engenheiro(a), adquira conhecimentos necessários para associação da teoria com a prática. Bons Estudos! Professor Me. Luiz Henrique Biscaia Ribeiro da Silva. Professora Me. Rebecca Manesco Paixão. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 5 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO AULA 1 A ORIGEM DA TERRA E O TEMPO GEOLÓGICO Caro(a) aluno(a), o material que compõe o planeta Terra é formado pelo mesmo material que os demais componentes do sistema solar, e do resto do universo. Isso nos permite dizer que a origem da Terra está ligada à formação do Sol e todas as outras estrelas e planetas existentes. Portanto, ao investigarmos a origem do nosso planeta devemos incluir uma análise do espaço em geral e algumas evidências do passado mais remoto (TEIXEIRA et al., 2001). Segundo Rossi (2017), a formação do sistema solar teve origem da hipótese da nebulosa, uma hipótese que utiliza os princípios do alemão filósofo Immanuel Kant (1724-1804) como base. A hipótese sugere que o sistema solar surgiu devido ao movimento de rotação de uma nuvem de gases (hélio e hidrogênio) e poeira fina. A gravidade levou à contração dessa nuvem de poeira e aceleração das partículas, que foram achatadas e deram o formato atual do sistema solar. A Terra e os demais planetas foram formados pela contração de resquícios dos gases e poeiras, resultantes da formação do sistema solar, que começaram a se colidir devido à força gravitacional existente, formando corpos maiores. 1.1 O interior do planeta Terra Para estudar e conhecer o interior do planeta Terra, métodos geofísicos são utilizados, por meio de tecnologias como gravimetria, magnetometria, eletrorresistividade e sísmica (ROSSI, 2017). A Terra é o terceiro planeta do sistema solar e apresenta uma massa de aproximadamente 6 x 1029 g e densidade de 5,52 g/cm3. O raio da Terra medido na linha do equador é de 6378,2 km e seu volume de 1,083 x 1012 km3. O conjunto de características presentes no planeta fornecem condições que permitem a existência de muitas formas de vida, com uma atmosfera constituída basicamente por nitrogênio, FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 6 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO oxigênio e argônio e com uma superfície que recebe energia solar suficiente para manutenção da vida (TEIXEIRA et al., 2001). Um conhecimento mais detalhado do interior do planeta Terra foi obtido por meio da propagação de ondas sísmicas que apresentam velocidade similares ao atravessar estruturas semelhantes, e um acréscimo ou decréscimo dessa velocidade ao atravessar estruturas diferentes. Porém, para entender a estrutura do interior da Terra não foi apenas com estudos de ondas sísmicas, mas também foram utilizados variações de fluxo de calor, gravidade e magnetismo, e assim, percebeu-se que o planeta possui 3 principais camadas, a saber: a crosta, o manto e o núcleo, com pequenas descontinuidades entre elas (ROSSI, 2017). 1.1.1 Crosta Terrestre A crosta terrestre pode ser dividida em crosta continental e crosta oceânica e é composta pela camada externa e exposta do planeta. A grande diferença entre essas duas crostas está na sua composição, que é analisada por meio de coleta de amostras (ROSSI, 2017). Nos continentes a composição é granítica, composta por rochas félsicas, e pouco densa. E nos primeiros 15 quilômetros da crosta, abaixo da área continental, contém cerca de 95% de rochas ígneas e metamórficas, 4% de xistos, 0,75% de rochas sedimentares e 0,25% de calcários. Ao modo que se aproxima do manto, a crosta apresenta composição basáltica e mais densa, devido às grandes quantidades de sílica e magnésio. De forma geral sua espessura pode variar entre 20 e 70 quilômetros, e quanto mais montanhoso for o relevo, maior será a espessurada crosta. Já nos oceanos, a crosta se apresenta menos densa e menos espessa, com uma média de 6 quilômetros, tendo a predominância de apenas uma rocha, a basáltica (ARAGÃO, 2008; ROSSI, 2017). Durante os estudos, cientistas perceberam que as ondas sísmicas mudam a velocidade na parte inferior da crosta terrestre, o que indica uma diferença de estrutura e uma nova camada ao se aproximar do centro da terra, o manto. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 7 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO 1.1.2 Manto O manto da Terra se apresenta logo abaixo da crosta terrestre e possui uma profundidade de aproximadamente 2900 km, o que corresponde a cerca de 80% do volume da Terra. Possui uma densidade de 3,3 g/cm3 nas partes superiores, e vai aumentando conforme a profundidade, podendo chegar a 5,5 g/cm3 (ROSSI, 2017). As rochas presentes no manto são basálticas, constituídas por uma mistura de silicatos de ferro e magnésio (ARAGÃO, 2008). Essa camada da Terra possui uma temperatura muito elevada, podendo haver partes em que o estado sólido passa a se tornar pastoso. Essa porção constitui o magma basáltico, o qual é responsável por alimentar as erupções vulcânicas (ARAGÃO, 2008). 1.1.3 Núcleo O núcleo é constituído por sideritos, ou seja, ligas metálicas ou metais pesados, principalmente ferro e níquel em uma quantidade aproximada de 98%. A camada mais externa do núcleo, formada por rocha fundida, possui cerca de 2270 km, de espessura, enquanto que a camada mais inferior se apresenta mais sólida com 1216 km de diâmetro. Anote isso As fontes de calor que origina as correntes de convecção profundas no manto são emitidas pelo núcleo e formadas pela desintegração de elementos radioativos e pelo atrito de materiais mais densos que nele afundam. Os elementos radioativos presentes na constituição do núcleo são o urânio (U), tório (Th) e potássio (K). Fonte: Silva e Tdra (2017). 1.2 Tempo Geológico O termo tempo geológico é definido como o intervalo do momento em que a Terra foi criada até os dias atuais. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 8 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO O estudo e compreensão do tempo geológico nos ajuda a entender a dinâmica do planeta Terra, uma vez que os ciclos de transformações da Terra são influenciados de forma significativa pelos processos e fenômenos terrestres. A crosta terrestre e o relevo atual existente são resultado de transformações que ocorreram devido a eventos naturais em um determinado intervalo de tempo ao longo da história da Terra (QUEIROZ, 2016). Sabendo que o planeta Terra possui aproximadamente 4,6 bilhões de anos, para nós humanos, uma paisagem parece inalterada durante a vida, pois nossos padrões de tempo são totalmente diferentes quando comparados aos do planeta. O fato da escala de tempo do planeta ser totalmente diferente a dos seres humanos, não quer dizer que a Terra não seja dinâmica e já tenha passado por muitas mudanças e processos. Rossi (2016, p.15) lista alguns processos de duração extremamente longa que podem ser medidos em dezenas de milhões de anos: • Processos evolutivos de crostamento e núcleo da Terra; • Formação de continentes, ilhas e áreas oceânicas; • Deriva continental; • Formação de cadeias montanhosas pela colisão de placas; • Erosão e aplainamento de cadeis e montanhas; • Transgressões e regressões em escala continental; As ações existentes que causam as mudanças na crosta da terra podem ser classificadas em 2 tipos, são eles: ações endógenas e ações exógenas. O primeiro diz respeito à geodinâmica interna da terra, tal que as ações endógenas se originam no manto terrestre, devido às altas temperaturas existentes nesta camada, que geram movimentos da crosta terrestre e alterações e deformações das camadas das rochas. Já as ações exógenas, dizem respeito à geodinâmica externa, por meio dos processos de intemperização, como a energia solar, ciclos hidrológicos e ventos capazes de erodir, transportar e depositar fragmentos das rochas e dar origem à formação de novos relevos (QUEIROZ, 2016). As provas científicas de que a dinâmica da Terra proporcionou transformações extraordinárias, podem ser encontradas no chamado livro da natureza, as rochas, que devem ser lidas e interpretadas com todos os registros fósseis (QUEIROZ, 2016). Podemos então, caro(a) aluno(a), estabelecer de forma aproximada a idade das rochas por meio de estudos dos fósseis e camadas estratificadas que compõem um relevo sedimentar. No entanto, os geólogos formaram uma escala de tempo FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 9 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO padronizada, usada hoje no mundo todo, dividida em intervalos denominados como: éons, eras, períodos, épocas e idades. A Tabela 1 apresenta como é feita essa divisão da escala do tempo geológico. Éon Era Período Milhões de anos Fanerozoico Proterozoico Arqueano Cenozoica Neoceno Quaternário 1,6 Paleoceno Terciário 65 Mesozoica Cretáceo 146 Jurássico 20 Triássico 245 Paleozoica Permiano 290 Carbonífero Pensilvaniano 323 Mississipiano 363 Devoniano 409 Siluriano 439 Ordovinciano 510 Cambriano 570 Neoproterozoica 1000 Mesoproterozoica 1600 Paleoproterozoica 2500 4600 Tabela 1.1: Escala do tempo geológico Fonte: QUEIROZ (2016, p.23) Como pode-se observar, caro(a) aluno(a), os éons se subdividem em intervalos chamados eras, e a grande diferença entre as eras geológicas são a forma como os continentes se encontravam distribuídos na superfície terrestre, além das diferentes espécies de seres vivos existentes em cada era. As eras são compostas por intervalos menores, denominados períodos, de modo que os períodos são segmentados por FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 10 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO épocas, as quais por sua vez são divididas em idades, que é a menor divisão do tempo geológico (SILVA; TADRA, 2017). 1.3 Datação A datação diz respeito a uma metodologia utilizada para estimar a idade de determinada formação geológica. Vimos anteriormente que a relação de tempo geológico com o padrão humano são bem diferentes, pois são períodos de tempos extremamentes longos, podendo atingir milhões de anos, o que torna o procedimento complexo e difícil para obter uma exatidão. Assim, métodos indiretos são utilizados por geólogos, por meio de indícios presentes nas rochas durante seu processo de formação (SILVA; TRADA, 2017). Veremos que existem dois tipos de datação utilizados para determinação indireta da idade de uma formação geológica: a datação relativa e a datação absoluta. 1.3.1 Datação Relativa A datação relativa determina a idade de uma formação geológica, analisando as camadas das rochas sedimentares, por meio do ordenamento cronológico dos eventos geológicos. Alguns naturalistas do século XVIII e XIX constataram que certos tipos de fósseis poderiam ser encontrados em uma mesma profundidade relativa, assim o fato de serem encontrados em diversos terrenos a uma mesma profundidade, havia uma ordem de natureza cronológica (SILVA; TADRA, 2017). A primeira proposição que havia era possível relacionar fósseis encontrados em diversas profundidades com diferentes períodos de tempos foi apresentado pelo inglês William Smith em 1973 (SILVA; TADRA, 2017). Segundo Rossi (2017, p. 24), alguns princípios são adotados na datação relativa que envolvem conhecimentos de evolução biológica e análise de evidênciasfósseis. São eles: • Princípio da superposição: a camada de rocha sedimentar encontrada é sempre mais nova do que aquela abaixo dela e mais antiga que a se encontra acima. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 11 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO • Princípio da horizontalidade: os sedimentos são depositados em camadas horizontais, uma camada de rocha inclinada prediz que esta se inclinou após sua deposição e litificação. • Princípio da continuidade lateral: uma camada de sedimentos pode se estender para várias direções até afinar ou encontrar as margens da bacia. • Princípio das relações transversais: uma invasão ígnea ou falha deve ser mais nova do que as rochas por ela invadidas ou deslocadas. • Princípio das inclusões: fragmentos de uma rocha posicionada em outra camada rochosa são mais velhos que essa camada rochosa. • Princípio da sucessão fóssil: os fósseis dos extratos de base de uma sequência são mais velhos que os encontrados no topo da sequência. Se pararmos para pensar, caro(a) aluno(a), os sedimentos se depositam pelo solo com a ação da gravidade, assim, a medida que o tempo passa, partículas vão se depositando umas sobre as outras e se acumulando. Consequentemente, os sedimentos mais recentes se depositam sobre as camadas mais antigas, depositadas no passado, e assim se constrói a sucessão de camadas estratigráficas. No entanto, pode ocorrer de alguns lugares não possuírem a mesma sequência de formação que outros e ao serem analisados pelos geólogos, algumas camadas estarem faltando. Os motivos para esse acontecimento é o fato de aquela camada nunca ter sido depositada, ou ter sido erudita antes da deposição da camada subsequente (SILVA; TRADA, 2017). 1.3.2 Datação Absoluta A datação absoluta consegue fornecer datas específicas para algumas formações rochosas, algo que a comunidade científica vem tentando realizar desde o século XIX. Tais informações só podem ser obtidas com certo índice de certeza, com a utilização da radioatividade (SILVA; TRADA, 2017). Alguns átomos isótopos, ou seja, apresentam mesmo número atômico, mas diferentes número de massa, por exemplo, o carbono (C) que apresenta número atômico 6, mas pode apresentar número de massa que varia entre 12, 13 ou 14, possuem seu núcleo instável e para atingir a estabilidade passam pelo decaimento, que é o caso do carbono -14. O processo de decaimento radioativo é quando o núcleo do átomo sofre uma reação instável que emite partículas, se transformando em outro elemento com o núcleo mais estável. Assim, a datação absoluta mede a idade das rochas por meio FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 12 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO da quantidade de isótopos produzidos pelo decaimento ou de isótopos que ainda não sofreram decaimento e que estão presentes na rocha (SILVA; TADRA, 2017). Segundo Rossi (2017, p.25), algumas metodologias são utilizadas para realizar a datação absoluta, são elas: • Datação radiométrica ou isotópica: utiliza elementos radioativos naturais para determinar a idade das rochas. O decaimento de isótopos radioativos é aplicado e incorporado na estrutura cristalina dos minerais presentes na rocha, geralmente são utilizados isótopos de urânio, potássio e rubídio. Este método só consegue datar materiais com mais de 100 mil anos de idade. • Datação por carbono-14: esse método geralmente é utilizado para datar artefatos arqueológicos de origem biológica. É mais adequado para medir idades do passado geológico entre 100 e 100 mil anos. Um exemplo do uso dessa metodologia é para datar as glaciações e eventos de subida e descida do nível do mar. De forma geral, os métodos radiométricos, ou seja, que utilizam átomos isótopos para datação de minerais e rochas utilizam o decaimento radioativo existentes nas amostras de rochas coletadas como parâmetro para idade da rocha. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 13 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO AULA 2 MINERALOGIA Caro(a) aluno(a), os minerais são considerados substâncias de ocorrência natural, orgânica e homogênea, encontrados na forma sólida e cristalina nas rochas que formam a crosta terrestre. Possuem uma composição química formada por substâncias simples constituídas por átomos de um mesmo elemento químico, ou compostas, constituídas por átomos de diferentes elementos químicos. A composição química e estrutura dos minerais vão definir suas propriedades (SILVA; TADRA, 2017). O termo cristalizado utilizado em diversas definições para os minerais indica a presença de um arranjo atômico interno tridimensional e ocorre em duas etapas ou eventos (SILVA; TADRA, 2017): 1. Ocorre o processo de nucleação, formação de um pequeno núcleo, um grumo de matéria amorfa, que constitui um cristal microscópio individual. 2. Na segunda etapa, ocorre a aderência de materiais que irão fazer parte do cristal de minério, aumentando seu tamanho progressivamente. As condições físicas de um ambiente, juntamente com os componentes químicos do local, ditam as condições de formação dos minerais, e, devido a este fato, os minerais originados no interior da Terra são diferentes dos que se originam em sua superfície (TEIXEIRA et al., 2001). 2.1 Principais propriedades dos minerais Como já dito anteriormente, as propriedades dos minerais são definidas de acordo com sua estrutura e composição, porém na natureza dois minerais podem apresentar a mesma composição química com estruturas cristalinas distintas, chamados de polimorfos. Um exemplo de minerais polimorfos são a grafita e o diamantes, os quais são formados por carbono, e apesar de apresentarem a mesma composição química, possuem estruturas diferentes (QUEIROZ, 2016; SILVA; TRADA, 2017). FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 14 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Também existem os minerais isomorfos, os quais recebem essa nomenclatura uma vez que possuem uma estrutura cristalina semelhante, mas com diferentes ou variáveis composições químicas. A exemplo da calcita (CaCO3), magnesita (MgCO3) e siderita (FeCO3) (TEIXEIRA et al., 2001). De um modo geral, a identificação dos minerais é feita de acordo com suas propriedades físicas e morfológicas. E, as principais propriedades que os minerais apresentam e que são utilizadas no processo de identificação são: dureza, clivagem, fratura, brilho, cor, traço, magnetismo e hábito cristalino. • Dureza: faz referência à resistência relativa de um mineral, ou em outras palavras, à resistência que o mineral tem a ser riscado. É medida na escala relativa de Mohs que varia de 1 a 10, tal que minerais com maior escala riscam minerais com menor escala. Minerais que apresentam elementos químicos com fortes ligações químicas possuem uma dureza alta, e analogamente, minerais com elementos químicos com ligações químicas fracas apresentam uma baixa dureza. Assim, pode-se inferir que minerais com ligações covalentes apresentam dureza maior que minerais com ligações iônicas (QUEIROZ, 2016; SILVA; TRADA, 2017). • Clivagem: é a forma como o mineral se divide ou quebra em superfícies planas, e é relacionada à estrutura molecular do mineral. Minerais que apresentam uma estrutura cristalina com fortes ligações possuem uma clivagem pobre, enquanto que minerais com estrutura cristalina de ligações fracas possuem uma boa clivagem (QUEIROZ, 2016; SILVA; TRADA, 2017). • Fratura: diz respeito à aptidão que o mineral possui para se quebrar em uma superfície irregular. As superfícies de fratura são determinadas pela estrutura atômica no mineral, e as fraturas mais comuns são as irregulares e conchoidais (TEIXEIRA et al., 2001). • Brilho: refere-se àqualidade e intensidade de luz refletida na superfície do mineral. Minerais que apresentam ligações covalentes apresentam brilho variado, já minerais com ligações iônicas tendem a ser vítreo (QUEIROZ, 2016; SILVA ; TRADA, 2017). Minerais capazes de refletir mais de 75% da luz incidente exibem brilho metálico (TEIXEIRA et al., 2001). • Cor: o principal fator que determina a cor de um mineral é a composição química do mesmo, ou seja, o tipo de átomo que o compõem e alguns traços de impureza que lhe atribuem coloração. A presença do átomo de ferro nos minerais tende a atribuir fortes colorações, já minerais que apresentam átomos com ligações iônicas são incolores. Os minerais que apresentam cor podem ou não apresentar variação de cor, como no caso do quartzo que pode apresentar várias cores; e isso faz dessa propriedade duvidosa no momento de identificação do mineral (QUEIROZ, 2016; SILVA; TRADA, 2017). FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 15 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO • Traço: é a propriedade que um mineral tem de sofrer atrito com uma superfície áspera e produzir um traço com uma determinada coloração, ou seja, é a cor do pó do mineral que é gerado após o atrito (QUEIROZ, 2016). • Magnetismo: esta propriedade não pode ser encontrada em grande parte dos minerais e sua verificação no laboratório é realizada com a ajuda de um ímã. Um exemplo de mineral encontrado nas rochas basálticas é a magnetita (Fe3O4) (QUEIROZ, 2016). • Hábito cristalino: diz respeito à forma geométrica dos cristais de um mineral, determinada pela sua estrutura cristalina. Os hábitos mais comumente encontrados são os laminar, prismática, fibroso, acircular, tubular e o equidimensional (SILVA; TRADA, 2017). Isto acontece na prática Para determinar a propriedade de traço dos minerais, os geólogos usualmente o fazem em laboratório e utilizam uma superfície de cerâmica ou porcelana branca para atritar o mineral e produzir o traço. Fonte: Teixeira et al. (2001). 2.1.1 Minerais da crosta terrestre Caro(a) aluno(a), existem milhares de minerais conhecidos, no entanto, apenas um grupo relativamente pequeno são formadores das rochas presentes na crosta terrestre. As espécies de minerais que compõe a classe dos silicatos representam 97% desses minerais, já os outros 3% são divididos entre as classes dos carbonatos, óxidos, sulfetos, sulfatos e halóides (TEIXEIRA et al., 2001). O Quadro 2.1 apresenta as classes e espécies de minerais que formam as rochas da crosta terrestre assim como sua quantidade. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 16 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Classe mineral Espécie mineral % em volume Silicatos Feldspatos Piroxineios e anfibólios Quartzo Micas, cloritas, argilominerais Olivina Epídoto, cianita, andaluzita Sillimanita, granadas, zeólitas 58 13 11 10 3 2 Carbonatos Óxidos Sulfetos Halóides 3 Total 100 Quadro 2.1 - Minerais constituintes da crosta terrestre Fonte: Teixeira et al., (2001, p. 34) Os dois elementos encontrados com mais frequência na crosta terrestre são o oxigênio (O) e o silício (Si), uma vez que são os formadores dos minerais das classes dos silicatos O tetraedro é a estrutura atômica mais comumente encontrada para esses elementos, onde o íons de silício se encontra centralizado, com 4 íons de oxigênio a sua volta (SILVA; TADRA, 2017). A Figura 2.1 representa a estrutura tetraédrica de uma molécula de silicato. Figura 2.1: Diferentes formas de se representar a estrutura tetraédrica dos silicatos. Fonte: http://metamorfismoerochasmetamorficas-esrt.blogspot.com/p/minerais.html FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 17 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Os minerais da classe dos carbonatos são formados por carbono e oxigênio (CO-23), geralmente combinados com cátions de cálcio ou magnésio. Como exemplo dessa classe de minerais, temos a calcita (CaCO3) (SILVA; TADRA, 2017). Os minerais da classe dos óxidos são formados por ânions de oxigênio (O2-) ligados a íons metálicos. É um grupo de minerais com alto nível de importância econômica, uma vez que inclui minerais metálicos utilizados na indústria. Como exemplo dessa classe de minerais temos a hematita (Fe2O3) (SILVA; TADRA, 2017; ROSSI, 2017). Os minerais da classe dos sulfetos, como a própria denominação diz, são formados por ânions de sulfeto (S-2) também ligados a cátions metálicos. Geralmente são opacos, e como exemplo dessa classe de minerais temos a pirita (FeS2) (SILVA; TADRA, 2017; ROSSI, 2017). Por fim, os minerais da classe dos sulfatos são formados por cátions metálicos ligados ao ânion sulfato (SO4 2-). Como exemplo dessa classe de minerais temos a anidrita (CaSO4) (SILVA E TADRA, 2017). O mineral feldspato, conforme Quadro 2.1, é a espécie de mineral com maior ocorrência na crosta terrestre, ocupando 58% em volume, e ocorre principalmente em rochas magmáticas e metamórficas. Geralmente, possuem uma dureza alta com grau 6 na escala de Mohs, não é riscado pelo aço nem pelo vidro e refletem a luz como pequenos espelhos, portanto seu brilho é vítreo. Devido a essas características é utilizado na área industrial para produção de vidro, cerâmicas e esmaltes, podendo até mesmo ser utilizados na sinalização em estradas (QUEIROZ, 2017). O mineral quartzo (SiO2) também ocorre em rochas magmáticas ou metamórficas, mas também pode ser encontrado nas rochas sedimentares. É um mineral que apresenta grande estabilidade química e não se decompõe devido a agentes de intemperização. Possui uma dureza de grau 7 na escala de Mohs, não é riscado por aço e nem vidro, e possui um brilho leitoso. Possui um valor econômico, sendo utilizado na construção civil na fração granulométrica de pedregulhos e areia para concretos e argamassa (QUEIROZ, 2017). O mineral mica também é encontrado em rochas metamórficas, magmáticas e sedimentares, geralmente encontradas como finas lâminas brilhantes e flexíveis, apresentando uma dureza no grau 2 ou 3 na escala de Mohs. Rochas que apresentam grandes quantidades desse mineral possuem características flexíveis e propriedades refratárias, uma vez que esse mineral apresenta baixa condutibilidade térmica e resistência a altas temperaturas (QUEIROZ, 2017). FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 18 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO AULA 3 PETROLOGIA As rochas são definidas como um agregado natural de minerais que possui seus grãos e constituintes bem unidos, que podem resultar em rochas “duras” ou rochas “brandas” dependendo do processo de formação e a força que seus grãos estão ligados (TEIXEIRA et al., 2001). A estrutura das rochas é uma característica que diz respeito ao seu aspecto geral, podendo ser maciço, cavitado, orientado ou não orientado. Outra característica das rochas é a sua textura, que diz respeito a seu tamanho e forma, assim como a relação existente entre os cristais e grãos que a constituem (SILVA; TADRA, 2017). Outra informação considerada importante que ajuda a determinar a nomenclatura das rochas são os minerais que a constituem. As rochas possuem os minerais essenciais, ou seja, aqueles que estão sempre presentes e são encontrados de forma mais abundante, e os minerais acessórios, aqueles que são encontrados em menor quantidade, podendo até não estar presentes em determinadas rochas; no entanto, o fato de não estar presente não altera a classificação da rocha em questão (TEIXEIRA et al., 2001). Rochas que apresentam minerais que pertencem à mesma espécie são consideradas rochas monominerálicas; já as rochas constituídas de minerais de espécies diferentes são consideradas rochas pluriminerálicas. O Quadro 3.1 apresentaalguns exemplos de rochas monominerálicas e pluriminerálicas (SILVA; TRADA, 2017). Rochas Monominerálicas Rochas Pluriminerálicas Calcário Gnaisse Mármore Gobro Quartzito Granito Quadro 3.1: Rochas monominerálicas e pluriminerálicas Fonte: Teixeira et al., (2001) FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 19 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO 3.1 Classificação das rochas Caro(a) aluno(a), para classificar as rochas em grupos devemos levar em consideração alguma semelhança que elas possuem, assim como o seu processo de formação. As rochas se dividem em 3 grandes grupos: rochas ígneas ou magmáticas, rochas metamórficas e rochas sedimentares. 3.1.1 Rochas Ígneas ou Magmáticas A formação das rochas magmáticas ocorre pelo resfriamento do magma (material rochoso fundido devido a altas temperaturas) e formação de cristais no interior do globo terrestre. Para esse processo, nomeia-se a rocha formada como ígnea intrusiva; já nos casos em que o magma consegue chegar nas superfícies da crosta terrestre antes do seu resfriamento, a rocha resultante será do tipo ígnea extrusiva (QUEIROZ, 2017; SILVA; TRADA, 2017). Mas, como os geólogos conseguem diferenciar a rocha ígnea intrusiva da rocha ígnea extrusiva? Para isso é necessário uma avaliação da textura da rocha. Como no interior da Terra a temperatura é mais elevada do que na superfície, o magma leva mais tempo para resfriar e isso contribui para formação de cristais de maiores tamanho, a exemplo do granito, o qual é a rocha ígnea mais abundante da crosta terrestre, e que apresenta cristais capazes de serem vistos a olho nu. Já a rocha ígnea extrusiva sofre resfriamento mais rápido devido às baixas temperaturas da superfície da Terra, não dando tempo suficiente para o crescimento dos cristais e consequentemente apresentando uma textura e granulação mais fina (SILVA; TADRA, 2017; TEIXEIRA et al., 2001). Anote isso As rochas ígneas podem apresentar coloração variável. Rochas ígneas mais escuras apresentam predominância de minerais ricos em ferro e magnésio (razão de serem denominadas “máficas”); já as rochas mais claras apresentam predominância de minerais ricos em alumínio e silício (razão de serem denominadas “siálicas”). FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 20 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Um exemplo de rocha ígnea intrusiva escura é o gabro, de composição semelhante ao basalto; já um exemplo de rocha ígnea intrusiva com uma coloração clara é o granito. Estas diferentes composições que as rochas magmáticas apresentam, indicam que existem diferentes tipos de magmas. Fonte: Teixeira et al. (2001). Dentre as principais rochas magmáticas existentes, cita-se os basaltos, os gabros e os granitos. Os basaltos são rochas magmáticas alcalinas, cuja cor pode variar de preta a cinza-escura, apresentando minerais microscópicos, o que nos permite concluir ser uma rocha ígnea extrusiva. Os basaltos apresentam em sua composição uma pequena quantidade de magnetita, o que lhe confere a propriedade de magnetismo. A decomposição do basalto permite a formação da “terra roxa”, encontrada em várias regiões no Brasil, tipo de solo que apresenta grandes quantidades de óxidos de ferro provenientes do intemperismo desse tipo de rocha (QUEIROZ, 2017). Os gabros também são rochas magmáticas alcalinas e apresentam uma composição bem próxima aos basaltos, porém são classificadas como rochas magmáticas intrusivas uma vez que apresentam minerais macroscópicos capazes de serem vistos a olho nu. Apresentam minerais piroxênios, ferromagnesianos e plagioclásios como constituintes básicos o que lhe atribuem uma colocação escura (QUEIROZ, 2017). Já os granitos são rochas magmáticas ácidas e cristalinas, classificadas como rochas intrusivas, compostos por minerais como quartzo, feldspato e mica. São minerais que apresentam alta resistência à compressão simples, e quanto menor os minerais presentes na rocha, maior a resistência a ruptura. Os granitos apresentam coloração que pode variar de escura a clara, com diferentes cores de minerais; isso se dá ao fato de serem formados em grandes profundidades na crosta terrestre por meio de rochas que sofrem fusão e assimilação de novos minerais, isso faz com que sua granulação também seja variada (QUEIROZ, 2017). A Figura 3.1 apresenta a diferença de uma rocha ígnea intrusiva (granito) e uma rocha ígnea extrusiva (basalto). Por meio da Figura, caro(a) aluno(a), podemos observar que o granito apresenta uma cor mais clara, com minerais cristalizados maiores, já o basalto apresenta uma cor escura e sem aparência de cristais minerais a olho nu. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 21 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Figura 3.1: Rochas ígneas: a) basalto (extrusiva) e b) granito (intrusiva) Fonte: Queiroz (2017, p. 39, 42) 3.1.2 Rochas Sedimentares As rochas sedimentares são formadas a partir de rochas preexistentes, podendo ser rochas magmáticas ou outras rochas sedimentares, que sofreram intemperismo e geraram sedimentos que se desprenderam da rocha e foram transportados pela ação do vento, da água ou do gelo, até se depositarem em locais geralmente mais planos ou de baixas altitudes, sofrendo compactação, cimentação e consolidação (TEIXEIRA et al., 2001; SILVA; TRADA, 2017). Quando a rocha sedimentar possui como matéria-prima fragmentos e sedimentos de outra rocha, ela é classificada como clástica. A compactação, cimentação e consolidação desses sedimentos para formação da rocha sedimentar é chamada de litificação, e ocorre em condições geológicas de baixa pressão e baixa temperatura (~250 oC). Os sedimentos são compactados devido à adição do peso das últimas camadas que se formam e aumentam a densidade sedimentar, e a cimentação ocorre devido à precipitação em torno das partículas estimulando a sua agregação. As rochas clásticas normalmente apresentam sequências de camadas horizontais com espessuras variáveis (TEIXEIRA et al., 2001; SILVA; TRADA, 2017). De modo geral, as rochas sedimentares clásticas podem ser divididas de acordo com os diâmetros das partículas: FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 22 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO • Arenitos: sedimentos formados predominantemente por areias cujas partículas medem entre 0,05 mm e 2 mm. • Siltitos: partículas com dimensões predominantes entre 0,002 mm e 0,05 mm. • Argilitos: partículas com dimensões predominantes menor que 0,002 mm. As partículas podem ser dimensionadas em laboratório por meio de coleta de amostras e ensaio de granulometria como peneiramento após fragmentação. As rochas sedimentares são classificadas como não-clásticas quando formadas pela precipitação dos radicais salinos da rocha matriz, devido ao intemperismo químico, transportado pelos rios até se concentrarem nas águas de lagos e mares. Exemplos desse tipo de sedimento são os precipitados de cloreto de sódio (CaCl3) e carbonato de cálcio (CaCO3) (TEIXEIRA et al., 2001; SILVA; TRADA, 2017). As principais rochas sedimentares são os arenitos, siltitos, argilitos, calcário, conglomerados, limonita, dolomitas e as coquinas (QUEIROZ, 2017). A Figura 3.2 apresenta uma amostra de calcário, observe. Figura 3.2: Amostra de calcário Fonte: Queiroz (2017, p. 52) 3.1.3 Rochas metamórficas A formação das rochas metamórficas, assim como das sedimentares, decorre de uma rocha preexistente, porém nesse caso, a rocha sofre a ação de altas temperaturas FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 23 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO e pressões, sem que os minerais nela existenteatinjam seu ponto de fusão (TEIXEIRA et al., 2001; SILVA; TRADA, 2017). O termo metamorfismo, que significa transformação é utilizado devido às mudanças das estruturas físicas e químicas dos minerais presentes nas rochas que são submetidas a altas temperaturas e pressões, assim elas são formadas em grandes profundidades onde essas condições são existentes (QUEIROZ, 2017). Uma rocha metamórfica formada a partir de uma rocha magmática é chamada de ortometamórfica, quando formada de uma rocha sedimentar é chamada de parametamórfica e quando formada de outra rocha metamórfica é chamada de polimetamórfica (QUEIROZ, 2017). A mudança dos minerais presentes na rocha ocorrem devido ao princípio de Riecke (Figura 3.3). Tal princípio defende que altas tensões em determinadas direções, leva ao fenômeno de dissolução mineral e precipitação na direção de menor pressão, assim uma partícula arredondada tende a ficar achatada, devido ao alongamento dos minerais, característicos em rochas metamórficas (QUEIROZ, 2017). Figura 3.3: Princípio de Riecke Fonte: Queiroz (2017, p. 85) Ao compararmos o granito, que é uma rocha magmática com partículas de forma aproximadamente uniformes, com a gnaisse, uma rocha metamórfica que apresenta aproximadamente as mesmas condições mineralógicas (Figura 3.4), conseguimos perceber a presença do princípio de Riecke. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 24 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Figura 3.4: Princípio de Riecke comparado entre (a,c) granito (rocha magmática) e (b,d) gnaisse (rocha metamórfica) Fonte: Queiroz (2017, p. 85) A extensão de ocorrência do metamorfismo das rochas vai definir se eles são regional ou de contato. Quando o metamorfismo das rochas atinge grandes extensões do globo terrestre, como edificações de cadeias de montanhas, caracteriza-se por ser um metamorfismo regional, já quando altas temperaturas atingem uma pequena área, por exemplo, na zona de contato de uma intrusão magmática e as rochas atingidas são apenas as mais próximas é caracterizado como metamorfismo local ou de contato, caso essa temperatura ultrapasse o ponto de fusão das rochas (~700-800 oC), elas irão se transformar em magma novamente (TEIXEIRA et al., 2001; SILVA; TRADA, 2017). As principais rochas metamórficas existentes são as gnaisse, ardósias, mármores, quartzitos, xistos, itacolmitos, itabiritos e filitos (QUEIROZ, 2017). FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 25 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO AULA 4 FORMAÇÃO DOS SOLOS: INTEMPERISMO Caro(a) aluno(a), agora que aprofundamos nossos conhecimentos sobre minerais e rochas, podemos entender como se dá o processo de formação dos solos. A formação do solo se dá por meio de processos físico-químicos de fragmentação e decomposição das rochas, assim como pelo transporte, sedimentação e evolução pedogênica (DERISIO, 2012). Dá-se o nome de solo ao produto do intemperismo, desde que as condições físicas, químicas e biológicas permitam o desenvolvimento da vida vegetal e a atividade dos microrganismos (LEINZ, 1963). Mas o que é intemperismo? Nesta aula, vamos aprofundar nossos conhecimentos no que diz respeito a este processo. De acordo com Silva e Tadra (2017), a formação de montanhas e de outros elementos que compõem o relevo terrestre é consequência de processos tectônicos e vulcânicos, capazes de moldar a crosta terrestre. E, além das transformações associadas à dinâmica interna do planeta Terra, os fatores responsáveis pelas feições de um perfil orográfico também são decorrentes da ação de fenômenos que ocorrem na superfície e agem diretamente sobre a crosta. Isto significa que a crosta terrestre também é moldada a partir de sua interação com a atmosfera, hidrosfera e biosfera. Às alterações decorrentes dessa interação dá-se o nome de intemperismo, sejam elas de ordem física (desagregação) ou de ordem química (decomposição e dissolução). Assim, caro(a) aluno(a), perceba que o intemperismo possui importância fundamental no processo de extração de sedimentos rochosos e de formação do solo. O intemperismo, conjuntamente aos processos de erosão, transporte de detritos e de sedimentação acabam levando ao desgaste do perfil orográfico continental, e consequentemente, aplainando o relevo (ROSSI, 2016). Os principais fatores que influenciam na ocorrência do intemperismo são (TEIXEIRA et al., 2001; ROSSI, 2016; SILVA; TADRA, 2017): FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 26 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO • Clima: é o fator que, isoladamente, mais influencia no intemperismo, e que determina o tipo e a velocidade do intemperismo. As variações de temperatura e o regime sazonal de chuvas regulam a velocidade das reações químicas. • Relevo ou topografia: influenciado pela cobertura vegetal, regula a drenagem das águas pluviais e a velocidade de infiltração de líquidos nos solos. O intemperismo químico é mais intenso em compartimentos do relevo onde há boa infiltração de água. • Fauna e flora: fornecem matéria orgânica, que quando decompostas produzem reações químicas que ocasionam os processos de intemperismo químico. • Composição da rocha parental: determina a susceptibilidade ou resistência ao intemperismo. • Tempo de exposição: quanto mais tempo as rochas estiverem expostas aos agentes intempéricos, mais intenso será o intemperismo sofrido por elas. O intemperismo pode ser físico, químico o biológico. Na sequência, veremos cada um deles. 4.1 Intemperismo físico Nas palavras de Teixeira et al. (2001, p. 141), o intemperismo físico engloba “todos os processos que causam desagregação das rochas, com separação dos grãos minerais antes coesos e com sua fragmentação, transformando a rocha inalterada em material descontínuo e friável”, ou seja, passível de ser fragmentado. Assim, o intemperismo físico atua na desagregação dos minerais ou das rochas, sem alterar sua composição química. No entanto, é importante destacar que ao quebrar a rocha em pequenos pedaços, aumenta-se a área superficial que fica exposta ao ar e à água, o que facilita a atuação do intemperismo químico; dessa forma, perceba caro(a) aluno(a), que ambos processos atuam conjuntamente. O intemperismo físico pode ocorrer devido a alguns mecanismos, como (ROSSI, 2016; SUGUIO, 2003): • Congelamento em fraturas: quando a água congela, seu volume aumenta aproximadamente 9%; este aumento do volume da água entre as fissuras e poros da rocha gera uma força de expansão por congelamento, capaz de fraturar até mesmo rochas resistentes. Este mecanismo é mais ativo em climas polares. • Crescimento de cristais: quando a água salgada acumulada nas cavidades das rochas evapora, há a concentração e deposição de sais, os quais se FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 27 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO cristalizam. O crescimento desses cristais gera pressão nas fissuras das rochas, o que promove seu desgaste físico. • Expansão e contração térmica: quando a rocha é submetida ao calor, normalmente em regiões com grandes amplitudes térmicas durante o dia, como os desertos, cada um dos minerais que a compõem apresentam diferentes graus de expansão térmica, o que causa a fragmentação da rocha. • Esfoliação mecânica ou esfoliação dômica: ocorre quando as grandes massas rochosas de granito são cristalizadas dentro da crosta, sujeitando-se à pressão das rochas ao redor. • Abrasão: normalmente, ocorre devido ao impacto das partículas nas rochas, como no caso de grãos de areia transportados pelo vento ou pelas ondas do mar que quebram em cima das rochas. 4.2 Intemperismo químico O intemperismo químico ocorre quando “o equilíbrio doconjunto de átomos que constitui os minerais é rompido e ocorrem reações químicas que conduzem o mineral a um arranjo mais estável, sob novas condições mais próximas da superfície terrestre” (SUGUIO, 2003, p. 15). A este tipo de intemperismo, os principais tipos de reação química ligados são (ROSSI, 2016; SILVA; TADRA, 2017): • Dissolução: consiste na solubilização completa de um mineral na água de infiltração. Alguns minerais como a halita se dissolvem facilmente na água, enquanto outros, como o quartzo, em condições normais, são insolúveis. • Hidratação: ocorre devido à atração entre os dipolos das moléculas de água e as cargas elétricas não neutralizadas das moléculas dos minerais. Consequentemente, há a adição por adsorção de moléculas de água pelo mineral, cuja estrutura então é transformada física e quimicamente. O exemplo mais comum de hidratação é a transformação de anidrita (sulfato de cálculo ortorrômbico) em gipsita (sulfato hidratado de cálcio monoclínico). • Hidrólise: os íons da molécula de água, cátion hidrogênio (H+) e ânion hidroxila (OH-), se unem a outros íons da estrutura dos minerais, rompendo as ligações químicas entre seus átomos e modificando sua estrutura. • Oxidação: os íons dos minerais associam-se aos íons de oxigênio, quando a água enriquecida com oxigênio atmosférico em solução penetra no subsolo e reage com minerais que contém metais (ferro, manganês etc.) e não metais (enxofre) oxidáveis. A exemplo dos íons de ferro das rochas do tipo basalto, que reagem com o oxigênio, formando o óxido de ferro. • Acidólise: é um processo de decomposição de minerais primários que ocorre em ambientes mais frios, em que as baixas temperaturas impedem que FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 28 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO a decomposição da matéria orgânica não seja total. Nesses casos, ocorre a formação de ácidos orgânicos que diminuem o pH da água, a valores inferiores e 5. Esta acidificação das águas de infiltração as tornam capazes de solubilizar até mesmo metais como o alumínio e o ferro. Anote isso Os minerais primários, também conhecidos por minerais de rocha dura (rochas cristalinas), são aqueles formados no interior da crosta terrestre, sob altas pressões e temperaturas. São provenientes do material originário, derivados das rochas por simples fragmentação. Sua composição praticamente manteve-se inalterada. Como exemplos, cita-se: quartzo, feldspato, plagioclásio, mica, piroxênios, anfibólios, olivinas e outros. Já os minerais secundários são aqueles sintetizados (neoformados) nas condições ambientais vigentes na superfície. Normalmente, se formam devido ao intemperismo químico. São sintetizados no próprio solo a partir de produtos da intemperização dos minerais primários menos resistentes ou resultantes de alterações da estrutura de certos minerais primários. Como exemplos, cita-se: minerais de argila - silicatos de alumínio em estado cristalino -, silicatos não cristalinos, óxidos e hidróxidos de alumínio e ferro, carbonatos de cálcio e de magnésio e outros. Fonte: Sadra e silva (2017, p. 135-136). 4.3 Intemperismo biológico O intemperismo biológico associa-se à atividade de seres vivos. As raízes das plantas são capazes de provocar fraturas nas rochas, contribuindo com o impacto físico. Além disso, os animais escavadores, como minhocas, cupins, formigas e pequenos roedores, ao fazerem buracos nas rochas, também contribuem para a desagregação (KENITIRO, 2003; ROSSI, 2016). Microrganismos existentes no solo, produtores de ácidos, também auxiliam no intemperismo químico. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 29 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO AULA 5 FORMAÇÃO DOS SOLOS: EROSÃO Caro(a) aluno(a), na aula anterior, vimos que independente da natureza das rochas, as mesmas passam pelo processo de intemperismo, o qual pode desintegrar (intemperismo físico) e/ou decompor (intemperismo químico), seguido pelo processo de erosão dos materiais, transporte dos detritos pela ação da água, do vento ou do gelo, e finalmente, sedimentação. 5.1 Erosão A erosão consiste no processo de incorporação e transporte das partículas formadas após a ação do intemperismo, pela água, pelo gelo ou pelo vento, a regiões mais ou menos distantes do sítio de origem. É importante destacar, caro(a) aluno(a), que a erosão é um processo contínuo, uma vez que novas porções da rocha vão se expondo ao intemperismo, à medida que vai ocorrendo o transporte das partículas. A erosão é classificada de acordo com o agente operante em fluvial, glacial, marinha e eólica. Na sequência, veremos cada uma destas classificações. 5.1.1 Erosão fluvial A erosão fluvial ocorre quando a energia dos rios erode as rochas e transporta os sedimentos para outro local. Quando o canal é composto de material menos resistente, somente o impacto da água já pode provocar a erosão. No entanto, quando o canal é composto por rochas duras, a erosão ocorre pela ação da água e também pelos sedimentos (ROSSI, 2016). A habilidade de cada rio em transportar os sedimentos varia de acordo com a competência e a capacidade. A competência é medida pelo tamanho máximo dos sedimentos que o rio pode transportar, e é determinada pela velocidade em que ele corre. Já a capacidade diz respeito ao peso máximo que um rio pode carregar. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 30 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO De acordo com Rossi (2016), nos rios, as partículas são transportadas de três formas diferentes, a depender se os sedimentos são grossos, finos ou dissolvidos. Para os sedimentos grossos, a carga fica no fundo do rio, e o transporte se dá por saltos sucessivos dos sedimentos. Para os sedimentos finos, ocorre o transporte por suspensão, ou seja, a carga que fica suspensa sobre a água é levada pela corrente do rio. Já para os sedimentos dissolvidos pela decomposição química, o transporte se dá em solução, junto ao corpo líquido. Isto acontece na prática Os principais traços da erosão fluvial são voçorocas e sulcos e ravinas. Voçorocas formam-se quando o nível freático desgasta a base das encostas, formando vazios no interior do solo. Sulcos e ravinas são incisões formadas pela ação erosiva do escoamento da água. Fonte: elaborado pela autora. 5.1.2 Erosão glacial As geleiras são capazes de mover grandes blocos, por duas formas: remoção e abrasão. Na remoção, a geleira, ao se movimentar sobre uma superfície rochosa, integra blocos de rocha ao interior do gelo. “A água derretida entra pelas fendas e juntas das rochas durante a passagem da geleira, e quando o líquido congela ocorre a expansão e o quebramento da rocha” (ROSSI, 2016, p. 43). Já a abrasão ocorre quando a rocha em que a geleira se desloca é desgastada; isso porque os fragmentos rochosos e o gelo transportados na base geram ranhuras. 5.1.3 Erosão marinha A erosão marinha ocorre devido à ação das ondas do mar, as quais transportam sedimentos pela costa, a partir das correntes costeiras geradas por parte da energia espalhada pelas ondas. Estes sedimentos transportados são distribuídos ao longo das praias. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 31 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO 5.1.4 Erosão eólica A erosão eólica é causada pelo vento, normalmente em terras áridas e sem cobertura vegetal. Os principais processos de erosão eólica, segundo Rossi (2016) são deflação e abrasão. A deflação consiste na retirada das partículas pela ação do vento. Materiais finos como argila e silte são transportados em suspensão, enquanto que a areia é transportada por saltos sucessivos. Já a abrasão diz respeito ao desgaste e polimentodevido ao impacto das partículas transportadas pelo vento em fragmentos, blocos ou rochas. 5.2 Classificação do solo quanto a formação No que diz respeito à formação dos solos, os mesmos podem ser classificados em quatro grupos principais (DERISIO, 2012; MASSAD, 2016): • Solos residuais: são solos cujo produto do processo de decomposição permanece no mesmo local em que se deu sua formação. • Solos transportados: são solos que após formados, são carregados pela ação da gravidade, água ou do vento, de modo que o que diferencia os solos é o meio de transporte, podendo os mesmos serem solos coluvionares, aluviões e solos sedimentares, e solos eólicos, respectivamente. • Solos lateríticos: são solos superficiais bem drenados, ou seja, situados acima do lençol freático, que sofrem processos físico-químicos e biológicos complexos, sob a condição de clima úmido e quente. Podem ser residuais, coluvionares ou sedimentares. • Solos orgânicos: são solos aluvionares e sedimentares formados pela fração mineral argilosa e de variadas proporções de matéria orgânica predominantemente vegetal. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 32 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO AULA 6 O RECURSO SOLO E CONCEITOS IMPORTANTES Caro(a) aluno(a), nas aulas anteriores, estudamos os fatores que influenciam na formação dos solos: intemperismo, erosão, transporte e sedimentação. Nas palavras de Lepsch (2010, p. 30), com o intemperismo, uma rocha, mesmo das mais endurecidas, pode transformar-se em um material solto, o saprolito, que permite a vida de plantas e pequenos animais. Restos como folhas caídas adicionam-se e, ao decomporem, formam o húmus. Ao mesmo tempo, alguns dos minerais da rocha, menos resistentes ao intemperismo, transformam-se em argilas. Então, as águas das chuvas podem aí se infiltrar, translocando materiais de uma parte mais superficial para outra um pouco mais profunda. Assim, pouco a pouco, sob a ação de um conjunto de fenômenos biológicos, físicos e químicos, um solo começa a se formar. Antes de aprofundarmos nossos estudos sobre o solo, caro(a) aluno(a), é importante diferenciarmos três conceitos: solo, regolito e saprolito. Regolito pode ser conceituado como material não consolidado, residual ou transportado por agentes erosivos que recobre as rochas, ou seja, trata-se das camadas de rocha intemperizada, sedimentos e solo (LEPSCH, 2010). Por sua vez, o termo saprolito refere-se a toda rocha que sofre intemperismo químico. Não é transportado, e por isso, mantém as características estruturais da rocha de origem (SILVA; TADRA, 2017). Para um saprólito se tornar solo é necessário que no meio, esteja assegurada a alimentação mineral dos organismos vivos autótrofos e dos vegetais superiores (TEIXEIRA et al., 2001). Neste contexto, caro(a) aluno(a), o solo encontra-se localizado na porção superior do rególito, apresentando teor mais elevado de materiais orgânicos que o saprólito. Ainda, o solo apresenta vários horizontes superpostos e paralelos à superfície, o que não acontece com o saprólito (SILVA; TADRA, 2017). FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 33 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Teixeira et al. (2001, p. 157) conceituam o solo como “produto do intemperismo, do remanejamento e da organização das camadas superiores da crosta terrestre, sob a ação da atmosfera, da hidrosfera, da biosfera e das trocas de energia envolvidas”. Por sua vez, para Braga et al. (2005, p. 126), o solo pode ser conceituado como um “manto superficial formado por rocha desagregada e, eventualmente, cinzas vulcânicas, em mistura com matéria orgânica em decomposição”, podendo ainda conter organismos vivos, bem como água e ar em proporções variáveis. Anote isso “Para a maioria dos geólogos e engenheiros, o solo é visualizado como sinônimo de regolito: material solto, inconsolidado, na superfície terrestre, originado pelo intemperismo das rochas no local ou transportado. Portanto, segundo esse conceito, solo é todo material mineral inconsolidado na superfície da crosta terrestre, podendo abranger dezenas de metros de espessura. O conceito que considera o solo como um produto da alteração das rochas desenvolveu-se no final do século XVIII com a ciência da Geologia, quando os geólogos começaram a aplicar aos solos técnicas de campo, como a estratigrafia.” Fonte: Ker et al. (2012, p. 6). Dessa forma, temos que o solo é constituído de uma fase sólida, incluindo elementos e partículas minerais e matéria orgânica, e de uma fase porosa, preenchida por água e gases. A parcela mineral é proveniente de rochas desagregadas do próprio local ou de outros locais, trazidas por meio do ar ou da água. A parte orgânica provém de restos animais, excrementos, folhas, frutos e galhos, entre outros elementos. A parte gasosa é proveniente dos gases da biodegradação de matéria orgânica e do ar existente na superfície. E, por fim, a parcela líquida é proveniente de precipitações (neve, chuva, neblina, orvalho, sereno etc.). Na aula 9 aprofundaremos nossos conhecimentos no que diz respeito aos componentes dos horizontes do solo. Ainda, caro(a) aluno(a), é importante destacar que o conceito de solo é variável, de acordo com o profissional que o conceitua. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 34 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Geólogos podem entendê-lo como parte de uma sequência de eventos geológicos no chamado “ciclo geológico”. (...) Para o engenheiro de minas, (...) ele é mais um material solto que cobre os minérios e que necessita ser removido (...). O engenheiro de obras normalmente o considera como parte de matéria-prima para construções de aterros, estradas, barragens e açudes. Químicos (...) podem considerá-lo como uma porção de material sólido que pode ser analisada no laboratório. Físicos comumente o veem como uma massa de material cujas características mudam em função de variações de temperatura e conteúdo de água. (...) Para o historiador e o arqueólogo, ele é como um “gravador do passado”. Os artistas e filósofos podem vê-lo como um objeto belo, muitas vezes místico, relacionado às forças da vida; em contraste com o lavrador, que o vê como espaço de sua labuta diária (...) e de onde tira sua subsistência (LEPSCH, 2010, p. 19). 6.1 A formação do solo Segundo Teixeira et al. (2001), na porção mais superficial do perfil de alteração, o saprolito sofre modificações, sob a ação de fatores que controlam as alterações intempéricas, caracterizadas por: • Perda de materiais devido à lixiviação, tanto física (em partículas) como química (em solução); • Adição de matéria, proveniente de fontes externas, como matéria orgânica de origem vegetal ou animal, poeiras minerais provenientes da atmosfera e sais minerais trazidos por fluxo ascendente de soluções; • Translocação de matéria, ou seja, remobilização por meio dos fluxos de soluções no interior do perfil ou pela ação da fauna; • Transformação de matéria, em contato com os produtos da decomposição da matéria vegetal e animal morta. Tais mecanismos são controlados pelos organismos e pelas soluções que percolam o perfil vertical e lateralmente, ao longo da vertente. 6.2 Fatores que interferem na formação do solo Alguns fatores interferem na formação do solo, como clima, rocha de origem, relevo, ação de organismos e o tempo. Tavares (2008) classificou estes fatores em ativos, passivos e controladores, conforme apresentado no Quadro 6.1: FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 35 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Fatores ambientais Tipo de fator Atuação Clima Ativo Fornece matéria e energia Organismos Ativo Fornece matériae energia Relevo Controlador Controla o fluxo de matérias: erosão, profundida, infiltração, lixiviação e translocação Material de origem Passivo Diversidade do material constituinte sobre o qual ocorrerá a pedogênese Tempo Passivo Determina o tempo cronológico de atuação do processo Quadro 6.1: Fatores de formação dos solos Fonte: Tavares (2008, p. 13) Perceba caro(a) aluno(a), que clima e organismos são fatores ativos, uma vez que dadas as condições de relevo, e passado um determinado período de tempo, estes fatores agem diretamente sobre o material de origem, que é um fator passivo. Na sequência, para fins didáticos, abordaremos separadamente cada um destes fatores. No entanto, é importante destacar que na prática os fatores atuam conjuntamente na formação dos solos. 6.2.1 Fator clima No que diz respeito ao clima, principalmente à temperatura e umidade são fatores que influenciam na formação do solo. Solos desenvolvidos sob o mesmo clima tendem a ter características semelhantes, assim como solos provenientes da mesma rocha de origem. O índice pluviométrico determina a quantidade de água presente no solo, a qual é um agente intemperizado, como já estudamos anteriormente. Além disso, a água promove a redistribuição, a adição e a remoção de materiais no interior do solo (SILVA; TADRA, 2017). Em regiões com escassez de água, como nos desertos, o intemperismo é mais do tipo físico do que químico, ao contrário do que ocorre nas regiões quentes e úmidas, uma vez que com o aumento da umidade e da temperatura, aumenta-se FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 36 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO também a velocidade das reações químicas, resultando em decomposição rápida e intensa das rochas. O clima influencia também na acidez dos solos. A maior parte dos solos das regiões úmidas são ácidos, uma vez que sob clima quente e úmido, maiores volumes de água se infiltra nos solos, levando consigo os nutrientes em solução. A ausência dos nutrientes, principalmente cátions trocáveis, como Ca2+, K+ e Mg2+, aumenta a concentração de cátions de hidrogênio (H+) livres, conferindo a acidez ao solo. Dessa forma, em regiões áridas e semiáridas, os solos são predominantemente neutros ou alcalinos (LEPSCH, 2010; SILVA; TADRA, 2017). 6.2.2 Fator organismos Os organismos que vivem no solo também são fatores determinantes para a diferenciação dos perfis do solo. Estes organismos, genericamente, podem ser microrganismos (microflora e microfauna), vegetais superiores (macroflora), animais (macrofauna) e seres humanos. Microrganismos como fungos e bactérias atuam na decomposição da matéria vegetal e animal morta, participando assim, na formação do húmus que se acumula nos horizontes superficiais do solo. Os vegetais atuam na formação do solo, a partir da penetração do sistema radicular nas fendas das rochas, acelerando o intemperismo. Além disso, segundo Silva e Tadra (2017), mesmo em estágios iniciais, líquens e musgos povoam as rochas, extraindo delas elementos que servem como nutrientes em seus processos metabólicos, produzindo alterações que proporcionam meios para o desenvolvimento e a subsistência de outros organismos colonizadores. Os resíduos orgânicos de origem vegetal são metabolizados pela fauna, liberando ácidos orgânicos e compostos metabólicos que favorecem a dissolução de minerais, a complexação de elementos químicos e a formação de agregados estruturais (SILVA; TADRA, 2017), contribuindo para o desenvolvimento do solo. Pequenos animais como formigas e cupins, que vivem na terra, trituram os restos vegetais e misturam os materiais dos diversos horizontes do solo, causando também modificações. Carcaças e dejetos animais, juntamente com a matéria de origem vegetal, atuam na formação do húmus e de agregados estruturais. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 37 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO O ser humano também provoca alterações na estrutura e na composição dos solos, a partir de alterações mais rápidas e drásticas, como na remoção da cobertura vegetal, aração do solo e semeadura de diferentes cultivos, revolvimento do horizonte A, irrigação, adição de fertilizantes e outros. 6.2.3 Fator material de origem O material de origem de um solo pode ser de mesma origem à da rocha subjacente, denominado de autóctone, ou ainda proveniente de outra rocha fonte, denominado de alóctone. A natureza do material de origem pode influenciar em importantes características do solo, como textura, acidez, teor de argila e entre outros. Os materiais podem ser agrupados em quatro categorias (LEPSCH, 2010; SILVA; TADRA, 2017): • Materiais derivados diretamente de rochas: formados pela consolidação de material vulcânico, pelo metamorfismo deste material ou de rochas sedimentares. As rochas podem ser ácidas e ricas em quartzo, como o granito, ou básicas e pobres em sílica, como os basaltos. • Materiais derivados de rochas sedimentares consolidadas (arenitos, ardósias, siltitos, argilitos e rochas calcárias): formam-se pela deposição e solidificação de sedimentos. • Sedimentos inconsolidados mais recentes: formam-se pela deposição de sedimentos em épocas relativamente recentes, do Período Quaternário, como cinzas vulcânicas, sedimentos glaciais, sedimentos eólicos e depósitos orgânicos. • Sedimentos inconsolidados mais antigos: originados nos Períodos Quaternário e Terciário. São pseudoautóctones (pedissedimentos). 6.2.4 Fator relevo De acordo com Silva e Tadra (2017, p. 168), “as diferenças de cor e textura associadas ao relevo resultam da distribuição desigual de fatores como a água da chuva e outros agentes erosivos, a luminosidade e o calor solar etc”. Principalmente no que diz respeito às águas pluviais, o relevo influencia na velocidade e na direção do escoamento das águas. De acordo com Lepsch (2010), em relevos do tipo platô, de topo plano ou quase plano, a infiltração é favorecida, com maior tempo de ação da água em profundidade. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 38 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Já em encostas mais íngremes, normalmente, o perfil não se aprofunda, uma vez que a maior parte do material desagregado das rochas não é transportada pela erosão. 6.2.5 Fator tempo Quanto ao fator tempo, quanto maior for o período de atuação dos processos superficiais sobre as rochas, maiores serão suas modificações. Segundo Silva e Tadra (2017), quando a rocha exposta à atmosfera intemperiza com o clima e a presença de organismos, vegetais e microrganismos se estabelecem na sequência, se alimentando da água armazenada e dos nutrientes liberados pela decomposição dos minerais. Com o passar do tempo, há o surgimento das argilas, e a remoção desses materiais, além dos sais minerais e a adição de húmus. Quando o estado de equilíbrio é atingido, os solos tornam-se espessos e com horizontes bem definidos, sendo denominados de solos maduros, ao contrário dos solos jovens, em início de formação. É importante destacar que o período de tempo necessário para que um solo passe do estágio jovem para o maduro é variável de acordo com o clima, tipos de organismos, material de que lhe deu origem e relevo. Para Lepsch (2010), os solos atingem mais rapidamente a maturidade quando são derivados de rochas escuras (básicas), com clima quente e úmido e relevo não propício à erosão. FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 39 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO AULA 7 PROCESSOS PEDOGENÉTICOS Os processos pedogenéticos ou também chamados processos formadores são responsáveis por determinar a morfologia e a composição do solo a se formar. As características do materialde origem, como vimos na aula anterior, fornecem as condições primárias para formação do solo, seguidas por fatores como clima e organismos que impulsionam seu desenvolvimento (SILVA; TADRA, 2017). O substrato geológico sofre influência de diferentes combinações de fatores ambientais até que ocorra a formação do solo, acontecendo as modificações pedogenéticas que abrangem desde áreas microscópicas até bacias hidrográficas (SILVA; TADRA, 2017). Podemos então dizer, caro(a) aluno(a), que um conjunto de eventos responsáveis por causar efeitos expressados nas características dos horizontes do solo, contribuem para o seu processo de formação (ROSSI, 2017). Anote isso “(...) ao se situar na interface entre a litosfera, biosfera, atmosfera e hidrosfera, outro nome para o conjunto de solos da Terra é pedosfera. A pedosfera funciona como um alicerce da vida dos ecossistemas terrestres. Plantas clorofiladas precisam de energia solar, gás carbônico, água e nutrientes minerais. Com raras exceções, tanto a água como os nutrientes só podem ser fornecidos através do solo, que assim funciona como mediador entre: hidrosfera, litosfera, biosfera e atmosfera. Por isso, pode-se afirmar que a pedosfera, além de nos fornecer os vegetais, também influencia a qualidade da água que bebemos e do ar que respiramos”. Fonte: Lepsch (2010, p. 20). 7.1 Modelos Pedogenéticos Os processos pedogenéticos podem ser divididos em dois modelos principais: os processos específicos e os processos múltiplos. E, estes últimos agregam os processos FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 40 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO específicos em quatro categorias: translocações, transformações, adições e remoções (SILVA;TADRA, 2017). Os dois modelos de processos pedogenéticos citados acima baseiam-se na teoria de que o resultado dos efeitos da troca de energia e matéria com o meio ambiente, por um longo período de tempo, são responsáveis pelas propriedades resultantes do solo gerado (SILA; TADRA, 2017). 7.1.1 Processos Pedogenéticos Específicos Os processos pedogenéticos específicos abrangem características derivadas de processos impostos por fatores ambientais e que podem ser manifestadas por diferentes tipos de solo. As ações antrópicas sobre o processo de formação do solo podem ser consideradas como um exemplo de processo pedogenético específico (SILVA; TADRA, 2017). Entre os principais processos pedogenéticos específicos, elencados por Rossi (2017), tem-se: • Podzolização: ocorrência da recolocação da matéria orgânica e/ou óxidos de ferro e alumínio do horizonte A para o horizonte B do solo. • Calcificação: ações de translocação e acúmulo de carbonato de cálcio de um horizonte do solo para outro. • Salinização: ações de relocação e acúmulo de sais solúveis de cloreto de cálcio, magnésio, potássio e sódio de um horizonte para o outro. • Gleização: ocorre a redução de ferro devido a condições de excesso de água. Ocorre em solos hidromórficos, solo saturado por água ou com excesso de umidade. 7.1.2 Processos Pedogenéticos Múltiplos Os processos pedogenéticos múltiplos envolvem processos de adição, perda, transformação e translocação de materiais ocorridos em um solo. A grande diferença entre os processos pedogenéticos múltiplos e os específicos é que o mesmo se concentra mais nos processos do que nos fatores que os determinam. Esses processos podem interagir de diferentes formas dependendo da profundidade em relação a superfície do solo, e dos fatores ambientais que atuam no local (SILVA; TADRA, 2017). FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 41 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO Segundo Silva e Tadra (2017), normalmente solos que sofreram processos pedogenéticos múltiplos apresentam: • Acúmulo de matéria orgânica; • Formação de estrutura do solo; • Acumulação de sais solúveis e gipsita; • Acumulação de carbonato de cálcio (CaCO3); • Acumulação de sílica opalina; • Redistribuição de argila; • Complexação e redistribuição de ferro e alumínio; • Lixiviação de silício; • Concentração de óxidos resistentes; • Redução microbiana. Os mesmos autores ainda citam alguns exemplos de processos pedogenéticos múltiplos (SILVA; TADRA, 2017): • Processo de adição: ocorre com ação de plantas e micro-organismos, pela adição de carbono (C) e nitrogênio (N) da atmosfera ao regolito. Isso se dá devido ao crescimento e desenvolvimento das plantas, o que gera resíduos orgânicos, fonte de energia para alguns micro-organismos do solo que utilizam C e N para necessidade protoplasmáticas. Assim, materiais e solutos da atmosfera são adicionados ao solo de forma direta. • Processo de perdas: processos erosivos e de lixiviação levam a perda de material da superfície e componentes solubilizados pelas águas de percolação. • Processo de transformações: materiais orgânicos adicionados ao solo sofrem modificação pelos micro-organismos ali existentes, resultando em acumulação de matéria. O intemperismo de minerais primários das rochas fornece nutriente para os micro-organismos e materiais para formação de minerais secundários. • Processo de translocações: coloides de baixo peso molecular como argila fina e constituintes dissolvidos são movidos pela água presente no solo e depositados em outro local. Como resultado, tem-se a formação de zonas de perda (horizontes E) e acumulação de coloides (horizontes B). Este processo também pode ocorrer por ações da fauna. 7.2 Exemplos de Processos Pedogenéticos Caro(a) aluno(a), os processos pedogenéticos colaboram de forma significativa para estudos de feição do solo, por meio de modelos que facilitam sua identificação FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 42 MECÂNICA DOS SOLOS, DAS ROCHAS E ELEMENTOS DE GEOLOGIA PROF. ME. LUIZ HENRIQUE BISCAIA RIBEIRO DA PROFª. ME. REBECCA MANESCO PAIXÃO na natureza e organização da classificação dos solos. Na sequência, veremos alguns exemplos de processos pedogenéticos existentes (SILVA;TADRA, 2017). A melanização é um processo pedognético que ocorre pela complexação, com o escurecimento do mineral devido à mistura com material orgânico, capaz de gerar um horizonte A espesso ou um horizonte B escurecido. Uma classe de solo que pode apresentar esse processo são os Chernossolos. A leucinização é um processo que se dá devido ao empalidecimento de horizontes, devido ao desaparecimento de material orgânico por remoção ou transformação. As propriedades diagnósticas associadas são: horizontes Af fraco e A moderado, E álbico e horizontes Ap e E. A pedalização é um processo que ocorre devido a reações de expansão ou contração, durante esse processo ocorre a formação de agregados estruturais no material de origem e no solo. As propriedades diagnósticas associadas são os agregados estruturais. A brunificação é um processo pedogenético que ocorre pela liberação de íons de Fe2+ dos minerais primários, bem como da oxidação e dispersão de óxidos de ferro, conferindo uma coloração avermelhada a matriz do solo. Classes de solos que apresentam esse processo são os argissolos, cambissolos, chernossolos, latossolos e nitossolos. A silicificação ocorre por meio da solubilização e precipitação da sílica (Si). Neste processo ocorre a migração e acumulação de sílica secundária que produz cimentação do solo. As propriedades diagnósticas associadas são: duripã, fragipã, horizonte B coeso e caráter coeso. A dessilicação diz respeito à liberação e remoção parcial ou total de silicia do solo. Ocorre em todas as classes de solos minerais. A ferratilização promove a remoção de silica do solo, formação de caulinita e concentração de óxidos de ferro e de alumínio, podendo ou não haver a formação de petroplintita e concreções. Ocorre em latossolos e nitossolos. A plintilização e laterização são processos pedogenéticos que ocorrem por translocação
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