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Geologia de Engenharia I Rochas Sedimentares Aula 6 Sumário Intemperismo Diagênese Depósitos Sedimentares Intemperismo Sedona – USA Intemperismo Conjunto de processos mecânicos, químicos e biológicos que ocasionam a desintegração e a decomposição das rochas. Observação: intemperismo, também conhecido como meteorização (depende do autor) Meteorização ou intemperismo • É o processo natural de decomposição ou desintegração de rochas e solos, e seus minerais constituintes, por ação dos efeitos químicos, físicos e biológicos que resultam da sua exposição aos agentes externos. • Em resumo, a meteorização é o fenómeno natural a que estão sujeitos todos os materiais geológicos quando expostos aos agentes da natureza, ocorrendo de forma permanente e generalizada em toda a superfície terrestre. • Não deve ser confundida com os efeitos da erosão, embora tenha frequentemente com eles uma relação estreita de causa e efeito. Monte Aconcágua Tipos de Intemperismo Físico Químico Biológico Intemperismo : Transporte Mecânico Movimentação física dos materiais intemperisados Em solução Movimentação química / em solução dos materiais intemperisados INTEMPERISMO FÍSICO, QUÍMICO e/ou BIOLÓGICO PRODUTOS SOLÚVEIS SAIS DETRITOS E PRODUTOS INSOLÚVEIS LIXIVIAÇÃO EROSÃO TRANSPORTE EM SOLUÇÃO TRANSPORTE MECÂNICO PRECIPITAÇÃO DEPOSIÇÃO DIAGÊNESE SEDIMENTOS QUÍMICOS SEDIMENTOS CLÁSTICOS ou DETRÍTICOS ROCHA SEDIMENTAR Físico Desagregação da rocha, • Separação dos Grãos / Minerais • Transforma a rocha em material friável • Depende: • Resistência dos minerais • Composição química • Estrutura cristalina Fenômenos Envolvidos • Alívio de pressão ao aflorar na superfície • Expansão térmica • Congelamento e Degelo Exemplo : Granito Alívio de pressão : Forças internas das rochas causam expansão durante a erosão Expansão térmica: Exposição ao clima / variação de temperatura (Ex. Saara - variação diária 25oC) - Expansão + Contração Aigua, Uruguay As faces / arestas / vértices são crescentemente atacados Formam blocos / matacões arredondados, grãos finos circundantes. Ataque em Rocha ígnea - GRANITO Itaimbezinho – RS Trilha do Rio do Boi (interior do Canion) Chapada dos Guimaraes - Mato Grosso Cristalina - Goiás Congelamento / Degêlo Ação da água : congelamento aumenta 4% volume / cunha Consequências Redução da granulometria dos minerais Contínuo aumento da superfície específica Sem modificação na composição química Formação de solo Químico Decomposição da rocha • Rochas ao chegarem a superfície encontram ambiente rico em H2O + O2 + S + etc... • Pressão e temperaturas baixas em relação ao ambiente de formação • Minerais sofrem reações químicas / mudam Feldspato Argila • Mais intenso em climas úmidos (+ H2O) Meteorização Química das Rochas Feldspato alcalino, plagioclásio e a biotita são transformados em minerais de argila Intemperismo Química das Rochas • Os minerais são alterados para argilas. • Quartzo é mais resistente à meteriorização química. • A completa meteriorização de um granito produz sedimento formado por minerais de argila e quartzo Intemperismo Destruição / ataque nos minerais • Produz sedimentos Sedimentos que são: • depositados em locais favoráveis • acumulados • compactados Podendo formar: rocha sedimentar! Ação do Intemperismo + exposição do mineral na superfície; + sujeito à ataque químico + fraturas + ataque químico Reações químicas • Dissolução dos minerais; • Hidratação e Hidrólise; • Oxidação e Redução; Agente principal: Água Intemperismo químico no calcário Ataque em Rocha sedimentar GNAISSE ATACADO QUIMICAMENTE – VILA NOVA DO SUL - RS Ataque em Rocha metamórfica Gnaisse atacado quimicamente – Vila nova do Sul - RS Intemperismo em rocha metamórfica Anel de rocha quimicamente alterado Ataque em Rocha ígnea - BASALTO Gnaisse atacado quimicamente - La Barra, Uruguay Consequências • Completa modificação das propriedades físicas e químicas das rochas • Aumento no volume dos minerais formados secundariamente, se comparados com os minerais primários / fontes. • Formação de solos Biológico Fenômenos Envolvidos: • Ação das raízes de vegetais • Ação da escavação de animais • Ácidos vegetais Santo Antônio da Patrulha Alteração em rocha ígnea - Granito Intemperismo do Granito Estabilidade dos Minerais - Correlação • Alguns minerais são mais suscetíveis ao ataque / intemperismo • Série de Bowen • (Cristalização, rocha ígnea) • Serie de Goldich • (Destruição, rocha sedimentar) Produtos habituais da meteorização química Alterações mais comuns nas rochas devido ao intemperismo • Alguns minerais como a calcita, olivinas, piroxenas decaem rapidamente e podem se dissolver por completo. • Feldspato, micas (moscovita e biotita) se alteram para minerais de argila (caulinita). • Os íons em soluções podem se recombinar para formar óxidos de ferro (hematita, limonita e outros). Influência da Estrutura e textura da Rocha no Intemperismo Estrutura da rocha determina a força física e a suscetibilidade para ser alterada química e fisicamente. • As principais características exploradas pela meteorização são: • Planos de estratificação em rochas sedimentares. • Planos de foliação em rochas metamórficas. • Juntas e falhas. Textura da rocha (tamanho dos minerais) exerce influência na área dos mineral expostos a meteorização química e stress intergranular. Influência da Estrutura e textura da Rocha no intemperismo Meteorização Diferencial • Explora as diferenças estruturais e litológicas existentes e dá origem a uma série de formações superficiais tais como: poços, sulcos e cumes. • As depressões acompanhamos planos de estratificação, juntas e outras estruturas presentes. Importância Econômica do Intemperismo Os produtos da alteração podem ocorrer em concentração com viabilidade econômica de exploração. Bauxita – Hidróxido de alumínio proveniente de solos tropicais ricos em alumínio intensamente lixiviados. Laterita – Substância dura insolúvel muito resistente, constituída por resíduos de óxidos de ferro alumínio e ferro intensamente lixiviados. Explorado como material de construção Perspectiva Geotécnica Intemperismo : Relação com Clima Intemperismo Físico + pronunciado em: – Áreas de T : alta alternado com baixa ; – Pouca Chuva – Desertos Intemperismo Químico + pronunciado em: – Áreas de T alta – Muita Chuva – Floresta Equatorial Intemperismo ou Meteorização Síntese Intemperismo • Corresponde à desagregação in situ das rochas e minerais na superfície da terra ou próximo a ela. • Ocorre através de processos físicos, químicos e biológicos. Envolvem vários mecanismos e reações químicas. As mais importantes envolvem reações químicas com ar e a água ou envolvem variações de volume provocadas por alteração de temperatura e pressão ou crescimento cristalino. • Os produtos do Intemperismo incluem fragmentos de rocha e novos minerais formados (minerais de argila, vários óxidos e íons). • Os minerais como o quartzo mais resistentes permanecemcomo produtos residuais relativamente inalterados. Alguns produtos do intemperismo como o caulim e a bauxita tem valor econômico. • O processo e a intensidade do intemperismo variam com o clima. Nas regiões quentes e úmidas existe um intemperismo intenso. Nas regiões áridas o intemperismo é relativamente baixo (falta umidade). • Diferentes tipos de rocha reagem de forma diferenciada ao intemperismo. O calcário se altera facilmente por dissolução formando paisagens características. O granito apresenta normalmente descamação. O intemperismo diferencial ocorre com mais intensidade nas rochas estratificadas. Confere aos diferentes tipo de formações geológicas paisagens características. Transporte e deposição de sedimentos Transporte e deposição Grão / Sedimento Possui características individuais: • forma , • rugosidade superficial, • densidade • tamanho Comportamento dinâmico do grão: • velocidade • trajetória • modo de deslocamento Suspensão • Carreamento ou sustentação do grão acima da interface sedimento/fluido Saltação • Manutenção temporária do grão em suspensão, em trajetória praticamente elíptica Arrasto • Deslocamento do grão rente à interface fluido/sedimento, tangencial Rolamento • Rotação do grão em torno de um eixo por sobre outros grãos da interface Tendência para Tamanho de Grão: • Granulometria mais fina tende a ser transportada em suspensão • Granulometria intermediária por saltação • Granulometria mais grossa por arrasto TIPOS DE FLUXO DE ACORDO COM FORMA DE ARRASTO POR TRAÇÃO Rolamento, saltação e arrasto POR SUSPENSÃO Partículas pequenas / “flutuam” TIPOS DE FLUXO DE ACORDO COM VELOCIDADE FLUXO LAMINAR As partículas imersas no fluido movem-se em trajetórias retilíneas e paralelas e deslizam umas sobre as outras FLUXO TURBULENTO: Velocidade de fluxo do fluido ALTA / trajetórias curvas , redemoinhos. Fluxo Aquoso turbulento Material carreado em suspensão + tração, (grande erosão devido ao deflorestamento). Fluxo Aquoso – Tração Laminar Os terraços lateralmente TERRAÇOS LATERALMENTE REGISTRAM LIMITES DE PLANÍCIES DE INUNDAÇÃO ANTERIORES DEIXADAS PELO APROFUNDAMENTO DO CANAL DO RIO. Fluxo Aquoso/ Gravitacional Turbulento MOVIMENTO DAS PARTÍCULAS : TRAÇÃO + SUSPENSÃO. DEPÓSITO tipo LEQUE ALUVIAL EM ÁREA DE BAIXA ENERGIA DE RIO. TIPOS DE FLUXO DE ACORDO COM AGENTE TRANSPORTADOR FLUXO AQUOSO Baixa Viscosidade Deposição: gravidade atua sobre o fluido (água), para transportar partículas FLUXO GRAVITACIONAL Alta Viscosidade / grande concentração de sedimentos Forma depósitos na base dos aclives (leques) Caráter episódico: dissipação de grande quantidade de energia e deslocamento de grande massa de sedimentos em tempo muito reduzido DEPÓSITOS DE TALUS Rochas acumuladas na base de talude Grande inclinação O movimento das partículas dá-se por queda, deslizamento e/ou rolamento , formando corpo cônico As partículas finas tendem a ser depositadas próximas ao talude, enquanto as partículas grossas são depositadas na periferia do depósito. Classificação de depósitos Fluxo Gravitacional Turbulento Movimento das partículas ocorre por queda ou escorregamento ou rolamento. Intemperismo e Sedimentação • As rochas expostas na superfície estão sujeitas a uma variedade de processos externos que levam a sua desagregação (Intemperismo ou Meteorização). • O material sólido que persiste é denominado de clástico ou dentrítico. • A dimensão pode variar de um bloco grosseiro a um grão fino tipo argila. • Após a formação do material clástico por meteorização da rocha, ele será transportado para outros locais. • Durante o transporte ocorre a seleção granulométrica do material que pode inclusive ser desfeito durante o transporte. Tipos de meteorização • Mecânica Ex. Glacial • Química Ex. dissolução por exposição à chuva ácida. Rocha Mãe de um sedimento • Rocha mãe de um sedimento é a rocha que pertenceram os grãos que o deram origem. • Um depósito sedimentar possui por vezes diversas rochas mães. • Exemplo: Se existirem diversos tipos de rocha na montanha que foi drenada por um rio. Formação de rocha sedimentar Processo clástico • Grãos de minerais ou fragmentos de rocha formados por meteorização denominam-se clásticos ou dentríticos. • Dificilmente permanecem no local onde se formaram. • Após a sua liberação da rocha mãe é transportado pela água, vento, glaciares, gravidade. • A partir do momento que o mecanismo de transporte não tiver mais energia suficiente para carregar o material clástico, este é depositado constituindo um sedimento. Classificação do Sedimento De acordo com o tamanho das suas partículas. • Depende da granulometria: blocos, areias, silte até argilas. Fatores importantes para classificação: • Identificar se o material é anguloso ou arredondado • Se os grãos são de tamanho variado ou de dimensão parecida. Ambientes Deposicionais CONTINENTAIS TRANSICIONAIS OU MISTOS MARINHO FLUVIAL VALE FLUVIAL LACUSTRE PANTANOSO EÓLICO GLACIAL LAGUNA OU LAGOA ESTUÁRIO/DELTÁICO PRAIA PLATAFORMA CONTINENTAL TERRÍGENO RECIFE DE CORAL RECIFE ALGÁLICO TALUDE CONTINENTAL PLANÍCIE ABISSAL Depósitos Sedimentares Tipos de Depósitos Sedimentares Classificação dos Sedimentos Detríticos com base na dimensão do sedimento Blocos > 256 mm Areias – Partículas com diâmetro entre 0,062 mm e 1 mm Argilas – Partículas inferiores a 0,02 mm. Podem conter diminutos grãos de quartzo e de outros minerais. Em mineralogia o termo argilas correspondem a um grupo de minerais – silicatos em folhas (Filosilicatos) Sedimentos Detríticos Material Sedimentar Anguloso Material Sedimentar Arredondado A forma do material diz respeito a tipo e distância de transporte Material bem e mal calibrado Erosão Glaciária Erosão Glaciária Erosão Glacial Erosão Glacial – Não seleciona tamanho Material mal calibrado Exemplo: deposição glacial DEPÓSITOS DE COLÚVIO Depósitos de encostas Rochas angulosas Não mostram seleção quanto à disposição dentro do depósito Classificação de depósitos DEPÓSITOS DE ALUVIÃO Depósitos originados por fluxo aquoso em canais de rios. As partículas são transportadas por tração (partículas grossas), ou em suspensão (partículas finas). Classificação de depósitos Rochas Sedimentares • São formadas pelos resíduos do intemperismo sobre outras rochas. • Rochas → erosão → transporte de partículas (vento, água, gelo, gravidade) → depósito em depressões → bacias sedimentares Diagênese Qualquer mudança química, física ou biológica sofrida por um sedimento após a sua deposição inicial. Ocorre com Temperatura e pressão baixa; (comparado com Rocha Metamórfica). Alteração do mineral; Adaptação a novas condições: • físicas (P + T) • químicas (pH) Diagênese Diagênese • Processos que transformam um sedimento numa rocha dura (Ex. litificação). Os mais importantes são: • Compactação • Cimentação. • O xisto argiloso, arenito, conglomerado, folhelho são exemplos de rochas sedimentares clásticas. Grand Canyon Petra - JordâniaPetra - Jordania Ele foi totalmente esculpido em arenito. São Miguel - RS Travertino éuma rocha calcária, usada como pedra ornamental. Pode ser utilizada em estado natural ou polida e suas pequenas cavidades podem ser preenchidas a fim de tornar a superfície brilhante e plana, caso contrário podem ser deixadas vazias mostrando uma textura natural. Travertino Travertino Sedimentação Diagênese • Novos espaços (poros) ---- e fechamento de poros... • Dissoluções e reprecipitações a partir de soluções aquosas existentes nos poros. • Começa no final da deposição e prossegue indefinidamente, não importando o grau de consolidação que o depósito sedimentar tenha atingido. Diagênese • Processos: • Compactação • Dissolução • Cimentação • Recristalização diagenética Diagênese Compactação • Mudança do empacotamento intergranular • de cúbico para romboédrico • Quebra ou deformação de grãos • Redução expressiva de volume Sistemas Cristalinos Diagênese • Cimentação • Precipitação química a partir de íons em solução na água intersticial (poros) • Depende de: • Porosidade da rocha • (% espaços vazios) • Permeabilidade rocha • Capacidade de permitir liquido fluir pelos poros • Pressão , Viscosidade, etc.. Diagênese • Cimentação : • Cimentos comuns: • Silicosos / quartzo • Carbonáticos / calcita, etc.. • Férricos / hematita, pirita... • Alumino-silicáticos / clorita, etc.. Resumo do processo de compactação e cimentação Compactação e cimentação Sedimento é compactado e os poros diminuem (cimento é fornecido pela água nos poros) Compactação e Cimentação Do sedimento à rocha sedimentar Estruturas primárias formadas pela deposição do material clástico • Estratificação sedimentar • Ondulação fluvial e litoral • Estratificação cruzada. Ondulação Fluvial e litoral Deposição Eólica Estratificação cruzada Os estratos de cor diferente marcam a sazonalidade anual - AZ Cross bedding Cross bedding Santo Antônio da Patrulha, RS Estratos Unidades básicas de rocha sedimentar. Arranjo das partículas refletem as condições de transporte e de deposição no meio. Exemplo: Dunas – Estrato tipo cross bedding (acamadamento cruzado) Camadas Formadas pelo arranjo de vários estratos. Camada 1 Camada 2 Outros processos de Diagênese que ocorrem nos sedimentos para a formação das rochas • Dissolução • Recristalização diagenética ou Permineralização / ou Petrificação Diagênese Dissolução • Ocorre com a percolação de soluções • Oxidação e dissolução de minerais • Ocorre sob baixas Pressão e Temperatura Recristalização diagenética ou Permineralização / ou Petrificação • Soluções intersticiais preenchem espaços vazios • Substituição de matéria orgânica por minerais • Ex: substituição: carbonato sílica • Fósseis de conchas, animais ou plantas Mata, RS VISITE MATA! Diagênese LITIFICAÇÃO (Petrificação) Processo final da DIAGÊNESE: Consolidação dos sedimentos Sedimentos COMPACTADOS sobre pressão, expelem ÁGUA Formação da ROCHA SEDIMENTAR Diagênese Litificação • Mudança sofrida no depósito de sedimento após a deposição • Alteração na mineralogia e textura • Compactaçao / dissoluçao / cimentaçao, perda de ‘agua.. • Cria poros e fecha poros... • Dissoluções e reprecipitações nas soluções aquosas, nos poros. • Começa no final da deposição e prossegue indefinidamente.. • DEPÓSITO SEDIMENTAR TENDE A LITIFICAR • Encerramento da Diagênese • Consolidação dos sedimentos • Expulsão da ‘agua • CONCLUI ROCHA SEDIMENTAR INTEMPERISMO FÍSICO, QUÍMICO e/ou BIOLÓGICO PRODUTOS SOLÚVEIS SAIS DETRITOS E PRODUTOS INSOLÚVEIS LIXIVIAÇÃO EROSÃO TRANSPORTE EM SOLUÇÃO TRANSPORTE MECÂNICO PRECIPITAÇÃO DEPOSIÇÃO DIAGÊNESE SEDIMENTOS QUÍMICOS SEDIMENTOS CLÁSTICOS ou DETRÍTICOS ROCHA SEDIMENTAR Principais rochas sedimentares Rochas Sedimentares dentríticas ou clásticas • Compostas por fragmentos de materiais derivados de outras rochas. • Composição: basicamente por sílica (ex: quartzo), outros minerais, como feldspato, anfibolios, minerais argilosos • Granulometria: argilito com partículas mais finas arenitos com partículas de tamanho intermédio conglomerados formados por partículas maiores. Da argila ao Xisto Argilito Rocha sedimentar detrítica constituída por sedimentos muito finos – argilas. Da areia ao arenito Arenito Constituído por sedimentos que inicialmente eram areias soltas antes de sofrer diagénese. Da cascalheira ao Conglomerado Brecha Rocha sedimentar detrítica constituída por sedimentos de grandes dimensões e angulosos. Isto significa que os sedimentos praticamente não sofreram transporte antes da diagénese. Conglomerado Rocha sedimentar detrítica constituída por sedimentos grandes e arredondados. Os sedimentos durante o transporte vão sendo desgastados e arredondados. his photograph on the left was taken by NASA's Mars Rover Curiosity in 2012 using its mast camera. It shows a portion of an outcrop of a rock similar to the conglomerates found on Earth. The pebbles below the rock are clasts that have been weathered from the rock. The photo on the right is a conglomerate outcrop from Earth to show similarity. Folhelho • São rochas que tem os grãos de tamanho argila. • Se diferencia do argilito por apresentar laminação fina e paralelas (esfoliáveis). Os argilitos apresentam uma estrutura maciça. • Apresentam alternância de partículas mais finas e mais grossas (argila e silte). Alternância de materiais mais claros e mais escuros. • A composição varia de acordo com o mineral que está associado. • Cor: Coloração do vermelho amarronzado ao preto. Folhelho • Folhelhos intercalados com carbonatos. • Padrão de acamamento sedimentar paralelo aos leitos e intercalações de litologias mais escuras com maior conteúdo relativo de matéria orgânica e com exsudações de óleo. This photograph was taken by NASA's Mars Rover Curiosity in 2012 using its mast camera. It shows a portion of an outcrop inside the Gale Crater. This view shows an area about one meter wide. The color has been balanced to make the scene look as if it were on Earth. Visible in this image are rocks that are very similar to the shales found on Earth. They are fine-grained, thinly layered and fissile (meaning they easily break into thin sheets). Rocks on Earth that break this way are usually made up of clay minerals or mica grains that settled out of an aqueous suspension. Their plate-shaped grains deposited on the Rochas sedimentares quimiogênicas • Rochas sedimentares podem se formar quando em soluções minerais, tais como a água do mar que se evapora. • Exemplos: Calcário, hálita e o gesso. Calcáreo Formada pelo acúmulo de organismos inferiores ou precipitação de carbonato de cálcio na forma de bicarbonatos, principalmente em meio marinho. Torre de Belém – Portugal (Construída com blocos de calcário do Cretáceo, abundante numa região nas proximidades de Lisboa) Intemperismo ou Meteorização • A meteorização é o processo geral pelo qual as rochas são quebradas à superfície da Terra. • É por este processo que são produzidas todas as argilas do Mundo, todos os solos e as substâncias dissolvidas que são levadas pelos rios para o oceano. Rochas sedimentaresbiogênicas • Formadas por materiais gerados por organismos vivos • Exemplo: Corais, moluscos e foraminíferos • Cobrem o fundo do oceano com camadas de calcita que podem mais tarde formar calcários. Formação de rochas por processos químicos e biológicos • A água dos rios, lagos e especialmente dos mares carregam uma quantidade grande de íons dissolvidos: Na+, Mg 2+, Ca2+, K2, Cl-, SO4 2-, CO2- e Br. • Os íons dissolvidos na água podem precipitar e formar minerais. • Se a precipitação for através de organismos vivos. Forma-se rochas sedimentares Biogênicas. • Se ocorrer sem influência geológica a rocha sedimentar será Quimiogênica. Formação dos calcáreos • Uma grande variedade de organismos é capaz de extrair Ca2+ e CO2 da água formando conchas (esqueleto) de CaCO3. • Quando o organismo morre, os fragmento de calcita são depositados como um sedimento. • Quando o sedimento sofre diagênese forma-se um calcário. • O calcário é a rocha sedimentar mais importante da crosta terrestre. Rochas Sedimentares biológicas importantes • Outras rochas sedimentares biológicos importantes contém sílica (SO2), fosfato e carbono. • Exemplos de rochas sedimentares quimiogênicas são: Silex, Halita e o Gesso. Referências Élements de Géologie, Charles Pomerol, 14 Edition – DUNOD, Paris 2011 Princípios de Geologia: técnicas, modelos e teorias/ Charles Pomerol...[et. Al]. Tradução Maria Lídia Vignol Legarge, 14 edição. Porto Alegre. Bookman 2013 Flashed Teaching Resources in Geology from the University of Tromso, Norway. News and Information About Geology and Earth Science .Geosciene News and Information. http://Geology.com. Rochas Sedimentares. ftp://ftp.iag.usp.br/private/geo/agg209/Arquivo_04_Rochas_sedimentares.pdf
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