Fabiano Tomazini da Conceição, Paulo Marcos Vasconcelos

VI Seminário Latino Americano de Geografia Física
II Seminário Ibero Americano de Geografia Física
Universidade de Coimbra, Maio de 2010
Avaliação da taxa de intemperismo na bacia do Córrego da Mata,
Minas Gerais, Brasil
Fabiano Tomazini da Conceição1,
Paulo Marcos Vasconcelos2,
Thales Andrés Carra1,
Guillermo Rafael Beltrano Navarro1
1 - Instituto de Geociências e Ciências Exatas/UNESP/Rio Claro [email protected]
2 - School of Earth Sciences/The University of Queensland/Austrália –
[email protected]
INTRODUÇÃO
A determinação da taxa de intemperismo das rochas é de grande interesse geofísico
e geoquímico, porque a alteração é um dos fenômenos fundamentais da geoquímica
de superfície e de grande interesse na caracterização geomorfológica dos continentes.
Esse fenômeno aplica-se diretamente a estudos relacionados a várias disciplinas,
dentre elas, a geologia, ecologia, economia, pedologia e agronomia, subsidiando
parâmetros necessários a uma melhor orientação na distribuição das culturas e uma
exploração melhor dirigida dos solos.
O primeiro estágio na formação de solos é o ataque à rocha matriz (rocha mãe). A
alteração geoquímica atua em profundidade, atacando as rochas, facilitando a ação de
agentes físicos e biológicos de desagregação e formando um amplo complexo de
alteração. A erosão age principalmente na superfície, nivelando o relevo continental e
transportando a matéria solúvel e em suspensão através dos rios para o oceano. Na
base do perfil, os minerais mais resistentes das rochas são alterados pelo ataque
químico, transformação que é efetuada geralmente "sem mudança de volume" e
conservação da estrutura da rocha. Dentro da parte superficial, a estrutura se destrói
principalmente pelo ataque de agentes biológicos, uma parte é removida e o produto
residual consiste no solo propriamente dito.
O estudo do manto superficial e sua alteração indicam a viabilidade da ocupação
humana e suas atividades, podendo ainda, intervir diretamente em problemas
relacionados com a construção de barragens, rodovias, fundações, etc.. Para se
estudar a velocidade de alteração das rochas, costuma-se utilizar regiões tropicais face
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Tema 3- Geodinâmicas: entre os processos naturais e socio-ambientais
ao favorecimento da alteração química pelo clima úmido e quente que acelera as
reações químicas, facilitando as hidrólises.
No Brasil, apesar de sua importância, há poucos estudos relacionados, ou seja,
Moreira-Nordemann, 1980 e 1984; Conceição & Bonotto, 2003 e 2004; Bonotto et al.,
2007; Sardinha et al., 2010. Assim, este trabalho tem como principal diretriz avaliar a
taxa de intemperismo na bacia do Córrego da Mata, Minas Gerais, Brasil, área onde há
rochas enriquecidas em fósforo e metais pesados, como indicado por Conceição &
Bonotto (2006). Essa região é responsável pela maior produção de fertilizantes
fosfatados do país, apresentando uma facilidade muito grande em relação à coleta de
dados pluviométricos e fluviométricos, bem como uma boa caracterização climática,
geológica e pedológica, sendo sempre de fácil acesso os pontos de coleta.
ASPECTOS GERAIS DA BACIA DO CÓRREGO DA MATA
A bacia do Córrego da Mata em Minas Gerais está situada no município de Tapira,
no oeste do estado, pertencente ao Vale do Rio Paranaíba, a aproximadamente 35 km
a sudeste da cidade de Araxá (Fig. 1). O relevo suavemente ondulado é modificado
pela elevação do domo de Tapira, que forma platô com estrutura dômica com eixos
principais de 7,4 km por 6 km e cotas em torno de 1.400. A preservação do platô
laterítico referido deve-se à existência de um anel de quartzitos que cincurda os corpos
ígneos.
Neste domo, há um complexo de mineração que ocupa área de 78.403.000 m2,
englobando atividades de lavra a céu aberto, beneficiamento do minério, mineroduto
e instalações de suporte. Seu principal objetivo é a produção de concentrado fosfático
com teor de 35,5% de P2O5 a partir do minério com teor de P2O5 da ordem de 7,8%. O
concentrado produzido se destina ao suprimento do Complexo Industrial de Uberaba
para fabricação de fertilizantes, sendo transportado sob a forma de polpa via
mineroduto com extensão de aproximadamente 120 km. A capacidade produtiva atual
é de 1.580.000 t/ano de concentrado fosfático.
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55º
A)
3
1
B R A S IL
N
1
20º
40º W
15º S
1
1
T a p ir a
3
B e lo H o r iz o n t e
40º W
20º S
2
3
200 km
1
4
3
N
B)
5
8 km
1
C o b e r tu r a d e tr ito - la te r ític a
2
I n tr u s iv a A lc a lin a
3
M e ta s s e d im e n to s d o G r u p o A r a x á e C a n a s tr a
4
10
5
8
5
9
6
10
9
10
G ru p o B a m b u í
7
7
5
7
5
C a r b o n a tito
6
B e b e d o u r ito ( 1 )
7
B e b e d o u r ito ( 2 )
8
F o s c o r ito
9
S ie n ito
10
M e ta s s e d im e n to s
3
0 km
2 km
Fig. 1 – Mapa geológico do domo de Tapira.
O clima da áres é do tipo Aw (classificação de Köeppen de 1928), ou seja, clima
tropical chuvoso, com chuvas no verão e inverno seco, ou seja, a temperatura média
mensal em quase todos os meses do ano é superior a 18ºC, sendo que o mês mais
quente ultrapassa os 22ºC, enquanto que a precipitação do mês mais chuvoso é dez
vezes superior á do mês mais seco. Quando a massa de ar quente do Pacífico atinge
esta região com maior intensidade, ela não permite a entrada de massas de ar polar,
fazendo com que as médias das temperaturas mínimas alcancem valores mais
elevados entre os meses de junho e julho. A umidade relativa do ar gira ao redor de
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Tema 3- Geodinâmicas: entre os processos naturais e socio-ambientais
78% nos meses mais chuvosos, sendo que os meses de agosto e setembro apresentam
os valores mais baixos de umidade relativa (50%).
Já à distribuição anual de chuvas, o regime é tropical com duas estações bem
definidas: de abril a setembro, ocorre o período seco com índices pluviométricos
médios de 14 a 140 mm, e de outubro a março, ocorre o período úmido, com índices
pluviométricos médios de 122 a 310 mm. A precipitação média anual desde 1987 até
2006 fornece uma quantidade de 1.544 mm de chuva por ano para Tapira. Em relação
aos ventos, a maior parte do ano predomina os ventos de direção NE e E da massa
estável Tropical Atlântica, com atuações significativas dos ventos de oeste entre os
meses de março e junho e alguma participação dos ventos de sudeste de julho a
setembro. A velocidade dos ventos varia entre 1,5 e 2 m/s, encontrado-se os valores
mais elevados em meses secos e frios.
A região de Tapira é drenada por águas da Bacia do Prata, mais precisamente por
afluentes formadores do Rio Paraná. O padrão regional das drenagens é dendrítico,
sendo observada uma leve tendência de controle na direção SW/NE para as drenagens
maiores. Localmente, no entanto, considerando a intrusão, o padrão de drenagem
obtém a forma radial anelar, ressaltando a forma dômica da área. A vazão média
mensal nos últimos 2 anos é de 0,24 m3/s para o Córrego da Mata, sendo as vazões
médias mensais máximas de 0,29 m3/s, registradas nos meses de março, e as vazões
médias mensais mínimas de 0,20 m3/s, que ocorrerem nos meses de inverno.
A intrusão de Tapira é associada à presença de sucessivos pulsos magmáticos, estes
causando inclusive um típico zoneamento de ordem litológica, onde as rochas
ultrabásicas ocupam suas bordas e os carbonatitos e as rochas hidrotermais sua parte
central. As unidades geológicas do Complexo de Tapira podem ser agrupadas em série
bebedourítica, foscorítica e carbonatítica (Fig. 1). As rochas encaixantes da intrusão
são formadas por quartzitos e mica-quartzitos pertencentes ao Grupo Araxá-Canastra
(Pré-Cambriano).
Os solos que recobrem a área são constituídos por Latossolos escuros, Gleissolos,
Cambissolos e Neossolos Litólicos. Os Latossolos escuros são derivados das rochas
ultramáficas, possuem transições difusas entre os horizontes e textura média, são
levemente ácidos e baixos valores de matéria orgânica e capacidade de troca de
iônica. Os Cambissolos são originários do intemperismo sobre rochas ultramáficas,
sendo cascalhentos no horizonte A, possuindo textura argilosa a média e alta
capacidade de troca iônica. Os Neossolos Litólicos são poucos desenvolvidos e em
geral são associados às rochas metassedimentares encaixantes nesses complexos,
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possuindo baixos valores de capacidade de troca iônica. Os Gleissolos são poucos
desenvolvidos, localizam-se sobre sedimentos aluvionais do quaternário, são ácidos,
baixos valores de capacidade de troca iônica e alto teor de fósforo.
De maneira geral, a região do domo de Tapira mostra-se praticamente desprovidos
de vegetação natural primitiva, ou seja, o cerrado nativo. As áreas próximas aos
setores industriais apresentam vegetação composta somente por gramíneas e em
alguns locais, longe das áreas industriais, há intenso reflorestamento com Eucaliptus
spp para fins energéticos e plantio de espécies exóticas para fins ornamentais. Nas
áreas próximas as minas, a vegetação existente destaca os pontos de maior
concentração hídrica, dominando espécies herbáceas e gramíneas. Nas regiões que
circundam as barragens de rejeito destacam-se pontos com formação de
reflorestamento monoculturais associadas a áreas com desorganizadas pastagens.
EQUAÇÕES E MODELOS
Entender a dinâmica dos elementos que são derivados da precipitação, do
intemperismo ou de fontes antrópicas é de fundamental importância para o manejo
adequado de uma bacia hidrográfica. White & Blum (1995) sumarizaram a dinâmica
química de um rio usando a seguinte técnica de balanço de massa:
Frio = Fea + Fr + Fantrópico
(1)
Onde:
Frio = fluxo quantificado do elemento nas águas do rio (kg/ano);
Fea = entradas atmosféricas (kg/ano);
Fr = entradas devido à interação água-rocha/solo (kg/ano);
Fantrópico = entradas antropogênicas nas águas dos rios (kg/ano).
Em um sistema onde não há interferência antrópica, como é caso do Córrego da
Mata, o fluxo anual da água de um rio que escoa em uma bacia hidrográfica é
originário do reservatório subterrâneo ou aqüífero, sendo que sua recarga se dá
através da água de chuva que infiltra na rocha. Assim, a qualidade da água superficial
nesta bacia depende unicamente da composição química da águas pluviais e das
características mineralógicas e químicas das rochas da região, podendo a equação 1
ser simplificada para:
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Tema 3- Geodinâmicas: entre os processos naturais e socio-ambientais
Frio = Fea + Fr
(2)
De acordo com Moreira-Nordemann (1980 e 1984), a quantidade W (ton/km2/ano)
de material alterado corresponde à razão entre a quantidade de qualquer elemento
removido por unidade de área e por unidade de tempo para o rio e o teor médio do
elemento nas rochas da bacia, podendo ser determinada pela equação:
W = Fr/ER.S
Onde:
(3)
ER = teor médio do elemento traçador nas rochas da bacia;
S = área da bacia.
Usando a densidade das rochas, pode-se determinar a taxa de intemperismo v das
rochas da bacia, devendo-se levar em conta para isto o coeficiente de dissolução k,
relacionado com a fração solúvel dos elementos durante o intemperismo. Assim, é
possível escrever:
v = W/k.
(4)
Onde:
v = taxa de intemperismo da rocha (cm/ano);
k = coeficiente de dissolução;
= densidade da rocha.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste trabalho, serão utilizados o Ca, Na, K e Mg como traçadores naturais para se
avaliar a taxa de intemperismo da rochas na bacia do Córrego da Mata. O fluxo anual
de cátions (Fr) derivado do intemperismo das rochas na bacia do Córrego da Mata foi
calculado utilizando a equação 2 e os dados obtidos por Conceição et al. (2009).
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Tab. 1 - Fluxo anual de cátions (ton/ano) na bacia do Córrego da Mata.
Espéci
e
Ca
Mg
Frio
98,52
Fea
53,78
Fr
44,74
36,7
1
8,75
27,9
6
Na
17,91
29,81
11,90
K
12,
99
15,
88
2,88
Os resultados do fluxo anual de cátions (Fr) indicam um fluxo anual negativo para
Na e K, fato que inviabiliza seus usos como traçadores naturais para a avaliação das
taxas de intemperismo da bacia do Córrego da Mata. Já para o cálcio, durante os
processos de intemperismo, há concentração de apatita, principal mineral de cálcio e
fósforo que é extraído para a fabricação de fertilizantes fosfatados, assim também não
possibilitando sua utilização.
A taxa de intemperismo calculada usando-se o magnésio como traçador natural
correspondeu a 0,042 mm/ano ou 42 m/Ma. O resultado obtido é maior que o
encontrado para outras regiões brasileiras, como é o caso da bacia do Rio Corumbataí
– SP (0,022 mm/ano) (Conceição & Bonotto, 2003), da bacia do Rio Salgado – BA (0,013
mm/ano) (Moreira-Nordemann, 1980), o Morro do Ferro – MG (0,015 mm/ano)
(Bonotto et al., 2007) e a bacia do Alto Sorocaba – (SP) (0,014 mm/ano) (Sardinha et
al., 2010). Esta maior velocidade de alteração de rocha deve-se a composição
mineralógica das rochas da bacia do Córrego da Mata.
Em relação ao processo natural de interação água-rocha/solo, Pedro & Sieffermann
(1979) consideraram que parte da origem de cátions e ânions nas águas superficiais é
devido ao intemperismo das rochas, segundo a reação:
Minerais primários + H2O + CO2
lixiviada.
minerais secundários + HCO3- + H2SiO4 + solução
A degradação primária ou total destruição das estruturas dos minerais primários
pode produzir fases secundárias, onde o processo é fortemente influenciado pela
natureza dos minerais primários, clima, biosfera e pelo tempo. Em relação aos
processos intempéricos, a bacia do Córrego da Mata está inserida em uma região onde
o clima (pluviosidade de 1.544 mm/ano e temperatura superior a 20º C) causa uma
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Tema 3- Geodinâmicas: entre os processos naturais e socio-ambientais
alteração química moderada, com predomínio do processo de monossialitização.
Através dos processos intempéricos atuantes na bacia do Córrego da Mata, ou seja,
hidrólise parcial da rocha mãe, com parte do Si permanecendo no perfil de alteração e
Na, Ca, K e Mg sendo eliminados, enquanto que óxidos e/ou hidróxidos de alumínio,
ferro, titânio, fósforo, nióbio e outros óxidos de composição semelhante são
relativamente concentrados, originando um espesso manto laterítico, que cobre a
chaminé.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FAPESP pelo suporte financeiro concedido a este trabalho
(Processos no 05/59203-1 e 07/58901-2).
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