A Alteração Mineral nos Principais Tipos de Rochas: Sienitos, Basaltos, Granitos, Riolitos e Calcários

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

GSA – Departamento de Geologia Sedimentar e Ambiental

Programa de Recursos Minerais e Meio Ambiente

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GSA 5836 Geoquímica da Interação Solo – Rocha – Água

Prof. Dr. Raphael Hypolito

A Alteração Mineral nos Principais

Tipos de Rochas: Sienitos, Basaltos,

Granitos, Riolitos e Calcários.

Deyna Pinho

3140812

- DEZEMBRO 2004 -

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GSA 5836 Geoquímica da Interação Solo-Rocha-Água

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ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 2

2. OS PRINCIPAIS MINERAIS CONSTITUINTES DAS ROCHAS .................................... 2

3. O INTEMPERISMO E A FORMAÇÃO DE SOLOS ........................................................ 4

3.1. Os Tipos de Intemperismo ................................................................................... 5

3.1.a) Intemperismo Físico: ........................................................................................... 5

3.1.b) Intemperismo Químico: ........................................................................................ 6

4. A ALTERAÇÃO MINERALÓGICA NAS ROCHAS ........................................................ 6

4.1. Fatores que Influenciam na Alteração ................................................................. 6

4.2. Características dos Minerais que Influenciam na Alteração .............................. 7

4.3. Mecanismo de Alteração dos Minerais ................................................................ 9

5. A ALTERAÇÃO NOS DIFERENTES TIPOS DE ROCHAS ..........................................11

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS .............................................................................12


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1. INTRODUÇÃO

Rocha é uma associação natural de minerais, que por diversos motivos acabam

ficando unidos, e embora coesa, a rocha nem sempre é homogênea. A partir da sua

exposição e proximidade aos agentes intempéricos próximos a superfície terrestre, esta

começa a se alterar de diversas maneiras, dependendo das condições do ambiente em que

a rocha está sofrendo alteração.

Assim sendo, o intemperismo é o conjunto de modificações de ordem física e

química em que sofrem as rochas, ao aflorar na superfície terrestre, e assim, os produtos

desse intemperismo estão sujeitos aos diversos processos do ciclo supérgeno.

As rochas mais comuns na crosta terrestre são de composição granitóide (95% da

crosta), ou seja, são formadas essencialmente por quartzo, feldspato potássico e

plagioclásio, mas dentre as demais rochas constituintes da crosta pode-se citar: os basaltos

e diabásios compostos por piroxênio, plagioclásio, olivina e anfibólio; e os sienitos de

composição feldspática essencialmente, com ausência, ou rara ocorrência de quartzo. E

também as rochas de caráter sedimentar (5% da crosta), como os calcários, formados por

minerais carbonáticos.

Essas diferentes composições mineralógicas existentes nas diferentes rochas irão

gerar diferentes produtos, quando alteradas pelo intemperismo. Alteração essa, que

depende de diversos fatores como clima, quantidade de água, eficiência na

drenagem/lixiviação, pH da água, dentre outros.

2. OS PRINCIPAIS MINERAIS CONSTITUINTES DAS ROCHAS

Dentre as principais rochas existentes na crosta, cinco rochas foram escolhidas para

a descrição de seus minerais constituintes, e quais seriam os produtos da alteração desses

minerais. Assim cita-se: Granitos, Basaltos, Riolitos, Sienitos e Calcários.

Os granitos, riolitos, basaltos, e sienitos são todas rochas ígneas, ou seja, formadas

a partir do resfriamento ou cristalização do magma, mas possuem grandes diferenças entre

si. Os granitos e riolitos são rochas de caráter ácido, ou seja possuem abundância de sílica

(SiO2) na sua composição, só que a primeira foi resfriada lentamente em profundidade

(rocha intrusiva ou plutônica), e a segunda foi resfriada rapidamente em superfície (rocha

estrusiva ou vulcânica).


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Os granitos são rochas ígneas intrusivas que possuem 10 a 65% de plagiclásio, 35 a 90% de Feldspato Potássico e 20 a 60% de quartzo, além desses minerais os granitos podem conter anfibólio, muscovita, biotita e demais minerais acessórios.

Os Sienitos são rochas ígneas intrusivas que possuem um caráter alcalino, ou seja, são pobremente saturadas, ou insaturadas em sílica que possuem 75 a 100% de feldspato potássico, 0 a 35% de plagioclásio, 0 a 20% de quartzo ou 0 a 10% de feldspatóide, podendo ter também piroxênio, anfibólio, muscovita e biotita.

Os Riolitos são rochas ígneas extrusivas que possuem a mesma composição mineralógica principal dos granitos, mas podem possuir dentre 5 a 8% de piroxênio e anfibólio, biotita e demais minerais acessórios.

Os basaltos são rochas vulcânicas de caráter básico, ou seja, não possuem muita sílica na sua composição, podendo conter, 90 a 100% de plagioclásio, 0 a 10% de feldspato potássico, 0 a 20% de quartzo e 10 a 90% de piroxênio e anfibólio.


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Resumindo, as rochas graníticas possuem uma composição quartzo-feldspáticas, as

rochas sieniíticas possuem uma composição essencialmente fedspática, os basaltos

possuem uma composição cálcio-feldspática (plagioclásio) com piroxênio e olivina, e

enquanto que os riolitos possuem uma composição granítica, mas são rochas vulcânicas..

Enquanto que os calcários são rochas sedimentares formadas essencialmente por calcita

(Carbonato de Cálcio).

3. O INTEMPERISMO E A FORMAÇÃO DE SOLOS

Os principais fatores que controlam a ação intempérica são o clima que é expresso

como uma variação sazonal da temperatura e na distribuição de chuvas, o relevo que

influencia as drenagens e as condições de lixiviação, a fauna e aflora que fornecem matéria

orgânica para as reações químicas e remobilizam materiais da rocha parental, e por último o

tempo de exposição da rocha aos agentes intempéricos.

A formação de solo ou pedogênese ocorre quando as modificações causadas pelo

intemperismo, que são essencialmente químicas e mineralógicas, tornam-se estruturais, ou

seja, a formação do solo se dá quando há uma reorganização e transferência dos minerais

formadores de solo.

Os calcários são rochas sedimentares, mas formadas por preciptação química de carbonatos provenientes de ambiente marinho, podendo conter até 10% de dolomita (CaMg(CO3)2), e ter entre 90 a 100% de calcita (CaCO3).


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A cooperação do intemperismo mais a pedogênese levam a formação de um perfil de

alteração, ou perfil de solo (Figura 1), que é estruturado verticalmente, a partir da rocha

fresca e que gradativamente se torna mais diferenciados quanto mais afastado estiver da

rocha fresca, rocha sã, ou rocha-mãe.

Figura 1: Perfil de Solo

3.1. Os Tipos de Intemperismo

Se o intemperismo agir modificando as características físicas das rochas, como a

morfologia, resistência, textura, estrutura, este é considerado como intemperismo físico. Se

os processos intempéricos agirem modificando as caracterísitcas químicas dos minerais

constituintes das rochas, este é considerado como intemperismo químico.

3.1.a) Intemperismo Físico:

Referente aos processos que causam desagregação das rochas, com separação dos

grãos minerais, e sua fragmentação, transformando a rocha em um material descontínuo e

friável. Os principais agentes do intemperismo físico são: as grandes amplitudes na

mudança sazonal de temperatura, causando expansão e contração térmica nos materiais

rochosos; o congelamento de água nas fissuras também pode provocar um aumento no

fraturamento, até a fragmentação total da rocha.


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3.1.b) Intemperismo Químico:

Referente aos processos que causam a alteração dos minerais que constituem as

rochas, através de diversas reações químicas. O principal agente do intemperismo químico

é a água da chuva, que infiltra e percola pelas descontinuidades das rochas e dos minerais

constituintes.

Os constituintes mais solúveis das rochas intemperizadas são lixiviados pelas águas

que drenam o perfil de alteração, correspondendo a fase solúvel. Consequentemente, o

material que resta no perfil de alteração torna-se progressivamente enriquecido nos

constituintes menos solúveis, correspondendo à fase residual.

4. A ALTERAÇÃO MINERALÓGICA NAS ROCHAS

Como já enfatizado anteriormente, a alteração mineralógica das rochas é

responsável pelo intemperismo químico. Sendo que o principal agente responsável pelo

intemperismo é a água, que é regida direta ou indiretamente por outros fatores, como o

clima, o relevo, e o tempo de exposição.

4.1. Fatores que Influenciam na Alteração

O clima que diretamente está relacionado com a distribuição das chuvas e na

temperatura que é um dos grandes fatores que influenciam na alteração dos minerais.

Porque com o aumento da temperatura há uma maior agitação das moléculas favorecendo a

liberação dos cátions presos nos seus retículos cristalinos, como também facilita a troca de

íons transportados em solução com esses cátions antes aprisionados na estrutura cristalina

dos minerais.

O pH baixo (ácido) da água facilita a alteração dos silicatos, pois a alteração procede

da ligação dos íons H+ com os cátions do mineral.

O relevo e a pluviosidade influenciam e muito no regime de infiltração e drenagem.

O qual está relacionado com a quantidade de sais dissolvidos, que pode tanto ajudar

quanto dificultar o processo de alteração, já que quanto mais carregada for a solução de

sais dissolvidos, menor será a capacidade dessa solução em dissolver mais sais. Portanto,

lugares com drenagem eficiente, dificilmente as soluções que banham os minerais serão

saturadas, entretanto, lugares com a drenagem ineficiente, a solução irá se saturar até não

conseguir mais progredir com a alteração do mineral.

Assim, para um mesmo valor de pH, um aumento no volume de água faz variar a

razão SiO2/Al2O3, nos produtos de alteração. Assim sendo, uma razão maior tende a gerar

Montmorillonita e uma razão menor tende a gerar caulinita, DELVIGNE (1697).


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4.2. Características dos Minerais que Influenciam na Alteração

Os minerais seguem a série Bowen (1928) (Figura 2) durante a sua cristalização no

magma, para o caso das rochas ígneas. E os minerais se alteram de acordo com a ordem

de eatabilidade dos minerais de Goldich (1938) (Figura 3).

Figura 2: A série de cristalização dos minerais definida por Bowen (1928).

Figura 3: A ordem de estabilidade dos minerais definida por Goldich (1938).


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A alteração dos minerais silicáticos depende dos cátions que estão entre os

tetraedros de SiO4 que no caso da Olivina, Mg e Fe são os pontos fracos do edifício

cristalino. E depende também de como os tetraedros de sílica estão arranjados

tridimensionalmente.

Exemplo: Os Filossilicatos possuem os tetraedros de SiO4 em camadas, que são

planos de fraqueza, por onde começaria a alteração. No caso do Quartzo, os tetraedros de

sílica estão arranjados de forma que não há planos de fraqueza, sendo um dos minerais

mais resistentes a alteração intempérica, DELVIGNE (1967).

O potencial de ionização é a energia necessária para transformar um elemento em

íon, que influência na alteração do mineral, e está relacionado ao Número de Coordenação

(NC), sendo que, maior o NC maior será a fragilidade do íon. Exemplo, O K, Na e Ca

possuem NC igual a 12, sendo os primeiros elementos a sair da estrutura cristalina na forma

de cátion, durante a alteração mineral. Si e Al possuem NC igual a 4, são os últimos a sair

do edifício cristalino.

Durante a alteração mineral pode ocorrer de gels amorfos, resultantes da alteração

ficarem impregnados na superfície do mineral, tornando o processo de alteração mais lento

e difícil, a isso chama-se Proteção por Resíduos Insolúveis.

O pH de Abrasão é outro fator que controla a alteração mineral, e trata-se do grau

de basicidade da solução interticial aos minerais, pois os íons H+ gerados substituem os

cátions nas superfície dos grãos minerais, o que resulta num aumento do pH da solução .

Assim, a presença de minerais portadores de elementos alcalinos ou alcalinos terrosos

possibilita a geração de um pH mais alcalino nas águas que os percolam, enquanto minerais

sem estes elementos terão um pH mais ácido. O pH de abrasão dá uma idéia dessa

diferença de pHs e controla a solubilidade dos cátions que estão sendo incorporados na

solução durante a alteração.


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Mineral Composição pH de Abrasão S

ilic

ato

s

Diopsídio CaMg(SiO3)2 10 – 11

Olivina (MgFe)2SiO4 10 – 11

Hornblenda (CaNa)2(MgFeAl)5AlSi)8O22(OH)2 10

Leucita KAlSi2O6 10

Albita NaAlSi3O8 9 – 10

Biotita K(MgFe)3(Al)Si3O10(OH)2 8 – 9

Microclínio KAlSi3O8 8 – 9

Anortita CaAl2Si2O8 8

Hiperstênio (MgFe)2Si2O6 8

Muscovita KAl2(Al)Si3O10(OH)2 7 – 8

Ortoclásio KAlSi3O8 8

Montmorillonita Al2Si4O10(OH)2.nH2O 6 – 7

Caulinita Al2Si2O5(OH)4 5 – 7

Óx

ido

s Gibbsita Al(OH)3 6 – 7

Quartzo SiO2 6 – 7

Hematita Fe2O3 6

Ca

rbo

nato

s Magnesita MgCO3 10 – 11

Dolomita CaMg(CO3)2 9 – 8

Calcita e Aragonita CaCO3 8

Tabela 1: Os principais minerais com suas respectivas composições químicas e o pH de

Abrasão, extraído de TOLEDO et al, in TEIXEIRA et al (2000).

4.3. Mecanismo de Alteração dos Minerais

A composição mineralógica da rocha em vias de alteração modifica o pH das

soluções percolantes em função das reações químicas que ocorrem, e emboras a carga

elétrica global das estruturas minerais seja nula, a superfície de determinados grãos podem

ter valências insaturadas que em contato com a água, ocorre hidratação pela atração entre

os dipolos da água e as cargas superficiais, podendo esta atração ser forte o suficiente para

ionizar a água, TEIXEIRA et al. (2000).

No caso de Piroxênios e Anfibólios, a alteração acontece pelas clivagens, assim o

cristal é reduzido em vários fragmentos, aumentando a área superficial, e o ataque se

processa mais rapidamente e há um número muito grande de cátions liberados e os valores

de pH se elevam e tendem rapidamente versus o limite do pH de abrasão.


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Para esses valores de pH, o óxido de Fe (FeO) precipta na forma de Hidróxido de

Ferro, ao contrário do Al3+ que se encontra solubilizado e é levado juntamente com os

demais cátions de metais alcalinos e alcalinos terrosos. Assim os sais de hidróxido de ferro

são mantidos no local, enquanto que a sílica é completamente liberada.

Fe2+(aq) - 1é → Fe3+

(aq)

Oxidação do Ferro

FeOaq) + H2O → FeOOH(s) + H+(aq)

Formação de Goethita

2FeOOH(s) → Fe2O3(s) + H2O

Goethita pode se desidratar formando magnetita

No caso de Plagioclásios e Feldspatos potássicos, a alteração acontece pelas

clivagens originadas dos planos de geminação, e quando o pH da solução intersticial chega

próximo ao pH de abrasão, o Al precipta na forma de hidróxidos, assim os íons de alumínio,

após a sua liberação precipitam-se na forma de uma massa de gibbsita que se desenvolvem

no mesmo local do mineral, salientando que a gibbsita é formada em condições de

drenagens eficientes.

H2O + CO2(aq) H2CO3(aq)

H2CO3(aq) H+(aq) + HCO3

-(aq)

O Gás Carbônico atmosférico combina-se com a água para formar o ácido carbônico

A água juntamente com o gás carbônico adquire um caráter ácido que faz os silicatos

sofrerem hidrólise. Dependendo da condições de drenagem local, pode ocorrer tanto a

hidrólise total, quanto a hidrólise parcial, isso para uma faixa de pH entre 5 e 9.

KAlSi3O8(s) + 8H2O Al(OH)3(s) + 3H4SiO4(aq) + K+(aq) + OH-

(aq)

Hidrólise Total: Formação de Gibbsita (Alitização)

2KAlSi3O8(s) + 11H2O Si2Al2O5(OH)4(s) + 4H4SiO4(aq) + 2K+(aq) + 2OH-

(aq)

Hidrólise Parcial: 100% do potássio é eliminado em solução, e há a formação de argilo minerais do tipo caulinita

(Monossialitização)

2,3KAlSi3O8(s) + 8,4H2O Si3,7Al0,3O10Al2(OH)2K0,3(s) + 3,2H4SiO4(aq) + 2K+(aq) + 2OH-

(aq)

Hidrólise Parcial: Apenas parte do potássio é eliminado em solução, e há a formação de argilominerais do tipo esmectita

(Bissialitização)

No caso de minerais carbonáticos, devido a sua composição, em contato com a ágra

sofrem dissolução:


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CaCO3(s) + H+ + HCO3- Ca2+

(aq) + 2HCO3-(aq)

Dissolução da Calcita

MgCO3(s) + H+(aq) + HCO3

-(aq) Mg2+

(aq) + 2HCO3-(aq)

Dissolução da Magnesita

CaMg(CO3)2(s) + 2CO2(aq) + 2H2O(aq) Ca(HCO3)2-

2(aq) + Mg(HCO3)2-

2(aq)

Dissolução da Dolomita

5. A ALTERAÇÃO NOS DIFERENTES TIPOS DE ROCHAS

Como já salientado, as rochas possuem uma composição mineralógica variada, pois

se originaram de diferentes formas. Os granitos são rochas praticamente quartzo

feldspáticas, quando essa rocha é exposta a um ambiente intempérico com altas

pluviosidades e um eficiente regime de lixiviação os feldspatos presentes sofrem hidrólise

total, ou seja, há a formação de gibbsita no lugar do feldspato, e há a lixiviação completa da

sílica e dos cátions K+, Ca2+ e Na+. Quando a lixiviação não é eficiente, aí a a atuação da

hidrólise parcial podendo haver a formação de argilominerais do tipo Caulinita e Esmectita.

Pode haver também um pouco de preciptação de oxi-hidróxidos de ferro, já que os granitos

também podem possuir uma infima quantidade de minerais ferro magnesianos e a formação

de quartzo, já que os granitos são rochas ricas em quartzo.

Os riolitos apesar de terem uma composição quartzo feldspática similar à do

granito, possuem um pouco mais de minerais ferro magnesianos, podendo ocorrer na forma

de anfibólios e Piroxênios. Assim como no caso dos granitos dependendo das condições de

lixiviação, haverá a formação de gibbsita, caulinita e/ou esmectita. Isso com um acrécimo de

preciptação de oxi-hidróxidos de ferro e sílica na forma de quartzo.

Os sienitos por possuirem uma composição feldspática praticamente, vão originar

no perfil de alteração gibbsita, caulinita e esmectita, como também um pouco de oxi-

hidróxidos de ferro, já que podem possuir piroxênio e anfibólios alcalinos. Nesses tipos de

rocha é comum formar depósitos de bauxita, que nada mais é do que uma mistura de

gibbsita com boemita (AlO(OH)).

Os basaltos são rochas essencialmente ferro magnesianas, por esse motivo, irão

originar perfis de alteração ricos em oxi-hidróxidos de ferro e magnésio. Podendo também

originar caulinita e gibbsita, já que possuem plagioclásio na sua composição.

Os calcários são rochas formadas por carbonatos (calcita, dolomita e magnesita)

esses minerais em contato com a água sofrem dissolução, ou seja, os cátions de Ca2+ e

Mg2+, são lixiviados juntamente com os íons carbonato CO3-. Podendo se reprecipitarem na


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forma de carbonatos ou não, em terrenos com esse tipo de litologia é comum a formação de

terrenos cársticos, ou seja, de cavernas.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

TEIXEIRA, W.; TOLEDO, M.C.M.; FAIRCHILD, T.R.; TAIOLI, F. 2000. Decifrando a

Terra. Ed. Oficina de Textos. USP.

DELVIGNE, J. 1965. Pédogenèse En Zone Tropicale: La Formation des Minéraux

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KLEIN, C.; HURLBUT, C.S.Jr.; after DANA, J.D. 1999. Manual of Mineralogy. 21ºed.

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DUARTE, A. L. de S. 1995. Caulim do Morro do Felipe, Baixo Rio Jari, Estado do

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Tese de Doutoramento. IGc-USP. São Paulo – SP. 103p.

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CARROLL, D. 1970. Rock Weathering / With a Foreword by George V. Keller. New

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Perfil de Solo: http://www.dct.uminho.pt/ pnpg/gloss/solo.html

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