Apostila Geologia - Bertolino

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro Geologia Prof. Luiz Carlos Bertolino 2005 Geologia..................................................................................................... 2 CAPÍTULO I. ESTUDO DA TERRA............................................................................................................4 I.1 ORIGEM E EVOLUÇÃO DA TERRA ............................................................................................................6 I.2 CONSTITUIÇÃO INTERNA DA TERRA ......................................................................................................7 I.3. METEORITO ...........................................................................................................................................9 I.4. DISTRIBUIÇÃO DOS ELEMENTOS NA CROSTA TERRESTRE .................................................................. 11 I.5 CLASSIFICAÇÃO GEOQUÍMICA DOS ELEMENTOS ................................................................................... 12 CAPÍTULO II. II.1. II.2. II.4. II.3. DINÂMICA INTERNA .................................................................................................. 13 VULCANISMO..................................................................................................................................... 13 TERREMOTOS..................................................................................................................................... 15 TSUNAMIS ........................................................................................................................................ 19 VULCANISMO E TERREMOTO NO BRASIL .......................................................................................... 19 CAPÍTULO III. TEORIA DA TECTÔNICA DE PLACAS ................................................................. 22 III.1. ORIGEM DAS PLACAS E DOS SEUS MOVIMENTOS ........................................................................... 23 III.2 FALHAS E DOBRAS........................................................................................................................... 27 III.3. ORIGEM DAS MONTANHAS............................................................................................................... 29 CAPÍTULO V. MINERALOGIA ................................................................................................................. 31 V.1 CICLO GEOQUÍMICO ............................................................................................................................. 32 V.2 TÉCNICAS DE ANÁLISE MINERALÓGICA E PETROGRÁFICA ................................................................... 33 V.3 PROPRIEDADES DOS MINERAIS ............................................................................................................ 36 V.4. CRISTALOGRAFIA ESTRUTURAL E MORFOLOGIA DOS CRISTAIS ......................................................... 37 V.4.1 Sistemas Cristalinos .................................................................................................... 38 V.5. CLASSIFICAÇÃO QUÍMICA DOS MINERAIS ........................................................................................ 39 V.6. PROPRIEDADES FÍSICAS ................................................................................................................... 41 V.7. PROPRIEDADES ÓPTICAS ................................................................................................................... 44 V.8. PROPRIEDADES QUÍMICAS ................................................................................................................. 44 V.9. ESQUEMA DE IDENTIFICAÇÃO MACROSCÓPICA................................................................................... 44 CAPÍTULO VI. PETROGRAFIA .............................................................................................................. 47 VI.1 ROCHAS SEDIMENTARES ...................................................................................................................... 47 VI.2 ROCHAS ÍGNEAS ................................................................................................................................. 49 VI.3 ROCHAS METAMÓRFICAS ..................................................................................................................... 51 CAPÍTULO VII. VII.1 VII.2 VII.3 VII.4 VII.5 VII.6 DINÂMICA EXTERNA.............................................................................................. 53 PROCESSOS ...................................................................................................................................... 54 INTEMPERISMO ................................................................................................................................. 54 EROSÃO ............................................................................................................................................ 57 TRANSPORTE..................................................................................................................................... 58 DEPOSIÇÃO ...................................................................................................................................... 59 AMBIENTES DE SEDIMENTAÇÃO ........................................................................................................ 59 CAPÍTULO VIII. PEDOLOGIA ............................................................................................................ 63 VIII.1. PROCESSOS DE FORMAÇÃO DO SOLO............................................................................................ 64 VIII.2. CONSTITUIÇÃO DO SOLO ............................................................................................................ 64 VIII.3. FATORES DE FORMAÇÃO DOS SOLOS........................................................................................... 65 VIII.3.1 Material Parental .................................................................................................... 65 VIII.3.2. Estrutura dos Minerais ...................................................................................... 66 VIII.3.3. Composição Química e Mineralógica dos Materiais Parentais .. 66 VIII.3.4. Clima .............................................................................................................................. 67 VIII.3.5. Organismos .................................................................................................................. 69 Geologia..................................................................................................... 3 VIII.3.6. Relevo (Topografia) ............................................................................................. 70 VIII.3.7. Tempo .............................................................................................................................. 71 VIII.4. HORIZONTES DO SOLO ................................................................................................................ 71 VIII.5. POLUIÇÃO DO SOLO .................................................................................................................... 72 CAPÍTULO IV. TEMPO GEOLÓGICO ..................................................................................................... 77 IV.1. MAGNITUDE DO TEMPO GEOLÓGICO ................................................................................................. 80 IV.2. DATAÇÃO RADIOMÉTRICA (ABSOLUTA)........................................................................................... 81 IV.3. MÉTODO RADIOCARBÔNICO ............................................................................................................... 83 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................. 85 Geologia..................................................................................................... 4 Capítulo I. ESTUDO DA TERRA A curiosidade natural do homem em desvendar os mistérios da natureza levou-o ao estudo da Terra. Perguntas tais como: de onde vem as lavas dos vulcões; o que causa os terremotos; como se formam as montanhas; de que modo se formaram os planetas e as estrelas, e muitas outras, sempre foram enigmas que o homem vem tentando decifrar. O principal fator que impulsiona o homem a melhor conhecer a Terra é o fato de ter que usar materiais extraídos do subsolo para atender as suas necessidades básicas. Na idade Média, acreditava-se que a Terra era o centro do Universo e que todos os outros astros, como o Sol, a Lua, os planetas e as estrelas giravam em torno dela. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, o homem pôde comprovar que a Terra pertence ao um conjunto de planetas e outros astros, que giram em torno do Sol, formando o sistema solar. Descobriu-se também que a própria Terra se modifica através dos tempos. Por exemplo, áreas que hoje estão cobertas pelo mar, há 15 mil anos eram planícies costeiras, semelhante à baixada de Jacarepaguá; regiões que estavam submersas há milhões de anos, formam agora montanhas elevadas como os Alpes e os Andes. Lugares onde existiam exuberantes florestas estão hoje recobertas pelo gelo da Antártica ou transformaram-se em desertos, como o Saara. O material que atualmente constitui montanhas, como o Pão de Açúcar e o Corcovado, formou-se a centenas ou milhares de metros abaixo da superfície terrestre, há muito milhões de anos (SBG, 1987). Estas transformações são causadas por gigantescos movimentos que ocorrem continuamente no interior e na superfície da Terra. Por serem transformações muito lentas, o homem não pode acompanhá-las diretamente, pois ele só apareceu há cerca de dois milhões de anos. Isso quer dizer que, se toda a evolução da terra fosse feita em um ano, o homem só teria aparecido quando faltassem dois minutos para a meia-noite do último dia do ano. Além disso, o homem só tem acesso à camada mais superficial do nosso planeta. A distância da superfície até o centro da Terra mede 6.378 km - dois mil quilômetros a mais que a distância entre o Oiapoque e o Chuí, pontos localizados nos extremos norte e sul do Geologia..................................................................................................... 5 Brasil - e a maior perfuração já feita só alcançou 10 km de profundidade. Então, como se pode saber o que existe dentro da Terra em tão grandes profundidades e como descobrir a idade de cada período da história da Terra? Isto é possível através do estudo das rochas, dos terremotos, dos vulcões, dos restos dos organismos preservados nas rochas e das propriedades físicas terrestres, tais como o magnetismo e a gravidade. As rochas são formadas por minerais, que por sua vez são constituídos por substâncias químicas que se cristalizam em condições especiais. O estudo dos minerais contidos em uma determinada rocha pode indicar onde e como ela se formou. Para medir o tempo geológico, utiliza-se elementos radioativos contidos em certos minerais (datação absoluta). Esses elementos são os relógios da Terra. Eles sofrem um tipo especial de transformação que se processa em ritmo uniforme, século após século, sem nunca se acelerar ou retardar. Por este processo chamado RADIOATIVIDADE, algumas substâncias se desintegram, transformando-se em outras. Medindo-se a quantidade dessas substâncias em uma rocha, pode-se saber a sua idade (Capítulo IV). A Terra atrai os corpos pelas forças magnética e gravitacional. Estas forças variam de local para local, devido as diferenças superficiais e profundas dos materiais que constituem a Terra. A análise dessas diferenças é outra forma de interpretar o que existe no subsolo terrestre (Tabela I.1). Todos esses estudos fazem parte da GEOLOGIA, a ciência que busca o conhecimento da origem, composição e evolução da Terra. Outras ciências da Terra como a GEOGRAFIA, a OCEANOGRAFIA e a METEOROLOGIA, ocupam-se de outros aspectos do nosso planeta (SBG, 1987). Tabela I.1. Dados numéricos da Terra. Raio equatorial Raio polar Diferença (RE - RP) Perímetro no Equador Área superficial da terra Volume Massa 6.378 km 6.356 km 22 km 40.075 km 510 milhões de km2 1,083 x 109 km3 5,976 x 1027 g Geologia..................................................................................................... Densidade média Densidade média na superfície Densidade no núcleo Gravidade no Equador Elevação média dos continentes Profundidade média dos oceanos 6 5,517 g/cm3 2,7 - 3,0 g/cm3 13 g/cm3 978,032 cm/s2 623 m 3,8 km I.1 Origem e Evolução da Terra Estima-se que a formação do Sistema Solar teve início há seis bilhões de anos, quando uma enorme nuvem de gás que vagava pelo Universo começou a contrair. A poeira e os gases dessa nuvem se aglutinaram pela força da gravidade e, há 4,5 bilhões de anos, formaram várias esferas que giravam em torno de uma esfera maior, de gás incandescente, que deu origem ao Sol. As esferas menores formaram os planetas, dentre os quais a Terra. Devido à força da gravidade, os elementos químicos mais pesados como o ferro e o níquel, concentraram-se no seu centro enquanto os mais leves, como o silício, o alumínio e os gases, permaneceram na superfície. Estes gases foram, em seguida, varridos da superfície do planeta por ventos solares. Assim, foram separando-se camadas com propriedades químicas e físicas distintas no interior do Globo Terrestre. Há cerca de 4,4 a 4,0 bilhões de anos, formou-se o NÚCLEO - constituído principalmente por ferro e níquel no estado sólido, com raio de 3.700 km. Em torno do núcleo, formou-se uma camada - o MANTO - que possui 2.900 km de espessura, constituída de material em estado pastoso, com composição predominante de silício e magnésio (Figura I.1). Em torno de 4 bilhões de anos atrás, gases do manto separam-se, formando uma camada de ar ao redor da Terra - a ATMOSFERA. Finalmente, há aproximadamente 3,7 bilhões de anos, solidificou-se uma fina camada de rochas - a CROSTA. A crosta não é igual em todos os lugares. Debaixo dos oceanos, ela tem mais ou menos 7 km de espessura e é constituída por rochas de composição semelhante à do manto. Nos continentes, a espessura da crosta aumenta para 30-50 km, sendo composto por rochas formadas principalmente por silício e alumínio e, por Geologia..................................................................................................... isso, mais 1987). leves que as do fundo dos oceanos 7 (SBG, I.2 Constituição Interna da Terra As informações das camadas internas da Terra são obtidas a partir de informações diretas e indiretas. As observações da densidade e da gravidade do globo terrestre mostram que o interior e a crosta devem possuir uma constituição diferente. Observações sismológicas (comportamento das ondas sísmicas) e deduções baseadas em estudos de meteoritos indicam que a Terra é constituída de várias camadas. Figura I.1. Estrutura interna da Terra (Kearey e Vine, 1990). Medições geoquímicas elementares da massa, volume e momento de inércia da Terra indicam que a densidade de seus materiais cresce de fora para dentro, alcançando um valor da ordem de 13 g/cm3 perto do centro (Tabela I.1). As velocidades das ondas sísmicas dão-nos uma idéia detalhada quanto à distribuição dos materiais no interior. Assim haveria uma crosta com uma espessura média de 35 km sob os continentes e 7 km sob os oceanos; um manto que se estende à metade da distância até o centro; um núcleo líquido ocupando cerca de dois terços Geologia..................................................................................................... 8 da distância restante e um núcleo interno sólido (Figura I.1). Tabela I.2. Tipos características. de ondas sísmicas e suas Ondas Características P - primária Rápidas, ondas longitudinais com pequena amplitude, semelhantes às ondas sonoras. Propagamse com maior velocidade nas camadas de maior densidade. Velocidade média 5,5 - 13,8 km/s S - Pouco veloz, ondas transversais, semelhantes à secundária vibração da luz. Só se propagam através de sólidos. Velocidade média 3,2 - 7,3 km/s L - longa Menor velocidade, propagam próximo à superfície, apresentam grande comprimento de onda. Velocidade média 4 - 4,4 km/s A natureza dos materiais de cada uma dessas regiões foram determinadas por medições de ondas sísmicas (Tabela I.2 e Figura I.2), devido as variações da densidade e das constantes elásticas. Devido às diferentes velocidades e percursos, os três tipos de ondas chegam a um sismógrafo em tempos diversos, os registros dessas ondas fornecem a localização do foco do terremoto e informações das camadas inferiores. Figura I.2. Propagação das ondas sísmicas (Selbey, 1985). Para restringir nossas suposições quanto a química do interior, precisamos de dados de outras fontes. Uma possível indicação provém do estudo dos meteoritos. Esses objetos que caem sobre a Terra a partir de órbitas solares são interpretados como fragmentos de um planeta Geologia..................................................................................................... 9 desaparecido, ou possivelmente, resíduos de material que compôs originariamente a Terra. A composição média dos meteoritos deve se assemelhar à composição média de toda a Terra. I.3. Meteorito Os meteoritos são objetos que se movem no espaço e que atravessam a atmosfera e chegam a superfície da Terra sem serem totalmente vaporizados. Provavelmente, pertencem ao sistema solar e tem origem no cinturão de asteróides localizados entre as órbitas dos planetas Júpiter e Marte. O fenômeno causado pela queda de meteorito é popularmente conhecido como estrela cadente. A composição dos meteoritos é variável, num extremo estão os que são compostos predominantemente de ferro metálico com alguma porcentagem de níquel. Em outro estão os que consistem principalmente de silicatos e assemelhando-se em composição às rochas ultramáficas. Inclui na composição dos meteoritos, tanto silicatos como metal nativo e algumas a fases sulfetadas (troilita FeS). Entre os meteoritos distinguem-se 3 grupos: Sideritos: compostos de ferro metálico com + 8% de Ni; Assideritos ou aerólitos: compostos principalmente por silicatos e baixo teor de ferro; Litossideritos: composição intermediária. A Terra é constituída por uma série de camadas concêntricas de constituição química diferentes e, em estado físico distinto ao redor do núcleo, cada uma dessas camadas tem uma condutividade diferente. Como as velocidades das ondas sísmicas dependem das propriedades e das densidades dos materiais através dos quais passam as ondas, as mudanças de velocidade a diferentes profundidades são atribuídas a diferentes composições e densidades e, talvez, a diferentes estados, sobretudo no núcleo (Figura I.2). Os geofísicos reconheceram duas dividindo a Terra em três partes: descontinuidades Crosta: desde a superfície em direção ao centro, até a primeira descontinuidade (Mohorovicic, 30 -50 km). A crosta é dividida em crosta continental (mais Geologia..................................................................................................... espessa e menos densa) espessa e mais densa); e crosta oceânica 10 (menos Manto: desde a base da crosta até a segunda descontinuidade (Wiechert-Gutemberg, 2.900 km); Núcleo: desde a descontinuidade do manto até o centro da Terra. A crosta continental é de composição granítica ou granodiorítica e a crosta oceânica é de composição basáltica, correspondendo ao SIAL (material rico em Si e Al) e ao SIMA (rico em Si e Mg), respectivamente (Tabela I.3). O manto é formado por material silicatado de olivina e piroxênio ou seus equivalentes de pressão e temperaturas altas. O núcleo ou siderosfera é constituído por ligas de ferro-níquel, possivelmente a parte exterior é líquida e a parte inferior é sólida. Para completar, deve-se adicionar a crosta, manto e núcleo, mais três zonas: a atmosfera, hidrosfera e biosfera. A atmosfera é o envoltório gasoso. A hidrosfera a camada descontínua de água, salgada ou doce (oceanos, lagos e rios). A biosfera é a totalidade da matéria orgânica distribuída através da hidrosfera, atmosfera e superfície da crosta. Embora importantes do ponto de vista geoquímico, a hidrosfera, biosfera e atmosfera contribuem com menos de 0,03% da massa total da Terra, a crosta 0,4%, o manto 67% e o núcleo 32%. Tabela I.3. Terra. Profundidad e km Características Denominação da estrutura interna Constituição Densidade Temperatura litológica g/cm3 (oC) Litosfera 15 a 25 30 a 50 1.200 2.900 6.370 crosta superior SiAl crosta inferior SiMa Manto superior (astenosfera) Manto inferior Núcleo NiFe da sedimentos granito 2,7 600 basalto peridotito 2,9 3,3 1.200 3.400 4,7 4.000 12,2 4.000 silicatos, sulfetos e óxidos ferro metálico e Geologia..................................................................................................... 11 níquel I.4. Distribuição terrestre dos elementos na crosta A geoquímica mostra a importância dos elementos que constituem os minerais, cujos objetivos essenciais são:  a determinação Terra;  a repartição rochas; da dos abundância elementos dos nos elementos minerais e na nas  estabelecimento dos princípios que regem abundância e distribuição dos elementos químicos. a A crosta é composta de silicatos de alumínio, sódio, potássio, cálcio, magnésio e ferro. Em função do número de átomos o oxigênio ultrapassa 60% e forma mais de 90% do volume total ocupado pelos elementos. A Tabela I.4 mostra a repartição dos constituintes da crosta terrestre em porcentagem em peso de óxidos, em íons e nos minerais. Tabela I.4. terrestre. Óxidos Distribuição Peso % 59,12 Íons Al2O3 Fe2O3 + FeO MgO CaO Na2O K2O TiO2 Total SiO2 dos O Peso % 46,6 Volume % 92,0 15,34 6,88 Si Al 27,72 8,13 0,8 0,8 3,49 5,08 Fe Ca 5,0 3,63 0,7 1,4 3,84 3,13 1,05 97,93 Na K Mg 2,83 2,59 2,09 98,59 1,6 2,1 0,6 100,0 elementos Minerais Feldspato alcalino Plagioclásio Quartzo Piroxênio Minerais opacos Biotita Olivina Hornblenda Muscovita Clorita Apatita Nefelina Titanita na crosta Peso % 31,0 29,2 12,4 12,0 4,1 3,8 2,6 1,7 1,4 0,6 0,6 0,3 0,3 100,0 Geologia..................................................................................................... 12 I.5 Classificação Geoquímica dos Elementos As diretrizes da geoquímica moderna tratam de mostrar onde se podem encontrar os elementos e em que condições. Ex.: Lantânio e potássio encontram-se juntos; telúrio e tântalo “fogem” um do outro. Alguns, embora presentes, estão dispersos como o rubídio no potássio e gálio no alumínio. Háfnio e selênio não são formadores de acumulações e às vezes, se acham tão dispersos na natureza que seu percentual na composição das rochas é ínfimo. Outros elementos como chumbo e ferro durante seu processo de deslocamento experimentam uma parada e formam combinações capazes de acumularem-se com facilidade (Antonello, 1995). A geoquímica estuda as leis da distribuição e migração dos elementos em condições geológicas definidas marcando seu percurso e exploração das jazidas minerais. Goldschmidt foi o primeiro a acentuar a importância da diferenciação geoquímica primária dos elementos, classificando-os da seguinte maneira: Siderófilos: com afinidade pelo ferro metálico; ex.: Cr, V, Co, Ni. Calcófilos ou sulfófilos: sulfeto, ex.: Pb, Zn, Cu, Ag, Fe, S, As. com afinidade pelo Hg, Bi, Sb, Se, Litófilos: com afinidade pelo silicato, ex.: O, Si, Al, Na, K, Ca, Mg. Atmófilos: com afinidade pela atmosfera, ex.: O, C, gases nobres, N. Alguns elementos mostram afinidade por mais de um grupo, pois a distribuição de qualquer elemento depende, em certo grau, da temperatura, pressão e ambiente químico, como um todo. Geologia..................................................................................................... Capítulo II. 13 DINÂMICA INTERNA II.1. Vulcanismo Os vulcões são crateras ou fissuras na crosta terrestre através da qual o magma (rocha fundida que se origina em profundidade, abaixo da crosta), sobe até a superfície em forma de lava. Localizam-se geralmente ao longo dos limites das placas crustais; a maioria faz parte de um cinturão chamado “círculo de fogo”, que se estende ao longo das costas do oceano Pacífico. Os vulcões podem ser classificados de acordo com a freqüência e violência de suas erupções. As erupções não explosivas, geralmente ocorrem onde as placas crustais se separam, ou seja, nas bordas de placas divergentes (ex. Cordilheira Mesoceânica). Estas erupções produzem lava basáltica (básica) móvel, que se espalha rapidamente por longas distâncias e forma cones relativamente achatados. As erupções mais violentas acontecem onde as placas colidem, bordas convergentes (ex. Andes). Essas erupções expelem lava riolítica (ácidas) viscosa e explosões repentinas de gases, cinzas e piroclastos (fragmentos de lava solidificada). A lava é pouco móvel, percorre distâncias curtas e dá origem a cones de vertentes íngremes. Alguns vulcões apresentam erupções de lava e cinza, que formam os cones compósitos. Geologia..................................................................................................... 14 Os vulcões com erupções freqüentes são descritos como ativos; os vulcões dormentes são os que raramente entram em erupção, e os que aparentemente cessam as erupções são considerados extintos. Além dos vulcões, outros aspectos associados às zonas vulcânicas são os gêiseres, fontes minerais quentes, fumarolas e poços de lama borbulhante. Figura II.1. Esquema de um vulcão. Plutonismo é o conjunto de processos magmáticos que ocorrem no interior do planeta e que geram intrusões de magma. Plúton é o corpo de rocha magmática consolidada no interior da crosta terrestre, a partir de uma câmara magmática. Designa-se de rocha encaixante a rocha invadida por um plúton. Os plútons podem ser de dois tipos: concordantes (“sill”, lacólito e facólito) e discordantes (“neck”, dique, batólito e "stock"). Material vulcânico:  piroclastos: bomba, tufos, lapilli, cinza etc.  gases: vapor d'água, CO2, H2S, HCl, SO2 etc.  lavas: almofadadas, "aa" e cordadas. A viscosidade do magma é variável, dependendo essencialmente da sua temperatura e da composição química. Magma ácido, isto é, rico em sílica, é mais viscoso do que um magma básico, pouca sílica (Leinz e Amaral, 1987). Magma ácido  rico em sílica  mais viscoso Magma básico  pobre em sílica  mais fluido Tipos de vulcanismo: estromboliano e pliniano havaiano, peleano, Geologia..................................................................................................... 15 O calor interno da Terra é associado ao calor remanescente da sua formação (Big Bang) e da desintegração de isótopos radiogênicos; p.ex., K40, Th232 e U238. O grau geotérmico refere-se a profundidade, em metros, para elevar-se a temperatura em 1°C. O valor médio é de 30 m, podendo existir grandes variações, dependendo da localização geográfica. II.2. Terremotos O terremoto, ou sismo é qualquer vibração na crosta e que tem origem no seu interior. Quando a vibração é relativamente intensa, o tremor de terra se torna perceptível aos nossos sentidos. Quando muito fraca, seu registro se faz por meio de aparelhos especiais, denominados sismógrafos (Figura II.2). Tal vibração é denominada de microssismo. Figura II.2. Sismógrafo Geologia..................................................................................................... 16 Figura II.3. a) linha de propagação das ondas sísmicas; b c) sismógrafos; d) propagação das ondas; e) sismograma; f) gráfico mostrado a diferença no tempo de chegada dos três tipos de ondas em locais diferentes (Selbey, 1985). Em um ano registram-se na superfície terrestre cerca de 100 mil terremotos. Destes, 90 mil possuem intensidade muito fraca, sendo quase imperceptíveis aos sentidos das pessoas; 9.000 são de intensidade fraca e os 1.000 restantes de intensidade média. Apenas 100 se revelam fortes, e só 10, aproximadamente, são catastróficos. Os terremotos não se distribuem uniformemente em toda a superfície da Terra, existem regiões onde o fenômeno é praticamente desconhecido, são as chamadas regiões assísmicas, como as áreas centrais do Canadá e dos Estados Unidos, a África (exceto a orla mediterrânea), a Arábia, a Ásia Central e a Austrália. As regiões mais intensamente atingidas por atividades sísmicas são aquelas localizadas nas bordas das placas tectônicas. Na Figura II.2 estão representados os epicentros dos terremotos mais intensos ao longo de um período de 6 anos. Observa-se que o território brasileiro está praticamente fora das regiões com maiores incidências de terremotos, isto é, devido a sua posição no interior da placa sul-americana. As principais causas dos terremotos são: desabamento interno, vulcanismo, acomodamento de rocha e tectonismo. Geologia..................................................................................................... 17 Os terremotos por desabamento podem ser provocados por dissolução (cavernas) ou deslizamento de massas rochosas em virtude da ação da força da gravidade. Esses terremotos são em geral fracos e de pouco poder destrutivo, pelo menos em comparação com os de origem vulcânica e tectônica. Em regiões sujeitas a ocorrências vulcânicas, os terremotos produzidos por explosões internas decorrem, em geral, do escape violento de gases acumulados sob forte tensão e do magma. Os mais terríveis terremotos estão associados a causas tectônicas, que se desencadeiam quando uma porção dos materiais do interior da Terra, distendido ou comprimido e deformados por tensões acumuladas, atinge o ponto de ruptura, procurando um novo estado de equilíbrio. A intensidade dos terremotos é medida pela escala Richter, criada em 1935 pelo cientista americano Charles Francis Richter. O terremoto de maior intensidade já registrado marcou 8,6, mas, teoricamente não há limites. Lugares geométricos na crosta associados aos sismos:  hipocentro - ponto no interior da crosta onde teve a origem do terremoto;  epicentro - ponto na superfície da crosta, projeção do hipocentro ortogonal à superfície. Efeitos dos abalos sísmicos: maremotos, tsunamis e terremotos. Figura II.4. Localização do hipocentro. Geologia..................................................................................................... 18 Figura II.5. Localização dos epicentros dos terremotos mais intensos (Kearey e Vine, 1990). Geologia..................................................................................................... 19 II.4. Tsunamis Figura II.5. Formação dos tsunamis. II.3. Vulcanismo e Terremoto no Brasil Nas bordas de placas, o vulcanismo é um processo contínuo, pois, ao longo das cordilheiras submarinas que se estendem longitudinalmente no meio dos grandes oceanos, as chamadas dorsais médio-oceânicas, o magma emerge das profundezas da Terra, controlado pela fusão de material na parte superior do manto. Há dois tipos de crosta: continental, situada nos continentes e oceânica que constitui o assoalho dos mares. As placas tectônicas são formadas por crosta continental e oceânica - e pela parte superior do manto. Nas zonas de colisão entre continentes, como no Himalaia, ou entre uma placa oceânica e outra Geologia..................................................................................................... 20 continental, como nos Andes, a mais densa delas é empurrada sob a outra, rumo a parte profunda do manto onde, em conseqüência das altas pressões e do calor, sofre fusão. Em sua ascensão, a massa fundida forma vulcões e grandes corpos de rochas ígneas abaixo da superfície. Nas áreas afastadas das bordas de placas, em contrapartida, o vulcanismo é fenômeno menos comum, embora não possa ser considerado inexistente. O território brasileiro situa-se no interior da grande placa tectônica conhecida como placa sulamericana. Na extremidade sul do continente, há ainda a plataforma patagônica. A região ativa da placa, com terremotos e vulcões, é a cadeia andina, situada a oeste dessas duas plataformas (Figura II.2). Há evidências da presença de vulcões no nosso território, que nem sempre teria sido, portanto, tão “estável”. E não foi uma presença discreta: os indícios de atividade vulcânicas no Brasil são incontáveis, seja num passado relativamente próximo, como na ilha de Trindade e em Fernando de Noronha, num passado remoto, caso de Poços de Caldas, entre muitos outros, ou ainda em tempos muito mais longínquos, caso de Crixás em Goiás (Carneiro e Almeida, 1990). Durante o Mesozóico tiveram várias atividades vulcânicas no território brasileiro, principalmente de composição alcalina. As principais ocorrências de derrames localizam-se em Nova Iguaçu (RJ), Tanguá (RJ), Jacupiranga (SP), Anitápolis (SC), Serra Negra (SP), Itatiaia (RJ), Cabo Frio (RJ), entre outros. Vulcanismo de fissura de lava básica, toleíticas, ocorreu na bacia do Paraná, no fim do Jurássico e principalmente no período Cretáceo (120 - 130 milhões de anos). Esses derrames atingiram cerca de 1.200.000 km 2 (Popp, 1995). A alteração da rocha basáltica deu origem ao solo denominado de terra-roxa que recobre grande parte da bacia do Paraná. Recentemente tem sido registrados vários abalos sísmicos de baixa intensidade no território brasileiro. No dia 12 de maio de 2000 vários estados brasileiras (Goiás, São Paulo, Rio Grande do Sul e Mato Grosso) foram atingidas por terremoto de baixa intensidade, o sismo teve o seu epicentro localizado na região de Jujuy na Argentina (Figura II.6). Geologia..................................................................................................... 21 Figura II.6. Área atingida pelo sismo que teve o epicentro na região de JuJuy – Argentina. Geologia..................................................................................................... Capítulo III. 22 TEORIA DA TECTÔNICA DE PLACAS Em 1620 o inglês Sir Francis Bacon registrava a similaridade entre o contorno litorâneo da África ocidental e do leste da América do Sul. Em meados do século XIX surgia a tese de que os dois continentes possuíam um passado comum. O alemão Alfred Wegener formulou, em 1912, a Teoria da Deriva Continental, baseando-se em algumas evidências fósseis e semelhança entre as estruturas de relevo. Ele postulou a unidade das massas continentais no passado (Pangéia), que teriam depois se fragmentado e afastado umas das outras, conformando os continentes e bacias oceânicas atuais. A genialidade da intuição de Wegener decorre da ausência de meios científicos, na sua época, para a validação da idéia da deriva dos continentes. Entretanto, justamente esse fato transformou-o, por muito tempo, num incompreendido. A ausência de um mecanismo aceitável para justificar o movimento de massas continentais “sufocando” assoalhos oceânicos condenou a nova teoria à marginalidade. O arcabouço científico para a Teoria da Deriva Continental só iria se desenvolver muito mais tarde. O estudo detalhado do fundo dos oceanos, iniciando com o uso do sonar na Segunda Guerra Mundial e intensamente desenvolvido nas últimas décadas, finalmente forneceu uma explicação plausível para a “migração” das massas continentais (Magnoli e Araújo, 1997). A Terra está dividida em placas relativamente finas (podendo ou não conter continentes), cada qual comportando-se como uma unidade mais ou menos rígida, que movimenta-se uma em relação à outra. Sabe-se hoje em dia que os continentes se movem. Acredita-se que há muitos milhões de anos, todos estavam unidos em um único e gigantesco continente chamado PANGÉIA. Este teria se dividido em fragmentos, que são os continentes atuais. Foi o curioso encaixe de quebracabeça entre a costa leste do Brasil e a costa oeste da África que deu origem a esta teoria, chamada de DERIVA CONTINENTAL. Ao estudar o fundo do Oceano Atlântico descobriu-se uma enorme cadeia de montanhas submarinas, formada pela saída de magma do manto. Este material entra em contato Geologia..................................................................................................... 23 com a água, solidifica-se e dá origem a um novo fundo submarino, à medida que os continentes africano e sulamericano se afastam. Este fenômeno é conhecido como EXPANSÃO DO FUNDO OCEÂNICO. Com a continuidade dos estudos, as teorias da Deriva Continental e da Expansão do Fundo Oceânico foram agrupadas em uma nova teoria, chamada TECTÔNICA DE PLACAS. Imagine os continentes sendo carregados sobre a crosta oceânica, como se fossem objetos em uma esteira rolante. É como se a superfície da Terra fosse dividida em placas que se movimentam em diversas direções, podendo chocar-se umas com as outras. Quando as placas se chocam, as rochas de bordas enrugam-se e rompem-se, originando terremotos, dobramentos e falhamentos. Embora a movimentação das placas seja muita lenta da ordem de poucos centímetros por ano - essas dobras e falhas dão origem a grandes cadeias de montanhas como os Andes, os Alpes e os Himalaias. Outro fenômeno causado pelo movimento de placas é o vulcanismo, que pode originar-se pela saída de rochas fundidas - MAGMA - em regiões onde as placas se chocam ou se afastam. Quando o magma que atinge a superfície se acumula em redor do ponto de saída, formam-se os VULCÕES. Os terremotos no Brasil felizmente são muitos raros e de pequena intensidade e somente são encontrados restos de vulcões extintos. Isto ocorre devido ao fato do nosso país situar-se distante de zona de choque e de afastamento de placas. III.1. movimentos Origem das placas e dos seus A convecção do magma na Astenosfera (envoltório plástico localizado no Manto Superior) produz plumas ascendentes quentes que, atingindo a parte superficial da Crosta, criam nova crosta oceânica (basalto). Para manter a área (e volume) da Terra constantes, é preciso que, em algum lugar, a crosta oceânica seja destruída (consumida); isto ocorre em zonas de subducção, onde a crosta oceânica afunda, por ser a mais densa, fechando a pluma descendente (mais fria) da célula de convecção da Astenosfera. Assim, os continentes (menos densos) migram, empurrados (e puxados) pela crosta oceânica (mais densa) (Figura III.1). Geologia..................................................................................................... 24 Figura III.1. Esquema da Dorsal do Atlântico e a da placa sul-americana e seus limites (SalgadoLabouriau, 1994). Os movimentos entre as placas podem ser de três tipos: convergente (compressivo), divergente (distensivo) e transcorrente (Figuras III.2 III.3 e Tabela III.1). Figura III.2. Tipos de limites de placas tectônicas. Geologia..................................................................................................... 25 Figura III.3. Mapa tectônico indicando os limites das placas, as setas indicam a direção movimentos e a velocidade (cm/ano) (Wilson, 1989). Tabela III.1. Tipos de limites de placas tectônicas e suas principais características. Tipos de Bordas Tipos de Placas Envolvidas Oceânica Oceânica Divergentes Continental Continental Oceânica – Oceânica Convergentes Oceânica – Continental Transcorrent es Continental Continental Oceânica Oceânica Continental Continental Topografia Eventos Geológicos Cadeia de Espalhamento do fundo montanha oceânico, terremotos mesoceânica (foco raso) e vulcanismo “Rift Terremotos e Valley” vulcanismo Arcos de ilhas, fossas oceânicas Montanhas e fossas oceânicas Cadeias de montanhas Subducção, terremotos (foco profundo), vulcanismo, deformação das rochas Subducção, terremotos (foco profundo), vulcanismo e deformação das rochas Terremotos (foco profundo) e deformação das rochas Terremotos Deformações Terremotos e ao longo das deformação das rochas falhas Exemplos Modernos Cordilheira mesoceânica “Rift” do africano leste Pacífico (Norte) Andes Himalaias Pacífico Sul) Califórnia (Leste e Evidências da Teoria da Deriva Continental  semelhança entre a fauna e flora fósseis encontrada em continentes separados;  conformação dos continentes sulamericano e africano (Figura III.4);  dados paleoclimáticos em desacordo com o Recente, registrados em rochas sedimentares em diversos continentes;  continuidade de cadeias de montanhas entre dois continentes;  semelhanças entre litologias Figura III.4. Reconstituição do  recifes de corais Gondwana (Kearey & Vine, 1990). fossilizados na Groenlândia e Canadá Evidências da Teoria de Expansão do Fundo Oceânico  sedimentos jovens e pouco espessos recobrindo a crosta oceânica;  crosta oceânica mais velha é Triássica;  simetria de idades da crosta oceânica a partir da cordilheira Mesoceânica;  idade das ilhas vulcânicas do Pacífico. Os estudos do paleomagnetismo nas rochas basálticas que constituem a crosta oceânica, indicam que o polo magnético da Terra tem mudado de posição em relação aos continentes durante a história geológica. III.2 Falhas e Dobras O movimento contínuo das placas da crosta terrestre pode comprimir, esticar ou quebrar os estratos rochosos, deformado-os e produzindo falhas e dobras. Uma falha é uma fratura numa rocha, ao longo da qual ocorre Geologia..................................................................................................... 28 deslocamento de um lado em relação ao outro. O movimento pode ser vertical, horizontal ou oblíquo (vertical e horizontal). Estas evidências de tectonismo podem ser claramente observadas nas rochas metamórficas que constituem grande parte do estado do Rio de Janeiro. As falhas ocorrem quando as rochas duras e rígidas, que tendem a quebrar-se e não a dobrar-se. As menores falhas ocorrem em cristais minerais individuais e são de tamanho microscópico, enquanto a maior delas - o Great Rift Valley (a Grande Fossa), na África - tem mais de 9 mil km de comprimento. O movimento ao longo das falhas geralmente causa terremotos, o exemplo típico deste movimento é a falha de Santo André, Califórnia - EUA. Dobra é a curvatura de uma camada rochosa causada por compressão, podem variar em tamanho, de uns poucos milímetros de comprimento às cadeias montanhosas dobradas com centenas de quilômetros de extensão. Além de falhas e dobras, outros aspectos associados com deformações das rochas são os boudins, os mullions e fraturas escalonadas (en échelon). Figura III. Dobras. As dobras ocorrem nas rochas elásticas, que tendem a dobrar-se mais do que quebrar-se. Os dois tipos principais de dobras são as anticlinais (os flancos convergem para cima) e as Figura III. Sinclinais e Geologia..................................................................................................... sinclinais (os flancos convergem para baixo) (Figura III. ). 29 anticlinais. III.3. Origem das Montanhas Os processos envolvidos na formação das montanhas a orogênese - ocorrem como resultado do movimento das placas crustais. Há três tipos principais de montanhas: as de origem vulcânica, as montanhas de dobramento e as montanhas por falhamento ou de blocos. A maioria das montanhas vulcânicas forma-se ao longo dos limites das placas, onde estas aproximam ou se separam, e a lava e os detritos são ejetados em direção à superfície terrestre. A acumulação de lava e material piroclástico pode formar uma montanha em torno da chaminé de um vulcão. As montanhas por dobramento se formam onde as placas se encontram e provocam o dobramento e o soerguimento das rochas. Onde a crosta oceânica se encontra com a crosta continental menos densa, a crosta oceânica é empurrada sob a crosta continental. A crosta continental é então dobrada pelo impacto e se formam montanhas de dobramento, como os Apalaches na América do Norte. As cadeias dobradas formam-se também quando encontram-se duas áreas de crosta continental. O Himalaia, por exemplo, começou a formar-se quando a Índia colidiu com a Ásia, dobrando os sedimentos e parte da crosta oceânica entre as duas placas. As montanhas por falhamento de blocos formam-se quando um bloco de rocha é soerguido entre duas falhas como resultado de compressão ou tensão na crosta terrestre. Com freqüência, o movimento ao longo das falhas ocorre gradualmente durante milhões de anos. Contudo, duas placas podem deslizar bruscamente ao longo de uma linha de falha - a falha de Santo André, por exemplo, provocando terremotos. O tectonismo abrange dois tipos movimentos: orogênese e epirogênese. diferentes de Orogêneses são os processos de formação de grandes cadeias de montanhas, em áreas compressivas (choque de Geologia..................................................................................................... 30 placas) entre crosta continental/crosta continental ou crosta continental/crosta oceânica. Trata-se de deformações relativamente rápidas da crosta terrestre, geradas pela acomodação de placas tectônicas. São associadas a essas áreas: dobras, falhas inversas, vulcanismos, plutonismos, sismos etc. Epirogênese são processos de grande amplitude que afetam por igual extensas áreas continentais, podendo formar grandes arqueamentos, provocando elevações de certas áreas e depressões de outras. Os movimentos são lentos e predominantemente na vertical. "Rift" é processo de rompimento de antigos continentes, instalando novas áreas oceânicas: cordilheira Mesoceânica (crosta oceânica) e áreas distensivas (divergência de placas) dentro de crosta continental ou de crosta oceânica. Pangea - Antigo supercontinente, reunido no final do Carbonífero, composto pelo Gondwana e de outras massas continentais, que se desmembrou a partir do final do Triássico. Da massa oceânica circundante (Pantalassa) originaram-se os atuais oceanos Pacífico e Ártico, por contração, e o Atlântico Norte, pela separação entre a América do Norte, Gondwana e Eurásia, a partir do Jurássico. Uma menor massa marinha, o mar de Tétis, dispunha-se, semicerrado, a Leste do Pangea (a partir do qual originou-se, por compressão, o mar Mediterrâneo). Gondwana - Antigo continente, reunido no final do Proterozóico, composto pelas atuais América do Sul, África, Índia, Madagascar, Austrália e Antártica, que se desmembrou a partir do Cretáceo, originado os atuais continentes e os oceanos Índico, Antártico e Atlântico Sul (Figura III.4). Geologia..................................................................................................... Capítulo V. 31 MINERALOGIA A mineralogia estuda os minerais cientificamente envolvendo o conhecimento da estrutura interna, composição, propriedades físicas e químicas, modo de formação, ocorrência, associações e classificação. Atualmente existem cerca de 3.500 nomes de minerais. Novos minerais tem sido acrescentados a esta lista cada ano. São minerais que foram descobertos através de técnicas analíticas novas, tais como microanálise e microssonda eletrônica. Muitos minerais têm sido retirados das listas de minerais existentes pois métodos modernos de estudos mostraram que as substâncias consideradas como minerais individuais são associações ou misturas de minerais (Antonello, 1995). Mais ou menos 20 minerais mais comuns são responsáveis por mais de 95% de todos os minerais na crosta continental e oceânica. Eles estão contidos em quase todas rochas. Os silicatos são os mais abundantes . As características principais de qualquer mineral são sua estrutura cristalina e sua composição química, levando em consideração o conteúdo químico permitido pela substituição de átomos de um elemento pelos de outro numa dada estrutura. Por exemplo, o valor de muitos minerais, origina-se do fato de conterem um metal que é um constituinte acessório e não essencial. Ex.: tório na monazita, prata na tetraedrita. Nestes casos, um conhecimento do mecanismo pelos quais os constituintes chegaram a estar presentes, pode ser de grande significação econômica. Usamos uma vasta quantidade de minerais e produtos de minerais na nossa sociedade. Embora a maioria das pessoas não se dê conta, a mineração ou mais especificamente os produtos que ela gera, está presente em praticamente todas as etapas do seu cotidiano, do momento em que elas se levantam ao instante em que se deitam. Virtualmente tudo que usamos tem conexão forte com os minerais. Por vezes ele é usado em sua forma natural por ter propriedades valiosas. Ex.: diamante por sua beleza e pela sua extrema dureza. Em outras ocasiões, os minerais possuem componentes químicos de grande valor. Ex.: Geologia..................................................................................................... 32 calcopirita (CuFeS2) consiste em 34% de cobre e o mineral é coletado para se recuperar este metal valioso (Antonello, 1995). Os minerais não são considerados meramente como objetos de beleza ou como fonte de material econômico. Eles podem ser “chaves” para o entendimento das condições nas quais eles e as rochas foram formadas. O estudo dos minerais pode indicar importantes informações sobre as condições físico-químicas de regiões da Terra que não são acessíveis a observação e mensuração direta (manto e núcleo). V.1 Ciclo Geoquímico A parte acessível ao exame direto do ciclo geoquímico é a superfície da Terra, onde os elementos migram. O ciclo geoquímico não é fechado nem material nem energeticamente. A partir do magma, o material original, que é uma mistura complexa de silicatos, óxidos e compostos voláteis, podendo ocupar espaços definidos e individualizados (câmara magmática), poderá haver a cristalização magmática, que é a separação dos minerais durante a sua formação e, a cristalização originando as rochas magmáticas. Através do intemperismo dos minerais primários e formação dos minerais secundários forma-se os sedimentos, que, através da diagênese formam as rochas sedimentares. As rochas sedimentares por ação da pressão e temperaturas variáveis darão origem a rochas metamórficas, que por transformação ultrametamórfica darão origem a rochas ígneas. Conceitos Mineral: é um elemento ou composto químico, resultantes de processos inorgânicos, de composição química e estrutural definida, encontrados naturalmente na crosta da Terra. Ex. diamante, quartzo e feldspato. Rocha: é um agregado natural formado de um ou mais minerais característicos. As rochas são classificadas segunda a sua origem em três tipos: Geologia..................................................................................................... 33 ígnea ou magmática, metamórfica e sedimentar. Ex. granito, gnaisse, basalto e arenito. Minério: agregado de um ou mais minerais de interesse econômico, normalmente associado à ganga (sem valor econômico). A partir de um minério pode-se extrair, com proveito econômico, um ou mais metais ou substâncias úteis. Ex. itabirito (hematita e quartzo) obtém-se o ferro. Gema: nome empregado para todos os minerais ornamentais. Corpo geológico: são massas individualizadas de minerais agregados. Jazidas minerais: são corpos geológicos economicamente aproveitáveis de qualquer bem mineral. Mineralogia: estuda os minerais desde sua ocorrência até sua análise. Petrografia: estuda classificação. as rochas, sua constituição e Petrologia: estuda a gênese ou origem das rochas. Geoquímica: abrange o conhecimento da abundância dos elementos químicos na Terra, como sua distribuição e as leis que governam. V.2 Técnicas petrográfica de análise mineralógica e Alguns minerais e rochas podem ser identificados sem equipamento complicados, consistindo em observações diretas e testes simples. Porém, na maioria das vezes é necessário recorrer a técnicas analíticas especiais para identificar os minerais e as rochas. As principais técnicas analíticas utilizadas na identificação e classificação dos minerais e das rochas são as seguintes:  difratometria de raios-X (DRX) Geologia..................................................................................................... Raios-X raios gama 34 luz visível microonda s UV infravermelh o ondas de rádio Comprimento de onda (nm) Figura V.1. Comprimento de onda. Colimado r Colimado r Deteto r Fonte de raios-X monocromátic o Amostra policristalina (pó) Figura V.2. Representação esquemática funcionamento do difratometro de raios-X. do  microscopia ótica (luz transmitida e refletida)  microscópio eletrônico de varredura - MEV (Figura V.2)  análise química por via úmida  ensaio de chama  análise macroscópica (auxílio de lupas de mão com aumento de 10X a 20X). Geologia..................................................................................................... Figura V.3. Microscópio petrográfico 5000 Intensidade 4000 3000 2000 1000 0 20 40 60 80 100 2 theta Figura V.4. Difratograma de raios-X de uma caulinita. 35 Geologia..................................................................................................... Figura V.5. Fotografia obtida através eletrônico de varredura (MEV). do 36 microscópio V.3 Propriedades dos Minerais As propriedades dos minerais são controladas pela sua composição e estrutura cristalina. A composição pode ser definida através de métodos de análises químicas. Uma vez que a composição foi definida, a fórmula química pode ser calculada pelo balanceamento do número de cátions e ânions. A determinação da estrutura do cristal é feita através de métodos de observação indireta, principalmente através da difratometria de raios-X (DRX). A DRX é uma das técnicas mais importantes na identificação dos minerais (Figura V.1), qualquer mineral pode ser identificado através desta técnica. Por causa, de propriedades facilmente determinadas, tais como, dureza e cor, são controladas pela composição e estrutura do cristal, em muitos casos é possível usar uma combinação de propriedades simples para identificar um mineral. As características mais usadas na identificação dos minerais são: cor, brilho, hábito (formato dos cristais), dureza, clivagem, fratura, densidade, magnetismo. Geologia..................................................................................................... 37 V.4. Cristalografia estrutural e morfologia dos cristais Os cristais são corpos homogêneos, anisotrópicos (possui propriedades físicas e químicas diferentes em direções diferentes). Um corpo isotrópico, ao contrário, tem as mesmas propriedades em direções diferentes, por ex.: vidro. Quase todas as substâncias sólidas, não somente os minerais são cristalinos. Os corpos homogêneos podem ser isótropos ou anisotrópicos. As unidades da estrutura dos cristais são os átomos, os íons ou as moléculas que apresentam no espaço um arranjo tridimensional exato. Os intervalos entre estas unidades estruturais são de ordem de 1 angstrom . Figura V.3. Célula unitária. Um cristal é um arranjo tridimensional, periódico, de átomos, de íons ou de moléculas e pode ser definido como sólidos poliédricos limitado por faces planas que exprimem um arranjo interno. O arranjo das partículas representa-se por um retículo cristalino ou retículo espacial. Os planos situados em diferentes direções através dos pontos do retículo denominam-se planos reticulares (faces do cristal). A estrutura ordenada dos retículos dos cristais, nem sempre é refletida pela presença no cristal de uma forma cristalina distinta. São relativamente raros os cristais típicos, reconhecíveis exteriormente, pois a substância cristalina apresenta externamente sua estrutura interna. Pela forma externa os sólidos podem ser: Idiomórficos: perfeitas; possuem Subédricos ou parcial das fases; faces bem hipidiomórficos: desenvolvidas e desenvolvimento Geologia..................................................................................................... 38 Anédricos ou xenorfícos: sem faces definidas; Substância amorfa: sem arranjo interno. O retículo espacial e consequentemente o cristal é formado pela repetição de unidades tridimensionais muito pequenas, as células unitárias, que por definição são as menores porções geométricas que se repete tridimensionalmente segundo direções preferencias de crescimento e desenvolvimento, dando origem ao cristal. São possíveis 14 tipos diferentes de células unitárias; são os retículos de Bravais, que são retículos de translação cuja unidade de translação de um ponto a outro é a distância. V.4.1 Sistemas Cristalinos Refere-se à forma na qual os átomos dos elementos químicos estão agrupados. Cada sistema cristalino é caracterizado por certo número de elementos de simetria (Figura V.3). Sistema cúbico: formado por um cubo. Os três eixos cristalográficos são iguais e perpendiculares entre si, de comprimentos iguais. Sistema hexagonal: formado por um prisma reto de base hexagonal regular. Os eixos cristalográficos são quatro: 3 horizontais iguais cortando-se em ângulos de 120o, e um quarto de comprimento diferente e perpendicular ao plano dos outros três. Sistema tetragonal: prisma reto de base quadrada. Os eixos cristalográficos são mutuamente perpendiculares; os dois horizontais são de comprimento igual, mas o eixo vertical é mais curto ou mais longo do que os outros dois. Sistema ortorrômbico: prisma reto de base retangular ou losangular. Os eixos cristalográficos são perpendiculares entre si e de comprimento diferente. Sistema monoclínico: prisma oblíquo de base retangular ou losangular. Os eixos cristalográficos são 3 desiguais, dois dos quais estão inclinados entre si formando um ângulo oblíquo, sendo o terceiro perpendicular ao plano dos outros dois. Geologia..................................................................................................... 39 Sistema triclínico: prisma oblíquo de base paralelogrâmica. Três eixos cristalográficos desiguais, formando ângulos oblíquos. Figura V.3. Sistemas cristalinos. V.5. Classificação Química dos Minerais Na natureza, os minerais cristalizam-se a partir de soluções de composição complexa, sendo oferecidas, por conseguinte, amplas oportunidades para a substituição de um íon por outro. Resulta disto, que, praticamente, todos os minerais apresentam variação na sua composição química, conforme a localidade de procedência e entre uma e outra espécie. A composição química é a base para a classificação moderna dos minerais. De acordo com este esquema, dividem-se os minerais em classes dependendo do ânion ou grupo aniônico. A composição pode ser definida através de métodos de análises químicas. Elementos nativos: encontram-se como minerais sob forma não combinada no estado nativo. Ex. Au, Ag, Pt, Hg. Geologia..................................................................................................... 40 Sulfetos: consistem em combinações de vários metais com o S-2. Ex.: Galena, PbS. Pirita - FeS2, cúbico, D=5,0 (Densidade), (dureza), cor dourada e traço preto. d=6 Sulfossais: os minerais compostos de Pb, Cu ou Ag em combinação com S, Sb, As ou Bi. Ex. Cu3AsS4. Óxidos: contém um metal em combinação com o O-2. Ex.: hematita Fe2O3; Quartzo - SiO2, hexagonal, variadas e fratura conchoidal. Hematita vermelho. Ilmenita cinza. - Pirolusita preto. D=2,65, Fe2O3, hexagonal, D=5,26, FeTiO3, hexagonal, D=4,7, - MnO2, tetragonal, d=7, cores d=6, traço d=5,5, traço D=4,75, d=2, traço Hidróxidos: óxidos minerais contendo água ou hidroxila (OH-) como radical importante. Ex.: brucita Mg(OH)2. Haletos: cloretos, fluoretos, brometos e naturais. Ex.: fluorita CaF2, halita NaCl. iodetos Carbonatos: incluem os minerais com o radical (CO3)-2. Ex.: calcita CaCO3. Calcita - CaCO3, hexagonal, clivagens perfeitas. D=2,71, d=3, três Aragonita - CaCO3, ortorrômbico, D=2,95, d=3,5, duas clivagens perfeitas. Dolomita - (Ca,Mg)(CO3)2, hexagonal, D=2,85, d=3,5, três clivagens perfeitas. Nitratos: contém o radical NO3-1. Ex.: KNO3. Boratos: contém o radical BO3. Ex.: bórax Na2B4O7.10H2O. Fosfatos: contém o radical Ca5(F,Cl)(PO4)3, hexagonal, fraca. (PO4)-3. D=3,2, Ex.: apatita d=5, clivagem Sulfatos: contém o radical (SO4)-2. Ex.: barita Gipsita - CaSO4 fratura fibrosa. 2H2O, monoclínico, Anidrita - CaSO4, ortorrômbico, clivagens perfeitas. BaSO4; D=2,32, D=2,98, d=3, d=2, três Geologia..................................................................................................... Tungstato: contém o radical WO4. Ex.: sheelita 41 CaWO4. Silicatos: radical (SiO4)-4, formam a classe química máxima entre os minerais, contém vários elementos, dos quais os mais comuns são o Na, K, Ca, Mg, Al e Fe em combinação com Si e O formando estruturas químicas complexas. Ortoclásio - KAlSi3O8, monoclínico, D=2,27, d=6, "Kfeldspato"). Anortita - CaAl2Si2O8, triclínico, D=2,76, d=6, "Cafeldspato" ou plagioclásio) Micas - muscovita - KAl2(AlSi3O10)(OH)2, monoclínico, D=2,88, d=2,5, mica branca; Biotita K(Mg,Fe)2(AlSi3O10)(OH)2, monoclínico, D=3,2, d=2,5, mica preta. Piroxênios - aegirina (NaFeSi2O6, monoclínico, D=3,5, d=6,5, piroxênio verde/castanho). Anfibólios tremolita (Ca2Mg5Si8O22(OH)2, monoclínico, D=3,2, d=6, anfibólio verde claro). Argilo-minerais triclínico, D=2,6, d=2). Caulinita (Al2Si2O5(OH)4, V.6. Propriedades Físicas As propriedades físicas determinadas pela composição cristalográfica. dos minerais são química e estrutura Geologia..................................................................................................... Hábito - é a forma externa do mineral. Os planos de um cristal são expressões externas exatas da organização interna dos átomos. Tipos de hábito: acicular, laminar, colunar, fibroso, botroidal, tabular, micáceo etc Clivagem é a tendência de um mineral se quebrar ao longo de planos preferenciais. Clivagem perfeita ou boa (2 ou 3 direções), moderada, irregular etc. Tais planos são controlados pela estrutura cristalina e pelas ligações químicas. Ex. micas uma direção e K- 42 Geologia..................................................................................................... feldspato direções. 43 duas Fratura - é a forma como um mineral quebra. Os principais tipos de fraturas: conchoidal (quartzo), plana e irregular. Dureza - resistência (relativa) que um mineral oferece ao ser riscado com outro mineral ou com um objeto qualquer. Esta associada à estrutura cristalina e ao arranjo dos átomos (ligações). A dureza de um mineral é uma propriedade importante e pode ser avaliada de acordo com a Escala de Dureza de Mohs (relativa) (Tabela V.1). Tabela V.1. Escala de dureza de Mohs. Durez a Grau de dureza Baixa 1 Média Alta 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Minerais talco gipso calcita fluorita apatita ortoclásio quartzo topázio coríndon diamante Observações são riscáveis pela unha (D = 2,5) riscam a unha e são riscáveis pelo vidro (D=5,5) e pela lâmina do canivete (D=5,5) riscam o vidro e a lâmina do canivete Tenacidade resistência que o mineral oferece à deformação. Termos utilizados para descrever a tenacidade dos minerais: quebradiço, maleável, dúctil, flexível etc. Magnetismo é a propriedade de alguns minerais de serem atraídos pelo imã. Ex. magnetita e pirrotita. Densidade ou peso específico é o peso de um mineral comparado com o peso do mesmo volume de água (adimensional). Minerais com átomos agrupados densamente apresentam densidades mais elevadas. Quartzo D = 2,65, calcita D =2,75, magnetita D = 5,2. Geologia..................................................................................................... 44 V.7. Propriedades Ópticas Cor é o comprimento de onda luminosa refletida ou transmitida; opaco, transparente e translúcido; idiocromático, alocromático, pleocroísmo, dicroísmo; iridescência, opalescência etc.; hialino, vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, violeta etc. Traço é a cor do traço deixado pelo mineral após riscar a superfície de uma placa de porcelana. Ex. hematita (vermelho), pirita (preto) e quartzo (branco). Brilho é a intensidade da reflexão da luz. O brilho do mineral pode ser vítreo, resinoso, sedoso, adamantino, metálico etc. V.8. Propriedades Químicas Polimorfismo - diferentes minerais com a mesma fórmula química, porém formas cristalinas diferentes. Calcita (CaCO3, hexagonal) e Aragonita (CaCO3, ortorrômbico). Isomorfismo - minerais de composição química diferente, porém análogas, com a mesma estrutura cristalina. Plagioclásios (Ca,Na-feldspatos, triclínicos). V.9. Esquema de Identificação Macroscópica Os minerais mais comuns podem ser identificados a partir da determinação das suas propriedades e posterior consulta a um manual de mineralogia. 1. Cristalização: sistema enquadra a amostra. cristalino em que se 2. Forma dos cristais: cubo, tetraedro, prisma hexagonal com terminação em pirâmide, octaedros, dodecaedro, etc., acrescentando se é euédrico, subédrico ou anédrico. 3. Hábito: cúbico (eqüidimensional), prismático, acicular, fibroso, micáceo, botroidal, etc. 4. Cor: examinar refletida. 5. Pleocroísmo: direção uma mudança superfície de cor recente de acordo em com luz a 6. Brilho: metálico, não metálico: vítreo, resinoso, sedoso, gorduroso, nacarado, adamantino e terroso.. Geologia..................................................................................................... 45 7. Cor do traço: sempre sobre uma placa de porcelana não brilhante. 8. Clivagem: boa, nítida, fácil, regular ou ruim. Quantos planos de clivagem. 9. Fratura: existente ou não. 10. Dureza relativa: usar a escala de Mohs. 11. Diafaneidade (transparência transparente, translúcido opaco. do 12. Densidade relativa. 13. Magnetismo: atração por um imã de mão. 14. Presença de inclusões. 15. Alteração 16. Diagnóstico Tabela V.2 Guia para identificação mineralógica. Características do mineral 1. Hábito: 2. Brilho: 3. Cor: 4. Diafaneidade: 5. Pleocroismo: 6. Cor do Traço: 7. Clivagem: 8. Fratura: 9. Dureza: 10.Densidade 11.Alteração superficial: 12.Ensaios de confirmação: 13. Nome do Mineral 14.Fórmula: 15.Sistema cristalino: 16.Ocorrência: Observação: mineral): Amostras Geologia..................................................................................................... 46 Geologia..................................................................................................... Capítulo VI. 47 PETROGRAFIA As rochas são agregados naturais formados de um ou mais minerais, que podem ser de um tipo (rocha monominerálica) ou de vários tipos (poliminerálica). A crosta terrestre é constituída essencialmente de rochas. São elas, juntamente com os fósseis, os elementos que os geólogos usam para decifrar os fenômenos geológicos atuais e do passado. A Petrografia ou petrologia é o ramo da ciência geológica dedicado ao estudo da constituição, textura, origem e classificação das rochas. Técnicas de reconhecimento petrográficas:  análise macroscópica  microscopia óptica e eletrônica  análise geoquímica Quanto à origem (gênese), as rochas são distinguidas em ígneas ou magmáticas, rochas metamórficas e rochas sedimentares; dentro desses grupos, de forma geral, a textura e a composição mineral são os critérios para a identificação do tipo litológico. Rochas Sedimentares * Clásticas ou mecânicas * Químicas * Organoquímicas * Vulcanoclásitcas Rochas Metamórficas * Ortometamórficas (magmáticas) * Parametamórficas (sedimentares) Rochas Magmáticas ou Ígneas * Intrusivas * Extrusivas ou efusivas VI.1 Rochas sedimentares São rochas formadas a partir do material resultante da ação do intemperismo e da erosão de uma rocha qualquer que posteriormente será transportado e depositado em outro ambiente. As rochas sedimentares são importantes por estarem associadas à depósitos de carvão, petróleo, gás natural, Geologia..................................................................................................... alumínio, minério construção civil. de ferro, matéria prima para 48 a A diagênese é o conjunto de processos físicos e químicos sofridos pelos sedimentos após sua deposição, e que resultam em litificação, como, p.ex., compactação, recristalização, dissolução, precipitação de minerais etc. Processos geradores das rochas sedimentares 1. Intemperismo da rocha geradora: Físico, Químico e Biológico 2. Transporte: água, vento e gelo Suspensão Tração  saltação e rolamento 3. Deposição ambientes Continental: fluvial, lacustre, desértico e glacial Transicional: praia, delta, estuarino, lagunar... Marinho: plataforma, recife, talude continental, fundo oceânico. 4. Litificação e diagênese Compactação e cimentação Ambientes deposicionais O estudo dos ambientes modernos, seus sedimentos e processos contribui muito para o entendimento dos ambientes deposicionais antigos. Ambiente marinho: distribuição mais extensa e mais contínua, deposição de sedimentos químicos e clásticos Ambiente continental: depósitos predomínio de sedimentos clásticos mais restritos, Rochas carbonáticas As rochas carbonáticas formam aproximadamente 10% do registro sedimentar exposto, tendo uma grande distribuição ao longo do tempo geológico. São formadas predominantemente por calcita, aragonita e dolomita, Geologia..................................................................................................... 49 além de fósseis e siliciclásticos. produto principalmente de precipitação orgânica de carbonato de cálcio. As rochas carbonáticas são formadas principalmente em ambiente marinho de águas claras, quentes e rasas. Minerais comuns em rochas sedimentares Quartzo, muscovita, biotita, caulinita, ilita, montmorilonita, aragonita, calcita, dolomita, siderita, gipso, pirita, hematita, magnetita... Classificação I. Siliciclásticas Formadas por fragmentos de rochas preexistentes (clastos). Conglomerado, arenito, siltito, folhelho, diamictito, tilito, etc. argilito, II. Biogênicas ou bioquímicas Origem orgânica Diatomito, radiolarito, coquina, etc. III. Químicas Evaporação e precipitação, Calcário, gipsita, anidrita, halita, etc. IV. Vulcanoclátsicas fragmentos de atividades vulcânicas VI.2 Rochas ígneas São formadas a partir da consolidação do magma em profundidade (rocha ígnea plutônica) ou em superfície (rocha ígnea vulcânica). Através da textura e da composição mineralógica de uma rocha magmática pode interpretar as condições em que a rocha se formou As rochas magmáticas intrusivas ou plutônicas se formam quando o magma resfria lentamente, usualmente em profundidades de dezenas de quilômetros, os cristais separam-se do líquido fundido, formando rochas de granulação grossa (rochas faneríticas equigranular). As rochas magmáticas extrusivas são formadas quando o magma resfria rapidamente, normalmente próximo a superfície da terra, os cristais são extremamente Geologia..................................................................................................... pequenos e resulta uma rocha de textura vítrea (rochas afaníticas). granulação fina 50 ou O magma é uma fusão silicatada, contendo gases e elementos voláteis, gerada em altas temperaturas no interior da Terra. Características das rochas ígneas  cor: melanocrática, mesocrática e leucocrática.  textura: vítrea. fanerítica, afanítica, porfirítica e  composição: félsica ou máfica, ácida, intermediária (alcalinas), básicas, ultrabásicas. Tipos de rochas ígneas ou magmáticas: Granito: quartzo, K-feldspato, Ca-feldspato, micas (biotita e muscovita), granada etc. Apresenta textura fanerítica. Riolito: correspondente extrusivo do granito. Textura porfirítica com abundantes fenocristais de quartzo. Sienito: K-feldspato, anfibólio, pouca sílica. Predominantemente leucocrática com feldspato de cor cinza claro. Gabro: Ca-Na-feldspato (labradorita), piroxênio (augita ou diopsídio) e magnetita. Basalto: piroxênio, plagioclásio e calcita (baixa). Coloração escura e textura finamente cristalizados. Classificação química das rochas ígneas: rochas ácidas > 65% de SiO2 intermediárias 65 - 55% SiO2 básicas 55 - 45% de SiO2 ultrabásicas < 45% SiO2 Tabela VI.1. Classificação das rochas ígneas. Rochas Plutônica Hipoabissais Vulcânicas Ácidas Granito Granito porfirítico Riolito Intermediárias Sienito Diorito porfirítico Andesito Modos de ocorrências das rochas ígneas Básicas Gabro Diabásio Basalto Geologia..................................................................................................... 51 Batólitos - são grandes corpos de rochas plutônicas que se formam em profundidade, podendo se ter mais 100 km2. Lacólito são intrusões de rochas ígneas lentiformes, geralmente circulares ou subcirculares, concordantes as rochas encaixantes. Dique - intrusão de forma tabular discordante, preenchendo uma fenda aberta em outra rocha. Quando o dique é concordante com as rochas encaixantes chama-se sill. VI.3 Rochas Metamórficas As rochas metamórficas podem ser formadas a partir de rochas ígneas, sedimentares ou mesmo metamórficas, preexistentes, submetidas a novas condições de pressão e temperatura. Quando as rochas através de processos geológicos são submetidas a condições diferentes (temperatura e pressão) das quais foram formadas, ocorrem modificações denominadas de metamorfismo. Durante o metamorfismo ocorrem modificações nas composições químicas e/ou a estrutura cristalina dos minerais, sem haver fusão ou alteração na constituição química total da rocha (processo de equilíbrio físicoquímico no estado sólido, isoquímico). Podem ocorre tanto a recristalização dos minerais preexistentes como também a formação de novos minerais. Fatores de metamorfismo  Calor  Pressão  Percolação de fluidos Características das rochas metamórficas: textura xistosidade/foliação, clivagem ardosiana. É função da composição da rocha original e da intensidade e tipo do metamorfismo. Principais tipos de rochas metamórficas Gnaisse - caracteriza-se pela alternância de bandas de cores claras (quartzo e feldspato) e escuras (biotita, anfibólio ou granada). É o tipo litológico predominante no estado do Rio de Janeiro, formando grande parte da do maciço da Serra do Mar. Geologia..................................................................................................... 52 Xisto - ausência de bandamento e presença de finas lâminas ao longo da qual a rocha pode ser quebrada mais facilmente. Filito - textura intermediária entre o xisto e a ardósia e tende a partir-se em lâminas. Ardósia - rocha de granulação extremamente fina com boa clivagem, normalmente utilizada na construção civil. Mármore - calcário metamórfico. Quartzito - derivada do metamorfismo do arenito. Na classificação das rochas metamórficas utiliza-se o nome do tipo textural precedido da assembléia de minerais constituintes em ordem crescente de importância. Ex. estaurolita-granada-quartzo-xisto. Grau de Metamorfismo O metamorfismo pode ocorre com maior ou menor intensidade em função das temperaturas e pressões a que a rocha é submetida, o que, até certo ponto, é função também das profundidades em que o fenômeno ocorre. Metamorfismo regional ou de contato. Geologia..................................................................................................... Capítulo VII. 53 DINÂMICA EXTERNA A dinâmica externa retrata todos os processos geológicos que, atuando sobre a parte mais superficial da Crosta, promovem o seu modelamento. A ação da água, dos ventos, do calor e do frio sobre as rochas provoca o seu desgaste e decomposição, causando o que se denomina de INTEMPERISMO. O intemperismo implica sempre na desintegração das rochas, que pode ser de vários modos, pelos agentes químicos, físicos e biológicos. Esta desintegração gera areias, lamas e seixos, também denominados SEDIMENTOS. O deslocamento desses sedimentos da rocha desintegrada é chamado de EROSÃO. O transporte desse material para as depressões da crosta, (oceanos, mares e lagos) pode ser realizado pela água (enxurradas, rios e geleiras) ou pelo vento, formando depósitos como as areias de praias e de rios, as dunas de desertos e as lamas de pântanos. Todo PROCESSO (ação) natural obtém-se, como PRODUTO (resultado da ação) uma modificação na paisagem superficial do planeta. Por exemplo, após uma intensa chuva (PROCESSO) muitas encostas de morros serão sulcadas por erosão (PRODUTO 1) e o material (solo ou rocha) removido será depositado em vales ou no sopé destes morros (PRODUTO 2) ou levado por rios. Em fim, processaram-se modificações na paisagem superficial. Este processo ocorre sem a interferência do homem, cuja ação pode acelera-lo. O homem influência no processo de denudação, principalmente devido ao desmatamento. Na Figura VII.1 é representada uma visão simplificada das fontes de energia dos processos externos que atuam na superfície da Terra Geologia..................................................................................................... 54 Figura VII.1. Fontes de energia dos processos que atuam na superfície da Terra. VII.1 Processos Processos físicos: tensões (variação de temperatura, gravidade, etc.) e cinética (resultante da variação de velocidade de um corpo). Processos químicos: reações (hidrólise, combinações, etc.), soluções/precipitações etc. redox, Processos biológicos: atividade dos organismos gera relações de fenômenos Físicos e Químicos com o meio ambiente. A pressão do crescimento das raízes vegetais pode provocar a desagregação da rocha. O vento ao balançar a árvore contribui para afrouxar as rochas fendilhadas. Ação de animais como: minhocas, formigas, cupins, roedores, etc. Os processos geológicos responsáveis pela formação das rochas sedimentares podem ser reunidos em três grandes grupos: intemperismo, erosão, transporte e deposição. VII.2 Intemperismo Conjunto de processos físicos, químicos e biológicos, operantes na superfície terrestre que ocasionam a alteração dos minerais das rochas, graças a ação de agentes atmosféricos e biológicos. Processo Geologia..................................................................................................... 55 espontâneo controlado pelas forças (energias) envolvidas nas ligações dos íons que fornam os cristais. O intemperismo é um dos processos mais importante para o desenvolvimento da vida sobre a Terra. Os nutrientes inorgânicos disponíveis no solo ou nas águas superficiais são obtidos a partir do intemperismo das rochas e dos minerais. Por quê ocorre intemperismo? É a resposta natural dos minerais das rochas à superfície do planeta, em virtude de mudanças nas condições físicas e químicas em que estes se formaram (altas pressões e temperaturas no interior da Terra). Processo espontâneo controlado pelas forças (energia) envolvidas nas ligações dos íons que formam os cristais. Ex.: a olivina (Mg2SiO4) se altera mais facilmente do que o quartzo (SiO2). Reação de hidrólise da olivina: Mg2SiO4 + olivina 4H+ - + 4 OH  2Mg++ + água ionizada ácido silícico - 4 OH + H4SiO4 íons em solução Processos químicos A dissolução, além de ser um processo intempérico, também pode se constituir em um eficaz processo erosivo, quando envolve a remoção de apreciáveis massas rochosas. O exemplo mais evidente é a carstificação, que trata da dissolução de rochas carbonáticas formando cavernas, grutas, dolinas etc. Fatores condicionantes intemperismo do tipo e intensidade do     clima (temperatura, precipitação) relevo (inclinação do terreno) constituição dos minerais (composição química) estrutura das rochas (porosidade, xistosidade, fraturas)  tamanho das partículas.  Temperatura A temperatura intervém na velocidade da decomposição química. Esta é mais rápida em climas quentes do que em climas temperados e frios. A pluviosidade elevada, associada a temperatura médias altas e cobertura vegetal exuberante, tem papel muito eficaz na decomposição das Geologia..................................................................................................... 56 rochas, pelo aumento do teor em ácidos húmicos e gás carbônico. Intemperismo físico: fragmentação ou desagregação do material rochoso em partículas cada vez menores. Não há mudança mineralógica ou química. Dilatação X compressão (variação aquecimento e resfriamento) na taxa de Congelamento d'água no interior das rochas (aumento do volume, 9%) Cristalização de sais no (cloreto de sódio, gipsita) interior das fendas Deslocamento de massas rochosas, líquidas (água) e gasosas (ar). Rocha = minerais com diferentes coeficientes de dilatação térmica As rochas no interior da crosta são submetidas a alta pressão, quando expostas às condições de superfície, há um alívio de pressão e consequentemente, expansão da parte rochosa atingida. O alívio de pressão leva ao desenvolvimento de diáclases, juntas e planos de fraturas na rocha. O intemperismo químico forma, predominantemente, argilo-minerais e hidróxidos de Fe e Al. Há mudança mineralógica. Reação química entre a rocha e soluções aquosas diversas. Oxidação X redução Dissolução X precipitação Hidrólise Combinação Hidrólise é a reação entre os íons H+ e OH- da água e os elementos (ou íons) do mineral. É importante lembrar que apesar do que se imagina a água não é um líquido de pH neutro. Oxidação é um processo de decomposição química que envolve perda de elétrons. Ex. a pirita (FeS2) se oxida em óxido de ferro hidratado. O intemperismo físico favorece o químico criando condições de penetração intemperismo de soluções Geologia..................................................................................................... através das fraturas específica do material. e aumentando a 57 superfície O intemperismo biológico compõe-se de uma série de ações físicas e químicas dos organismos sobre o meio ambiente para a adaptação do meio à sua sobrevivência. Está relacionado com as reações químicas da matéria viva e com o comportamento dos organismos. Produtos do Intemperismo Regolito (ou manto de intemperismo) cobertura de material mineral inconsolidado na superfície da Crosta que repousa diretamente sobre rocha inalterada. Muitos autores restringem a abrangência do termo para os materiais que não sofreram transporte. Solo é a superfície inconsolidada que recobre as rochas e mantém a vida animal e vegetal da Terra. É constituído de camadas que diferem pela natureza física, química mineralógica e biológica que se desenvolvem com o tempo sob a influência do clima e da atividade biológica. Sedimento: regolito ou outro produto do intemperismo (íons em solução) que foi transportado por qualquer processo da dinâmica externa. VII.3 Erosão A erosão engloba um grupo complexo de processos geológicos pelo qual o produto final do intemperismo é removido por ação de um agente natural. A configuração morfológica de uma paisagem pode ser devido a uma atividade construtiva (dunas, restingas, relevo vulcânico, deltas) ou destrutiva (mar, gelo, vento e rios). Se não fosse a instabilidade tectônica da crosta (dinâmica interna), há muito tempo já teriam desaparecidos todos os continentes. Em 25 milhões de anos (taxa atual de denudação) todos os continentes seriam arrasados ao nível do mar. O relevo terrestre é resultante dos processos englobado na dinâmica interna (vulcanismo, terremoto e movimentação das placas tectônicas) e os processos da dinâmica externa (intemperismo, erosão, transporte e deposição). Processos erosivos Geologia..................................................................................................... 58 Processos gravitacionais: processos que envolvem deslocamento de massas (rocha, solo, regolito ou sedimento) sob ação da gravidade, buscando uma posição de menor energia potencial. Processos hidrodinâmicos ação das ondas (abrasão marinha) ação de correntes (fluvial) ação de ventos (deflação) Agentes erosivos: gravidade chuva, rio, mar, vento, geleira e INTEMPERISMO + EROSÃO = DENUDAÇÃO Produtos da erosão: sedimentos Tipos de sedimentos organo-químico  Clástico, químico e Clásticos: resultam da fragmentação de material rochoso e é transportado por um agente externo. Exemplo: areia, silte, argila, etc (Tabela VII.1). Tabela VII.1 Escala granulométrica em mm. Classe Matacão Calhau Seixos Grânulo Areia Silte Argila Diâmetro mm >256 64 - 256 4 - 64 2 - 4 0,062 - 2 0,004 0,062 <0,004 VII.4 Transporte O transporte e a deposição dos sedimentos são comandados pelas leis da hidrodinâmica. Três são os processos de transporte de partículas sedimentares em meio fluido: tração (arrasto, rolamento e saltação), suspensão e solução. O regime de transporte do sedimento depende, basicamente, do tamanho da partícula. tração e rolamento: areias, seixos, blocos matacões suspensão: silte e argila - fluxo turbulento solução: íons - carga dissolvida e Geologia..................................................................................................... 59 VII.5 Deposição Acúmulo de sedimentos por processos físicos, químicos e organo-químicos (processos de sedimentação) Sedimentos químicos: resultam da precipitação de minerais de soluções concentradas. Características: cor, mineralogia e estruturas. Exemplos: calcário calcítico/ dolomítico, chert, gipso, itabirito, etc. Sedimentos organo-químicos: resultam do acúmulo de restos de organismos, os quais podem ter sido transportados. Características: cor e composição. Exemplos: coquinas, vazas (globigerina, radiolários, pterópodes e diatomáceas), recifes, espongólitos, estromatólitos, etc. Bacias sedimentares São áreas deprimidas da crosta, capazes de acumular consideráveis espessuras de sedimentos e preservá-las por um bom tempo. As bacias sedimentares estão associadas a movimentos crustais que geram subsidência na crosta. Os movimento são controlados por eustasia, subsidência (tectônica) e aporte sedimentar (clima). As bacias sedimentares são preenchidas por sedimentos clásticos químicos e biogênicos. Ambientes de sedimentação rios, lagos, desertos, praias, mares etc. Tipos de deposição  física: por perda da energia do agente transportador  química: por saturação de soluções (precipitação)  organo-química (biológica): acúmulo de restos de organismos (fósseis) VII.6 Ambientes de sedimentação Compartimento da superfície da Terra onde dominam uma série de processos físicos, químicos e biológicos deposicionais, que distinguem-no dos adjacentes. Há diversas classificações, que variam de autor para autor, em função dos critérios adotados (geomorfologia, processos físicos etc.).  ambientes continentais: fluvial, lacustre, deserto e glacial  ambientes transicionais: deltaico, estuarino, lagunar, planície de maré e praia Geologia.....................................................................................................  ambientes marinhos: plataforma recife, talude continental, sopé assoalho oceânico. 60 continental, continental e Ambiente Continental Fluvial: compreende os sopés das montanhas, os vales e baixadas fluviais. Subambientes: canal, dique marginal, planície de inundação e terraços fluviais. Lacustre: siltes e argilas; carbonatos e sulfatos; cores vermelhas e pretas. Desértico: tração (vento) e, subordinadamente, suspensão e precipitação. Depósitos: areias (muito bem selecionadas e arredondadas), cascalhos (pavimento de deflação, ventifactos), siltes e evaporitos. Glacial: tração (arrasto, preferencialmente) e "suspensão". Depósitos: tilitos, diamictitos, areias, siltes e argilas, seixos pingados e facetados/estriados, etc. Controles: climático (altitude/latitude), astronômico (glaciações do Quaternário) e tectônico (glaciações permo-carboníferas do Gondwana). Na Figura VII.2 observa-se um perfil de um rio sem uniformidade de gradiente. Na zona AB, onde a profundidade é maior a velocidade é diminuída graças à menor declividade. Na zona BC da corredeira a profundidade diminui devido o aumento da velocidade e após C ocorre grande turbulência, depositando maior quantidade de seixos. A variação granulométrica do sedimento ao longo do perfil vai ser variar em função da declividade e energia do meio. Figura VII.2. gradiente. Perfil de um rio sem uniformidade de Geologia..................................................................................................... 61 Ambientes Transicional e Marinhos Deltaico o ambiente deltaico refere-se à acumulação sedimentar em parte subaérea e em parte subaquosa, na foz de um rio que desemboca em um lago ou mar, que se dá pela perda da competência de transporte do rio quando atinge estes corpos d'água, com menor energia. Subambientes: canal fluvial, planície de inundação interdistributária, baía interdistributária, frente deltaica e prodelta. Controles: tectônica (subsidência), variação do nível do mar (ou do lago), aporte sedimentar e o retrabalhamento dos depósitos por ondas e marés. Laguna e ilha de barreira Corpo d'água costeiro, alongado, isolado do ambiente marinho por um sistema de cordões litorâneos arenosos (ilha de barreira). Subambientes: planície de maré (com canais de maré), laguna e delta lagunar. Ambiente marinho: litorânea: zona atingida pela variação da maré; nerítica: delimitada pela profundidade de cerca de 200 m; recebe influência do continente; pelágica; batial e abissal (Figura VII.3). Compreende a margem continental (plataforma, talude e sopé continental), plataforma continental - interna e externa (largura: 70 km, declividade: 1 a 4 m/km), talude continental/canhão submarino (declividade: 50 m/km), sopé continental (leque submarino), planície abissal, cordilheiras mesoceânicas, ilhas vulcânicas e fossas submarinas. Geologia..................................................................................................... Figura VII.3 Imagem de satélite da baía de Guanabara. 62 Geologia..................................................................................................... Capítulo VIII. 63 PEDOLOGIA As rochas situadas junto à superfície estão sujeitas à ação de processos físicos, químicos e biológicos (processos de intemperismo), produzindo os chamados mantos de alteração. Num sentido mais amplo o conceito de solo, engloba os materiais do manto de alteração, os quais podem estar in situ (solos residuais ou elúvios) ou já podem ter sido transportados de uma área a montante por mecanismos diversos (solos transportados ou depósitos de encosta ou fluvial). Por definição, solo é a superfície inconsolidada que recobre as rochas e mantém a vida animal e vegetal. É constituído de camadas que diferem pela natureza física, química, mineralógica e biológica que se desenvolvem com o tempo sob a influência do clima e da atividade biológica. Os solos são constituídos por milhões de partículas de diferentes composições mineralógicas e diversos tamanhos, entre cascalhos, areias, siltes ou argilas, parte dos quais podem estar como grãos simples ou agregados por matéria orgânica ou argila. Os espaços vazios entre as partículas são chamados de poros e podem estar parcial ou totalmente preenchidos com água. No interior das partículas agregadas também ocorrem poros bem pequenos. Os poros com diâmetro inferior a 0,2 mm Figura VIII.1. Variações da porosidade segundo a são denominados de disposição espacial dos microporos; os de diâmetro componentes esféricos. Asuperior são chamados de Porosidade máx. 47,6%. B macroporos. A razão entre Porosidade mín. 25,9% o volume de vazios e o volume total do solo corresponde à porosidade do solo e, geralmente, é expressa em percentual. Geologia..................................................................................................... 64 VIII.1. Processos de formação do solo Na formação dos solos ocorrem reações físicas, químicas e biológicas que determinam os diferentes horizontes com suas características peculiares. Normalmente se expressa o desenvolvimento do solo em termo de quatro processos (Tabela VIII.1). Tabela VIII.1. Tipos de processos de formação do solo (modificado de Resende et al. , 1995). Processo Exemplos Transformaç ão Ruptura da rede cristalina dos minerais primários. Gênese dos argilo minerais . Decomposição da matéria orgânica. Lixiviação de elementos para o lençol freático. Erosão. Remoção Translocaçã o Adição Eluviação de matéria orgânica, argilo minerais e óxidos do horizonte A para o B. Movimentação de material dentro do perfil em outras direções. Incorporação de matéria orgânica ao solo. VIII.2. Constituição do Solo O solo é constituído de matéria orgânica, matéria mineral sólida, água (soluções dissolvidas) e ar (Tabela VIII.2). A fração mineral pode ser constituída de partículas de tamanhos variáveis, desde argila (partículas menores que 2 micra) até matacões de fragmentos de rocha, minerais primários e minerais secundários Tabela VIII.3). Tabela VIII.2. solos. Principais Principais (>90%) oxigênio silício alumínio ferro elementos Secundários (< 10%) magnésio sódio potássio titânio fósforo manganês enxofre que compõem os Geologia..................................................................................................... Tabela VIII.3. Granulometria constituem o solo. Granulometria Areia muito grossa Areia grossa Areia média Areia fina Areia muito fina Silte Argila Diâmetro mm - partículas Número de partículas por grama 90 2,00 - 1,00 1,00 0,50 0,25 0,10 das 0,50 0,25 0,10 0,50 0,05 - 0,002 < 0,002 65 que Área superficial g/cm2 11 720 5.700 46.000 722.000 23 45 91 227 5.776.000 90.260.853.000 454 8.000.000 VIII.3. Fatores de Formação dos Solos CLIMA FLORA FAUNA SOLO ROCHA ALTERADA Esses fatores são influenciados pelo Tempo e Relevo. Em 1883 Dokuchaiev sugeriu 5 fatores formadores do solo: Material parental, Clima, Tempo, Organismos (plantas e animais) e o Relevo (topografia). Os fatores de formação são relacionados funcionalmente na forma de uma equação: S = fç (Cl, O, R, MP, T) VIII.3.1 Material Parental O estado inicial do sistema necessariamente uma rocha consolidada. solo não é Principais grupos de Materiais Parentais: 1. rochas e M.A. "in situ", 2. sedimentos inconsolidados, marinho ou deltaico, ex.: 3. material transportado remanejado - colúvio, produto - fluvial, de eólico, alteração 4. produtos de pedogênese anterior. Principais características das rochas  Solo Geologia..................................................................................................... 66 VIII.3.2. Estrutura dos Minerais A composição mineralógica do material parental vai influenciar muito nas características do solo, principalmente na fertilidade. Os minerais nãosilicáticos possuem estruturas relativamente simples, mas variam amplamente nas suas solubilidades e resistência à decomposição. Os silicatos geralmente possuem estruturas muito complexas na qual a unidade fundamental é o tetraedro de Si-O. A estabilidade das rochas depende da composição e da estrutura dos seus minerais. VIII.3.3. Composição Materiais Parentais Química e Mineralógica dos A constituição mineralógica, a composição química e arranjo estrutural dos minerais influenciam diretamente nos processos de intemperismo. A Tabela VIII.4 são apresentados os principais cátions removidos durante o processo de intemperismo químico. Reação de caulinita: 4KAlSi3O8 alteração + do K-feldspato 4H+ + caulinita Tabela VIII.4. Intemperismo grupos de rochas ígneas. Rocha 4K+ 2H2O  8SiO2 K-feldspato sílica Constituintes primários químico formação Al4Si4O10(OH)8 de dois Cátions Colóides Feldspato K+ Na+ sílica alumínio Minerais secundários argilominerais K+, Fe2+, Mg2+ sílica alumínio argilominerais Mg2+ , sílica argilo- grandes Minerais presentes Cátions removidos Quartzo algumas micas Na+ K+ Mg2+ GRANITO Minerais ferro- da + Produtos do Intemperismo Minerais Quartzo Micas + e Geologia..................................................................................................... BASALTO magnesianos Fe2+ Feldspato K+ Na+ Ferromagnesianos Mg2+ Fe2+ Fe2+ Magnetita alumínio óxidos de ferro sílica alumínio sílica alumínio óxidos de ferro minerais hematita e goethita argilominerais argilominerais hematita e goethita 67 Na+ Ca2+ Mg2+ Área de Superfície dos Materiais Parentais A área de superfície das partículas regula a maior ou menor interação com o "ambiente" (água). Variações na área de superfície e na distribuição do tamanho das partículas interferem na VELOCIDADE de formação do solo. A área de superfície específica é maior quanto menor for o tamanho das partículas. Ex.: área de superfície das rochas consolidadas < areias aluvionares < argila (Tabela VIII.3). Permeabilidade (K) dos Materiais Parentais  aumenta a velocidade do movimento de umidade,  acelera o movimento dos materiais em solução ou suspensão,  influencia a velocidade de formação do solo. VIII.3.4. Clima É um dos fatores mais importantes na formação dos solos. Influencia:  velocidade de formação e tipo de solo,  distribuição da vegetação e dos organismos,  tipos de processos geomorfológicos. O Clima é um conceito composto, inclui: temperatura, umidade, evapotranspiração, precipitação, duração da insolação, ventos, etc. Por simplicidade definiremos o clima em função de valores médios da: a) temperatura, b) precipitação (umidade) Estes são os fatores formação dos solos. mais importantes para a Geologia..................................................................................................... 68 a) Temperatura Influencia a percentagem e distribuição dos organismos (fauna e flora) no solo. Regiões intertropicais tem a proteção da cobertura vegetal que amortece os extremos de temperatura. Influencia na velocidade de alteração dos minerais. A amplitude das variações diárias e estacionais da temperatura do solo diminui com a profundidade. Os processos pedogenéticos mais dinâmicos ocorrem nas camadas superficiais, onde as temperaturas sofrem maiores variações. Valores de radiação solar que chega à superfície do solo é função: variações diurnas e sazonais, latitude, altitude, ventos, cobertura vegetal e cor do solo. Solos escuros absorvem 92% da radiação solar. b) Umidade (Precipitação) Inclui todas as formas de água que entram no solo é derivada principalmente da PRECIPITAÇÃO. Para a pedogênese o que importa é o EXCESSO DE ÁGUA: lixiviação, eluviação  renova a água que circunda os minerais. que estão sofrendo hidrólise. A percolação da água no solo é função: porosidade, estrutura do solo, formas de relevo, condições climáticas e permeabilidade. Regiões com disponibilidade de água excedente - maior energia pedogenética. Função a) Intensidade da precipitação Em áreas sem vegetação as precipitações intensidade moderada são as mais efetivas: de chuvas fracas sofrem rapidamente a EVAPORAÇÃO, chuvas fortes maior valores que a capacidade de infiltração (CI): aumento do escoamento superficial e problemas erosivos. Regiões tropicais maior cátions alcalinos e básicos. a taxa de lixiviação de b) Cobertura Vegetal A cobertura vegetal tem um papel importante na interceptação da precipitação das através das folhas. A quantidade de interceptação é relacionada com o tipo e densidade da vegetação. Geologia..................................................................................................... 69 c) Capacidade de Infiltração solos com textura grossa - maior entrada de água, solos com textura mais fina - menor entrada de água. d) Permeabilidade e Inclinação da Superfície A movimentação da água no interior do solo é muito depende da permeabilidade. A presença de uma camada impermeável gera saturação das camadas superiores resultando em movimentos laterais. e) Teor de Umidade Antecedente do Solo influência direta na entrada da precipitação, solo saturado - nenhuma umidade entrará no solo, Ex.: base das encostas, depressões, interferência do lençol freático maior escoamento superficial. Movimento da Umidade A diferença dos horizontes é fortemente determinada pelo movimento da água no interior do solo. A taxa de movimentação da água no solo é função: volume de água, tamanho dos poros e permeabilidade. VIII.3.5. Organismos Os organismos compreendem: microflora, macroflora, microfauna, macrofauna e homem. Pelas suas manifestações de vida quer na superfície, quer dentro do solo, atuam como agentes pedogenéticos. Cobertura vegetal A presença de raízes condiciona uma menor erosão do solo, favorecendo a atuação do intemperismo físico e químico. O “litter” - contribuição de nutrientes - diminuição da erosão. A presença de folhas reduzem o “splash”, adição de matéria orgânica, evitam o excesso de temperatura, filtram a radiação solar. A cobertura vegetal tende a reduzir a agressividade erosiva da chuva e a amplitude das variações térmicas e hídricas, criando condições mais favoráveis às atividades biológicas. Fauna Vertebrados - principalmente mamíferos - ratos, topeiras, etc., os quais cavam buracos profundos no Geologia..................................................................................................... 70 solo, causam uma mistura considerável geralmente trazendo material do subsolo para a superfície. O superpastoreio aumenta a compactação do solo, diminui a permeabilidade e aumenta a escoamento superficial (erosão). A retirada da vegetação para a implantação da atividade agricula aumenta a erosão do solo (vento e água) levando a perda dos horizontes superiores (horiz. O e A) e de micronutrientes. Microfauna - bactérias (predominantes) e fungo atuam na decomposição da matéria orgânica e favorecem a alteração de alguns minerais. Mesofauna - são identificados a olho nu e ingerem a matéria orgânica. Ex.: minhocas, aracnídeos, insetos, termitas. A distribuição está vinculado ao suprimento de alimentos assim concentram-se no topo do solo, 2 a 5 cm, com exceção dos termitas e das minhocas que penetram abaixo de 10 - 20 cm. Estes organismos requerem solo bem aerado (necessitam de oxigênio) e não vivem em solos saturados. Homem a atividade do homem altera consideravelmente o desenvolvimento dos solos. A principal atuação está ligada ao cultivo dos solos, geralmente utilizando técnicas inadequadas, acarretando empobrecimento e erosão dos solos. A utilização de fertilizantes e pesticidas na agricultura modificam as características dos solos, já a irrigação e a drenagem alteram as relações hidrológicas. Além dessas atividades as construções civis contribuem consideravelmente para a modificação dos solos. VIII.3.6. Relevo (Topografia) A forma de relevo influência diretamente na dinâmica de movimentação da água: fluxo vertical (infiltração) e fluxo lateral (“run-off”), indiretamente na temperatura do solo e na taxa de radiação. Orientação das encostas afeta grandemente a quantidade de aquecimento solar, diferentes solos são formados nas encostas viradas para o sol e nas sombreadas. Geologia..................................................................................................... 71 VIII.3.7. Tempo A formação do solo é um processo muito lento, requer milhares e mesmo milhões de anos, durante este período ocorrem mudanças periódicas do clima e da vegetação, consequentemente altera a formação do solo. As interpretações em relação as mudanças climáticas baseiam-se em evidências geológicas, geomorfológicas e palinológicas. Os SOLOS JOVENS guardam muitas feições do material parental. Ex.: cambissolo. Os SOLOS MADUROS estão em equilíbrio com o ambiente IDADE DO SOLO MATURIDADE DO SOLO idade absoluta, é a medida grau de evolução sofrido dos anos passados no mesmo período Maior número de horizontes e espessura, maior diferenciação, maior grau de maturidade. O solo alcança sua maturidade quando se estabelece um equilíbrio entre o tempo e a característica selecionada do solo. VIII.4. Horizontes do Solo Os solos possuem horizontes, ou camadas relativamente homogêneas paralelas à superfície e são produzidos pelos processos formadores do solo. Os horizontes dispostos verticalmente são, em si mesmos, ambientes distintos; o horizonte A, além de ser mais influenciado pela atividade biológica, sofre maiores flutuações de temperatura e de água; apesar de ser, em geral, mais rico em nutrientes, com freqüência não tem água para que esses nutrientes sejam absorvidos efetivamente. Os primeiros centímetros do horizonte A podem ser, em algumas circunstâncias, a parte mais inóspita do solo para as plantas. Acima do horizonte A podem acumular-se detritos orgânicos, com diferentes graus de decomposição, horizonte O para vários autores (Tabela VIII.5). Tabela VIII.5. Horizontes do perfil de solo. Horizont Características e O horizonte orgânico superior, dominado por material orgânico fresco ou parcialmente decomposto. Geologia..................................................................................................... A Coloração mais escura, presença de matéria orgânica, , perda de argilo-minerais, concentração de quartzo, sujeito a ação direta do clima.. Tende a ser mais bem expresso nas áreas mais elevadas, menos quentes, ou com deficiência de drenagem. B Concentração de argilo-minerais, óxidos de ferro e alumínio, pequena atividade biológica e poucas raízes. C Material inconsolidado com pouca influência de organismo e das variações externas, conserva a estrutura da rocha mãe. D Rocha fresca, ainda não intemperizada. Impermeável e tende a segurar o lençol freático. 72 Figura VIII.2. Horizontes de típico perfil de solo. VIII.5. Poluição do Solo Metais pesados A maioria dos metais pesados ocorre naturalmente no solo em baixas concentrações e em formas não prontamente disponíveis para as plantas e organismos vivos. Estes podem ser provenientes da própria rocha que deu origem Geologia..................................................................................................... 73 ao solo. A tabela apresenta teores médios de alguns destes elementos nas diferentes rochas e nos solos (Tabela VIII.7). Tabela VIII.7. Concentração média de alguns metais pesados em rochas e solos (Resende et al. 1995). Metal pesado As Cd Cu Pb Ni Rochas máficas mg/kg 1,5 150 200 - 1000 Rochas ácidas mg/kg 1,5 10 10 Solos mg/kg 1,10 0,1 - 7 2-50 12 40 O cádmio tem tendência de se acumular em plantas e animais, é mais móvel no solo e mais facilmente absorvido pelas plantas do que outros metais pesados, particularmente Pb e Cu; e tem maior potencial para movimentar-se do solo para a planta e deste para o homem (Resende et al. 1995). As células vivas requerem alguns destes metais em teores traços para o seu metabolismo normal, porém podem ser sensíveis a concentração maiores. Rejeitos e poluentes industriais, resíduos de esgotos, fertilizantes, pesticidas e outros, têm adicionado grandes quantidades de metais pesados ao ambiente. Assim que esses elementos chegam ao solo, ocorrem várias reações, as quais são basicamente dependentes do tipo e teor do metal pesado e da classe do solo. A toxidade relativa dos metais pesados pode ser modificada pela textura, permeabilidade, capacidade de armazenamento de água, profundidade do lençol freático, posição do solo na paisagem, erodibilidade etc. (Resende et al. 1995). O uso de chumbo na gasolina também pode poluir os solos com metais pesados. Um dos sérios problemas resultantes da degradação dos solos devido aos metais pesados é que eles permanecem nos solos, sendo quase impossível a sua recuperação, uma vez contaminados. Daí a necessidade de se verificar constantemente os alimentos, para examinar se eles estão contaminados pelos metais pesados (Guerra, 1994). Pesticidas Os pesticidas são predominantemente aplicados em pulverizações foliar, na superfície do solo, ou são Geologia..................................................................................................... 74 incorporados ao solo. Em qualquer dos casos, uma grande proporção desses pesticidas, eventualmente, movimenta-se no solo. Uma vez aplicados no solo, os pesticidas (na sua maioria muito pouco voláteis) podem ser adsorvidos, submetidos a reações químicas, decompostos e transportados pela água, seja pela erosão ou por lixiviação. No último caso, a sorção dos pesticidas em solo assume papel relevante. De fato, a maioria dos inseticidas, nematicidas e fungicidas é eletricamente neutra, e é retida principalmente pela matéria orgânica. Estes pesticidas podem ser carreados até horizontes mais profundos, ao lençol freático e daí aos poços e minas d’água. Pela erosão, esses compostos podem ser arrastados até córregos, riachos, represas e rios. Resíduos Orgânicos Entre os resíduos orgânicos agro-industriais utilizados na agricultura, a vinhaça ocupa, no Brasil, lugar de destaque. A vinhaça é um subproduto do processamento do álcool. É um resíduo líquido de substâncias orgânicas, com elevado teor de potássio. Seu pH varia entre 4,0 e 5,0; é corrosivo, tem altos índices de demanda biológica de oxigênio (DBO), e demanda química de oxigênio (DQO). É portanto, um sério agente poluidor. Quando aplicado como fertilizante, as quantidades não devem ultrapassar a capacidade de retenção de água do solo (Resende et al. 1995). Salinização do Solo Essa forma de poluição pode ocorrer em condições naturais ou artificiais e consiste na contaminação do solo por excesso de sais. A salinização pode ocorrer devido à má qualidade (sais em demasia) da água de irrigação, aos turnos de rega freqüentes e à quantidade de água aplicada não condizente com a drenagem do solo. A retirada de água dos rios para fins de irrigação pode diminuir demais seu fluxo total e assim incrementar a concentração salina em razão do acréscimo de sais provenientes da drenagem das águas ribeirinhas irrigadas. Os efluentes de indústrias e das áreas densamente populosas adicionam sais aos cursos d’água. Mesmo estações de tratamento de esgotos não removem os sais solúveis inorgânicos, a não ser aqueles excepcionalmente tóxicos. Geologia..................................................................................................... 75 A acidificação é, também, outra causa da degradação dos solos. Ela pode ser promovida pelo uso constante de fertilizantes, em especial os que contêm sais de amônia ou uréia, pela fixação biológica de nitrogênio, pela remoção de nutrientes nas lavouras e pela deposição de ácidos oriundos da atmosfera. A acidez dos solos é problema mundial, e o custo para elevar o pH é alto, a menos que existam jazidas de calcário nas áreas onde ocorra a acidificação (Guerra, 1994). Erosão A erosão dos solos é um processo que ocorre em duas fases: uma que constitui a remoção (“detchment”) de partículas, e outra que é o transporte desse material, efetuado pelos agentes erosivos (vento, água e gelo). Quando não há energia suficiente para continuar o ocorrendo o transporte, uma terceira fase acontece que é a deposição desse material transportado. Características Infiltração Físicas dos Solos Relevantes à As rochas situadas junto à superfície estão sujeitas à ação de processos físicos, químicos e biológicos (processos de intemperismo), produzindo os chamados mantos de alteração ou solo. O arranjo espacial dos materiais do solo (ou estrutura) influencia no direcionamento e no tempo de viagem dos fluxos de água. Os solos com estrutura granular possuem grande número de poros que permitem o movimento dos fluxos em todas as direções; as estruturas em bloco também formam grande número de poros, porém de menor tamanho, por meio dos quais os fluxos se movem em todas as direções; as estruturas prismáticas, geralmente associadas aos agregados maiores e com poros maiores e bem definidos no sentido vertical, favorecem os fluxos nesta direção, e, finalmente, nas estruturas em placas, os fluxos se distribuem preferencialmente na direção horizontal (Coelho Netto, 1994). Em solos homogêneos, a porosidade total do solo tende a decrescer com a profundidade, sendo acompanhada por aumento relativo da densidade aparente. Interceptação da Chuva pela Vegetação Os fatores relacionados à cobertura vegetal podem influenciar os processos erosivos de várias maneiras: através do efeitos espaciais da cobertura vegetal, dos Geologia..................................................................................................... 76 efeitos na energia cinética da chuva, e do papel da vegetação na formação de húmus, que afeta a estabilidade e teor de agregados. A cobertura vegetal tem como uma das múltiplas funções o papel de interceptar parte da precipitação pelo armazenamento de água nas copas arbóreas e/ou arbustiva, de onde é perdida para a atmosfera por evapotranspiração durante e após as chuvas. Quando a chuva excede a demanda da vegetação a água atinge o solo por meio das copas e do escoamento pelos troncos. Uma outra parte da chuva é armazenada na porção extrema superior do solo que comporta os detritos orgânicos que caem da vegetação (folhas, galhos, sementes e flores) e é denominada de serapilheira. A densidade da cobertura vegetal é fator importante na remoção de sedimentos, no escoamento superficial e na perda de solo. O tipo e percentagem de cobertura vegetal pode reduzir os efeitos dos fatores erosivos naturais. A cobertura vegetal pode, também, reduzir a quantidade de energia que chega ao solo durante uma chuva e, dessa forma, minimiza os impactos das gotas, reduzindo a erosão. Em área com alta densidade de cobertura, o “runoff” e a erosão ocorrem em taxas baixas, especialmente se houver uma cobertura de serapilheira (“litter”) no solo, que intercepta as gotas de chuva que caem através dos galhos e folhas. Em áreas parcialmente cobertas pela vegetação, o “runoff” e a perda de solo podem aumentar rapidamente. Este aumento está relacionado a solos com menos de 70% de cobertura vegetal e ocorre geralmente em área semi-árida, agrícolas e de superpastoreio. Geologia..................................................................................................... Capítulo IV. 77 TEMPO GEOLÓGICO Entende-se por tempo geológico o tempo decorrido desde o final da fase de formação da Terra até os nossos dias. Antes da descoberta dos métodos de datação absoluta (radiometria) o tempo geológico foi dividido em intervalos diversos que, em ordem decrescente de importância hierárquica, receberam a qualificação eras, períodos, épocas e idades. Essas subdivisões ainda se mantêm, só que agora se conhece a amplitude cronológica absoluta das mesmas. Elas constituem unidades geocronológicas, cada uma das quais recebe uma designação particular (Tabela IV.1). Em 1669 Nicolau Steno chegou a conclusão que as rochas se superpunham em ordem cronológica (Lei da Superposição) e que elas estavam originalmente em camadas horizontais. Numa seqüência de camadas, a camada de cima é mais jovem que a camada situada imediatamente abaixo. Em 1815 William Smith reconheceu que os fósseis são instrumentos confiáveis para datar as rochas (sedimentares) e distinguir um estrato do outro. Esta descoberta possibilitou a correlação de rochas de mesma idade e que se encontravam em localidades distantes, além de servir como apoio para elaboração dos primeiros mapas paleontológicos. Com base nos fósseis e na extinção de uma espécie ou de um conjunto de espécies, foi possível definir as idades geológicas e colocá-las, pela Lei da Superposição, em ordem cronológica (Salgado-Labouriau, 1994). Esta seqüência cronológica constitui a Escala de Tempo Geológica (Tabela IV.1). Tabela IV.1. Escala de tempo geológico. ERA PERÍODO Quaternário Cenozóico Terciário Mesozóico Cretáceo Jurássico ÉPOCA Holoceno Pleistoceno Plioceno Mioceno Oligoceno Eoceno Paleoceno DURAÇÃO IDADE (milhões de anos) (milhões de anos) 2,5 4,5 19 12 16 11 71 54 (0,01) 2,5 5,3 23 36 53 65 135 205 Geologia..................................................................................................... Paleozóico Proterozóic o Arqueano Triássico Permiano Carbonífero Devoniano Siluriano Ordoviciano Cambriano 35 55 65 50 35 70 70 1.910 250 290 355 410 438 510 570 2.500 2.050 4.550 78 A definição de cada unidade estratigráfica e sua cronologia surgiram aos poucos, com o estudo de muitos geólogos, trabalhando independentemente desde o final do século XVIII até meados do século XIX. Cada período geológico foi caracterizado depois de muitas observações, muito estudo, e foi colocado na escala geológica após várias tentativas. As subdivisões dos períodos ainda estão em estudos e são reexaminados cada vez que se criam novos métodos de observação (SalgadoLabouriau, 1994). A escala geológica é sempre representada na seqüência estratigráfica, a qual obedece à ordem da superposição inicial dos estratos. Esta ordem implica necessariamente numa medida de tempo - o tempo necessário para a deposição daquele estrato. Geologia..................................................................................................... 79 Tabela IV.2. Escala de tempo geológico. Eras Períodos Época Tempo decorrido Formas de Vida Vegetal 11.000 Pleistoceno 1 ma Plioceno 12 ma Mioceno 23 ma Oligoceno 35 ma - Ancestrais dos Mamíferos modernos. Eoceno 55 ma - - Paleoceno 70 ma - Mamíferos do tipo arcaico. Plantas como as de hoje. Pinheiros Cenozóico Cretáceo Mesozóica Paleozóica Jurássico Homem Holoceno Quaternário Terciário Animal - - Angiospermas, primeiras dicotiledoneas Aves do tipo primitivo, pequenos mamíferos, desenvolvimento dos répteis, mar: Amonóides e Belemnites. 180 ma Pinheiros, coníferas, junco, palmeiras cicadales. Dinossauros, répteis voadores, ictiossauros, plesiossauro, primeiras aves, no mar: Amonites e Belemnites. Surgimento dos dinossauros e dos répteis adaptados a vida marinha. Teriodontes, cefalópodes. 135 ma - - Triássico - 220 ma Primeiras gimnospermas (menos as dicotiledôneas) Permiano - 270 ma Grandes florestas. - Carbonífero - 350 ma Pteridospermae Surgem os répteis. Devoniano - 400 ma Desaparecem as Psilophytales Insetos mais antigos surgem os anfíbios. Geologia..................................................................................................... Siluriano - 430 ma Ordoviciano - 490 ma Cambriano - Proterozóico Algonquiano Pré-Cambriano Em antigo outros chegar (tempo - Início da Terra Arqueano - Mais ou menos 4,5 - Surgem os peixes de água doce. Primeiros insetos, invertebrados, mar: Graptólitos, Criptógamas, algas trilobites, moluscos, marinhas. briozoários, braquiópodes, equinodermos e corais. Algas Primeiros seres vivos. Collenia, etc. Moldes de Medusa. 3.9 b.a. Arqueozóico - 600 ma Plantas terrestres mais antigas. 80 Nenhum sinal de vida. uma seqüência estratigráfica o estrato mais está na base da escala e é seguido pelos os que se vão superpondo no espaço e no tempo até ao mais recente, o qual fica em cima de todos relativo). Todas as vezes em que as condições ambientais são semelhantes, mesmo que ocorram em épocas diferentes da escala geológica, elas produzem rochas sedimentares semelhantes. Entretanto, os fósseis, contidos em rochas semelhantes, mas de épocas distantes, são totalmente diferentes por causa do processo de evolução dos organismos. Para cada período, época ou outra unidade de tempo, existe um conjunto de fósseis característico. Conhecendo-se o conjunto de fósseis de uma formação pode-se dizer a que intervalo de tempo da escala geológica ela pertence e pode avaliar a extensão territorial onde esta formação ocorre (datação relativa). IV.1. Magnitude do Tempo Geológico Mesmo hoje a quantidade real de tempo geológico decorrido, visto que é tremendamente grande, significa pouco, sem qualquer base de comparação. Para este fim, tem sido inventados numerosos esquemas nos quais, Geologia..................................................................................................... 81 eventos geológicos chaves são localizados proporcionalmente, em unidades de comprimento ou tempo atuais, de modo a tornar o tempo geológico um tanto mais compreensível. Comprimam-se, por exemplo, todos 4,5 bilhões de anos de tempo geológico em um só ano. Nesta escala, as rochas mais antigas reconhecidas datam de março. Os seres vivos apareceram inicialmente nos mares, em maio. As plantas e animais terrestres surgiram no final de novembro e os pântanos, amplamente espalhados que formaram os depósitos de carvão pensilvanianos, floresceram durante cerca de quatro dias no início de dezembro. Os dinossauros dominaram nos meados de dezembro, mas desapareceram no dia 26, mais ou menos na época que as montanhas rochosas se elevaram inicialmente. Criaturas humanóides apareceram em algum momento na noite de 31 de dezembro, e as recentes capas de gelo continentais começaram a regredir da área dos Grandes Lagos e do norte da Europa a cerca de 1 minuto e 15 segundos antes da meia noite do dia 31. Roma governou o mundo ocidental por 5 segundos, das 11h.59m.45 seg. até 11h.59m.50seg.. Colombo descobriu a América 3 segundos antes da meia noite, e a ciência da geologia nasceu com os escritos de James Hutton exatamente há pouco mais que 1 segundo antes do final de nosso movimento ano dos anos (Eicher, 1982). IV.2. Datação Radiométrica (Absoluta) Muitos tipos de átomos que ocorrem na natureza possuem núcleos que se desintegram espontaneamente para um estado de menor energia. Estes átomos são denominados radioativos, e o processo de sua desintegração é chamado radioatividade. Um tipo específico de átomo, que é caracterizado por um número atômico particular e um número de massa particular, é denominado nuclídeo. O número atômico é o número de prótons do núcleo e este número determina o elemento. O número de massa é a soma dos prótons e neutrons do núcleo. Os nuclídeos, possuindo o mesmo número atômico mas número de massa diferente, são chamados isótopos de um dado elemento. Na desintegração radioativa, o núcleo atômico emite uma partícula alfa ou uma partícula beta, ou captura um elétron. Ele pode simultaneamente emitir raios gama, radiação eletromagnética mais energética do que raios-X. Quando um átomo radioativo “pai” se desintegra, ele se Geologia..................................................................................................... 82 transforma em outro tipo de átomo denominado “filho”. Na desintegração alfa, o núcleo do átomo pai perde 2 prótons e 2 neutrons; o número de massa decresce de 4 e o número atômico de 2. Na desintegração beta, o núcleo emite um elétron de alta velocidade, um dos seus neutrons se transforma em um próton e o número atômico aumenta de um. Na captura de elétrons, um próton do núcleo captura um elétron orbital e se transforma em um neutron, e o número atômico decresce de um. A desintegração beta e a captura de elétrons não mudam o número de massa. Visto que a desintegração radiativa envolve apenas o núcleo de um átomo pai, a taxa é independente de todas as condições físicas e químicas, tais como pressão, temperatura, e forças químicas tampões. Os átomos de um nuclídeo radioativo particular possuem cada um a mesma probabilidade de preservação ou desintegração, qualquer que seja a sua idade. O processo é estatisticamente caótico. Pode-se estabelecer a probabilidade de desintegração por meio de uma constante de desintegração, , que indica a proporção de átomos radioativos existentes que se desintegrarão em uma unidade de tempo. O número total de átomos para desintegrar-se será dado por  N, onde N é o número total de átomos radioativos pais, presentes no sistema. Desde que N decresce constantemente através da desintegração em uma dada amostra, o número real de átomos a se desintegrar deve decrescer com cada intervalo sucessivo de tempo na proporção de diminuição do número de átomos radioativos pais sobreviventes. O tempo de vida de um pai radioativo em um dado sistema não pode ser especificado. Em teoria é infinito. É simples, entretanto, especificar o tempo de desintegração da metade dos átomos pais radioativos em um sistema. Este tempo é chamado de meia-vida (Tabelas IV.2 e IV.3). Cada nuclídeo radioativo possui uma meiavida única, T que relaciona à sua constante de desintegração pela expressão: T = 0,693/ Tabela IV.3. Meia vida dos isótopos mais usados em datações radiométricas (Modificado de SalgadoLabouriau, 1994). Isótopos Produto final Meia vida Minerais datados Geologia..................................................................................................... radioativ o Urânio 235 Urânio 238 Tório 232 Potássio - 40 Rubídio 87 Samário 147 Carbono 14 Cálcio 41 estável chumbo - 207 (em anos) 713 milhões chumbo - 206 4.510 milhões chumbo - 208 14.000 milhões argônio - 40 1.300 cálcio-40 milhões estrôncio - 86 47.000 milhões neodímio - 144 106.000 milhões nitrogênio - 14 5.730 +/- 40 cálcio - 40 83 zircão, uraninita, pitchblenda zircão, uraninita, pitchblenda muscovita, biotita, hornblenda muscovita, biotita, microclina 100.000 IV.3. Método Radiocarbônico O carbono - 14 (C-14) é um isótopo radiativo que ocorre normalmente na atmosfera e nos seres vivos. A sua meia-vida é de cerca de 5.730 anos (Tabela IV.2), o que significa que este método só pode ser utilizado para o Quaternário Tardio. O carbono - 14 apresenta uma peculiaridade muito especial. Ele está sendo criado continuamente na parte alta da atmosfera, a cerca de 15 km acima da superfície da Terra. Átomos de nitrogênio - 14 (N-14) são bombardeados constantemente por raios cósmicos nesta altitude, o que faz com que cada núcleo absorva um neutron, emita um próton e se transforme em carbono 14. Este carbono recém criado é imediatamente incorporado ao gás carbônico (CO2) atmosférico e é assimilado no ciclo de carbono dos seres vivos. Eventualmente, o C-14 decai novamente a N-14. Tabela IV.4. Série de decaimento do urânio (238U e Nuclídeo urânio 238  urânio 234  tório - 230  Meia-vida anos 4,51 x 109 2,5 x 105 7,52 x 104 1,62 x 103 Nuclídeo urânio - 235  protactínio 231  tório - 227  rádio - 223 Meia-vida anos 7,13 x 108 3,24 x 104 18,6 dias 11,1 dias 235 U). Geologia..................................................................................................... rádio - 226  radônio 222  chumbo 210  polônio 210  chumbo 206 3,83 dias  chumbo - 207 84 estável 22 138 estável Na década de 50 W. Libby criou o método de datação por radiocarbono. Pelo processo de fotossíntese as plantas removem o gás carbônico da atmosfera. Como C-12, C-13 e C-14 estão em equilíbrio, a atmosfera, o mar, as plantas e os animais vivos têm estes isótopos em equilíbrio dinâmico. Quando um organismo morre, ele para de absorver CO2 e lentamente a proporção de C-14 diminui no corpo por decaimento radioativo. O método de datação criado por Libby, não mede a quantidade de isótopo estável produzido pelo decaimento radioativo, como as técnicas com isótopos de longa-vida. O que se mede é a quantidade de C-14 que restou na matéria orgânica morta (Salgado-Labouriau, 1994). Como o C-14 tem meia-vida muito curta, a datação máxima possível fica geralmente entre 25 e 30 mil anos A.P., dependendo do método empregado na detecção do C-14 residual e da quantidade da amostra. Somente em casos especiais, quando é possível conseguir uma grande quantidade de matéria orgânica para datar (pelo menos 1 kg de sedimento úmido), a datação pela radiação emitida pode se estender até o limite do método (entre cerca de 70 - 75 mil anos). Geologia..................................................................................................... 85 BIBLIOGRAFIA BORGHI, L.A. e RIOS NETTO,A., 1995. Apostila de Geologia e Paleontologia. FRJ/DEGEO COURTNEY, F.M. & TRUDGILL, S.T., 1984. The soil: an introduction to soil study. Edward Arnold. 123 p. EICHER, D.L., 1982. Tempo Geológico. Série de Textos Básicos de Geociências. Editora Edgard Blücher Ltda. 172p. GUERRA, A.T. e BAPTISTA, C., 1994. Geomorfologia: uma atualização de bases e conceitos. Editora Bertrand Brasil. 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