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21/01/2014 1 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos AMBIENTES DE SEDIMENTAÇÃO MARINHOS CARBONÁTICOS AUGUSTO MINERVINO NETTO Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos ▪ Gênese dos sedimentos carbonáticos marinhos ▪ Controles da sedimentação carbonática ▪ Mecanismos de calcificação e minerais carbonáticos ▪ Carbonatos precipitados quimicamente ▪ Principais organismos produtores de carbonato de cálcio no ambiente marinho ▪ Plataformas continentais carbonáticas ▪ Ambientes recifais ▪ Produção de carbonato de cálcio nas bacias oceânicas ▪ Ambientes marinhos carbonáticos e as variações do nível do mar Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Objetivo Mostrar que: • A formação do sedimento carbonático depende primordialmente de condições especiais de luminosidade e de temperatura. • A maior parte das partículas carbonáticas é formada por organismos. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos NATUREZA DOS SEDIMENTOS TERRÍGENOS BIOGÊNICOS AUTIGÊNICOS COSMOGÊNICOS VULCANOGÊNICOS SEDIMENTOS MARINHOS PELÁGICOS – MAR ABERTO, ÁGUAS PROFUNDAS HEMIPELÁGICOS - TRANSICIONAIS NERÍTICOS - COSTEIROS 21/01/2014 2 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos DISTRIBUIÇÃO ESQUEMÁTICA DOS SEDIMENTOS NA MARGEM CONTINENTAL Sedimentos Alóctones e Autóctones Bacia Oceânica Equador Pólo Norte Sedimentos Glaciais Pólo Sul Sedimentos Glaciais Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Produção de sedimento • O sedimento carbonático é autóctone: – Produzido no ambiente de sedimentação; • Está sujeito a fenômenos de transporte característicos do ambiente em que são formados (marinho). • Indicador do tipo de ambiente onde se formou. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Controles da sedimentação carbonática Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Controles geológicos e climáticos Tectônica x Clima variações relativas no nível do mar 21/01/2014 3 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Premissas • A ppt do CaCO3 em grande quantidade está condicionada à disponibilidade do sistema químico carbonato, pela disponibilidade de substrato onde hajam níveis de luz e temperatura elevadas. •A maior parte das partículas carbonáticas é produzida por organismos. Foto: Pedro Meirelles Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Minerais carbonáticos Mineral Calcita Aragonita Dolomita Composição CaCO3 CaCO3 (CaMg)CO3 Elementos associados Mg, Fe, Mn, Zn, Cu Sr, Ba, Pb, K Fe, Mn, Zn, Cu estrutura cristalina romboédrica ortorrômbica romboédrica Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Estromatólitos, Hamlin Pool, oeste da Austrália. Os Primeiros Depósitos Carbonáticos 21/01/2014 4 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Devoniano Médio ( 380 Ma.) Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos • Do ponto de vista quantitativo, os grupos de organismos marinhos calcificadores mais importantes são organismos pelágicos como cocolitoforídeos, foraminíferos plantônicos e pterópodos. (Westbroeck et al. 1994; Winter et al. 1994; Morse e Mackenzie 1990) • Os corais respondem por apenas 10% da produção global de CaCO3, apesar de serem os organismos secretores de carbonato de cálcio mais conspícuos nos oceanos e serem amplamente distribuídos nas regiões tropicais, Ware et al. 1991 e Milliman e Droxler (1996) Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Distribuição Espacial e Diversidade de Corais Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Distribuição dos recifes 21/01/2014 5 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Taxa de respiração celular Nível de saturação Nível de luz Fotossíntese Ponto de Compensação Ponto de Compensação da Luz Foto: C. Poggio Algas Zooxantelas Foto: Pedro Meirelles Foto: Ary Amarante Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Mecanismos de calcificação / fotossíntese Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3↓ + H2CO3 ↔ H2O + CO2 Bicarbonato de cálcio carbonato de cálcio ácido carbônico água dióxido de carbono Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Componentes de uma rocha sedimentar carbonática • ALOQUÍMICOS – Esqueléticos – Não esqueléticos • Micrita (matriz – lama) • Cimento 21/01/2014 6 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Carbonatos x Latitude Schlager, 1981 200 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Carbonatos Precipitados Quimicamente Sedimentos Ortoquímicos Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Oóides/Oncóides • Oóides – camadas regulares – Pisóides - >2mm • Oncóides – camadas irregulares 1mm 250µm 250µm 250µm 100µm 100µm Milliman 1974 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Precipitados Quimicamente - Oóides 21/01/2014 7 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Intensa Evaporação Precipitados Quimicamente – Oóides e Oólitos Águas muito rasas, quentes e saturadas em CaCo3. Planície salina Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Variáveis controladoras da sedimentação carbonática Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos DESCARGA DE SEDIMENTOS FLUVIAIS 142 131 444 256 210 232 1438 17 150 18 154 28 30 113 17 110 31 66 133 290 285 3228 62 930 3000 1738 100 25 59 67 150º W 120º 90º 60º 30º W 0º 30º E 60º 90º 150º E 30º S 0º 30º N 60º N Sediment yield essentially no discharge to the ocean <10 10- 50 50- 100 100- 500 500- 1000 > 1000 Produção de sedimento ton km2 /ano 21/01/2014 8 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Efeitos Limitantes dos Sistemas Carbonáticos Altas taxas de Sedimentação Foto: Ruy Kikuchi Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Distribuição da temperatura superficial dos oceanos – abril 2001 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Plataformas Carbonáticas Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Read (1982, 1985), foi o primeiro a apresentar uma síntese compreensiva sobre as principais diferenças na arquitetura dos diversos tipos de plataforma carbonática, ele utiliza plataforma carbonática como um termo informal usado para todas as principais sucessões carbonáticas de água rasa: rampas, plataformas escarpadas, plataforma afogada, plataformas isoladas e epeiric platform (plataformas epicontinentais). Particularmente quando estas não podem ser imediatamente nomeadas em uma das categorias acima. 21/01/2014 9 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Plataformas carbonáticas – tipos morfológicos Barreira marginal/de bordo Largura de 10 – 100 km rampa Largura de 10 – 100 km epicontinental Largura de 100 – 10.000 km isolada Largura de 1 – 100 km afogada Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Belize, plataforma com barreira marginal. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Plataformas carbonáticas são sistemas deposicionais dinâmicos devidoas flutuações do nível do mar, as taxas de subsidência e estoque de sedimentos conferem às plataformas carbonáticas um caráter mutável, se ajustando sempre a uma condição variável ambiental. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos RAMPAS O termo Rampa tem sido adotado para descrever uma superfície deposicional com suave declividade, geralmente menor que 10, desde o ambiente de água rasa agitada até águas profundas, sem uma marcante quebra em direção ao talude. Barreiras recifais estão geralmente ausentes, mas pináculos recifais podem ocorrer. Esta pode ser subdividida em dois tipos: homoclinal e rampas distalmente escarpadas, diferindo entre si na feição de quebra da plataforma continental, mais uniforme no primeiro tipo e no segundo tipo marcada pelo aumento do gradiente de declividade na plataforma externa em direção ao talude continental. 21/01/2014 10 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos RAMPAS Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Devido a seu perfil e ausência de construções proeminentes na borda da plataforma os swells podem retrabalhar diretamente o fundo marinho, resultando em: 1) o nível de energia no ambiente de água rasa é alto; 2) as fácies próximas a praia são complexas, devido aos níveis altos de energia que promovem contínuas mudanças na face de praia; 3) os sedimentos podem ser facilmente transportados para águas mais profundas; 4) devido as rampas estarem adjacentes aos ambientes terrestres, elas são fortemente influenciadas por sedimentos siliciclásticos. Rampas – Características Morfológicas Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Dando tempo e se as condições ambientais se mantiverem estáveis as rampas podem se desenvolver em plataformas escarpadas, como resultado da alta produção de carbonato recifal em sua margem externa (plataforma externa). Caso haja um rápido aumento do nível do mar ou eventos de natureza tectônica ou subsidência, a plataforma escarpada pode vir a se desenvolver em uma plataforma afogada ou uma rampa distalmente escarpada. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Zonas Hidrodinâmicas da Plataforma Continental Antepraia 21/01/2014 11 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Morfologia da quebra da rampa distalmente escarpada em direção ao talude, no oeste da Flórida. RAMPAS Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Reef Reef Reef Sea level Give up Catch up Keep up Estratégia de crescimento dos recifes de corais Relação dos Recifes com o Nível do Mar Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos RECIFES NA QUEBRA DA PLATAFORMA • Recifes Afogados • “Give-up reefs” Taxa de elevação do nível do mar (11 – 7 Ka) foi de aproximadamente 1,5 cm/ano. Recifes presentes na borda da plataforma cresceram a uma taxa de 0,73 cm/ano. Kikuchi, (2000). Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Rampas Homoclinal: A costa do Golfo Pérsico, Shark Bay no oeste da Austrália e a plataforma do Golfo de Gabès no Mediterrâneo. Rampas Distalmente Escarpadas: Nordeste de Yucatan no México, a plataforma oeste da Florida (Tucker & Wright, 1990) e a plataforma continental do Brasil. As principais fácies de uma rampa distalmente escarpada incluem: Abundantes depósitos por escorregamento; Breccias e areias lamosas no talude continental; Plataforma interna coberta por areias litoclástos e esqueletais; Ocorrência de pequenas estruturas recifais (bioermas). 21/01/2014 12 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Plataformas com Barreiras Marginais Plataformas escarpadas ou plataformas de bordo são plataformas rasas a qual a parte externa é agitada por ondas, a margem é marcada por um pronunciado aumento da profundidade na zona próxima à quebra da plataforma continental. A margem externa da plataforma continental pode ser constituída de uma barreira de recifes, bancos de areias esqueletais ou pequenas ilhas proveniente de uma fase deposicional recente. A existência de uma barreira de recifes contínua a semi-contínua ao longo da margem da plataforma restringe a circulação logo atrás dessa, formando uma laguna entre a barreira recifal e o continente. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Plataformas com Barreiras Marginais Apresenta muralha de recifes ou baixios ao longo das margens da plataforma, os quais ao amortecerem a energia das ondas, geram ambientes de baixa energia em sua retaguarda (lagunas). A Grande Barreira de Recifes, Sudeste da Flórida, Belize e Queensland são alguns exemplos modernos de plataformas escarpadas. As duas primeiras plataformas são coberta por sedimentos carbonáticos, enquanto Belize e Queensland são cobertos por sedimentos siliciclásticos (em uma estreita porção) e carbonáticos. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Alga verde (Clorofícea) – Halimeda sp. Alga vermelha (Rodofícea) – Lithothamnion sp. Cnidários - Corais Plataformas com Barreiras Marginais Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Ambiente lagunar. Florida, EUA Recifes em Barreira Bancos rasos Bancos recifais 21/01/2014 13 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Belize, Plataforma com Barreira Marginal. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Belize, Plataforma com Barreira Marginal. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos RECIFES DE CORAL NO MUNDO Oceanos Pacífico e Indico ~ 85% Oceano Atlântico Norte ~ 14% Oceano Atlântico Sul ~ 1% Brasil < 1% Tinharé Belize Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos PRINCIPAIS ORGANISMOS CONSTRUTORES DOS RECIFES BRASLEIROS CORAIS : Baixa diversidade Forte endemismo Ausência das formas ramosas Espécies mais comuns – formas relíquias do período Terciário CROSTAS DE ALGAS CORALINAS E GASTRÓPODOS VERMETÍDEOS 21/01/2014 14 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Plataformas isoladas de águas rasas possuem dezenas a centenas de quilômetros de extensão localizada costa afora da plataforma continental, sendo rodeada por águas profundas, comumente centenas de metros de profundidade. 1 – 100 km de extensão. Mergulho marginal acentuado. Plataforma Isolada Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Plataforma Isolada Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos As margens da plataformas continentais isoladas, são fortemente influenciadas pela orientação dos ventos dominantes, ondas e correntes de maré, formando distintas distribuição de fáceis nas margens a sotavento e a barlavento. Se há uma alta taxa de produção de carbonato ao redor das margens, então uma plataforma isolada escarpada pode se desenvolver, com uma profunda laguna no centro. Algumas dessas plataformas isoladas têm sido chamadas erroneamente de atóis, mas as plataformas isoladas diferem dos atóis oceânicos verdadeiros, os quais estes últimos apresentam sua fundação a partir de vulcões extintos na crosta oceânica. Quando, no entanto as plataformas continentais isoladas possuem uma extensão reduzida é comumente chamado de banco. Plataforma Isolada Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Plataforma Afogada Taxa de crescimento de corais e algas coralináceas. 21/01/2014 15 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Sedimentos Carbonáticos Sedimentos Siliciclásticos A maioria dos sedimentos ocorrem em ambientes rasos e tropicais Clima não é um problema, os sedimentosocorrem em qualquer local e profundidade A maioria dos sedimentos formam-se em ambientes marinhos Os sedimentos formam-se tanto em ambientes marinhos como terrestres O tamanho dos sedimentos depende do esqueleto do organismo e das partes duras e calcificadas O tamanho dos sedimentos dependem da energia hidráulica atuante no ambiente de deposição Os ambientes sedimentares carbonáticos mudam sem uma mudança no regime hidráulico Mudanças no ambiente sedimentar corresponde a mudanças no regime hidráulico A exposição periódica desses sedimentos durante a deposição podem causar diagênese A exposição periódica dos sedimentos durante a deposição não afeta os depósitos Sinais das fáceis sedimentares são destruídas durante metamorfismo de baixo grau A fácies sedimentares continua discernível mesmo após o metamorfismo de baixo grau. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Principais organismos produtores de carbonato de cálcio Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Algas Coralináceas 1cm 500µm 50µm 5µm 100µm 100µm 100µm 100µm Milliman 1974 3 cm Geniculadas e Não-Geniculadas Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Halimeda H. opuntia H. incrassata H. tuna 1mm 750µm 300µm Milliman 1974 21/01/2014 16 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Corais e Hidrocorais Mussismilia hartii Foto: Pedro Meirelles Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Cocoesferas e cocólitos – Algas Unicelulares 3µm 3µm 2µm 1µm 1µm Milliman 1974 Cocolitoforídeos Dinoflagelados Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Blooms de Emiliana huxleyi, um cocolitoforídeo fotografado na costa de Newfoundland no Atlântico. Algas Unicelulares Estima-se que cocolitoforídeos depositem mais de 1.5 milhões de toneladas de calcita por ano, tornando-os os lideres de produção de carbonato nos oceanos. Junto aos foraminíferos, eles depositam mais carbonato de calcio no fundo oceânico do que todas as conchas e corais produzem na plataforma continental. 21/01/2014 17 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Foraminíferos Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Globigerina (planctônico) Globorotalia (planctônico) Pneropolis (bentônico) Foraminíferos Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Sedimentos Carbonáticos – O Caso Brasileiro Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Produção de carbonato de cálcio nas bacias oceânicas 21/01/2014 18 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos CLASSIFICAÇÃO DOS SEDIMENTOS NAS BACIAS OCEÂNICAS VAZA BIOGÊNICA - contribuição de esqueletos calcáreos e silicosos > 30% - Produção de sedimentos enquanto vivos - Taxa de sedimentação = 0,01 a 0,05 mm/ano (1- 5 cm / 1000 anos) - Espessura variando de algumas centenas de metros a dezenas de quilômetros - Composição afetada pela profundidade de compensação dos minerais - Globigerina (foraminífero) - maior distribuição espacial - Refetem mudanças das condições ambientais. Radiolários - distribuídos mundialmente e em todas as profundidades. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Estima-se que cocolitoforídeos depositem mais de 1.5 milhões de toneladas de calcita (mineral carbonático) por ano, tornando-os os lideres de produção de carbonato nos oceanos. Junto aos foraminíferos, eles depositam mais carbonato de calcio no fundo oceânico do que todas as conchas e corais produzem na plataforma continental. CLASSIFICAÇÃO DOS SEDIMENTOS NAS BACIAS OCEÂNICAS Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos PROFUNDIDADE DE COMPENSAÇÃO DA CALCITA – CCD Água fria retém o gás carbônico e aumenta a dissolução do carbonato de cálcio Também conhecida como linha de carbonato – indica a profundidade onde a taxa de suprimento de carbonato de cálcio iguala a taxa de dissolução – não ocorre agradação do fundo por material carbonático. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos PROFUNDIDADE DE COMPENSAÇÃO DA CALCITA – CCD A topografia da CCD varia latitudinalmente e entre as bacias oceânicas, e refletem a concentração de CO2 existentes nas massas d’água mais profundas. Solubilidade maior de CO2 em grandes profundidades (água fria) 21/01/2014 19 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos PROFUNDIDADE DE COMPENSAÇÃO DO CARBONATOS Fonte: Jay Austin http://www.ccpo.odu.edu/~jay/ Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos DISTRIBUIÇÃO GEOGRÁFICA DOS SEDIMENTOS NAS BACIAS OCEÂNICAS Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos BRAZIL MAJOR CORAL REEF AREAS Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos A REEF ECOSYSTEM ECOLOGICALY UNIQUE Growth form of mushroom-shaped pinnacles Built by very low diversity coral fauna Major builders - relic species from Tertiary time Nearshore reefs are surrounded and filled with muddy siliciclastic sediment 21/01/2014 20 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos MAJOR REEF FRAMEBUILDERS CORALS : Low diversity Strong endemism Absence of branching forms Most common - relic forms (Tertiary) CORALLINE ALGAE / VERMETID CRUSTS INTERNAL SEDIMENT Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos RECIFES DE CORAL NO MUNDO Oceanos Pacífico e Indico ~ 85% Oceano Atlântico Norte ~ 14% Oceano Atlântico Sul ~ 1% Brasil < 1% Tinharé Belize Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos PRINCIPAIS TIPOS DE RECIFES Recifes em franja Recifes emersos adjacentes à costa Bancos recifais afastados da costa Chapeirões de alto mar Recifes afogados Recifes superficiais Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos PRINCIPAIS ESPÉCIES RELÍQUIAS DO PERÍODO TERCIÁRIO Mussismilia braziliensis Mussismilia hispida Favia leptophylla Mussismilia harttii 21/01/2014 21 Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Itacimirim Reef REGRESSÃO MARINHA Após 5000 anos AP O mar regressivo aproximou a costa dos recifes expondo-os à altas taxas de sedimentação, altos níveis de turbidez e forte radiação solar. Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos Ambientes de Sedimentação Marinhos Carbonáticos
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