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ROCHAS Tianguá - CE O QUE É UMA ROCHA? Agregado natural formado por um ou mais minerais. INTRODUÇÃO As rochas são constituídas de minerais e são materiais dos quais se originam praticamente todos os solos. CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS Quanto a origem: Magmáticas ou ígneas Metamórficas Sedimentares + Compreendem mais 95% da CT, mas cobrem somente cerca de 25% de sua superfície Compreendem menos 5% da CT, mas cobrem cerca de 75% de sua superfície ROCHAS ÍGNEAS (Ignis= fogo) Resultantes do esfriamento e solidificação do magma. TIPOS DE ROCHAS ÍGNEAS Extrusivas ou vulcânicas: rocha formada pelo magma expelido pelas erupções vulcânicas. Basalto Riolito Intrusivas ou plutônicas: rochas formadas pelo magma que resfria-se dentro da terra. Granito Gabro TIPOS DE ROCHAS ÍGNEAS Ordem de cristalização dos principais minerais primários A medida que o magma resfria-se, cristalizam-se os diversos minerais, obedecendo a sequências (séries de reação de Bowen) determinadas pela temperatura e pela composição do magma. Série descontínua = à medida que a temperatura diminui, os minerais anteriormente formados reagem com o líquido residual, originando um mineral, estável nas novas condições de temperatura, mas com composição química e estrutura interna diferentes. Série contínua, ocorre somente a troca dos elementos Ca e Na com modificação da composição química, mas sem alterar a estrutura interna destes minerais. Ordem de cristalização dos principais minerais primários T > 1000 ºC T ~ 600 ºC Magma pobre em Si Magma rico em Si Básicas (45 - 52%) Rochas ultrabásicas (SiO2 65%) Intermediárias (52 - 65%) Baseia-se na quantidade de sílica (SiO2) presente na estrutura Quartzo Sienito Basalto Peridotito CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS ÍGNEAS 2- Quanto a cor Félsicas ou leucocráticas: rochas de cores claras. A maior ou menor presença destes silicatos ferromagnesianos faz com que a rocha seja mais clara ou mais escura. Quartzo Feldspato Mesocráticas: rochas de cores intermediárias. CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS ÍGNEAS 3- Quanto a cor Sodalita Sienito Máficas ou melanocráticas: rochas de cores escuras. Gabro Basalto CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS ÍGNEAS 3- Quanto a cor CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS ÍGNEAS 4- Quanto a granulometria (Textura) Faneríticas ou grosseiras: Os minerais são facilmente perceptíveis a olho nu Característica ligada à profundidade de formação da rocha e velocidade de resfriamento do magma nos locais de formação. Granito Peridotito Média: textura intermediária: os minerais são moderadamente visíveis a olho nu. CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS ÍGNEAS 4- Quanto a granulometria (Textura) Diabásio Microgranito CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS ÍGNEAS 4- Quanto a granulometria (Textura) Afaníticas: textura fina: é impossível a distinção de minerais, a olho nu. Basalto ROCHAS SEDIMENTARES São formadas através da consolidação de sedimentos, resultantes da destruição de rochas pré-existentes. O processo é denominado diagênese ou litificação. São as rochas que mais fornecem material de origem para a formação do solo por cobrir cerca de 75% da superfície da CT continental Clásticas (sedimentos sólidos detríticos) Químicas (sedimentos líquidos) Orgânicas Epiclásticas (transporte pelo vento e água) Psamitos (areia, 2 - 0,05 mm) Pelitos (silte e argila - Ø 2,0 mm) Piroclásticas (sedimentos vulcânicos) Evaporitos (precipitação dos sedimentos dá-se pela evaporação da água) De reações químicas ou bioquímicas Químicas – precipitação de sais (excesso de concentração) Bioquímicas - resultantes de atividades de plantas e animais, pela liberação de CO2 Deposição e consolidação de sedimentos orgânicos diversos. Classificação das rochas sedimentares Psefitos (cascalhos - Ø > 2,0 mm) Conglomerado Brecha ✔ A consolidação acontece com auxílio de um cimento (argila, calcário, óxidos de ferro e sílica) que possa unir as partículas maiores entre si. ✔ O material cimentante tem seu nome associado a rocha. Exemplo: conglomerado silicoso, arenito calcário, arenito ferruginoso, etc. Rochas sedimentares clásticas epiclásticas Psamitos (areia - 2 - 0,05 mm) Rochas sedimentares clásticas epiclásticas Como os psefitos, a consolidação somente acontece com auxílio de um cimento cimento (argila, calcário, óxidos de ferro e sílica) que possa unir as partículas maiores entre si. Pelitos (silte e argila - Øglobo terrestre e tem uma espessura média de 35 km. Formação de minerais primários (Litogênicos ou Geogênicos) Si OO O O SiSiSi SiSi Si Al AlAl AlAl K K K Na Na Na Si K Ca CaCa Mg Mg Mg Mg Fe FeFe KKAl AlSi Si Si Si OO O O ✔ Combinação de diferentes átomos de elementos químicos durante o resfriamento do magma, que também tem composição variável. ✔ O arranjamento atômico depende da quantidade de átomos circunvizinhos e do raio iônico dos íons. ✔ O raio iônico permite a organização atômica tal qual as letras se organizam para dá sentido a uma palavra. Os átomos estão para os minerais e moléculas assim como as letras do alfabeto estão para as palavras. Halita (NaCl) Formação de minerais primários (Litogênicos ou Geogênicos) Formação de minerais primários (Litogênicos ou Geogênicos) Se juntarmos 4 átomos de O, em forma de pirâmide, no centro deles ficará um pequeno espaço, onde o Si (numero de coordenação 4) consegue se encaixar perfeitamente. Se juntarmos 6 átomos de oxigênio em camadas sobrepostas o espaço entre os átomos de O será bem maior, dando condições do Al (nº de coordenação 4 – 6) que é bem maior que o Si ocupar o centro. Íon Massa (%) Volume (%) O2- 46,6 89,8 Si4+ 27,7 0,8 Al3+ 8,1 0,8 Fe3+ 5 0,7 Ca2+ 3,6 1,5 Mg2+ 2,8 1,6 K+ 2,6 2,1 Na+ 2,1 0,6 COMPOSIÇÃO ELEMENTAR DA CT Porcentagem, em base de massa e de volume, dos minerais do solo na crosta terrestre (Leinz e Amaral, 1978) Apesar da enorme variedade de diferentes rochas que compõem a litosfera, esta, em termos de composição elementar é simples. O= 45,2% Si= 27,2% Al= 8% Fe= 5,8% Ca= 5,1% Mg= 2,8% Na= 2,3% K= 1,7% 8 elementos formam os minerais constituem 99% da CT Determina a predominância do SILICATOS na CT COMPOSIÇÃO DA LITOSFERA DISTRIBUIÇÃO RELATIVA DOS MINERAIS NA CROSTA TERRESTRE Não silicatos Cerca de 92% dos minerais que compõem as rochas da crosta terrestre são minerais silicatados (contém SiO2 na composição). MINERAIS SILICATADOS Todo mineral silicatado apresenta uma unidade estrutural comum, composta por um átomo de silício rodeado de 4 átomos de oxigênio, delimitando um tetraedro. Tetraedro de silício A organização dos ânions de oxigênio em torno de um cátion central deve respeitar algumas regras: a) O arranjo deverá minimizar o potencial eletrostático (sobra de cargas); b) O arranjo ser o mais compacto possível; c) De acordo com o cátion central (Si4+; Al3+; Fe2+ e Mg2+), há um número máximo de O2- que podem ser coordenados ao cátion. MINERAIS SILICATADOS O tijolo está para casa assim como o tetraedro para o mineral !!! MINERAIS SILICATADOS De acordo com a disposição interna dos elementos nas estruturas tetraedrais, os silicatos são classificado em 6 grupos; Nesossilicatos Sorossilicatos Ciclossilicatos Inossilicatos Filossilicatos Tectossilicatos Fonte: Mauricio Alves (UNISUL) NESOSSILICATOS Andaluzita (Al2SiO5) Cianita (Al2SiO5) Willemita (Zn2SiO4) Topázio (Al2SiO4(F,OH)2) Fonte: Mauricio Alves (UNISUL) SOROSILICATOS Astrofilita (K2Na(Fe,Mn)7Ti2Si8O26(OH)4) Epídoto (Ca2(Fe,Al)3Si3O12(OH)) Hemimorfita (Zn4Si2O7(OH)2•H2O) Vesubianita (Ca10Mg2Al4(Si2O7)2(SiO4)5(OH)4) Fonte: Mauricio Alves (UNISUL) CICLOSSILICATOS Turmalina (Elbaíta) Na(Li,Al)3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4 Berilo (Var. Esmeralda) (Be3Al2Si6O18) Berilo (Var. Aguamarina) (Be3Al2Si6O18) Dioptasa (CuSiO2(OH)2) : inos= fio, fibras Fonte: Mauricio Alves (UNISUL) INOSSILICATOS Piroxênios Rodonita (MnSiO3) Augita ((Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)2O6) Diopsídio (CaMgSi2O6) Anfibólios Actinolita (Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2) Richterita (Na2CaMg3Fe2(Si8O22)(OH)2) Tremolita (Ca2Mg5(Si8O22)(OH)2) Phyllon= folha, lâmina Fonte: Mauricio Alves (UNISUL) FILOSSILICATO S Micas FILOSSILICATOS Muscovita (KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2) Vermiculita (Mg,Fe,Al)3(Al,Si4)O10(OH)2•4H2O) Nontronita (Na0.3Fe2Si3AlO10(OH)2•4(H2O)) Lepidolita (KLi2AlSi4O10F(OH)) :Tectos= armação Fonte: Mauricio Alves (UNISUL) TECTOSSILICATOS Albita (NaAlSi3O8) Quartzo (SiO2) var. Rosa Opala (SiO2•nH2O) Lazurita (Na3CaAl3Si3O12S) Heulandita (CaAl2Si7O18· 6H2O) Ortoclásio (KAlSi3O8) RESISTÊNCIA (Dureza) Nesossilicatos Sorossilicatos Ciclossilicatos Inossilicatos Filossilicatos Tectossilicatos MENOS MAIS FRAGMENTAÇÃO E TRANSFORMAÇÃO DOS MINERAIS PRIMÁRIOS FRAGMENTAÇÃO E TRANSFORMAÇÃO DOS MINERAIS PRIMÁRIOS Os minerais mais intemperizáveis são os que cristalizaram primeiro. Série de Goldich e comparação com a série de cristalização magmática de Bowen. PARTICULAS MINERAIS DO SOLO A quebra e alteração dos minerais do solo dá origem a 3 frações minerais Resultam da: a) destruição ou alteração (INTEMPERISMO) de minerais primários (filossilicatos, ex. micas) ou; b) a partir dos produtos da alteração de silicatos, quando mudam suacomposição química diferente do mineral que lhe deu origem. Se encontram na fração argila do solo. MINERAIS SECUNDÁRIOS OU PEDOGÊNICOS (Argilominerais) O solo depois de formado apresenta 3 frações minerais Os argilominerais e óxidos de Fe e Al estão aqui !!! Apresentam forma cristalina definida com átomos dispostos em estruturas laminares (Filossilicatos) compostas por tetraedros de silício e octaedros de alumínio. MINERAIS SECUNDÁRIOS OU PEDOGÊNICOS (Argilominerais) MINERAIS SECUNDÁRIOS OU PEDOGÊNICOS (Argilominerais) ✔ Compostos por duas lâminas de tetraedros de silício e uma de octaedros de alumínio. ✔ São encontradas em solos jovens (rasos) muito argilosos que ainda não tiveram perda significativa de silício. TIPO 2:1 (Trilaminares) Vermiculita (2:1) MINERAIS SECUNDÁRIOS OU PEDOGÊNICOS (Argilominerais) MINERAIS SECUNDÁRIOS (Argilominerais) EXEMPLO DE SOLO COM ARGILA 2:1 TIPO 1:1 (Bilaminares) ✔ Compostos por uma lâmina de tetraedros de silício e uma de octaedros de alumínio. ✔ São encontradas em velhos (Profundos) que já tiveram perda significativa de silício. MINERAIS SECUNDÁRIOS (Argilominerais) Caulinita MINERAIS SECUNDÁRIOS (Argilominerais) EXEMPLO DE SOLO COM ARGILA 1:1 Você sabia que o solo tem cargas elétricas positivas (+) e negativas (-) ? A fotossíntese e as cargas do solo são os fenômenos mais importantes para manutenção da vida na terra O Engenheiro Agrônomo trabalha de modo a maximizar o efeito desses fenômenos, com reflexo direto na produtividade das culturas que alimentam o mundo !!!! Como ocorre o surgimento das cargas negativas do solo? Durante a formação dos argilominerais pode ocorrer substituição de elementos químicos em parte estrutura por outros de tamanho parecido (raio iônico próximo), esse fenômeno é conhecido como Substituições isomórficas. Regras para substituição: ✔A diferença de raio dos cátions não deve ser superior a 15%; ✔A diferença de valência não deve ser superior a uma unidade; e ✔Os ions devem apresentar o mesmo número de coordenação. Como ocorre o surgimento das cargas positivas no solo? Clorita (2:1:1) ou HE – Hidroxi-entrecamada ✔ Na lâmina bruscita das entre camadas da Clorita, a substituição isomórfica do Mg2+ pelo Fe3+ pode gerar carga líquida positiva. ✔ A clorita não é comum em solos brasileiros. ✔ Em solos altamente intemperizados (velhos) é possível haver cargas positivas devido a substituição do Fe3+ pelo Ti4+ nos óxidos de ferro. Quanto menor a partícula do solo mais carregada eletricamente ela é. ORIGEM DA CTC (CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS) A maioria das cargas da fração argila é do tipo negativa (argilominerais), as cargas positivas geralmente aparecem nos óxidos de Fe e Al. O SOLO FUNCIONA COMO UM IMA Capacidade de troca de cátions Indica a quantidade de íons positivos (cátions) que o solo é capaz de reter em determinadas condições e permutar por quantidades equivalentes de outros cátions (íons de mesmo sinal). Expressão= cmolc dm-3 Minerais do tipo 2:1 (Dioctaedrais) e 2:1:1 (Trioctaedrais) ✔ Minerais primários fontes: rochas graníticas, gnaisses ou micaxistos; ✔ Não expansivas,devido fortes ligações promovidas pelo K não há entrada de água; ✔ CTC varia de 20 a 50 cmolc kg-1 (substituição parcial de Si4+ por Al3+); ✔ Fontes de K para o solo; ✔ Podem ocorrer também na fração areia e silte em pequenas quantidades; 1- Grupo das Micas: CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS SILICATADOS As principais MICAS dioctraedrais são: muscovita e a biotita ✔Os cátions encontrados na lamina octaedral são o Al, o Mg e o Fe; CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS SILICATADOS Micas trioctaedrais (2:1:1) Estrutura 2:1 (similar às micas) entre as quais situa-se uma quarta lâmina octaedral chamada lâmina hidróxido entrecamada (HE), que não compartilha oxigênios com os tetraedros.Essa lâmina pode ser composta por brucita Mg(OH)2) ou gibsita Al(OH)3. CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS SILICATADOS ✔ São originadas da transformação da biotita e da muscovita, ou ainda de cloritas; ✔ Difere das micas pela capacidade de expansão em água e líquidos orgânicos; ✔ As entrecamadas são ocupadas por moléculas de água e cátions hidratados (Ca2+, Mg2+); ✔ Alta CTC, 100 a 200 cmolc kg-1 (substituição parcial do Si4+ por Al3+); 2- Vermiculitas: Minerais do tipo 2:1 (Dioctaedrais) e 2:1:1 (Trioctaedrais) CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS SILICATADOS Vermiculitas dioctaedrais (2:1) e trioctaedrais (2:1:1); A vermiculita 2:1 ocorre em solos novos. Em solos velhos ocorre a vermiculita 2:1:1 apresenta, característica que aumenta sua estabilidade no solo. CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS SILICATADOS A capacidade de expansão e contração de vermiculita confere uma alta plasticidade e pegajosidade aos solos em que ocorre, dificultando o manejo agrícola dos mesmos. 2- Vermiculitas: CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS SILICATADOS ✔ Grupo de argilominerais mais expansivos, dos quais o mais comum é a montmorilonita; ✔ Formadas pela transformação de micas, vermiculitas e cloritas, ou neoformadas a partir da solução do solo; ✔ CTC varia de 50 a 160 cmolc kg-1; ✔ Nos solos estão geralmente saturadas por Ca e Mg; Minerais do tipo 2:1 (Dioctaedrais) e 2:1:1 (Trioctaedrais) 3- Grupo das Esmectitas: (Na, Li, Ca) ✔ Diferente das vermiculitas, as substituições isomórficas são predominantes na lâmina octaedral, onde o Mg2+ ocupa o lugar do Al3+; ✔ Conferem uma alta plasticidade e pegajosidade aos solos quando úmidos e, fendilhamentos e consistência dura a muito dura quando secos. CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS SILICATADOS As esmectitas podem ser: ❖ Montmorilonita ❖ Beidelita ❖ Nontronita ❖ Hectorita ❖ Sauconita ❖ Saponita Dioctaedrais (2:1) originados dos minerais primários (neoformação) Trioctaedrais (2:1:1) ou EHE são herdadas do material de origem. São raros nos nossos solos CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS SILICATADOS Solos ricos em esmectitas CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS SILICATADOS 4- Argilominerais interestratificados: Apresentam, simultaneamente, estrutura de dois ou mais minerais distintos. Por exemplo: ✔mica-ilita; ✔mica-ilita-vermiculita; ✔ilita-esmectita; ✔caulinita-esmectita; ✔esmectita-clorita. Esta composição estrutural mista decorre da transformação parcial do mineral original em um novo mineral. Isto significa que diferentes porções de um mineral interestratificado apresentam estrutura distinta. CARACTERISTICAS ARGILOMINERAIS SILICATADOS CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS SILICATADOS Minerais do tipo 1:1 5- Grupo das caulinitas - Al2Si2O5(OH)4 ✔ É composto pelos minerais: caulinita, dickita, nacrita e halloisita (baixa frequência em solos brasileiros); ✔ Principal argilomineral dos solos brasileiros. É formado a partir de muitos minerais diferentes pela remoção parcial de Si e cátions básicos (Ca, Mg, Na e K); ✔ Ocorre em praticamente em todos os solos brasileiros (típicos de solos tropicais). ✔ Baixa CTC = 0 – 1 cmolc kg-1 (ocorrer substituição de Al+3 por Fe+3) ✔ Confere estabilidade física ao solo (menor plasticidade e capacidade de retenção) e menor erodibilidade por não ter expansão e contração. OUTROS MINERAIS NÃO SILICATADOS DA FRAÇÃO ARGILA ✔ Particularmente, na fração argila os mais frequentes são os de Fe, Al, Mn e Ti; ✔ Os óxidos de Fe e de Al são os mais abundantes, mas geralmente em menor concentração do que os argilominerais; ✔ São mais estáveis que os argilominerais silicatados. Em solos muito velhos (alto grau intemperização) são predominantes na fração argila; ✔ Apresentam carga variável, positiva ou negativa, dependendo do pH do solo, podendo assim adsorver ânions e cátions; ✔ Fontes de Fe e Mn (micronutrientes) para as plantas e importantes agentes na estabilidade dos agregados estruturais dos solos. ÓXIDOS, HIDRÓXIDOS E OXIHIDRÓXIDOS A literatura adota o termo “óxidos do solo” para tratar dos 3 Magnetita (Fe3O4) CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS NÃO SILICATADOS ÓXIDOS DE FERRO ✔ São resultantes da perda de Si em minerais que contem ferro (piroxênios e anfibólios); ✔ A unidade estrutural básica dos óxidos de ferro é um octaedro, em que cada átomo de Fe está circundado por seis íons O ou O e OH. Maghemita (γ-Fe2O3) Hematita (α-Fe2O3) Principais óxidos de ferro: ÓXIDOS DE FERRO Principais Oxi-hidróxidos de ferro: Estrutura da Goetita - α-FeOOH (A)e da Lepidocrocita - α-FeOOH (B) CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS NÃO SILICATADOS CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS NÃO SILICATADOS ÓXIDOS DE FERRO ✔ Presentes na maioria dos solos, são responsáveis pelas cores vermelhas, alaranjadas, amarelas e brunadas (marrons). A cor é critério para classificação dos Latossolos, solos predominantes no Brasil. Amarelos Vermelhos Vermelho-amarelos Brunos CARACTERISTICAS DE ARGILOMINERAIS NÃO SILICATADOS ÓXIDOS DE ALUMÍNIO Gibsita (y-Al(OH)3) ✔ O mais frequente é a gibbsita (y-Al(OH)3). A boehmita também faz parte do grupo; ✔ A gibbsita é o produto final na alteração dos argilominerais; ✔ Sua formação exige ambientes com teores muito baixos de silício (halógenos (eletronegativos, como Cl–, Br–, F– e I–) combinados com cátions de baixa valência (Na+; K+ e Ca2+). Halita (NaCl) Fluorita (CaF2) Silvita (KCl)Silvinita (KCl + NaCl) HALOIDES Importância na agricultura: A silvita e a silvinita são utilizadas na fabricação de fertilizantes potássicos, depois do fosfatados os mais consumidos. Combinação do CO3 = com metais e metalóides, ou da reação do ácido carbônico (H2CO3) com esses elementos. Calcita (CaCO3) Dolomita (CaMg(CO3)2) Malaquita (Cu2(CO3)(OH)2) Siderita (FeCO3) Magnesita (MgCO3) Aragonito (CaCO3) CARBONATOS CARBONATOS A moagem de rochas contendo a calcita (CaCO3) e a dolomita (CaMg)CO3 da origem aos calcários calciticos e dolomíticos (corretivos de acidez). Importância na agricultura: Formados pela união do ânion PO4 3- com cátions metálicos. Apatita (Ca5(PO4)3(OH,F,Cl)) Piromorfita (Pb5(PO4)3Cl) Vauxita (FeAl2(PO4)2(OH)2•6H2O) Variscita (AlPO4•2H2O) Wavellita (Al3(PO4)2(OH)3•5H2O) FOSFATOS FOSFATOS ✔ Fabricação de fertilizantes fosfatados (os resíduos são usados na fabricação de gesso), os mais consumidos na agricultura. Importância na agricultura: Formados pela união do ânion SO4 2- com cátions metálicos. Anidrita (CaSO4) Barita (BaSO4) Anglesita (PbSO4) Calcantita (CuSO4•5H2O) Jarosita (KFe3(SO4)2(OH)6) Linarita (PbCu(SO4)(OH)2) SULFATOS ✔ A moagem de rochas contendo CaSO4 são utilizadas na fabricação de gesso para uso como corretivo em solos com excesso de Na ✔ Reduzir o excesso de Al em solos ✔ Fontes de Ca e S para as plantas Importância na agricultura: SULFATOS Combinações não oxigenadas de metais ou metaloides com o enxofre (S). Importantes fontes de Fe e S para as plantas. Acantita (Ag2S) Bravoíta ((Fe,Ni)S2) Calcopirita (CuFeS2) Pirita (FeS2) Skutterudita ((Co,Ni)As3) Cinábrio (HgS) SULFETOS SULFETOS A pirita (FeS2) é o principal mineral dessa classe, sendo encontrada em solos ricos em S (solos tiomórficos) de zonas úmidas da orla marítima, sendo mal e muito mal drenados, em banhados, pântanos e áreas próximas aos mangues. A pirita causa problemas de acidificação do solo quando oxidada, devido a formação de ácido sulfúrico (H2SO4). pH do solo