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Rochas Sedimentares UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO – UNIVASF CAMPUS SERRA DA CAPIVARA COLEGIADO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA – CCINAT Sumário • Intemperismo – Tipos de intemperismo (Intemperismo físico, químico e bioquímico); – Processos intempéricos; • Sedimento; – Tipos de sedimento, transporte sedimentar; • Litificação e Diagênese; • Rochas sedimentares; • O que é sedimento? • Como se formam as rochas sedimentares? • Qual a importância de se estudar rochas sedimentares? Intemperismo • Conceito – conjunto de modificações de ordem física (desagregação) e química (decomposição) que as rochas e minerais sofrem ao aflorar na superfície da Terra por ação de agentes atmosféricos e biológicos. • Os produtos do intemperismo, rocha alterada e solo, estão sujeitos aos processos de erosão, transporte e sedimentação; • A ação destes processos levam à denudação continental, ou seja, aplainamento do relevo terrestre; • As áreas mais altas, que passaram por soerguimento, sofrem ação do intemperismo, onde partículas (sedimentos) produzidas pelo desgaste das rochas são transportadas para as áreas mais baixas; • As partículas formadas na área-fonte (onde os sedimentos se formaram) são removidas e acomodadas em outra região mais baixa (deposição). • Esse processo é chamado de erosão, quando as partículas são afastadas do seu local de origem; Erosão Deposição Transporte • Os agentes de transporte (água, ar, gelo) irão mover essas partículas para uma região de acúmulo de sedimentos; • Na medida em que novos sedimentos acumulem, as mais antigas começam a ser soterradas; • As mudanças físicas e químicas (incluindo temperatura e pressão) no pacote sedimentar irá converter sedimento inconsolidados em rocha sedimentar; Arenito (rocha sedimentar siliciclástica) Camada mais antiga soterrada pela sobrejacente. Camada mais recente. • Cada região da superfície da Terra apresenta diferentes condições que controlam os processos intempéricos (maior ou menor taxa de decomposição das rochas); • São fatores controladores: 1. Clima: variação sazonal da temperatura e distribuição das chuvas; 2. Relevo: influi no regime de infiltração e drenagem das águas pluviais; 3. Fauna e Flora: fornecem matéria orgânica para reações químicas e remobilizam materiais; 4. Rocha parental: segundo sua natureza apresenta resistência diferenciada aos processos de alteração intempérica; 5. Tempo de exposição da rocha aos agentes intempéricos; Tipos de Intemperismo • Intemperismo Físico ou Mecânico: 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; • Contração térmica: ocorre devido as variações da temperatura ao longo dos dias e noites e ao longo das diferentes estações do ano causando expansão e contração nos materiais rochosos (eficiente em desertos); • Os minerais apresentam diferentes coeficientes de dilatação térmica (anisotropia – variação nos eixos cristalográficos), comportam-se de forma diferenciada às variações de temperatura, provocando deslocamento relativo entre os cristais; • Crioclastia: ocorre quando a água infiltrada nas fraturas da rocha congela, acompanhado por um aumento de volume de cerca de 9%, exercendo pressão nas paredes, causando esforços que terminam por aumentar a rede de fraturas, fragmentando a rocha; Fragmentação pela ação do gelo. A água ocupa as fissuras da rocha (a), sendo posteriormente congelada, expandindo e exercendo pressão nas paredes (b). (Fonte: Teixeira, Toledo & Fairchild, 2000) Exemplos de Crioclastia (Frost Wedging) • Cristalização de sais (Salt Wedging): sais dissolvidos na água formam minerais que crescem e causam expansão das fissuras, além de sua dilatação térmica em dias mais quentes ou pela absorção da umidade; • Alívio de Pressão: fraturas grosseiras paralelas à superfície que se formam pela expansão do corpo rochoso; O material que estava sobreposto sofre erosão aliviando a pressão sobre a rocha subjacente. • O corpo rochoso soergue formando juntas de alívio devido a expansão; Intemperismo Químico • Processo pelo qual as rochas sofrem desgaste químico alterando suas propriedades físicas e químicas; • A parte que reage com o fluido (água, ar, gelo) é a superfície da rocha; • Quanto maior for a área de contato, mais acelerada serão as reações (+ fragmentos = + rápida a reação) • O principal agente é a água da chuva que infiltra e percola as rochas. O CO2 (gás carbônico) interage com o H2O da atmosfera tornando a chuva ácida. CO2 + H2O ↔ H2CO3 (ácido carbônico) H2CO3 ↔ H + + HCO3 - (Íons de H+ e HCO3 - bicarbonato) Essa reação permite uma maior quantidade de íons de H+ livres para se combinarem com o CO2 formando o íon bicarbonato 2HCO3 Alteração esferoidal em rochas graníticas. Ocorre pelo ataque do intemperismo químico nas arestas da rocha. • Quando as rochas afloram à superfície da Terra, seus minerais entram em desequilíbrio formando-se outros minerais mais estáveis nesse novo ambiente; • Reações: 1. Hidrólise – Ocorre principalmente com silicatos quando em contato com a água. O íon H+ entra nas estruturas minerais e desloca os cátions alcalinos (K+ e Na+) e alcalino-terrosos (Ca2+ e Mg2+) que são liberados em solução; Os íons H+ combinam-se com o O do feldspato para formar água na estrutura da Caulinita. A água da chuva dissolve o K+, Na+ e a SiO2 e carrega-os em solução pelo escoamento até o destino final da bacia hidrográfica (oceano); • O Al e o Si se recombinam resultando em minerais neoformados (minerais secundários); Importante: Em termos gerais, Hidrólise consiste numa reação química entre um mineral e os íons H+ e OH-. • Hidratação – consiste na adição de água a um mineral; – Moléculas de água podem entrar na estrutura mineral, modificando-a e formando um novo mineral; – Ex: Transformação de Anidrita (CaSO4) em Gipsita (CaSO4.2H2O); Caverna de Naica - México Cristais de Gipsita Anidrita (CaSO4) • Dissolução – consiste na solubilização completa dos minerais. • Os minerais reagem com a água levemente ácida, os quais dissolvem-se formando íons em solução; • São exemplos de minerais altamente solúveis: a calcita (CaCO3 → Ca ++ + CO3 2-) e halita (NaCl → Na+ + Cl-); • Em presença de água, a calcita dissolve-se nos íons Ca++ + CO3 2-. Porém, quanto maior for a acidez da água da chuva (< n° de íons H+) maior será a quantidade dissolvida, pois os íons H+ se juntarão ao íon carbonato (CO3 2-) para formar o íon bicarbonato (HCO3 -); • Se houver maior quantidade de gás carbônico dissolvido, íons de bicarbonato de cálcio irão dissolver maiores quantidades de calcita: CaCO3 + H2O + CO² → Ca(HCO3)2 A halita é extremamente instável na presença de água. Só subsiste em climas muito secos. Halita (NaCl) Exemplos dos efeitos da dissolução do calcário em estátua e terreno cárstico. • Em rochas carbonáticas, a dissolução dá origem a relevos cársticos; Caverna formada pela dissolução De rochas carbonáticas. Observar estalactites no teto. • Oxidação – decomposição dos minerais pela ação oxidante de O2 e CO2 dissolvidos na água; • O Fe nos minerais ferromagnesianos primários (silicatos – Fe2+ + SiO2) encontra-se sob forma Fe2+ (ferro ferroso) que é liberado em solução, oxida-se em Fe3+ (ferro férrico – os elétrons perdidos são ganhos pelo oxigênio) e precipita em forma de goetita (FeOOH = Fe2O3.nH2O) ou Hematita (FeO+3 + O2 -2 Fe2O3); Piroxênio Hematita + H2O Produtos do Intemperismo Químico • Solutos - metais alcalinos (Na, K), terras raras (Mg, Ca, Sr) são lixiviados (levados em solução)e carreados para os oceanos, lagos e precipitados como calcários, dolomitos e outros evaporitos; • Minerais recém-formados - Argilominerais, óxidos-hidróxidos de Fe; • Resíduos - parte não solúvel na água em condições superficiais (quartzo, feldspatos, micas) dependendo do grau de intemperismo; Caulinita Solo Intemperismo Biológico • Conceito – resulta da atividade orgânica sobre a rocha; • Tipos: 1) Dissolução bioquímica: ação de bactérias e ácidos húmicos (restos vegetais em decomposição); 2) Biofísico (Fraturamento): causado pelas raízes das árvores e plantas; Líquens (associação de algas e fungos) sobre rocha – ação bioquímica Ação do crescimento de raízes, alargando as fissuras e contribuindo para a fragmentação da rocha. Sedimento • Conceito – é todo material sólido que se deposita, que se depositou ou que é passível de se depositar. • Todo o material resultante dos processos intempéricos são sedimentos; • O destino final do transporte sedimentar é a deposição; Sedimento Matacão Conchas Argila • Granulometria - é a medida ou estudo do tamanho do grão, logo, areia se refere a diâmetro de qualquer material sedimentar; Classificação dos sedimentos de acordo com o seu tamanho Tipos de Sedimentos • Baseia-se na gênese do material sedimentar; • Sedimentos clásticos, siliciclásticos ou detríticos – material terrígeno (rico em quartzo e feldspato); Ex. de rochas: conglomerados, arenitos, siltitos, argilitos; • Sedimentos Bioquímicos – partículas precipitadas por atividade bioquímica; Ex de rochas: calcários, dolomitos; – Rochas fosfáticas: fosforitos; – Rochas silicosas: silexitos, radiolaritos, diatomitos; • Sedimentos Químicos – partículas carregas em forma de íons e colóides; Ex de rochas: evaporitos = gipsita, anidrita e carnalita; rochas ferruginosas; Siliciclásticos Bioquímicos Químicos Transporte Sedimentar • Transporte – carreamento dos produtos do intemperismo de um local para o outro; • O transporte se dá por meios fluidos - ar, água, geleira, massa viscosa (sedimento + ar/água); • O transporte domina nas partes mais íngremes de onde os sedimentos são retirados (erosão¹) e depositados nas regiões mais baixas; ¹Erosão = processo de desgaste natural da superfície terrestre. Implica perda de sedimento da área fonte. • Tipos de transporte (é função da energia do agente e tamanho do sedimento): 1. Tração (arrasto + rolamento) = cascalho e areia; 2. Saltação (tração intermitente) = cascalho e areia; 3. Suspensão = areia, silte e argila; Transporte de solutos: 1. Solução verdadeira = íons; 2. Solução coloidal = parte da fração argila e sílica; Agentes de Transporte • O agente de transporte é o meio pelo qual o sedimento é deslocado da área fonte até a bacia sedimentar; • Sofrem influência direta da gravidade; • Podem ser reconhecidos pelos processos e formas (estruturas e feições deposicionais) deixadas nos depósitos sedimentares; • A maioria dos sedimentos são transportados por correntes de ar e água. Neste contexto, inclui-se o gelo (geleiras) em menor proporção; Estratificação cruzada de paleoduna Estratificação cruzada em duna atual. • Estratificação de paleocanal preenchido (ambiente de sedimentação fluvial); • Marcas onduladas assimétricas em seção transversal indicando fluxo aquoso fluvial; Marcas onduladas assimétricas vista em perfil – indicam origem fluvial. Paleocanal em seção transversal Fundo de rio atual Ondulações preservadas em arenito (paleoleito) • Marcas onduladas (ripple marks) simétricas indicando transporte e deposição de sedimentos em meio aquoso oscilatório (ondas) – ambiente costeiro marinho; Marcas onduladas em planície de maré atual Bifurcação sinuosa África do Sul • Pavimento polido e estriado moderno formado pelo deslocamento de uma geleira (glacial/glacier) sobre substrato rochoso. Parque Nacional dos Fiordes, Alaska (EUA) Plataforma de abrasão Estrias Geleira Athabasca - Canadá Estrias Geleira Povoado de Calembre – Piauí, Brasil. Central Park, Nova Iork, EUA. Litificação e Diagênese • Litificação – processo pelo qual os sedimentos antes incoerentes passam a ser coerentes (unidos); • Ocorre pelo aumento de Temperatura e Pressão (taxa média aumento T c/prof. 30° C/km; P = 1 atm a cada 4,4m); • Pode ser parcial ou total; • Ocorre logo após a deposição ou depois de muito tempo; Sedimentos Inconsolidados Sedimentos Consolidados Diagênese: Processos geológicos atuantes sobre sedimentos depositados, depósitos residuais* e sobre rochas sedimentares e todos os demais tipos de rochas na superfície da crosta terrestre nos primeiros milhares de metros de profundidade (engloba o intemperismo); Durante a diagênese ocorrem (3 principais processos): Compactação Fenômeno físico que conduz a diminuição da porosidade entre os grãos; Cimentação associado à precipitação química de substâncias que preenchem os espaços vazios entre os grãos; Sedimentos compactados Cimento de calcita (azul) entre grãos de quartzo Recristalização mudanças no tamanho, forma e orientação dos cristais, preservando a espécie mineral; • Condições físico-químicas controladoras: • Baixa temperatura (até cerca de 200°C, dependendo da reatividade do material); • Baixas pressões (no máximo até 2000 Kg/cm2); • Abundância de soluções aquosas (desde água da chuva até salmouras muito concentradas); • Gases (CO2, O2, CH4, H2S, etc...). • Características: • É um processo em curso que continua para algumas rochas mesmo após uma amostra ser coletada; • Processos físicos: compactação, dissolução por pressão; • Processos químicos: cimentação, dissolução, substituição, recristalização; Rochas Sedimentares: Classificação 1. Terrígenas, detríticas ou siliciclásticas; Componentes de uma rocha clástica Grão ou partícula Corresponde à fração clástica principal, que dará o nome à rocha; Matriz Trata-se do material clástico fino entre os grãos de um arenito, como silte e/ou argila; Cimento Corresponde à parte da rocha que une os grãos. Trata-se de uma massa de quartzo ou calcita; Porosidade primária É uma feição efêmera, modificável pelo soterramento, correspondendo ao volume da distribuição dos poros que o agregado sedimentar tinha no momento da deposição. Detríticas - Rochas Rudáceas (macroclásticas) • Se formam pela acumulação de sedimentos (30% > 2mm) sendo estes arredondados (conglomerado) ou angulosos (brecha); Grãos arredondados Conglomerado Grãos angulosos Brecha BrechaConglomerado • Denominação quanto a textura: 1. Ortoconglomerado: clastos suportados pelo arcabouço (clastos em contato); 2. Paraconglomerado: clastos suportados pela matriz (separados pela matriz); Ortoconglomerado Paraconglomerado Detríticas – Mesoclásticas (arenáceas ou psamíticas) • Grupo mais importante estando presente em aproximadamente 30% da cobertura da Terra; • As partículas que as compõem tem tamanho de 1 a 0,063mm (fração areia); • Importância econômica: geralmente apresentam importantes reservatórios de águas subterrâneas; Arenito – quartzo é o mineral mais abundante ARENITO ARCOSIANO ou ARCÓSIA Feldspato está presente em proporções >50% (arenito arcosiano) ou > 90% (arcósia); Detríticas – Microclásticas (lutáceas) • Rochas sedimentares compostas por sedimentos nas frações silte e argila (< 0,0625 mm) – Silte e Argila; • Classificação é baseada nas proporções de argila: Lutitos (generalização) a) % de argila < 1/3 – Siltito; b) % de argila > 1/3 e < 2/3 – Lamito; c) % de argila > 2/3 argilito (se maciço) ou folhelho (se em camadas); FOLHELHO (Shale) – Rocha sedimentar de granulaçãomuita fina e laminada Siltito Argilito Lamito (Silte + Argila) http://petro.uniovi.es/Docencia/myp/Macro/Sedimentarias/lutita.jpg 2. Rochas Bioquímicas: • São rochas compostas por partículas precipitadas por atividade bioquímica; • Classificam-se em: 1. Carbonáticas – Calcários e Dolomitos (CaMg(CO3)2 (ricas em CaCO3); 2. Silicosas – Silexitos, Radiolaritos e Diatomitos (ricas em sílica – SiO2); 3. Carbonosas – Grupos húmicos (carvão) e sapropélicos (hidrocarbonetos); 4. Fosfáticas – Fosforitos; Rochas CarbonáticasCoquinas Calcário Calcário Calcário Rochas Silicosas Diatomito Silexito Silexito Diatomito Artefato lítico de Sílex (nódulo silicoso – quartzo microcristalino) Radiolários – protozoário marinho com esqueleto silicoso de configuração radial. ZAPATA & OLIVARES, 2005. Diatomáceas – algas unicelulares, plantônicas, compostas por carapaças silicosas dispostas em vesículas. Diatomito – rocha leve e porosa. Radiolaritos Rochas Carbonosas • Grupo húmico – formado em situ (não há transporte); Carvão Lignito Turfa Rochas Carbonosas • Grupo sapropélico: matéria orgânica transportada e depositada de suspensão; Folhelho betuminoso – rico em matéria orgânica, material extraído por destilação. Rochas Fosfáticas • Esquema de formação: Fosforitos4.7cm de diâmetro Rochas fosfáticas Arquipélago de São Pedro e São Paulo Guano em piso de caverna 3. Rochas Químicas (Evaporitos): • Rochas constituídas dominantemente por partículas precipitadas quimicamente Classificação: • Rochas evaporíticas (evaporitos): gipsita CaSO4.2(H2O), anidrita (CaSO4), halita (NaCl), silvita(KCl), carnallita KMgCl3.6(H2O), bischofita MgCl2.6(H2O), boratos, nitratos, fluoretos; • Rochas Ferruginosas: rochas com > 15% de teor de ferro; EvaporitosGipsita Halita – “Rocha sal”Carnalita Ferruginosas http://petro.uniovi.es/Docencia/myp/Macro/Sedimentarias/ferruginosa.jpg Importância • Econômica: – Indústria eletrônica, construção civil, engenharia aeronáutica; – Depósitos de placers (ilmenita, rutilo, cassiterita, monazita, ouro, diamante, gemas); – Carvão, petróleo, gás natural e água; • Científica: – Estudo dos fósseis: origem e evolução da vida; – Reconstrução de paleoambientes; Recapitulando • O que é sedimento? • Como se formam as rochas sedimentares? • Qual a importância de se estudar rochas sedimentares? Referências Complementares • Vídeos sobre transporte sedimentar: http://geofaculty.uwyo.edu/heller/sed_video_downloads.htm Próxima aula Aula 8 Rochas Metamórficas
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