Geoquímica: Estudo da Composição Química da Terra

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Geoquímica
É um ramo da Geologia e da Química, que envolve a aplicação de princípios da química para solucionar problemas de geologia, permitindo um conhecimento mais exato dos fenômenos químicos que tem lugar na natureza (decomposições e neoformações).
Evolução do conceito
	Christian Friedrich Schönbein em 1838, cunhou a palavra; geoquímica é o estudo químico dos materiais geológicos.
Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945) (Geoquímico soviético), define a geoquímica como a ciência que estuda os elementos químicos na crosta terrestre e, até onde seja possível, em todo o globo terrestre.
Alexander Fersman (1883-1945): A finalidade da geoquímica é o estudo do elemento-átomo nas condições existentes na crosta terrestre (assim como nas partes do Cosmos acessíveis a nossas observações exatas) 
Victor Moritz Goldschmidt (1888-1947): O principal objetivo da geoquímica é, por um lado, determinar de forma quantitativa a composição da Terra e suas partes e, por outro, descobrir as leis que controlam a distribuição individual dos elementos. 
A Geoquímica é uma disciplina em constante evolução, que pode ser condensada em quatro objetivos abrangentes:
Conhecer a distribuição dos elementos químicos na Terra e no Sistema solar (H e He, C, O, Mg, Si e Fe);
Descobrir as causas para as composições químicas observadas em materiais terrestres e extraterrestres;
Estudar as reações químicas na superfície da Terra, em seu interior;
Entender o funcionamento dos ciclos biogeoquímicos, no passado geológico e suas alterações no futuro
Geoquímica Moderna e Ramificações 
A geoquímica moderna tem suas raízes nos trabalhos de Fersman e inicia-se a partir de 1950, quando os geoquímicos se voltam aos estudos das reações químicas usando os conceitos de termodinâmica para estudar a estabilidade dos minerais.
Geoquímica inorgânica: Estudo da composição química de minerais e rochas, baseado nas propriedades físicas e químicas dos elementos e seus átomos.
Geoquímica orgânica: Estudo da distribuição da matéria orgânica na Terra e dos processos que a controlam.
Geoquímica ambiental: Estudo da distribuição e migração de elementos químicos e de compostos inorgânicos e orgânicos naturais e artificiais potencialmente nocivos ao meio ambiente e ao homem.
A geoquímica ambiental é nova porque reflete a preocupação com as fontes atuais de desequilíbrio da natureza, originados basicamente nos problemas sócio-políticos de superpopulação, urbanização e industrialização. Ela determina a existência, a concentração, a especiação, a mobilidade potencial e a efetiva migração dos elementos e substâncias de origem antrópica dos diversos compartimentos terrestres.
Geoquímica de contaminação de águas; geoquímica de contaminação de solos e sedimentos; geoquímica de contaminação atmosférica.
Geoquímica ambiental: Ramo da geoquímica que tem como objetivos estudar, analisar e entender as relações entre os elementos químicos que compõem a litosfera e o ambiente antrópico.
Hidrogeoquímica: Relaciona-se ao estudo da origem e composição das águas superficiais e subterrâneas, sua especiação química; atua na avaliação da qualidade da água para abastecimento público, uso industrial e agrícola e estudos de impactos ambientais.
Técnicas analíticas para determinações geoquímicas
Espectrofotometria
Espectrometria de absorção atômica: Absorção de energia por átomos neutros, não excitados, em estado gasoso; na absorção atômica o elemento é levado a condição gasosa e por esta se faz passar um feixe de radiação com que pode ser absorvido; uma certa espécie atômica neutra e no estado fundamental é capaz de absorver e emitir radiações;
Determinação de metais pesados em amostras (Hg, Cd, Pb, Cr, Zn, Cr ...)
Cromatografia liquida
Cromatografia líquida de alta eficiência – CLAE
Determinação de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAS), que são considerados traçadores pela baixa degradabilidade no ambiente e considerados perigosos pela USEPA.
Difração de raios x
Cromatografia gasosa
INTEMPERISMO
Conjunto de modificações de ordem física (desagregação), química (decomposição) e biológica que as rochas sofrem ao aflorar na superfície da Terra. Transformações químicas e mineralógicas. Ou Conjunto de processos que leva à degradação e decomposição das rochas da crosta continental e pedogênese, devido a erosão, transporte e sedimentação (parte do ciclo geológico).
TIPOS DE INTEMPERISMO
Os processos intempéricos atuam através de mecanismos modificadores das propriedades físicas dos minerais e rochas (morfologia, resistência, textura, etc.) e de suas características químicas (composição química e estrutura cristalina). Quando a ação de organismos vivos ou da matéria orgânica proveniente de sua decomposição participa do processo é chamado de físico-biológico ou químico-biológico.
O intemperismo é o conjunto de modificações e processos de ordem física e química e biológica que que as rochas sofrem, resultando na alteração das suas propriedades, características e composição.
INTEMPERISMO FÍSICO: Ocorre quando a rocha é partida ou fragmentada em pequenos pedaços sem mudanças na sua composição;
Transformações FÍSICAS (Material coeso): Material fraturado, friável, incoerente.
Processos de intemperismo físico: 
- Variação de temperatura, 
- Ação do gelo; 
- Crescimento de raízes; 
- Expansão por perda de carga; 
- Precipitação de sais - Cristalização de sais dissolvidos nas águas originados da própria alteração intempérica da rocha (dissolvidos pelas soluções percolantes provenientes das chuvas).
Agentes físicos: 
- Pressão
- Temperatura
INTEMPERISMO QUÍMICO: decomposição química dos minerais primários das rochas, e a síntese (neoformação) de minerais secundários, as reações químicas envolvidas são: OXIDAÇÃO; HIDRATAÇÃO; DISSOLUÇÃO; HIDRÓLISE; ACIDÓLISE; CARBONATAÇÃO.
Transformações QUÍMICAS (Reações químicas): Material intemperizado difere química e mineralogicamente do material original.
Reações químicas diversas dependentes dos REAGENTES (minerais originais da rocha e soluções de alteração) das CONDIÇÕES EM QUE AS REAÇÕES SE PROCESSAM (clima, relevo, presença de organismos, tempo
A água, ao penetrar no subsolo, pode-se impregnar de ácidos, sais e produtos orgânicos. Essas substâncias têm a capacidade de iniciar um ataque às rochas, através de processos como a hidrólise, hidratação, oxidação, etc.
DISSOLUÇÃO: Decompor, Desagregar.
HIDRATAÇÃO: Entrada de H2O na estrutura dos minerais 
HIDRÓLISE Processo natural de decomposição por ação dos íons OH- e H+
OXIDAÇÃO: Os elementos podem oxidar facilmente e estar presentes nos minerais em mais de um estado de oxidação.
CARBONATAÇÃO: Decomposição no qual o CO2 contido na água forma pequena quantidade de ácido carbônico, que é o principal agente na solução de rochas.
FATORES QUE CONTROLAM A AÇÃO DO INTEMPERISMO
CLIMA: variação sazonal da temperatura e na distribuição de chuvas; 
RELEVO: influi o regime de infiltração e drenagem das águas pluviais;
FAUNA E A FLORA: fornecem matéria orgânica para reações químicas e remobilizam os materiais; 
ROCHA PARENTERAL: segundo sua natureza, apresenta resistência; diferenciada
TEMPO DE EXPOSIÇÃO: da rocha alterada aos agentes intempéricos;
ELEMENTOS QUÍMICOS e MINERAIS PRIMÁRIOS ENVOLVIDOS: mais abundantes na crosta - Al, Fe, Si, K, Na, Ca, Mg…
Minerais primários mais abundantes nas rochas da crosta: Quartzo (Si) Feldspatos (Ca, Na, K, Al, Si) Micas [(biotita - K, Fe, Mg, Al, Si) (Muscovita - K, Al e Si)] Piroxênios (Ca, Na, Mg, Fe, Al, Si) Olivinas (Mg, Fe, Si).
MINERAIS SECUNDÁRIOS e ELEMENTOS QUÍMICOS ENVOLVIDOS: mais abundantes nas alteritas e solos – Argilominerais (Caulinita: Al2Si2O5(OH)4 e Esmectita: NaAl3MgSi8O20(OH)4.nH2O) e Oxihidróxidos de Fe e de Al (Goethita: FeOOH; Hematita: Fe2O3; Gibbsita: Al(OH)3)
Elementos químicos mais abundantes nas alteritas e solos: Al, Fe e Si
CONTROLEDA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
Poluente Atmosférico é “qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis estabelecidos, e que tornem ou possam tornar o ar impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à fauna e à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade”. – CONAMA nº3/1990.
MODELO DE DISPERÇÃO DE GASES NA TMOSFERA: A atmosfera é um sistema extremamente complexo onde vários processos físicos e químicos acontecem simultaneamente;
Os processos estão diretamente relacionados à dispersão dos contaminantes e, consequentemente, à qualidade do ar que se respira.
As medições das concentrações de poluentes, das condições meteorológicas, aplicação de modelos matemáticos que relacionam a emissão e o transporte dos contaminantes dão informações sobre a atmosfera.
Fases do processo de poluição do ar
Emissão de poluentes para a atmosfera (aspecto ambiental) => Transporte/diluição/modificação química ou física dos poluentes na atmosfera (ventos, gradiente térmico) => Imissão dos poluentes (impacto ambiental)
Inventário de emissões: são estimativas do tipo e quantidade de poluentes emitidos pelas diferentes fontes
Fontes de Poluição (poluentes) Processos atmosféricos (transporte, diluição e/ou reações químicas - Monitoramento) Receptores 
Por onde os poluentes entram na atmosfera?
- Indústrias, trafego, erupções vulcânicas, grandes queimadas.
Quais mecanismos removem os poluentes da atmosfera?
- Ventos, altura da camada de mistura, chuvas.
FONTES
- Naturais – (vulcões e superfície do mar) e Antrópicas.
Fonte pontual ou difusa Móvel ou estacionária;
Principais gases constituintes da atmosfera: 
N (78%)
O (20%)
Ar (0,93%)
Causas antropogênicas do aumento da concentração de gases na atmosfera 
- Desflorestação (CO2)
- Incêndios florestais e outros (CO2, CO, SO2)
- Indústrias (CFC, SO2) 
- Agricultura (NOx, CH4)
- Produção de energia elétrica por queima de combustíveis fósseis (CO2, CO, SO2)
- Automóveis (NOx, CO2, O3, CO)
Constituintes do ar não poluído: Orgânicos (Alcanos – metano – Alcenos, Carbonilas, Nitratos orgânicos); Óxidos Inorgânicos (CO, CO2, NO2, SO2); Oxidantes (O3, H2O2, OH, NO3); Redutores (CO, SO2, H2S); Materiais particulados também estão presentes e funcionam geralmente como suporte (meio) para reação entre as espécies químicas.
FONTES NATURAIS (NÃO ANTROPOGÊNICAS) MAIS IMPORTANTES, EM TERMOS DE CONTRIBUIÇÃO DE GASES PARA A ATMOSFERA.
- Metano, Amônia e Gás sulfídrico por decomposição biológica anaeróbica.
- Cloreto de metila, Brometo de metila e Iodeto de metila pelos oceanos.
- Monóxido de carbono por Metano atmosférico e incêndios. 
- Ácido clorídrico por decomposição biológica anaeróbica, vulcões.
COMPOSTOS PRIMÁRIOS: emitidos diretamente pelas emissões – CO, CO2, NO, NO2, SO2, HC e partículas em suspensão. 
COMPOSTOS SECUNDÁRIOS: formados na atmosfera como o resulta do de reações químicas (como hidrólise, oxidação ou reações fotoquímicas) envolvendo os poluentes primários (O3, HNO3, H2SO4, H2O2, SO3, PANs...) 
***Uma vez emitidos na atmosfera, os poluentes não permanecem inertes, podem ocorrer transformações FÍSICAS e QUÍMICAS.***
FÍSICAS
-Movimento e dispersão atmosférica
-Difusão turbulenta
-Diluição (redução das concentrações dos poluentes)
QUÍMICAS 
- Oxidações catalíticas;
- Processos fotoquímicos;
- Reações ácido-base entre outras...
PRINCIPAIS COMPOSTOS NA ATMOSFERA
CO – Por Combustão incompleta de materias carbonatados; os veículos automotores constituem a principal fonte. Monitoramento, Espectrofotometria de Infravermelho não dispersivo.
CO2 - Ocorre naturalmente, mas também é produzido na combustão (processos secundários) de materiais carbonados para produção de energia, queimadas. 
PRINCIPAIS POLUENTES
NOx - Produzido naturalmente pelos vulcões. Queima de combustíveis fósseis, queimadas. Monitoramento, Método da quimioluminescência.
HC (Hidrocarbonetos) - Evaporação e queima de combustíveis fósseis em veículos automotores e na indústria. Monitoramento, Método da ionização de chama. Fontes ANTROPOGÊNICAS Veículos automotores (85%-90%), Tanques de estocagem de gasolina e solventes, Estações de transferência, Refinarias de petróleo e plantas petroquímicas. NATURAIS decomposição anaeróbica de plantas em pântanos e brejos, vazamento em campos de gás natural e de óleo e emissões de plantas.
SO2 – Produzido naturalmente pelos vulcões; queima de combustíveis fósseis, processos industriais. Monitoramento, Espectrofotometria de Infravermelho não dispersivo.
HIDROCARBONETOS COMO TRAÇADORES DE CONTAMINAÇÃO AMBIENTAL
Os HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS (HPAS), são considerados traçadores pela baixa degradabilidade no ambiente, são considerados perigosos pela USEPA e determinados por CLAE.
Métodos de coleta e análise dos HPAS: coleta filtro bomba amostrador e análise extração soxlet gc – fid.
Os contaminantes do ar podem ser removidos da atmosfera por três mecanismos, a saber:
- Deposição úmida: Colisão e posterior adesão das partículas com as gotas da precipitação pluviométrica 
- Deposição seca: Para partículas a deposição do contaminante ocorre devido a ação da gravidade;
Background geoquímico
O estabelecimento de valores de background geoquímico como medida relativa para distinguir concentrações naturais de um elemento (geogênica e/ou biogênica) e a influência das atividades antrópicas nestas concentrações representa um dos assuntos mais importantes das ciências ambientais recentes.
Valores de background geoquímico permitem estabelecer padrões de qualidade ambiental, estudar o impacto de fontes de poluição antropogênicas ou, ainda, identificar fontes naturais de poluição, em uma determinada área.
Background seria uma medida relativa usada para distinguir concentrações naturais de um dado elemento e a influência das atividades antrópicas nessas concentrações
Valores de background geoquímico para elementos-traço tem significativas implicações nos estudos ambientais, sobretudo naqueles ligados à avaliação de áreas contaminadas, ou que estão sob risco potencial de poluição.
P
Tipos de intemperismo
Os processos intempéricos atuam através de mecanismos modificadores das propriedades físicas dos minerais e rochas (morfologia, resistência, textura, etc.) e de suas características químicas (composição química e estrutura cristalina). Quando a ação de organismos vivos ou da matéria orgânica proveniente de sua decomposição participa do processo é chamado de físico-biológico ou químico-biológico.
INTEMPERISMO FÍSICO: Ocorre quando a rocha é partida ou fragmentada em pequenos pedaços sem mudanças na sua composição;
Transformações FÍSICAS (Material coeso): Material fraturado, friável, incoerente.
Processos de intemperismo físico: 
- Variação de temperatura, 
- Ação do gelo; 
- Crescimento de raízes; 
- Expansão por perda de carga; 
Agentes físicos: 
- Pressão
- Temperatura
- Precipitação de sais 
Cristalização de sais dissolvidos nas águas originados da própria alteração intempérica da rocha (dissolvidos pelas soluções percolantes provenientes das chuvas) 
INTEMPERISMO QUÍMICO: decomposição química dos minerais primários das rochas, e a síntese (neoformação) de minerais secundários, as reações químicas envolvidas são: OXIDAÇÃO; HIDRATAÇÃO; DISSOLUÇÃO; HIDRÓLISE; ACIDÓLISE. CARBONATAÇÃO
Transformações QUÍMICAS (Reações químicas): Material intemperizado difere química e mineralogicamente do material original.
Reações químicas diversas dependentes dos REAGENTES (minerais originais da rocha e soluções de alteração) das CONDIÇÕES EM QUE AS REAÇÕES SE PROCESSAM (clima, relevo, presença de organismos, tempo
A água, ao penetrar no subsolo, pode-se impregnarde ácidos, sais e produtos orgânicos. Essas substâncias têm a capacidade de iniciar um ataque às rochas, através de processos como a hidrólise, hidratação, oxidação, etc.
DISSOLUÇÃO: Decompor, Desagregar.
HIDRATAÇÃO: Entrada de H2O na estrutura dos minerais 
HIDRÓLISE Processo natural de decomposição por ação dos íons OH- e H+
OXIDAÇÃO: Os elementos podem oxidar facilmente e estar presentes nos minerais em mais de um estado de oxidação.
CARBONATAÇÃO: Decomposição no qual o CO2 contido na água forma pequena quantidade de ácido carbônico, que é o principal agente na solução de rochas.
Áreas da geoquímica 
Geoquímica inorgânica: Estudo da composição química de minerais e rochas, baseado nas propriedades físicas e químicas dos elementos e seus átomos.
Geoquímica orgânica: Estudo da distribuição da matéria orgânica na Terra e dos processos que a controlam.
A geoquímica orgânica foca nas transformações químicas de materiais biológicos em rochas e no fluxo cíclico de elementos individuais (e seus compostos) entre sistemas vivos e não vivos. Isto inclui a incorporação de materiais orgânicos em rochas, incluindo materiais carbonáceos em rochas sedimentares. Na indústria do petróleo é importante reconhecer as transformações de materiais biológicos presentes em depósitos de carvão, petróleo e gás natural. Além da caracterização e compreensão dos sistemas que produzem hidrocarbonetos, reações químicas orgânicas influenciam diversos processos geológicos, como o intemperismo das rochas e produção de solo, a solução, precipitação e secreção de materiais dissolvidos como o carbonato de cálcio e a alteração de sedimentos para formar rochas sedimentares. Adicionalmente a análises como XRF e ICP, que medem elementos químicos inorgânicos, oferecemos análises de carbono orgânico e enxofre.
Geoquímica ambiental: Estudo da distribuição e migração de elementos químicos e de compostos inorgânicos e orgânicos naturais e artificiais potencialmente nocivos ao meio ambiente e ao homem.
Hidrogeoquímica: Relaciona-se ao estudo da origem e composição das águas superficiais e subterrâneas, sua especiação química; atua na avaliação da qualidade da água para abastecimento público, uso industrial e agrícola e estudos de impactos ambientais.
Geoquímica Médica: Estuda a distribuição e migração de elementos tóxicos no ambiente, e das relações entre o ambiente geoquímico e a população, por causa de doenças causadas pela quantidade de um dado elemento.
Prospecção geoquímica: Estuda e desenvolve métodos geoquímicos para a detecção de jazidas minerais.
Litogeoquímica: estudo da composição química das rochas ígneas metamórficas e sedimentares.
Geoquímica isotópica: Estudo da variação da composição de isótopos em materiais naturais. 
Estudo de caso de uma área de mina – Prospecção geoquímica 
- Análises de sedimentos de correntes em prospecção geoquímica e de solos, uso de imagens de satélites em SIG
- Métodos estatísticos e de SIG sobre dados geoquímicos de sedimentos de corrente
- A prospecção geoquímica utiliza métodos geoquímicos, que incluem a colheita e análise de solos, sedimentos, águas, rochas, minério e plantas, para prospecção de recursos minerais.
- Este tipo de prospecção tem uma fase exploratória “prospecção estratégica” que envolve a colheita de sedimentos de corrente numa região alargada. Depois de definida a área mais restrita passa-se a uma fase de detalhe “prospecção táctica” que normalmente envolve a colheita de uma malha de solos, onde será definida a área mineralizada. Após estas fases é analisada rocha ou mineralização. Nas fases estratégica e táctica também se pode recorrer a plantas indicadoras da presença de concentrações elevadas de elementos que a planta pode absorver.
- Os sedimentos de corrente configuram um meio de amostragem bastante útil em cartografia geoquímica, uma vez que permitem investigar áreas extensas e pouco conhecidas com custos relativos baixos, podendo ainda servir de referência a trabalhos de cartografia geológica, prospecção mineral e estudos metalogenéticos de maior detalhe.