Resumo – Rochas sedimentares

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Principais etapas de formação das rochas sedimentares.

Tipos de rochas sedimentares

O planeta Terra é um planeta geologicamente ativo, apresentando atividade geológica interna e externa.
A atividade geológica interna está associada ao calor interno da Terra, resultante do decaimento radioativo, bombardeamento primitivo e compressão gravítica.
A atividade geológica externa está associada à energia solar, que acciona o ciclo da água, principal fator de alteração das rochas superficiais.
Como consequência da atividade geológica formam-se continuamente rochas – Ciclo das rochas.
Tendo por base a sua origem, as rochas classificam-se em magmáticas, sedimentares e metamórficas.

As rochas sedimentares são as mais abundantes na superfície terrestre, formando uma fina película que cobre toda a crusta.

Etapas de formação das rochas sedimentares

As rochas sedimentares formam-se na superfície terrestre a partir de outras rochas pré-existentes por ação dos agentes de meteorização e erosão.
A formação das rochas sedimentares envolve a sedimentogénese e diagénese.
A sedimentogénese inclui as etapas de meteorização, erosão, transporte e deposição.
A diagénese inclui a compactação, a desidratação e a cimentação.

Meteorização

A meteorização consiste na alteração das rochas pré-existentes e pode ser física ou química.
A meteorização física ou mecânica consiste na fragmentação da rocha.
A meteorização química consiste na alteração da composição química e/ou mineralógica da rocha.

Meteorização física

São vários os agentes de meteorização física das rochas, nomeadamente:

Figura – Meteorização física ( fonte: https://www.bgs.ac.uk/discovering-geology/geological-processes/weathering/)

Água

A água constitui um dos principais agentes de alteração das rochas.
A variação da humidade atmosférica provoca variações no teor de água das rochas.
Quando a humidade atmosférica é elevada a rocha incorpora água e sofre dilatação, quando a humidade atmosférica é baixa a rocha perde água e sofre contração.
Estes ciclos alternados de dilatações e contrações fragilizam a estrutura da rocha conduzindo à sua fragmentação.

Gelo – Crioclastia

A água que se acumula nas fraturas das rochas (diáclases) quando sujeita a baixas temperaturas pode congelar.
Ao congelar aumenta de volume exercendo tensões que conduzem à fraturação da rocha.
Quanto maior o número de diáclases mais rápida é a fragmentação da rocha.

Crescimento de minerais – Haloclastia

A água que preenche as fraturas das rochas sob determinadas condições pode evaporar, e os sais que nela se encontram dissolvidos precipitam.
A precipitação e o crescimento desses minerais exercem tensões que conduzem à fraturação da rocha.

Temperatura

As variações de temperatura causam variações no volume dos corpos, originando ciclos alternados de contrações e dilatações.
As contrações e dilatações cíclicas fragiliza a estrutura das rochas conduzindo à sua fraturação.
O efeito da temperatura é especialmente notório em regiões com grandes amplitudes térmicas diárias (ex. desertos).

Seres vivos

Os seres vivos constituem importantes agentes de alteração das rochas.
As raízes das plantas ao crescerem exercem tensões que conduzem à fraturação das rochas.
Muitos animais escavam tocas e galerias aumentando o grau de desagregação das rochas.

Alívio da pressão- Esfoliação

As rochas que se localizam em níveis crustais mais profundos estão sujeitas ao peso exercido pelas camadas suprajacentes.
Quando essas rochas afloram, ocorre um alívio da pressão, as rochas expandem-se e fraturam.
A ação simultânea do alívio da pressão conduz ao aparecimento de camadas concêntricas na rocha – disjunção esferoidal.

Meteorização química

Os minerais que entram na constituição das rochas formam-se em condições específicas de pressão e temperatura, assim, quando na superfície terrestre ficam sujeitos a condições de pressão e temperatura diferentes daquelas em que se formam tornam-se instáveis e sofrem alterações químicas e mineralógicas originando novos minerais mais estáveis nas novas condições.
A meteorização química envolve uma série de reações químicas, sendo por isso favorecidas pelo aumento da temperatura.
Todas as reações de meteorização química envolvem a água, logo a meteorização química ocorre, quase exclusivamente, em regiões quentes e húmidas.
As reações de meteorização química envolvem reações de dissolução, hidrólise, hidratação/desidratação e oxidação-redução.

Dissolução

A dissolução consiste na reação do mineral com a água ou com um ácido.
Numa reação de dissolução a água ou o ácido provoca a quebra das ligações entre os iões no mineral.
Entre os exemplos mais comuns encontram-se a dissolução do cloreto de sódio e disssolução do calcário.

Dissolução do cloreto de sódio

O sal de cozinha é constituído por cloreto de sódio, a adição de água ao cloreto de sódio conduz à quebra da ligação entre o sódio e o cloro, que assim ficam livres em solução.

Dissolução do carbonato de cálcio

O calcário é uma rocha sedimentar constituída pelo mineral calcite.

Na natureza é muito difícil encontrar calcário puro assim, para além de calcite o calcário contém impurezas.

Como resultado das atividades humanas e da atividade geológica (atividade vulcânica) são lançados para atmosefera gases, o dióxido de enxofre e dióxido de carbono.

Na atmosfera estes gases reagem com a água formando compostos ácidos que estão na origem das chuvas ácidas.

Quando chuvas ácidas entram em contacto com o calcário provocam a sua meteorização química por dissolução, denominada de carbonatação.

Nesta reação, o ácido carbónico (H₂CO₃) reage com a calcite (CaCO₃) e origina o ião Ca²+ e HCO₃^–.
Como os iões Ca2+ e HCO₃são solúveis são removidos em solução pelas águas de infiltração.
No local permanecem as impurezas que constituem depósitos de cor avermelhada, denominados de Terra rossa.

CaCO₃ + H₂CO₃→ Ca²⁺ + 2 (HCO₃^–)

Nas regiões calcárias é muito comum a existência de paisagens características denominadas de modelado cársico, resultante quer de fenómenos de dissolução do cálcio quer da sua precipitação.

Figura – Alteração do calcário. As fraturas representadas com linhas brancas tracejadas e os planos de camada representados com linhas pretas contínuas, facilitam a penetração da água. Note que os planos de camada estão quase completamente obliterados devido à alteração. Desta, resultam fragmentos de calcário e argila de cor vermelha (terra rossa). Na alteração deste afloramento, concorreram ambas as formas de meteorização: química (dissolução) e física (fraturação). (fonte: Uma História com muitos milhões de anos Do Oceano Tethys ao Barrocal do Algarve. Delminda Moura / Sónia Oliveira)

Hidrólise

Na reação de meteorização química por hidrólise, ocorre a reação do mineral com a água ou com um ácido, ocorrendo a substituição de um dos catiões do mineral por iões H⁺ provenientes da água ou do ácido.
Um dos exemplos mais conhecidos é o da hidrólise do feldspato potássio, denominada de caulinização.

Caulinização do feldspato potássico

O feldspato potássico é um mineral constituinte de muitas rochas, nomeadamente o granito.

Quando águas acidificadas entram em contacto com o feldspato potásssico ocorre a hidrólise do feldspato.
Nesta reação os iões K⁺ do feldapato são substituídos pelos iões H⁺ provenientes das águas acidificadas.
Consequentemente ocorre uma alteração da composição química do mineral originando um mineral novo (mineral de neoformação) – a caulinite (minerais de argila).

Oxidação- Redução

As reações de meteorização química por oxidação-redução envolvem a transferência de eletrões.
Quem perde eletrões sofre oxidação, quem ganha eletrões sofre redução.
A meteorização química por oxidação-redução é muito comum nos minerais ferromagnesianos (olivina, piroxena, anfíbola e biotite).
Na superfície terrestre quando estes minerais entram em contacto com a água origina sílica e o ião ferroso.
O ião ferroso (Fe 2⁺) ao entrar em contacto com o oxigénio sofre oxidação e origina o ião férrico (Fe³⁺).
O ião férrico reage com a água e origina óxidos de ferro, que constituem um novo mineral – a hematite (Fe₂O₃).

Hidratação-Desidratação

A hidratação ocorre quando um mineral incorpora água na sua composição.
Um exemplo de hidratação ocorre quando a hematite reage com a água e forma a limonite.
A desidratação ocorre quando um mineral perde água.
Quando o gesso sofre desidratação origina a anidrite.

2. Erosão

A erosão consiste na remoção (separação) dos sedimentos resultantes da meteorização.
Ocorre por ação dos agentes erosivos, principalmente a água e o vento.
A atuação dos agentes erosivos conduz à formação de estruturas peculiares, como as chaminés-de-fada e os blocos pedunculados.

3. Transporte

Os sedimentos resultantes da meteorização e erosão são transportados pela água, pelo vento e até mesmo pela força gravítica.

A capacidade de transporte do agente transportador depende da sua energia.
Agentes transportadores de elevada energia, como um rio de montanha, um glaciar ou uma praia de forte ondulação apresentam a capacidade de transportar sedimentos de grandes dimensões.
Quando os sedimentos apresentam dimensões reduzidas facilmente se mantêm em transporte.

Os sedimentos transportados por um rio podem deslocar-se por rolamento ou arrastamento quando apresentam grandes dimensões, por saltação os de dimensões intermédias e em suspensão, os de reduzida granulometria.

4. Sedimentação

A sedimentação ocorre quando a energia do agente transportador se anula ou é muito reduzida.
Os sedimentos podem depositar-se nos mais diversificados ambientes, como lagos, rios, praias, deltas, etc. No entanto, as principais bacias de sedimentação localizam-se em ambiente marinho.

Nas bacias de sedimentação os sedimentos depositam-se formando camadas mais ou menos horizontais, os estratos.
Os sedimentos de elevada granulometria facilmente se depositam, já os de reduzida granulometria apenas se depositam em ambientes de baixo hidrodinamismo, como lagos e planícies de inundação fluvial.
O diagrama de Huljstrom relaciona a velocidade da corrente necessária para que partículas de diferente granulometria sofram erosão, transporte ou sedimentação.

5. Diagénese

Nas bacias de sedimentação, devido ao peso das camadas suprajacentes, os sedimentos das camadas inferiores vão sofrendo compactação com diminuição progressiva da progressiva da porosidade.
Com o afundamento progressivo a água que ocupava os espaços livres entre os sedimentos é eliminada – desidratação – e as substâncias dissolvidas preciptam formando um cimento – cimentação.

Classificação das rochas sedimentares

A classificação das rochas sedimentares tem por base a origem dos sedimentos que entram na sua constituição. Assim são classificadas em:

1. ROCHAS SEDIMENTARES DETRÍTICAS

A classificação das rochas sedimentares detríticas tem por base a granulometria dos sedimentos (clastos) e o facto destes terem sofrido ou não processos de diagénese.
O estudo das rochas sedimentares detríticas fornece importantes informações acerca da rocha mãe dos sedimentos.

Não consolidadas, também chamadas de móveis ou desagregadas : resultam de processos de sedimentogénese não seguidos de diagénese. Incluem os balastros, as areias, os siltes e as argilas (ordem decrescente de tamanho).
Consolidadas ou coerentes: resultam de processos de sedimentogénese seguidos de diagénese. Incluem os conglomerados (diagénese de balastros), as brechas (diagénese de balastros), arenitos (diagénese de areias), argilitos (diagénese de argilas) e siltitos (diagénese de siltes).

Nota:

– Os conglomerados e as brechas resultam da diagénese de balastros, no entanto os balastros que entram na constituição dos conglomerados são arredondados e os que entram na constituição das brechas são angulosos.

A – Conglomerado B – Brecha

– Os arenitos, arcoses ou grauvaques resultam da diagénese das areias.

– Os argilitos resultam da diagénese incompleta das argilas, pois não ocorre a fase de cimentação.

2. ROCHAS SEDIMENTARES QUIMIOGÉNICAS

As rochas sedimentares quimiogénicas resultam da evaporação da água e/ou precipitação das substâncias em solução. A sua formação requer condições ambientais muito específicas, assim o estudo destas rochas permite determinar as condições ambientais associadas à sua formação.

A formação das rochas sedimentares quimiogénicas ocorre, geralmente:

em regiões áridas, onde as elevadas temperaturas potenciam uma intensa evaporação.
em bacias oceânicas onde a concentração de sais é muito elevada.

Figura – Chaminés de Fada em rochas calcárias

Figura – Depósitos de halite

A precipitação das substâncias dissolvidas na água ocorre de acordo com o seu grau de solubilidade, de tal modo que primeiro precipitam as mais insolúveis e só em última instância precipitam as mais solúveis.

Ordem de precipitação:

carbonato de cálcio ⇒ calcite ⇒ calcário travertino
carbonato de cálcio e magnésio⇒ dolomite
Sulfato de cálcio ⇒ Gipsite ⇒ Gesso
Cloreto de sódio ⇒ Halite⇒ Sal-gema

Paisagens calcárias – o Modelado cársico

As paisagens calcárias constituem relevos denominados de modelado cársico.
Neste tipo de relevo são comuns os campos de lapiás, as dolinas, os algares, e em profundidade observam-se grutas com estalactites, estalagmites, colunas e rios subterrâneos.
Os campos de lapiás, as dolinas, os algares e as grutas resultam de processos de dissolução (meteorização química) e erosão do calcário.
No interior da gruta é comum a formação de estalactites (no teto) e estalagmites (na base). Estas estruturas resultam do processo de precipitação do carbonato de cálcio que se encontrava dissolvido na água de infiltração.
No interior da gruta, as condições, baixa concentração de CO2 e baixa pressão permitem a precipitação do carbonato de cálcio e a formação do calcário.
No caso das estalactites a água que goteja do tecto deixa no local de desprendimento uma película de carbonato de cálcio. A deposição sucessiva de carbonato de cálcio permite o crescimento da estalactite.

Fonte: (fonte: Uma História com muitos milhões de anos Do Oceano Tethys ao Barrocal do Algarve. Delminda Moura / Sónia Oliveira)

3. ROCHAS SEDIMENTARES BIOGÉNICAS

As rochas sedimentares biogénicas resultam da atividade e/ou de restos de seres vivos. Neste grupo incluem-se:

Calcário conquífero: alguns animais retiram da água hidrogenocarbonato de cálcio que usam para construir as suas conchas ou carapaças calcárias. Quando os animais morrem as conchas ou carapaças depositam-se, sofrem diagénese e originam o calcário conquífero.

Calcário recifal – os corais retiram da água cálcio e hidrogenocarbonato que usam para edificar os recifes de coral.
Carvão – o carvão é uma rocha biogénica com origem em restos de seres vivos.

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Formação dos combustíveis fósseis

1. CARVÃO – INCARBONIZAÇÃO

O carvão é uma rocha sedimentar de origem biogénica.
O seu processo de formação decorreu da deposição de restos vegetais em lagos e pântanos, onde o baixo hidrodinamismo permitiu a deposição de sedimentos finos e impermeáveis sobre esses restos vegetais, criando um ambiente anaeróbio (sem oxigénio) que possibilitou a atuação de bactérias anaeróbias que iniciaram a transformação dos restos vegetais em carvão.
A deposição sucessiva de novas camadas sedimentares conduziram ao afundamento e subsidiência dos estratos com consequente aumento da temperatura e pressão permitindo assim gerar diferentes variedades de carvão.

Figura – Etapas de formação do carvão mineral, com seus respectivos nomes. Figura modificada de BYJU’S.

No processo de formação do carvão, à medida que ocorreu o afundamento progressivo dos restos vegetais, ocorreu a eliminação de água e o aumento do teor em carbono.
O potencial calorífico de um carvão relaciona-se com o seu teor em carbono, sendo tanto maior quanto maior o seu teor em carbono.

Figura – Composição química média e potencial calorífico aproximado dos diferentes tipos de carvão mineral. Fonte: Cano (2009).

Apesar da antracite apresentar um elevado teor em carbono e portanto um elevado potencial calorífico, apresenta elevada dureza o que dificulta a sua combustão o que dificulta a sua utilização como combustível fóssil.

2. PETRÓLEO – BETUMINIZAÇÃO

O processo de formação do petróleo e gás natural teve lugar a partir de restos orgânicos (animais e vegetais) que após a sua morte se depositaram nos fundos oceânicos, principalmente ao nível das plataformas e, sobre estes depositaram-se sedimentos finos e impermeáveis, num ambiente de baixo hidrodinamismo, criando um ambiente anaeróbio, retardando ou impedindo a decomposição da matéria orgânica por decompositores aeróbios, ao mesmo tempo que permitiu a atuação de bactérias anaeróbias.
O afundamento progressivo com consequente aumento da pressão e temperatura reuniu as condições necessárias para a transformação dos restos de organismos em hidrocarbonetos.
Os hidrocarbonetos localizam-se em estruturas geológicas que constituem armadilhas petrolíferas.
As armadilhas petrolíferas estão geralmente associadas dobras ou falhas.
Das armadilhas petrolíferas fazem parte, a rocha-mãe, a rocha armazém e a rocha cobertura.

Figura – Armadilha petrolífera associada a uma dobra.

Figura 2 – Armadilha petrolífera associada a falha.

Figura – Associação dos domos salinos às jazidas petrolíferas.

Figura – Localização dos hidrocarbonetos.