A Alteração Mineral nos Principais Tipos de Rochas: Sienitos, Basaltos, Granitos, Riolitos e Calcários.

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS GSA – Departamento de Geologia Sedimentar e Ambiental Programa de Recursos Minerais e Meio Ambiente ___________________ _____________________________ ___________________ _________________ __________________ __________

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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Geoquímica da Interação Interação Solo So lo-Ro -Rocha-Á cha-Água gua

ÍNDICE

1.

INTRODU INTRODUÇÃO ÇÃO ................ ................................. ................................. ................................. .................................. .................................. ............................ ........... 2

2.

OS PRINCIPAIS PRINCIPAIS MINERAIS CONSTITUINTES CONSTITUINTES DAS ROCHAS .................. ......... .................. .................. ......... 2

3.

O INTEMPERISMO E A FORMAÇÃO FORMAÇÃO DE SOLOS .................. ......... .................. .................. ................... ................... ........... 4 3.1.

Os Tipos de Intemperismo .................. ......... ................... ................... ................... ................... .................. .................. .................. ......... 5

3.1.a) Intemperismo Intemperismo Físico: ................... ......... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................ ....... 5 3.1.b) Intemperismo Químico: ................... ......... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ............. .... 6

4.

A ALTERAÇÃO ALTERAÇÃO MINERALÓGICA NAS ROCHAS .................. ......... .................. .................. ................... ................... ........... 6 4.1.

Fatores que Influenciam na Alteração ................... .......... ................... ................... .................. .................. .................. ......... 6

4.2.

Características Características dos Minerais que Influenciam na Alteração Alteração .................. ......... ................... .............. 7

4.3.

Mecanismo de Alteração Alteração dos Minerais .................. ......... ................... ................... .................. .................. .................. ......... 9

5.

A ALTERAÇÃO ALTERAÇÃO NOS DIFERENTES DIFERENTES TIPOS DE ROCHAS ROCHAS ................... ......... ................... ................... ..............11 ....11

6.

REFERÊNCIAS REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS BIBLIOGRAFICAS .................. ......... .................. ................... ................... ................... ................... .................. ............12 ...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 diferentes produtos, produtos, quando alteradas pelo intemperismo. intemperismo. depende

de

diversos

fatores

como

clima,

quantidade

de

Alteração essa, essa, que água,

eficiência

na

drenagem/lixiviação, drenagem/lixiviação, pH da água, dentre outros.

2. OS PRINCIPAIS MINERAIS CONSTITUINTES CONSTITUINTE S 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). vulcânica).







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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 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 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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Geoquímica da Interação Interação Solo So lo-Ro -Rocha-Á cha-Água gua Os calcários são rochas sedimentares, mas formadas por preciptação química de carbonatos provenientes de ambiente marinho, podendo conter até 10% de dolomita (CaMg(CO 3)2), e ter entre 90 a 100% de calcita (CaCO 3).

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 INTEMPERIS MO 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







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A cooperação do intemperismo intemperismo mais a pedogênese 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 sazonal de temperatura, temperatura, causando expansão expansão e contração térmica nos materiais 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 solúveis das rochas intemperizadas 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 MINERALÓGI CA 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 regime de infiltração e drenagem.







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4.2.

Características Características dos Minerais que Influenciam na Alteração 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).







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A alteração dos minerais silicáticos depende dos cátions que estão entre os tetraedros de SiO 4 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 SiO 4 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 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 Abrasã Abrasão o

Diopsídio

CaMg(SiO 3)2

10 – 11

Olivina

(MgFe)2SiO4

10 – 11

(CaNa) 2(MgFeAl) 5 AlSi)8O22(OH)2

10

KAlSi2O6

10

Albita

NaAlSi3O8

9 – 10

Biotita

K(MgFe)3(Al)Si3O10(OH)2

8 – 9

KAlSi3O8

8 – 9

CaAl2Si2O8

8

Hiperstênio

(MgFe)2Si2O6

8

Muscovita

KAl2(Al)Si3O10(OH)2

7 – 8

Ortoclásio

KAlSi3O8

8

Al 2Si4O10(OH)2.nH2O

6 – 7

Caulinita

Al2Si2O5(OH)4

5 – 7

Gibbsita

Al(OH)3

6 – 7

Quartzo

SiO2

6 – 7

Hematita

Fe2O3

6

Magnesita

MgCO3

10 – 11

CaMg(CO 3)2

9 – 8

CaCO 3

8

Hornblenda Leucita

s o t a c i l i S

Microclínio Anortita

Montmorillonita

s o d i x Ó s o t a n o b r a C

Dolomita Calcita e Aragonita

Tabela 1: Os principais minerais com suas respectivas composições químicas e o pH de Abrasão, extraído extraído de TOLEDO et al, in TEIXEIRA et al (2000).

4.3.

Mecanismo de Alteração dos Minerais

A composição mineralógi

da rocha

vias de alteração modifica

pH das







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Para esses valores de pH, o óxido de Fe (FeO) precipta na forma de Hidróxido de Ferro, ao contrário do Al 3+ que se encontra solubilizado e é levado juntamente com os demais cátions de metais alcalinos alcalinos e alcalinos terrosos. terrosos. Assim os sais de hidróxido hidróxido de ferro são mantidos no local, enquanto que a sílica é completamente liberada. Fe2+(aq) - 1é

3+

→ Fe (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 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 f ormar o ácido carbônico

A água juntamente juntamente com o gás carbônico carbônico adquire um caráter caráter ácido que faz os 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.









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Geoquímica da Interação Interação Solo So lo-Ro -Rocha-Á cha-Água gua 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(CO 3)2(s) + 2CO2(aq) + 2H2O(aq)



Ca(HCO 3)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 lixiviação não não é eficiente, aí 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







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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 BIBLIOGRAFI CAS 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 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 Intempérica de Rochas Vulcãnica 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.

A Alteração Mineral nos Principais Tipos de Rochas: Sienitos, Basaltos, Granitos, Riolitos e Calcários.

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