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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DO SOLO DISCIPLINA: GÊNESE E MORFOLOGIA DO SOLO (AGRO) MINERAIS Prof. Jaedson Mota Fortaleza- CE 2016 0-35 km 35-60 km 35-2890 km 2890-5100 km 5100-6378 km AS CAMADAS DA TERRA Ca, Na Si, Mg, Fe Silicatados, Silicatados (Fe, Mg), Si, Al, P, Olivina Olivina Metais (Fe, Ni) Metais (Fe e Ni) 2 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CROSTA TERRESTRE (base massa) Fonte: Teixeira et al., 2009 (Decifrando a terra). COMPOSIÇÃO MINERALÓGICA DA CROSTA TERRESTRE Fonte: Teixeira et al. (2000). Decifrando a terra. É um elemento ou composto químico homogêneo, formado por processos inorgânicos, de composição química definida, com arranjo atômico ordenado e encontrado naturalmente na crosta terrestre. É sólido nas CNTP. MINERAL POR QUE ESTUDAR OS MINERAIS? Avaliar o grau de evolução do solo. Quartzo e feldspatos: São mais resistentes Olivina, augita, hornblenda: São menos resistentes Solo derivado de rochas com quartzo, feldspatos e minerais ferromagnesianos Então, que apresenta quartzo e feldspato potássico como minerais primários é muito mais evoluído do que um mesmo que contenha ferromagnesianos Avaliar o potencial de reserva de nutrientes para as culturas agrícolas. Reserva mineral a curto prazo Ferromagnesianos, feldspatos (< 0,02 mm) Reserva mineral a médio prazo Ferromagnesianos, feldspatos (> 0,02 mm) Reserva mineral a longo prazo Feldspatos potássicos, muscovita e outros mais resistentes (> 0,02 mm) CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS Com base no ânion ou no radical aniônico dominante em sua fórmula química. Classe Ânionou radical aniônico Elementos nativos Sem íons Sulfetos S2- Óxidos/Hidróxidos O2-/OH- Haloides Cl-, Br-, I-, F- Carbonatos (CO3)2- Nitratos (NO3)- Sulfatos (SO4)2- Fosfatos (PO4)3- Silicatos (SiO4)4- MINERAIS NA CROSTA TERRESTRE Não Silicatados 1. Elementos nativos 4. Haloides Enxofre Halita – NaCl Cobre Silvita – KCl 2. Sulfetos 5. Carbonatos Pirita – FeS2 Calcita – CaCO3 Calcopirita – CuFeS2 Dolomita –CaMg(CO3)2 3. Óxidose Hidróxidos 6. Nitratose Boratos Magnetita – Fe3O4 Nitrato de sódio – NaNO3 Hematita – Fe2O3 Bórax– Na2B4O7.10H2O Ilmenita – FeTiO3 7. Sulfatos Pirolosita – MnO2 Barita – BaSO4 Bauxita – Hidróxidosde Alumínio Gipsita – CaSO4. 2H2O Limonita – HFeO2 8. Fosfatos Apatita – Ca5(PO4)3(F, Cl,OH) MINERAIS NA CROSTA TERRESTRE Silicatados 9. Silicatados 9.1. Nesossilicatos 9.5. Filossilicatos Olivina – (Mg, Fe)2SiO4 9.5.1. Micas Granada – (Ca, Mg, Fe, Mn)3(Al, Fe, Cr)2(SiO4)3 Biotita -K(Al, Fe)3(AlSi3O10) (OH)2 9.2. Sorossilicatos Muscovita -KAl3(AlSi3O10) (OH)2 Epidoto – Ca5(Al, Fe) Al2O (SiO4) (SiO7) (OH) 9.5.2. Argilominerais 9.3. Ciclosilicatos 9.6. Tectossilicatos Turmalina – Na(Mg, Fe)3Al6(BO3)3(Si6O18) (OH)4 9.6.1. Feldspatos 9.4. Inossilicatos 9.6.1.1. Potássicos oualcalinos 9.4.1. Anfibólios Ortoclásio -KAlSi3O8 Tremolita-Actinolita -Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2 Microclínio -KAlSi3O8 Hornblenda -NaCa2(Mg,Fe,Al)5(Si,Al)8O22(OH)2 9.6.1.2. Plagioclásios ou calco-sódicos 9.4.2. Piroxênios (Ca,Na)(Al,Si)AlSi2O8 Augita -Ca(Mg, Fe, Al) (Al, Si)2O6 9.6.2. Quartzo Fonte: Teixeira et al., 2009 (Decifrando a terra). Grupo Característica Estrutura Nesossilicatos Tetraedros isolados, sem vértices comuns ligados. Sorossilicatos 2 grupos de tetraedros, 1 vértice comum. Ciclossilicatos Tetraedros arranjados em anéis; dois vértices em comum. Inossilicatos Tetraedros com 2 ou 3 vértices comuns, agrupados em cadeias simples ou duplas. Filossilicatos Tetraedros com 3 vértices comuns, arranjo em camadas bidimensionais. Tectossilicatos Tetraedros com 4 vértices em comum, arranjo tridimensional. MINERAL ESSENCIAL Mineral constituinte de uma rocha, fundamental para a sua definição, caracterização e classificação. Tem importância pelo teor significativo com que ocorre na rocha e/ou pelo seu significado petrogenético. MINERAL ACESSÓRIO Mineral que participa das rochas como elemento menor ou traço e não influi na definição, caracterização e classificação da rocha. Tem importância na definição de características econômicas específicas de uma formação rochosa (ex.: zircão). MINERAIS PRIMÁRIOS ESSENCIAIS Tectossilicatos Quartzo Feldspatos Filossilicatos Micas Inossilicatos Anfibólios Piroxênios Nesossilicatos Olivina ACESSÓRIOS Sulfetos Sulfatos Carbonatos Fosfatos Silicatos (Ciclossilicatos) Quartzo Variedade cristalina da sílica. Um dos minerais mais frequentes na natureza (rochas ígneas, metamórficas e sedimentares). Generalidades - São translúcidos ou opacos; - Apresentam alta resistência ao intemperismo; - Apresentam baixa cinética de dissolução; e - Não são fonte de nutrientes às plantas. Importância do Quartzo A sua importância agrícola não se deve à sua qualidade como fornecedor nutrientes às plantas, mas como constituinte dos solos. Predomina na fração areia: influência nos atributos físicos; e Via de regra, ao contrário dos outros minerais, não se altera quimicamente, apenas se fragmenta. DESGASTE FÍSICO SEM ALTERAÇÃO QUÍMICA Feldspatos São tectossilicatos que ocorrrem devido à substituição do Silício pelo Alumínio nos tetraedros. Generalidades - São translúcidos ou opacos; - São cristais mistos: potássio, sódio e cálcio Clivagem: ortoclásios e plagioclásios Ângulo reto (Feldspatos-K) Ângulo oblíquo (demais Feldspatos) Importância dos Feldspatos Constituem cerca de 60% das rochas ígneas; fonte de potássio, cálcio e sódio; fornecem argilominerais quando do seu intemperismo. Micas São minerais formados pela condensação de duas lâminas tetraédricas em sanduíche com uma lâmina octaédrica, formando uma unidade cristalográfica. Generalidades - São comuns nas diversas rochas; e - Micas Muscovita (mica branca) Biotita (mica preta) 20 - A biotita perde o potássio mais facilmente que a muscovita, o que leva à ocorrência de biotita apenas em solos jovens; - A biotita libera o potássio de sua estrutura de 10 a 100 vezes mais rápido que a muscovita. Muscovita (mica branca) Biotita (mica preta) Intemperismo das micas - É necessário meio ácido, e que todas as fontes de potássio sejam exauridas: Mica Remoção de potássio Vermiculita Importância das Micas São fonte de nutrientes às plantas (por exemplo, de potássio); dão origem a importantes minerais expansíveis 2:1. Piroxênios e Anfibólios - Clivagem: piroxênios; anfibólios perpendicular oblíqua São silicatos de Mg, Ca e Fe, com ou sem Al2O3 e Fe2O3 Augita Quimicamente parecidos com os piroxênios, mas possuem (OH) em sua composição Hornblenda Generalidades - São caracterizados como minerais máficos; - Ocorrem frequentemente nas rochas básicas; e 23 Importância dos Piroxênios e Anfibólios Constituem cerca de 17% das rochas ígneas; fonte de cálcio e de magnésio. fornecem argilominerais quando do seu intemperismo. Olivinas São minerais constituídos por silicatos de magnésio e ferro, com fórmula química (Mg,Fe)2SiO4. Generalidades - Cor verde; - Presentes em rochas magmáticas escuras; e - Importância agrícola: fonte de Fe e Mg. - Principais espécies: Fosterita (Mg2SiO4) Fayalita (Fe2SiO4) 25 Sulfetos Principais espécies mineralógicas: 1. Elementos metálicos somados ao enxofre; 2. Brilho metálico; e 3. Oxidam ou hidratam rapidamente. Pirita (FeS2) Galena (PbS) Inibe o crescimento vegetal pelo excesso de ácido sulfúrico. Importância agrícola: Pirita + oxigênio + água → Sulfato ferroso + ac. sulfúrico 2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4 26 Sulfatos Principais espécies: 1. Ocorrem comumente em solos; e 2. São solúveis. Gipsita (CaSO4.2H2O) Anidrita (CaSO4) Importância agrícola: São fonte de cálcio e enxofre para as plantas; e São empregados como corretivos de solos alcalinos. 27 Carbonatos Principais espécies: Minerais que ocorrem com frequência em solos, principalmente os derivados de rochas sedimentares e metamórficas. Calcita (CaCO3) Dolomita Ca,Mg(CO3)2 Importância agrícola: São fonte de cálcio e magnésio para as plantas; e São empregados como corretivos de solos ácidos. 28 Fosfatos A principal espécie mineralógica é a apatita Ca5(Cl,F)(PO4)3 e tem importância agrícola pelo fato de fornecer fósforo às plantas. 29 Óxidos Principais espécies: São resultantes da combinação de um metal com o oxigênio. Importância agrícola: São fonte de ferro para as plantas. Magnetita (Fe3O4) Hematita (Fe2O3) Limonita (2Fe2O3.3H2O) Ilmenita (FeTiO2) Rutilo (TiO2) 30 Alguns minerais primários essenciais e acessórios que ocorrem na natureza Fonte: Melo et al., 2009. Se originam de transformações químicas a partir dos minerais primários. Podem ser silicatados ou não. Argilominerais silicatados MINERAIS SECUNDÁRIOS São silicatos de Al, Fe e Mg hidratados, com estruturas cristalinas em camadas, constituídos por folhas contínuas de tetraedros de silício, ordenados de forma hexagonal, condensados com folhas octaédricas de hidróxidos de metais tri e divalentes. Por que estudar os argilominerais silicatados ? É a fração ativa do solo e participa de praticamente todas as reações fisico-químicas - Coloides na presença de cargas elétricas Adsorvem íons ( superfície específica) - Fazem ligações com moléculas de água - Apresentam plasticidade e pegajosidade - Susceptíveis à dispersão e floculação - Exibem dureza e tenacidade quando secos - Alguns podem variar de volume: f(umidade) Características Criança carrega água para beber no Lago do Aleixo, em Manaus (AM), após a lagoa secar devido a vazante (Foto: Edmar Barros/Futura Press/Estadão Conteúdo) Município de Pavussu, Piauí (Agência Globo / Pedro Kirilos Classificação dos argilominerais Filossilicatos Tetraedros Octaedros Si Al Importante: Substituição isomórfica Importante: Substituição isomórfica http://www.nupel.uem.br/coloides-2003.pdf Importante: Substituição isomórfica Tipos de argilominerais silicatados 1:1 Ex.: Caulinita 40 Tipos de argilominerais silicatados 2:1 Ex.: Montmorilonita 41 Tipos de argilominerais silicatados 2:1:1 ou 2:2 Ex.: Cloritas O que são argilominerais não silicatados ? São os minerais que persistem ao final do processo de intemperismo e contêm óxidos ou hidróxidos de Fe e Al. Gibbsita: Al(OH)3 Hematita: Fe2O3 Goethita: FeOOH Superfície específica: área por unidade de massa ou de volume. Atributos dos minerais secundários Considera-se como SE de uma partícula toda a superfície externa – superior, inferior, lateral – mais a interna, entre camadas, quando existir. Mineral secundário Superfície específica (m2/g) Caulinita 5 a 10 Montmorilonita 700 a 800 Ilita 100 a 200 Gibbsita 1 a 100 Óxido de ferro 100 a 400 Capacidade de troca de cátions (CTC) A CTC do solo é definida como a quantidade de cátions que pode ser adsorvida pelas partículas do solo (minerais de argila, óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio), e trocadas com a solução do solo. * Os cátions adsorvidos não fazem parte da estrutura do mineral; estão aderidos superficialmente; * A CTC é função principalmente das cargas elétricas das partículas e de sua SE. Carga permanente → substituição isomórfica Substituição isomórfica = substituição de um cátion por outro de tamanho similar, na estrutura do cristal, sem que ocorra uma mudança significativa na estrutura. * Si+4 por Al+3 no tetraedro de Si * Al+3 por Mg+2 ou Fe+2 no octaedro de Al Mineral secundário CTC (cmolc/kg) Caulinita 10 a 30 Montmorilonita 80 a 150 Ilita 10 a 40 Gibbsita < 10 Óxido de ferro < 10 jaedson.mota@ufc.br
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