a alteração mineral nos principais tipos de rochas: sienitos, basaltos, granitos, riolitos e...
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Rocha é uma associação natural de minerais, que por diversos motivos acabam ficando unidos, e embora coesa, a rocha nem sempre é homogênea. A partir da sua exposição e proximidade aos agentes intempéricos próximos a superfície terrestre, esta começa a se alterar de diversas maneiras, dependendo das condições do ambiente em que a rocha está sofrendo alteração. Assim sendo, o intemperismo é o conjunto de modificações de ordem física e química em que sofrem as rochas, ao aflorar na superfície terrestre, e assim, os produtos desse intemperismo estão sujeitos aos diversos processos do ciclo supérgeno.As rochas mais comuns na crosta terrestre são de composição granitóide (95% da crosta), ou seja, são formadas essencialmente por quartzo, feldspato potássico e plagioclásio, mas dentre as demais rochas constituintes da crosta pode-se citar: os basaltos e diabásios compostos por piroxênio, plagioclásio, olivina e anfibólio; e os sienitos de composição feldspática essencialmente, com ausência, ou rara ocorrência de quartzo. E também as rochas de caráter sedimentar (5% da crosta), como os calcários, formados por minerais carbonáticos. Essas diferentes composições mineralógicas existentes nas diferentes rochas irão gerar diferentes produtos, quando alteradas pelo intemperismo. Alteração essa, que depende de diversos fatores como clima, quantidade de água, eficiência na drenagem/lixiviação, pH da água, dentre outros.TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
GSA – Departamento de Geologia Sedimentar e Ambiental
Programa de Recursos Minerais e Meio Ambiente
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GSA 5836 Geoquímica da Interação Solo – Rocha – Água
Prof. Dr. Raphael Hypolito
A Alteração Mineral nos Principais
Tipos de Rochas: Sienitos, Basaltos,
Granitos, Riolitos e Calcários.
Deyna Pinho
3140812
- DEZEMBRO 2004 -
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GSA 5836 Geoquímica da Interação Solo-Rocha-Água
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ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 2
2. OS PRINCIPAIS MINERAIS CONSTITUINTES DAS ROCHAS .................................... 2
3. O INTEMPERISMO E A FORMAÇÃO DE SOLOS ........................................................ 4
3.1. Os Tipos de Intemperismo ................................................................................... 5
3.1.a) Intemperismo Físico: ........................................................................................... 5
3.1.b) Intemperismo Químico: ........................................................................................ 6
4. A ALTERAÇÃO MINERALÓGICA NAS ROCHAS ........................................................ 6
4.1. Fatores que Influenciam na Alteração ................................................................. 6
4.2. Características dos Minerais que Influenciam na Alteração .............................. 7
4.3. Mecanismo de Alteração dos Minerais ................................................................ 9
5. A ALTERAÇÃO NOS DIFERENTES TIPOS DE ROCHAS ..........................................11
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS .............................................................................12
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1. INTRODUÇÃO
Rocha é uma associação natural de minerais, que por diversos motivos acabam
ficando unidos, e embora coesa, a rocha nem sempre é homogênea. A partir da sua
exposição e proximidade aos agentes intempéricos próximos a superfície terrestre, esta
começa a se alterar de diversas maneiras, dependendo das condições do ambiente em que
a rocha está sofrendo alteração.
Assim sendo, o intemperismo é o conjunto de modificações de ordem física e
química em que sofrem as rochas, ao aflorar na superfície terrestre, e assim, os produtos
desse intemperismo estão sujeitos aos diversos processos do ciclo supérgeno.
As rochas mais comuns na crosta terrestre são de composição granitóide (95% da
crosta), ou seja, são formadas essencialmente por quartzo, feldspato potássico e
plagioclásio, mas dentre as demais rochas constituintes da crosta pode-se citar: os basaltos
e diabásios compostos por piroxênio, plagioclásio, olivina e anfibólio; e os sienitos de
composição feldspática essencialmente, com ausência, ou rara ocorrência de quartzo. E
também as rochas de caráter sedimentar (5% da crosta), como os calcários, formados por
minerais carbonáticos.
Essas diferentes composições mineralógicas existentes nas diferentes rochas irão
gerar diferentes produtos, quando alteradas pelo intemperismo. Alteração essa, que
depende de diversos fatores como clima, quantidade de água, eficiência na
drenagem/lixiviação, pH da água, dentre outros.
2. OS PRINCIPAIS MINERAIS CONSTITUINTES DAS ROCHAS
Dentre as principais rochas existentes na crosta, cinco rochas foram escolhidas para
a descrição de seus minerais constituintes, e quais seriam os produtos da alteração desses
minerais. Assim cita-se: Granitos, Basaltos, Riolitos, Sienitos e Calcários.
Os granitos, riolitos, basaltos, e sienitos são todas rochas ígneas, ou seja, formadas
a partir do resfriamento ou cristalização do magma, mas possuem grandes diferenças entre
si. Os granitos e riolitos são rochas de caráter ácido, ou seja possuem abundância de sílica
(SiO2) na sua composição, só que a primeira foi resfriada lentamente em profundidade
(rocha intrusiva ou plutônica), e a segunda foi resfriada rapidamente em superfície (rocha
estrusiva ou vulcânica).
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Os granitos são rochas ígneas intrusivas que possuem 10 a 65% de plagiclásio, 35 a 90% de Feldspato Potássico e 20 a 60% de quartzo, além desses minerais os granitos podem conter anfibólio, muscovita, biotita e demais minerais acessórios.
Os Sienitos são rochas ígneas intrusivas que possuem um caráter alcalino, ou seja, são pobremente saturadas, ou insaturadas em sílica que possuem 75 a 100% de feldspato potássico, 0 a 35% de plagioclásio, 0 a 20% de quartzo ou 0 a 10% de feldspatóide, podendo ter também piroxênio, anfibólio, muscovita e biotita.
Os Riolitos são rochas ígneas extrusivas que possuem a mesma composição mineralógica principal dos granitos, mas podem possuir dentre 5 a 8% de piroxênio e anfibólio, biotita e demais minerais acessórios.
Os basaltos são rochas vulcânicas de caráter básico, ou seja, não possuem muita sílica na sua composição, podendo conter, 90 a 100% de plagioclásio, 0 a 10% de feldspato potássico, 0 a 20% de quartzo e 10 a 90% de piroxênio e anfibólio.
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Resumindo, as rochas graníticas possuem uma composição quartzo-feldspáticas, as
rochas sieniíticas possuem uma composição essencialmente fedspática, os basaltos
possuem uma composição cálcio-feldspática (plagioclásio) com piroxênio e olivina, e
enquanto que os riolitos possuem uma composição granítica, mas são rochas vulcânicas..
Enquanto que os calcários são rochas sedimentares formadas essencialmente por calcita
(Carbonato de Cálcio).
3. O INTEMPERISMO E A FORMAÇÃO DE SOLOS
Os principais fatores que controlam a ação intempérica são o clima que é expresso
como uma variação sazonal da temperatura e na distribuição de chuvas, o relevo que
influencia as drenagens e as condições de lixiviação, a fauna e aflora que fornecem matéria
orgânica para as reações químicas e remobilizam materiais da rocha parental, e por último o
tempo de exposição da rocha aos agentes intempéricos.
A formação de solo ou pedogênese ocorre quando as modificações causadas pelo
intemperismo, que são essencialmente químicas e mineralógicas, tornam-se estruturais, ou
seja, a formação do solo se dá quando há uma reorganização e transferência dos minerais
formadores de solo.
Os calcários são rochas sedimentares, mas formadas por preciptação química de carbonatos provenientes de ambiente marinho, podendo conter até 10% de dolomita (CaMg(CO3)2), e ter entre 90 a 100% de calcita (CaCO3).
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A cooperação do intemperismo mais a pedogênese levam a formação de um perfil de
alteração, ou perfil de solo (Figura 1), que é estruturado verticalmente, a partir da rocha
fresca e que gradativamente se torna mais diferenciados quanto mais afastado estiver da
rocha fresca, rocha sã, ou rocha-mãe.
Figura 1: Perfil de Solo
3.1. Os Tipos de Intemperismo
Se o intemperismo agir modificando as características físicas das rochas, como a
morfologia, resistência, textura, estrutura, este é considerado como intemperismo físico. Se
os processos intempéricos agirem modificando as caracterísitcas químicas dos minerais
constituintes das rochas, este é considerado como intemperismo químico.
3.1.a) Intemperismo Físico:
Referente aos processos que causam desagregação das rochas, com separação dos
grãos minerais, e sua fragmentação, transformando a rocha em um material descontínuo e
friável. Os principais agentes do intemperismo físico são: as grandes amplitudes na
mudança sazonal de temperatura, causando expansão e contração térmica nos materiais
rochosos; o congelamento de água nas fissuras também pode provocar um aumento no
fraturamento, até a fragmentação total da rocha.
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3.1.b) Intemperismo Químico:
Referente aos processos que causam a alteração dos minerais que constituem as
rochas, através de diversas reações químicas. O principal agente do intemperismo químico
é a água da chuva, que infiltra e percola pelas descontinuidades das rochas e dos minerais
constituintes.
Os constituintes mais solúveis das rochas intemperizadas são lixiviados pelas águas
que drenam o perfil de alteração, correspondendo a fase solúvel. Consequentemente, o
material que resta no perfil de alteração torna-se progressivamente enriquecido nos
constituintes menos solúveis, correspondendo à fase residual.
4. A ALTERAÇÃO MINERALÓGICA NAS ROCHAS
Como já enfatizado anteriormente, a alteração mineralógica das rochas é
responsável pelo intemperismo químico. Sendo que o principal agente responsável pelo
intemperismo é a água, que é regida direta ou indiretamente por outros fatores, como o
clima, o relevo, e o tempo de exposição.
4.1. Fatores que Influenciam na Alteração
O clima que diretamente está relacionado com a distribuição das chuvas e na
temperatura que é um dos grandes fatores que influenciam na alteração dos minerais.
Porque com o aumento da temperatura há uma maior agitação das moléculas favorecendo a
liberação dos cátions presos nos seus retículos cristalinos, como também facilita a troca de
íons transportados em solução com esses cátions antes aprisionados na estrutura cristalina
dos minerais.
O pH baixo (ácido) da água facilita a alteração dos silicatos, pois a alteração procede
da ligação dos íons H+ com os cátions do mineral.
O relevo e a pluviosidade influenciam e muito no regime de infiltração e drenagem.
O qual está relacionado com a quantidade de sais dissolvidos, que pode tanto ajudar
quanto dificultar o processo de alteração, já que quanto mais carregada for a solução de
sais dissolvidos, menor será a capacidade dessa solução em dissolver mais sais. Portanto,
lugares com drenagem eficiente, dificilmente as soluções que banham os minerais serão
saturadas, entretanto, lugares com a drenagem ineficiente, a solução irá se saturar até não
conseguir mais progredir com a alteração do mineral.
Assim, para um mesmo valor de pH, um aumento no volume de água faz variar a
razão SiO2/Al2O3, nos produtos de alteração. Assim sendo, uma razão maior tende a gerar
Montmorillonita e uma razão menor tende a gerar caulinita, DELVIGNE (1697).
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4.2. Características dos Minerais que Influenciam na Alteração
Os minerais seguem a série Bowen (1928) (Figura 2) durante a sua cristalização no
magma, para o caso das rochas ígneas. E os minerais se alteram de acordo com a ordem
de eatabilidade dos minerais de Goldich (1938) (Figura 3).
Figura 2: A série de cristalização dos minerais definida por Bowen (1928).
Figura 3: A ordem de estabilidade dos minerais definida por Goldich (1938).
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A alteração dos minerais silicáticos depende dos cátions que estão entre os
tetraedros de SiO4 que no caso da Olivina, Mg e Fe são os pontos fracos do edifício
cristalino. E depende também de como os tetraedros de sílica estão arranjados
tridimensionalmente.
Exemplo: Os Filossilicatos possuem os tetraedros de SiO4 em camadas, que são
planos de fraqueza, por onde começaria a alteração. No caso do Quartzo, os tetraedros de
sílica estão arranjados de forma que não há planos de fraqueza, sendo um dos minerais
mais resistentes a alteração intempérica, DELVIGNE (1967).
O potencial de ionização é a energia necessária para transformar um elemento em
íon, que influência na alteração do mineral, e está relacionado ao Número de Coordenação
(NC), sendo que, maior o NC maior será a fragilidade do íon. Exemplo, O K, Na e Ca
possuem NC igual a 12, sendo os primeiros elementos a sair da estrutura cristalina na forma
de cátion, durante a alteração mineral. Si e Al possuem NC igual a 4, são os últimos a sair
do edifício cristalino.
Durante a alteração mineral pode ocorrer de gels amorfos, resultantes da alteração
ficarem impregnados na superfície do mineral, tornando o processo de alteração mais lento
e difícil, a isso chama-se Proteção por Resíduos Insolúveis.
O pH de Abrasão é outro fator que controla a alteração mineral, e trata-se do grau
de basicidade da solução interticial aos minerais, pois os íons H+ gerados substituem os
cátions nas superfície dos grãos minerais, o que resulta num aumento do pH da solução .
Assim, a presença de minerais portadores de elementos alcalinos ou alcalinos terrosos
possibilita a geração de um pH mais alcalino nas águas que os percolam, enquanto minerais
sem estes elementos terão um pH mais ácido. O pH de abrasão dá uma idéia dessa
diferença de pHs e controla a solubilidade dos cátions que estão sendo incorporados na
solução durante a alteração.
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Mineral Composição pH de Abrasão S
ilic
ato
s
Diopsídio CaMg(SiO3)2 10 – 11
Olivina (MgFe)2SiO4 10 – 11
Hornblenda (CaNa)2(MgFeAl)5AlSi)8O22(OH)2 10
Leucita KAlSi2O6 10
Albita NaAlSi3O8 9 – 10
Biotita K(MgFe)3(Al)Si3O10(OH)2 8 – 9
Microclínio KAlSi3O8 8 – 9
Anortita CaAl2Si2O8 8
Hiperstênio (MgFe)2Si2O6 8
Muscovita KAl2(Al)Si3O10(OH)2 7 – 8
Ortoclásio KAlSi3O8 8
Montmorillonita Al2Si4O10(OH)2.nH2O 6 – 7
Caulinita Al2Si2O5(OH)4 5 – 7
Óx
ido
s Gibbsita Al(OH)3 6 – 7
Quartzo SiO2 6 – 7
Hematita Fe2O3 6
Ca
rbo
nato
s Magnesita MgCO3 10 – 11
Dolomita CaMg(CO3)2 9 – 8
Calcita e Aragonita CaCO3 8
Tabela 1: Os principais minerais com suas respectivas composições químicas e o pH de
Abrasão, extraído de TOLEDO et al, in TEIXEIRA et al (2000).
4.3. Mecanismo de Alteração dos Minerais
A composição mineralógica da rocha em vias de alteração modifica o pH das
soluções percolantes em função das reações químicas que ocorrem, e emboras a carga
elétrica global das estruturas minerais seja nula, a superfície de determinados grãos podem
ter valências insaturadas que em contato com a água, ocorre hidratação pela atração entre
os dipolos da água e as cargas superficiais, podendo esta atração ser forte o suficiente para
ionizar a água, TEIXEIRA et al. (2000).
No caso de Piroxênios e Anfibólios, a alteração acontece pelas clivagens, assim o
cristal é reduzido em vários fragmentos, aumentando a área superficial, e o ataque se
processa mais rapidamente e há um número muito grande de cátions liberados e os valores
de pH se elevam e tendem rapidamente versus o limite do pH de abrasão.
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Para esses valores de pH, o óxido de Fe (FeO) precipta na forma de Hidróxido de
Ferro, ao contrário do Al3+ que se encontra solubilizado e é levado juntamente com os
demais cátions de metais alcalinos e alcalinos terrosos. Assim os sais de hidróxido de ferro
são mantidos no local, enquanto que a sílica é completamente liberada.
Fe2+(aq) - 1é → Fe3+
(aq)
Oxidação do Ferro
FeOaq) + H2O → FeOOH(s) + H+(aq)
Formação de Goethita
2FeOOH(s) → Fe2O3(s) + H2O
Goethita pode se desidratar formando magnetita
No caso de Plagioclásios e Feldspatos potássicos, a alteração acontece pelas
clivagens originadas dos planos de geminação, e quando o pH da solução intersticial chega
próximo ao pH de abrasão, o Al precipta na forma de hidróxidos, assim os íons de alumínio,
após a sua liberação precipitam-se na forma de uma massa de gibbsita que se desenvolvem
no mesmo local do mineral, salientando que a gibbsita é formada em condições de
drenagens eficientes.
H2O + CO2(aq) H2CO3(aq)
H2CO3(aq) H+(aq) + HCO3
-(aq)
O Gás Carbônico atmosférico combina-se com a água para formar o ácido carbônico
A água juntamente com o gás carbônico adquire um caráter ácido que faz os silicatos
sofrerem hidrólise. Dependendo da condições de drenagem local, pode ocorrer tanto a
hidrólise total, quanto a hidrólise parcial, isso para uma faixa de pH entre 5 e 9.
KAlSi3O8(s) + 8H2O Al(OH)3(s) + 3H4SiO4(aq) + K+(aq) + OH-
(aq)
Hidrólise Total: Formação de Gibbsita (Alitização)
2KAlSi3O8(s) + 11H2O Si2Al2O5(OH)4(s) + 4H4SiO4(aq) + 2K+(aq) + 2OH-
(aq)
Hidrólise Parcial: 100% do potássio é eliminado em solução, e há a formação de argilo minerais do tipo caulinita
(Monossialitização)
2,3KAlSi3O8(s) + 8,4H2O Si3,7Al0,3O10Al2(OH)2K0,3(s) + 3,2H4SiO4(aq) + 2K+(aq) + 2OH-
(aq)
Hidrólise Parcial: Apenas parte do potássio é eliminado em solução, e há a formação de argilominerais do tipo esmectita
(Bissialitização)
No caso de minerais carbonáticos, devido a sua composição, em contato com a ágra
sofrem dissolução:
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CaCO3(s) + H+ + HCO3- Ca2+
(aq) + 2HCO3-(aq)
Dissolução da Calcita
MgCO3(s) + H+(aq) + HCO3
-(aq) Mg2+
(aq) + 2HCO3-(aq)
Dissolução da Magnesita
CaMg(CO3)2(s) + 2CO2(aq) + 2H2O(aq) Ca(HCO3)2-
2(aq) + Mg(HCO3)2-
2(aq)
Dissolução da Dolomita
5. A ALTERAÇÃO NOS DIFERENTES TIPOS DE ROCHAS
Como já salientado, as rochas possuem uma composição mineralógica variada, pois
se originaram de diferentes formas. Os granitos são rochas praticamente quartzo
feldspáticas, quando essa rocha é exposta a um ambiente intempérico com altas
pluviosidades e um eficiente regime de lixiviação os feldspatos presentes sofrem hidrólise
total, ou seja, há a formação de gibbsita no lugar do feldspato, e há a lixiviação completa da
sílica e dos cátions K+, Ca2+ e Na+. Quando a lixiviação não é eficiente, aí a a atuação da
hidrólise parcial podendo haver a formação de argilominerais do tipo Caulinita e Esmectita.
Pode haver também um pouco de preciptação de oxi-hidróxidos de ferro, já que os granitos
também podem possuir uma infima quantidade de minerais ferro magnesianos e a formação
de quartzo, já que os granitos são rochas ricas em quartzo.
Os riolitos apesar de terem uma composição quartzo feldspática similar à do
granito, possuem um pouco mais de minerais ferro magnesianos, podendo ocorrer na forma
de anfibólios e Piroxênios. Assim como no caso dos granitos dependendo das condições de
lixiviação, haverá a formação de gibbsita, caulinita e/ou esmectita. Isso com um acrécimo de
preciptação de oxi-hidróxidos de ferro e sílica na forma de quartzo.
Os sienitos por possuirem uma composição feldspática praticamente, vão originar
no perfil de alteração gibbsita, caulinita e esmectita, como também um pouco de oxi-
hidróxidos de ferro, já que podem possuir piroxênio e anfibólios alcalinos. Nesses tipos de
rocha é comum formar depósitos de bauxita, que nada mais é do que uma mistura de
gibbsita com boemita (AlO(OH)).
Os basaltos são rochas essencialmente ferro magnesianas, por esse motivo, irão
originar perfis de alteração ricos em oxi-hidróxidos de ferro e magnésio. Podendo também
originar caulinita e gibbsita, já que possuem plagioclásio na sua composição.
Os calcários são rochas formadas por carbonatos (calcita, dolomita e magnesita)
esses minerais em contato com a água sofrem dissolução, ou seja, os cátions de Ca2+ e
Mg2+, são lixiviados juntamente com os íons carbonato CO3-. Podendo se reprecipitarem na
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forma de carbonatos ou não, em terrenos com esse tipo de litologia é comum a formação de
terrenos cársticos, ou seja, de cavernas.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
TEIXEIRA, W.; TOLEDO, M.C.M.; FAIRCHILD, T.R.; TAIOLI, F. 2000. Decifrando a
Terra. Ed. Oficina de Textos. USP.
DELVIGNE, J. 1965. Pédogenèse En Zone Tropicale: La Formation des Minéraux
Secondaires en Milieu Ferralitique. DUNOD. Paris.
KLEIN, C.; HURLBUT, C.S.Jr.; after DANA, J.D. 1999. Manual of Mineralogy. 21ºed.
Ed. Jhon Wiley & Sons, INC. Canadá.
DUARTE, A. L. de S. 1995. Caulim do Morro do Felipe, Baixo Rio Jari, Estado do
Amapá, Contexto Geológico e Gênese. Disertação de Mestrado. UFPA. Belém – PA. 132p.
HYPOLITO, R. 1972. Estudo Experimental de Alteração Intempérica de Diabásios.
Tese de Doutoramento. IGc-USP. São Paulo – SP. 103p.
GASPARETTO, N. V. L. 1990. Alteração Intempérica de Rochas Vulcãnica Ácidas na
Região Central do Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Dissertação de Mestrado. UFRS.
Porto Alegre – RS. 119p.
CARROLL, D. 1970. Rock Weathering / With a Foreword by George V. Keller. New
York. Ed. Plenum Press. 203p.
Perfil de Solo: http://www.dct.uminho.pt/ pnpg/gloss/solo.html