1

Sedimentogénese e rochas sedimentares

Conceito de rocha sedimentar

• É o conjunto de rochas geradas em condições termodinâmicas próprias do ambiente da superfície terrestre, para as quais concorrem:

1. Materiais arrancados a rochas pré existentes

2. Materiais precipitados

3. Materiais que resultam de restos de animais ou da sua actividade

Constituem 5% do volume da crosta terrestre, mas cobrem 3/4 da sua superfície

A acumulação é isolada ou em conjunto, dos 3 constituintes fundamentais:

• Elementos detríticos

• Elementos quimiogénicos

• Elementos biogénicos

2

Elementos detríticos

• Fragmentos de rochas pré-existentes (ígneas, metamórficas ou sedimentares) de diferentes dimensões:

• Balastro ou cascalho > 2mm

• Areia, entre 2 e 0,06mm

• Silte, entre 0,06 e 0,002mm

• Argila < 0,002mm

Elementos quimiogénicos

• Também chamados minerais de neoformação

• Resultam da precipitação dos sais dissolvidos numa solução:

• Calcite, CaCO3

• Dolomite, CaMg(CO3)2

• Hematite, Fe2O3

• Halite, NaCl

• Gesso, CaSO42H2O

• Opala, SiO2nH2O

Elementos biogénicos

• Resultam da acumulação ou da edificação das partes esqueléticas de organismos vivos, de fragmentos vegetais, etc. Podem ser de natureza siliciosa, carbonatada, fosfatada ou carbonácea.

Classificação das rochas sedimentares

• Rochas detríticas: formadas essencialmente por detritos resultantes de desagregação de outras pré-existentes que podem permanecer junto da rocha mãe ou ser transportados e depositados nas zonas mais baixas dos continentes ou no mar. Caracterizam-se por conterem elevado teor em quartzo e argilas.

• Rochas de precipitação química: formadas essencialmente por minerais precipitados quer por processos de precipitação quer por evaporação.

• Rochas biogénicas ou organogénicas: formadas essencialmente por restos de animais ou vegetais.

3

Rochas sedimentares de origem detrítica

Detritos Litificação Rocha Composição

Cascalho (>2mm)

Desagregada Cascalheira Pedaços de rocha ou minerais soltos

ConsolidadaConglomerado ou Brecha

Detritos líticos arredondados ou angulosos, agregados por cimento de composição variável

Areia(0,06 a 2mm)

Desagregada Areias Detritos tipo areia não consolidados

Consolidada Arenito Areias agregadas por cimento variável

Silte(0,002 a 0,06mm)

Desagregada Siltes Detritos tipo silte não consolidados

Consolidada Siltito Siltes (não distinguíveis): quartzo, feldspato e micas

Argila (<0,002mm)

Desagregada Argilas Detritos tipo argilas não consolidados

Consolidada ArgilitoMinerais argilosos ± compactados não visíveis, com frequente pigmentação por óxidos de Fe

Argilas:

• São rochas sedimentares detríticas, de grão muito fino (partículas de granulometria ou dimensão < 0,002mm) constituídas essencialmente por minerais de argila, podendo conter pequenas quantidades de outros minerais: sílica hidratada, matéria orgânica, quartzo, micas, etc.

• A génese dos minerais de argila dá-se à superfície da Terra, por hidrólise dos silicatos das rochas (feldspatos e micas)

• Ocupam mais de 50% da superfície da Terra

Minerais argilosos

• Minerais constituintes e característicos das argilas

• São silicatos hidratados de Al, Mg, Fe, Ca, Na, e K, geralmente cristalinos e estruturalmente apresentam camadas em folhas:

• Montmorilonite ou esmectite

• Caulinite

• Ilite

• Clorite

• Vermiculite, etc.

Propriedades físicas das argilas

• São pouco duras, D < 2,5

• Quando bafejadas cheiram a barro e quando pulverizadas e misturadas com água tornam-se plásticas

• Após secagem, tornam-se consistentes e rígidas, e após cozedura a 1000°C adquirem grande dureza

• São macias ao tacto

• Argilito: argila que por

compacção perdeu água

tornando-se coerente

4

Principais tipos de argilas

• O tipo de argila formada depende essencialmente do clima e da composição da rocha mãe

• Caulinite: forma-se mais facilmente nos produtos de meteorização das rochas ácidas (granitos, gneisses, etc.) e em climas equatoriais.

• Ilite: forma-se nas zonas frias e derivam de micas.

• Montmorilonite: desenvolve-se bem nos produtos de meteorização de rochas básicas e em climas tropicais e mediterrânicos com estações contrastantes e bem marcadas.

Características específicas com impacto em geotecnia

Caulinite Ilite Montmorilonite

Dimensão dos cristais (μm)

0,1 a 5 0,1 a 2 0,01 a 1

Capacidade de troca catiónica (meq/100g)

3-15 15-40 80-100

Superfície específica (m2/g)

5-20 100-200 600-800

Plasticidade Baixa Média Elevada

Expansibilidade Baixa Média Elevada

Granulometria e superfície específica

• As argilas são rochas finamente divididas uma vez que os minerais das argilas têm cristais de dimensões < 0,002 mm

• Possuem elevada superfície específica (a área da superfície externa das partículas constituintes por unidade de massa)

• Quanto maior for a superfície específica do mineral argiloso maior será a sua plasticidade

Plasticidade

• É a propriedade de se deformar pela aplicação duma força e de manter essa deformação quando a força aplicada é retirada.

• A água em quantidade adequada forma à volta das partículas argilosas, filmes líquidos com efeito lubrificante que facilitam o deslizamento das partículas, umas sobre as outras, sempre que uma tensão superficial é aplicada.

• É avaliada por plasticímetros ou pela determinação dos limites de plasticidade e de liquidez

5

Aplicações da argila

- Cerâmica: porcelana, telha, tijolo- Papel: 1 tonelada de papel contém 196kg de argila- Cimento “portland”: calcário e 25% de argila- Agregados leves usados na construção civil- Refractários: tijolos para fornos, muflas, fornalhas- Borracha, plásticos e tintas plásticas - Perfurações: facilitam o arrefecimento da cabeça da broca e o transporte até à boca do furo dos fragmentos de rocha) - Impermeabilizantes: as montmorilonites são utilizadas no revestimento de canais de rega e reservatórios de água

Rochas sedimentares de origem não detrítica

Origem Rocha Composição

Precipitação

Calcários Calcite (c/ eventual pigmentação por óxidos de Fe)

Dolomitos Dolomite

Silex, chertes Sílica criptocristalina

Gesso Gesso

Sal-gema Halite + impurezas (ex: argilas)

Mista: precipitação /detrítica

Margas 50% Argilas + 50% Calcite

Biogénica

Calcários conquíferos Restos de conchas em cimento calcário

Calcários recifais Calcite “fabricada” pelos corais

Diatomitos “Carapaças” siliciosas de diatomáceas

Carvões (turfa; lenhite; hulha; antracite) betumes; petróleo e gás natural

Matéria orgânica animal e vegetal fóssil

Rochas sedimentares de origem química

• Precipitadas • Evaporíticas

Rochas sedimentares evaporíticas

• Precipitadas a partir de soluções saturadas, por processos de evaporação excessiva das águas:

• Salgema (halite, NaCl)

• Gesso (CaSO42H2O)

• Anidrite (CaSO4), etc.

6

Salinas ou marinhas: instaladas, actualmente, pelo homem junto ao mar

O salgema é pouco denso e muito plástico, o que contribui para que grandes massas de sal ascendam da profundidade, através de zonas de fraqueza, constituindo diapiros ou domos salinos: correspondem a grandes espessuras verticais que nada têm a ver com a espessura das camadas iniciais e que concentram o sal ascendente “espremido” da sua jazida original

Rochas sedimentares de precipitação

• Precipitadas a partir de soluções saturadas, por processos diferentes da evaporação, ou seja, por aumento da temperatura, perda de CO2, por agitação das águas, etc.

• Carbonatadas

• Siliciosas

• Ferruginosas, etc.

Rochas sedimentares de origem biogénica

• Carvões fósseis: resultam da incarbonização, ao abrigo do ar, de restos vegetais - os tecidos vegetais transformam-se em carvão por enriquecimento relativo em carbono, resultante da perda de hidrogénio e de oxigénio. Os 4 tipos de carvão representam termos sucessivamente mais ricos em carbono:

1. Turfa

2. Lenhite

3. Hulha

4. Antracite --------

7

Sedimentogénese

1. Meteorização: fenómenos que levam à destruição das rochas no próprio local onde se encontram

2. Transporte: remoção dos produtos (EROSÃO = meteorização + transporte)

3. Sedimentação: imobilização dos materiais em trânsito, a sua deposição

4. Diagénese: transformação de sedimentos soltos em agregados, é a Litificação da rocha

1. Mecanismos responsáveis pela destruição das rochas

• Acções mecânicas: levam à desagregação das rochas

• Acções químicas: levam à produção de novos minerais e de iões dissolvidos

Acções mecânicasOcorrem em regiões muito frias ou áridas

a) Termoclastia

b) Crioclastia

c) Descamação

=> levam à formação de clastos, detritos ou fragmentos da rocha mãe

8

Termoclastia

• Produzida pelas diferenças de volume dos diferentes minerais constituintes das rochas, sob acção das diferentes temperaturas (altas durante o dia e baixas durante a noite)

• Os minerais escuros e claros têm diferentes graus de absorção da luz solar (diferentes coeficientes de dilatação). Aquecem e dilatam e descolam, levando à desintegração das rochas em grãos.

Crioclastia

• Desintegração provocada pelo frio: a água contida nos poros e fissuras das rochas gela, como o gelo ocupa maior volume do que a água que lhe deu origem (9%), exercem-se pressões que levam à fracturação das rochas.

Descamação

• Fracturação em placas ou em superfícies curvas e paralelas devido à descompressão e consequente expansão das rochas formadas em profundidade, sob elevadas pressões.

Acções químicasOcorrem nas zonas tropicais e temperadas

a. Hidrólise

b. Oxidação

c. Dissolução

=> levam à formação de compostos químicos e novos minerais (minerais de neoformação)

9

Formação do ácido carbónico

• Nas nuvens, o dióxido de carbono reage com a água formando o ácido carbónico, tornando a água da chuva ligeiramente ácida:

• H2O + CO2 ---> H2CO3

• H2CO3 ---> H+ + HCO3-

a. Hidrólise

• Afecta principalmente os feldspatos (K, Na e Ca), convertendo-os em argilas e iões solúveis

Albite (feldspato sódico)

2NaAlSi3O8 + 2H+ +2HCO3- + 9H2O ------->

-----> Al2Si2O5(OH)4 + 2Na+ +2HCO3- +4H4SiO4

Caulinite produtos solúveis

b. Oxidação

• Ocorre nos silicatos com ferro (olivinas, piroxenas, anfíbolas)

• Resulta da combinação do oxigénio atmosférico ou dissolvido na água com os minerais

• 2Fe2SiO4 + 4H2O + O2---> 2Fe2O3 + 2H4SiO4

Olivina hematite sílica solúvel

10

c. Dissolução

• A água subterrânea ácida ao circular através das fracturas dos calcários e dolomitosdissolve-os formando grutas, galerias, algares, etc., ou seja, carsificação.

CaCO3+ H2CO3 --> Ca++ +2HCO3-

Calcite

2. Transporte

• Água

• Vento

• Gravidade

• Quando o agente de transporte perde a competência, ou seja, a capacidade de exercer aquelas funções, os materiais em trânsito imobilizam-se, depositam, sedimentam.

3. Sedimentação

Ambientes de

sedimentação:

• Continental

• Litoral

• Marinho

Tipo de sedimentação:

• Soluto => precipita

= textura cristalina, coesa, rígida

• Sólido => deposita

= textura detrítica, desagregada

3. Sedimentação

Tipo de sedimentação:

• Soluto => Precipita

= textura cristalina, coesa, rígida

• Sólido => Deposita

= textura detrítica, desagregada

11

Estratificação

• os sedimentos depositam-se sempre, salvo raras excepções, próximo da horizontal formando estratos ou camadas

• no limite entre duas camadas diferentes existe uma descontinuidade, o plano de estratificação, que constitui uma zona de fraqueza

4. Diagénese ou litificação

• Conjunto de fenómenos físico-químicos de agregação e endurecimento, sofrido pelos sedimentos, desde a deposição até a transformação em rochas agregadas

• Ocorre em ambiente termodinâmico entre a sedimentação e o metamorfismo (P e T mais altas do que as da superfície da Terra)

Processos diagenéticos

• Compacção: redução do volume do sedimento e da sua porosidade por compressão dos materiais suprajacentes

• Cimentação: preenchimento dos vazios entre os detritos por substâncias que vão dar coerência à rocha – cimento

Agentes de Meteorização

• Água líquida: Chuva; Cursos de água; Águas subterrâneas; Oceanos

• Água sólida

• Vento

• Mudanças de Temperatura

• Ocupação vegetal e animal

12

Chuva

• A água da chuva é portadora de energia, o impacto produz erosão principalmente nas rochas menos duras

Cursos de água: rios e ribeiras

Curvas de Hjulstrom: Influência da velocidade da corrente e da dimensão das partículas na capacidade

de erosão, transporte e sedimentação

• Para o mesmo calibre de material, o aumento da velocidade da corrente aumenta a competência do rio;• Para a mesma velocidade da corrente, quanto menor o diâmetro maior a capacidade de transporte do rio.

Selecção granulométrica: diminuição do diâmetro dos sedimentos desde a cabeceira até à foz, devido à diminuição da velocidade da água.

13

Águas subterrâneas Oceanos

Água sólida - glaciares Vento

• Não tanto o vento directamente, mas fundamentalmente a carga sólida que transporta, que actua como abrasivo (corrasão = erosão eólica)

14

Mudanças de Temperatura

• Termoclastia

• Crioclastia

Ocupação vegetal e animal

Pedogénese: formação de solos

• Origem do solo: é o resultado final do processo de meteorização (mecânica e química) de uma rocha.

• Forma-se a uma taxa de 0,3 a 1,5mm/ano e considera-se, à escala humana, um recurso não renovável.

• Constituição: matéria sólida, de origem mineral de várias dimensões (desde 0,002 até 200mm), matéria orgânica, ar e água.

Conceito de Solo

• Do ponto de vista pedológico: é a parte sólida externa da crosta terrestre que sofre meteorização física e química causada pelos agentes atmosféricos e pelos seres vivos e que serve de suporte à vegetação.

• Do ponto de vista geotécnico: é todo o material da crosta terrestre que não oferece resistência à escavação mecânica e que se desagrega na presença de água. As formações geológicas do tipo solo podem ser bastante problemáticas, não só no que respeita à sua fracção argilosa, potencialmente instabilizadora, mas também devido à dinâmica própria destas formações na presença de água.