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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
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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 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
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.
Classificação das rochas sedimentares
• Rochas detríticas: formadas essencialmente por detritos resultantes de desagregação de outras pré-existentes 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.
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Rochas sedimentares de origem detrítica
Detritos Litificação Rocha Composição
Cascalho (>2mm)
Desagregada Cascalheira Pedaços de rocha ou minerais soltos
ConsolidadaConglomerado ou Brecha
Detritos líticos arredondados ou angulosos, agregados por cimento de composição variável
Areia(0,06 a 2mm)
Desagregada Areias Detritos tipo areia não consolidados
Consolidada Arenito Areias agregadas por cimento variável
Silte(0,002 a 0,06mm)
Desagregada Siltes Detritos tipo silte não consolidados
Consolidada Siltito Siltes (não distinguíveis): quartzo, feldspato e micas
Argila (<0,002mm)
Desagregada Argilas Detritos tipo argilas não consolidados
Consolidada ArgilitoMinerais argilosos ± compactados não visíveis, com frequente pigmentação por óxidos de Fe
Argilas:
• 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
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.
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
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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.
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
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
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
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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 não detrítica
Origem Rocha Composição
Precipitação
Calcários Calcite (c/ eventual pigmentação por óxidos de Fe)
Dolomitos Dolomite
Silex, chertes Sílica criptocristalina
Gesso Gesso
Sal-gema Halite + impurezas (ex: argilas)
Mista: precipitação /detrítica
Margas 50% Argilas + 50% Calcite
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 de origem química
• Precipitadas • Evaporíticas
Rochas sedimentares evaporíticas
• Precipitadas a partir de soluções saturadas, por processos de evaporação excessiva das águas:
• Salgema (halite, NaCl)
• Gesso (CaSO42H2O)
• Anidrite (CaSO4), etc.
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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 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.
Rochas sedimentares de origem biogénica
• 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 --------
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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 mecânicasOcorrem em regiões muito frias ou áridas
a) Termoclastia
b) Crioclastia
c) Descamação
=> levam à formação de clastos, detritos ou fragmentos da rocha mãe
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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.
Descamação
• Fracturação em placas ou em superfícies curvas e paralelas devido à descompressão e consequente expansão das rochas formadas em profundidade, sob elevadas pressões.
Acções químicasOcorrem nas zonas tropicais e temperadas
a. Hidrólise
b. Oxidação
c. Dissolução
=> levam à formação de compostos químicos e novos minerais (minerais de neoformação)
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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:
• H2O + CO2 ---> H2CO3
• H2CO3 ---> H+ + HCO3-
a. Hidrólise
• Afecta principalmente os feldspatos (K, Na e Ca), convertendo-os em argilas e iões solúveis
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
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c. Dissolução
• A água subterrânea ácida ao circular através das fracturas dos calcários e dolomitosdissolve-os formando grutas, galerias, algares, etc., ou seja, carsificação.
CaCO3+ H2CO3 --> Ca++ +2HCO3-
Calcite
2. Transporte
• 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
Ambientes de
sedimentação:
• Continental
• Litoral
• Marinho
Tipo de sedimentação:
• Soluto => precipita
= textura cristalina, coesa, rígida
• Sólido => deposita
= textura detrítica, desagregada
3. Sedimentação
Tipo de sedimentação:
• Soluto => Precipita
= textura cristalina, coesa, rígida
• Sólido => Deposita
= textura detrítica, desagregada
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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
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)
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
Agentes de Meteorização
• Água líquida: Chuva; Cursos de água; Águas subterrâneas; Oceanos
• Água sólida
• Vento
• Mudanças de Temperatura
• Ocupação vegetal e animal
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Chuva
• A água da chuva é portadora de energia, o impacto produz erosão principalmente nas rochas menos duras
Cursos de água: rios e ribeiras
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.
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Águas subterrâneas Oceanos
Água sólida - glaciares Vento
• Não tanto o vento directamente, mas fundamentalmente a carga sólida que transporta, que actua como abrasivo (corrasão = erosão eólica)
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Mudanças de Temperatura
• Termoclastia
• Crioclastia
Ocupação vegetal e animal
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.