docGeologia Geral - Primeira Parte
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Geologia Geral - Primeira Parte
O planeta Terra O planeta Terra é o objeto de estudo da ciência denominada Geologia. É ela que busca explicar como a Terra surgiu, como evoluiu, como funciona e como devemos agir de modo a preservar os sistemas e hábitats de modo a facilitar a manutenção da vida. Nosso planeta trabalha como um sistema de componentes interativos (que atuam tanto em sua superfície sólida e nos oceanos, como na atmosfera) e é função das diversas ciências naturais (ou, simplesmente, geociências) entender os modos como estes componentes interagem entre si. O intervalo de tempo estudado pela geologia é tão vasto que, por vezes, fica difícil compreendê-lo, para se ter uma noção, estima-se que nosso planeta tenha aproximadamente 4,5 bilhões de anos (comparação: o primeiro hominídeo surgiu há poucos milhões de anos). Os geólogos tentam encontrar explicações para fenômenos que evoluíram em até muitos milhões de anos e para isso se utilizam do método científico que se consiste especialmente em: - Hipótese: é a primeira tentativa de explicação para um fenômeno, fomentada por observações, experimentos e outras hipóteses de diversos cientistas e até mesmo descobertas feitas ao acaso; - Teoria: quando uma hipótese ou um conjunto de hipóteses sobrevive às mudanças e acumula um suporte experimental maior, ela é chamada de teoria, e novamente é posta a prova por demais cientistas, e pode ser modificada, revisada, confirmada e até mesmo descartada; - Método científico: é o nome dado ao conjunto de hipóteses e teorias bem aceitas de um fenômeno, já bem aceitas no meio científico, que se mostram capazes de prever a realidade com grande margem de acerto. Atualmente boa parte dos modelos são estudados utilizando-se meios computacionais que permitam o entendimento de sistemas de longa duração que dificultariam a observação dos fenômenos. Este processo é aberto aos cientistas, que compartilham idéias, descobertas e evidências de forma a ajudar na evolução do processo. Tais idéias devem seguir inúmeras regras e respeitar o denominado Código de Ética, que deve evitar a falsificação de dados e resultados obtidos, além de garantir a instrução da próxima geração de pesquisadores. Os valores, segundo Bruce Alberts, presidente da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos, são a "honestidade, generosidade, respeito pelas evidências e abertura a todas as idéias e opiniões". Mineralogia - o estudo dos minerais A mineralogia é o segmento da geologia que estuda a composição, a estrutura, a aparência, a estabilidade, os tipos de ocorrência e as possíveis associações de minerais. Os minerais são importantes para identificar as várias partes do planeta e de como elas surgiram, além de terem vasta importância econômica. Eles são os constituintes básicos das rochas, uma vez que poucas rochas apresentam apenas um tipo de mineral (os calcários, por exemplo, só apresentam um tipo de mineral: a calcita). Na definição científica, mineral é uma substância de ocorrência natural (os diamantes sintéticos não tem seu valor como mineral), sólida, cristalina (o seu arranjo atômico forma uma estrutura disposta em um arranjo tridimensional repetitivo - ao contrário das substâncias amorfas, que não apresentam esta característica), geralmente inorgânica (os minerais não podem ser formado por carbono orgânico, que forma os corpos dos animais e das plantas, no entanto, podem ser secretados por animais, tais como as conchas de ostras e de muitos outros organismos - formadas por carbono inorgânico) , são homogêneos e com uma composição química específica (mantendo as proporções atômicas, mesmo que a quantidade de alguns elementos possa variar). O átomo é a menor parte de um elemento que conserva as propriedades físico-químicas deste, ele é estruturado em duas partes principais: um núcleo denso (que contém os prótons, de carga positiva, e os nêutrons, sem carga) e uma nuvem de elétrons que permanecem em constante movimento e possuem carga negativa e massa desprezível, equilibrando as cargas elétricas e tornando o átomo eletricamente neutro. O número de prótons do núcleo de um átomo é chamado número atômico e é constante para um dado elemento. A massa atômica é dada pela soma de seus prótons e nêutrons e depende do número de nêutrons que pode variar formando vários tipos de átomos (chamados de isótopos). Exemplo: o Carbono tem seis prótons, e pode ter 6, 7 e 8 nêutrons e, portanto 3 isótopos de massas atômicas diferentes (12, 13 e 14 respectivamente). Como na natureza os átomos encontram-se misturados, as massas atômicas nunca são números inteiros, mas sempre próximas do isótopo mais abundante. Dos elementos mais abundantes na crosta terrestre, podemos citar: Oxigênio, Silício, Ferro, Alumínio, Fósforo, Cálcio, Magnésio, Potássio, Sódio e Hidrogênio. Temos também elementos não tão abundantes, mas de grande importância geológica, tais como o Lítio, o Titânio, o Manganês, o Níquel, o Cobre, o Zinco, o Chumbo, o Boro, o Carbono, o Nitrogênio, o Enxofre, o Cloro, o Flúor, o Hélio e o Argônio. A estrutura de um átomo interfere diretamente nas reações químicas que eles podem formar entre si, interagindo e produzindo novas substâncias e respeitando uma certa proporção entre os átomos, que são ligados entre si pelo que se denomina ligação química, existem basicamente dois tipos de ligações químicas: Iônica: forma mais simples de ligação química, na qual os elétrons são transferidos e os elementos são denominados íons, carregados positiva (cátion) e negativamente (ânion). A força da ligação iônica diminui à medida que a distância entre os íons aumenta. Covalente: os elétrons da última camada de valência de dois elementos são compartilhados entre si. São, em geral, mais fortes que as ligações iônicas. Quando todos os elétrons livres são compartilhados existe um tipo particular de ligação covalente, chamado de ligação metálica. FORMAÇÃO DOS MINERAIS São formados pelo processo de cristalização, que é o crescimento de um sólido a partir de um gás ou líquido gerado pelo agrupamento dos átomos constituintes na proporção e formas adequadas. Pode ser provocado especialmente a altas temperaturas e/ou pressões. Este processo é favorecido pelo fato de que a maioria dos ânions tendem a ser maiores que os cátions e começa de forma microscópica e individual e tal arranjo básico se repete por todas as direções denominadas faces cristalinas. Grandes cristais com faces bem definidas indicam que seu crescimento foi lento e estável em espaço que tornou possível o seu desenvolvimento. Os minerais também podem surgir com o abaixamento da temperatura do magma e dependem das condições de temperatura e pressão os quais o mineral em formação foi submetido. A variação destas condições pode até gerar um certo polimorfismo, como por exemplo o da grafita (mineral maleável e com átomos de carbono dispostos em camadas abertas) e o do diamante (empacotamento bem mais fechado que o da grafita). O diamante foi formado em condições de maior pressão e temperatura, no manto terrestre. Uma maior densidade sempre está relacionada com uma estrutura mais empacotada, e, portanto, uma formação sujeita a maiores pressões e/ou temperaturas. Em baixas temperaturas os minerais formados também são mais densos que os formados em temperaturas mais elevadas. FORMADORES DE ROCHAS Os minerais são classificados em oito grupos de acordo com sua composição química e de maneira geral, estes grupos são suficientes para descrever praticamente toda a crosta terrestre (esta é a razão pela qual são denominados formadores de rochas) e são: - Elementos nativos: o mineral já é o próprio elemento químico. Exemplo: Cobre metálico (Cu); - Haletos: minerais que podem ser formados pelos ânions Fluoreto, Cloreto, Iodeto e Brometo. Exemplo: Halita (NaCl) Estes dois primeiros grupos não são tão comuns quanto os demais e serão vistos com menor ênfase. - Silicatos (SiO44-): formam os minerais mais abundantes na crosta terrestre, o silicato é um ânion tetraédrico composto de um íon central de silício circundado por 4 íons oxigênio. O silicato liga-se tipicamente ao sódio, ao potássio, ao cálcio, ao magnésio e o ferro para formar os minerais. Tais tetraedros podem organizados das seguintes formas: a) isolados: são ligados de maneira a manter os tetraedros isolados uns com os outros por meio de cátions, que os separam por todos os lados. Ex.: Olivina b) cadeias simples: dois íons de oxigênio de cada tetraedro ligam-se a outros tetraedros adjacentes mantendo a cadeia aberta. Cada cadeia é ligada entre si por meio de cátions, que podem se substituir mutuamente. Ex.: Piroxênio c) cadeias duplas: duas cadeias simples podem se combinar e formar cadeias ligadas umas às outras através de íons de oxigênio compartilhados. Ex.: Hornblenda d) em folha: cada tetraedro compartilha três de seus íons oxigênio para formar empilhamento de outras folhas de tetraedros (os cátions alternam as camadas). Ex.: Micas (biotita e muscovita) e Argilominerais (caulinita) e) tridimensionais: cada tetraedro compartilha todos os seus íons oxigênio com os demais tetraedros. Ex.: Feldspato, Quartzo. O silicato de composição mais simples é o dióxido de silício (SiO2) chamado de sílica, encontrado especialmente no quartzo. Existem silicatos onde o alumínio substitui o silício, em um dos exemplos de substituição de cátions. - Carbonatos (CO32-): a calcita (CaCO3) é um dos minerais não-silicáticos mais abundantes na crosta terrestre e é constituinte de um grupo de rochas chamado de calcários. O íon carbonato consiste em um triângulo circundado por 3 íons oxigênio disposto na forma de um triângulo e os grupos de íons carbonato são dispostos em folha e são ligados por camadas de cátions. Outro carbonato importante é a dolomita, onde além da presença do íon cálcio, há a presença de magnésio. - Óxidos (O2-): são os minerais nos quais o oxigênio liga-se a átomos ou cátions de outros elementos. Sua estrutura é intimamente ligada no tamanho dos cátions metálicos e são os minerais de maior importância econômica. Ex.: hematita (minério de ferro).O espinélio é um mineral deste grupo, formado por magnésio e alumínio, apresenta uma estrutura cúbica fortemente empacotada na qualidade de gema. - Sulfetos (S2-): também de grande importância econômica, o grupo dos sulfetos apresenta minerais que aparentam ser metais e grande parte apresenta opacidade. Ex.: pirita (sulfeto de ferro) - Sulfatos (SO42-): o íon sulfato é um tetraedro composto por um íon de enxofre no centro circundado por quatro íons de oxigênio. Ex.: Gipsita e anidrita (ambos são sulfatos de cálcio - a gipsita apresenta-se ligada a moléculas de água e é mais estável na crosta terrestre, já a anidrita é um mineral que suporta as altas pressões e temperaturas do interior da terra, mas não apresenta água em sua composição química) PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS Ao entender a origem das rochas é necessário primeiramente identificar os minerais que a compõem, seja realizando o "teste da efervescência" (realiza-se com ácido clorídrico - uma eventual formação de borbulhas indica a presença de carbonatos), ou analisando as diversas características dos minerais: 1) Dureza: É a facilidade com que a superfície de um mineral pode ser riscada. Para isso utiliza-se uma escala conhecida pelo nome de Escala de Mohs que é apresentada a seguir: Talco 1 Gipsita 2 Calcita 3 Fluorita 4 Apatita 5 Ortoclásio6 Quartzo 7 Topázio 8 Coríndon 9 Diamante 10 Um mineral só será capaz de riscar o outro se sua dureza for maior. Exemplo: se um mineral desconhecido for riscado pelo quartzo, mas não pela apatita, ele tem dureza >5 e <7. A dureza é intimamente ligada com a força das ligações químicas e da estrutura cristalina formadora do mineral. Assim, o talco que apresenta estrutura foliácea tem dureza 1, já o topázio, também um silicato, mas organizado na forma de tetraedros isolados possui dureza 8. Outros fatores que interferem na dureza de um mineral é o tamanho dos íons (íons maiores diminuem a força das ligações químicas e, portanto, produzem minerais mais maleáveis), a carga (quanto maior a carga iônica, maior a atração entre eles e maior a dureza) e o grau de empacotamento dos átomos ou íons (quanto mais fechado, menor a distância entre os íons, e, portanto, mais forte a ligação química). 2) Clivagem: É a tendência que um cristal apresenta de partir-se segundo superfícies planares. Quanto mais forte uma ligação, piores são os planos de clivagem de um mineral e vice-versa. São classificadas em dois grupos de características: número de planos de clivagem e padrão de clivagem. O número de planos de clivagem reflete diretamente a estrutura cristalina do mineral (a muscovita apresenta estrutura foliácea e apenas um plano de clivagem). O padrão de clivagem pode ser usado para diferenciar um mineral do outro (por exemplo, o piroxênio quase sempre apresenta clivagem ortogonal, já o anfibólio apresenta clivagem com ângulos de 120º e 60º entre si, formando losangos). Há ainda a avaliação da qualidade de clivagem: se ela acontece de maneira fácil e gera superfícies de qualidade, é dita perfeita. A clivagem é boa quando há pequenas imperfeições em suas clivagens e regular quando acontece em direções diferenciadas. Muitos minerais de estrutura tridimensional não apresentam sequer clivagem (ligações muito fortes entre as camadas) 3) Fratura: É a tendência que os cristais têm de quebrar-se em superfícies irregulares ao invés de utilizarem os planos de clivagem. Acontecem comumente em minerais que não possuem clivagem, como o quartzo, por exemplo. As fraturas podem ser conchoidais quando lembram camadas de vidro estilhaçado ou fibrosas quando lembram madeira rachada. 4) Brilho: É o modo como a superfície de cada mineral reflete a luz. Os átomos presentes e o tipo de ligações interfere na forma na qual a luz passa ou é refletida pelo mineral. Sulfetos e metais puros apresentam, de modo geral, um brilho metálico. Substâncias iônicas possuem um brilho vítreo. Além disso, podem ocorrer outras formas de brilho, tais como, o brilho resinoso (semelhante ao âmbar), graxo (semelhante a substâncias oleosas), nacarado (cor esbranquiçada de algumas pérolas), sedoso (brilho característico de material fibroso) e adamantino (brilho intenso como o do diamante). 5) Cor: Conferida pela luz refletida através dos cristais ou do traço (depósito de pó que é deixado em uma superfície abrasiva). Dependem dos íons e das impurezas presentes nos minerais. Cada mineral exibe sua cor característica em condições específicas, e pode acontecer tanto em superfícies quebradas ou mesmo alteradas. É uma das análises mais subjetivas feitas em um mineral, já que as cores são bastante similares entre eles. 6) Densidade: É a quantidade de matéria por uma unidade de volume. Depende da massa atômica dos íons que compõem um mineral e do empacotamento do mesmo. De modo geral, minerais formados a altas pressões tem densidade maior que os formados a baixa pressão. A temperatura também afeta a densidade: quanto mais alta a temperatura, mais expandida a estrutura do mineral e, portanto, menor a densidade. 7) Hábito cristalino: É a forma como seus componentes individuais ou agregados de cristais. Pode ser placóide, fibroso, acicular (quando um mineral cresce mais em apenas uma direção) etc. As Rochas Rochas são agregados sólidos de minerais que se formam naturalmente, são determinadas dentre inúmeras propriedades e podem ter inúmeras classificações de acordo com o tipo de formação. Comumente, as rochas são classificadas em: Ígneas: são as rochas formadas pela cristalização do magma (massa de rocha fundida que se origina próxima ao manto superior), que pode atingir a temperatura de 700ºC ou mais. Cristais se formam à medida que o magma se esfria lentamente no interior da Terra. Os tipos de rochas ígneas que são formadas dependem do tempo de resfriamento e são: -Intrusivas: são rochas que se cristalizam em profundidade com o lento resfriamento do magma, dando tempo para o crescimento dos cristais microscópicos e aumentando a granulometria da rocha. O granito é um exemplo de rocha intrusiva: seus componentes principais, tais como o feldspato, a biotita e o quartzo são facilmente distinguíveis a olho nu. -Extrusivas: quando o magma chega velozmente à superfície por meio de erupções vulcânicas e resfria-se rapidamente, os minerais não conseguem tempo para crescer, e a granulação das rochas passa a ser fina. O basalto é um exemplo de rocha extrusiva. Em geral, o mineral presente nas rochas ígneas é do tipo silicático, devido à abundância do elemento e também pelo fato dos silicatos fundirem-se nas condições de surgimento das rochas ígneas. Os minerais mais comuns encontrados nas rochas ígneas são o quartzo, o feldspato, a mica, o piroxênio, o anfibólio e a olivina. Sedimentares: sedimentos são encontrados na superfície terrestre em camadas de partículas de areia, conchas de organismos e silte e são formados pelo intemperismo físico-químico que os materiais da crosta estão sujeitos. A erosão transporta estas partículas aos locais onde são depositados, formando dois tipos de sedimentação: - Sedimentação clástica: do grego klastos, quebrado. São os sedimentos depositados fisicamente pelo vento, pela água e pelo gelo. - Sedimentação química ou bioquímica: são sedimentos de substâncias novas formadas por precipitação de quando os componentes das rochas entram em contato com a água do mar, por exemplo. A calcita libera carbonato e a halita, cloreto de sódio, que irão se depositar nas rochas. Os sedimentos passam por alguns processos que acabam por transformá-los em rochas sólidas, denominados genericamente de litificação, que ocorre de uma das seguintes maneiras: - Por compactação: os grãos são compactados pelo peso do sedimento superior, aumentando a densidade da massa original; - Por cimentação: os minerais precipitam-se ao redor das partículas depositadas e agregam-nas umas às outras. As rochas sedimentares são caracterizadas pela estratificação, formação continuada de camadas paralelas de sedimentos e que cobrem grande parte dos continentes e do fundo dos oceanos. Constituem a maior parte das rochas encontradas em superfície terrestre, porém dificilmente são preservadas. Os silicatos novamente são os minerais mais comuns encontrados em rochas sedimentares, pela predominância dos mesmos em crosta. As rochas sedimentares formadas por precipitação de maneira geral são os carbonatos. Metamórficas: são as rochas produzidas quando as altas temperaturas e pressões das profundezas da Terra atuam em qualquer tipo de rocha, alterando sua mineralogia, forma ou composição química, sem alterar sua forma sólida. As temperaturas estão abaixo dos 700ºC que possibilitam a formação das rochas ígneas, mas não baixas o bastante de modo a impedir as reações químicas. O metamorfismo acontece por contato ou por região. No primeiro, as altas temperaturas se restringem a áreas pequenas, no último, as condições extremas estendem-se a amplas regiões, acompanhando geralmente colisões de placas, gerando dobramentos e fratura de cadeias montanhosas. As rochas metamorfizadas regionalmente possuem foliação (superfícies onduladas) características das dobras ocasionadas na rocha. As rochas são encontradas de acordo com padrões histórico-geológicos de uma dada região, mapeados por geólogos superficialmente (e contendo previsões do subterrâneo) tentando deduzir o passado geológico. Eles são feitos por meio de grandes perfurações realizadas em diversos pontos do planeta e por análise de afloramentos, locais onde a rocha está exposta e pode ser facilmente analisada. O Ciclo das Rochas Resultado da interação de dois dentre os três sistemas fundamentais da Terra: o clima e a tectônica das placas. Com eles, materiais são trocados entre o interior da Terra, a superfície, os oceanos e a atmosfera. Acontece da seguinte maneira: 1) A convergência de uma placa oceânica em uma placa continental forma uma cadeia de montanhas vulcânicas; 2) A placa convergente funde-se à medida que mergulha, o magma é expelido ou infiltra-se na crosta; 3) Do resfriamento do magma, formam-se as rochas vulcânicas (ígneas extrusivas) e as rochas plutônicas (ígneas intrusivas); 4) As montanhas forçam o resfriamento do ar, agora carregado de umidade, que condensa e precipita; 5) A precipitação, o congelamento e o degelo criam material solto - sedimento - carregado pela erosão; 6) É transportado para cursos d'água e sofre litificação, tornando-se rochas sedimentares; 7) O soterramento provoca o afundamento da crosta (subsidência); 8) Onde os continentes colidem, as rochas são soterradas ou comprimidas por pressão extrema, que culmina na formação de montanhas - orogenia; 9) As rochas sedimentares soterradas em profundidades maiores aquecem-se e geram as rochas metamórficas; 10) O calor aumenta a chance de fusões posteriores e novas convergências inter-placas, reiniciando o ciclo. Rochas Ígneas Ígneo é uma palavra de origem latina, ignis, e refere-se àquilo que tem origem no fogo. Portanto, rochas ígneas são aquelas cuja formação se deu a altas temperaturas, a partir de matéria mineral fundida em grandes profundidades e que, pode extravasar na superfície em erupções vulcânicas. A textura das rochas ígneas: Em um primeiro momento, as rochas ígneas foram separadas em dois grandes grupos: cristalina grossa e cristalina fina. Cabia aos cientistas identificarem os fatores que ocasionam estas diferenças, e para isso foram analisados três pontos: 1) Observação de erupções vulcânicas: por meio da observação, os cientistas descobriram que as rochas formadas pelo magma resfriado lentamente possuía cristais maiores que as rochas formadas pelo magma rapidamente resfriado; 2) Estudos de cristalização em laboratório: desta análise, os cientistas puderam perceber as movimentações de componentes durante um processo de cristalização e entender o motivo da disposição dos minerais em rochas; 3) Análise do granito: o granito foi uma das primeiras rochas ígneas extrusivas a ser analisada pelos cientistas e geólogos, que começavam a entender o porquê de sua estrutura. Hutton, um destes pioneiros, descobriu mais e mais granitos entranhados em rochas sedimentares (como se fossem líquidos). Concluiu então que as rochas sedimentares foram aquecidas pelo calor do granito e resfriadas lentamente no interior da Terra. A textura das rochas intrusivas então está ligada ao tempo de resfriamento, que por ter sido lento, propiciou o desenvolvimento dos cristais (fenocristais), possuindo granulação grossa (fanerítica). Seu nome, intrusiva, advém do fato que ela forçou o caminho nas rochas vizinhas denominadas encaixantes. As rochas ígneas extrusivas, pelo contrário, sofreram resfriamento rápido na superfície terrestre e, portanto, apresentam texturas de granulação finas (afanítica) ou têm aparência vítrea. Surgem em erupções vulcânicas, por isso também são conhecidas como rochas vulcânicas e podem pertencer a duas categorias principais: - Lavas: as rochas formadas por lavas apresenta aparência variada, dependem das condições que se formaram; - Rochas piroclásticas: formadas em erupções violentas, os piroclastos são lançados ao ar (os mais finos originam a chamada cinza vulcânica). As rochas piroclásticas podem ter aparência porosa (como a pedra-pomes), ou mesmo serem densas (como a obsidiana, que, quando cortada, apresenta bordas muito afiadas). Existem ainda rochas como o pórfiro, que apresentam características tanto intrusivas, como extrusivas. Tal rocha é interessante, pois mostra que os diversos minerais crescem em velocidades distintas e podem se desenvolver em ambientes diferenciados. A composição químico-mineralógica: Atualmente, as classificações agrupam as rochas ígneas de acordo com suas proporções relativas de minerais silicosos quartzo, feldspatos, micas, anfibólios, piroxênio e olivina - formando uma série sistemática dividida entre dois extremos: o das rochas denominadas félsicas, e o das rochas máficas. As rochas félsicas (também chamadas de ácidas) são ricas em minerais com alto teor de sílica, sódio e potássio. Tais minerais são o quartzo, o feldspato postássico e o plagioclásio. As rochas, portanto, apresentam cores mais claras. Exemplo: granito (intrusivo) e riolito (extrusivo). As rochas máficas (também chamadas de básicas) são ricas em piroxênios e olivinas, com alto teor de férro, cálcio e magnésio. Suas cores são mais escuras. Exemplo: glabro (intrusivo) e basalto (extrusivo). Há ainda as rochas ultramáficas que são constituídas fundamentalmente de minerais máficos e as rochas intermediárias (representadas pelo andesito) que apresentam composição química variada, que não permite englobá-las em nenhum dos grupos. Quadro-resumo: Rocha Félsica -> + Sílica + Sódio + Potássio Temperatura de fusão: BAIXA Viscosidade do magma formado: ALTA (pode "entupir" vulcões e gerar erupções explosivas) Rocha Máfica -> + Ferro + Cálcio + Magnésio Temperatura de fusão: ALTA Viscosidadedo magma formado: BAIXA Formação dos magmas O termo magma provém do grego e refere-se originalmente a uma massa ou pasta. Na geologia, magma é qualquer material rochoso fundido, de consistência pastosa que apresenta grande mobilidade e que, ao consolidar origina rochas denominadas ígneas. As rochas fundem-se de maneira parcial, pois os minerais presentes na rocha possuem diferentes pontos de fusão. A proporção entre sólido e líquido em uma fusão parcial depende, além das temperaturas de fusão dos minerais e da composição, da temperatura do nível da crosta ou do manto onde a fusão ocorre. Os diferentes magmas são, na verdade, formados pelas diferentes proporções de fusão parcial encontradas no planeta. Existem alguns fatores que interferem na temperatura de fusão, entre eles a pressão (um nível maior de pressão implica em um aumento considerável no ponto de fusão das rochas e dos minerais presentes - o simples movimento ascendente do manto terrestre provoca a fusão espontânea de inúmeras rochas sólidas presentes em níveis inferiores, por descompressão) e a quantidade de água envolvida (quanto maior o número de moléculas de água "dissolvidas" nas rochas e nos minerais, há uma redução considerável no ponto de fusão das mesmas). A maior parte das substâncias é menos densa na forma líquida que na forma sólida, e não é diferente com as rochas. Isso provoca a ascensão constante do magma à superfície terrestre, misturando-se com demais magmas e influenciando na fusão da crosta litosférica, gerando "borbulhas de rocha fundida", as quais formam as câmaras magmáticas - cavidades na litosfera preenchidas com magma, que se contraem em erupções vulcânicas. A profundidade das camadas de magma depende de quão rápido as temperaturas elevam-se à medida que atingimos locais mais profundos da crosta terrestre (existem lugares onde 40km de profundidade são suficientes para atingir uma temperatura de 1000ºC, que já é capaz de fundir o basalto). O processo da diferenciação magmática Os magmas tem composição diferenciada e depende da composição da rocha geradora, das condições de ocorrência e a taxa de fusão e da história evolutiva deste magma deste magma, mas no geral, pode-se afirmar que no magma estão presentes alguns elementos químicos, dentre os quais Oxigênio, Silício (mais abundantes), Cálcio, Ferro, Magnésio, Sódio, Potássio, Manganês, Titânio e Fósforo. É o nome dado ao fenômeno que permite o surgimento de rochas com proporções variadas a partir de um magma parental uniforme. Ele ocorre porque diferentes minerais cristalizam-se a temperaturas distintas, modificando a composição do mesmo à medida que ele empobrece-se dos elementos químicos já cristalizados. Os minerais que se cristalizam primeiro são os que se fundem por último (isto acontece pois o magma vai perdendo substâncias e se resfriando no processo), num processo denominado cristalização fracionada. À medida que a temperatura do magma decresce, a composição do magma modifica-se, passando de ultra-máfica a félsica. A cristalização fracionada dos minerais obedece a uma série conhecida como Série de reação de Bowen, abaixo representada: Os magmas basálticos são muito mais comuns que os magmas riolíticos (cuja composição se assemelha a do granito), mas como explica-se a predominância de granitos na crosta terrestre? Por análise de fenômenos geológicos, seria necessário um volume muito grande de magma basáltico para que ele se convertesse (por diferenciação magmática) em magma riolítico com quantidade de substâncias necessárias para formar o granito e, no entanto, mesmo no fundo oceânico, onde é encontrado basalto em grande quantidade, pouco se converte em granito. A diferenciação magmática, então, passa a ser bastante questionada (embora ocorra de fato, há uma complexidade maior do que a imaginada), os pontos agora observados são as fusões das rochas-fonte do manto superior e da crosta. Os principais problemas encontrados na teoria da diferenciação magmática são a presença de uma menor uniformidade no processo de resfriamento, as temperaturas das câmaras magmáticas não são constantes, há magmas imiscíveis e, quando miscíveis, podem ocorrer alterações nas características dos magmas neste processo. Intrusões magmáticas - as formas das rochas ígneas intrusivas Plútons: Grandes massas ígneas formadas em profundidade, são estudados quando soerguidos e/ou erodidos e até mesmo utilizando-se minas ou furos de sondagem. São de grande variedade, pois o magma abre espaço para si mesmo de maneiras diferentes (intrusão forçada: o magma fratura as rochas e flui através delas; rompimento: o magma invade a crosta, rompendo blocos da mesma; fusão das rochas encaixantes: o magma funde as paredes das rochas presentes) e de forma gradual, dando uma aparência similar a rochas sedimentares ao plúton. Os batólitos são os maiores corpos plutônicos (em oposição aos stocks), que cobrem áreas superiores a 100km² e são chamados de intrusões discordantes, pois cortam as camadas das rochas encaixantes. Soleiras e diques: São similares aos corpos plutônicos, mas são menores e apresentam relação diferente nas rochas encaixantes. As soleiras é um corpo tabular que é formado pela injeção de magma entre as camadas paralelas da rocha pré-existente. (Intrusão concordante) Os diques são a principal rota de transporte magmático pela crosta, são também corpos tabulares, porem cortam o acamamento das rochas encaixantes seccionando-as (os diques apresentam textura variável, pois apresentam resfriamentos a taxas diferentes, uma vez que cortam diversas profundidades de rocha) Os lacólitos são uma variação das soleiras, porém eles arqueiam a parte superior das rochas, obtendo sua forma característica de cogumelo. O resfriamento de corpos ígneos tabulares pode causar um padrão distinto de fraturamento das rochas que é conhecido como disjunção colunar, gerando prismas com faces bem formadas, gerados devido à rápida perda de calor da lava. Veios: São depósitos de minerais que se localizam em uma fratura e não tem a mesma origem da rocha encaixante. É onde são encontrados boa parte dos minerais raros e com algum valor econômico. Alguns são preenchidos com minerais com grandes quantidades de água, que foi abundante no processo de formação, seja na rocha intrusiva ou na encaixante. São chamados de hidrotermais. Alguns deles originam as correntes marítimas. Intemperismo e Erosão Intemperismo é o processo pelo qual as rochas são destruídas na superfície da Terra. É o que origina as argilas, os solos e as substâncias dissolvidas presentes na água dos rios e dos oceanos. Ocorre de dois modos: - Intemperismo químico: ocorre quando os minerais são quimicamente alterados ou dissolvidos. O desgaste em monumentos antigos é causado principalmente pelo intemperismo químico; - Intemperismo físico: ocorre quando uma rocha sólida é fragmentada por processos mecânicos que não alteram sua composição química Erosão é o conjunto de processos que desagregam e transportam material sólido alterado da superfície da Terra, fazendo com que as posteriores camadas de material estejam mais sujeitas ao intemperismo. Ambos processos são importantes para o ciclo das rochas e sistemas da Terra e modelam a superfície da crosta, alteram materiais rochosos em sedimentos e formando solos. Para que haja intemperismo físico, quase sempre é necessária a ocorrência de intemperismo químico. FATORES QUE CONTROLAM AS TAXAS DE INTEMPERISMO A natureza da rocha-matriz: As composições mineralógicas distintas, a composição química das porções externas dos grãos, a estrutura da rocha (uma rocha maciça apresenta uma taxa de intemperismo menor que uma que apresente facilidade em fraturar-se) e a solubilidade dos minerais formadores em água (de uma maneira geral, quanto mais solúvel em água um mineral, maior a chance dele ser atingido pelo intemperismo). O clima - chuva e temperatura: Altas temperaturas e chuvas intensas promovem a reprodução de microorganismos que podem elevar a taxa de intemperismo. De uma maneira similar, aridez intensa e o frio retarda o processo. A solubilidade da água fica prejudicada em climas frios (está na forma de gelo) e em climas áridos (está presente em pouca quantidade), o que implica em uma redução no intemperismo químico. O intemperismo mecânico, por sua vez, pode atuar da mesma forma. Solo O solo é composto por fragmentos de rocha, argilominerais e por matéria orgânica depositada por organismos que nele vivem. O processo formador do solo é dito processo de retroalimentação positiva (o próprio produto do processo impulsiona o próprio processo). O solo retém a água da chuva e apresenta inúmeros organismos (micro e macroscópicos, tais como: bactérias, vegetais, mamíferos etc) que tornam o ambiente ácido que atua juntamente com a umidade elevando as taxas de intemperismo químico. As raízes das árvores e as cavidades feitas por organismos são os intempéries físicos do solo. Tempo de exposição Quanto maior o tempo de exposição de uma rocha, mais intenso é o intemperismo que agiu sobre a mesma. É possível estimar idades de rochas e tempos de erupções vulcânicas analisando o desgaste encontrado nas rochas, com relativa precisão. Diminuem <---------------------- Taxas de intemperismo ----------------------> Aumentam Solubilidade do mineral em água Baixa / Moderada / Alta Estrutura Maciça / Média / Muito fraturada ou fina Chuva Baixa / Moderada / Alta Temperatura Frio / Moderada / Quente Perfil do solo Nenhum / Fino / Espesso Contato com material orgânico Nulo / Médio / Intenso Tempo de exposição Curto / Moderado / Longo Em negrito, temos as condições ideais para que o intemperismo químico se desenvolva. O PAPEL DA ÁGUA NO INTEMPERISMO DO FELDSPATO (silicatos em geral) O comportamento do intemperismo no feldspato ajuda a entender os processos intempéricos de diversos minerais pois: há uma grande abundância de minerais silicosos na Terra e que não há grande diferença entre os processos que ocorrem no feldspato e nos outros minerais. O feldspato é bastante deteriorado em climas tropicais e úmidos e transforma-se quase que completamente em argila, chamada de caulinita, utilizada em diversas produções de materiais cerâmicos ao redor do mundo. É formada por hidrólise do mineral original, que o fragmenta e ocasiona a perda de inúmeros agentes químicos. (Tal reação é similar à da preparação de um café o pó é o resíduo, e a solução resultante apresenta inúmeras substâncias, dentre as quais a cafeína) Tal produção de caulinita depende da estrutura do feldspato e é particularmente mais intensa em resíduos mais finos do mineral. A reação do feldspato potássico - o ortoclásio - com a água libera íons de potássio, sílica e deixa como resíduo um novo mineral conhecido por caulinita - Al2Si3O5(OH)4. No processo de formação do novo mineral, são perdidos potássio e sílica, e absorvidos água (hidratação - presente em inúmeros processos intempéricos). DIÓXIDO DE CARBONO, INTEMPERISMO E CLIMA A variação da concentração de gás carbônico na atmosfera leva a uma variação correspondente na taxa de intemperismo (agindo no solo o dióxido de carbono eleva o intemperismo). Além disso, esta substância é conhecida como sendo um gásestufa, que torna o clima da Terra cada vez mais quente - e, novamente, influencia o intemperismo. O intemperismo converte dióxido de carbono em íons carbonato decrescendo a taxa de CO2 na atmosfera e torna a reduzir as temperaturas terrestres. O decréscimo no intemperismo faz a quantidade da substância na atmosfera aumentar e o ciclo se reinicia. Ciclo do dióxido de carbono: 1) Com a taxa de intemperismo reduzida; 2) Aumenta a concentração de dióxido de carbono atmosférico; 3) Que, no solo e no aquecimento global gerados, elevam a taxa de intemperismo; 4) O intemperismo reduz o dióxido de carbono em íons carbonato, causando o esfriamento climático; 5) A taxa de CO2 reduzida e as baixas temperaturas reduzem o intemperismo. O ácido carbônico é um dos principais aceleradores do intemperismo terrestre: ele altera o feldspato e a calcita, gerando resíduos bicarbonáticos. Atinge o solo naturalmente por meio de precipitações e é transportado pela água de rios, lagos e oceanos. O solo é naturalmente ácido, somado ao ácido carbônico e demais ácidos precipitados (ácido sulfúrico e nítrico - gerados pela emissão de poluentes) e é portanto um grande acelerador do intemperismo em rochas. INTEMPERISMO DOS CARBONATOS Os carbonatos dissolvem-se de maneira rápida quando atacados pelo intemperismo (muito mais veloz que o intemperismo da olivina - mineral presente em rochas ultramáficas, de baixa concentração de sílica - mineral silicático que reage mais rapidamente ao intemperismo). O calcário e a dolomita alteram-se rapidamente em regiões úmidas e não formam argilominerais, são totalmente dissolvidos e levados nas soluções presentes nas precipitações. Há grande formação de íons de cálcio e magnésio, bem como bicarbonatos. ESTABILIDADE QUÍMICA Quanto maior a estabilidade química (medida da tendência que uma substância tem de resistir numa dada forma química e não reagir-se espontaneamente), menores são as chances de um material ser alterado pelo intemperismo. Tal característica depende não só da composição, mas em relação ao meio em que são encontrados. A solubilidade que um mineral específico apresenta em relação a água também é fator determinante na estabilidade química do mesmo - quanto maior a quantidade de água que consegue entrar em contato com os componentes do mesmo, maiores são as chances de ocorrer uma reação química favorável. A taxa de dissolução também interfere inversamente na estabilidade (quanto mais rápido um mineral se dissolve, menor a sua estabilidade) Estabilidade relativa dos minerais do mais estável ao mais instável Óxidos de ferro (hematita) Hidróxidos de alumínio (bauxita) Quartzo Argilominerais Moscovita Ortoclásio (feldspato potássico) Biotita Albita (feldspato sódico) Anfibólios Piroxênio Feldspato cálcico Olivina Calcita Halita Observe que a estabilidade segue a ordem inversa da série de Bowen, ou seja, minerais que se cristalizaram por último são mais estáveis que os primeiros. Minerais com maior taxa de sílica (por exemplo as rochas félsicas) são mais estáveis que as rochas máficas (a olivina, por exemplo, é uma das menos estáveis, a mais instável do grupo das silicáticas). O PAPEL DO OXIGÊNIO NO INTEMPERISMO O ferro é um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre, porém não é encontrado puro nativamente. Boa parte do minério utilizado para fins econômicos e industriais é formado pelo intemperismo de silicatos ricos em ferro (piroxênio e olivina) a o ferro gerado na dissolução destes minerais é capturado pelo oxigênio da atmosfera e forma óxidos de ferro (Outro processo importante do intemperismo químico é a oxidação). O piroxênio de ferro dissolve-se e libera sílica e ferro (II), oxidado pelo oxigênio atmosférico é formado ferro (III) que combina-se com a água e precipita-se na forma de hematita. INTEMPERISMO FÍSICO Em regiões áridas, o intemperismo químico tende a ser mínimo (tanto pela praticamente ausente quantidade de microorganismos, como pela falta de umidade do ar), então fica mais clara a presença do intemperismo físico. Os fragmentos de rocha de diversos tamanhos, fraturas da rocha-matriz, minerais que se desagregam das rochas entre outras mudanças na estrutura são alguns exemplos de intemperismo físico. Note que o intemperismo físico é intensificado pela ação do intemperismo químico, e dificilmente os dois tipos estarão agindo de maneira separada. A fragmentação das rochas é determinada por inúmeros fatores, dentre os quais: 1) Zonas naturais de fraqueza: as rochas apresentam regiões e/ou planos onde existe maior facilidade de que ocorra fraturas. Rochas maciças tendem a se fragmentar em planos regulares (juntas). O processo de fraturamento começa quando uma rocha é soerguida à superfície terrestre, já livre da pressão, e abre-se livremente. 2) Atividade de organismos: os organismos penetram nas fraturas pré-existentes e as alargam, seja por ação química ou física. Ex.: raízes de uma árvore fraturando uma rocha. 3) Acunhamento do gelo: quando a água congela, ela exerce uma força para os lados que pode fissurar rochas, alargando fraturas como se fossem cunhas. 4) Cristalização mineral: em regiões áridas, as soluções geradoras do intemperismo químico evaporam, e os minerais resultantes deste intemperismo químico cristalizam-se gerando reações expansivas. 5) Alternância de temperaturas: as rochas tendem a fragilizar-se por constantes processos de contração e expansão, causados pelo frio e calor, respectivamente. 6) Esfoliação e alteração esferoidal: a esfoliação ocorre quando grandes lâminas fraturam-se e destacam-se do afloramento, já a alteração esferoidal também é um processo de fraturamento e desprendimento de material, mas este ocorre de formas curvas, como as de um descascamento de cebola. 7) Presença de elementos naturais: os rios também são grandes agentes no intemperismo físico, seja quando batem no leito rochoso ou mesmo quando toda sua força é despejada em rochedos na forma de quedas-d'água. EROSÃO O intemperismo físico de maneira geral diminui o tamanho dos materiais envolvidos, tornando mais fácil o transporte deles pela chuva, pela água dos rios e dos mares e até mesmo pelo vento. A primeira etapa da erosão sempre começa com deslocamentos de massa, que em relevos íngremes isto é bem mais evidente (deslizamentos de terra, por exemplo). Tais deslocamentos de terra e até mesmo materiais pouco deslocados, formam uma camada de material alterado, heterogêneo e desagregado, que pode incluir partículas de rocha, argilominerais, óxidos de ferro entre outros materiais intempéricos. Tal camada é denominada "solo". (Para os geólogos, tal camada denomina-se regolito, solo é a fina camada que apresenta material orgânico, como o húmus, e que pode suportar a vida) A cor dos solos é variável e depende dos materiais presentes no mesmo. Os solos marrom-avermelhados são ricos em ferro, já os solos pretos são ricos em matéria orgânica. Há também diferentes texturas de solos (alguns possuem areia e seixos, outros uma maior quantidade de argila). Perfis de solo: Horizonte A: camada superior do solo, geralmente com até 2 m de espessura, é onde concentra-se maior parte da matéria orgânica, a argila e minerais insolúveis - como o quartzo. Horizonte B: camada sotoposta ao horizonte A, com pouca ou nenhuma quantidade de matéria orgânica e grande quantidade de minerais solúveis e óxidos metálicos. Horizonte C: camada que apresenta o substrato rochoso com pouca alteração, misturada com argilas do intemperismo químico. Existem dois tipos principais de solo: - Solos residuais: correspondem à maioria dos solos presentes na crosta terrestre, são provenientes da decomposição e da degradação de rocha subadjacente. Podem ser eluviais (são homogêneos e isotrópicos) ou de alteração (ocorre geralmente abaixo do solo eluvial e apresenta-se heterogêneo por possuir boa parte de resíduos rochosos originais) - Solos transportados: são os solos provenientes da erosão, do transporte e deposição de solos pré-existentes. Comuns em áreas restritas de terras baixas, confundem-se com sedimentos depositados por rios, mas no entanto, sua textura e composição diferem-se dos últimos. Grupos de solos: (afetados principalmente pela ação do clima - que modifica o grau de produção, absorção e de transporte de materiais que virão a constituir solos Clima temperado - grupo pedalfer Seu nome deriva-se do grego pedon, que significa "chão", e das substâncias químicas alumínio e ferro. O horizonte A contêm abundantes minerais insolúveis, como o quartzo e argilominerais, além de uma camada de húmus. No horizonte B contém óxidos de ferro e alumínio e materiais solúveis lixiviados. São solos bons para a agricultura. Clima úmido - grupo lateritos Em climas quentes e úmidos há maior intemperismo e os solos tendem a se tornar espessos. De modo geral são cobertos por extensas vegetações (são as florestas tropicais). Lateritos são solos vermelhos profundos onde predominam óxidos de ferro e alumínio e uma zona de lixiviação. Eles não são solos produtivos para o plantio pela falta de matéria orgânica e o desmatamento praticamente elimina o pouco húmus presente - os solos só são utilizados agricolamente por poucos anos. Clima seco - grupo pedocal A escassez de água e a ausência de vegetação dificultam a ação do intemperismo nos delgados solos de regiões áridas. O horizonte A de modo geral apresenta inúmeros minerais inalterados e fragmentos de rocha. São ricos em cálcio (as poucas chuvas permite a formação de nódulos de carbonatos de cálcio) e pobres em matéria orgânica. São menos férteis que os do grupo pedalfer. Os paleossolos (solos preservados como rochas no registro geológico) permitem estudar o clima antigo e para quantificar as quantidades de gases na atmosfera (notadamente oxigênio e dióxido de carbono). Além dos solos, o intemperismo também produz a matéria-prima dos sedimentos, como areia e silte, que irão formar as rochas sedimentares. OUTROS AGENTES DO INTEMPERISMO O homem é um dos maiores agentes intempéries da natureza. A poluição industrial intensifica a chuva ácida além das constantes escavações para mineração e construção de rodovias, edifícios etc. Existe também a contaminação do solo por materiais tóxicos, tais como sais, derivados do petróleo e pesticidas, que acelera inúmeros processos erosivos.
