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3. Fluxo de nutrientes em ecossistemas

florestaisLiberação de nutrientes pelas rochas

Retenção e liberação de nutrientes pelo solo

Absorção de nutrientes pelas plantas

Ciclagem de nutrientes em ecossistemas florestais

Biologia e microbiologia do solo florestal

Ciclos do carbono e do nitrogênio

José Miguel ReichertPaulo Ivonir Gubiani

Liberação de nutrientes pelas rochas

IntemperismoProcessos Supergênicos – processos que ocorrem na superfície ou

próximos da superfície terrestre, devido à interação entre a litosfera, hidrosfera, biosfera e atmosfera (natureza químico-físico-biológica).

- Pedogênese- Intemperismo- Erosão- Sedimentação continental

Intemperismo no ciclo das rochasIntemperismo e a formação do relevo

A evolução da paisagem é afetada pelo intemperismo físico.

-Deslizamento

-Criping

-Solifluxão

- ...

Feição característica do intemperismo: estruturação em horizontes

ROCHAPRODUTOS INTERMEDIÁRIOS

SOLO

NUTRIENTES

NUTRIENTESNUTRIENTES

SOLUM

Rocha consolidada

saprólito

REGOLITO

Feição característica do intemperismo: estruturação em horizontes

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Por que rochas intemperizam?

Cubos de gelo em ambiente diferente do qual se formaram

Analogia a cubosde gelo

Tempo

IntemperismoConceito

Modificação das rochas à temperatura ambiente através de processos físicos, químicos e biológicos. É um processo natural acelerado pela ação antrópica.

Varia com o tipo de rocha e com as condições ambientais

Causa

Desequilíbrio termodinâmico das rochas com as condições ambientais na interface litosfera-atmosfera

Resultado

Rochas e minerais alterados, solos minerais neoformados

Intemperismo: complexidadeso Todos minerais são diferentes...... Cada espécie mineral tem, por definição, uma única

composição e arranjamento químico.

o Combinações minerais em diferentes tipos de rochas ... E cada tipo de rocha é composto por uma combinação

particular de vários tipos de minerais..... E portanto respondem diferentemente aos processos de intemperismo.

o Intemperismo é complexo? Necessita generalizações e inferências que permitam um

amplo entendimento sem necessariamente estudar como o intemperismo ocorre em cada tipo de rocha sobre cada diferente regime climático.

Intemperismo: algumas simplificações

• Classificação dos processos de intemperismo

▫ Processos de intemperismo físico

▫ Processos de intemperismo químico

▫ Processos de intemperismo biológico

Intemperismo físico

• Intemperismo físico é…

▫ “Quebra” do material por métodos mecânicos devido

a diversas causas.

▫ Algumas forças são originadas dentro da rocha e

outras aplicadas externamente.

▫ O stresse leva a uma tensão e, eventualmente, rompe.

▫ Não resulta em mudança química da rocha, mas

somente desagregação em pedaços menores.

Principais tipos de intemperismo físico

Alívio de pressãoAs rochas expandem quando a pressão de confinamento é reduzida.

O alívio de pressão produz fraturas e fendilhamentos

-Soerguimento

-Erosão do material sobrejacente

-Recuo de geleiras

Fonte: Decifrando a Terra / TEIXEIRA, TOLEDO, FAIRCHILD e TAIOLI - São Paulo: Oficina de Textos, 2000.

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Condutividade térmica (500 kg cm-2): 1kg cm-2 = 1 atm

Alta temperatura expansão

Baixa temperatura contração

Rochas baixa condutividade térmica

exemplo: deserto 60°C superfície da rocha

30°C no interior da mesma

- Diferença na constituição dos minerais das rochas

-Cor rocha

-Cor minerais

Congelamento (2200 kg cm-2)

A água expande 9% quando congela produzindo uma tensão (quando em confinamento) de até 2000 atm

Crioclasticismo formação de gelo em fendas que podem fragmentar rochas

Ação das raízes (10 – 15 kg cm-2) Principal papel do intemperismo físico

Intemperismo químico

• Intemperismo químico é….

▫ Rochas formadas sob condições físicas e químicas

específicas, quando movidas para locais com diferentes

condições sofrem desequilíbio químico.

▫ Os minerais se modificam, por alteração química, em

diferentes formas (novos minerais, soluções e gases), os

quais são mais estáveis nessas novas condições ambientais.

Intemperismo químico

Ocorre modificação da composição química e mineralógica do material

Intemperismo químico X pedogênese

Intemperismo geoquímico intemperismo químico que atua na alteração das rochas

Intemperismo pedoquímico intemperismo químico que atua na alteração química de minerais nos horizontes A e B associado aos processos bioquímicos.

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Predomínio do intemperismo pedoquímico

Predomínio do intemperismo geoquímico

Principais reações químicas atuantes no intemperismo das rochas e solos

Hidratação - desidratação

Simples associação ou liberação de molécula de água

CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O

Solução – dissolução

Dissolução dos componentes mais solúveis

NaCl Na+ + Cl-

transporte

Fonte: http://www.pazinska-jama.com/index_en.php?link=krs

Dissolução de rochas carbonáticas (calcários, mármores e dolomitos)

Dissolução – formação de Carste

Hidrólise

Reação entre íons H+ e OH- da dissociação da água e um mineral.

Provoca rompimento das ligações oxigênio entre metais e Si (silicatos) e C (carbonatos)

Resultado substituição dos íons alcalinos por H+,

ocorrendo colapso e desintegração da estrutura

Principal reação na decomposição de silicatos e carbonatos

Hidrólise

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Intensidade da hidrólise

Despolimerização da estrutura dos silicatos liberação de silício (H4SiO4) e bases (K, Na , Ca, Mg) para solução.

Al precipita como Al(OH3)1. Lixiviação fraca (fluxo de água

fraco)

Dessilicação limitada. Si neogênese de argilominerais 2:1

Bissialitização

Ex. microclina e plagioclásios ilita montmorilonita

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

87% do K e 46% Si

Bissialitização

Predomínio de argilominerais 2:1

2. Lixiviação forte (fluxo moderado)

Dessilicação moderada formação argilominerais 1:1

Monossialitização ou caulinização

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

100% do K e 66% Si

Monossialitização ou caulinização

Predomínio de argilominerais 1:1 e presença de óxidos

3. Lixiviação muito forte (fluxo forte)

Dessilicação completa permanece apenas o Al e o Fe no sistema

Alitização

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

100% do K e 100% Si

Latossolo

Brasil Central

Alitização ou ferralitização

Goethita, Hematita, Gibbsita,...

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Oxidação-redução

Oxidação reação importante na intemperização de minerais ferromagnesianos (Fe2+ e Mn2+)

Oxidação na estrutura do mineral aumento de carga +é compensado com a liberação do cátion oxidado ou outros

Ocorre precipitação na forma de óxidos de Fe e Mn:

Coloração brunada ou avermelhada (Fe3+)

Coloração preta (Mn3+ , Mn4+)

A estrutura residual do mineral fica instável facilita decomposição por hidrólise

Oxidação

Redução

Ocorre em solo saturado com água, o suprimento de O2 é baixo e a demanda biológica de O2 é alta

Solos bem aerados

C6H12O6 + 6H2O 6CO2 + 24H+ + 24e-

24H+ + 24e- + 6O2 12H2O + energia

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 24e-

Solos alagados

24H+ + 24e- + 24Fe3+OOH 24Fe2+ + 48OH- + 6CO2

Fe3+ + e- Fe2+

Fe3+ + e- Fe2+

Redução

A

Btf

EB

Oxidação-reduçãoComplexação

Ocorre com a presença de compostos orgânicos que se ligam a íons metálicos complexos organometálicos

Principais complexantes: Ácidos húmicos, ácidos fúlvicos e outros (Ác. oxálico, cítrico, tartárico) liberados na decomposição vegetal

A ligação dos metais aos complexantes orgânicos se dá através dos grupos funcionais:

-COOH (carboxílicos)

=C=O (carbonílicos)

-OH (hidróxi-fenólicos)

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Intemperismo biológicoo Intemperismo biológico inclui...

Processos físicos e químicos de intemperismo.

Esses processos são, da mesma maneira, iniciados ou realçados por

atividades biológicas.

o Sobreposição sobre cada tipo.

Ocorre sobreposição entre intemperismo biológico e o físico e químico.

Crescimento de raízes de plantas é um processo biológico que leva a

quebra de rocha.

Também existem processos que podem ser classificados como físico e

químico.

ex. Crescimento de um sal cristalino.

Avaliação do intemperismo

Depende:

condições ambientais

características dos minerais

Resistência a alteração depende:1. Arranjo estrutural2. Cristalinidade3. Tamanho4. Composição química5. Grau de solubilidade

Intemperismo X clima Distribuição do intemperismo químico

Intemperismo X relevo Ordem de estabilidade dos minerais ao intemperismo

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Intemperismo químico por dissolução Rocha sedimentar

Arenito resistente ao intemperismo produz solo pouco desenvolvido

SoloSolo Solo

Granito rico em feldspato

Basalto rico em ferro Intemperismo

químico por oxidação

Intemperismo químico por hidrólise

Intemperismo e desenvolvimento do solo são controlados pela composição da rocha

Índices de intemperismo

Valores numéricos que expressam o grau de intemperismo químico de um mineral ou material do soloRazão molar; razão Fed/Fet; minerais índice; estágio de intemperismo

Razão molar

Razão sílica:alumina Ki = SiO2/Al2O3

Razão sílica:sesquióxido Kr = SiO2/Al2O3 + Fe2O3

A relação Kr é usada pelo SiBCS (Embrapa, 1999) para separar solos cauliníticos e oxídicos:

Solos cauliníticos Kr > 0,75

Solos oxídicos Kr 0,75

Importância do intemperismo1. Desenvolvimento do solo

- composição química- mineralógica- característica química- morfologia

2. Ciclagem de nutrientes3. Biogeoquímica de bacias hidrográficas4. Deposição atmosféricas ácidas5. Mudanças climáticas globais

CO2 solo ácido carbônico atua no intemperismo desilicatos (tampões)Este processo contém o efeito estufa (o quanto isso é importante?)

P K

NCa

Mg

SMn

Cu

ZnFe

Mo

ClB

PK

NCa

Mg S

Mn

Cu

ZnFe

Mo

ClB

Al3+ Al3+

...Da rocha ao soloR

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o so

loPróxima aula...