Liberação de nutrientes pelas rochas Intemperismo

11/10/2011
3. Fluxo de nutrientes em ecossistemas
Liberação de nutrientes pelas
rochas
florestais
Liberação de nutrientes pelas rochas
Retenção e liberação de nutrientes pelo solo
Intemperismo
Absorção de nutrientes pelas plantas
Ciclagem de nutrientes em ecossistemas florestais
Biologia e microbiologia do solo florestal
Ciclos do carbono e do nitrogênio
José Miguel Reichert
Paulo Ivonir Gubiani
Intemperismo no ciclo das rochas
Processos Supergênicos – processos que ocorrem na superfície ou
próximos da superfície terrestre, devido à interação entre a litosfera, hidrosfera,
biosfera e atmosfera (natureza químico-físico-biológica).
- Pedogênese
- Intemperismo
- Erosão
- Sedimentação continental
Intemperismo e a formação do relevo
A evolução da paisagem é afetada pelo intemperismo
físico.
-Deslizamento
-Criping
-Solifluxão
- ...
Feição característica do intemperismo: estruturação em horizontes
Feição característica do intemperismo: estruturação em horizontes
S
O
L
U
M
NUTRIENTES
ROCHA
PRODUTOS INTERMEDIÁRIOS
NUTRIENTES
saprólito
SOLO
R
E
G
O
L
I
T
O
Rocha consolidada
NUTRIENTES
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Por que rochas intemperizam?
Analogia a cubos
de gelo
Intemperismo
Conceito
Modificação das rochas à temperatura ambiente através de
processos físicos, químicos e biológicos. É um processo natural
acelerado pela ação antrópica.
Varia com o tipo de rocha e com as condições ambientais
Causa
Cubos de gelo em ambiente
diferente do qual se formaram
Desequilíbrio termodinâmico das rochas com as condições
ambientais na interface litosfera-atmosfera
Resultado
Tempo
Intemperismo: complexidades
Rochas e minerais alterados, solos minerais neoformados
Intemperismo: algumas simplificações
o Todos minerais são diferentes......
 Cada espécie mineral tem, por definição, uma única
composição e arranjamento químico.
o Combinações minerais em diferentes tipos de rochas
 ... E cada tipo de rocha é composto por uma combinação
particular de vários tipos de minerais..... E portanto
respondem diferentemente aos processos de intemperismo.
o Intemperismo é complexo?
 Necessita generalizações e inferências que permitam um
amplo entendimento sem necessariamente estudar como o
intemperismo ocorre em cada tipo de rocha sobre cada
diferente regime climático.
Intemperismo físico
• Intemperismo físico é…
▫ “Quebra” do material por métodos mecânicos devido
a diversas causas.
▫ Algumas forças são originadas dentro da rocha e
outras aplicadas externamente.
▫ O stresse leva a uma tensão e, eventualmente, rompe.
▫ Não resulta em mudança química da rocha, mas
somente desagregação em pedaços menores.
• Classificação dos processos de intemperismo
▫ Processos de intemperismo físico
▫ Processos de intemperismo químico
▫ Processos de intemperismo biológico
Principais tipos de intemperismo físico
Alívio de pressão
As rochas expandem quando a
pressão de confinamento é reduzida.
O alívio de pressão produz fraturas e
fendilhamentos
-Soerguimento
-Erosão do material
sobrejacente
-Recuo de geleiras
Fonte: Decifrando a Terra / TEIXEIRA, TOLEDO, FAIRCHILD e TAIOLI
- São Paulo: Oficina de Textos, 2000.
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Condutividade térmica (500 kg cm-2): 1kg cm-2 = 1 atm
Alta temperatura  expansão
Baixa temperatura  contração
Rochas  baixa condutividade térmica
exemplo: deserto 60°C superfície da rocha
30°C no interior da mesma
Congelamento (2200 kg cm-2)
A água expande 9% quando
congela produzindo uma
tensão (quando em
confinamento) de até 2000 atm
Crioclasticismo  formação
de gelo em fendas que podem
fragmentar rochas
- Diferença na constituição
dos minerais das rochas
-Cor rocha
-Cor minerais
Ação das raízes (10 – 15 kg cm-2)
Intemperismo químico
• Intemperismo químico é….
Principal papel do intemperismo físico
Intemperismo químico
Ocorre modificação da composição química e mineralógica
do material
▫ Rochas formadas sob condições físicas e químicas
específicas, quando movidas para locais com diferentes
condições sofrem desequilíbio químico.
▫ Os minerais se modificam, por alteração química, em
Intemperismo químico X pedogênese
Intemperismo geoquímico  intemperismo químico
que atua na alteração das rochas
diferentes formas (novos minerais, soluções e gases), os
quais são mais estáveis nessas novas condições ambientais.
Intemperismo pedoquímico  intemperismo químico
que atua na alteração química de minerais nos
horizontes A e B associado aos processos bioquímicos.
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Principais reações químicas atuantes no
intemperismo das rochas e solos
Predomínio do intemperismo
pedoquímico
Hidratação - desidratação
Simples associação ou liberação de molécula de água
CaSO4 + 2H2O 
CaSO4.2H2O
Predomínio do intemperismo
geoquímico
Solução – dissolução
Dissolução – formação de Carste
Dissolução dos componentes mais solúveis
NaCl  Na+ + Cltransporte
Dissolução de rochas carbonáticas (calcários, mármores e dolomitos)
Fonte: http://www.pazinska-jama.com/index_en.php?link=krs
Hidrólise
Reação entre íons
mineral.
Hidrólise
H+
e
OH-
da dissociação da água e um
Provoca rompimento das ligações oxigênio entre metais e Si
(silicatos) e C (carbonatos)
Resultado  substituição dos íons alcalinos por H+,
ocorrendo colapso e desintegração da estrutura
Principal reação na decomposição de silicatos e carbonatos
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Intensidade da hidrólise
Despolimerização da estrutura dos silicatos  liberação de
silício (H4SiO4) e bases (K, Na , Ca, Mg) para solução.
Bissialitização
Al  precipita como Al(OH3)
1.
Lixiviação fraca (fluxo de água
fraco)
Dessilicação limitada. Si  neogênese de
argilominerais 2:1
Predomínio de
argilominerais 2:1
Bissialitização
Ex. microclina e plagioclásios  ilita
montmorilonita
2,3 KAlSi3O8 + 8,4 H2O 
Si3,7Al0,3O10Al2(OH)2K0,3+ 3,2 H4SiO4
+ 2 K+ + 2 OH87% do K e 46% Si
2. Lixiviação forte (fluxo moderado)
Dessilicação moderada  formação argilominerais 1:1
Monossialitização ou
caulinização
Monossialitização ou caulinização
2 KAlSi3O8 + 11 H2O  Si2Al2O5(OH)4 + 4 H4SiO4 + 2 K+ + 2 OH-
Predomínio de
argilominerais 1:1 e
presença de óxidos
100% do K e
66% Si
3. Lixiviação muito forte (fluxo forte)
Dessilicação completa  permanece apenas o Al e o Fe no sistema
Alitização ou ferralitização
Alitização
Latossolo
KAlSi3O8 + 8 H2O  Al(OH)3 + 3 H4SiO4 + K+ + OH-
Brasil Central
100% do K e
100% Si
Goethita, Hematita, Gibbsita,...
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Oxidação-redução
Oxidação
Oxidação  reação importante na intemperização de
minerais ferromagnesianos (Fe2+ e Mn2+)
Oxidação na estrutura do mineral  aumento de carga +
é compensado com a liberação do cátion oxidado ou outros
Ocorre precipitação na forma de óxidos de Fe e Mn:
Coloração brunada ou avermelhada (Fe3+)
Coloração preta (Mn3+ , Mn4+)
A estrutura residual do mineral fica instável  facilita decomposição por hidrólise
Redução
Ocorre em solo saturado com água, o suprimento de O2 é
baixo e a demanda biológica de O2 é alta
Redução
Solos bem aerados
C6H12O6 + 6H2O  6CO2 + 24H+ + 24e24H+ + 24e- + 6O2  12H2O + energia
Fe3+ + e-  Fe2+
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 24eSolos alagados
24H+ + 24e- + 24Fe3+OOH  24Fe2+ + 48OH- + 6CO2
Fe3+ + e-  Fe2+
Complexação
Oxidação-redução
Ocorre com a presença de compostos orgânicos que se
ligam a íons metálicos  complexos organometálicos
Principais complexantes:  Ácidos húmicos, ácidos fúlvicos e
A
outros (Ác. oxálico, cítrico, tartárico) liberados na decomposição vegetal
EB
A ligação dos metais aos
complexantes orgânicos se
dá através dos grupos
funcionais:
Btf
-COOH (carboxílicos)
=C=O (carbonílicos)
-OH (hidróxi-fenólicos)
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Intemperismo biológico
o Intemperismo biológico inclui...
Avaliação do intemperismo
Depende:
 Processos físicos e químicos de intemperismo.
 condições ambientais
 Esses processos são, da mesma maneira, iniciados ou realçados por
 características dos minerais
atividades biológicas.
o Sobreposição sobre cada tipo.
 Ocorre sobreposição entre intemperismo biológico e o físico e químico.
 Crescimento de raízes de plantas é um processo biológico que leva a
quebra de rocha.
 Também existem processos que podem ser classificados como físico e
químico.
Resistência a alteração depende:
1. Arranjo estrutural
2. Cristalinidade
3. Tamanho
4. Composição química
5. Grau de solubilidade
 ex. Crescimento de um sal cristalino.
Intemperismo X clima
Intemperismo X relevo
Distribuição do intemperismo químico
Ordem de estabilidade dos minerais ao intemperismo
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Índices de intemperismo
Intemperismo e desenvolvimento do solo são
controlados pela composição da rocha
Valores numéricos que expressam o grau de intemperismo
químico de um mineral ou material do solo
Arenito resistente ao intemperismo produz solo pouco desenvolvido
Razão molar; razão Fed/Fet; minerais índice; estágio de intemperismo
Razão molar
Solo
Razão sílica:alumina  Ki = SiO2/Al2O3
Solo
Solo
Razão sílica:sesquióxido  Kr = SiO2/Al2O3 + Fe2O3
Intemperismo químico
por dissolução
Intemperismo
químico por
oxidação
Rocha sedimentar
Intemperismo
químico por
hidrólise
A relação Kr é usada pelo SiBCS (Embrapa, 1999) para
separar solos cauliníticos e oxídicos:
Solos cauliníticos  Kr > 0,75
Granito rico
em feldspato
Importância do intemperismo
1. Desenvolvimento do solo
- composição química
- mineralógica
- característica química
- morfologia
2. Ciclagem de nutrientes
3. Biogeoquímica de bacias hidrográficas
4. Deposição atmosféricas ácidas
5. Mudanças climáticas globais
CO2  solo ácido carbônico  atua no intemperismo de
silicatos (tampões)
Este processo contém o efeito estufa (o quanto isso é importante?)
Solos oxídicos  Kr  0,75
...Da rocha ao solo
Próxima aula...
Retenção e liberação de
nutrientes pelo solo
Basalto rico
em ferro
P
Fe
Zn
Mg
P
K
Cl
Mo
B
Mg
Ca
N
Al3+ Mn
Cu
K
Zn
B
Al3+
Mn
Fe
Cl
S
Mo
Ca
Cu
N
S
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