Materiaisgeológicos:doselementosquímicosàsrochas
0440107DinâmicadoSistemaTerra1Prof.Dr.GastonEduardoEnrichRojasUniversidadedeSãoPaulo
Roteirodaaula• Elementosquímicoseatabelaperiódica• Minerais• Agregadosdemineraisnaturais
• inconsolidados:solosesedimento• consolidados:rochas
• AtividadePrática:primeiraparte• Tiposderochas:
• Ígneas,• Metamórficas,• Sedimentares
• AtividadePrática:segundaparte• Ciclodasrochas
• Histórico• Processos
• Atividadeprática:partefinal
Átomos
Númeroatômico• Éonúmerodeprótonsnonúcleo;
• todososátomosdeummesmoelementotemigualnúmerodeprótons
• Responsávelpelasécaracterísticasquímicastípicasdecadaelemento
• Oselementossãocatalogadospelonúmeroatômico(tabelaperiódica)
Átomoseíons• íons:átomosqueganharamouperderamelétrons
• cátion:umátomoqueperdeuelétronsetemcargapositiva
• ânion:umátomoqueganhouelétronsetemcarganegativa
MassaAtômicaeIsótopos• Massaatômica:somadonúmerodeprótonsenêutronsnonúcleodoátomo
• Isótopos:átomosdomesmoelementoscomdiferentesmassasatômicas
Qualaorigemdoselementosquímicos?
http://apod.nasa.gov
OrionNebula
Origemdoselementosquímicos?• BigBang
• elementosleves–principalmenteHidrogênio(H)eumpoucodeHélio(He)
• Fusãonuclearnosnúcleosdasestrelas• sequênciaprincipal–fundeHparaformarHe(nºatômico2)
• fasegigante/supergigantevermelha–formaoselementosquímicosatéoferro(atéonºatômico24)
• fasesupernova(explosãodeumaestrela)–formaçãodosdemaiselementosmaispesadosatéourânio(atéonºatômico92)
Elementosimportantesnageologia
Elementosmaisabundantesnacrosta
Íonsimportantesnacrosta(enosminerais)
ânions carga cátions carga
O −2
Si +4 K +1 Ca +2 Na +1 Al +3 Mg +2 Fe +2 ou +3
Compostoquímico• Compostosquímicossãoformadosquandoátomosdeelementosdiferentessãocombinados(ligaçãoquímica)numaproporçãoespecífica
• Aspropriedadesdeumcompostosãobemdiferentesdaspropriedadesdeseuselementosconstituintes
Mineral-definição• Ummineralé:
• sólidohomogêneo,• natural,• formadoporprocessosinorgânicos,• comumacomposiçãoquímicadefinida(masgeralmenteénãofixa),
• umarranjoatômicoaltamenteordenado(estruturacristalinadefinida).
Mineral• SegundoaAssociaçãoMineralógicaInternacional(IMA)http://www.ima-mineralogy.org/
• Umasubstânciamineraléumsólidodeocorrêncianaturalquefoiformadoporprocessosgeológicos(naTerraouemoutroscorposextraterrestres).
• Umaespéciemineraléumasubstânciacomcomposiçãoquímicaearranjocristalográficobemdefinidos,equemereceumúniconome.
MineralogiadacrostaterrestreEssencialmentesilicática(silício+oxigênio=74%dacrosta):
feldspatos51%
piroxênioseanfibólios
16%
quartzo12%
micas,cloritaseargilo-minerais
10%
outrossilicatos3% nãosilicatos
8%
Formaçãodosminerais• Cristalizaçãoapartirdeummagma.
• Precipitação/sublimaçãoapartirdeumasolução(líquidoougasosa).
• Crescimentodocristalnoestadosólido(recristalização).
Mineral• Algunsmineraissãoformadosporumúnicoelementoquímico:• diamante–C,• enxofre–S,• ouro–Au.
• Muitosmineraissãoformadospelacombinaçãodediferenteselementosquímicos(grandemaioria):• quartzo–SiO2,• calcita–CaCO3,• olivina–(Mg,Fe)2SiO4.
Minerais–estruturacristalina• Modoqueosátomosdoselementosquímicossãoempacotados
• Padrãogeométricoqueosátomosassumemnumsólido
Minerais–estruturacristalina• Osânionssãogeralmentemaioresqueoscátions
• Aestruturadomineralédeterminadapelaformacomoosânionssãoarranjadosecomooscátionssecolocamentreeles
Quartzo SiO2
O2-
Si4+
4,9 Å
1 Å = 10-10 m
Minerais–estruturacristalina
Minerais–estruturacristalina
Estruturadamica(muscovita). KAl2(AlSi3O10)(OH)2
Outrasdefinições• Cristal:Formageométricaregularlimitadapor faces planas, que possui arranjoatômico semelhante ao mineral, nãoimportaseénatural,artificial, inorgânico,orgânico.
• Mineralóide: substância natural que, porum ou outro motivo, não se encaixa nadefinição de mineral. Em geral sãosubstânciasamorfas.
• Minério:mineral ou rocha que apresentaimportânciaeconômica.
cristaldequartzo
vidrovulcânico
minériodeferro
Equantováriosmineraissejuntam?
Agregadocoeso• Rochas
Agregadoinconsolidado
• Solos
• Sedimentos
Rocha• Rochaéumagregadocoesodeminerais/mineralóides
• Podeserformadaporumsótipodemineral,ouporváriosmineraisdistintos
• Nãoprecisaserhomogêneo
• Sãoformadaspelosdiversosprocessosdadinâmicaterrestre• ígneas• metamórficas• sedimentares
Rocha
Rochaoupedra
Intemperismo• ProcessosquemodificamasrochasoriginaisaoaflorarnasuperfíciedaTerra,porcontadaexposiçãoàaçãodaatmosfera,hidrosferaebiosfera.
• Provocamadesintegraçãoe/oudegradaçãoedecomposiçãoderochas.
• Produtosdosintemperismo:rochaalteradaesolo.
Solo• Osoloéoprodutodointemperismo,remanejamentoeorganizaçãodascamadassuperioresdacrostaterrestreinsitu,sobaçãodaatmosfera,dahidrosfera,dabiosferaedastrocasdeenergiaenvolvidas.
• Osoloémaisdoquedetritosintemperizados,éumacombinaçãodemineraisematériaorgânica,águaear.
• Operfildosolopossuidiferenteshorizontes.
Sedimento
• Sedis(latim)=assento,deposição• Sedimento=oqueépassíveldesedepositarouquesedepositou
• Pressupõemovimento,transporte.
Prática–primeiraparte• Classifiqueasamostrasentre
• minerais,• mineralóides• agregadoscoesos(rochas),• materiaisinconsolidados(solosesedimentos).
Tirarfotoseanexarnoescaninhodoe-disciplinasUSP(umporgrupocomonomedetodososparticipantes)
TIPOSDEROCHAS
DinâmicadaTerra• Asrochassãooregistrohistóricodeprocessosgeológicos,devidoàdinâmicaterrestre.
• dinâmicainterna
• dinâmicaexterna
• Asrochassãoorganizadasemtrêstipos,deacordocomoprocessodeformação
Tiposderochas
Proporçãodasrochasnacrosta
Proporçãodasrochasnacrosta
Rochassedimentares• Sãoasrochasformadaspeladeposição,soterramentoeconsolidaçãodesedimentos.• Terrígenas(arenito)• Carbonáticas(calcário)
• Essessedimentossãofrutosdointemperismoedaerosão.
RochasSedimentares
Rochassedimentares• Característicasgerais
• Geralmentepoucoresistentes(moles)eporosas• Constituintesnãoimbricados• Clastosgeralmentefragmentadosearredondados;algunscristalinosegeométricos
• Comumapresençadeestratificações• Podemconterfósseis• Predomíniodequartzo,carbonatos(calcitaedolomita)eargilominerais
Rochasígneas:fusãoecristalização
• Magma:materialfundidogeradonointeriordaTerra(fusãoparcialdeoutrasrochas)
• Magmaascende(sobe),formandoumacâmaramagmáticaouumvulcão
ROCHA (sólido)
fusão parcial MAGMA (líquido,
+ sólido e gás)
Rochasígneas• Vulcânicasouextrusivas:sãoformadasdelavasqueseresfriaramrapidamentenasuperfíciedaTerra.
• Plutônicasouintrusivas:sãooresultadodolentoresfriamentodemagmaabaixodasuperfícieterrestre.
Rochasígneas• Característicasgerais
• Geralmenteresistentes(duras)• Constituintesfirmementeimbricados• Grãosirregularesegeométricos• Distribuiçãohomogêneadosconstituintes(geral)• Estruturageralmentemaciça.• Predomíniodefeldspatos,quartzoemineraisferromagnesianos(biotita,piroxênio,anfibólio)
Rochasmetamórficas• Metamorfismo:mudançadeforma
• Rochametamórfica:sofreumodificaçõesnoestadosólidocomrelaçãoàtextura,mineralogiaoucomposiçãoquímica
Rochasmetamórficas• Arecristalizaçãodosmineraisérealizadaaodurantelongosperíodosdetempo(milhõesdeanos)
• Arecristalizaçãopoderesultaremnovosmineraismaisestáveis
• formadaapartirdeoutrasrochas(ígnea,sedimentaroumetamórfica)pelamudançadepressãoetemperaturadoambiente
RochasMetamórficas• CaracterísticasGerais
• Geralmenteresistentes(duras).Algumaspoucoresistentes
• Constituintesfirmementeimbricados• Grãosirregularesegeométricos• Distribuiçãoheterogêneadosconstituintespromovendobandamentosexistosidades(estruturasorientadas)
• Mineralogiasilicáticapredominante,sendoalgunstipicamentedoambientemetamórfico(granada,estaurolita,cianita,sillimanita)
• Comunsostiposuniminerálicosemicáceos.
Diferenciandoostrêstiposderocha• Asdiferençasentreostiposderochasãoidentificadosporduasfeições:• Textura:
• Aaparênciageraldarochadevidoaotamanho,formaearranjodeseusgrãosmineraisconstituintes.
• Assembleiademinerais:• Otipoeaabundânciadosmineraisqueformamarocha.
Usosdosmateriaisgeológicos• Substratodeconstruções• Materiaisgeológicosparaconstrução
• agregados(brita,areia,etc.)• rochasornamentais• cerâmicas,vidrosecimento
• Minérios• Recursosmineraisenergéticos• Gemas(pedraspreciosas)
Prática21. Classifiqueasrochasem:1. ígneas2. metamórficas3. sedimentares
Tirarfotoseanexarnoescaninhodoe-disciplinasUSP(umporgrupocomonomedetodososparticipantes)
Prática2
Prática2• Ígneas:
• basalto126• granito101• gabro125
• Sedimentares:• argilito206• calcário225• arenito215• ritmito(varvitodeitu)211
• Metamórfica• ardósia301• quartzito338• xisto311• gnaisse(semnúmero)
ExercícioparacasaRochasOrnamentaisdoCotidiano• Exercícioindividual,entrananotadeexercíciodadisciplina
• Observeefotograferochasornamentaisdeconstruçõesquesãofrequentadasoufazempartedotrajetocotidiano,comoprédiospúblicos,shoppingcenters,clubes,igrejas,etc.TenteevitarfotosdecasaoudoIGc-USP.
• Emumdocumentowordoupdf,insiraasfotos,identifiquedeondesão,façaumabrevedescriçãoestética,classifique-asemígneas,metamórficasousedimentarese,sepossível,identifiqueseunome.
OQUEÉOCICLODASROCHAS?
NetunismovsUniformitarismo(SéculoXVIII)• AbrahamWerner(1749-1817):Netunismo
• todasasrochasseriamsedimentar,formadasnooceanoglobal(Dilúvio).Vulcõesseriamprodutosdaqueimadocarvão
• Implicações:• tempo“curto”• eventosúnicosdeformaçãoderocha
NetunismovsUniformitarismo(SéculoXVIII)• JamesHutton(1726-1797)–PaidaGeologia:
• Uniformitarismo• processodeintemperismo,erosãoedeposiçãodesedimentos;
• processosdeformaçãoderochasígneasesedimentares;
• processodesoerguimentodasrochas;• escaladetempogeológico
HUTTON,J.(1788):TheoryoftheEarth;oraninvestigationofthelawsobservableinthecomposition,dissolution,andrestorationoflandupontheGlobe.TransactionsoftheRoyalSocietyofEdinburgh,vol.1,Part2:209-304.
ATerraestáemconstantemudança(conceitoradicalàépoca)
Ciclodasrochas(Hutton)• Huttonargumentouque,paraouniformitarismofuncionardurantelongosperíodosdetempo,osmateriaisgeológicosdevemserconstantementereciclados.
• Emboraociclopropostofosseimperfeitoeimpreciso,eledeuumpassoimportantereunindováriosprocessosnumateoriasimplesecoerente.
CiclodasrochasÉumateoriaquereúnedeformacoerentetodososprocessosformadoresderochanonossoplaneta.
Paraentenderociclodasrochasénecessáriocompreenderadinâmicadoplaneta,seusprocessoseseusprodutos.
Ciclodasrochas(atual)• ATerraéumplanetadinâmicoemconstantemutação
DinâmicadaTerra• TransformaçõesnaTerra:açãodeprocessosendógenos(dinâmicainterna)eprocessosexógenos(dinâmicaexterna).
DinâmicaInterna• Modificamacomposiçãoeaestruturadacrosta
• Exemplos:• formaçãodemagma(vulcanismoeplutonismo);
• tectônica(“dança”doscontinentes);
• dobramentosefalhasgeológicas;• metamorfismo;• terremotose;• soerguimentoseabatimentosdacrosta.
• UtilizamaenergiaprovenientedointeriordaTerra.
DinâmicaExterna• ModificamasuperfíciedaTerra• Processos:
• intemperismodasrochas;• erosão;• transporteedeposiçãodesedimentos;
• denudaçãodecadeiademontanhas.• Envolvemaatmosfera,hidrosferaeasuperfícieterrestre,usandocomoagentesosrios,ventos,geleiras,chuvasemares
• Égeradapelaenergiasolareaçãodaforçadagravidade.
• Tendeaaplainaroterreno.
Ciclodasrochas
DinâmicaInterna
DinâmicaExterna
Ciclodasrochasprincipaisprocessos• isostasia,soerguimentoesubsidência
• intemperismo• erosão,transporteedeposiçãodesedimentos
• soterramento,litificação
• metamorfismo• fusãoderochas• cristalizaçãodemagmas
Isostasianacrosta• Hádoismodos:
• Variaçãodeespessura(camadacomdensidadeconstante);
• Variaçãodedensidade(camadacomespessurasconstantes);
• Acrostacontinentalémaisespessanascadeiasdemontanhas
• Acrostaoceânicaestáemníveistopográficosmenores,poissãomaisdensas.
Soerguimento• Elevaçãodeumterreno(ex.surgimentodegrandescadeiasdemontanhas)
Subsidência• Rebaixamentodeumterreno(ex.formaçãodegrandesbaciassedimentares)
ReequilíbrioIsostático
EfeitodaisostasianaEscandinávia
Intemperismo• ProcessosquemodificamasrochasoriginaisaoaflorarnasuperfíciedaTerra,porcontadaexposiçãoàaçãodaatmosfera,hidrosferaebiosfera.
• Provocamadesintegraçãoe/oudegradaçãoedecomposiçãoderochas.
• Produtosdosintemperismo:rochaalteradaesolo.
Erosão,transporteedeposição
Erosão,transporteedeposição• Aerosãoéaremoçãodomaterialintemperizado.• Otransportelevaaspartículas(sedimentos)paraoutraslocalidades.Agentes:• rios,• ventos,• geleiras,• deslizamentosdeencostae• correntesoceânicas.
• Quandootransportecessa,ocorreadeposiçãodosedimento,numaformacaracterísticadoagentequeotransportou.
Diagênese(litificação)
Metamorfismo• Ometamorfismoéoconjuntodetransformaçõesqueasrochassofrememvirtudedemudanças,principalmente,detemperaturaepressãoaquesãosubmetidasapóssuaformação
• Ocorreessencialmentenoestadosólido,emborafluidos(H2OeCO2)efundidosilicáticopossamestarpresentes
• Hámudançasmineralógicas,estruturaise/oucomposicionais.
Metamorfismo• Arecristalizaçãodosmineraisérealizadaaodurantelongosperíodosdetempo(milhõesdeanos)
• Arecristalizaçãopoderesultaremnovosmineraismaisestáveis
Reaçõesmetamórficas (P1,T1) → metamorfismo → (P2, T2)
Porexemplo:quartzo+muscovita=feldspato+sillimanita+H2OSiO2+KAl3Si3O10(OH)2=KAlSi3O8+Al2SiO5+H2O
Ardósia
Filito
Xisto
Gnaisse
Fusão(formaçãodemagma)
• Magma:materialfundidogeradonointeriordaTerra(fusãoparcialdeoutrasrochas)
• Omagmaéumamisturade:• partelíquida(representadapelarochafundida)• partesólida(correspondeamateriaisjácristalizadoseafragmentosderochatransportadosemmeioàfraçãolíquida)
• partegasosa(voláteisdissolvidosnapartelíquida,predominantementeH2OeCO2)
ROCHA (sólido)
fusão parcial MAGMA (líquido,
+ sólido e gás)
Cristalização
Ciclodasrochas
DinâmicaInterna
DinâmicaExterna
Práticaparte3Ciclodasrochas
amostras
• ardósia• areiafina• arenito• gnaisse• granito• rochaalterada(basalto)• solo(terraroxa,origináriadobasalto)
• xisto
processos
• cristalizaçãodemagmas• deposiçãodesedimentos
• erosãoetransporte• fusãoderochas• intemperismo• metamorfismo• soerguimento• soterramento,litificação
Materialdaaulaprática• 1ªparte:
• ametista• quartzoincolor• quartzorosa• feldspato• biotita• calcita• hematita(polida)• vidrovulcânico• areiafina202A• arenito215• quartzito338• granito101• solo• anfibolitoalterado
• 2ªparte:• basalto126• granito101• gabro125• xisto311• gnaisse(p.miracema)
• argilito206• ardósia301• quartzito338• arenito215• varvito211• calcário225