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1 FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO ENGENHARIA AGRÍCOLA E AMBIENTAL ENGENHARIA CIVIL Assunto: Intemperismo • Introdução: – Intemperismo: • Cultivo de vegetais, construção civil e indústria: sobrevivência depende dos materiais disponíveis (produtos do intemperismo) • Transformações que a crosta sofre na interação com a atmosfera, a hidrosfera e a biosfera • Conjunto de processos físicos e químicos que desagregam e decompõem rochas e sedimentos, dando origem aos solos e sedimentos – Ciclo rochoso: • Produtos do intemperismo: susceptíveisl aos processos de erosão, transporte e sedimentação (denudação continental) ou formação do solo • Tipos de intemperismo: – Processos intempéricos alteram: • Propriedades físicas dos minerais e rochas: morfologia, resistência e textura • Características químicas: composição química e estrutura cristalina – Intemperismo físico: • Desagrega minerais e/ou rochas, tornando os materiais descontínuos e friáveis (fragmentados) • Fatores determinantes do intemperismo físico: • temperatura • cristalização da água e de sais • efeito mecânico de vento – Efeito da temperatura: • Variação da temperatura: – Ao longo do dia (deserto x zona úmida) – Ao longo das estações climáticas (tropical x temperada) • Temperatura crescente causa variação no volume do corpo – Coeficiente de dilatação mineral variável: esforços diferenciados causam fadiga ou quebra da coesão dos minerais – Fadiga: desagregação mineral e/ou fragmentação da rocha • Aquecimento mineral: – Ordem decrescente: vértices > arestas > faces – Formação de sólidos arredondados: resistência semelhante (esfoliação) – Cristalização da água: • Gelo: expansão do volume em 9% - força em fendas • Impacto: maior fraturamento em rochas porosas – Cristalização de sais: • Crescimento de cristais de sais dissolvidos em águas de infiltração: força expansiva nas fendas com a continuidade lenta do processo (expansão térmica e absorção de umidade) • Controlado pela dureza e cimentação da rocha: quanto maior a cimentação, maior a resistência à desagregação mecânica – Efeito mecânico do vento: • atrito no transporte gera desgaste da rocha – Intemperismo físico-biológico: desagrega minerais e/ou rochas • Vegetais: – Pressão de crescimento das raízes: depende da resistência da rocha e do fendilhamento para penetração das raízes • Animais: – Transporte e mistura de material por animais como cupins e formigas – Formação de buracos: torna o material mais fofo e facilita a penetração de outros agentes intempéricos – Impacto do intemperismo físico: • Desagrega o material e diminui a granulometria • Redução da granulometria: maior área para atuação do intemperismo químico (importância do intemperismo físico) UNIVASF Disciplina: Geologia Aplicada a Solos Aula: Intemperismo Profª Carmem S. Miranda Masutti 2 – Intemperismo químico: • Decompõe minerais e/ou rochas (dissolve - solução) • Principal agente intempérico: água da chuva, rica em O2, em interação com o CO2, adquire caráter ácido; respiração das raízes aumenta a concentração de CO2 (pH ainda mais ácido) • Reações de equilíbrio entre H2O e CO2: – CO2 + H2O ⇒ H2CO3 – H2CO3 ⇒ H+ + HCO3- – HCO3- ⇒ H+ + CO32- • Decomposição incompleta da matéria orgânica: formação de ácidos orgânicos (reduz pH da solução percolante) • Esfoliação esferoidal: decomposição química de rochas a partir de suas bordas, com núcleo inalterado – in situ x rolado • Reações do intemperismo químico: – Fórmula geral: – Mineral I + solução de alteração ® Mineral II + solução de lixiviação – Dependem de: – Leis do equilíbrio químico – Oscilações das condições ambientais – Principais reações: – Oxidação/redução – Hidratação/desidratação – Hidrólise/acidólise – Dissolução/carbonação • Oxidação/redução: – Promovida por agentes orgânicos (bactérias) ou inorgânicos (água) – Elementos susceptíveis: Fe, Mn, S (sulfeto - potente ácido sulfúrico) – Qualquer composto ferroso em prolongada exposição ao ar é oxidado: – FeS2 + 7O + H2O ⇒ FeSO4.7H2O + H2SO4 – 2FeSiO3 + ½ O2 + 5H2O ⇒ 2FeOOH + 2H4SiO4 – Fe2SiO4 + ½ O + 2H2O ⇒ Fe2O3 + H4SiO4 – Resultado global do processo de oxidação: – Fixação do Fe em óxido férrico (hematita e goetita - lateritas) – Liberação da sílica em H4SiO4 dissolvido ou SiO2 coloidal – Ionização de metais não-oxidáveis (Ca2+) – Mn e S: comportamento semelhante • Hidratação/desidratação: – Incorporação da molécula de água ao edifício cristalino: – KAlSi3O8 + H2O ⇒ HAlSi3O8 + K+ + OH- – 2HAlSi3O8 + 14H2O ⇒ Al2O3.3H2O + 6H4SiO4 – 2FeOOH ⇒ Fe2O3 + H2O – 2FeSiO3 + 7H2O + ½O2 ⇒ 2Fe(OH)3 + 2H4SiO4 • Hidrólise: – Quebra dos silicatos pela molécula de água: » Liberação de bases (absorção ou lixiviação) » Alumina e sílica combinado com água (constituição dos argilo-minerais) – Faixa de pH: entre 5 e 9 – Hidrólise total: » Manutenção das soluções de alteração diluídas: alta pluviosidade e drenagem eficiente » KAlSi3O8 + 8H2O ⇒ Al(OH)3 + K+ + OH- + 3H4SiO4 – Hidrólise parcial: » Drenagem menos eficiente: parte da sílica permanece no perfil e o potássio pode ser total ou parcialmente eliminado UNIVASF Disciplina: Geologia Aplicada a Solos Aula: Intemperismo Profª Carmem S. Miranda Masutti 3 – Hidrólise parcial: » Com 100% de eliminação do K: » 2KAlSi3O8 + 11H2O ⇒ Si2Al2O5(OH)4 + 4H4SiO4 + 2K+ + 2OH- » Formação da caulinita: eliminação de 66% da sílica e permanência de todo Al » Parte do K não é eliminado em solução: » 2,3KAlSi3O8 + 8,4H2O ⇒ Si3,7Al0,3O10Al2(OH)3K0,3 + 3,2H4SiO4 + 2K+ + 2OH- » Formação de esmectita: eliminação de 87% de K, 46% de sílica e permanência de todo Al » Processo pedogenético: sialitização – Acidólise: » Faixa de pH: < 5 » Dominante em ambientes mais frios: decomposição parcial da matéria orgânica (ácidos orgânicos) » Acidólise total: Al3+ em solução (pH < 3) » KAlSi3O8 + 4H+ + 4H2O ⇒ 3H4SiO4 + K+ + Al3+ » Formação da Espodossolos » Acidólise parcial: remoção parcial do Al (pH entre 3 e 5) » 9KAlSi3O8 + 32H+ ⇒ 3Si3,5Al0,5O10Al2(OH)2 + 6,5H4SiO4 + 9K+ + 1,5Al3+ – Dissolução/carbonatação: – Constitui a hidrólise dos carbonatos pelo ácido carbônico – Ácido carbônico: solvente mais comum dos carbonatos – Carbonatos sujeitos ao ataque de ácidos: íon CO32- junta-se rapidamente ao íon H+, formando o íon HCO3- (estável) – Íon HCO3- (estável) se associa ao íon H+: forma o ácido carbônico » CaCO3 + H2CO3 ⇔ Ca2+ + 2HCO3- » CaCO3 ⇔ Ca2+ + CO3- – Formação de relevos cársticos: presença de cavernas – Intemperismo químico-biológico: decompõe – Organismos: – Segregam CO2, NO3-, ácidos orgânicos do metabolismo: entram na solução do solo e atinge a rocha - aumenta intemperismo químico – Plantas: – Quelação: as raízes utilizam agentes quelantes para extrair íons (nutrientes) de minerais - aumento da taxa do intemperismo – Resistência dos minerais ao intemperismo: UNIVASF Disciplina: Geologia Aplicada a Solos Aula: Intemperismo Profª Carmem S. Miranda Masutti 4 • Resultados do intemperismo: –Fase solúvel • Constituintes mais solúveis transportados pelas águas percolantes – Fase residual: • Constituintes menos solúveis permanecem no perfil de alteração • Tipos de constituintes: – Minerais primários residuais – Minerais secundários (importância do intemperismo químico) » Minerais secundários neoformados: • olivina ⇒ hematita; • pirita ⇒ jarosita » Minerais secundários transformados: • micas ⇒ esmectita • feldspatos ⇒ esmectita ou caulinita • Solo: – Produto do intemperismo e pedogênese – Pedogênese: • Fatores pedogenéticos: material de origem, topografia, clima, organismos e tempo • Processos pedogenéticos: adição, perda, translocação e transformação • Ocorrência da pedogênese: – Reorganização e transferência dos minerais formadores do solo: argilo-minerais e oxihidróxidos de Fe e Al – Perfil do solo: • Horizontes e/ou camadas • Tipos de horizontes: – A: adição de matéria orgânica (“solo agrícola”) – B: acúmulo e transformação (menos rico em M.O.) – C: transformação (desintegração) – R: material de origem não-decomposto • Características observáveis do solo: cor, textura, estrutura, consistência e porosidade – Desempenho/aptidão do solo: • Capacidade de troca de cátions (CTC): função da composição da solução (equilíbrio na interface sólido-solução): – Regiões semi-áridas: falta de lixiviação do material solúvel – precipitação (desenvolvimento natural da salinidade) UNIVASF Disciplina: Geologia Aplicada a Solos Aula: Intemperismo Profª Carmem S. Miranda Masutti
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