Materiaisgeológicos:doselementosquímicosàsrochas

0440107DinâmicadoSistemaTerra1Prof.Dr.GastonEduardoEnrichRojasUniversidadedeSãoPaulo

Roteirodaaula•  Elementosquímicoseatabelaperiódica•  Minerais•  Agregadosdemineraisnaturais

•  inconsolidados:solosesedimento•  consolidados:rochas

•  AtividadePrática:primeiraparte•  Tiposderochas:

•  Ígneas,•  Metamórficas,•  Sedimentares

•  AtividadePrática:segundaparte•  Ciclodasrochas

•  Histórico•  Processos

•  Atividadeprática:partefinal

Átomos

Númeroatômico•  Éonúmerodeprótonsnonúcleo;

•  todososátomosdeummesmoelementotemigualnúmerodeprótons

•  Responsávelpelasécaracterísticasquímicastípicasdecadaelemento

•  Oselementossãocatalogadospelonúmeroatômico(tabelaperiódica)

Átomoseíons•  íons:átomosqueganharamouperderamelétrons

•  cátion:umátomoqueperdeuelétronsetemcargapositiva

•  ânion:umátomoqueganhouelétronsetemcarganegativa

MassaAtômicaeIsótopos•  Massaatômica:somadonúmerodeprótonsenêutronsnonúcleodoátomo

•  Isótopos:átomosdomesmoelementoscomdiferentesmassasatômicas

Qualaorigemdoselementosquímicos?

http://apod.nasa.gov

OrionNebula

Origemdoselementosquímicos?•  BigBang

•  elementosleves–principalmenteHidrogênio(H)eumpoucodeHélio(He)

•  Fusãonuclearnosnúcleosdasestrelas•  sequênciaprincipal–fundeHparaformarHe(nºatômico2)

•  fasegigante/supergigantevermelha–formaoselementosquímicosatéoferro(atéonºatômico24)

•  fasesupernova(explosãodeumaestrela)–formaçãodosdemaiselementosmaispesadosatéourânio(atéonºatômico92)

Elementosimportantesnageologia

Elementosmaisabundantesnacrosta

Íonsimportantesnacrosta(enosminerais)

ânions carga cátions carga

O −2

Si +4 K +1 Ca +2 Na +1 Al +3 Mg +2 Fe +2 ou +3

Compostoquímico•  Compostosquímicossãoformadosquandoátomosdeelementosdiferentessãocombinados(ligaçãoquímica)numaproporçãoespecífica

•  Aspropriedadesdeumcompostosãobemdiferentesdaspropriedadesdeseuselementosconstituintes

Mineral-definição• Ummineralé:

•  sólidohomogêneo,•  natural,•  formadoporprocessosinorgânicos,•  comumacomposiçãoquímicadefinida(masgeralmenteénãofixa),

•  umarranjoatômicoaltamenteordenado(estruturacristalinadefinida).

Mineral•  SegundoaAssociaçãoMineralógicaInternacional(IMA)http://www.ima-mineralogy.org/

•  Umasubstânciamineraléumsólidodeocorrêncianaturalquefoiformadoporprocessosgeológicos(naTerraouemoutroscorposextraterrestres).

•  Umaespéciemineraléumasubstânciacomcomposiçãoquímicaearranjocristalográficobemdefinidos,equemereceumúniconome.

MineralogiadacrostaterrestreEssencialmentesilicática(silício+oxigênio=74%dacrosta):

feldspatos51%

piroxênioseanfibólios

16%

quartzo12%

micas,cloritaseargilo-minerais

10%

outrossilicatos3% nãosilicatos

8%

Formaçãodosminerais•  Cristalizaçãoapartirdeummagma.

•  Precipitação/sublimaçãoapartirdeumasolução(líquidoougasosa).

•  Crescimentodocristalnoestadosólido(recristalização).

Mineral•  Algunsmineraissãoformadosporumúnicoelementoquímico:•  diamante–C,•  enxofre–S,•  ouro–Au.

•  Muitosmineraissãoformadospelacombinaçãodediferenteselementosquímicos(grandemaioria):•  quartzo–SiO2,•  calcita–CaCO3,•  olivina–(Mg,Fe)2SiO4.

Minerais–estruturacristalina•  Modoqueosátomosdoselementosquímicossãoempacotados

•  Padrãogeométricoqueosátomosassumemnumsólido

Minerais–estruturacristalina• Osânionssãogeralmentemaioresqueoscátions

• Aestruturadomineralédeterminadapelaformacomoosânionssãoarranjadosecomooscátionssecolocamentreeles

Quartzo SiO2

O2-

Si4+

4,9 Å

1 Å = 10-10 m

Minerais–estruturacristalina

Minerais–estruturacristalina

Estruturadamica(muscovita). KAl2(AlSi3O10)(OH)2

Outrasdefinições•  Cristal:Formageométricaregularlimitadapor faces planas, que possui arranjoatômico semelhante ao mineral, nãoimportaseénatural,artificial, inorgânico,orgânico.

•  Mineralóide: substância natural que, porum ou outro motivo, não se encaixa nadefinição de mineral. Em geral sãosubstânciasamorfas.

•  Minério:mineral ou rocha que apresentaimportânciaeconômica.

cristaldequartzo

vidrovulcânico

minériodeferro

Equantováriosmineraissejuntam?

Agregadocoeso•  Rochas

Agregadoinconsolidado

•  Solos

•  Sedimentos

Rocha•  Rochaéumagregadocoesodeminerais/mineralóides

•  Podeserformadaporumsótipodemineral,ouporváriosmineraisdistintos

•  Nãoprecisaserhomogêneo

•  Sãoformadaspelosdiversosprocessosdadinâmicaterrestre•  ígneas•  metamórficas•  sedimentares

Rocha

Rochaoupedra

Intemperismo•  ProcessosquemodificamasrochasoriginaisaoaflorarnasuperfíciedaTerra,porcontadaexposiçãoàaçãodaatmosfera,hidrosferaebiosfera.

•  Provocamadesintegraçãoe/oudegradaçãoedecomposiçãoderochas.

•  Produtosdosintemperismo:rochaalteradaesolo.

Solo•  Osoloéoprodutodointemperismo,remanejamentoeorganizaçãodascamadassuperioresdacrostaterrestreinsitu,sobaçãodaatmosfera,dahidrosfera,dabiosferaedastrocasdeenergiaenvolvidas.

•  Osoloémaisdoquedetritosintemperizados,éumacombinaçãodemineraisematériaorgânica,águaear.

•  Operfildosolopossuidiferenteshorizontes.

Sedimento

•  Sedis(latim)=assento,deposição•  Sedimento=oqueépassíveldesedepositarouquesedepositou

•  Pressupõemovimento,transporte.

Prática–primeiraparte•  Classifiqueasamostrasentre

•  minerais,•  mineralóides•  agregadoscoesos(rochas),•  materiaisinconsolidados(solosesedimentos).

Tirarfotoseanexarnoescaninhodoe-disciplinasUSP(umporgrupocomonomedetodososparticipantes)

TIPOSDEROCHAS

DinâmicadaTerra•  Asrochassãooregistrohistóricodeprocessosgeológicos,devidoàdinâmicaterrestre.

•  dinâmicainterna

•  dinâmicaexterna

•  Asrochassãoorganizadasemtrêstipos,deacordocomoprocessodeformação

Tiposderochas

Proporçãodasrochasnacrosta

Proporçãodasrochasnacrosta

Rochassedimentares•  Sãoasrochasformadaspeladeposição,soterramentoeconsolidaçãodesedimentos.•  Terrígenas(arenito)•  Carbonáticas(calcário)

•  Essessedimentossãofrutosdointemperismoedaerosão.

RochasSedimentares

Rochassedimentares•  Característicasgerais

•  Geralmentepoucoresistentes(moles)eporosas•  Constituintesnãoimbricados•  Clastosgeralmentefragmentadosearredondados;algunscristalinosegeométricos

•  Comumapresençadeestratificações•  Podemconterfósseis•  Predomíniodequartzo,carbonatos(calcitaedolomita)eargilominerais

Rochasígneas:fusãoecristalização

•  Magma:materialfundidogeradonointeriordaTerra(fusãoparcialdeoutrasrochas)

•  Magmaascende(sobe),formandoumacâmaramagmáticaouumvulcão

ROCHA (sólido)

fusão parcial MAGMA (líquido,

+ sólido e gás)

Rochasígneas•  Vulcânicasouextrusivas:sãoformadasdelavasqueseresfriaramrapidamentenasuperfíciedaTerra.

•  Plutônicasouintrusivas:sãooresultadodolentoresfriamentodemagmaabaixodasuperfícieterrestre.

Rochasígneas•  Característicasgerais

•  Geralmenteresistentes(duras)•  Constituintesfirmementeimbricados•  Grãosirregularesegeométricos•  Distribuiçãohomogêneadosconstituintes(geral)•  Estruturageralmentemaciça.•  Predomíniodefeldspatos,quartzoemineraisferromagnesianos(biotita,piroxênio,anfibólio)

Rochasmetamórficas• Metamorfismo:mudançadeforma

• Rochametamórfica:sofreumodificaçõesnoestadosólidocomrelaçãoàtextura,mineralogiaoucomposiçãoquímica

Rochasmetamórficas•  Arecristalizaçãodosmineraisérealizadaaodurantelongosperíodosdetempo(milhõesdeanos)

•  Arecristalizaçãopoderesultaremnovosmineraismaisestáveis

•  formadaapartirdeoutrasrochas(ígnea,sedimentaroumetamórfica)pelamudançadepressãoetemperaturadoambiente

RochasMetamórficas•  CaracterísticasGerais

•  Geralmenteresistentes(duras).Algumaspoucoresistentes

•  Constituintesfirmementeimbricados•  Grãosirregularesegeométricos•  Distribuiçãoheterogêneadosconstituintespromovendobandamentosexistosidades(estruturasorientadas)

•  Mineralogiasilicáticapredominante,sendoalgunstipicamentedoambientemetamórfico(granada,estaurolita,cianita,sillimanita)

•  Comunsostiposuniminerálicosemicáceos.

Diferenciandoostrêstiposderocha• Asdiferençasentreostiposderochasãoidentificadosporduasfeições:•  Textura:

•  Aaparênciageraldarochadevidoaotamanho,formaearranjodeseusgrãosmineraisconstituintes.

• Assembleiademinerais:•  Otipoeaabundânciadosmineraisqueformamarocha.

Usosdosmateriaisgeológicos•  Substratodeconstruções•  Materiaisgeológicosparaconstrução

•  agregados(brita,areia,etc.)•  rochasornamentais•  cerâmicas,vidrosecimento

•  Minérios•  Recursosmineraisenergéticos•  Gemas(pedraspreciosas)

Prática21.  Classifiqueasrochasem:1.  ígneas2.  metamórficas3.  sedimentares

Tirarfotoseanexarnoescaninhodoe-disciplinasUSP(umporgrupocomonomedetodososparticipantes)

Prática2

Prática2•  Ígneas:

•  basalto126•  granito101•  gabro125

•  Sedimentares:•  argilito206•  calcário225•  arenito215•  ritmito(varvitodeitu)211

•  Metamórfica•  ardósia301•  quartzito338•  xisto311•  gnaisse(semnúmero)

ExercícioparacasaRochasOrnamentaisdoCotidiano•  Exercícioindividual,entrananotadeexercíciodadisciplina

•  Observeefotograferochasornamentaisdeconstruçõesquesãofrequentadasoufazempartedotrajetocotidiano,comoprédiospúblicos,shoppingcenters,clubes,igrejas,etc.TenteevitarfotosdecasaoudoIGc-USP.

•  Emumdocumentowordoupdf,insiraasfotos,identifiquedeondesão,façaumabrevedescriçãoestética,classifique-asemígneas,metamórficasousedimentarese,sepossível,identifiqueseunome.

OQUEÉOCICLODASROCHAS?

NetunismovsUniformitarismo(SéculoXVIII)•  AbrahamWerner(1749-1817):Netunismo

•  todasasrochasseriamsedimentar,formadasnooceanoglobal(Dilúvio).Vulcõesseriamprodutosdaqueimadocarvão

•  Implicações:•  tempo“curto”•  eventosúnicosdeformaçãoderocha

NetunismovsUniformitarismo(SéculoXVIII)•  JamesHutton(1726-1797)–PaidaGeologia:

•  Uniformitarismo•  processodeintemperismo,erosãoedeposiçãodesedimentos;

•  processosdeformaçãoderochasígneasesedimentares;

•  processodesoerguimentodasrochas;•  escaladetempogeológico

HUTTON,J.(1788):TheoryoftheEarth;oraninvestigationofthelawsobservableinthecomposition,dissolution,andrestorationoflandupontheGlobe.TransactionsoftheRoyalSocietyofEdinburgh,vol.1,Part2:209-304.

ATerraestáemconstantemudança(conceitoradicalàépoca)

Ciclodasrochas(Hutton)•  Huttonargumentouque,paraouniformitarismofuncionardurantelongosperíodosdetempo,osmateriaisgeológicosdevemserconstantementereciclados.

•  Emboraociclopropostofosseimperfeitoeimpreciso,eledeuumpassoimportantereunindováriosprocessosnumateoriasimplesecoerente.

CiclodasrochasÉumateoriaquereúnedeformacoerentetodososprocessosformadoresderochanonossoplaneta.

Paraentenderociclodasrochasénecessáriocompreenderadinâmicadoplaneta,seusprocessoseseusprodutos.

Ciclodasrochas(atual)•  ATerraéumplanetadinâmicoemconstantemutação

DinâmicadaTerra•  TransformaçõesnaTerra:açãodeprocessosendógenos(dinâmicainterna)eprocessosexógenos(dinâmicaexterna).

DinâmicaInterna•  Modificamacomposiçãoeaestruturadacrosta

•  Exemplos:•  formaçãodemagma(vulcanismoeplutonismo);

•  tectônica(“dança”doscontinentes);

•  dobramentosefalhasgeológicas;•  metamorfismo;•  terremotose;•  soerguimentoseabatimentosdacrosta.

•  UtilizamaenergiaprovenientedointeriordaTerra.

DinâmicaExterna•  ModificamasuperfíciedaTerra•  Processos:

•  intemperismodasrochas;•  erosão;•  transporteedeposiçãodesedimentos;

•  denudaçãodecadeiademontanhas.•  Envolvemaatmosfera,hidrosferaeasuperfícieterrestre,usandocomoagentesosrios,ventos,geleiras,chuvasemares

•  Égeradapelaenergiasolareaçãodaforçadagravidade.

•  Tendeaaplainaroterreno.

Ciclodasrochas

DinâmicaInterna

DinâmicaExterna

Ciclodasrochasprincipaisprocessos•  isostasia,soerguimentoesubsidência

•  intemperismo•  erosão,transporteedeposiçãodesedimentos

•  soterramento,litificação

•  metamorfismo•  fusãoderochas•  cristalizaçãodemagmas

Isostasianacrosta•  Hádoismodos:

•  Variaçãodeespessura(camadacomdensidadeconstante);

•  Variaçãodedensidade(camadacomespessurasconstantes);

•  Acrostacontinentalémaisespessanascadeiasdemontanhas

•  Acrostaoceânicaestáemníveistopográficosmenores,poissãomaisdensas.

Soerguimento•  Elevaçãodeumterreno(ex.surgimentodegrandescadeiasdemontanhas)

Subsidência•  Rebaixamentodeumterreno(ex.formaçãodegrandesbaciassedimentares)

ReequilíbrioIsostático

EfeitodaisostasianaEscandinávia

Intemperismo•  ProcessosquemodificamasrochasoriginaisaoaflorarnasuperfíciedaTerra,porcontadaexposiçãoàaçãodaatmosfera,hidrosferaebiosfera.

•  Provocamadesintegraçãoe/oudegradaçãoedecomposiçãoderochas.

•  Produtosdosintemperismo:rochaalteradaesolo.

Erosão,transporteedeposição

Erosão,transporteedeposição•  Aerosãoéaremoçãodomaterialintemperizado.•  Otransportelevaaspartículas(sedimentos)paraoutraslocalidades.Agentes:•  rios,•  ventos,•  geleiras,•  deslizamentosdeencostae•  correntesoceânicas.

•  Quandootransportecessa,ocorreadeposiçãodosedimento,numaformacaracterísticadoagentequeotransportou.

Diagênese(litificação)

Metamorfismo•  Ometamorfismoéoconjuntodetransformaçõesqueasrochassofrememvirtudedemudanças,principalmente,detemperaturaepressãoaquesãosubmetidasapóssuaformação

•  Ocorreessencialmentenoestadosólido,emborafluidos(H2OeCO2)efundidosilicáticopossamestarpresentes

•  Hámudançasmineralógicas,estruturaise/oucomposicionais.

Metamorfismo•  Arecristalizaçãodosmineraisérealizadaaodurantelongosperíodosdetempo(milhõesdeanos)

•  Arecristalizaçãopoderesultaremnovosmineraismaisestáveis

Reaçõesmetamórficas (P1,T1) → metamorfismo → (P2, T2)

Porexemplo:quartzo+muscovita=feldspato+sillimanita+H2OSiO2+KAl3Si3O10(OH)2=KAlSi3O8+Al2SiO5+H2O

Ardósia

Filito

Xisto

Gnaisse

Fusão(formaçãodemagma)

•  Magma:materialfundidogeradonointeriordaTerra(fusãoparcialdeoutrasrochas)

•  Omagmaéumamisturade:•  partelíquida(representadapelarochafundida)•  partesólida(correspondeamateriaisjácristalizadoseafragmentosderochatransportadosemmeioàfraçãolíquida)

•  partegasosa(voláteisdissolvidosnapartelíquida,predominantementeH2OeCO2)

ROCHA (sólido)

fusão parcial MAGMA (líquido,

+ sólido e gás)

Cristalização

Ciclodasrochas

DinâmicaInterna

DinâmicaExterna

Práticaparte3Ciclodasrochas

amostras

•  ardósia•  areiafina•  arenito•  gnaisse•  granito•  rochaalterada(basalto)•  solo(terraroxa,origináriadobasalto)

•  xisto

processos

•  cristalizaçãodemagmas•  deposiçãodesedimentos

•  erosãoetransporte•  fusãoderochas•  intemperismo•  metamorfismo•  soerguimento•  soterramento,litificação

Materialdaaulaprática•  1ªparte:

•  ametista•  quartzoincolor•  quartzorosa•  feldspato•  biotita•  calcita•  hematita(polida)•  vidrovulcânico•  areiafina202A•  arenito215•  quartzito338•  granito101•  solo•  anfibolitoalterado

•  2ªparte:•  basalto126•  granito101•  gabro125•  xisto311•  gnaisse(p.miracema)

•  argilito206•  ardósia301•  quartzito338•  arenito215•  varvito211•  calcário225