Sedimentogénese e rochas sedimentares

Sedimentogénese e rochas
sedimentares
Conceito de rocha sedimentar
•
É o conjunto de rochas geradas em condições
termodinâmicas próprias do ambiente da
superfície terrestre, para as quais concorrem:
1. Materiais arrancados a rochas pré existentes
2. Materiais precipitados
3. Materiais que resultam de restos de animais
ou da sua actividade
Constituem 5% do volume da crosta terrestre,
mas cobrem 3/4 da sua superfície
A acumulação é isolada ou em conjunto, dos
3 constituintes fundamentais:
• Elementos detríticos
• Elementos quimiogénicos
• Elementos biogénicos
Elementos detríticos
• Fragmentos de rochas pré-existentes (ígneas,
metamórficas ou sedimentares) de diferentes
dimensões:
• Balastro ou cascalho > 2mm
• Areia, entre 2 e 0,06mm
• Silte, entre 0,06 e 0,002mm
• Argila < 0,002mm
Elementos biogénicos
• Resultam da acumulação ou da edificação das
partes esqueléticas de organismos vivos, de
fragmentos vegetais, etc. Podem ser de
natureza siliciosa, carbonatada, fosfatada ou
carbonácea.
Elementos quimiogénicos
• Também chamados minerais de neoformação
• Resultam da precipitação dos sais dissolvidos
numa solução:
• Calcite, CaCO3
• Dolomite, CaMg(CO3)2
• Hematite, Fe2O3
• Halite, NaCl
• Gesso, CaSO42H2O
• Opala, SiO2nH2O
Classificação das rochas sedimentares
• Rochas detríticas: formadas essencialmente por
detritos resultantes de desagregação de outras préexistentes que podem permanecer junto da rocha mãe
ou ser transportados e depositados nas zonas mais
baixas dos continentes ou no mar. Caracterizam-se por
conterem elevado teor em quartzo e argilas.
• Rochas de precipitação química: formadas
essencialmente por minerais precipitados quer por
processos de precipitação quer por evaporação.
• Rochas biogénicas ou organogénicas: formadas
essencialmente por restos de animais ou vegetais.
Rochas sedimentares de origem detrítica
Detritos
Litificação
Rocha
Desagregada
Cascalheira
Pedaços de rocha ou minerais
soltos
Consolidada
Conglomerado
ou Brecha
Detritos líticos arredondados ou
angulosos, agregados por cimento
de composição variável
Desagregada
Areias
Detritos tipo areia não consolidados
Consolidada
Arenito
Areias agregadas por cimento
variável
Desagregada
Siltes
Detritos tipo silte não consolidados
Consolidada
Siltito
Siltes (não distinguíveis): quartzo,
feldspato e micas
Desagregada
Argilas
Detritos tipo argilas não
consolidados
Consolidada
Argilito
Minerais argilosos ± compactados
não visíveis, com frequente
pigmentação por óxidos de Fe
Cascalho
(>2mm)
Areia
(0,06 a 2mm)
Silte
(0,002 a 0,06mm)
Argila
(<0,002mm)
Argilas:
Composição
Minerais argilosos
• Minerais constituintes e característicos das argilas
• São silicatos hidratados de Al, Mg, Fe, Ca, Na, e K,
geralmente cristalinos e estruturalmente apresentam
camadas em folhas:
• Montmorilonite ou esmectite
• Caulinite
• Ilite
• Clorite
• Vermiculite, etc.
• São rochas sedimentares detríticas, de grão muito fino
(partículas de granulometria ou dimensão < 0,002mm)
constituídas essencialmente por minerais de argila,
podendo conter pequenas quantidades de outros
minerais: sílica hidratada, matéria orgânica, quartzo,
micas, etc.
• A génese dos minerais de argila dá-se à superfície da
Terra, por hidrólise dos silicatos das rochas (feldspatos
e micas)
• Ocupam mais de 50% da superfície da Terra
Propriedades físicas das argilas
• São pouco duras, D < 2,5
• Quando bafejadas cheiram a barro e quando
pulverizadas e misturadas com água tornam-se plásticas
• Após secagem, tornam-se consistentes e rígidas, e após
cozedura a 1000°C adquirem grande dureza
• São macias ao tacto
• Argilito: argila que por
compacção perdeu água
tornando-se coerente
Principais tipos de argilas
• O tipo de argila formada depende essencialmente do
clima e da composição da rocha mãe
• Caulinite: forma-se mais facilmente nos produtos de
meteorização das rochas ácidas (granitos, gneisses,
etc.) e em climas equatoriais.
• Ilite: forma-se nas zonas frias e derivam de micas.
• Montmorilonite: desenvolve-se bem nos produtos
de meteorização de rochas básicas e em climas
tropicais e mediterrânicos com estações
contrastantes e bem marcadas.
Granulometria e superfície específica
• As argilas são rochas finamente divididas uma vez
que os minerais das argilas têm cristais de
dimensões < 0,002 mm
• Possuem elevada superfície específica (a área da
superfície externa das partículas constituintes por
unidade de massa)
• Quanto maior for a superfície específica do mineral
argiloso maior será a sua plasticidade
Características específicas com impacto em
geotecnia
Caulinite
Ilite
Montmorilonite
Dimensão dos cristais
(μm)
0,1 a 5
0,1 a 2
0,01 a 1
Capacidade de troca
catiónica (meq/100g)
3-15
15-40
80-100
Superfície específica
(m2/g)
5-20
100-200
600-800
Plasticidade
Baixa
Média
Elevada
Expansibilidade
Baixa
Média
Elevada
Plasticidade
• É a propriedade de se deformar pela aplicação duma
força e de manter essa deformação quando a força
aplicada é retirada.
• A água em quantidade adequada forma à volta das
partículas argilosas, filmes líquidos com efeito
lubrificante que facilitam o deslizamento das
partículas, umas sobre as outras, sempre que uma
tensão superficial é aplicada.
• É avaliada por plasticímetros ou pela determinação dos
limites de plasticidade e de liquidez
Aplicações da argila
- Cerâmica: porcelana, telha, tijolo
- Papel: 1 tonelada de papel contém 196kg de argila
- Cimento “portland”: calcário e 25% de argila
- Agregados leves usados na construção civil
- Refractários: tijolos para fornos, muflas, fornalhas
- Borracha, plásticos e tintas plásticas
- Perfurações: facilitam o arrefecimento da cabeça da
broca e o transporte até à boca do furo dos fragmentos
de rocha)
- Impermeabilizantes: as montmorilonites são utilizadas
no revestimento de canais de rega e reservatórios de
água
Rochas sedimentares de origem química
• Precipitadas
• Evaporíticas
Rochas sedimentares de origem não detrítica
Origem
Rocha
Composição
Calcários
Calcite (c/ eventual pigmentação por
óxidos de Fe)
Dolomitos
Dolomite
Silex, chertes
Sílica criptocristalina
Gesso
Gesso
Sal-gema
Halite + impurezas (ex: argilas)
Margas
50% Argilas + 50% Calcite
Precipitação
Mista:
precipitação
/detrítica
Biogénica
Calcários conquíferos
Restos de conchas em cimento calcário
Calcários recifais
Calcite “fabricada” pelos corais
Diatomitos
“Carapaças” siliciosas de diatomáceas
Carvões (turfa; lenhite;
hulha; antracite) betumes;
petróleo e gás natural
Matéria orgânica animal e vegetal fóssil
Rochas sedimentares evaporíticas
• Precipitadas a partir de soluções saturadas,
por processos de evaporação excessiva das
águas:
• Salgema (halite, NaCl)
• Gesso (CaSO42H2O)
• Anidrite (CaSO4), etc.
Salinas ou marinhas:
instaladas, actualmente, pelo
homem junto ao mar
O salgema é pouco denso e muito plástico, o
que contribui para que grandes massas de sal
ascendam da profundidade, através de zonas
de fraqueza, constituindo diapiros ou domos
salinos: correspondem a grandes espessuras
verticais que nada têm a ver com a espessura
das camadas iniciais e que concentram o sal
ascendente “espremido” da sua jazida original
Rochas sedimentares de origem
biogénica
Rochas sedimentares de precipitação
• Precipitadas a partir de soluções saturadas, por
processos diferentes da evaporação, ou seja,
por aumento da temperatura, perda de CO2,
por agitação das águas, etc.
• Carbonatadas
• Siliciosas
• Ferruginosas, etc.
• Carvões fósseis: resultam da incarbonização, ao
abrigo do ar, de restos vegetais - os tecidos vegetais
transformam-se em carvão por enriquecimento
relativo em carbono, resultante da perda de
hidrogénio e de oxigénio. Os 4 tipos de carvão
representam termos sucessivamente mais ricos em
carbono:
1. Turfa
2. Lenhite
3. Hulha
4. Antracite --------
Sedimentogénese
1. Meteorização: fenómenos que levam à destruição das
rochas no próprio local onde se encontram
2. Transporte: remoção dos produtos
(EROSÃO = meteorização + transporte)
3. Sedimentação: imobilização dos materiais em
trânsito, a sua deposição
4. Diagénese: transformação de sedimentos soltos em
agregados, é a Litificação da rocha
1. Mecanismos responsáveis pela destruição
das rochas
• Acções mecânicas:
levam à desagregação
das rochas
• Acções químicas:
levam à produção de
novos minerais e de
iões dissolvidos
Acções mecânicas
Ocorrem em regiões muito frias ou áridas
a) Termoclastia
b) Crioclastia
c) Descamação
=> levam à formação de
clastos, detritos ou
fragmentos da rocha mãe
Termoclastia
• Produzida pelas diferenças de volume dos diferentes
minerais constituintes das rochas, sob acção das
diferentes temperaturas (altas durante o dia e baixas
durante a noite)
• Os minerais escuros e claros têm diferentes graus de
absorção da luz solar (diferentes coeficientes de
dilatação). Aquecem e dilatam e descolam, levando à
desintegração das rochas em grãos.
Crioclastia
• Desintegração provocada pelo frio: a água contida
nos poros e fissuras das rochas gela, como o gelo
ocupa maior volume do que a água que lhe deu
origem (9%), exercem-se pressões que levam à
fracturação das rochas.
Acções químicas
Descamação
Ocorrem nas zonas tropicais e temperadas
• Fracturação em placas ou em
superfícies curvas e paralelas
devido à descompressão e
consequente expansão das rochas
formadas em profundidade, sob
elevadas pressões.
a. Hidrólise
b. Oxidação
c. Dissolução
=> levam à formação de
compostos químicos
e novos minerais
(minerais de
neoformação)
Formação do ácido carbónico
• Nas nuvens, o dióxido de carbono reage
com a água formando o ácido carbónico,
tornando a água da chuva ligeiramente
ácida:
a. Hidrólise
• Afecta principalmente os
feldspatos (K, Na e Ca),
convertendo-os em argilas
e iões solúveis
• H2O + CO2 ---> H2CO3
• H2CO3 ---> H+ + HCO3-
Albite (feldspato sódico)
2NaAlSi3O8 + 2H+ +2HCO3- + 9H2O ------->
-----> Al2Si2O5(OH)4 + 2Na+ +2HCO3- +4H4SiO4
Caulinite
produtos solúveis
b. Oxidação
• Ocorre nos silicatos com ferro (olivinas,
piroxenas, anfíbolas)
• Resulta da combinação do oxigénio
atmosférico ou dissolvido na água com os
minerais
• 2Fe2SiO4 + 4H2O + O2---> 2Fe2O3 + 2H4SiO4
Olivina
hematite
sílica solúvel
2. Transporte
c. Dissolução
• A água subterrânea ácida ao
circular através das fracturas
dos calcários e dolomitos
dissolve-os formando grutas,
galerias, algares, etc., ou seja,
carsificação.
CaCO3+ H2CO3 --> Ca++ +2HCO3Calcite
3. Sedimentação
Ambientes de
sedimentação:
• Continental
• Litoral
• Marinho
Tipo de sedimentação:
• Soluto => precipita
= textura cristalina, coesa,
rígida
• Sólido => deposita
= textura detrítica,
desagregada
• Água
• Vento
• Gravidade
• Quando o agente de transporte perde a
competência, ou seja, a capacidade de exercer
aquelas funções, os materiais em trânsito
imobilizam-se, depositam, sedimentam.
3. Sedimentação
Tipo de sedimentação:
• Soluto => Precipita
= textura cristalina, coesa, rígida
• Sólido => Deposita
= textura detrítica, desagregada
Estratificação
• os sedimentos depositam-se
sempre, salvo raras excepções,
próximo da horizontal formando
estratos ou camadas
• no limite entre duas camadas
diferentes existe uma
descontinuidade, o plano de
estratificação, que constitui uma
zona de fraqueza
Processos diagenéticos
• Compacção: redução do
volume do sedimento e da sua
porosidade por compressão
dos materiais suprajacentes
• Cimentação: preenchimento
dos vazios entre os detritos
por substâncias que vão dar
coerência à rocha – cimento
4. Diagénese ou litificação
• Conjunto de fenómenos físico-químicos de
agregação e endurecimento, sofrido pelos
sedimentos, desde a deposição até a
transformação em rochas agregadas
• Ocorre em ambiente termodinâmico entre
a sedimentação e o metamorfismo (P e T
mais altas do que as da superfície da Terra)
Agentes de Meteorização
• Água líquida: Chuva; Cursos de água; Águas
subterrâneas; Oceanos
• Água sólida
• Vento
• Mudanças de Temperatura
• Ocupação vegetal e animal
Chuva
Cursos de água: rios e ribeiras
• A água da chuva é portadora de energia, o
impacto produz erosão principalmente nas
rochas menos duras
Curvas de Hjulstrom: Influência da velocidade da
corrente e da dimensão das partículas na capacidade
de erosão, transporte e sedimentação
• Para o mesmo calibre
de material, o aumento
da velocidade da
corrente aumenta a
competência do rio;
• Para a mesma
velocidade da corrente,
quanto menor o
diâmetro maior a
capacidade de
transporte do rio.
Selecção granulométrica:
diminuição do diâmetro dos
sedimentos desde a cabeceira
até à foz, devido à diminuição
da velocidade da água.
Águas subterrâneas
Água sólida - glaciares
Oceanos
Vento
• Não tanto o vento directamente, mas
fundamentalmente a carga sólida que transporta,
que actua como abrasivo (corrasão = erosão eólica)
Mudanças de Temperatura
Ocupação vegetal e animal
• Termoclastia
• Crioclastia
Pedogénese: formação de solos
• Origem do solo: é o resultado final do
processo de meteorização (mecânica
e química) de uma rocha.
• Forma-se a uma taxa de 0,3 a
1,5mm/ano e considera-se, à escala
humana, um recurso não renovável.
• Constituição: matéria sólida, de
origem mineral de várias dimensões
(desde 0,002 até 200mm), matéria
orgânica, ar e água.
Conceito de Solo
• Do ponto de vista pedológico: é a parte sólida externa
da crosta terrestre que sofre meteorização física e
química causada pelos agentes atmosféricos e pelos
seres vivos e que serve de suporte à vegetação.
• Do ponto de vista geotécnico: é todo o material da
crosta terrestre que não oferece resistência à
escavação mecânica e que se desagrega na presença
de água. As formações geológicas do tipo solo podem
ser bastante problemáticas, não só no que respeita à
sua fracção argilosa, potencialmente instabilizadora,
mas também devido à dinâmica própria destas
formações na presença de água.