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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS Profª EDLEUSA PEREIRA SEIDEL edleusaseidel@yahoo.com.br Edleusa.seidel@unioeste.br MCR- 2020/21 mailto:edleusaseidel@yahoo.com.br mailto:Edleusa.seidel@unioeste.br 2 CÁPÍTULO I - INTRODUÇÃO 1. GEOLOGIA Inicialmente vamos falar de minerais e rochas. A geologia é a ciência que estuda a Terra em todos os seus aspectos, isto é, a constituição e estrutura do globo terrestre, as diferentes forças que agem sobre as rochas, modificando assim as formas do relevo e a composição química original dos diversos elementos, a ocorrência e a evolução da vida através das diferentes etapas da história física da terra (estudo dos seres antigos). A geologia Física estuda os materiais, bem como os processos que operam no interior e na superfície da Terra. Por que estudar Geologia e Mineralogia? Existem aproximadamente 4000 espécies minerais e sua importância está em função: Abundância Ex. Feldspato muito abundante na natureza (60% silicatados) possuem numerosas aplicações na indústria devido ao seu teor de álcalis e alumina. Usado na fabricação de vido, sobretudo os feldspatos 3 potássicos, que ajudam a reduzir a temperatura de fusão do quartzo, ajudando controlar a viscosidade do vidro. Também é usado na fabricação de cerâmicas, sendo o 2º ingrediente mais importante depois das argilas. Seu uso aumenta a resistência e durabilidade das cerâmicas. Raridade Ex. as gemas como diamante, safira, rubi, esmeraldas, ouro e prata etc. são raras. Interesse científico, econômico e agronômico. Ex. hematita, cassiterita, bauxita (indústria), argila (cerâmica), urânio e tório (usinas nucleares); calcita, hematita, quartzo, bauxita (construção civil). Interesse agronômico Os acadêmicos do curso de Agronomia necessitam conhecer o solo, pois a maioria de suas atividades futuras estará relacionada ao conhecimento e exploração deste. Como parte fundamental para o estudo e exploração do solo tem-se necessariamente que acumular conhecimentos a respeito de seus materiais de origem. Fica então a pergunta, quais são os materiais de origem dos solos? Consideramos como materiais de origem dos solos: a) Rocha no estado íntegro (sem alteração); b) Produtos de alteração de rochas "in situ"; c) Produtos de sedimentos inconsolidados, transportados e depositados. Os materiais que dão origem aos solos são constituídos, na sua grande maioria, por minerais. Dessa forma, tem-se que primeiro, estudar e conhecer os principais minerais que formam os materiais de origem dos solos, e em seguida, caracterizar esses materiais para depois identificar e interpretar os fenômenos de transformação desses produtos em solos. 4 2. GLOBO TERRESTRE A maioria dos processos geológicos que modelam a superfície da Terra e conferem estrutura ao seu interior, operaram ao longo de um tempo muito longo, da ordem de milhões e bilhões de anos. As rochas expostas à superfície são os registros visíveis dos processos geológicos passados. Das relações de tempo e espaço traduzidas pelas rochas, os geólogos construíram a escala de tempo geológico, que é usada para ordenar os eventos geológicos da história da Terra. O tempo geológico é entendido como o tempo decorrido desde a formação da Terra até os nossos dias, isto é, aproximadamente 4,5 bilhões de anos. Para alcançar o nível de evolução no qual encontra o planeta hoje, foi preciso milhões de anos para que pudesse oferecer condições ideais para o desenvolvimento da vida. 2.1. Constituição da terra A terra é um planeta dinâmico em constante mutação no decorrer de seus 4,5 bilhões de anos de existências. A terra é um planeta rochoso. Sua superfície é sólida, composta por grande diversidade de rochas. Ela tem forma aproximadamente esférica com diâmetro equatorial igual a 12.756 km e Ø polar de 12.713 km. Atinge-se no máximo 7.000 m de profundidade, com sondagens, sendo o conhecimento da crosta resultante de métodos indiretos não tendo sido comprovado. 5 A terra é constituída de três camadas concêntricas: a crosta, o núcleo, e o manto. Essa divisão ordenada resulta das diferentes densidades entre as camadas, causadas pelas variações na composição, temperatura e pressão. A primeira camada da Terra é a Crosta terrestre, também conhecida como litosfera. É a menor das estruturas do planeta, mas é a mais importante para as atividades humanas. Ela é fundamentalmente composta por rochas leves, tendo como minerais predominantes o silício, o alumínio e o magnésio. Nas zonas continentais, apresenta uma variação de 20 a 70 km de espessura, medidas que diminuem nas zonas oceânicas, onde a variação é de 5 a 15 km. A crosta, a camada mais exterior da Terra, consiste em dois tipos. A crosta continental (SIAL) é espessa (20-90 km), possui densidade média de 2,7 g cm3. A crosta oceânica é fina (5-10 km), é mais densa que a crosta continental (3,0 g cm3). SIAL ou crosta continental (Granítica) – é a camada superficial, constituída principalmente por sílica (Si) e alumínio (Al). Composta essencialmente de granitos e dioritos e basaltos, que são as principais rochas formadoras dos continentes. O Sial é descontínuo, não ocorrendo sob os oceanos. SIMA ou crosta oceânica (Basáltica) – é a camada constituída principalmente por sílica (Si), magnésio (Mg) e ferro (Fe) na forma de gabros e basaltos. É contínua, passando por baixo dos continentes. 6 A litosfera, constituída de rochas, é o cenário de todos os fenômenos geológicos e, portanto, de todos os processos que dão origem às rochas ou as modificam. Tanto a Geologia como a Petrologia cuidam somente dos envoltórios mais externos da terra, isto é, do Sial e Sima. O manto circunda o núcleo e constitui cerca de 80% do volume da Terra. É menos denso que núcleo e acredita-se que seja composto principalmente de periodotito, uma rocha ígnea escura e densa contendo bastante ferro e magnésio atinge aproximadamente 3000 quilômetros de profundidade. Com base em suas características físicas, o manto pode ser dividido em três zonas. A zona inferior do manto é solida sendo a maior parte do volume do interior da terra. Circundando o manto inferior vem a astenosfera, que tem a mesma composição do manto inferior, mas se comporta plasticamente e pode fluir lentamente. Uma fusão parcial dentro da astenosfera gera o magma (material derretido) e parte dele pode subir para a superfície porque é menos denso que a 7 rocha da qual ele derivou. O manto superior envolve parte da astenosfera e rocha mantélica consolidada até a base da crosta. O centro da Terra é ocupado pelo núcleo, e ocupa 16% do volume total da terra; muito quente (4500 A 5000 ºC), composto principalmente de ferro e uma pequena quantidade de níquel. O núcleo divide-se em duas partes: o núcleo externo, situado entre 2900 e 5100 quilômetros de profundidade, e o núcleo interno, que se situa a 5100 e 6400 quilômetros. O núcleo externo se apresenta em estado líquido, à temperatura de aprox. 4000 graus, enquanto o núcleo interno ultrapassa 5000 graus, mas permanece no estado sólido por causa das pressões incríveis que sofre. A atmosfera e a hidrosfera são as camadas externas da Terra. 3. TECTÔNICA DE PLACAS Ao longo dos anos, novos métodos de estudo de como as forças internas e externas moldam a Terra, tem gerado abundantes novas informações e excitantes questões. Nas três últimas décadas do século XX, geólogos desenvolveram uma nova teoria unificadora que relaciona os processos dinâmicos da Terra aos movimentos de grandes placas que constituem a capa externa do planeta, teoria esta chamada de Tectônica de Placas. Esta teoria oferece um modelo abrangente para explicar como a Terra funciona.De acordo com a teoria da tectônica de placas, a litosfera é um envoltório não-contínuo, dividido em partes que se apoiam ou flutuam sobre a astenosfera. Identificaram-se sete placas principais (africana, americana, eurasiana, pacífica, 8 indo-australiana, antártica e nazca), de maior extensão, e seis secundárias de menor extensão. Na parte superior dessas placas, firmemente incrustadas em rochas densas, estão os continentes e terras emersas e as bacias oceânicas. Fonte:http://geologia69.blogspot.com/2015/11/a-teoria-da-tectonica-de-placas.html Em razão dos movimentos tectônicos, a placa Sul-americana afasta-se da Africana a velocidade de 2 cm por ano. Verifica-se também um afastamento entre a África e a Ásia, na região da península arábica, com a tendência do Mar Vermelho aumentar de largura, originando um oceano. Além disso, as zonas sísmicas ou de terremotos e de vulcanismo encontram-se na faixa de contato entre as placas que são áreas de instabilidade geológica. A similaridade de contornos entre África e América do Sul já era há muito observada, até que Alfred Wegener, metereologista alemão, se dispôs a buscar outras evidências que mostrassem a antiga união continental, publicando em 1915 o trabalho intitulado “A Origem dos Continentes e Oceanos”. Neste trabalho, Wegener advogava a Deriva Continental (Figura 2.3) baseada em evidências estruturais (cadeias montanhosas) e paleontológicas (fauna e flora similares em locais distantes). 9 Inicialmente esta ideia, que revolucionava os conceitos geológicos, foi pouco aceita, até que a intensa exploração do fundo oceânico, a partir da 2ª Guerra Mundial, trouxe novas descobertas. Constatou-se a existência de uma cadeia montanhosa de 73000 km de extensão ao longo do Oceano Atlântico (sentido N- S),com altitudes de até 3000 m e um vale central. Na amostragem dessas montanhas foram obtidas rochas com idades inferiores a 150 milhões de anos, quando se acreditava que ali se encontrariam as rochas mais antigas da Terra. Daí surgiu a idéia de que o vale central do Atlântico pudesse ser uma imensa fenda de onde surgia rocha em fusão, formando e expandindo o assoalho oceânico. Estas observações e as teorias a elas associadas – da Deriva Continental e da Expansão do Assoalho Oceânico forneceram o arcabouço para a elaboração da Teoria da Tectônica de Placas. Esta teoria considera a Litosfera como sendo composta por vários pedaços, que se encontra em movimento. Estes pedaços são denominados Placas Tectônicas. 4.2. Expansão do Assoalho Oceânico Atualmente, a crosta terrestre é constituída por cerca de doze placas tectônicas (7 grandes placas e outras tantas menores), que ficam literalmente boiando em cima do magma pastoso. Há milhões de anos, quando se iniciou sua movimentação, devia haver menos placas. 10 Ao moverem-se em vários sentidos, pelo fato de o planeta ser esférico, as placas acabaram se encontrando em determinados pontos da crosta e dando origem aos dobramentos modernos, aos terremotos, etc. A palavra tectônica deriva do radical grego tektoniké “arte de construir”. Assim, ao se movimentarem sobre o magma, desde o final da era Mesozóica, as placas acabaram por se “chocar” em certos pontos, o que determinou, ao longo de milhares de anos, alterações no relevo. Na faixa de contato entre as placas, seja na zona de formação, em geral nas dorsais oceânicas, ou de destruição, em geral no contato do oceano com o continente, a crosta é frágil, o que permite o escape de magma, originando os vulcões e, em função do atrito, há ocorrência de abalos sísmicos. As placas oceânicas (sima) são pesadas e densas e, tendem a mergulhar sob as placas continentais (sial). Esse fenômeno, conhecido como subducção, dá origem às fossas marinhas ou regiões abissais e ocorre onde há o encontro das placas. Quando a placa oceânica mergulha em direção ao manto, é destruída. 11 Como esse fenômeno é relativamente recente na história do planeta (ocorreu no fim da era Mesozóica e início da Cenozóica, no período Terciário), convencionou-se denominá-lo de dobramento moderno. Assim, as cadeias dobradas recentemente, como os Andes (América do Sul), o Himaláia (Asia, maior cadeia de montanhas do planeta, também conhecida como o teto do mundo, com mais ou menos 110 picos com 7.300 m. culminando com o Everest com 8.850 m). A cadeia de montanhas do Himalaia é formada pela convergência de duas placas Eurásia e Indo-austriliana. Também fazem parte do dobramento moderno as Rochosas (Canadá/EUA), os Alpes (Europa- Áustria, Alemanha, Itália e França), etc., apresentam elevadas altitudes e forte instabilidade tectônica. Por serem relativamente recentes, acham-se pouco desgastadas e, como ainda estão em construção, tornam-se sujeitas à ação de terremotos e vulcões. Podemos concluir que, quanto à origem, existem três tipos principais de províncias geológicas no planeta: escudos cristalinos, bacias sedimentares e dobramentos modernos. 12 Os escudos pré-cambrianos apresentam disponibilidade de minerais metálicos (ferro, manganês, ouro, bauxita, etc.), sendo, por isso, bastante explorados economicamente. Já nos escudos paleozoicos (bacias sedimentares) encontram-se minerais não-metálicos (cimento, gesso, etc.). Nos dobramentos modernos, o terreno soerguido pelo movimento das placas pode conter qualquer tipo de minério. As bacias sedimentares são depressões do terreno, preenchidas por fragmentos minerais de rochas erodidas e por sedimentos orgânicos, que no tempo geológico podem transformar-se em combustíveis fósseis. No caso do soterramento de antigos ambientes aquáticos, ricos em plâncton, é possível encontrar petróleo. Já no caso do soterramento de antigas florestas, há a possibilidade de ocorrência de carvão mineral. As principais reservas petrolíferas e carboníferas do planeta datam, respectivamente, das eras Mesozóicas e Paleozóicas. Assim, as bacias sedimentares são importantes províncias onde podem ocorrer combustíveis fósseis de origem orgânica: petróleo, carvão mineral e xisto betuminoso. A estrutura geológica brasileira é constituída por bacias sedimentares (64%) e escudos cristalinos (36%). Por encontrar-se no meio da placa tectônica sul- americana, o Brasil não possui cadeias montanhosas ou dobramentos modernos. Os escudos cristalinos foram muito desgastados pela erosão, apresentando altitudes modestas e formas arredondadas. Qual a diferença de Placas Tectônicas e Continentes? Continentes: parte emersa das placas tectônicas. Pode ter uma definição física: grande porção de terras cercada por água, mares ou aceanos. Ou até uma abordagem histórica e cultural, como no caso do continente europeu é separado do asiático. Placas Tectônicas: corresponde a camada sólida do planeta Terra, subdividida em partes, que estão em movimento devido a Tectônica de Placas. 13 CAPÍTULO II - MINERAIS 2.1. Definição de mineral: Espécie mineral é qualquer substância inorgânica, de ocorrência natural, com composição química definida e que possui estrutura cristalina. Um Mineral normalmente é encontrado na natureza em estado sólido (o mercúrio e água são exceções). 2.2. Substâncias que ocorrem na natureza e são inorgânicas O critério que ocorre naturalmente exclui dos minerais todas as substâncias manufaturadas pelos homens. Os minerais tem origem inorgânica. Um mineral tem uma estrutura bem organizada. É essa estrutura que os cientistas chamam de cristal. Cada mineral é feito de partes bem pequenas, chamadas elementos químicos. Isso significa que um quartzo, por exemplo, terá sempre silício e oxigênio em sua composição; o diamante possui só carbono, e a pirita tem ferro e enxofre. Uma espécie mineral se define por 4 condições necessárias: A) caráter inorgânico: substâncias orgânicas estão excluídas, masalgumas espécies minerais têm origem orgânica como a calcita. B) ocorrência natural: toda espécie mineral encontra-se espontaneamente na natureza, excluindo-se os produtos artificiais. C) composição química: toda espécie mineral tem composição química definida, podendo ser variável dentro de certos limites constituindo uma unidade mineralógica (Mg, Fe)2 SiO4, constituindo uma única espécie mineral (Olivina). D) estrutura Cristalina: precisa ter estrutura cristalina para ser mineral, pois substância inorgânica, de ocorrência natural e composição química definida sem estrutura cristalina são mineralóides (opala amorfa). A composição química e o tipo de estrutura cristalina são as propriedades essenciais de 14 uma espécie mineral, pois, da sua interação resulta o conjunto das propriedades da espécie. Quase todos os minerais ocorrem no estado cristalino, no qual os átomos ou agrupamento de atamos são dispostos regularmente, segundo os sistemas fixos e constantes, ou seja, conservando-se invariáveis as distâncias entre os átomos que se repetem, numa linha, assim como as distâncias entre as fileiras de átomos ou entre os planos formados pelas fileiras paralelas. Estrutura cristalina do Cloreto de sódio Da interação das propriedades essenciais resultam os princípios básicos de mineralogia: 1º - Cada espécie mineral possui um conjunto de propriedades que a distingue das demais. 2º - Uma espécie mineral exibe o mesmo conjunto de propriedades onde quer que se encontre. Cada espécie mineral possui um conjunto de parâmetros que o define distintamente de qualquer outra espécie mineral. Estes parâmetros constituem a sua cela unitária, isto é, três lados (ao, bo, co) e os três ângulos que elas formam (α,β,ץ) caracterizam sua cela unitária. 2.3. Onde e quando se formam os minerais? Um fenômeno comum, responsável pela origem de alguns minerais, é o resfriamento do material rochoso fundido conhecido como magma. O magma que atinge a superfície da Terra é a lava. Quando o magma ou lava, se resfria, os minerais começam a cristalizar e crescer determinando, desse modo a composição mineral das rochas ígneas. Os 15 minerais também se cristalizam das soluções de água quente (hidrotermais) que invadem as rachaduras e fendas nas rochas 2.3. Distinção entre Mineral e Rocha A condição necessária para conseguir a distinção entre Mineral e Rocha é ter o conhecimento dos conceitos que os definem. Tanto mineral como rocha são corpos naturais que constituem a Litosfera. Várias são as definições de minerais e rochas. Mineral: É um sólido homogêneo, de ocorrência natural, geralmente inorgânico, com composição química definida e uma estrutura cristalina (arranjo ordenado de cátions e ânions). Ex.: Hematita (-Fe203), Calcita (CaCO3), Diamante (C). Os minerais são formados de átomos ligados entre si. Na maioria dos casos, dois ou mais elementos são envolvidos, formando, assim compostos. Mas alguns minerais, conhecidos como elementos nativos, são constituídos de átamos ligados de um único elemento (ex. a prata). Rocha : É um agregado natural, coerente, multigranular de uma ou mais espécies minerais. Podendo conter ainda, matéria orgânica e matéria vítrea. Após esses conceitos, e utilizando-se dos critérios relacionados a seguir, é possível, após o exame de uma amostra, dizer se é um mineral ou uma rocha. A - Forma Externa: os minerais podem ocorrer espontaneamente com forma externa de cristal, devido apresentar uma estrutura cristalina definida. Podem exibir faces planas e regulares que no conjunto, podem formar poliédros (cubos, hexágonos, prismas, etc), embora isso não seja obrigatório. Uma rocha normalmente não apresenta forma poliédrica natural. a1) Apresentando forma poliédrica, mesmo que imperfeita, trata-se de um mineral ( Figura 1). a2) Não apresentando nenhuma face plana e regular, pode ser mineral ou rocha. 16 B) Matéria Orgânica. Definindo mineral como uma substância inorgânica, toda amostra que contiver matéria orgânica como constituinte, será considerada uma rocha. Geralmente, a matéria orgânica é reconhecida por apresentar cor escura, odor característico, ao ser friccionado suja os dedos e em contato com fogo torna- se combustível. C) Número de Constituintes. Trata-se de uma avaliação do número de componentes da amostra (mineral, matéria orgânica, matéria vítrea). Em geral os diferentes constituintes é reconhecido por apresentar propriedades distintas, como por exemplo cor, brilho, etc. Se amostra apresentar mais de um constituinte, ela é uma rocha. Entretanto, é possível na natureza, que alguns minerais apresentem impurezas disseminadas em seus cristais. Os métodos macroscópicos de identificação de minerais e rochas citados podem ser utilizados para a maior parte dos minerais e rochas de interesse agronômico. Entretanto, algumas vezes estes métodos podem ser insuficientes e devem ser utilizadas técnicas complementares de laboratório como, por exemplo, difratometria de raios-X, microscopia óptica e eletrônica, análises químicas e etc., 2.4. Minerais: identificação através de propriedades física Os minerais podem ser identificados pelos elementos presentes e o arranjo dos átomos, entretanto requerem conhecimentos e equipamentos especiais. Por 17 isso, a maneira mais comum e prática de identificar um mineral são por meio de suas propriedades físicas. As principais propriedades físicas são: Ópticas: Brilho, cor e traço Mecânicas: clivagem, fratura e dureza Outras: Densidade 2.4.1. BRILHO – O brilho de um mineral é a capacidade de reflexão da luz incidente sobre sua superfície. O brilho de um mineral pode ser dividido em: A)METÁLICO – brilho semelhante a um metal. Ex.: pirita, hematita; galena ouro nativo B)NÃO METÁLICO – outros tipos de brilhos observados nos minerais. Exemplos: vítreo – brilho semelhante ao vidro. Ex.: quartzo (hialino, ametista, fume) sedoso – brilho semelhante a seda. Ex.: gipso resinoso – brilho semelhante a resina. Ex.: enxofre perláceo – brilho semelhante a pérola. Ex.: talco lamelar e granular micáceo – brilho intenso das superfícies das "placas" ou "escamas" dos minerais micáceos. Ex.: muscovita, biotita e lepdolita 2.4.2. COR – Esta é provavelmente a primeira propriedade física a chamar a atenção quando alguém examina um mineral. O que o nosso cérebro interpreta como cor é, na verdade, o resultado da absorção seletiva de determinados comprimentos de onda da luz que atravessa o mineral. Os comprimentos de onda que não são absorvidos tornam-se dominantes no espectro que emerge do mineral, e a combinação destes comprimentos de onda é o que é percebido como cor. A cor de uma substância depende do comprimento de onda da luz que ela absorve. Por exemplo, um mineral que apresenta cor verde absorve todos os comprimentos de onda do espectro exceto aquele associado ao verde. A cor do mineral é um caráter importante em sua determinação. Alguns autores consideram como fundamentais as seguintes cores dos minerais: branco, 18 cinza, preto, azul, verde, amarelo, vermelho e castanho. Deve-se assinalar, entretanto, que podem ocorrer minerais das mais diversas tonalidades. As cores dos minerais, especialmente dos que apresentam brilho metálico, devem ser observadas na fratura fresca. Em geral a superfície exposta ao ar pode apresentar películas de alteração. Os minerais de brilho não metálico podem ser divididos em: A) Idiocromáticos – são aqueles que apresentam sempre a mesma cor dentro da espécie mineral, cor constante que depende da composição química. Ex.: enxofre (amarelo), malaquita (verde), azurita (azul), etc. B) Alocromáticos – são aqueles que apresentam cor variável dentro da mesma espécie mineral em função da presença de impurezas naestrutura cristalina ou por causas de natureza física (ex.: aumento de temperatura, radiação, etc). Estes minerais são incolores quando puros. Alguns exemplos de minerais alocromáticos: - Fluorita - incolor, amarela, rósea, verde ou violeta (grupo dos alóides) - Turmalina - incolor (acroíta), rósea (rubelita), verde (esmeralda brasileira), azul (indicolita) e preta (afrisita); - Berilo - incolor, verde (esmeralda), azul-esverdeado ou azul água marinha, amarelo (heliodoro); - Quartzo - incolor (cristal de rocha, hialino); amarelo (quartzo citrino), róseo (quartzo róseo), verde (quartzo prase), violeta (quartzo ametista). A cor é uma propriedade física importante na determinação dos minerais, mas nem sempre é constante. Desta forma, deve-se utilizar esta propriedade com cuidado. 2.4.3. TRAÇO – A cor do pó fino de um mineral é designada de traço. Enquanto as cores dos minerais podem ser muito variáveis, as cores dos traços são 19 normalmente constantes. O traço é obtido riscando-se com o mineral uma placa de porcelana não polida. 2.4.4. DUREZA – Exprime a resistência que um mineral oferece à penetração de uma ponta aguda que tenta riscar o mineral. Esta ponta aguda poderá ou não riscar o mineral. Riscando, o sulco produzido poderá ser profundo e bem nítido se o mineral tiver baixa dureza. Se a dureza for pouco inferior à ponta aguda, o sulco será fino e pouco profundo. Esta ponta pode ser tanto de aço ou vidro, como pode ser de um outro mineral qualquer. Será adotada a escala de dureza de MOHS, estabelecida em 1824, na qual dez minerais comuns são ordenados em relação à resistência que oferecem ao risco. A escala de Mohs não é linear. Por exemplo, o diamante é cerca de 40 vezes mais duro que o talco, enquanto o coríndon que está logo abaixo do diamante (dureza 9), é da ordem de 9 vezes mais duro que o talco. A escala de Mohs é adimensional. Diz-se que o mineral tem dureza 5 ou 3, por exemplo, na escala de Mohs. QUADRO 1 - Escala Mohs 1- Talco – Baixa dureza 6- Ortoclásio – Alta dureza 2- Gipsita - Baixa dureza 7- Quartzo - Alta dureza 3- Calcita – Média dureza 8- Topázio - Alta dureza 4- Fluorita – Média dureza 9- Coríndon - Alta dureza 5- Apatita – Média dureza 10- Diamante – Alta dureza (Tia Georgina Caso Fores A Oliveira Queira Trazer Coisas Diversas) Esta escala dá ao mineral talco (um filossilicato com tetraedros de silício ordenados em duas direções) o valor um (1) e ao diamante (compostos de atamos de carbono forte e simetricamente unidos em três direções e por ligações e por ligações covalentes), o valor dez. Para utilizar a escala de Mohs toma-se como limites a dureza da unha (aproximadamente 2,8 - 2,9) e de uma lâmina de canivete (canivetes comuns da ordem de 5,5). Minerais da mesma dureza riscam-se mutuamente, mas de forma fraca. Desta forma tem-se: 20 DUREZA BAIXA: minerais riscados pela unha. (minerais de dureza 1 e 2); DUREZA MÉDIA: minerais não riscados pela unha, mas riscados pelo canivete (minerais com dureza até 5 – 5,5); DUREZA ALTA: minerais de 6 a 7 riscam o vidro e os de 8 a 10 cortam o vidro 2.4.5. CLIVAGEM – É a propriedade que tem uma substância cristalina em dividir- se em planos paralelos. Os planos de clivagem podem ocorrer segundo uma ou mais direções. A clivagem é fraca se as ligações na estrutura cristalina forem fortes e excelentes se forem fracas. Ligações covalentes resultam em clivagens fracas ou em ausência de clivagem. Ligações iônicas são fracas e resultam em excelentes clivagens. Os minerais podem apresentar superfícies de clivagem em: a) 3 direções (Figura 6A) - Ex.: calcita, galena b) 2 direções (Figura 6B) - Ex.: feldspato c) 1 direção (Figura 6C) - Ex.: micas, talco d) ausente - Ex.: quartzo, turmalina. 2.4.6. FRATURA É o tipo da superfície não plana apresentada por um mineral, após o mesmo ter sido submetido a um choque mecânico. Um mineral sem clivagem apresenta fratura (quartzo, magnetita). A fratura pode ser: a) Conchoidal - quando o mineral apresenta superfície em forma de concha profunda - Ex.: quartzo. b) Sub-Conchoidal - quando o mineral apresenta superfície em forma de concha, mas pouco profunda – Ex.: aragonita. c) Irregular - sem forma definida – Ex.: turmalina. 21 2.4.7. HÁBITO - É a forma externa mais freqüente de ocorrência de um mineral. O hábito depende da forma e velocidade de crescimento do mineral que por sua vez são influenciadas pela temperatura, pressão, impurezas, etc. Pode-se concluir que um mesmo mineral, em condições genéticas distintas, pode apresentar hábitos diferentes. O hábito nem sempre é uma propriedade que diferencia um mineral do outro, mas sem dúvida é de grande importância. A seguir serão apresentados alguns hábitos comuns observados nos minerais. O hábito de um mineral pode ser observado em um cristal isolado ou em agregados de minerais. Quando o mineral apresenta cristais isolados, considera-se a seguinte formas: a) Tabular - devido ao maior desenvolvimento de duas faces paralelas (Figura A). Ex.: barita b) Prismático - devido ao maior desenvolvimento do cristal segundo uma direção. (Figura B). Ex.: quartzo c) Piramidal - devido ao maior desenvolvimento das faces que formam pirâmides. Pode ser também bipiramidal (Figura C). Ex.: zirconita d) Acicular cristais finos, como agulhas (Figura D). Ex.: actinolita Quando o mineral não ocorre em cristais bem individualizados, pode assumir as mais variadas formas, das quais citam-se: a) Granular - massa ou agregado constituído por grânulos: elementos cristalinos pequenos e irregulares (Figura E). Ex.: olivina, enxofre 22 b) Maciço - massas homogêneas cristalinidade aparente, isto é, situação em que a individualização dos constituintes não pode ser feita a olho nu (Figura F). Ex.: calcedônia d) Fibroso - massas aciculares finíssimas, onde não é possível distinguir formas geométricas nos indivíduos isolados (Figura G). Ex.: asbestos e) Estalactítico - em forma de concreções mais ou menos cônicas (Figura H). Ex.: calcita f) Lamelar ou Placóide - quando o material é constituído por um conjunto de lamelas ou placas empacotadas (Figura I). Ex.: talco, muscovita, sericita, lepdolita g) Escamoso - quando o material é constituído por um conjunto de cristais empacotados em forma de pequenas escamas. Diferencia do placóide pelo tamanho reduzido (Figura J). Ex.: biotita, fucksita h) Concrecionário - na forma de concreções, isto é, agregados mais ou menos estáveis, de forma arredondada e alongada constituídos de material cristalino e/ou amorfo (Figura K). Ex.: concreções de hematita, goethita. 2.4.8. DENSIDADE – É o número que indica quantas vezes um certo volume de mineral é mais pesado do que um mesmo volume de água destilada à temperatura de 4 ºC. Densidade é assim o peso expresso em gramas de 1 cm3 de mineral. As densidades de alguns minerais são: Halita 2,2 g/cm3; quartzo 2,65 g/cm3; galena 7,5 g/cm3; ferro 7,3 g/cm3; ouro 19,4 g/cm3. 23 A maioria dos minerais formadores das rochas possui densidade de 2,5 a 4,0 g/cm3, e os minerais de minérios de 4 a 7,5 g/cm3. 2.4.9. Outras propriedades de identificação dos minerais Magnetismo Reação a ácidos - Solubilidade Odor, sabor e tacto a) Magnetismo: O magnetismo ocorre quando não existe um balanço no arranjo estrutural dos íons de ferro. O ferro pode ser encontrado em dois estados de oxidação principais: ferroso (Fe2+) e férrico (Fe3+). Os dois íons têm diferentes raios atômicos. Devido à maior carga positiva do íon férrico os elétrons são atraídos mais fortemente para o núcleo, o que provoca uma diminuição da zona onde estes se podem mover. b) Solubilidade - A solubilidade dos minerais pode ser considerada em relação a diversos ácidos, tais como HCl, HNO3, H2SO4 e HF. Para os mineraismais comuns e de maior interesse do curso de agronomia a utilização do ácido clorídrico (HCl) diluído é o suficiente. Utilizando-se HCl diluído é possível separar os minerais em: Insolúveis – aqueles que não reagem com HCl. Ex. quartzo, turmalina Pouco Solúveis – aqueles que só se solubilizam com HCl aquecido ou quando pulverizados. Ex.: dolomita Solúveis – aqueles que se solubilizam em condições normais, podendo ser acompanhado por desprendimento de gás carbônico (efervescência). c) Odor Alguns minerais têm odores particulares, mas normalmente não são muito evidentes, a não ser que o mineral tenha sido friccionado ou partido recentemente. 24 O mineral mais conhecido por esta propriedade é o enxofre, mas os sulfuretos os minerais que contêm arsênicos e as argilas também têm cheiros próprios. “cheiro a enxofre” é detectado, tanto neste mineral como nos sulfuretos, devido à formação de dióxido de enxofre (SO2 ). Os minerais com arsênico quando friccionados dão um “cheiro a alho” característico deste elemento venenoso. Os minerais argilosos, quando molhados, apresentam um “cheiro a terra” que é característico. 2.5. Distribuição de algumas espécies minerais de acordo com o grupamento aniônico principal Vários dos minerais abaixo têm importância fundamental na agronomia. Os minerais pertencentes aos grupamentos dos halóides, fosfatos, nitratos, sulfatos, carbonatos, são utilizados como matéria prima na fabricação de adubos e corretivos para os solos. O grupo dos silicatos e dos óxidos de ferro e alumínio forma os dois grupos principais de minerais presentes entre os colóides do solo. 25 TABELA – Distribuição de algumas espécies minerais de acordo com o grupamento aniônico principal GRUPO EXEMPLOS 1. Elementos nativos Ouro Diamante Grafita Enxofre 2. Sulfetos Pirita (Fe S2) Galena (PbS) 3. Óxidos e Hidróxidos Fe - hematita (Fe2O3) Fe – Lepidocrosita - FeOOH Al – Gibsita - Al(OH)3 Al- Corindon – Al2O3 Ti – Rutilo (TiO2) Mg – Brucita -Mg(OH)2 4. Halóides Silvita (KCl) Halita (NaCl) Carnalita (KCl. MgCl2) 5. Carbonatos Calcita (CaCO3) Magnesita (MgCO3) Dolomita (CaCO3. MgCO3) 6. Nitratos Nitrato de potássio (KNO3) Nitrato de sódio NaNO3 7. Boratos Bórax 8. Fosfatos Apatita Monazita 9. Sulfatos Gipsita (CaSO4.2H2O) Anidrita (CaSO4) 10. Silicatos Ortoclásio (K Al Si3 O8) Caulinita (Al2 (OH)4Si2O5 Olivina (Mg, Fe) Si O4 piroxênios e anfibólios 2.6. Espécies minerais de importância para agronomia 2.6.1. Óxidos e hidróxidos de Ferro e Alumínio O Ferro é o quarto elemento mais abundante (5,06%) da crosta da terra, só perde para o oxigênio, silício e alumínio. No solo é encontrado na solução do solo, dissolvido ou formando complexos orgânicos, dentro da estrutura cristalina de grande variedade de minerais. 26 Os óxidos de Fe e Al são minerais secundários de importância muito significativa nos solos de regiões tropicais em geral, e dos solos brasileiros em particular. A presença desses na fração argila dos solos mencionados é quase obrigatória e sua influência nas propriedades dos solos é muito sentida. O Fe é essencial às plantas e participa de uma série de reações químicas, sendo catalisadores do processo de formação da molécula de clorofila, atua no transporte de O, e ajuda na formação de compostos do sistema respiratório da planta De onde vem o ferro presente no solo? • Dos minerais primários tais como: olivinas, piroxênios, anfibólios, biotita, magnetita. Através do intemperismo de minerais primários, principalmente os ferromagnesianos, há a liberação do Fe através de uma reação hidrolítica e oxidativa: O que faz os óxidos de Fe importantes como indicadores de pedogênese não são apenas a sua presença, mas também a forma mineral presente e as suas características. Assim, mesmo em concentração baixa no solo, os óxidos de ferro têm alto poder pigmentante e influem na coloração dos solos de maneira bem nítida. As cores vermelhas, impressas pela hematita, as amarelas, características da goethita e as intermediárias entre as duas, derivadas da atuação conjunta da hematita e da goethita, que são típicas da maioria dos solos brasileiros, expressam bem essas afirmativas. Os minérios de ferro mais comuns incluem: • Hematita - Fe2O3 - 70% de ferro . Constituída por óxido de ferro III. • Magnetita - Fe3O4 - 72% de ferro • Limonita - Fe2O3 + H2O - 50% a 66% de ferro • Goetita – FeO(OH) 27 O Fe é um elemento muito afetado pelas condições de oxi-redução do meio e está presente nos principais óxidos, como hematita e goethita, na forma de Fe+3. Assim, se houver condições redutoras no meio no qual ele se encontra, ele pode ser reduzido a Fé+2 que é uma forma bem mais solúvel de Fe. O alagamento, por exemplo, é a condição mais comum de redução do solo causando a destruição da hematita ou goethita, retirando com isso as colorações amareladas, alaranjadas ou avermelhadas típicas desses óxidos. Nesses locais os solos ficarão com colorações esbranquiçadas ou acinzentadas dependendo do tipo de argila silicatada e/ou do teor de matéria orgânica. 2.6.2. Hematita (Fe2O3) • A sua designação é proveniente do grego Haimatites, que significa cor de sangue. É um óxido de ferro comum na região tropical e intertropical quente e úmido, acumulando em solos de drenagem livre, presentes nos relevos plano e suave ondulado. Se distingue por pertencer aos três grupos de rochas (sedimentares, metamórficas e Ígneas). • É freqüente sua associação com a magnetita e limonita. Forma também massas irregulares, por concentração devido ao intemperismo de rochas ricas em ferro. • Os minerais de ferro encontram-se hospedados em formações ferríferas bandadas localmente chamadas de itabiritos. • Dureza: 5,5 a 6,5 • Clivagem: Nenhuma • Cores: Vermelho sangue cinza metálico e preto • Brilho: metálico • Traço: vermelho Uso da hematita • como pigmento vermelho.Alto poder pigmentante. 1% já dá coloração vermelha ao solo. • É o principal minério de ferro para a indústria siderúrgica. • Pó para polir 28 2.6.3. Magnetita (Fe3O4) É um mineral comum que ocorre nas rochas ígneas, metamórficas de contato, em depósitos hidrotermais e em areias de rios. Freqüentemente transforma-se em hematita e limonita. • É um mineral primário. Coloração Preta • Apresenta forte magnetismo. • Aparece freqüentemente como constituinte mineralógico da fração arenoso do solo, acumula-se na fração areia nos sulcos de erosão de solos derivados de rochas eruptivas básicas. • Ocorre também como produto sedimentar, em areias negras. 2.6.4. Hidróxidos de Ferro e Alumínio • Gibsita Al (OH)3 – Constituída por óxido de alumínio • Goethita (FeO(OH) a) Gibsita Al(OH)3 Mineral gerado por intemperismo químico, com intensa lixiviação, de rochas ricas em feldspatos ou outros minerais aluminosos em clima quente e úmido. Pode aparecer também em veios hidrotermais de baixa temperatura. gibsita • É o principal constituinte de muitas bauxitas, sendo formado pelo intemperismo de rochas ígneas aluminosas. • Ocorrência natural em solos muito intemperizados (ácidos), clima quente e úmido, alta precipitação e boa drenagem. • Importante na formação da estrutura do solo. • É o mineral mais comum dos óxidos de ferro. Ocorre em ambientes oxidantes, como produto de alteração de minerais portadores de ferro. b) Goethita FeO(OH) É mineral mais comum dos minerais férricos, ocorre em quase todos os ambientes pedogenéticos, ou em posições do relevo que facilitam o acúmulo de 29 água. É a forma de Fe3+ mais estável. A goethita ocorre em solos formados a partir de rochas com baixa concentração de ferro e sua composição. É formada nas primeiras etapas do intemperismo dos minerais primários e acumula;portanto, em solos jovens ou nos horizontes próximos á rocha. Ocorre em regiões mais frias e úmidas, com teores elevados de MO e pH ácido. • Coloração Bruna a Amarelada 2.6.5. Óxidos de Alumínio Os óxidos de Al são também importantes minerais secundários nos solos brasileiros. Eles podem estar presentes em solos jovens como produto do intemperismo intenso e rápido de minerais primários em rochas aluminosas ou o mais usual é que os óxidos de Al predominem em solos que já perderam, por lixiviação, quase todos os seus constituintes. Nessa segunda forma aos óxidos de Al estariam entre os últimos minerais na escala do intemperismo e, por isso mesmo, presentes nos solos mais antigos da crosta terrestre. Apesar de existirem vários óxidos de Al, apenas um deles é importante nos solos, que é o mineral chamado gibbsita. 2.6.6. Halóides O grupo dos halóides é constituído pelos minerais que formam os sais naturais, incluindo a fluorite, a halite (sal comum) e o sal amoníaco (cloreto de amónia). Os halóides, como os sulfatos, são encontrados geralmente em ambientes evaporíticos, tais como lagos e mares fechados (por exemplo nas margens do Mar Morto). Inclui os minerais de fluoretos, cloretos e iodetos. 2.6.7. Carbonatos Grupo dos carbonatos é composto de minerais contendo o ânion (CO3)2- e inclui a calcita e a aragonita (carbonatos de cálcio), a dolomita (carbonato de magnésio e cálcio) e a siderita (carbonato de ferro). 30 Os carbonatos são geralmente depositados em ambientes marinhos pouco profundos, com águas límpidas e quentes, como por exemplo em mares tropicais e subtropicais. Os carbonatos encontram-se também em rochas formadas por evaporação de águas pouco profundas (os evaporitos, como por exemplo os existentes no Great Salt Lake). Encontra-se também em ambientes de karst isto é; regiões onde a dissolução e a precipitação dos carbonatos conduziu à formação de cavernas com estalactites e estalagmites. Nesta classe inclui os principais corretivos da acidez dos solos são produtos capazes de neutralizar (diminuir ou eliminar) a acidez dos solos e ainda carrear nutrientes vegetais ao solo, principalmente cálcio. 2.7.8. Sulfatos Todos os sulfatos contêm o cátion sulfato na forma SO4. Os sulfatos formam- se geralmente em ambientes evaporíticos, onde águas de alta salinidade são lentamente evaporadas, permitindo a formação de sulfatos e de halóides na interface entre a água e o sedimento. Os sulfatos mais comuns são a anidrita (sulfato de cálcio), a celestita (sulfato de estrôncio) e o gesso (sulfato hidratado de cálcio). 2.7.9. Fosfato- Síntese do ácido fosfórico, utilizado na indústria de fertilizantes e nutrição animal. 31 CAPÍTULO III - MINERAIS SILICATADOS 92% da crosta terrestre é formada por minerais silicatados 3.1. Estrutura fundamental da classe dos minerais silicatados Em razão do silício e oxigênio serem os dois elementos mais abundantes na crosta terrestre (27% e 46% respectivamente) eles constituem a maioria dos minerais. A combinação do silício com dois oxigênios é conhecida como sílica e os minerais que contêm sílica são os silicatos. O quartzo SiO2 é pura sílica, porque é composto de silício e oxigênio. Mas a maioria dos silicatos tem um ou mais elementos adicionais, como o ortoclásio (KAlSi3O8) e as Olivinas (MgFe)2 SiO4. As estruturas básicas dos minerais silicatados são os: Tetraedro de Silício Octaedros de alumínio a)Tetraedro de Silício Silício combina com o oxigênio para formar um complexo aniônico: o ânion silicato (SiO4)4-: Tetraedro de Silício Quatro íons de oxigênio partilham um elétrons do silício. Os minerais silicatados são formados ao redor do tetraedro de Silício 32 O arranjamento referido não dá estabilidade eletrostática ao tetraedro de silício, pois 8 cargas negativas dos 4 íons de oxigênio, divalentes são neutralizadas por apenas 4 cargas positivas do silício, tetravalente. Desta forma sobram 4 cargas negativas não compensadas, (SiO4)4. Os tetraedros de silício podem ligar-se, entre si, repartindo um, dois, três ou quatro oxigênios. Estas diversas ligações de tetraedros de silício recebem o nome de polimerização. b) Octaedros de Alumínio Consta de 6 hidroxilas reunidas em disposição octaedral, tendo no espaço central um íon de alumínio. As valências nesta unidade estrutural também não estão satisfeitas, havendo três cargas negativas não compensadas pelo alumínio trivalente. 3.2. Os principais minerais silicatados são: 1º Os feldspatos (tectossilicatos), perfaz ao redor de 51% da totalidade dos minerais 2 º Os anfibólios e piroxênios (inossilicatos), que perfazem 16%. 3 º Quartzo, 12% (tectossilicatos) 33 4 º Argilas, 5% (filossilicatos) 5º Micas 5% (filossilicatos) 5º Olivinas 3% (nesossilicatos) 3.3.1. Feldspatos São os constituintes mais importantes na formação de rochas ígneas e os minerais mais abundantes na crosta terrestre. São translúcidos ou opacos e podem apresentar cristais mistos de três componentes: feldspato potássico (alcalinos), sódico e cálcico. São usados no fabrico de vidros, cerâmicas, como material de incorporação em tintas, plásticos, borrachas (inerte, pH estável e alta resistência a abrasão e congelamento) 3.3.2. Piroxênios e anfibólios São minerais de aparência bastante similares. São granulares ou prismáticos, de cor escura, com clivagem em dois planos. São muitos suscetíveis à alteração em clima úmido, com a formação de minerais argilosos, micas, cloritas e liberação de hidróxidos de ferro (denotando uma coloração avermelhada) e manganês. 3.3.3. Quartzo Cor branca, incolor, mas também em inúmeras outras variedades, como roxo, amarelo, vermelho, preto, etc. Dureza 7. Ocorre como o mineral mais comum na superfície do globo terrestre, entre as rochas sedimentares, graças a sua resistência química e física. Não possui clivagem, quebra-se com uma superfície irregular, abaulada. É usado como matéria-prima no fabrico do vidro, abrasivo, refratários, chips eletrônicos etc. 3.2.4. Micas Trata-se de um grupo de minerais caracterizados por uma ótima clivagem laminar e boa elasticidade. Distinguem-se duas variedades principais: a) muscovita – mica branca b) Biotita – mica preta 34 CAPÍTULO IV - OS FILOSSILICATOS 4. GRUPO DOS ARGILO-MINERIAIS: Minerais Secundários Os minerais secundários são aqueles formados pela desintegração e alteração dos minerais primários através do intemperismo. Nesse processo existe a formação de novos minerais, normalmente de tamanho menor e mais ajustado às novas condições de equilíbrio que são bem diferentes daquelas da formação das rochas. Os minerais secundários constituem praticamente a totalidade da fração mais fina do solo, ou seja, a fração de tamanho denominada de argila. A denominação minerais argilosos será a forma genérica de denominação dos minerais secundários silicatados e dos minerais secundários oxídicos de Fe e Al que designam os óxidos (O), hidróxidos (OH) e oxihidróxidos (O,OH) de Fe e Al. Além da concisão e brevidade que esses termos permitem, procura-se também evitar o uso de termos obsoletos como, por exemplo, sesquióxidos de Fe e Al. Os minerais argilosos silicatados são essencialmente silicatos de alumínio hidratados com magnésio ou ferro substituindo total ou parcialmente o alumínio e podem apresentar elementos alcalinos ou alcalinos-terrosos como constituintes. Os principais exemplos são: caulinita, montmorilonita, vermiculita, etc. Os argilominerais, denominação mais atual para os minerais de argila silicatados, são formados pela justaposição ou condensação de dois tipos de lâminas: De acordo com o arranjo dessas lâminas no sentido de formar as unidades cristalográficas características, são distinguidos os seguintesgrupos de minerais importantes em solos brasileiros. Argilas Amorfas - Alofanita Argilas Cristalinas 35 - Com duas camadas - Com três camadas - De camadas mistas - De estrutura em cadeia 4.1. Argilas cristalinas com duas camadas - Grupo de minerais 1:1 4.1.1. Grupo da Caulinita São chamados de minerais 1:1 porque são formados pelo empilhamento de uma lâmina de tetraedros de Si e uma lâmina de octaedros de Al, uma no topo da outra. A ligação entre essas duas lâminas é uma ligação iônica entre o oxigênio apical da lâmina de tetraedros e o Al da lâmina octaédrica. As unidades 1:1 são seguras por pontes hidrogeniônicas entre os oxigênios da camada tetraédrica e hidroxilas da camada octaédrica. Essas pontes hidrogeniônicas promovem uma forte ligação entre as unidades 1:1, o que confere a este tipo de minerais uma característica de não expansibilidade e também da inexistência de troca de materiais entre as unidades 1:1. 4.1.2. Argilas cristalinas com três camadas - Grupo de minerais 2:1 São minerais chamados 2:1 porque são formados pelo empilhamento de duas lâminas tetraédricas, fazendo um sanduíche com a lâmina octaédrica. As ligações dentro da unidade 2:1 que mantêm as lâminas juntas são ligações iônicas dos oxigênios apicais ligados aos Si dos tetraedros com o Al da lâmina dos octaedros como nas unidades 1:1. 36 As unidades estruturais 2:1 não tem a presença das pontes hidrogeniônicas entre elas por apresentarem planos de oxigênios entre uma unidade cristalográfica e outra, e por isso mesmo elas são expansíveis, ou seja, a distância entre elas não é fixa. a)Expansivas: Grupo da Esmectitas,Montmorilonita e Vermiculita b) Não expansivas: Grupo de Ilita ou Mica hidratada Esquema geral da formação dos argilominerais e óxidos no solo 4.2. COMO SURGEM AS CARGAS ELÉTRICAS NAS ARGILAS DOS SOLOS Precisamos saber como surgem às cargas elétricas no solo para poder prever como este vai se comportar em função das nossas ações (adubação mineral, adubação orgânica, calagem, salinização,...). Dependendo da origem, das cargas no solo terá determinado comportamento. As cargas elétricas no solo podem ter duas origens; a) Cargas Permanentes b) Cargas Dependentes do pH 4.2.1. Cargas elétricas permanentes – argilas do tipo 2:1 Estas cargas se originam por um processo chamado de substituição isomórfica. 37 Mas, se ao invés do silício, um alumínio ocupar o lugar no centro do tetraedro. O silício na lâmina tetraédrica, o alumínio e o magnésio na lâmina octaédrica estão sujeitos a substituição por outros íons de tamanho semelhante. O raio iônico dum certo número de íons, comumente encontrado nas argilas, acha-se assinalado no quadro 01. Nota-se que o alumínio é apenas ligeiramente maior do que o silício; por conseguinte o alumínio pode se ajustar ao centro do tetraedro no lugar do silício, o que acontece em algumas argilas. À medida que se formam alguns silicatos, parte do silício na lâmina é deslocada pelo alumínio, sem modificar a estrutura básica do cristal. Esse processo, denominado substituição isomórfica, é comum na natureza e é responsável por uma variabilidade de argilas silicatadas. A substituição isomórfica também ocorre na lâmina octaédrica. Pelo quadro acima nota-se que os íons Fe e Si possuem tamanhos semelhantes àqueles do Al e Mg2+. Portanto, tais íons poderão ajustar-se nas posições do Al e do Mg, como íon central da lâmina octaédrica. 38 Esse tipo de substituição é responsável pelo total de cargas negativa presente em várias argilas silicatadas e por outro lado, pela capacidade de adsorção de cátions. Por outro lado, a substituição de um cátion Mg por outro de três cargas, como Al3+ ou Fe3+, numa lâmina trioctaédrica, normalmente neutra, deixa um saldo de carga positiva. Embora tais cargas positivas sejam, via de regra, contrabalançadas pelas cargas negativas, elas exercem real influência sobre a capacidade de adsorção das argilas. As cargas geradas pela substituição isomórfica são chamadas de cargas permanentes, ou independentes do pH; No quartzo não existem substituições isomórficas, daí sua grande estabilidade • A substituição isomórfica só acontece quando o mineral está se formando; • A substituição isomórfica NÃO ocorre nos filossilicatos 1:1; • A substituição isomórfica ocorre nos óxidos, mas geralmente não produz carga (por exemplo, Fe+3 por Al+3). As diferenças de valência originando cargas negativas e as diferenças de tamanho, ainda que pequenas, produzem uma distorção ou fraqueza na estrutura. Ambos os efeitos tendem a diminuir a resistência do mineral à decomposição. Como ar argilas ficam com carga negativas elas são capazes de atrair cátions. Essa capacidade de atrair cátions é chamada de CTC (CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA) As plantas absorvem nutrientes da solução do solo, não diretamente das partículas do solo; mas as concentrações na solução do solo são pequenas e precisam ser constantemente repostas; além disto, quando chove, a solução é diluída pela água da chuva que infiltra no solo. 39 4.2.2. cargas variáveis ou dependentes do pH Estas cargas variam com o pH, aumentando à medida em que o mesmo aumenta e diminuindo a medida que o mesmo diminui. São as que ocorrem em maior quantidade em solos tropicais, solos estes que, em sua maioria, possuem argilas do tipo 1:1 e óxidos de Fe e Al no sistema coloidal. O aumento destas cargas com o pH tem grande importância prática tendo em vista a influência na floculação do solo que, por sua vez, influi na estruturação do mesmo. As origens são as seguintes: Estas cargas são geradas nas ligações insatisfeitas na borda dos minerais; • Ocorrem em TODOS os colóides do solo: – Filossilicatos 2:1 – Filossilicatos 1:1 – Óxidos – Matéria Orgânica Por que são variáveis ? Porque dependendo das condições da solução do solo, prótons (H+, ou H3O+) podem se ligar aos oxigênios, e anularem a carga; Pode ocorrer até o acoplamento de mais de 1 H+, e a carga passar a ser + (neste caso, a reatividade passa a ser CTA, capacidade de troca de ânions) Como a ligação ou não de H+ depende da atividade de H+ na solução, o comportamento destas cargas depende do pH da solução do solo. 40 Porque se aplica calcário no solo? Porque se recomenda fazer a calagem (aplicação de calcário) ANTES de se fazer a adubação do solo? Nos solos brasileiros (solos sob clima tropical ou subtropical) há o predomínio de CTC variável. Quais minerais que devem predominar na fração argila destes solos? CAPÍTULO V - PETROLOGIA INTRODUÇÃO Rochas são agregados ou massa de um ou mais minerais e mineralóides, como o vidro vulcânico, o carvão ou outros compostos de origem orgânica, que constituem unidades definidas na crosta terrestre. As rochas são formadas de componentes básicos, os minerais. Estes se apresentam geralmente sob a forma de pequenos fragmentos, grãos, flocos ou partículas finas. Alguns são visíveis a olho nu, ao passo que outros só podem ser vistos com o uso de um microscópio. As espécies minerais formam-se na litosfera, por diferentes processos. Os processos de gênese são interligados e variáveis em intensidade, havendo sempre transições e interferências mútuas. Não se pode separá-los como processos estanques. Há minerais, porém que tem uma via preferencial de formação ocorrendo apenas em certos tipos de rocha. A nefelina, por exemplo, é um mineral confinado às rochas magmáticas. Muitos minerais, entretanto, podem se formar através de diferentes processos, como ocorre com o quartzo, que pode ser magmático, metamórfico, sedimentar. 41 Os processos genéticos podem agir com particular intensidade em certos casos e concentrar minerais em determinados locais. Constituem-se, assim, jazidas de minerais,muitas vezes de grande interesse econômico. Algumas rochas, como o calcário, são formadas por um único tipo de mineral. Outras, como granito, é composto de vários tipos de minerais. Classificação das rochas As rochas são classificadas em três grupos: a) Ígneas ou magmáticas b) Sedimentares c) metamórficas 5.1. Rochas ígneas ou magmáticas 5.1.1 Definição: São aquelas resultantes da solidificação (resfriamento) do magma. O Magma é uma fusão silicatada formada em grandes profundidades na Terra. 5.1.2. Magma: Os minerais constituintes das rochas magmáticas são formados em decorrência do resfriamento do magma. O magma pode ser entendido como rocha em estado de fusão, proveniente do interior da litosfera, e que recebe o nome de lava quando se derrama à superfície, é denominado efusivo. À medida que o magma se resfria ocorre à cristalização de seus constituintes. Forma-se por esse processo, a grande maioria dos silicatos (quartzo, feldspatos, feldspatóides, micas, piroxênios, anfibólios, zirconita, etc.). O resfriamento do magma pode ser lento ou rápido. Quando o resfriamento é lento, no interior da litosfera, supõe-se que o sistema permita um perfeito equilíbrio de fases e reajustes de composição. Como visto anteriormente os minerais mais abundantes na crosta da Terra são os silicatos como o quartzo, os feldspatos e os minerais ferromagnesianos. Todos esses minerais são compostos principalmente de silício, oxigênio e outros 42 elementos. São os constituintes do magma responsáveis pela formação de praticamente todos os minerais de gênese magmática. Composição do magma: SiO2 30 - 80% Al2 O3 3 - 25% FeO + Fe2O3 0 - 13% MgO 0 - 25% CaO 0 - 16% Na2O 0 - 11% K2O 0 - 10% Resulta, então, um número limitado de combinações entre esses constituintes, dando em consequência um pequeno número de espécies minerais. Deve ser destacado o papel do SiO2, responsável pela formação de todos os silicatos. Um excesso de SiO2, após a formação dos silicatos possíveis, cristaliza-se na forma de quartzo. Dados do magma: Temperatura do magma: 1000-1200 oC Viscosidade do magma: (resistência ao fluxo) depende essencialmente da temperatura e da composição do magma. Magmas, ácidos, ricos em SiO2, são mais viscosos por possuírem maior polimerização (retardam o fluxo). Resfriamento do magma: os minerais se forma obedecendo a uma ordem determinada pelos princípios de solubilização do mineral ditados pela composição química, temperatura e pressão do magma. Como o magma se origina e se modifica? A maioria das pessoas está familiarizada com o magma que alcança a superfície da Terra, como fluxos de lava ou materiais piroclásticos expelidos durante erupções vulcânicas explosivas. De fato, alguns magmas surgem de profundidades da ordem de 100 a 300 km. Mas a maioria se forma em profundidades menores, no manto superior ou crosta inferior, e se acumula em reservatórios conhecidos como câmaras magmáticas. 43 Cristalização do magma O magma ao se resfriar, possibilita a cristalização de diferentes minerais, cujo conjunto constitui a rocha ígnea. Inicialmente cristalizam-se grande parte dos silicatos, obedecendo a uma seqüência determinada pela temperatura e composição do magma, conhecida como Série de Bowen. Ele sabia que a cristalização de todos minerais magmáticos não ocorre simultaneamente, mas obedece a uma seqüência possível. O primeiro mineral a se formar a olivina é formada a uma temperatura de 1840 ºC e o último o quartzo a 570 ºC. Seqüência de cristalização: quando o magma passa do estado líquido para o sólido seus constituintes cristalizam-se como minerais. Seqüência de Cristalização – Série de Bowen Bowen mostrou que os silicatos comuns das rochas ígneas se cristalizam segundo uma ordem, em duas séries distintas: uma série de reação contínua e uma série de reação descontínua. Na série descontínua, que contém somente silicatos ferromagnesianos (olivina, piroxênio, anfibólio e biotita), um mineral se transforma em outro em um intervalo específico de tempo. Quando a temperatura abaixa, ao atingir um determinado limite, um dado mineral começa a se cristalizar. Uma vez que o mineral se forma, ele reage com o magma remanescente (magma fundido), para formar o próximo mineral da seqüência. 44 Até o momento em que a biotita se cristaliza, todo o magnésio e o ferro presentes no magma original já foram consumidos para formar os minerais da série descontínua. Na série contínua Os plagioclásios silicatos não-ferromagnesianos são os únicos minerais da série contínua da reação de Bowen. O primeiro plagioclásio a se cristalizar é rico em cálcio (anortita). Com o resfriamento do magma esse plagioclásio rico em cálcio reage com o material fundido e cristaliza em um plagioclásio rico em sódio. O processo continua até que todo o cálcio e sódio sejam consumidos. Depois que os silicatos ferromagnesianos e os plagioclásios são formados, o magma residual estará enriquecido em potássio, alumínio e silício. Esses elementos se combinarão para formar o ortoclásio e, se a pressão e água forem altas, formar-se-á a muscovita. Depois disso, o magma remanescente estará enriquecido com sílica e oxigênio e formará o quartzo (SiO2). A cristalização dos minerais da Série de Bowen se dá entre 1700°C (olivina) e 600°C (quartzo). Acompanhando a série de Bowen (Figura 4.1), há um aumento da complexidade das estruturas à medida que a temperatura decresce, isto é, aumenta o número de oxigênios compartilhados entre os tetraedros de sílica. 5.1.3. CLASSIFICAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DAS ROCHAS ÍGNEAS Dadas às características do seu ambiente de formação, existem inúmeros tipos de rochas ígneas. A classificação destas rochas pode ser feita de acordo com diferentes critérios, a saber: 5.1.3.1. Profundidade de Resfriamento do magma O magma, no seu movimento no interior do globo terrestre, pode atingir ou não a superfície e têm-se, desse modo, os seguintes tipos de rochas: a) Vulcânicas ou extrusivas, onde o resfriamento e a consolidação do magma se deram à superfície. Neste caso o resfriamento do magma é rápido, uma vez que está em contato direto com a atmosfera. Forma minerais pequenos. Cones vulcânicos 45 Derrames, trapes Ex.: basalto, riolito b) Intrusivas ou plutônicas: Quando o magma consolida-se dentro da crosta terrestre, a vários quilômetros de profundidade. O resfriamento ocorre de forma lenta, dando a possibilidade de os cristais se desenvolverem, são bem formados e maiores. Como exemplo, as rochas graníticas. 5.1.3.2. Composição química do magma - SiO2 Dependendo do teor de sílica as rochas podem ser classificadas em: A. Ácidas: SiO2 > 65%; Ex: granito, riolito. B. Intermediárias: 52% < SiO2 < 65%; Ex: sienito, andesito, C. Básicas: 45% < SiO2 < 52%; Ex: basalto, gabro D. Ultrabásicas: SiO2 < 45%. Ex.: Periodito, dunito 5.1.3.3. Quanto ao tamanho dos minerais - Granulometria A velocidade do resfriamento do magma afeta a nucleação e crescimentos dos mineras. O resfriamento rápido ou lento resultará em minerais muito pequenos ou grandes. Em função do tamanho dos grãos minerais nelas presentes, as rochas podem ser divididas em: a) Faneríticas ou grosseiras, cujos minerais são facilmente perceptíveis a olho nu. Ocorre devido ao resfriamento lento do magma. Ex.: granito, gabro (é menos comum do que o basalto na crosta continental) b) Médias, cujos minerais são moderadamente visíveis a olho nu. Ex.: microgranito, diabásio c). Afaníticas ou finas, nas quais é impossível a distinçãodos minerais, a olho nu. Ocorre devido ao resfriamento rápido do magma. Ex.: basalto, riolito e andesito. 46 5.1.3.4. Quanto ao tipo de estrutura Para o reconhecimento macroscópico de rochas, é necessário saber reconhecer se o espécime a ser analisado possui uma estrutura maciça (não orientada) ou uma estrutura orientada. A estrutura de uma rocha é o conjunto de caracteres que exprime descontinuidades apresentadas pelas rochas e todas as modalidades de variações texturais. a) Estrutura Maciça: Quando a rocha se apresenta sem uma estrutura orientadada, dizemos que ela é maciça. Ex: granito - alguns basaltos. Vesicular: quando a rocha maciça apresenta vazios na amostra. Ex: basalto. Amigdalóidal: quando a rocha apresenta vazios preenchidos parcialmente por minerais secundários; Disjunção colunar. Estruturas lamelar ou linear. b) Estrutura Orientada: quando a rocha exibe uma forma ou arranjo interno de seus constituintes definido e característico. As estruturas em camadas ou em faixas são compostas de anéis distintos identificados por cores e/ou texturas diferentes. A estratificação é uma das formas mais comuns de estrutura das rochas sedimentares, enquanto a foliação, que pode ser bandeada ou xistosa (ondulada) é comum nas rochas metamórficas. 5.1.3.5. Cor ou Porcentagem de Silicatos Ferromagnesianos Os constituintes minerais de uma rocha ígnea são indicativos de sua cor. A maior ou menor presença de silicatos faz com que a rocha seja mais escura ou mais clara. Assim, temos: a) Félsicas ou leucocráticas: rochas de cores claras, quando a rocha é rica em minerais claro, como feldspatos, quartzo e moscovita. Ex. Granito, Riolito. 47 b) Máficas ou melanocráticas: A presença de Fe e Mg na composição dos silicatos fazem com que eles tenham colorações escuras. Apresentam mais de 60% de minerais escuros como biotita, anfibólio, piroxênio e olivina. Ex. Basalto, Diabásio, Gabro. Os minerais que contêm ferro e magnésio se decompõem mais rapidamente, desintegrando a rocha e formando os óxidos de ferro. c) Mesocráticas: rochas de cores intermediárias. Quando a rocha apresenta entre 30% a 60% de minerais escuros. Ex. Sodalita-sienito Sienito: Quartzo, feldspatos alcalinos (K) feldspatos plagioclásios ricos em sódio, muscovita e biotita. Granito: composição quartzo, feldspatos potássicos e cálcicos, muscovita e biotita Basalto: Feldspatos plagioclásios ricos em Cálcio, piroxênios, anfibólios 5.1.3.6. Características gerais das rochas ígneas 1 - dureza alta 2 - total ausência de fósseis e M.O. 3 - ausências de estratificação 4 - apresentam minerais típicos (nefelina leucita, tridimita). 5 - matéria vítrea pode fazer parte da composição. 6 - apresentam estruturas típicas (granitóide, porfirítica, pegmatítica). Pegmatito: Rocha onde os minerais atingem grandes dimensões, em geral acima de vários centímetros. Em geral são corpos tabulares (dique) composto por feldspato, mica e quartzo. Apesar de ser um assunto controverso, a opinião mais aceita entre os geólogos, atribui origem ígnea a estas rochas. 5.2. ROCHAS SEDIMENTARES As rochas sedimentares são resultantes da consolidação de sedimentos (fragmentos), provenientes da destruição, alteração de rochas pré-existentes e 48 acumuladas. Ou então uma rocha formada pela precipitação de minerais a partir de solução tanto por processos orgânicos ou inorgânicos (químico). Este processo ocorre sob as mesmas condições que esteja na superfície. A rocha desagrega sob a ação de agentes físicos (calor, vento) químicos e biológicos. São chamados sedimentos às partículas sólidas que são carreadas pelos agentes geológicos. Os agentes geológicos são os modificadores das superfícies da Terra: água corrente, as geleiras, os ventos e os fluxos gravitacionais.Os sedimentos incluem: Fragmentos de minerais e rochas; Fragmentos de vegetais e animais; Precipitados químicos de soluções aquosas, com ou sem a interferência dos seres vivos. Assim, a formação de uma rocha sedimentar decorre de uma sucessão de eventos, que constituem o chamado ciclo sedimentar. As etapas do ciclo sedimentar são: ♦ Decomposição de rochas pré-existentes (intemperismo) ♦ Remoção e transporte de produtos do intemperismo ♦ Deposição dos sedimentos Processos Os materiais sedimentares tornam-se rochas compactas pelos seguintes processos: a) Compactação: consiste na diminuição do volume e redução da porosidade de um corpo, com consequente aumento da densidade do sedimento pela ação da carga. b) Cimentação: é um processo diagenético que consiste na deposição de cimento (material que une os grãos de uma rocha). Ao circular entre os grãos de areia, a água acaba depositando um tipo de cimento natural que solda os grãos uns aos outros e transforma a areia em uma rocha dura. As substâncias 49 cimentantes mais comuns são: carbonato de cálcio (cimento calcário), sílica (cimento silicoso), óxido de ferro (cimento ferruginoso), argila, gipso e etc. c) Recristalização: é um processo que permite que pequenos cristais cresçam em cristais maiores (e mais resistentes), ou que novos minerais se formem nos espaços abertos entre eles. d) alterações químicas: incluem a redução especialmente de compostos de ferro por matéria orgânica; a destilação destrutiva de matéria orgânica; e as atividades de bactérias. O processo de modificações químicas e físicas sofridas pelos sedimentos, desde a sua deposição até sua consolidação, recebe o nome de diagênese ou litificação. Nesse processo, os sedimentos são transformados em rochas sedimentares. Ela ocorre em condições de temperatura e pressão semelhantes às existentes na superfície terrestre. Ao final do ciclo sedimentar tem-se a formação das rochas sedimentares. Por serem formadas por deposição de sedimentos as rochas sedimentares, em sua maior parte, apresentam uma estrutura muito característica: a estratificação. A estratificação pode ser visualizada pela variação de cor e/ou granulometria em camadas (estratos) paralelas na rocha, as quais se devem a variações mineralógicas e/ou texturais nos sedimentos durante o ciclo sedimentar. Os riachos e rios carregam lama, areia e cascalho, bem como sais minerais, são os aluviões. 5.2.1. Classificação e identificação das rochas sedimentares As rochas sedimentares são compostas de material derivado da desagregação e decomposição de outras rochas. Os materiais sedimentares pertencem a duas categorias: 50 a) Fragmentos sólidos ou sedimentos abrangem todas as rochas sedimentares de origem mecânica. As rochas formadas de fragmentos sólidos são classificadas como rochas sedimentares clásticas. São formadas por minerais detríticos, partículas sólidas como a areia o cascalho, resistentes, que suportam transporte sem se decomporem, e/ou minerais secundários. As rochas clásticas podem ser subdivididas segundo as classes de tamanho dos sedimentos. Conglomerado é um arenito de cristais grandes, constituído de areia e cascalho de forma arredondado. Brecha: É formado por cascalho angular. O termo arenito corresponde à areia litificada. É composto por quartzo, feldspato (ou outros minerais de origem ígnea) e fragmentos líticos. siltito é formado pelo acúmulo de sedimentos de granulometria silte, variando de 0,002 a 0,06 mm, sendo composto principalmente por quartzo, feldspatos, micas e argilas. Como são rochas ricas em silte, geralmente estão ligadas à um ambiente de deposição de baixa energia, podendo ser desde fluvial até marinho profundo. Os siltitos são importantes economicamente como fornecedores de material para cerâmica. 51 Argilitos possuem granulação finíssima, de coloração cinza até preta, amarela, verde ou avermelhada, bastante untuosa ao tato. Os principais constituintes destasrochas são os minerais argilosos (aluminossilicatos). A presença de argila faz com que o sedimento produza o cheiro característico de moringa nova. folhelhos são rochas que possuem grãos de tamanho argila. Diferenciam-se dos argilitos porque possuem lâminas finas e paralelas esfoliáveis, enquanto os argilitos apresentam as argilas com aspecto mais maciço. b) Matéria mineral dissolvida, que é precipitada por agentes inorgânicos (química) ou orgânicos. São classificadas como rochas sedimentares não clástica: De maior importância é o processo químico de intemperização, que causa alterações na composição dos minerais. É caracterizado pela ação química de soluções aquosas diversas e de gases atmosféricos e do interior dos sedimentos sobre os minerais das rochas. Os principais responsáveis pela ação química são: a água e CO, porém o oxigênio e certos sais solúveis também contribuem no processo químico de transformação. b.1. Rochas Sedimentares Químicas: são formadas por minerais quimicamente precipitados. Dividem-se em: Rochas Calcárias: compreende depósitos calcários tais como: - Calcário: Calcita (CaCO3) e Dolomita [CaMg (CO3]2 - Estalactite e estalagmite Rochas Evaporíticas: Formadas em ambiente lagunar. São formadas por vários processos de evaporação. - Gipso (sulfato de cálcio) - Halita (sal de cozinha, sal gema) - Nitrato de Potássio (Salitre do Chile). b.2. Rochas sedimentares de origem orgânicas: são formadas pelo acúmulo de matéria orgânica, tais como restos de vegetais que, por compactação, acabam gerando turfa e, posteriormente, linhito, carvão mineral (hulha), antracito e grafita, 52 com o aumento progressivo da diagêne. Quando houver restos de conchas, imersos em uma matriz lamítica, o material chama-se coquina. São classificadas como pseudo-rochas porque suas partículas ainda não se encontram completamente consolidadas. Por serem formadas por deposição de sedimentos as rochas sedimentares, em sua maior parte, apresentam uma estrutura muito característica: a estratificação. A estratificação pode ser visualizada pela variação de cor e/ou granulometria em camadas (estratos) paralelas na rocha, que se devem às variações mineralógicas e/ou texturais dos sedimentos. Dividem-se em: A. Calcárias: Conchas de carbonato de cálcio, são chamadas de quoquinas B. Carbonosas: Principalmente de carbono de restos de plantas Lentrito; Carvão-betuminoso; Antracito - carvão mineral maturo; As rochas sedimentares deixam registros dos ambientes onde foram depositadas. Os arenitos são indicativos de desertos ou praias; os folhelhos argilosos, de pântanos ou mares calmos e, os conglomerados, de rios, geleiras ou costas de águas agitadas. Outros tipos de rochas sedimentares são os calcários formados pela precipitação de carbonatos dissolvidos nas águas, ou por conchas e esqueletos de organismos que se depositam no fundo da plataforma continental e na planície abissal. 53 5.3. ROCHAS METAMÓRFICAS 5.3.1. Conceito de metamorfismo As rochas metamórficas são formadas quando os minerais das rochas preexistentes são mudados, física e/ou quimicamente, sob a influência de temperaturas e/ou pressões. As rochas metamórficas são produtos da transformação de qualquer tipo de rocha levada a um ambiente onde as condições físicas (pressão, temperatura) e atividade do fluído, são muito distintas daquelas 54 onde a rocha se formou. Nestes ambientes, os minerais podem se tornar instáveis e reagir formando outros minerais, estáveis nas condições vigentes. Uma rocha qualquer, formada sob certas condições de pressão e temperatura, é constituída de um conjunto de minerais, A, B, C,., Estáveis sob condições de gênese. Se as condições físico-químicas mudam, isto é, se as coordenadas termodinâmicas do sistema passam a ser outras, esses minerais podem deixar de ser estáveis no novo ambiente físico-químico e transforma-se em minerais E, F, G (minerais metamórficos). Em alguns casos, as mudanças são menores, e as características da rocha original podem ainda ser reconhecidas. Em outros casos, a rocha muda tanto que a sua identidade petrográfica original só pode ser determinada com grande dificuldade. As mudanças que as rochas e os minerais que as constituem sofrem são denominadas metamorfismo. O metamorfismo é caracterizado pelo desenvolvimento de novas texturas ou de novos minerais, ou dos dois. Tais características são tão diferentes das anteriores que, na maioria das vezes, é difícil de determinar a natureza da rocha original. Metamorfismo é, pois, um reajustamento mineralógico e estrutural decorrente da mudança de condições físico-químicas. As rochas metamórficas (grego: meta=mudança; morfos=forma) correspondem a transformações predominantemente no estado sólido de rochas pré-existentes ou PROTÓLITOS (grego: proto=primeiro/anterior; lithos=rocha). Os protólitos podem ser ígneos, sedimentares ou, mesmo, metamórficos. 55 O estudo das rochas metamórficas permite a identificação de grandes eventos geotectônicos ocorridos no passado, fundamentais para o entendimento da atual configuração dos continentes. As cadeias de montanhas (ex. Andes, Alpes, Himalaia) são grandes enrugamentos da crosta terrestre, causados pelas colisões de placas tectônicas. As elevadas pressões e temperaturas existentes no interior das cadeias de montanhas são os principais mecanismos formadores de rochas metamórficas. O metamorfismo pode ocorrer também ao longo de planos de deslocamentos de grandes blocos de rocha (alta pressão) ou nas imediações de grandes volumes de magmas, devido à dissipação de calor (alta temperatura). 5.3.2. Agentes do metamorfismo Os principais agentes do metamorfismo responsáveis pela mudança de condições físico-químicas que transformam as rochas, são o calor e a pressão e a atividade do fluído. A composição mineralógica inicial é que determina, em última análise, a composição mineralógica final. O calor- É um agente importante do metarmorfismo porque aumenta a velocidade das reações químicas que podem produzir minerais diferentes daqueles da rocha original. O calor pode vir do magma. O aquecimento mais intenso ocorre, normalmente, adjacente ao corpo magmático e, gradualmente, decresce com a distância da intrusão. Pressão: Quando as rochas são enterradas, elas ficam sujeitas a um pressão litostática crescente; essa pressão, que resulta do peso das rochas sobrepostas, é aplicada igualmente em todas as direções. As rochas sedimentares, bem como as magmáticas, quando soterradas a profundidades de 3 a 20 km em determinados ambientes geológicos onde atuam altas pressões e temperaturas (que oscilam desde 100 a 600°C), tornam-se instáveis. Os minerais originais transformam-se, através de reações mútuas ou 56 mudanças no sistema de cristalização, em novos minerais. Assim, a rocha passa a ter uma nova composição mineral e novas texturas e estruturas aparecem. Atividade do fluído: Em quase toda região de metamorfismo, a água e o dióxido de carbono estão presentes em quantidades variadas ao longo das fronteiras dos grãos minerais ou na porosidade das rochas. Esses fluídos, que podem conter íons em solução, aceleram o metamorfismo pelo incremento na velocidade das reações químicas. Ex. a água do mar movendo-se através de rocha basáltica quente da crosta oceânica transforma a olivina em serpentina, um mineral metamórfico. Devido à ocorrência comum de pressões dirigidas nos ambientes metamórficos, estas rochas, mostram comumente uma estrutura denominada de xistosidade. A xistosidade consiste na orientação de minerais que têm formas possíveis de serem orientadas (planares e/ou alongadas) em planos paralelos sucessivos. À medida que cresce a proporção de minerais não orientáveis (quartzo e feldspato, por exemplo) a xistosidade dá lugar a uma segregaçãode minerais em bandas, conhecida como foliação gnáissica. 5.3.3. Tipos de Metamorfismo a) Metamorfismo de contato (termometamosfismo); engloba os efeitos complexos resultantes da intrusão de um magma na rocha encaixante, que provoca nela uma alteração maior ou menor. Esses efeitos alcançam sua intensidade máxima em torno dos limites superiores . Reconhecem-se duas espécies de metamorfismos de contato: termal e hidrotermal. Estas, sob o efeito do calor proveniente do magma, os minerais iniciais são cristalizadas, surgindo uma associação mineral diferente da primitiva. Ex. olivina [(MgFe)2SiO4], logopita, granadas, grafita, epidoto, tremolita etc. Obs. As olivinas ocorre em rochas ígneas intrusivas e ainda como minerais de rochas metamórficas. 57 b) Metamorfismo dinâmico, que é, principalmente, o resultado de altas pressões diferenciadas associadas com intensas deformações; c) Metaformismo regional. A amplitude do metamorfismo regional é muito maior que a do metamorfismo de contato, afetando grandes regiões da litosfera, sob a ação de pressões gigantescas, principalmente pelas forças que geram as montanhas. O aumento de pressão favorece as reações que se fazem com diminuição do volume molecular total. Desenvolve numa faixa de 200 a 1000ºC e em pressões de 100 a 10.000 atm. Ex. de minerais formados pelo metamorfismo regional: granada, titanita, talco, clorita, serpentina sericita, epidoto, turmalina. d)Metamorfismo de impacto - impacto de grandes meteoritos Ex. impactito As temperaturas do metamorfismo ficam acima dos 200ºC. Em média, na Terra, a temperatura aumenta com a profundidade na razão de 1ºC para cada 30m. A esta razão dá-se o nome de gradiente geotérmico. 58 O metamorfismo pode ocorrer em pressões de superfícies muito elevadas. As pressões aumentam com a profundidade. O metamorfismo se dá, dessa forma, em um intervalo relativamente amplo de pressões e temperaturas de tal forma que as rochas podem ser mais ou menos metamorfimizadas. Para possibilitar a diferenciação dessas rochas, o intervalo de pressões e temperaturas, no qual se dá o metamorfismo é dividido em graus metamórficos: incipiente, fraco, médio e forte, conforme a atuação dos agentes pressão e temperatura seja mais intensa. Geralmente com o aumento do grau metamórfico ocorrem mudanças na mineralogia e um aumento de granulometria (tamanho nos grãos dos minerais). Rochas de grau metamórfico incipiente mostram poucas diferenças em relação às originais, enquanto as rochas de alto grau metamórfico guardam pouca ou nenhuma feição da rocha original. Acima do grau metamórfico forte, começa a ocorrer a refusão parcial da rocha, já que os minerais têm diferentes pontos de fusão, e tem-se rochas de natureza híbrida metamórfica-ígnea, como é o caso dos migmatitos. Uma seqüência típica de grau metamórfico crescente é: Ardósia → filito → xisto → gnaisse Rocha Original Metamorfismo Rocha Originada Arenito Termal Quartzito Silte Termal Ardósia, Filito Calcário Dinamotermal Mármore Argilito Dinamotermal Micaxisto Granito Dinamotermal Gnaisse 5.3.5. Quanto a Estrutura As novas texturas são produzidas por recristalização, por meio da qual os minerais crescem em cristais maiores e geralmente emprestam à rocha uma 59 aparência laminada, conhecida como foliação que pode ser bandeada ou ondulada. A. Estrutura foliada bandeada – orientação de minerais laminares em camadas ou bandas ou faixas escuras (com biotita e anfibólios) e claras (quartzo e feldspatos) de minerais. Esse tipo de estrutura pode ser também chamada de estrutura gnáissica, é tipica dos gnaisses. B. Estrutura foliada xistosa – é própria das rochas metamórficas e muito frequente entre elas. É caracterizada pelo arranjo paralelo de lamelas de micas ou outro minerais tabulares, produzindo uma partição mais ou menos planar da rocha (como filitos e xistos). Ex. Ardósias C. Estrutura não foliada - caracteristica das rochas cujos minerais são normalmente equidimensionais e não apresentam nenhuma orientação preferencial. Ex. Quartzito e mármore CURIOSIDADES - Tratamento térmico das rochas Aquecimento de calcário puro: a cal Fusão de uma mistura de 80 % de calcário 20% de argila: o cimento Aquecimento da gipsita: o gesso Fusão da areia contendo sílica: o vidro Cura da argila: tijolos e telhas 60 ROCHAS METAMÓRFICAS MAIS COMUNS ARDÓSIAS Rochas de baixo grau metamórfico (incipiente), derivadas de rochas do tipo argilito/siltito. Possuem granulação muito fina e excelente xistosidade FILITOS Rocha de granulação fina com boa xistosidade. Os planos de xistosidade mostram um brilho sedoso típico dado pela sericita e/ou clorita. São de baixo grau metamórfico (fraco) originados de argilito/siltito. GNAISSES . Rochas constituídas por micas, anfibólios, quartzo e feldspato onde os minerais claros se alternam em bandas com os minerais escuros, constituindo a foliação gnáissica. Tem grau metamórfico médio a forte e derivam de rochas ígneas ou sedimentares. QUARTZITOS Rochas metamórficas derivadas de arenitos, compostas por mais de 80% de quartzo. MÁRMORES Rochas originadas do metamorfismo de calcários, compostas basicamente de calcita ou dolomita. ITABIRITOS São um tipo especial de quartzito, proveniente de uma rocha sedimentar química, que se caracteriza por um alternância de bandas de quartzo e bandas de hematita (geralmente especularita). ESTEATITOS (pedra sabão) Rochas compostas essencialmente por talco e clorita com xistosidade pouco pronunciada, originadas do metamorfismo de rochas ígneas Ultrabásicas. CAPÍTULO VI - INTEMPERISMO 6. Definição Intemperismo é o conjunto de fenômenos químicos, físicos e biológicos que desgasta as rochas, modificando suas características físicas e químicas, transformando-as em fragmentos pequenos e solubilizando alguns de seus constituintes. Nesses processos, alguns dos elementos minerais permanecem como um resíduo alterado, enquanto outros são removidos, transportados principalmente pela água. As rochas e outros materiais expostos na superfície da Terra ficam sujeitos à ação de processos naturais (temperatura,chuva). Esses processos naturais atuam no sentido de desagregar e decompor os materiais expostos na superfície. A ação do intemperismo sobre as rochas é gradual. Assim, as rochas não 61 se decompõem ou se desintegram instantaneamente, em geral requerendo um período de tempo relativamente longo para sofrerem alterações. Os elementos resultantes do intemperismo são muitos. De maneira geral, as rochas e minerais vão sendo intemperizadas da superfície para baixo. Conseqüentemente, num mesmo local podemos ter materiais em níveis de alteração bem distintos, o que confere ao conjunto um aspecto diferenciado. Na superfície temos um material em estado avançado de desagregação e decomposição, diferentemente do material mais profundo, onde se pode encontrar uma mistura de material não alterado com material alterado. O conjunto de materiais alterados, independente de seu estado, é classificado como regolito ou manto de decomposição. Já o material superficial, em estado avançado de alteração e lixiviação, associado à matéria orgânica, é chamado de solo. O conhecimento de gênese favorece muito a compreensão do solo na paisagem, suas propriedades e classificação. SOLO = f( clima,organismos, material de origem e tempo) Clima e organismos (fatores ativos) atuam sobre o material de origem (rocha) e transformam esse substrato inicial em solo, com o tempo. Os fatores ativos (clima e organismos) atuam de cima para baixo, isto é, os solos são mais intemperizados (velhos) à superfície do que em camadas mais profundas. Há também formação de camadas mais ou menos paralelas à superfície. São os horizontes e/ou camadas propriamenteditas. Toda atividade biológica terrestre depende direta ou indiretamente do manto de intemperismo, ou regolito, que nada mais é do que uma fina película representado um contato transacional entre a litosfera e a atmosfera. Como regolito entende-se todo material inconsolidado que recobre o substrato rochoso inalterado. 62 O intemperismo nunca cessa. Está sempre atuando e de sua atividade há formação dos solos, sedimentos, mares, rios, lagos, rochas, etc. 6.1. TIPOS DE INTEMPERISMO Intemperismo físico Intemperismo químico Intemperismo Biológico 6.1.1. Intemperismo físico ou mecânico Nessa forma de intemperismo ocorre a fragmentação física, com a diminuição do tamanho das partículas, bem como o formato dos minerais, facilitando a posteriori o ataque dos agentes químicos e bioquímicos 6.1.1.1. Principais agentes físicos de intemperismo Variação na temperatura Efeito abrasivo da água e vento Atividade humana, movimentação de animais A desagregação mecânica ocorre diferentemente em um poliedro. Ocorre um maior aquecimento nos vértices (V), seguido pelas arestas (A) e por fim no meio das faces (F). Com isto teremos um maior desgaste mecânico de vértices e aresta, levando a formação de sólidos arredondados denominados, de acordo com seu tamanho, de matacões. Estes matacões passam por um processo de desgaste superficial e começam a se descamar em cascas concêntricas, semelhantes a uma cebola. Esta feição é denominada de Esfoliação esferoidal 63 Congelamento - A água ao congelar expande-se em 9% do seu volume. Assim a água nas fendas e poros das rochas ao sofrer congelamento se expande e com o processo repetitivo de congelar/ descongelar promove a desagregação da rocha. Este tipo de intemperismo é de pouca importância no Brasil. Comportamento do fenômeno em várias rochas, com diferentes graus de porosidade (A) Numero de vezes que a rocha deve ser congelada e descongelada para que apareçam as primeiras fendas. (B) Quantidade em grama por m2 de detritos originadas, cada vez que a rocha sofre o congelamento da água retida nos poros. a fragmentação aumenta a superfície exposta ao ar e à água *o intemperismo físico facilita o intemperismo químico Rocha Porosidade do volume em % (A) (B) Arenito decomposto 25 3 vezes 2,7g Arenito cimentado 5 43 vezes 0,3g Calcário 30 1 vez 0,9g Mármore 0,2 100 vezes 0,05g 64 6.1.2. Intemperismo físico-biologicos A pressão do crescimento das raízes vegetais pode provocar a desagregação de uma rocha (fenômeno facilmente visível nas calçadas arborizadas de nossas ruas), desde que esta possua fendas por onde penetrem as raízes, e desde que a resistência oferecida pela rocha seja muito grande. A pressão osmótica do protoplasma pode provocar a ruptura das rochas. Também as atividades de vários animais, como minhocas, formigas, cupins e roedores que constroem buracos, fazem com que o solo seja afofado, mais facilmente removido, facilitando também a penetração de outros agentes na decomposição das rochas. 6.1.3. Intemperismo químico Enquanto o intemperismo físico só fragmenta os cristais, preservando suas unidades internas, o químico desmantela, liberando seus íons, que depois podem recombinar-se formando sais que podem ser dissolvidos e sair do sistema por processos de lixiviação. As reações químicas do intemperismo são controladas essencialmente pela água (solvente universal) e gases nela dissolvidos (O2 e CO2), seja como solvente ou como meio de transporte. 65 A água penetra através dos poros, clivagens e fissuras das rochas e dos minerais e dissolve os constituintes mais solúveis, transferindo-os de local. As alterações dependem da natureza da rocha ou do mineral, dos reagentes (composição, pH, concentração). Na maioria dos casos, o intemperismo químico pode ser dividido em três estágios: 1º estágio - Caracteriza-se pelo início do ataque químico à rocha, que pode perder seu brilho e tornar-se embaçada ou perder sua coloração característica. A textura da rocha permanece inalterada. 2º estágio - Os minerais são totalmente decompostos, mas a textura original da rocha ainda é observada. O material resultante é chamado saibro. 3º estágio - Decomposição total da rocha, desaparecendo por completo sua textura original. O material resultante chama-se solo. 6.1.3.1. Intemperismo químico a) Oxidação b) Redução c) Hidratação d) Hidrólise e) Dissolução a) Oxidação As reações de oxidação e redução, tanto na fase sólida como em solução, são importantes principalmente na intemperização de minerais que contêm apreciável teor de Ferro. A oxidação ocorre em rochas bem aeradas. Ela é expressa pela mudança da sua coloração original nas rochas alteradas e nos sedimentos para cores avermelhadas e amareladas, decorrentes da oxidação do Fe3+ e Mn 4+ Mineral primário + Solução de ataque Mineral Secundário + íons em solução 66 Em minerais onde o Fe é um constituinte maior, como na pirita, na magnetita e na ilmenita, a oxidação promove a desintegração completa da estrutura, originando novos minerais. Fe++ Fe+++ + e_ elétrons perdidos b) Redução O ambiente ideal para ocorrência da redução é a saturação com água em consequência forma o ferro ferroso (Fe++), cuja mobilidade é muito alta. A redução é o processo inverso da oxidação. Esta ocorre em ambientes anaeróbicos onde a atividade biológica utiliza outros metais ou íons como receptores finais de elétrons na cadeia respiratória. A redução geralmente ocorre em solos com drenagem deficiente onde é comum a acumulação de materiais reduzidos como sulfetos, metano, dióxido de nitrogênio, ferro (II), manganês (II) que determinam cores mal cheiro ao local e cores azuladas (sulfetos), cinzas (ferro II) e mesmo pretas (manganês) ao solo. As reações de oxiredução atuam no processo de gleização. c) Hidratação A hidratação está associada à adição de moléculas de água, ou de grupamentos de hidroxila, aos minerais: sem no entanto, a modificação do próprio mineral. É reação química inicial do ataque da água à superfície dos materiais orgânicos e inorgânicos. A maioria destes materiais não sofrem grandes alterações no processo de hidratação. Esta reação ocorre, principalmente, na superfície e nas arestas dos minerais. Trata-se portanto, da adição de água em minerais para formar hidratos. Certos minerais são passíveis de receber moléculas de água em sua estrutura, transformando-se física e quimicamente, como a mudança da anidrita em gipso: CaSO4 + 2 H2O → CaSO4.2H2O 67 d) Hidrólise A hidrólise é uma reação química na qual os elementos ionizados da água (H+ e OH-) substituem, de modo equivalente, outros íons de um mineral, fazendo sua estrutura cristalina desfazer-se e/ou modificar-se. Provavelmente este é o mais importante processo de transformação dos minerais primários em argilas (minerais secundários). Hidrólise - mecanismo maior na formação dos solos (zonas temperadas e tropicais). A hidrólise é o mais importante processo químico de intemperização; pois dele resulta a profunda decomposição dos minerais primários intemperizáveis. KAlSi3O8 + H+ HAlSiO3 + K e) Dissoluçao É a reação pela qual sais simples, como os carbonatos e cloretos, que ocorrem na forma de grãos em determinados materiais de origem, entram em solução. Os minerais se “desfazem” ou dissociam na água. Os íons antes organizados em cristais sólidos se desorganizam quando em contato direto com a água para formar uma solução salina aquosa. A solução consiste na dissoluçãode sais simples, tais como cloretos formando soluções iônicas. NaCl + H2O → Na+ + Cl- CaCO3 + 2H H2CO3 + Ca - Atividade biológica A decomposição química das rochas não costuma ir além do nível de drenagem da região. A grande maioria dos minerais decompõe-se com o tempo, transformando-se em outros minerais mais estáveis sob as condições da superfície. O quartzo é um dos minerais mais resistentes ao intemperismo químico. 68 6.1.4. Intemperismo biológico O intemperismo biológico vem a ser a destruição de rochas e de minerais pela ação de organismos vivos. A intemperização biológica compreende processos biofísicos e bioquímicos. Os microrganismos são fundamentais nos processos biogeoquímicos. Eles utilizam os restos de vegetais e animais como fonte de nutrientes e energia para seu crescimento e reprodução. Um dos aspectos importantes do intemperismo biológico é a formação de quelatos e ácidos orgânicos que possuem afinidade por metais (Fe, Mn, Pb, Co, Ni, Zn, Al), complexando-os. Pedogênese: (formação do solo) os produtos formados pelo intemperismo se reorganizam, sob a ação dos organismos, dando origem a um material organizado em horizontes, com forte associação entre a matéria mineral e orgânica. A fauna e a flora, ao realizarem suas funções vitais, desempenham um papel fundamental na mobilização de matéria e na aeração do solo. O intemperismo e a pedogênese levam à formação de um perfil de alteração ou perfil de solo. 6.2. PRODUTOS DO INTEMPERISMO a) Silicatos secundários que recristalizam sob forma de argila silicatadas. b) Minerais primários resistentes ao processo de intemperismo. c) Produtos mais resistentes como óxidos de ferro, alumínio e titânio. d) Íons em solução. 6.2. A importância das mudanças climáticas na gênese das estruturas superficiais As condições climáticas, como temperatura, umidade e pressão, respondem pela intemperização das rochas, culminando com a formação dos depósitos correlativos. Constata-se, portanto, estreita relação entre clima, intemperismo na caracterização da estrutura superficial. 69 É importante destacar que o intemperismo depende do clima e relevo, o solo e o regolito resulta sempre do produto da interação do clima com as rochas. Uma mesma rocha, em climas diferentes, produzirá solos distintos 6.3. Estabilidade mineral e intemperismo Quando uma rocha é submetida ao intemperismo químico, alguns minerais são alterados mais rapidamente do que outros, formando novos minerais. A estabilidade ou a resistência ao intemperismo de um mineral depende da dureza, da clivagem, do coeficiente de expansão, dos defeitos no cristal e da solubilidade em ambientes específicos, além do tamanho do grão ou sua área superficial específica, das condições do ambiente. A sequência de estabilidade dos minerais é similar a sequência de cristalização de Bowen. Com relação à composição mineral, Goldich (1938) relata a resistência das rochas aluminossilicatadas à dissolução, indo da olivina, através do piroxênio, anfibólio, biotita, feldspato alcalino, ao quartzo. ( Fig. 3.1 ). Na olivina, um dos silicatos de mais fácil decomposição, nenhum dos oxigênios está compartilhado. Eles fazem sempre ponte com íons de ferro e magnésio, o que diminui sua estabilidade; além disso, os minerais formados em alta temperatura e pressão, cujas estruturas são mais simples e com maiores distorções, facilita o intemperismo 70 Minerais situados nas posições mais altas do diagrama de estabilidade, tais como a olivina e plagioclásios-Ca (anortita), são facilmente intemperizados e são os primeiros a desaparecer das frações areia e silte do solo como resultado da intemperização química. Minerais situados na base do diagrama, tais como o quartzo e a muscovita, são mais resistentes ao intemperismo, sendo esperados em solos intensivamente intemperizados. A formação da estrutura cristalina em temperatura e pressões menores é mais lenta, o que propicia maior estabilidade estrutural a esses cristais, permitindo um arranjo de íons com menores distorções. No quartzo não existem substituições isomórficas, daí sua grande estabilidade. Do ponto de vista da ciência do solo a ação do intemperismo é fundamental na formação do perfil do solo, podendo ser tanto um agente de organização como de desorganização dos horizontes do perfil do solo. Minerais característicos na fração argila dos solos Estágio de desenv. do solo Gesso Carbonatos Micas (Fe II0 Olivinas/Piroxênios/Anfibólios Feldspatos Inicial Quartzo Mica dioctaedral (Ilita) Vermiculita/Clorita Esmectitas Intermediário Caulinta Óxidos e Hidróxidos de Ferro Hidróxidos de Alumínio Óxidos de Titânio Avançado 71 CAPÍTULO VII - FATORES DE FORMAÇÃO DO SOLO 7.1. DEFINIÇÕES 7.1.1. Definição de solo O solo, que é um corpo trimensional, formado pela ação dos fatores de formação e dos processos pedogenéticos. Solo é a superfície inconsolidada. Para Dokuchaev os solos formam-se a partir dos fatores ambientais (material de origem, clima, relevo e organismos) As características do solo são adquiridas lentamente à medida que os processos evoluem e as propriedades dinâmicas do solo são gradativas. 7.1.2. Regolito Para os Geólogos e Engenheiros o solo é usado como sinônimo de regolito, na medida que abrange todo o material inconsolidado que capeia as rochas. Regolito: Também conhecido como Manto de alteração. Camada de material intemperizado que recobre a superfície do planeta. O regolito pode ser dividido em duas partes: A inferior, onde se encontra a rocha mais ou menos alterada saprolito, e a parte superior, modificada quimica e fisicamente por processos pedogenéticos que é o solum . 7.1.3. Perfil Perfil do solo, que é uma pequena porção da superfície da terra que possui horizontes ou camadas, que nos permite a interpretação, identificação, classificação do solo. Esses horizontes e camadas são nomeados com letras, nesse caso podemos dividir aproximadamente os horizontes e camadas do perfil como mostra a figura. 72 7.1.4. Saprolito O mesmo que saibro. Parte do perfil de alteração de um solo em que aparece a rocha alterada, mas ainda mantendo muitas de suas estruturas e restos de minerais em processo de alteração, principalmente os feldspatos. O saprolito tem importante uso em obras de construção, onde é comumente chamado de saibro. 7.1.5. horizontes O: horizonte onde predomina restos de matéria orgânica em processo de decomposição. A: horizonte escuro com acúmulo de material orgânico em estado avançado de alteração (material húmico, humus) intimamente misturado com a fração mineral, onde se processa uma alta atividade biológica. É o horizonte mais afetado pelas atividades agrícolas E:- Horizonte mais claro que se caracteriza pela perda de partículas argilosas, matéria orgânica, sais de ferro e alumínio, sendo enriquecido em partículas arenosas e siltosas de quartzo e outros minerais resistentes. É um horizonte marcado pela eluviação. B: Horizonte,no qual não se pode reconhecer vestígios das estruturas da rocha mãe C: Horizonte pouco atingido pelos processos pedogênicos, onde se pode encontrar muitas das características e estruturas da rocha mãe. Também conhecido como saprolito. 7.2. FATORES DE FORMAÇÃO DO SOLO - Material de origem; - Clima; - Relevo; - Organismos; - Tempo. 73 CLIMA ORGANISMOS RELEVO ROCHA PROCESSOS SOLO TEMPO 7.2.1. Material de origem É a denominação que se dá ao material mineral ou orgânico a partir dos quais os solos se desenvolvem. Sem dúvida os materiais rochosos são os mais importantes, abrangendo os diversos tipos conhecidos de rochas como magmáticas, metamórficase sedimentares. Essas rochas diferem amplamente entre si em vários aspectos e certamente irão influenciar com menor ou maior intensidade às características do solo formado. Rochas ricas em minerais com elementos nutrientes podem originar solos férteis, enquanto que solos derivados de rochas pobres serão inevitavelmente de baixa fertilidade. Rochas basálticas dão origem a solos de textura argilosa ou muito argilosa enquanto que solos derivados de arenito são arenosos. Materiais de origem ricos em quartzo, conferem ao solo cor clara. O material de origem orgânico dá origem a solos orgânicos. Este material de origem não tem história geológica, sendo constituído de produtos da decomposição de restos vegetais e animais atuais. O material orgânico pode ser composto exclusivamente destes produtos de decomposição orgânica ou ter uma parte de material mineral, desde que abaixo de certos limites. Material orgânico Origina solos orgânicos; É constituído de produtos da decomposição de restos vegetais e animais atuais; 74 Possuem menor representatividade do que solos minerais; Desempenham uma importante função ecológica, como por exemplo, regulando a disponibilidade de água, funcionando como uma esponja para o sistema. Material de origem X Formação do solo A formação do solo vai depender, entre outros fatores, das características do material: 1.grau de consolidação Condiciona a velocidade de intemperização 2.granulometria ou textura, 3. composição química ou mineralógica, 4.estrutura 7.2.1.1. Classificação do material de origem 1.Formado no local da rocha (residual) 2. “Transportado” - Gelo (loess) - Gravidade (colúvio) - Água - Vento (loess, areia) 3. Acúmulo de plantas (orgânico) 7.2.2. Relevo Ao regular a velocidade e a direção do escoamento das águas da chuva, o relevo controla a quantidade de água de uma rocha. Tanto a quantidade de água como o tempo de sua permanência influência na liberação e eliminação de compostos solubilizados pelas reações químicas do intemperismo. Essas reações ocorrem mais intensamente nas partes do relevo onde há mais infiltração, seguida de lixiviação dos produtos solúveis. 75 O relevo influencia a formação do solo principalmente no que diz respeito a dinâmica da água quer no sentido vertical (infiltração) como no lateral (escoamento). Na posição de topo quase plano (como nos topos de platôs), a boa infiltração e a boa drenagem favorecem tanto a alteração dos minerais como a remoção dos produtos solubilizados. Como resultado, há a formação de um perfil de alteração profundo e bastante intemperizado, onde a sílica será removida de forma que os minerais secundários aí formados tendem a ser óxidos de ferro e alumínio. Em caso de haver somente perda parcial, há a formação de caulinita. Em relevos muito movimentados, grande parte da água é perdida por escorrimentos laterais, favorecendo processos erosivos e dificultando o desenvolvimento do solo, dando origem principalmente a solos rasos. Além da água das chuvas, áreas com relevo deprimido recebem também as de vertentes vizinhas tendendo a um acúmulo e favorecendo o aparecimento de solos hidromórficos (excesso de água). 7.2.2.1. Qual a influência do relevo na formação do solo? a) Profundidade do solo b) Teor de matéria orgânica no perfil c) Drenagem do perfil d) Cor do solo e) Grau de diferenciação do perfil f) Temperatura g) Características do material inicial h) etc... Elementos da paisagem a)Interflúvio: é a parte mais elevada, forma plana ou convexa 76 Amplos e planos ou suavemente ondulados infiltração água, escoamento superficial (intemperismo químico mais profundo) solos profundos, lixiviados e ácidos Estreitos infiltração, escoamento ( erosão ) solos rasos e/ou afloramento de rocha b) Escarpa: há um intenso processo erosivo (desmoronamento) impedindo a formação de solos. Apenas afloramento de rocha. c) encosta – há processos erosivos intensos devido ao escoamento superficial intemperismo químico pouco profundo, solos rasos (neossolos), equilíbrio entre a taxa de erosão e a de formação do solo. d) pedimento – recebe material pré intemperizado, erodido da escarpa e da encosta. Formação de solos mais profundos, porém podem ser bastante pedregosos. e) planície aluvial – nas baixadas do relevo, as águas podem ficar muito tempo em contato com o regolito, e durante a maior parte do tempo, estão saturadas por esses componentes solúveis, podendo perder a capacidade de continuar promovendo as reações de alteração dos minerais. Se a área fonte são solos férteis, os solos da planície aluvial também o serão; Se a de nível da planície em relação ao rio for pequena, os solos serão mal drenados e sujeitos a reações de redução. RELEVO X CLIMA O relevo pode afetar o clima provocando variação: Atividade dos organismos (luz do sol, umidade...) Exposição do solo ao vento 77 Exposição do solo a chuva Drenagem natural e variação do lençol freático Escoamento superficial da água e erosão 7.3. Clima As condições climáticas, além das características da rocha, também afetam muito a velocidade e o tipo de intemperismo. O clima exerce a influência na formação do solo através principalmente da Precipitação e temperatura. a) Precipitação: A água é dos mais importantes agentes de formação do solo. É essencial para o estabelecimento da maior parte das reações químicas responsáveis pelo desenvolvimento do solo, assim como é essencial para o desenvolvimento dos organismos que contribuem com matéria orgânica. b) Temperatura: influencia a formação do solo de diferentes maneiras. È o principal determinante da evapotranspiração potencial e consequentemente um controlador da precipitação efetiva. Quando a água sofre congelamento, cessam todas as reações químicas nas quais toma parte; entretanto, seu efeito físico continua rompendo rochas e fragmentando minerais. A temperatura controla, também, os organismos duma região e exerce influencia sobre a qualidade e quantidade de matéria orgânica no solo. Quanto maior a temperatura e a quantidade de água, e mais frequente a sua renovação, mais intenso e rápido será o intemperismo. Temperaturas elevadas e chuvas intensas aumentam a taxa de crescimento dos organismos e, portanto, sua influência no intemperismo. Em função das diferentes condições climáticas é possível reconhecer importantes tipos de solos: Em regiões de poucas chuvas (áridas e semi-áridas), os solos são mais rasos, de melhor fertilidade e geralmente pedregosos. Devido a vegetação escassa, a quantidade de matéria orgânica é inferior aos solos de regiões úmidas; Ex. Região do Nordeste 78 O calor influi diretamente nas atividades das reações químicas e processos biológicos que ocorrem no perfil do solo. Climas quentes e úmidos (regiões tropicais) favorecem as reações químicas e a formação de solos profundos e bastantes lixiviados, resultando em solos ácidos e de baixa fertilidade. Como ocorre na maior parte do Estado de São Paulo, Oeste do Paraná e em muitas outras regiões do Brasil ; O vento causa a erosão eólica e o ressecamento da superfície do solo. O clima relaciona-se diretamente com o tipo de vegetação local, que pode ter grandes variações botânicas. geralmente... PRECIPITAÇÃO lixiviação das bases atividade biológica conteúdo de argila Os climas secos e frios, por outro lado, inibem as reações químicas, resultando em solos pouco espessos. Condições desse tipo ocorrem nas partes altas dos Estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina, onde as temperaturas são baixas e no sertão do Nordeste, onde a precipitação pluviométrica é extremamente reduzida. 79 7.4. Organismos Os solos dependem dos organismospara sua fertilidade e, em troca fornecem um hábitat apropriado para muitos organismos. A horizontalização é, em grande parte, uma consequência do efeito do fator biótico, chegando-se, mesmo, a diferenciar solo de sedimentos pela presença de matéria orgânica em decomposição na sua camada superior. Os organismos compreendem a microflora, a microfauna (minhocas, formigas, tatuzinhos, cupins, centopeias), a macroflora, a macrofauna e o homem. 7.4.1. Fatores bióticos de formação do solo A medida que a matéria orgânica em decomposição vai sendo incorporada ao solo, começam a aparecer os primeiros sinais de horizontalização, tornando-se, a camada superficial mais escura e estruturada. Portanto, eles desempenham papel importante na diferenciação dos horizontes do solo, pois a microflora (algas, fungos e bactérias, principalmente) e a microfauna (especialmente os protozoários e nematóides) decompõem os restos vegetais e animais e, em consequência, liberam o húmus, que é uma mistura complexa de substâncias amorfas coloidais. 80 Os ácidos orgânicos liberados pela decomposição da matéria orgânica começam a decompor a grade cristalina dos minerais que contêm bases, liberando os nutrientes na forma assimilável pelas plantas e condicionando a formação de minerais secundários e de óxidos. Esses produtos podem permanecer in situ, ou ser removidos pela água percolante, indo ou não acumular nas camadas mais profundas. – Biociclagem: (Redistribuição de elementos) mineralização/ imobilização; As comunidade bióticas, juntamente com a água, realizam um processo deestabilização da proporção entre ácidos e bases da solução do solo, através da reciclagem de nutrientes. Elementos solúveis são absorvidos pelas plantas, translocados para as partes aéreas, liberados após a morte dos vegetais e transportados para a massa do solo, de onde são reabsorvidos, recomeçam o ciclo novamente. Intemperismo físico – Ação de raízes; – Movimentação de partículas (mesofauna: cupins, formigas, minhocas); Microrganismo – influenciam na pedogênese –Ácidos Orgânicos; –Redução; gleização • Matéria orgânica: composição, quantidade; relação C/N; (micorrizas), nitrogênio (Rhizobium) 7.5. Tempo A formação do solo começa na superfície e continua para baixo. Desse modo, o horizonte A é mais alterado que os demais horizontes e não se reconhece nele o material parental. 81 O conceito de tempo é central para a geologia. A maioria dos processos geológicos que modelam a superfície da Terra e conferem estrutura ao seu interior, operaram ao longo de um tempo muito longo, da ordem de milhões e bilhões de anos. As rochas expostas à superfície são os registros visíveis dos processos geológicos passados. Das relações de tempo e espaço traduzidas pelas rochas, os geólogos construíram a escala de tempo geológico, que é usada para ordenar os eventos geológicos da história da Terra. Quanto mais tempo uma rocha (ou saprólito) estiver sob ação do intemperismo maior será sua alteração. Estimativa da idade do solo em termos relativos, usando o grau de desenvolvimento do solo (diferenciação dos horizontes, composição química e mineralógica) para avaliar um solo como sendo: Quanto mais intemperizado é o solo menos as características do material de origem são preservadas = SOLO VELHO JOVEM (imaturo): pouco intemperizado VELHO (maduro): muito intemperizado 7.5.1. Taxa de formação do solo Depende... Clima Resistência à alteração minerais Os solos são formados na ordem de 20 a 50 m por milhão de anos (0,2 cm em 100 anos) podem ser considerados representativos para velocidade de aprofundamento do perfil de alteração, sendo que o extremo superior deste intervalo refere-se aos climas mais agressivos. Em climas muito frios, como na Escandinávia, superfícies graníticas descobertas pelo gelo a cerca de 10 mil anos apresentam um manto de alteração de poucos mm de espessura. 82 Por outro lado, sob clima tropical, na Índia, cinzas vulcânicas datadas de 4000 anos desenvolveram uma camada de solo argiloso de 1,8 m de espessura (4,5 cm em 100 anos). Em regiões muito úmidas, como no Havaí, o intemperismo de lavas basálticas recentes permitiu a formação de solos suficientes para o cultivo em apenas um ano. REGIÕES TEMPERADAS: solos locais com idades máximas de 10.000 – 15.000 anos. REGIÕES TROPICAIS E SUBTROPICAIS Solos com algumas centenas de milhares até 5 milhões de anos (Brasil Central) acidez e baixo teor de nutrientes. CAPÍTULO VIII - PROCESSOS PEDOGENÉTICOS Os processos pedogenéticos são condicionados pela combinação dos fatores de formação de solos. Os processos pedogenéticos podem imprimir determinadas feições aos solos, observáveis em um perfil ou corte. Estas feições são chamadas de característica e propriedades morfológicas do solo, como cor, espessura de horizontes, quantidade de areia, silte, argila, matéria orgânica, etc. Deste modo, conhecendo-se as feições morfológicas e os processos que as geraram, é possível se fazer uma reconstituição da história do solo, de como ele se formou. O Sistema Brasileiro de Classificação de Solos considera muito importante o processo pelo qual o solo se formou, ou seja, sua gênese. Assim as classes de solos são em grande parte definida tendo por base o processo pelo qual o solo se formou o que pode ser inferido a partir de suas feições morfológicas. É muito importante, então, entendermos que existe um encadeamento, uma sucessão de fenômenos desde o início do intemperismo sobre a rocha até a classe em que o solo se encaixa atualmente, porque esta compreensão nos habilita a fazer previsões melhores do comportamento do solo em relação a determinado manejo. 83 No estudo dos processos pedogenéticos alguns conceitos são usados para indicar o comportamento geral dos materiais que compõem o perfil e/ou horizontes. A combinação destas diferentes reações em intensidades variada gera processos que resultam na formação de solos com características típicas de cada combinação. Baseado neste princípio, alguns processos serão descritos, mas deve-se sempre ter em mente que sua ocorrência pode se dar de forma associada. Os processos pedogenéticos podem ser classificados em gerais e espécificos (Figura 1). 8.1. PROCESSOS GERAIS DE FORMAÇÃO DO SOLO 8.1.1. Adição Diz respeito a incorporação de material do exterior do perfil ou horizonte do solo (minerais, matéria orgânica, líquidos) ao solo durante sua formação (gênese). As adições podem ser: a. pelo vento (Adições eólicas) b. Adições por precipitação pluvial c. Adições por difusão (adição de gases como O2 a partir da atmosfera) d. Adições pelo lençol freático, movimentos internos de drenagem, e ascensão capilar e. Adições pelos rios 84 f. Adições pelos mares g. Adições coluvionares (gravidade e erosão) h. Adições dependentes de fatores biológicos São casos especiais de adição Cumulização: Adição eólica ou hídrica de partículas minerais na superfície do solo. É o principal processo de formação dos Neossolos Flúvicos. Literring: Adição de matéria orgânica na superfície do solo. É o principal processo de formação dos Organossolos Melanização: Escurecimento do solo pela adição de matéria orgânica. Este processo ocorre no horizonte A. 8.1.2. Remoção a. Perdas em profundidade: migrações em profundidade (lixiviação) b. Migrações laterais c. Perdas a partir da superfície: Exportação pelas colheitas Perdas pelo fogo Perdas pela enxurrada Perdas pelo vento 8.1.3. Transformações Correspondem aos processos de alteração de composição química, física e biológica, pelos quais passam os constituintes: sólido (matéria orgânica e mineral), líquido (solução do solo) e gasoso (ar do solo); ao longo do processo de formação do solo (gênese).São casos especiais de transformações: a) Decomposição. Destruição do material mineral (minerais primários) ou orgânico (restos de vegetais e animais) 85 b) Síntese: formação de novos minerais (minerais secundários) ou orgânicos (húmus). c) Mineralização: Decomposição da matéria orgânica em CO2 , água e íons e energia. 8.1.4.Transportes São processos nos quais alguns componentes do solo são transportados de uma parte para outra do perfil do solo, sem que seja adicionado, perdido ou transformado. São processos especiais de transportes; a) Eluviação-iluviação: transporte de material de um horizonte (eluvial para outro (iluvial) do perfil de solo; b) Lessivagem (desargilização) transporte de argila do horizonte A (ou E) para o horizonte B do solo. c) Podzolização: transporte de Fe e Al e/ou matéria orgânica para o horizonte B, com acumulação de sílica no horizonte E do solo. É o principal processo de formação dos Espodossolos. d) Calcificação: acumulação de carbonato de cálcio em algum horizonte do solo. Ocorre principalmente nos solos alcalinos (pH maior que 7,0). e) Salinização: acumulação de sais solúveis em algum horizonte do solo. Ocorre principalmente em regiões áridas ou semi-áridas. f) Alcalinização: acumulação de sódio (Na) trocável em algum horizonte do solo. Ocorre principalmente nos solos alcalinos (pH maior que 7,0). g) Pedoturbação: processo de mistura de horizonte do solo, de natureza física (devido a fendas nos solos com argilominerais 2:1 expansivos) ou biológica (por ação da fauna do solo). É o principal processo de formação dos Vertissolos. 86 Resumindo 8.2. PROCESSOS ESPECÍFICOS DE FORMAÇÃO DO SOLO 8.2.1. Latolização (Transformação) É um processo em que o intemperismo químico, especialmente a hidrólise e a oxidação, e a lixiviação são muito intensos, ou atuaram durante um período bastante longo, gerando dessilicação média (MONOSSILIALTIZAÇÃO) ou forte (ALITIZAÇÃO). Esta classe de processos consiste basicamente na REMOÇÃO de sílica e de bases do perfil, após transformação (intemperismo) dos minerais constituintes. Praticamente não há translocação de material para o horizonte B como no caso da podzolização. Os solos onde este processo predomina são ricos em caulinita e/ou óxidos de Ferro e Alumínio, dependendo do grau (intensidade) da dessilicatização. O perfil do solo geralmente é profundo e homogêneo e o gradiente textual, se existente, é pequeno devido à estabilização dos argilominerais pelos óxidos dificultando seu transporte para outros horizontes. Processo Exemplo ADIÇÃO Diz respeito ao aporte de material do exterior do perfil ou horizonte do solo. Por exemplo: areia ou cinzas vulcânicas trazidas de outro local e depositadas sobre o perfil. REMOÇÃO É o contrário da adição, ou seja, o material é removido para fora do perfil. Exemplo: lixiviação, erosão. TRANSFORMAÇÃO Ocorre quando o material existente no perfil ou horizonte muda sua natureza química ou mineralógica. Exemplo: montmorilonita caulinita. TRANSLOCAÇÃO: Ocorre quando o material passa de um horizonte para outro, sem abandonar o perfil. Exemplo: eluviação/iluviação de argila, matéria orgânica, óxidos do hor A para o B 87 Os solos formados por esta classe de processos são aqueles com horizonte B LATOSSÓLICO. São os mais desenvolvidos (velhos) da crosta terrestre, ocupando, portanto, as partes há muito tempo exposto da paisagem. Em geral ocupam as superfícies mais elevadas (planaltos) em relação à paisagem circundante. Concluí-se; - Os LATOSSOLOS são solos profundos, com pouca diferenciação entre horizontes, bastante intemperizados; apresentam, portanto, argilas de baixíssima atividade, pouca retenção de bases e virtual ausência de minerais primários facilmente intemperizáveis. - Como a sílica e outros elementos vão sendo, lixiviados, há um enriquecimento relativo em oxidróxidos de Fe e hidróxido de Al. 8.2.2. Podzolização (translocação) Esta classe de processos consiste na transferência vertical de colóides (principalmente inorgânicos, mas também orgânico em associação) e sua deposição em horizontes subsuperficiais. Transferência do horizonte A, acumulando-se no horizonte B. Este transporte se dá, geralmente, em três fases: a) dispersão; b) transporte e c) deposição. Se o material translocado é matéria orgânica e óxidos de Fe e de Al, o que geralmente acontece quando o material de origem é pobre em argila (por exemplo, quartzito ou arenito pobre ou sedimentos quartzosos) e a drenagem é deficiente, tem-se um solo com B podzol (ou espódico). A área bioclimática típica destes solos está nas regiões frias do globo, com vegetação de coníferas, mas algumas condições locais como restingas, pantanal e num trecho muito expressivo da bacia do Rio Negro na Amazônia, podem dar origem a estes solos, mesmo em regiões quentes. 88 Se o material translocado é argila silicatada que se deposita nas superfícies dos agregados do horizonte B e forma a cerosidade, tem-se um solo com B textural (Bt), e ainda o aparecimento do horizonte E, de perda mais intensa de material. O horizonte onde existe perda de material (geralmente o A ou E) é chamado de horizonte ELUVIAL, e o horizonte onde existe ganho (o B textural) é chamado de ILUVIAL. Os solos formados por este processo são chamados podzólicos. Alguns autores empregam este termo também para descrever um processo, raro nas condições tropicais, que origina horizontes espódico, típico de ambientes temperados sob florestas. A decomposição do material orgânico depositado na superfície do solo é muito ácida, formando complexos com o alumínio e ferro, que se solubilizam e são o transportados para zonas mais profundas no perfil, onde a acidez é menos acentuada, precipitando-se. O horizonte que se empobrece com a saída do material chamado de álbico, porque fica bastante claro devido à ausência de materiais pigmentantes (óxidos de ferro e matéria orgânica) e o horizonte de acúmulo é chamado de espódico (reveja suas anotações de aula de morfologia). Os solos assim formados são o chamados Podzóis Concluí-se: - Os solos que sofreram o processo de podzolização têm os horizontes bem diferenciados, provocados pela translocação. - Os solos com B PODZOl são bastante pobres e bastante ácidos, visto que a vegetação, quando se decompõem, imprime grande acidez ao solo e o material de origem é muito pobre. - Os solos com B TEXTURAL são mais férteis do que os com B PODZOL, apresentando mais argila no horizonte B do que no horizonte A. - Tanto os solos com B PODZOL quanto os com B TEXTURAL (Bt), se estão em relevo movimentado, tendem a ser facilmente erodíveis, por causa do material arenoso. 89 8.2.3 hidromorfismo - gleização (Transformação) O excesso de água imprime ao solo certas características peculiares. É um processo típico de ambiente com condições de redução, o que ocorre quando há saturação por água na maior parte do tempo, sendo então um indicativo desta condição, quando as condições são aeróbicas, o aceptor final da cadeia respiratória dos microrganismos do solo é oxigênio, e sua eficiência na decomposição de materiais orgânicos pode chegar à decomposição completa em CO2. Quando as condições são de excesso de água (falta de oxigênio), as populações de microrganismos aeróbios são substituídas por populações de anaeróbios, com menor eficiência na decomposição de materiais orgânicos e usando outros elementos como aceptores finais dos elétrons da cadeia respiratória. Este fato gera duas consequências importantes para a gênese do solo: o aumento na concentração de agentes complexantes orgânicos e maior abundância de elétrons no meio, havendo então uma redução intensa de Nitrogênio primeiramente, e logo após de Ferro e Manganês. Com isto, estes elementos são transportadospara fora do perfil, e como os principais agentes pigmentantes são os óxidos e matéria orgânica, os horizontes superficiais ficam com coloração acinzentada, que é a coloração típica dos outros argilominerais que permanecem no perfil. Por isto, a coloração acinzentada no perfil é um forte indicativo de drenagem lenta ou impedida. O arejamento deficiente condiciona uma decomposição lenta da matéria orgânica, provocando seu acúmulo e um ambiente de redução (baixo poder de oxi-redução), que transforma o Fe e Mn em formas reduzidas (solúveis), facilitando sua migração ou toxidez para as plantas. A ausência de Fe (III) (ferro oxidado) ou a presença de Fe (II) (ferro reduzido) faz com que o solo tenha o aspecto acinzentado, esverdeado ou azulado (gleizado) abaixo da camada de matéria orgânica. Concluí-se; 90 - Os solos hidromórficos estão nas depressões, isto é, nas partes mais baixas do terreno; - Quando são drenados, natural ou artificialmente, podem apresentar deficiência de Fe e Mn, que são levados para fora do alcance das raízes. O Mn é reduzido mais rapidamente que o Fe, porém é reoxidado mais lentamente. 5.2.4. Laterização (Transformação) É um caso de extrema acumulação de Ferro, envolvendo reações de hidrólise, oxiredução e solução. O termo laterização o para o processo que consiste na hidrólise e liberação do Fe +2 da estrutura de minerais primários ricos em Ferro, seu transporte em solução até locais aerados, onde o Fe se oxida, precipita e acumula. Ciclos alternados de umedecimento e secamento podem endurecer este material, formando as chamadas lateritas. Apresenta cor de laranja, típica da ferrihidrita. Este material foi primeiramente descrito no século passado por um pesquisador inglês, que em uma viagem à Índia observou que as pessoas de uma determinada aldeia cortavam em blocos, com a pá, um material macio, deixando-os secar ao Sol, após o que este endurecia irreversivelmente, sendo então o usado para construção, e daí o nome laterita, do latim Láter = TIJOLO. 8.2.5. Calcificação ou carbonatação (Translocação) Esta classe de processos consiste na TRANSLOCAÇÃO (redistribuição) de CaCO3 no perfil, o que provoca sua maior concentração em alguma parte do solo. A área bioclimática típica deste processo corresponde às regiões onde a precipitação não é suficiente para remover do solo todos os carbonatos; a vegetação é de pradaria, havendo um grande acúmulo de matéria orgânica. Há 91 formação de um horizonte A espesso, rico em matéria orgânica e com alta saturação por bases. Este é o horizonte A Chernozêmico. Conclui-se - Os solos que sofreram calcificação são solos férteis, pois contêm ainda muitos minerais primários facilmente intemperizáveis e muitos nutrientes ainda não lixiviados; - A deficiência de água e, principalmente, a má distribuição de chuvas constitui as limitações principais destes solos; - No território brasileiro, estes solos tenderiam a ocorrer nas regiões menos úmidas do Polígono das Secas. No entanto, mesmo aí, este conjunto de processos não é muito expressivo, geograficamente. 8.2.6. Salinização ou Halomorfismos (translocação) O excesso de sais também imprime ao solo certas características peculiares. Os solos halomórficos estão em depressões onde possa ocorrer o excesso de sais e de água, temporariamente. Os sais são trazidos das elevações circunvizinhas pela enxurrada ou pelo lençol freático. Muitas vezes o local é rico em sais por causa de depósitos marinhos. Nestas depressões, com excesso de água (pelo menos temporário) e de sais, são formados os solos salinos. É um processo que gera acúmulo de sais solúveis no perfil. Em condições naturais pode ocorrer por solubilização de depósito de sais próximos à superfície pela água que penetra no perfil e, na estação seca, se dirige à superfície por diferença de potencial. A água evapora, deixando os sais depositados na superfície. A irrigação com água de má qualidade também pode produzir um efeito semelhante. Este processo fica caracterizado quando mais de 2% da CTC está saturada por sais e a condutividade elétrica é maior que 4 mS. 92 8.2.7.Sodificação ou solonização É um processo que resulta numa alta SATURAÇÃO da CTC por sódio. Na salinização a presença de outros íons não desestabiliza a estrutura, mas neste caso, o predomínio do sódio, dispersa os argilominerais gerando um horizonte B textural impermeável chamado de B nátrico. Este processo é caracterizado por um valor de pH entre 8,5 e 10, saturação de sódio na troca maior que 15% e condutividade elétrica maior que 4mS. Se o excesso de sais é removido, ficando muitos íons sódio (Na) adsorvidos nas argilas, tem-se um solo alcalino, solonetz; se o sódio é removido e substituído pelo H+, tem-se o solo Solodi. GEOLOGIA DO PARANÁ Para estudar a geologia do Paraná há necessidade de lembrar-se das eras geológicas. O primeiro conceito que causa muita confusão entre as pessoas é a questão das escalas de tempo. Pois, tratando-se da evolução de uma paisagem, onde os elementos que a compõem têm cada um, sua própria história e com idades diferentes, mas que em um determinado momento se interagiram e deram origem a um sistema geoecológico. Muitas vezes há uma sobreposição destas escalas. 93 DIVISÃO MORFOLÓGICA DO PARANÁ O estado do Paraná é dividido morfologicamente em 3 Planaltos. Sendo que cada um foi dividido de acordo com suas características geológicas. O Primeiro Planalto localiza-se na região de Curitiba. Também pode ser chamado de Planalto de Curitiba ou Escudo Paranaense. O segundo Planalto se localiza na região de Ponta Grossa, podendo ser conhecido também como Planalto de Ponta Grossa. E o Terceiro Planalto, que também é conhecido como Planalto de Guarapuava engloba boa parte do estado. No Primeiro Planalto, há a presença de rochas arqueadas que são as mais antigas do estado, com idades superiores a 2,5 bilhões de anos. Também são encontrados granitos de até 600 milhões de anos. 94 As rochas sedimentares têm papel importante na formação do Segundo Planalto. Nele está localizado também o Arco de Ponta Grossa, que é uma estrutura de origem Devoniana originada a partir de tectonismos que soergueram a área e dobraram sua camada sedimentar. O Terceiro Planalto é formado pôr rochas magmáticas, principalmente basalto que reflete a alta fertilidade da região. Principais unidades geológicas PAISAGEM PARANAENSE Do oceano em direção ao continente encontra-se na parte imersa o sopé continental, o talude continental e a plataforma continental. É constituída por sequencias sedimentares pós-jurássicas depositadas no Mesozóico (Cretáceo) e no Cenozóico, onde são encontradas as reservas petrolíferas, originadas após o rompimento do Gondwana durante a separação dos continentes. Na parte emersa, encontra-se a região litorânea com planícies de restinga, manguezais e planícies de inundações de origem fluvial, bem como elevações formadas por rochas cristalinas. Mais para oeste os contrafortes da Serra do Mar, 95 suas serras marginais e grandes escarpas, desempenhando um papel importante na fisiografia da paisagem do Paraná, separando a região litorânea dos planaltos do interior. Na Serra do Mar, os relevos mais elevados são constituídos por granitos e rochas metamórficas mais resistentes aos processos erosivos e os vales principalmente por diques de diabásio e rochas metamórficas menos resistentes, entre elas migmatitos, gnaisses e xistos. No momento que precedeu o rompimento entre o continente africano existia um enorme paleoplano (pediplano) que da África mergulhava suavemente para oeste em direção ao oceano, o atual Oceano Pacífico. Os rios corriam para o oeste, fato que ainda acontece com os grandes rios que drenam o Paraná. Serra do Mar As rochas que afloram naSerra do Mar são generalizadamente cristalinas, como os Granitos, muito abundantes por toda a sua extensão e que por sua vez são rochas vulcânicas. Muitas pessoas, comete um lamentável equivoco, associam o vulcanismo que deu origem aos Granitos com o relevo montanhoso da Serra do Mar. Afirmam que muitas montanhas são vulcões inativos que "expeliram" o Granito. De maneira algum podemos fazer tal associação. Fazendo uma breve revisão sobre a origem dos Granitos percebemos que uma coisa nada tem a ver com outra, pois o Granito é uma rocha vulcânica intrusiva, ou seja, ela foi 96 resfriada vagarosamente no interior da terra o que por conseqüência nos leva à afirmação de que o vulcão que existiu na Serra do mar do qual o Granito é original teve que ser completamente erodido para que hoje ele esteja à superfície. Só para ter uma ideia da confusão entre escalas de tempo, os Granitos que estão aflorando na Serra do Mar são muito antigos, eles têm mais de 2 bilhões de anos! Se você for imaginar um vulcão cortado de perfil, o Granito era, na época em que este estava em atividade, um tipo de "raiz", os chamados batólitos, que são corpos ígneos plutônicos de grande dimensão e forma irregular que são o arcabouço da arquitetura da crosta da Terra. Para se ter uma ideia, alguns Granitos foram resfriados a mais de 30 quilômetros abaixo da terra e hoje afloram na Serra do Mar a mais de 1800 metros de altitude, imaginem quanta erosão não houve para que isso acontecesse, quanto tempo isto demandou e que todo este Granito teve que ser soerguido cerca de 32 quilômetros. Muitos Granitos não resistiram a todo este ciclo e tempo, alguns quando foram finalmente exumados chegaram à superfície não mais como Granitos, mas sim como outra rocha de constituição química diferente, os chamados Gnaisses, que são antigos granitos que sofreram metamorfismo, ou seja, com muita pressão e altas temperaturas a rocha primária foi fundida para se tornar outra rocha. A deriva continental e suas conseqüências A litosfera terrestre é fragmentada em cerca de uma dúzia de placas que se movem por razões não muito conhecidas, fruto da expansão do assoalho de alguns oceanos como consequência das correntes de convecção. As placas tectônicas podem ser tanto continentais quanto oceânicas. Em geral as placas continentais têm seu arcabouço geológico formado por Granitos e as placas oceânicas por Basaltos. Ao longo do tempo geológico as placas se moveram, colidindo-se e separando-se diversas vezes. De uma maneira geral existe uma tendência em escala geológica de se formar megacontinentes, o Gondwana que se 97 desfragmenta em outros menores. Têm-se aí o surgimento de novos mares e oceanos e uma mudança contínua da circulação da atmosfera e do clima terrestre. O que nos importa para compreender a origem da Serra do Mar é compreender o resultado do movimento das placas, quando elas se encontram ou se afastam. Também é importante compreendermos que quando isso ocorre há mudanças climáticas e não é loucura imaginar que onde moramos já foi um dia uma geleira, um deserto e até um mar (caso daqui da Bacia do Paraná). Mecanismo da tectônica de placas. Colisão entre as placas Sul-Americana e a de Nazca foi responsável pela formação da Cordilheira dos Andes, desenvolvendo câmaras magmáticas, dobrando as rochas sedimentares, acompanhado de intensa atividade vulcânica e sísmica. No lado oriental da placa ocorreram grandes falhamentos que formaram através dos tempos as montanhas em blocos da Serra do Mar, além de favorecer a retenção de hidrocarbonetos nas jazidas petrolíferas (modificado de WILSON, 1966, c1976; MARTÍN ESCORZA, 1978 ). Quando as placas se movimentam uma em direção à outra e se colidem, a placa mais densa (placa oceânica) mergulha sob a menos densa (placa continental). É a convergência de placas que dá origem à cordilheiras montanhosas. Muitas montanhas famosas têm sua gênese conhecida. O Aconcágua, por exemplo, é um "cavalgamento" de duas placas, há outras montanhas em que houve um soerguimento desigual de uma placa, levantando um lado e submergindo um outro. Outras ainda são resultados do dobramento de rochas mais brandas e outras são simplesmente vulcões em sua forma clássica e perfeito ou deformado por explosões. 98 O choque provoca dobramentos, deformações e ruptura das rochas (falhas) e o atrito entre as duas placas em direções opostos provoca a fusão das rochas e aumento da pressão, dando origem a vulcões. Ex. de vulcanismo por divergência de Placas (a) e convergência de Placas (b) Na Serra do Mar é comum encontrar alinhamentos de Diabásios, são os chamados "Diques". Eles são falhas, ou fissuras, por onde subiram as lavas no passado. Como foram resfriadas dentro destes "dutos" formaram Diabásios. O interessante é achar estes "Diques" aflorando a mais de 1500 ou 2000 metros acima do nível do mar. Ou seja, todo o basalto derramado deste vulcanismo não está mais lá, foi erodido... Na Geologia verificamos a presença de rochas antigas, como o Granito, compondo a maioria das montanhas. Entre estes granitos achamos muitas vezes diques de diabásio de idade muito mais recente e uma ausência de basaltos que deveriam estar numa posição estratigráfica superior. O continente desta paleo-cordilheira já não existe mais, foi inteiramente erodido ao ponto de somente sua "raiz" estar presente na paisagem, os Granitos que são o arcabouço geológico de nosso continente atual. Estas rochas estiveram durante dois bilhões e meio de anos inumados no interior de antigos continentes e foram aos poucos sendo soerguidas enquanto as camadas de rochas superiores foram sendo removidas. No Mesozóico, a região onde é a Serra do Mar foi um grande deserto, talvez o maior que já existiu na Terra. Deste período é correlativo o arenito Botucatu, 99 famoso por ser uma rocha porosa que hoje armazena água, formando o famoso aqüífero guarani. O Botucatu tem estratificação cruzada, que mostra que foi depositado por vento em ambiente seco e dunar. Nesta época, a região onde hoje é a Serra do Mar estava no meio do continente Gondwana que estava se desfragmentando. Primeiro Planalto É limitado a leste pela Serra do Mar e a oeste pela Escarpa da Serrinha. É constituído principalmente por rochas Pré-Cambrianas. A porção meridional é drenada pelo rio Iguaçu e afluentes, enquanto a porção setentrional pelos afluentes do Ribeira e a NW por afluentes do Paranapanema. A parte meridional abrange a área de Curitiba, caracterizada por uma topografia ondulada de colinas suavemente arredondadas, cuja altitude situa-se entre 850 a 950m. O registro geológico no Estado do Paraná, ainda que descontínuo, representa um intervalo de idades mais antigas que 2.800 milhões de anos até o presente. Escudo - Termo empregado para designar rochas mais antigas. Formado por rochas ígneas e metamórficas com idades variando do Arqueano ao Proterozóico e período Cambriano e Ordoviciano, é localmente recoberto por sedimentos recentes com idades inferiores a 1,8 milhões de anos. Há 1.100 milhões de anos, sofreu intensa deformação e metamorfismo (xisto verde a anfibolito). Há cerca de 1.000 milhões de anos teve início a formação do Grupo Açungui, sedimentação terrígena e carbonática e intrusões básicas, em pequenas bacias oceânicas, seguida por espessa sedimentação. Um evento glacial global, há 850 milhões de anos, culminou com um ciclo de regressão generalizada. 100 Era Pré-Cambriana e Paleozóico (Ordoviciano e Cambriano) 101 Seguiu-se nova retomada da subsidência com espessa sedimentação carbonática e intrusões básicas. Todo o conjunto foi submetido à intensa deformação por cavalgamento. Como conseqüência, desenvolveu-se bacias com depósitos marinhos. Um novo evento de convergência, com intensa tectônicavertical (550-600 milhões de anos), consolidou a sutura intercontinental, ocorrendo então o mais intenso fenômeno de granitogênese. A separação da África com a América do Sul provocou os derrames de lava básicos de basaltos. Este vulcanismo durou milhares de anos ao ponto de haver seções estratigráficas onde se verificam camadas de basalto, depois de arenitos e novamente basaltos, ou seja, mostra que houve fases sucessivas de vulcanismo e sedimentação. Ao fim do Cretáceo, o recém-formado continente sul-americano estava arrasado pela erosão devido ao clima seco que se instaurou durante o Mesozóico. A partir desta época houve uma maior estabilidade climática e a tanto a vida começou a se adaptar, dando origem à Domínios de Paisagem com uma estrutura mais equilibrada. Entretanto, algumas feições de relevo foram herdadas do antigo continente. Se você observar o relevo e as drenagens em um mapa do Brasil, irá ver certas coisas curiosas, como a própria bacia do Paraná que é uma bacia anterior à origem da América do Sul. Nesta bacia existem inúmeros rios que nascem muito próximos ao mar como: o Tietê, Iguaçu e Paranapanema e correm em direção oposta, percorrendo milhares de quilômetros para somente em Buenos Aires chegarem ao oceano. O divisor de águas entre esta bacia e o mar é justamente a nossa serra. Foram mais ou menos 400 milhões de anos de embaciamento e sedimentação. Para ter uma idéia do tamanho do pacote de rochas que se formaram, existem no centro da bacia mais de 100 quilômetros de rochas sedimentares para se chegar até o arcabouço da bacia, os Granitos. O peso das rochas sedimentares da bacia do Paraná provocou o soerguimento de suas bordas, um fenômeno chamado de "compensação 102 isostática". Ao ponto que elas iam sendo levantadas. O clima mais seco que imperou durante o período respondeu pela destruição das rochas. As rochas mais recentes foram todas removidas, formando bacias sedimentares mais novas e expondo as rochas mais antigas, dando origem a então Serra do Mar. Na Bacia do Paraná no Brasil, houve um evento significativo de vulcanismo durante o Mesozóico, era que engloba o Triássico, Jurássico e Cretáceo, a época dos Dinossauros para quem está menos habituado. Segundo Planalto Limita-se a leste pela Escarpa da Serrinha. Ao oeste limita-se pela Escarpa da Esperança. O segundo Planalto é constituído por rochas paleozóicas atravessadas por diques de diabásios. Na parte sul o contato entre o Primeiro e Segundo planaltos é litológico. O relevo é suave com colinas arredondadas e mesetas estruturais. As menores altitudes encontram-se no vale do Ivaí (445m), 490m no Tibagi e 735m no Iguaçu nos boqueirões de entrada no Terceiro Planalto . Formação Furnas É constituída predominantemente por folhelhos marinhos devonianos. Com estas informações deixou-se de considerar o Arenito Furnas como Devoniano, admitindo uma idade Ordo-Siluriana (BIGARELLA, 1973). O ambiente de sedimentação era marinho raso. A transgressão marinha responsável pela deposição do Arenito Furnas e equivalentes realizou-se sobre pediplano de idade possivelmente ordoviciana. 103 Terceiro Planalto Desenvolve-se a oeste da Escarpa da Esperança. É a região fisiográfica mais simples pelas suas formas e estruturas. Predominam as rochas vulcânicas do magmatismo Mesozóico e em área menor no noroeste do Estado onde ocorrem os arenitos da Formação Caiuá. O Terceiro Planalto termina no rio Paraná. Não representa um planalto uniforme, tendo sido subdividido em quatro blocos. O bloco norte (planalto de Apucarana) inclina de 1.100m de altitude na testa da escarpa da Bufadeira para 290m no rio Paranapanema e 235m no rio Paraná. O bloco nordeste (Araporanga) inclina de 1.150m na Escarpa da Esperança para 300m no rio Paranapanema. O bloco de Campo Mourão inclina de 1.100m na testa da escarpa para 225m no rio Paraná. O bloco sul (Guarapuava) inclina de 1.200m na testa para 197m no rio Paraná. Na rede hidrográfica predominam os rios que correm para oeste, relíquia da antiga drenagem do continente do Gondwana. 104 O vulcanismo que ocorreu no terceiro planalto está relacionado com tectonismo e mais especificamente com a desfragmentação do último supercontinente Gondwana. Quando duas placas se separam, ou seja, se divergem, a fissura formada pela separação é o local por onde o magma ascenderá formando um vulcão fissural, que não tem a formação de um cone. Este magma extravasado tem características distintas do magma de vulcão de convergência, que é original da fusão entre o atrito das placas. No Vulcão de fissura, o magma é originado na astenosfera e tem uma composição básica, por isso ele é menos viscoso e escorrendo com facilidade não ocorrendo riscos de explosão por ter "entupido" os dutos vulcânicos. Hoje este tipo de vulcanismo ocorre no meio dos oceanos e a maioria destes vulcões estão submersos, embora muitos afloram na superfície formando ilhas, como é o caso da Islândia. No passado, no entanto, este tipo de vulcanismo ocorreu no continente, o maior evento de vulcanismo fissural ocorreu na bacia do Paraná, evento este que deu origem à formação Serra Geral, composta de Basaltos (quando a lava é resfriada em superfície) e Diabásios (resfriada em subsuperfície). O vulcanismo fissural da bacia do Paraná foi um dos mais volumosos do Planeta, com uma área superior a 1.200.000 km². Em certos locais, os derrames sucessivos de lava possuem centenas até milhares de metros de espessura. Nos primórdios da América do Sul, não existia a compartimentação dos planaltos paranaenses, tão pouco uma Serra do Mar aos moldes atuais. O recém- formado continente vinha sofrendo uma intensa erosão desde o fim do Cretáceo e esta erosão aplainou quase por completo o relevo, formando uma superfície chamada Purunã. É correlativo à esta fase as formações sedimentárias cretáceas do Grupo Bauru, a qual compreende os arenitos da formação Caiuá comuns no norte e oeste do Estado. Após este período de desintegração, um novo clima, mais úmido, se instaurou, mudando completamente a dinâmica da paisagem. As drenagens incidiram seus canais. Houve favorecimento da formação de solos. Entretanto isso não durou até a atualidade. 105 LITOESTRATIGRAFIA DA BACIA DO PARANÁ. A Bacia do Paraná localiza-se inteiramente em terra, estendendo-se desde o centro-sul do Brasil até o norte do Uruguai, nordeste da Argentina, leste do Paraguai e da Bolívia. No território brasileiro ocupa uma área de aproximadamente 1.100.000 km2, englobando parte dos estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná, São Paulo, Goiás, Minas Gerais, Mato Grosso e Mato Grosso do Sul. O Rio Paraná é o principal curso d'água da bacia, mas de grande importância também são seus afluentes e formadores como os rios Grande, Paranaíba, Tietê, Paranapanema, Iguaçu, dentre outros. Divisores entre os planaltos No estado do Paraná, se fizermos um transecto de leste para o oeste, verificamos que saindo do litoral, a Serra do Mar é uma grande barreira que se ergue até os 1870 metros de altitude em seu cume mais elevado, o Pico Paraná. Ela não é apenas um degrau entre o litoral e o primeiro planalto, pois do lado ocidental da Serra, há um desnível que, saindo dos cumes perde altura, alcança o 106 primeiro planalto, que fica numa altitude média de 800 a 900 metros, onde fica Curitiba. Mais a oeste no Estado, ergue-se uma nova barreira orográfica que se levanta até 1200 metros de altitude, a Serrinha de São Luis do Purunã. Se em sua vertente leste a serrinha é uma escarpa, à oeste ela é levemente inclinada, indo perder altitude gradativamente até que na região de Guarapuava há outra quebra no relevo, onde termina o segundo planalto com a elevação de uma escarpa que se sobressai cerca de 400 metros, chegando aos 1300metros de altitude na Serra da Esperança, onde começa o terceiro planalto que ao exemplo do segundo, vai perdendo altitude até chegar aos 200 metros que é a cota altimétrica do rio Paraná no Estado. Litológicamente é muito interessante o escalonamento deste relevo. Na Serra do Mar, aparece aflorando os granitos de mais de 2,5 bilhões de anos, na Serrinha de São Luis do Purunã, afloram os arenitos da Formação Furnas do Devoniano com 400 milhões de anos de idade e na escarpa de Guarapuava, afloram os basaltos da Formação Serra Geral de 140 milhões de anos. Estes dados se encaixam perfeitamente na Teoria da compensação isostática que soergueu o relevo das bordas da Bacia do Paraná e produziu o relevo de "Cuestas", ao exemplo das escarpas do Primeiro para o Segundo e do Segundo para o Terceiro Planalto. Este soerguimento do relevo não atuou sozinho na esculturação da superfície do estado. Houve durante o Terciário a sucessão de climas secos prolongados que resultou na abertura de novas bacias e sobre elas mais tarde existiu a sedimentação de novos materiais, como é o caso da Bacia de Curitiba, onde existe a Formação Guabirotuba que tem menos de 2 milhões de anos. Quando novamente um clima árido se instaurou, a erosão mecânica foi responsável pela remoção dos solos. O Material removido (pedimentos) foi 107 transportado para os canais e a coalescência destes materiais deu origem à um relevo aplainado e mais rebaixado. No meio deste plaino seco, existiam morros que se destacavam na paisagem com suas rochas expostas que devido à resistência litológica não foram erodidos, os chamados "Inselbergs". Esta segunda superfície chama-se "Superfície Iguaçu". Este processo foi responsável para a abertura da depressão entre a Serra do Mar e a Serrinha de São Luís do Purumã, ou seja, o primeiro planalto, onde está Curitiba. A área localizada onde hoje é o Primeiro Planalto sofreu fortes ações tectônicas de falhamentos e dobramentos, abalando-se, formou a bacia sedimentar, que foi alvo do depósito de sedimentos. A história geológica que mostra ambientes glaciais, desertos, etc. Todo esse processo de sedimentação teve início no período Devoniano, quando houve a deposição dos Arenitos Furnas e dos Folhelhos Ponta Grossa, ocorrendo primeiramente num ambiente marinho, depois pelo glacial e posteriormente desérticos. Nesse estágio houve a quebra do super – continente Gondwana, formando assim o Oceano Atlântico. O movimento de distanciamento entre a América do Sul e da África gerou um magmatismo nas fraturas onde ocorreu um derramamento que recobriu tanto o deserto quanto as rochas magmáticas do Primeiro Planalto.