Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 UNIDADE D – INTEMPERISMO E ROCHAS SEDIMENTARES Introdução Já aprendemos sobre as rochas ígneas, agora vamos estudar outro grupo de rochas: as rochas sedimentares. Em volume, na crosta terrestre, os sedimentos e rochas sedimentares perfazem apenas 5%. Entretanto, a área de exposição dessas rochas abrange, cerca de, 75% da superfície terrestre e 90% dos leitos marinhos. Assim, 80 a 90% da superfície do planeta são cobertos por sedimentos e rochas sedimentares. Apesar do relativo pequeno volume das rochas sedimentares, com relação as ígneas e metamórficas, parte delas contém o registro da maioria dos eventos importantes na história da Terra. Essas rochas podem nos informar sobre os grandes eventos ocorridos ao longo do tempo geológico, bem como, sobre a evolução da vida no planeta por meio do seu conteúdo fossilífero. Essas rochas são conhecidas em Geologia de Engenharia como rochas brandas, pois, em geral, apresentam baixas resistências mecânicas e, muitas vezes, são friáveis devido a menor coesão entre os minerais constituintes. Objetivos � Compreender os processos envolvidos na formação das rochas sedimentares; � Identificar os principais ambientes de sedimentação, e suas características; � Reconhecer e identificar as principais rochas sedimentares. Conceitos-chave para esta unidade: 1) Os principais tipos de intemperismo são a desintegração mecânica (intemperismo físico) e a decomposição química (intemperismo químico). As principais reações do intemperismo químico são a oxidação, dissolução e hidrólise. Os produtos do intemperismo são os solos, através dos processos pedogenéticos, e a formação das rochas sedimentares, através da diagênese. 2) A ação do gelo é muito importante para o intemperismo mecânico/físico. 2 3) A presença de juntas ou fraturas nas rochas facilitam o intemperismo, pois permitem que a água e os gases da atmosfera ataquem a rocha até uma determinada profundidade, pois, aumentam a superfície de contato da rocha com os agentes químicos. 4) A variação climática influência o tipo e a taxa/velocidade de intemperismo. Os principais fatores climáticos que controlam o intemperismo e são a precipitação e a temperatura. 5) As rochas sedimentares são formadas na superfície pelos sistemas hidrológicos. A origem dessas rochas envolve o intemperismo de rochas preexistentes, transporte de material para longe do sítio de formação e deposição do material erodido em um ambiente sedimentar. 6) Os dois principais tipos de rochas sedimentares são: (a) Rochas Clásticas, que consistem nos fragmentos de rochas e minerais, e (b) Rochas Químicas e Orgânicas ou Bioquímicas, que consistem nos precipitados químicos ou materiais orgânicos. Os principais ambientes sedimentares são: continentais, transicionais e marinhos. 7) A estrutura sedimentar mais significativa é a estratificação, a qual resulta de mudanças na erosão, transporte e deposição durante o tempo em que a rocha é formada. 3 4.1.Intemperismo: decomposição e desagregação das rochas O intemperismo é o conjunto de processos químicos, físicos e/ou biológicos que, combinados ou isoladamente, causam a decomposição e a desagregação das rochas junto à superfície da crosta terrestre. O intemperismo causa, através de mecanismos físicos e químicos, com ou sem participação de agentes biológicos, modificações na textura, na estrutura e na composição química e mineralógica da rocha original. Observe a Figura D.1, que representa uma analogia entre o processo de intemperização e o da filtragem do café em pó. Figura D.1: Analogia entre o processo de filtragem do café e o intemperismo de materiais na natureza. Fonte: PRESS; SIEVER; GROTZINGER; JORDAN (2004). Os sedimentos, produtos do intemperismo, originam as rochas sedimentares, através da diagênese, e os solos, através dos processos pedogenéticos. As rochas sedimentares serão abordadas nessa unidade e os solos na Unidade H. 4 4.1.1.Tipos de intemperismo São três os tipos de intemperismo: físico, químico e biológico, sendo que o intemperismo biológico combina efeitos dos dois primeiros. As principais características de cada tipo de intemperismo são descritos a seguir e encontram-se, resumidamente, no Quadro 1. Tipo de intemperismo Exemplos Resumo Físico Alívio de pressão (expansão da rocha durante a erosão) Expansão térmica (insolação) Congelamento/degelo (ação de cunha) Redução da granulometria e aumento de superfície específica, sem mudança de composição química. Químico Dissolução. Hidratação e hidrólise. Oxidação (com ou sem aumento de valência). Carbonatação (em parte, reações de troca). Ocorre completa mudança das propriedades físicas e químicas. Aumento no volume dos compostos minerais formados secundariamente, quando comparado com os minerais primários. Biológico Ação de cunha das raízes Ação de escavação de animais Ácidos vegetais Combinação de efeitos de intemperismo físico e químico. QUADRO D.1- Processos de intemperismo. Fonte: SGARBI (2007). I) Intemperismo Físico: no intemperismo físico prevalece a ação das variações de temperatura na superfície terrestre, o que ocasiona dilatações e contrações nas rochas. Todavia não há uma alteração nas estruturas químicas e mineralógicas dos materiais intemperizados. Os processos físicos mais importantes são: a) variação de temperatura: a variação diária e sazonal de temperatura provoca a termoclastia. Glossário: Termoclastia: fenômeno de meteorização que gera a fragmentação da rocha devido a variação diária e sazonal de temperatura. 5 b) alívio de pressão: alívio do peso das rochas que são erodidas, provocando um diaclasamento mais ou menos horizontal. Este processo pode ser observado na Figura D.2. c) crescimento dos cristais: por efeito das alternâncias de temperatura ocorre um crescimento de cristais nas fendas e nos poros das rochas, conforme pode ser visto na Figura D.3 (a). d) ação das raízes das plantas: ação mecânica contínua de raízes e caules, provocando rompimento de partes dos maciços, conforme exemplifica a Figura D.3 (b). e) hidratação dos minerais: Aumento interno físico de certos minerais que constituem as rochas. Figura D.2: Formação das juntas de alívio em conseqüência da expansão do corpo rochoso sujeito a alívio de pressão pela erosão do material sobreposto. Estas descontinuidades servem de caminhos para a percolação das águas que promovem a alteração química. Fonte: TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI (2000). 6 Figura D.3: (a) Crescimento de cristais. A água líquida ocupa as fissuras da rocha (a), que posteriormente congelada, expande e exerce pressão nas paredes (b). Fonte: TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI (2000). (b) ação das raízes de plantas. Fonte: SKINNER (1989). II) intemperismo Químico: O intemperismo químico é o conjunto de reações que levam à modificação da estrutura dos minerais que compõem a rocha. Na natureza, é praticamente impossível separar o intemperismo físico do químico, já que ocorrem quase simultaneamente. O intemperismo químico, entretanto, torna-se mais acelerado na medida em que o intemperismo físico avança devido ao aumento de área superficial específica dos minerais, conforme a Figura D.4. Figura D.4: A fragmentação de um bloco de rocha é acompanhada por um aumento significativo da superfície exposta à ação d o s a g e n t e s intempéricos. Fonte: TEIXEIRA;TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI (2000). 7 As principais reações químicas associadas ao intemperismo são: Hidratação, Dissolução, Hidrólise e Oxidação. Material Complementar: Para saber mais sobre as principais reações químicas do intemperismoquímico, consulte o Texto Complementar D.1, disponível na plataforma Moodle. 4.1.2.Fatores que controlam o Intemperismo Várias características do ambiente, em que se processa o intemperismo, influem diretamente nas reações de alteração. Esses fatores estão ligados ao tipo de material a ser intemperizado, ao clima, a topografia, elementos biológicos e tempo de exposição. a) material parental: rochas e minerais com textura, estruturas e naturezas diferenciadas apresentam comportamentos diferenciados frente aos processos de intemperismo. Por exemplo, um granito tem uma maior resistência ao intemperismo que um mármore, devido aos seus constituintes e a sua estrutura. Entre os minerais constituintes das rochas, alguns apresentam maior susceptibilidade ao processo de alteração. Essa relação de alteração esta presente na série de Goldich, conforme a Figura D.5. Figura D.5: Série de Goldich: ordem de estabilidade frente ao intemperismo dos minerais mais comuns. Comparação com a série de cristalização magmática de Bowen Fonte: TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI (2000). 8 Observando a Figura D.5, se estabelece a relação inversamente proporcional entre o processo de cristalização do magma mostrado pela série de Bowen e o processo de alteração da série de Goldich. Assim, o Quartzo, que é o último mineral na escala de cristalização (cristaliza-se em temperaturas baixas, cerca de 500°C) é o mais resistente aos processo de alteração. Como conseqüência desse comportamento diferenciado, os perfis de alteração são naturalmente mais ou menos ricos em quartzo e, por conseguinte, empobrecidos ou desprovidos de Olivina. b) Clima: O clima é o fator que isoladamente, mas influencia no processo de alteração dos minerais e rochas, tendo em vista que vai influenciar na velocidade e no tipo de intemperismo local. Os parâmetros climáticos mais importantes são as precipitações e a temperatura, pois regulam a natureza e a velocidade das reações químicas que afetam os minerais e as rochas no perfil de alteração. Quanto maior a presença de água e a sua renovação (chuvas), mais completas serão as reações químicas. A temperatura desempenha papel duplo. Condicionando a ação da água e acelerando as reações químicas, conforme pode ser visto na Figura D.6. Figura D.6: O intemperismo físico predomina nas áreas onde a temperatura e pluviosidade são baixas. Ao contrário, temperatura e pluviosidade mais altas favorecem o intemperismo químico. Fonte: TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI (2000). 9 Observando a Figura D.7 que correlaciona a temperatura e a intensidade dos processos de alteração das rochas, podemos notar que os processo de intemperismo químico são mais intensos nas regiões tropicais enquanto que nas zonas mais frias há uma proeminência dos processos físicos de intemperização. Figura D.7: O tipo e a intensidade do intemperismo podem ser relacionados com a temperatura, pluviosidade e vegetação. O intemperismo químico é mais pronunciado nos trópicos. Nas regiões polares e nos desertos, o intemperismo é mínimo. Fonte: TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI (2000). c) Topografia: Este fator regula a velocidade com que ocorre a infiltração de água nos perfis de alteração. As reações químicas ocorrem com mais intensidade em zonas com topografia mais aplainadas, onde a uma boa infiltração de água nos perfis, carregando consigo componentes intemperizados, conforme a Figura D.8. 10 Figura D.8: Influência topográfica na intensidade do intemperismo Setor A: Boa infiltração e boa drenagem favorecem o intemperismo químico. Setor B: Boa infiltração na drenagem desfavorecem o intemperismo químico. Setor C: Má infiltração e má drenagem desfavorecem o intemperismo químico e favorecem a erosão. Fonte: TEIXEIRA; TOLEDO; FAIRCHILD; TAIOLI (2000). d) Elementos biológicos: a matéria orgânica morta no solo decompõe-se, liberando CO2, que em uma determinada concentração irá afetar o pH das águas que infiltram, tornando-as mais reagentes com alumínio, acelerando, assim, o processo de alteração de alguns minerais como, por exemplo, o feldspato. Os ácidos orgânicos, derivados do processo de apodrecimento das plantas e animais, são agentes poderosos de extração de íons de Fe e Al dos silicatos. Como exemplo desses efeitos, citamos os liquens que secretam substâncias que corroem rapidamente as superfícies rochosas, expondo-as a outros agentes intempéricos. 11 e) Tempo: é o tempo necessário para que uma rocha se intemperize. Depende de outros fatores que controlam o intemperismo como susceptibilidade dos constituintes, minerais e clima, ou seja, em condições de clima pouco agressivas (regiões mais frias, com pouca pluviosidade) será necessário um tempo muito maior de exposição dos materiais para que ocorra o surgimento de um perfil de alteração, do que em regiões com climas quentes e pluviosidade abundante. Material Complementar: Com certeza, seus alunos já lhe questionaram o porquê a água do mar é salgada. No Texto Complementar D.2 você encontra a resposta para esta pergunta. 4.2.Rochas sedimentares As rochas sedimentares correspondem aquelas formadas por acumulação sucessiva de partículas ou sedimentos nas depressões naturais, oceânicas ou continentais. Podem, também, ser formadas por precipitação química de substâncias, nessas mesmas bacias. Esse grupo de rochas se caracteriza pelo alinhamento de partículas em camadas horizontais ou subhorizontais, ou seja, apresentam estratos ou camadas superpostas e apresentam, em sua constituição, desde minerais até fragmentos de rochas. Para a formação de uma rocha sedimentar, através dos processos do ciclo sedimentar, são necessárias as seguintes condições: � Pré-existências de rochas; � Presença de agentes que desagreguem ou desintegrem as rochas; � Presença de agentes transportadores dos sedimentos; � Deposição deste material em uma bacia de acumulação continental ou marinha; � Consolidação desses sedimentos; � Diagênese: transformação dos sedimentos em rochas (Bacias sedimentares). Em que consiste o ciclo sedimentar? O ciclo sedimentar engloba os diferentes estágios e processos envolvidos na formação das rochas sedimentares. Parte das rochas sedimentares é formada a partir da compactação e/ou cimentação de fragmentos produzidos pela ação dos agentes do intemperismo, sobre uma rocha preexistente. Esses fragmentos são transportados pela ação dos ventos, das águas que escoam pela superfície, ou pelo gelo, do ponto de origem até o ponto de deposição. 12 Para que se forme uma rocha sedimentar é necessário, portanto, que exista uma rocha anterior, que pode ser ígnea, metamórfica ou mesmo outra sedimentar, que fornecerá pelo intemperismo, sedimentos (partículas e/ou compostos químicos dissolvidos) os quais serão as matérias-primas usadas na formação da futura rocha sedimentar. Os sedimentos, precursores das rochas sedimentares, são encontrados na superfície terrestre como camadas compostas de partículas soltas, como areia, silte e conchas de organismos, as quais se formam na superfície à medida que as rochas, através da ação do intemperismo, vão sendo alteradas e erodidas. O intemperismo corresponde a todos os processos físicos e químicos que desintegram e decompõem as rochas em vários tamanhos. Assim, ocasiona a alteração das rochas próximas à superfície terrestre em produtos que estão mais em equilíbrio com as novas condições físico- químicas, diferentes das que deram origem a essas rochas. As partículas oriundas do intemperismo são, então, transportadas pela erosão, que corresponde ao conjunto de processos que desprendem o solo e as rochas transportanto-os para locais onde são depositados, quando a energia exaure, em camadasde sedimentos. Não esqueça: O conjunto de intemperismo e erosão constitui o processo de denudação, sendo os produtos do intemperismo o solo e a formação das rochas sedimentares. Os sedimentos produzidos pelo intemperismo e erosão podem ser agrupados em dois tipos: � Sedimentos Clásticos: correspondente às partículas depositadas fisicamente, como os grãos de quartzo e feldspato. Esses sedimentos são depositados pela água corrente, pelo vento e pelo gelo e formam camadas de areia, silte e cascalho. � Sedimentos Químicos e Bioquímicos: substâncias novas que se formam por precipitação de substâncias químicas. Exemplo: calcita e halita. Os agentes transportadores englobam a ação da gravidade, a água, o vento e o gelo, os quais desempenham papel importante na segregação dos sedimentos. Os solutos que correspondem à fração solúvel em água são por este meio carregado. Já, as partículas sólidas, que podem variar em dimensão de matacões a partículas argilosas coloidais, vão ser segregadas nos diferentes meios de transporte, de acordo com a capacidade para carregar partículas de diferentes tamanhos ou competência desses meios. Glossário: Segregação é a tendência de selecionar sedimentos, à medida que varia a velocidade do agente transportador. Um sedimento bem selecionado consiste em partículas de tamanho predominantemente uniforme, ou seja, a maioria de seus constituintes possui 13 dimensões aproximadamente semelhantes. Já um sedimento pobremente selecionado contém partículas de muitos tamanhos. A gravidade e o gelo são competentes para transportar todos os tipos de produtos do intemperismo, de solutos a partículas residuais de diferentes diâmetros. Entretanto, eles são agentes ineficientes para segregação dos sedimentos, sendo, seus produtos, desse modo, geralmente pouco selecionados, contendo de matacões a seixos, areias e argilas. Já a água, é um agente muito eficiente para carrear solutos, embora sua atuação no transporte de resíduos seja menos efetiva. O vento é o agente que melhor seleciona os sedimentos durante o transporte. Dessa forma, a maior capacidade de transporte de partículas de diferentes tamanhos parece estar ligada a meios mais viscosos (gravidade e gelo) enquanto o maior poder de seleção pertence a agentes menos viscosos, como o vento e a água corrente. Isso nos mostra que os diferentes agentes de transporte fracionam os resíduos de maneiras diferentes, fazendo com que os depósitos sedimentares, conforme os meios de transporte e deposição, passem a apresentar maior predominância de seixos, de areias, de siltes ou argilas. Depois que os sedimentos são depositados e soterrados, eles estão sujeitos a diagênese, que corresponde às várias mudanças físicas e químicas pelas quais os sedimentos soterrados se transformam em rochas. A litificação corresponde ao processo que converte os sedimentos em rocha sólida, e resulta tanto pela cimentação como pela compactação, conforme a Figura D.9. ���� Por compactação: quando os grãos são compactados pelo peso do sedimento sobreposto, formando uma camada mais densa que a original. A compactação é a principal mudança da diagênese física e representa um decréscimo no volume e porosidade dos sedimentos. Ocorre preferencialmente nos sedimentos mais finos como silte e argila. Saiba Mais: A porosidade é o volume de vazios (poros) existentes nas rochas e sedimentos não consolidados. ���� Por cimentação: quando minerais precipitam-se ao redor das partículas depositadas e agregam-nas umas as outras. É a principal mudança da diagênese química. Os sedimentos são compactados e cimentados depois de serem soterrados sob mais camadas de sedimentos. Dessa maneira, o arenito é formado por litificação de partículas de areia e o calcário, pela litificação de conchas e de outras partículas de carbonato de cálcio. 14 Figura D.9: Os processos diagenéticos tendem a transformar sedimentos moles e inconsolidados, em rochas sedimentares duras e litificadas. Fonte: PRESS; SIEVER; GROTZINGER; JORDAN (2004). Dessa forma, uma série de processos, que compõem o ciclo sedimentar, estão envolvidos na formação de uma rocha sedimentar. O ciclo sedimentar pode ser resumido, conforme mostra a Figura D.10. 15 Figura D.10: Do intemperismo às rochas sedimentares: ciclo sedimentar. 4.3. Ambientes de sedimentação Os locais onde os sedimentos são depositados, e posteriormente litificados, correspondem aos ambientes de sedimentação, os quais representam um lugar geográfico caracterizado por uma combinação particular de processos geológicos e condições ambientais. As condições ambientais incluem o tipo e a quantidade de água, o relevo e a atividade biológica. Já, os processos geológicos incluem as correntes que transportam e depositam os sedimentos (água, vento e gelo), o posicionamento na placa tectônica que pode afetar a sedimentação e o soterramento dos sedimentos e a atividade vulcânica. A combinação dos fatores citados acima permite a distinção dos seguintes ambientes de sedimentação, conforme a Figura D.11: continentais, transicionais e marinhos, os quais apresentam características físicas, químicas e biológicas, bem como produtos sedimentares típicos. Os ambientes de deposição clásticos, comumente chamados de terrígenos, para indicar sua origem continental, são os fluviais, eólicos, lacustres e glaciais, bem como os ambientes transicionais, entre os continentais e oceânicos. Englobam, também, os ambientes oceânicos da plataforma continental, da margem continental e do assoalho oceânico profundo, onde as areias e lamas são depositadas. 16 Os ambientes de sedimentação químicos e bioquímicos são aqueles caracterizados principalmente pela precipitação química e bioquímica, sendo os ambientes carbonáticos, locais marinhos onde o carbonato de cálcio é o principal sedimento, os mais abundantes. Figura D.11: Ambientes sedimentares. Fonte: PRESS; SIEVER; GROTZINGER; JORDAN (2004). Material Complementar: Caso, você queira aprofundar seu conhecimento sobre os ambientes sedimentares, leia o Texto Complementar D.3. 4.3. Classificação das rochas sedimentares As rochas sedimentares podem ser classificadas em clásticas e não-clásticas, a partir do tipo de sedimento. As rochas sedimentares clásticas são formadas pela acumulação e, 17 posterior, diagenêse de sedimentos derivados da segregação e decomposição de rochas na superfície terrestre. Material Complementar: Para você saber sobre os principais componentes das rochas sedimentares clásticas, consulte o texto complementar D.4. Nas rochas sedimentares clásticas, o principal elemento descritivo é o tamanho (diâmetro) dos grãos, segundo intervalos de classes granulométricos, evidenciando a intensidade da corrente na sedimentação. A classificação das rochas sedimentares e dos sedimentos clásticos é apresentada no Quadro D.2. Quadro D.2: Principais classes de rochas sedimentares e sedimentos clásticos Fonte: Adaptado. PRESS; SIEVER; GROTZINGER; JORDAN (2004). Em relação aos sedimentos não-clásticos, estes são divididos em químicos e bioquímicos, conforme pode ser visualizado no Quadro D.3, enfatizando a importância dos organismos como os principais mediadores desse tipo de sedimentação. Esses sedimentos originam-se a partir dos íons dissolvidos na água durante o intemperismo químico, os quais são transportados em soluções para os oceanos onde se misturam com a água do mar. O mineral mais abundantes nos sedimentos precipitados química ou bioquimicamente é a calcita, um carbonato, principal constituinte do calcário. Sedimento Rocha Composição Química Minerais 18 BIOQUÍMICO Areia e lama (originalmente bioclásticos) Calcário Carbonato de Cálcio Calcita(aragonita) Sedimentos Sílex Sílica (SiO2) Opala, quartzo, calcedônia Turfa, Matéria orgânica Orgânicas Compostos de carbono combinado com O e H Carvão, óleo, gás QUÍMICO Originalmente não-sedimentar (formado pela diagenêse) Dolomito Carbonato de magnésio e cálcio Dolomita Sedimento de óxido de ferro Formação ferrífera Silicato de ferro; óxido; carbonato Hematita, ilimonita, siderita Sedimento evaporítico Evaporito Cloreto de sódio, sulfato de cálcio Gipsita, anidrido, halita e outros sais. Originalmente não-sedimentar (formado pela diagênese) Fosforito Fosfato de cálcio Apatita Quadro D.3: Principais classes de rochas sedimentares não-clásticas. Fonte: PRESS; SIEVER; GROTZINGER; JORDAN. (2004) 4.4. Principais rochas sedimentares: A Figura D.12 ilustra as principais rochas sedimentares 19 Figura D.12: Principais rochas sedimentares. Material de Apoio: Para saber mais sobre as rochas sedimentares consulte o vídeo Rochas Sedimentares disponível no DVD da disciplina Geologia na biblioteca do seu pólo.
Compartilhar