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11/10/2011 1 3. Fluxo de nutrientes em ecossistemas florestais Liberação de nutrientes pelas rochas Retenção e liberação de nutrientes pelo solo Absorção de nutrientes pelas plantas Ciclagem de nutrientes em ecossistemas florestais Biologia e microbiologia do solo florestal Ciclos do carbono e do nitrogênio José Miguel Reichert Paulo Ivonir Gubiani Liberação de nutrientes pelas rochas Intemperismo Processos Supergênicos – processos que ocorrem na superfície ou próximos da superfície terrestre, devido à interação entre a litosfera, hidrosfera, biosfera e atmosfera (natureza químico-físico-biológica). - Pedogênese - Intemperismo - Erosão - Sedimentação continental Intemperismo no ciclo das rochas Intemperismo e a formação do relevo A evolução da paisagem é afetada pelo intemperismo físico. -Deslizamento -Criping -Solifluxão - ... Feição característica do intemperismo: estruturação em horizontes ROCHA PRODUTOS INTERMEDIÁRIOS SOLO NUTRIENTES NUTRIENTES NUTRIENTES S O L U M Rocha consolidada saprólito R E G O L I T O Feição característica do intemperismo: estruturação em horizontes 11/10/2011 2 Por que rochas intemperizam? Cubos de gelo em ambiente diferente do qual se formaram Analogia a cubos de gelo Tempo Intemperismo Conceito Modificação das rochas à temperatura ambiente através de processos físicos, químicos e biológicos. É um processo natural acelerado pela ação antrópica. Varia com o tipo de rocha e com as condições ambientais Causa Desequilíbrio termodinâmico das rochas com as condições ambientais na interface litosfera-atmosfera Resultado Rochas e minerais alterados, solos minerais neoformados Intemperismo: complexidades o Todos minerais são diferentes...... Cada espécie mineral tem, por definição, uma única composição e arranjamento químico. o Combinações minerais em diferentes tipos de rochas ... E cada tipo de rocha é composto por uma combinação particular de vários tipos de minerais..... E portanto respondem diferentemente aos processos de intemperismo. o Intemperismo é complexo? Necessita generalizações e inferências que permitam um amplo entendimento sem necessariamente estudar como o intemperismo ocorre em cada tipo de rocha sobre cada diferente regime climático. Intemperismo: algumas simplificações • Classificação dos processos de intemperismo ▫ Processos de intemperismo físico ▫ Processos de intemperismo químico ▫ Processos de intemperismo biológico Intemperismo físico • Intemperismo físico é… ▫ “Quebra” do material por métodos mecânicos devido a diversas causas. ▫ Algumas forças são originadas dentro da rocha e outras aplicadas externamente. ▫ O stresse leva a uma tensão e, eventualmente, rompe. ▫ Não resulta em mudança química da rocha, mas somente desagregação em pedaços menores. Principais tipos de intemperismo físico Alívio de pressão As rochas expandem quando a pressão de confinamento é reduzida. O alívio de pressão produz fraturas e fendilhamentos -Soerguimento -Erosão do material sobrejacente -Recuo de geleiras Fonte: Decifrando a Terra / TEIXEIRA, TOLEDO, FAIRCHILD e TAIOLI - São Paulo: Oficina de Textos, 2000. 11/10/2011 3 Condutividade térmica (500 kg cm-2): 1kg cm-2 = 1 atm Alta temperatura expansão Baixa temperatura contração Rochas baixa condutividade térmica exemplo: deserto 60°C superfície da rocha 30°C no interior da mesma - Diferença na constituição dos minerais das rochas -Cor rocha -Cor minerais Congelamento (2200 kg cm-2) A água expande 9% quando congela produzindo uma tensão (quando em confinamento) de até 2000 atm Crioclasticismo formação de gelo em fendas que podem fragmentar rochas Ação das raízes (10 – 15 kg cm-2) Principal papel do intemperismo físico Intemperismo químico • Intemperismo químico é…. ▫ Rochas formadas sob condições físicas e químicas específicas, quando movidas para locais com diferentes condições sofrem desequilíbio químico. ▫ Os minerais se modificam, por alteração química, em diferentes formas (novos minerais, soluções e gases), os quais são mais estáveis nessas novas condições ambientais. Intemperismo químico Ocorre modificação da composição química e mineralógica do material Intemperismo químico X pedogênese Intemperismo geoquímico intemperismo químico que atua na alteração das rochas Intemperismo pedoquímico intemperismo químico que atua na alteração química de minerais nos horizontes A e B associado aos processos bioquímicos. 11/10/2011 4 Predomínio do intemperismo pedoquímico Predomínio do intemperismo geoquímico Principais reações químicas atuantes no intemperismo das rochas e solos Hidratação - desidratação Simples associação ou liberação de molécula de água CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O Solução – dissolução Dissolução dos componentes mais solúveis NaCl Na+ + Cl- transporte Fonte: http://www.pazinska-jama.com/index_en.php?link=krs Dissolução de rochas carbonáticas (calcários, mármores e dolomitos) Dissolução – formação de Carste Hidrólise Reação entre íons H+ e OH- da dissociação da água e um mineral. Provoca rompimento das ligações oxigênio entre metais e Si (silicatos) e C (carbonatos) Resultado substituição dos íons alcalinos por H+, ocorrendo colapso e desintegração da estrutura Principal reação na decomposição de silicatos e carbonatos Hidrólise 11/10/2011 5 Intensidade da hidrólise Despolimerização da estrutura dos silicatos liberação de silício (H4SiO4) e bases (K, Na , Ca, Mg) para solução. Al precipita como Al(OH3) 1. Lixiviação fraca (fluxo de água fraco) Dessilicação limitada. Si neogênese de argilominerais 2:1 Bissialitização Ex. microclina e plagioclásios ilita montmorilonita 2,3 KAlSi3O8 + 8,4 H2O Si3,7Al0,3O10Al2(OH)2K0,3+ 3,2 H4SiO4 + 2 K+ + 2 OH- 87% do K e 46% Si Bissialitização Predomínio de argilominerais 2:1 2. Lixiviação forte (fluxo moderado) Dessilicação moderada formação argilominerais 1:1 Monossialitização ou caulinização 2 KAlSi3O8 + 11 H2O Si2Al2O5(OH)4 + 4 H4SiO4 + 2 K+ + 2 OH- 100% do K e 66% Si Monossialitização ou caulinização Predomínio de argilominerais 1:1 e presença de óxidos 3. Lixiviação muito forte (fluxo forte) Dessilicação completa permanece apenas o Al e o Fe no sistema Alitização KAlSi3O8 + 8 H2O Al(OH)3 + 3 H4SiO4 + K+ + OH- 100% do K e 100% Si Latossolo Brasil Central Alitização ou ferralitização Goethita, Hematita, Gibbsita,... 11/10/2011 6 Oxidação-redução Oxidação reação importante na intemperização de minerais ferromagnesianos (Fe2+ e Mn2+) Oxidação na estrutura do mineral aumento de carga + é compensado com a liberação do cátion oxidado ou outros Ocorre precipitação na forma de óxidos de Fe e Mn: Coloração brunada ou avermelhada (Fe3+) Coloração preta (Mn3+ , Mn4+) A estrutura residual do mineral fica instável facilita decomposição por hidrólise Oxidação Redução Ocorre em solo saturado com água, o suprimento de O2 é baixo e a demanda biológica de O2 é alta Solos bem aerados C6H12O6 + 6H2O 6CO2 + 24H+ + 24e- 24H+ + 24e- + 6O2 12H2O + energia C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 24e- Solos alagados 24H+ + 24e- + 24Fe3+OOH 24Fe2+ + 48OH- + 6CO2 Fe3+ + e- Fe2+ Fe3+ + e- Fe2+ Redução A Btf EB Oxidação-redução Complexação Ocorre com a presença de compostos orgânicos que se ligam a íons metálicos complexos organometálicos Principais complexantes: Ácidos húmicos, ácidos fúlvicos e outros (Ác. oxálico, cítrico, tartárico) liberados na decomposição vegetal A ligaçãodos metais aos complexantes orgânicos se dá através dos grupos funcionais: -COOH (carboxílicos) =C=O (carbonílicos) -OH (hidróxi-fenólicos) 11/10/2011 7 Intemperismo biológico o Intemperismo biológico inclui... Processos físicos e químicos de intemperismo. Esses processos são, da mesma maneira, iniciados ou realçados por atividades biológicas. o Sobreposição sobre cada tipo. Ocorre sobreposição entre intemperismo biológico e o físico e químico. Crescimento de raízes de plantas é um processo biológico que leva a quebra de rocha. Também existem processos que podem ser classificados como físico e químico. ex. Crescimento de um sal cristalino. Avaliação do intemperismo Depende: condições ambientais características dos minerais Resistência a alteração depende: 1. Arranjo estrutural 2. Cristalinidade 3. Tamanho 4. Composição química 5. Grau de solubilidade Intemperismo X clima Distribuição do intemperismo químico Intemperismo X relevo Ordem de estabilidade dos minerais ao intemperismo 11/10/2011 8 Intemperismo químico por dissolução Rocha sedimentar Arenito resistente ao intemperismo produz solo pouco desenvolvido Solo Solo Solo Granito rico em feldspato Basalto rico em ferro Intemperismo químico por oxidação Intemperismo químico por hidrólise Intemperismo e desenvolvimento do solo são controlados pela composição da rocha Índices de intemperismo Valores numéricos que expressam o grau de intemperismo químico de um mineral ou material do solo Razão molar; razão Fed/Fet; minerais índice; estágio de intemperismo Razão molar Razão sílica:alumina Ki = SiO2/Al2O3 Razão sílica:sesquióxido Kr = SiO2/Al2O3 + Fe2O3 A relação Kr é usada pelo SiBCS (Embrapa, 1999) para separar solos cauliníticos e oxídicos: Solos cauliníticos Kr > 0,75 Solos oxídicos Kr 0,75 Importância do intemperismo 1. Desenvolvimento do solo - composição química - mineralógica - característica química - morfologia 2. Ciclagem de nutrientes 3. Biogeoquímica de bacias hidrográficas 4. Deposição atmosféricas ácidas 5. Mudanças climáticas globais CO2 solo ácido carbônico atua no intemperismo de silicatos (tampões) Este processo contém o efeito estufa (o quanto isso é importante?) P K N Ca Mg S Mn Cu Zn Fe Mo Cl B P K NCa Mg S Mn Cu Zn Fe Mo Cl B Al3+ Al 3+ ...Da rocha ao solo R et en çã o e lib er aç ão d e nu tr ie nt es p el o so lo Próxima aula...
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