Processos e materiais geológicos importantes em ambientes terrestres

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Na sequência da actividade externa e interna da Terra formam-se as rochas sedimentares, magmáticas e metamórficas as quais interagem de uma forma dinâmica. 

Estes três tipos de rochas interagem entre si através do ciclo das rochas. Este ciclo é um modelo teórico de reciclagem das rochas á medida que elas se formam, se destroem e se transformam. 

Ao longo do tempo devido à constante ocorrência de vários fenómenos ambientais ( ex: erosão) as rochas vão sofrendo diversas alterações.

As rochas sedimentares, até á sua formação, sofrem processos de meteorização, erosão, transporte e diagénese. 

fig. 1 - processos para a formação de rochas sedimentares

 

Meteorização

 

A meteorização é um conjunto de processos que alteram as caracteristicas primárias das rochas. Este processo ajuda a fragmentar as rochas em pequenas porções, que, posteriormente, serão erodidas. 

Mas, as rochas podem sofrer dois tipo de meteorização: física/mecânica e a quimica.

 

Meteorização mecânica

 

Este tipo de meteorização inclui os diversos processos que fragmentam a rocha em pedaços cada mais pequenos sem que ocorram transformações quimicas que alterem a sua composição. 

Neste tipo de processo incluem-se processos, tais como a acção da água, acção do gelo, acção dos seres vivos, acção do calor, o crescimento de minerias e o alivio de pressão.

 

Acção da água

A alternância de periodos secos com periodos de forte humidade, resultantes da variação ciclica dos teores em água das rochas, originam aumentos de volume e retracções, gerando tensões que conduzem á fracturação e, por vezes, á desagregação do material rochoso. 

 

Acção do gelo ou crioclastia

A água que entra nas fracturas e nos poros da rocha, caso acha diminuição da temperatura, pode mudar de estado liquido para sólido, expandindo-se. Este aumento de volume pode exercer forças que aumentem as fissuras já existentes, ou originarem novas estruturas, contribuindo para a desagregação da rocha. A facilidade de desagregação da rocha é maior caso existam mais fendas e cavidades cheias de água. 

 

Acção dos seres vivos

A implantação de sementes nas fracturas de rochas porosas e com fraca resistência estrutural pode contribuir para a desagregação das mesmas. As suas raízes são responsáveis pelo alargamento  das fendas pré existentes, com consequente separação dos blocos rochosos. Também os ventos fazendo balançar as árvores, obrigam ao alargamento das fendas das rochas onde estão implantadas, facilitando, desta forma, a acção de outros agentes de alteração.

Por vezes, certos animais, como bivalves ou coelhos, entre outros, cavam tocas que aumentam o grau de degradação da rocha ou expõem, ainda mais, as rochas a outros  agentes de meteorização.

 

Acção da temperatura ou termoclastia

As rochas são constituidas por minerais diferentes, que se comportam de modo diferenciado quando expostos a variações de temperaturas, podendo sofrer alterações no seu volume.

Caso haja uma variação muito brusca da temperatura pode haver uma variação do volume das rochas. Um aumento de temperatura implica uma dilatação; um arrefecimento implica uma contracção. Este movimento sistemático leva a uma grande fracturação das rochas com formação de materiais soltos.

 

Crescimento de minerais ou haloclastia

No caso de a água existente nas fracturas das rochas conter sais dissolvidos estes podem precipitar e iniciar o seu crescimento exercendo, assim, uma força expansiva, que contribui para uma maior desagregação das rochas. 

fig. 2 - haloclastia

 

Alívio de pressão

A redução da pressão sobre uma massa rochosa pode causar a sua expansão e posterior fragmentação. As rochas, quando situadas em profundidade, estão sob grande pressão. Quando são aliviadas do peso das rochas sobrejacentes, expandem, fracturam e formam diaclases. 

Algumas vezes, este alivio de pressão, conjugado com a alteração quimica provoca o aparecimento concêntricas. Este processo designa-se por disjunção esferoidal.

 

 

Meteorização quimica

 

Este processo transforma os minerais das rochas em novos produtos quimicos e a sua desagregação é tanto mais intensa e facilitada quanto maior for o estado de desagregação fisica das rochas. 

 

Esta meteorização pode ocorrer de duas maneiras distintas:

  • os minerais são dissolvidos completamente, a exemplo da calcite ou da halite, e, posteriormente, podem precipitar formando os mesmos minerais;
  • os minerais são alterados, como os feldspatos e as micas, e, posteriormente, formam novos materiais, como por exemplo minerais de argila.

 

A meteorização quimica das rochas inclui diversas reacções quimicas, tais como a dissolução, a hidratação/desidratação, a hidrólise e a oxidação/redução. A presença da água e do ar atmosférico facilita a ocorrência destas reacções.

 

Dissolução

Ocorre a reacção dos minerais com a água ou com um aço.

Ex: a halite é um mineral muito solúvel. Caso seja colocado na água consegue-se obter água salgada

 

Hidratação 

Este processo envolve a combinação quimica de minerais com a água(hidratação) ou a sua remoção de outros(desidratação). No caso da hidratação, ocorre um aumento de volume que facilita a desintegração das rochas por acção da hidrólise.

Ex: hidratação da hematite para formar limonite; 

      desidratação do gesso para formar anidrite

fig. 3 - hematite                                                                

 

fig. 4 - limonite

 

Hidrólise

A hidrólise é definida como sendo a substituição dos catiões da estrutura de um mineral pelos iões de hidrogénio. Esta reacção leva á formação de novos e diferentes minerais ou á completa desintegração do mineral original

Ex: desintegração da olivina e da piroxena.

      formação de argila e silica através da hidrólise do feldspato.

 

Oxidação redução

Estes dois processos estão interligados, não podendo um acontecer sem o outro. A oxidação é o processo pelo qual o átomo ou o ião perde electrões; na redução ocorre um ganho de electrões

Ex: Transformação da pirite em hematite

      Transformação da piroxena em limonite

 

Para além destes processos existe outro que é efectuado pelos seres vivos e que designa meteorização quimico-biológica. Todos os seres vivos, em resultado de processos metabólicos produzem fluidos e ácidos que podem provocar alterações quimicas quando em contacto com as rochas.

 

Erosão 
 

Após a meteorização das rochas, ocorre a erosão, processo pelo qual os agentes erosivos separam fragmentos da rocha-mãe.

 

Acção erosiva da água

A água da chuva pode provocar sulcos profundos nos solos, que se designam ravinas. Pode também originar estruturas como as chaminés-de-fada.

 

Acção erosiva do vento

A acção erosiva do vento é feita, principalmente, através de dois processos. Um deles consiste na remoção de particulas sedimentares, deixando coberta a rocha-mãe, que, assim, fica sujeita á ácção da meteorização. No outro processo, o vento em conjunto com as particulas que transporta, desgasta as rochas. 

 

Transporte

O sedimentos formados através da acção dos agentes erosivos são, posteriormente, transportados para outros locais. De entre os agentes de transporte, os mais importantes são a gravidade terrestre, o vento e a água. 

 

Deposição

Após o transporte dos sedimentos, dá-se a deposição dos mesmos. Esta deposição pode ocorrer em diferentes zonas e a sua constante deposição origina camadas/estratos. 

 

Diagénese

É o conjunto dos fenómenos fisicos e quimicos que transforma os sedimentos em rochas sedimentares consolidadas. Dos fenómenos que intervêm na diagénese destacam-se a compactação, a cimentação e a recristalização.

 

Na compactação os sedimentos vão sendo sucessivamente comprimidos por acção dos novos que sobre eles se vão depositando. Sendo assim, os materiais subjacentes são sujeitos a um aumento de pressão crescente, o que vai provocar a expulsão da água que existe entre eles e a diminuição da sua porosidade, com consequente diminuição do seu volume.

 

Pode-se dar o caso em que o espaço entre as particulas seja preenchido pelas substâncias quimicas dissolvidas na água, tais como a silica. Este fenómeno designa-se cimentação.

 

Durante a recristalização, alguns minerais alterana sua estrutura cristalina. Por exemplo, a aragonite transforma-se em calcite. Este fenómeno ocorre devido a alterações das condições de pressão e temperatura.

fig. 5 - formação das rochas sedimentares

 

Rochas sedimentares

 

Os minerais

Um mineral é uma substância sólida, natural e inorgânica, de estrutura cristalina e com composição quimica fixa ou variável. Assim, uma substância para ser considerada um mineral terá de:

  • ser um sólido, o que exclui do "reino mineral" os liquidos e os gases (com excepção do mercúrio);
  • formar-se sem a intervenção do homem;
  • ser inorgânico;
  • ter uma estrutura cristalina;
  • ter uma estrutura que possa ser representada em forma 

Na Natureza existem, ainda substância sólidas, naturais e inorgânicas que, contudo não possuem estrutura cristalina. Estas substâncias designam-se mineralóides.

 

fig 6 - Opala (mineralóide)

 

fig 7 - limonite (mineraloide)

 

Principais propriedades dos minerais

Na identificação dos minerais recorre-se a um conjunto de propriedades quimicas e físicas.

 

Composição quimica

 

É possivel classificar os minerais quimica e fisicamente através dos resultados qualitativos e quantitativos fornecidos por análises quimicas. Esta classificação foi feita por Dana e Hurlbut, em que se divide os minerais de acordo com o anião dominante.

 

fig. 8 - classificação quimica de Dana e Hurlbut

 

Propriedades fisicas:

  • propriedades mecânicas: clivagem e dureza
  • propriedades ópticas: cor, traço e brilho
  • densidade

 

Clivagem 

Traduz a tendência de alguns minerais para fragmentarem.

fig. 9 - classificaçao de clivagem

 

Brilho

Propriedade que se refere á intensidade de luz reflectida por uma superficie de fractura recente de um mineral.

fig 10 - classificação do brilho

 

Cor

Resulta da absorção de radiações da luz branca que incide sobre o mineral. 

Se os minerais apresentarem uma cor constante designam-se minerais idiocromáticos. Caso apresentem uma gama variada de cores designam-se alocromáticos.

fig 11 - quartzo(mineral alocromático)

 

fig 12 - Galena( mineral idiocromático)

 

Dureza

Resistência que um mineral oferece ao ser riscado por outro mineral.

Em 1822, Friedrich Mohs, imaginouuma escala de dureza baseada na capacidade de um mineral riscar o outro. 

Diz-se que um mineral é mais duro do que o outro se, e só se, o riscar sem se deixar riscar por ele.

fig 13 - escala de dureza reativa de Mohs

 

Traço

Cor de um mineral quando reduzido a pó.

fig 14 - exemplos de traços

 

Densidade

Depende da sua estrutura cristalina, nomeadamente da natureza dos seus constituintes e do seu arranjo, mais ou menos compacto.

 

Caracterização e identificação dos minerais mais comuns nas rochas

 

Rochas sedimentares Rochas magmáticas  Rochas metamórficas

Calcite

 Quartzo Granadas
Dolomine Feldspatos Andaluzite
Argilas Anfíbolas Silimanite
Quartzo Piroxenas Distena
Moscovite Micas  Quartzo 
  Olivinas Imcas
    Estaurolite
    Anfíbolas

 

Classificação das rochas sedimentares

 

As classificações existentes para este tipo de rochas baseiam-se, sobretudo, em critérios de composição química e mineralógica ou na génese dos sedimentos que as originam. Contudo, e dada a diversidade de ambientes de formação de rochas sedimentares, torna-se, por vezes, dificil classificá-las, pelo que se recorre a classificações que conjugam os critérios acima indicados.

 
Sedimentos

 

Fisico-quimica:   Detritos(fragmentos de rochas pré-existentes) que originam rochas detriticas. Ex: areias que posteriormente originam arenitos.                        

Quimica: Substâncias dissolvidas na água que orinam rochas quimiogénicas. Ex: calcite que irá formar calcário.                           

 

Biológica: Substâncias quimicas produzidas pelos seres vivos ou resultantes da sua actividade. Ex: através da decomposição anaeróbia de detritos de plantas forma-se o carvão

          

Rochas sedimentares detriticas

Formam-se a partir de fragmentos sólidos, ou seja, de detritos obtidos a partir de outras rochas pré-existentes, por processos de meteorização e de erosão. Os sedimentos detriticos são classificados em função do seu tamanho:

 

fig 15 - escala granulométrica

 

Os depósitos de balastros (seixos, calhaus, cascalhos e areão), areias, siltes e argilas classificam-se como rochas sedimentares detriticas não consolidadas. A consolidação destes detritos através da diagénse, origina as rochas sedimentares detriticas consolidadas. 

 

Rochas sedimentares detríticas.docx (17,2 kB)

 

 

Rochas sedimentares quimiogénicas

Neste caso, os sedimentos resultam da precipitação de substâncias quimicas dissolvidas numa solução aquosa(oceano, mar, lago,...). 

fig 16 - rochas sedimentares quimiogénicas

 

 

Rochas sedimentares biogénicas

 

Na formação de rochas sedimentares biogénicas, distinguem-se duas situações:

  • os corais são seres vivos que edificam estruturas calcárias, sob a forma de recife, a partir do carbonato de cálcio dissolvido na água do mar. Este tipo de calcário, que se forma em consequência da actividade biológica designa-se recifal.
  • outros seres vivos retiram carbonato de cálcio da água do mar para construir parte do seu corpo, como, por exemplo, as conchas. A acumulação e a cimentação destas estruturas, após a morte dos seres vivos, originam calcários conquíferos.

 

 

fig 17 - rochas sedimentares biogénicas

 

 

Rochas sedimentares - arquivos históricos da Terra

 

As estruturas sedimentares formam-se durante ou após a deposição dos sedimentos, mas antes da diagénese.

A estratificação é a estrutura mais comum das rochas sedimentares e resulta do facto de a deposição de sedimentos, por acção da gravidade, ser horizontal. 

Á sucessão de estratos depositados no mesmo ambiente sedimentar atribui-se a designação de sequência estratigráfica.

O conjunto das caracteristicas litológicas e fossilíferas de um estrato sedimentar designa-se por fácies sedimentar, a qual contribui para a compreensão e interpretação do ambiente reinante aquando a sua sedimentação.

 

Ambientes sedimentares, continentais, de transição e marinhos

 

Os  ambientes de sedimentação - detriticos, quimiogénicos e biogénicos - distribuem-se pela superficie da Terra, nomeadamente nos continentes, nos mares e nos oceanos, bem como nas zonas de transição. 

 

fig 18 - ambientes de sedimentação

 

Ambientes de sedimentação detriticos, quimiogénicos e biogénicos.

 

Alguns exemplos de ambientes de sedimentação detríticos.docx (15 kB)

 

Fósseis e processos de fossilização 

 

Entende-se por fóssilum resto ou o molde de um organismo que existiu no nosso planeta, no passado, ou, ainda, um vestigio da sua actividade, preservado nas rochas. 

Exemplos de processos de fossilização:

  • Marcas: o organismo está apenas representado por vestigios da sua actividade.
  • Impressões: o organismo está apenas representado pelo seu molde externo ou interno, os quais podem revelar pormenores da sua estrutura e morfologia
  • Mineralizações: o organismo ou as suas partes duras são conservadas por substituição da matéria orgânica por matéria mineral
  • Mumificação: o organismo é completamente preservado, por exemplo, por resinas ou pelo gelo.

Os fósseis podem ser considerados:

  • Fósseis de idade: são bons indicadores da idade dos estratos, têm uma grande distribuição geográfica(horizontal) e uma pequena distribuição  estratigráfica(vertical).
  • Fósseis de fácies:são bons indicadores de paleoambientes, têm uma pequena distribuição geográfica(horizontal) e uma grande distribuição estratigráfica(vertical).

 

Principios da estratigrafia

 

Segundo o principio da sobreposição, numa sequência estratigráfica não deformada, um dado estracto é mais recente do que aquele que lhe serve de base. 

Este principio da sobreposição permite avaliar a variação vertical das condições de sedimentação dos estractos, bem como a sua idade relativa. Contudo, também pode ocorrer variação horizontal, ou seja, lateral das caracteristicas da sedimentação.

Assim o mesmo periodo de sedimentação pode ocorrer em diferentes ambientes, originando estratos, que se podem estender por uma vasta área, onde se verifica uma passagem gradual de litologias. Este principio estratigráfico designa-se Principio da Continuidade Lateral. Um estracto é, aproximadamente, da mesma idade em toda a sua extensão.

O principio da identidade paleontológica estabelece que os estractos com o mesmo conteúdo fossilífero têm a mesma idade.

fig 19 - escala do tempo geológico

 

Rochas magmáticas

 

Rochas magmáticas.docx (725,4 kB)

 

Rochas metamórficas

 

Rochas metamórficas.docx (1,5 MB)

 

 

 

Deformação - dobras e falhas

 

Com o constante movimento das placas tectónica, as rochas ficam sujeitas a fortes estados de tensão. Em resposta a esse estado deformam-se, podendo originar falhas ou dobras.

 

Podem exercer dois tipos de comportamentos: 

  • Frágil / rígido: este tipo de rochas quando sujeitas a estados de tensão a baixas temperaturas e pressões fracturam-se formando falhas. 

  • Dúctil: em condições de elevada pressão e temperatura dobram-se, originando dobras.

fig.20 - tipos de deformação

 

Falhas

 

fig 21 - tipos de falhas

 

A fragilidade da rocha vai diminuindo á medida que se aumenta a profundidade. À superficie, a rocha pode ter um comportamento frágil mas, no interior da Terra pode ter um comportamento dúctil.

 

Dobras

fig 22 - tipos de dobras