MINERAIS E ROCHAS

MINERAIS E ROCHAS Geotecnia Ambiental 2015 Sumário 1. INTRODUÇÃO  Geologia Aplicada a Geotecnia  Estrutura da Terra 2. MINERAIS E ROCHAS  Propriedades dos minerais  Minerais formadores de rochas  Determinação prática dos principais minerais  Rochas ígneas ou magmáticas  Rochas Sedimentares  Rochas Metamórficas Introdução Problema de Engenharia? Qual a solução? Envolve conhecimentos geológicos? GEOLOGIA APLICADA A ENGENHARIA Introdução Quais problemas?       Barragens (acumulação de água/resíduos), Túneis e escavações, Obtenção de água subterrânea, Contenções de encostas (deslizamentos...), Taludes Materiais rochosos/terrosos para construção etc. ENGENHARIA GEOTÉCNICA ou GEOTECNIA Introdução  Estrutura da Terra   Dinâmica interna  tectônica  novos relevos e depressões, planaltos, cadeias vulcânicas... Dinâmica externa  erosão, sedimentação... Terra em permanente evolução! Introdução  Estrutura interna da Terra (Coch, 1995):  Crosta continental: 50 a 150 km  Crosta oceânica: 10 a 50 km    Manto: 150 a 2900 km / temperatura 3.500oC Placas flutuam sobre o manto: montanhas + leves / fundos oceânicos + pesados Núcleo: 2900 a 6371 km Introdução  Tectônica de placas  Ao se moverem as placas podem deslizar lateralmente entre si, afastar-se ou simplesmente se chocar. Minerais e Rochas   Minerais  Substâncias naturais, inorgânicas, com composição química definida e estrutura atômica bem determinada Rochas  Agregados de minerais Exemplo: Quartzo + Feldspato + Mica = Granito Minerais e Rochas  Propriedades dos minerais:  Físicas  Dureza – resistência ao risco (gesso – 2; diamante – 10)  Traço – cor do risco do mineral (hematita – vermelho)  Clivagem – direção das fraquezas (mica)  Fratura – se partem segundo superfície irregular (quartzo)  Magnetismo – atraídos pelo imã (magnetita)  Brilho – metálico (galena), não metálico (quartzo), vítreo (diamante)  Cor  Peso específico – P/V  Químicas – reatividade com outras subsâncias Minerais e Rochas  Minerais formadores de Rochas     Silicatos (>90%)  Quartzo  Feldspato  Mica etc. Carbonatos  Calcita  Dolomita Óxidos de Ferro  Hematita  Magnetita Sulfatos  Gesso Minerais e Rochas   Feldspato  Cor clara  Duro (6 a 10)  Clivagem em 2 direções  Opacos  Translúcidos  Abundantes entre os minerais! Quartzo  Incolor  Muito duro  Sem clivagem Minerais e Rochas   Determinação prática dos principais minerais Claros  Feldspato  Quartzo  Calcita  Dolomita Não riscam feldspato com canivete  quartzo Faces planas  feldspato Faces irregulares  quartzo Riscam com canivete  mica calcita dolomita Soltam palhetas incolores e brilhantes  Micas Não soltam palhetas, menos brilhante, reage com ácido  Calcita ou Dolomita Minerais e Rochas  Rocha simples  FORMADA POR UM MINERAL Quartzitos (quartzo)  Rocha composta  FORMADA POR MAIS DE UM MINERAL Granito (quartzo + feldspato + mica) Tipos de Rochas De acordo com a sua génese (modo de formação) as rochas podem ser classificadas em TRÊS grandes grupos: • Resultam da solidificação do magma, no interior ou à superfície da Terra. ROCHAS MAGMÁTICAS Basalto, granito, … • Formam-se a partir de outras no interior da Terra, por vezes a profundidades consideráveis, onde as condições de pressão e temperatura são elevadas. ROCHAS METAMÓRFICAS • Formam-se a partir do desgaste de outras e à superfície da Terra onde as condições de pressão e temperatura são diminutas. ROCHAS SEDIMENTARES Areias, calcário, … Xisto, mármore, … ROCHAS MAGMÁTICAS ou ÍGNEAS ignis = fogo Rochas Magmáticas ou Ígneas ignis = fogo Mistura complexa de material rochoso fundido (“derretido”); apresenta uma componente gasosa. O magma pode ainda conter material sólido (se o ponto de fusão desses materiais forem superiores à temperatura desse magma)! Quando o magma ascende à superfície durante uma erupção passa a designar-se por lava (esta contém menor teor em gases). ROCHAS INTRUSIVAS OU PLUTÓNICAS • Resultam do arrefecimento e solidificação do magma em profundidade. ROCHAS EXTRUSIVAS OU VULCÂNICAS • Resultam do arrefecimento e solidificação do magma à superfície. Rochas Magmáticas ou Ígneas O que as distingue? rocha encaixante Se o magma não ascender e não for expelido através de uma erupção vulcânica irá arrefecer lentamente, em profundidade … Magma Se o magma apresentar um elevado teor em gases, torna-se menos denso que as rochas encaixantes e tenderá a subir e a ser expelido – aí o arrefecimento será rápido e brusco! Rochas Magmáticas ou Ígneas Granito Basalto Rochas Magmáticas ou Ígneas Rochas Intrusivas ou Plutónicas • Arrefecimento lento do magma em profundidade • Há tempo para os cristais / minerais se poderem desenvolver (bem visíveis à vista desarmada)! Rochas Extrusivas ou Vulcânicas • Arrefecimento rápido do magma à superfície • Não há tempo para os cristais / minerais se poderem desenvolver (muito pequenos ou invisíveis à vista desarmada). Granito – Rocha de cor clara com minerais bem visíveis (quartzo, feldspatos, micas) Basalto – rocha negra, compacta, por vezes com pequenos mas visíveis minerais de olivina Rochas Magmáticas ou Ígneas Por vezes o arrefecimento do magma é tão brusco que não há formação de verdadeiros minerais. Apenas se está na presença de uma massa amorfa ou vítrea (sem organização em termos de átomos). Obsidiana ou Vidro vulcânico rocha magmática do tipo vulcânico ou extrusivo Rochas Magmáticas ou Ígneas A identificação das rochas magmáticas tem por base a análise da composição química da rocha, bem como da sua cor e textura… Tamanho, forma e arranjo dos minerais na rocha TEXTURA FANERÍTICA ou GRANULAR Minerais de grande dimensão TEXTURA AFANÍTICA ou AGRANULAR Minerais de pequena dimensão ou invisíveis à vista desarmada TEXTURA VÍTREA Não se conseguem identificar minerais Rochas Magmáticas ou Ígneas Calçada dos Gigantes (Irlanda) – cerca de 40 000 colunas prismáticas de basalto indicam que ocorreu uma erupção vulcânica. Neste caso particular, a lava arrefeceu rapidamente em contacto com o mar e adquiriu aquelas formas. Se existem granitos … podemos inferir que existiam bolsas de magma em profundidade. o qual cristalizou lentamente! A erosão das rochas subjacentes permite o seu afloramento! Rochas Magmáticas ou Ígneas Ilha da Madeira – paisagem basáltica Serra da Estrela – paisagem granítica Rochas Ígneas Rochas Ígneas Rochas Metamórficas Rochas Metamórficas Quando uma rocha fica sujeita a pressões e temperaturas elevadas, torna-se instável e sofrerá profundas transformações físicas e químicas (mas sempre com a manutenção do estado sólido!!!!) Este processo pode ocorrer a profundidades variáveis na crosta da Terra e implica um rearranjo da forma e orientação dos minerais constituintes das rochas e, muitas vezes, a sua alteração! Podem formar-se novos minerais (recristalização) Gnaisse Rochas Metamórficas  CALOR Quebra ligações químicas entre átomos  PRESSÃO / TENSÃO Reorienta os minerais  TEMPO  FLUIDOS DE CIRCULAÇÃO Permite a troca de alguns átomos dos minerais por outros… A zona mais superficial do nosso planeta está fragmentada em placas tectónicas. E estas movem-se, ainda que lentamente! … e estas placas, durante o seu movimento, podem colidir ou afastar-se umas das outras. Quando duas placas continentais colidem, formam-se grandes relevos (cadeias montanhosas). Quando a colisão ocorre com uma placa oceânica (mais densa), esta irá “mergulhar” (subducção), afundando-se no sentido do interior da Terra! Existem placas tectónicas continentais (como a euro-asiática) e ôceânicas (como a placa do pacífico). Rochas Metamórficas A B C Em que locais será provável que ocorram fenômenos de metamorfismo?  Nas zonas de subducção (onde ocorre a formação de magma devido às elevadas temperauras e onde a pressão é considerável) – local A  Nas zonas onde se estão a formar montanhas (onde a pressão é enorme e a temperatura é elevada devido ao atrito) – local B Minerais e Rochas    Rocha metamórfica Metamorfismo de Rocha Sedimentar ou Ígnea modificação na composição atômica  influência das diferentes condições do ambiente atual x ambiente formação Nova rocha - Novas propriedades – Nova composição mineral pressões intensas ou elevadas temperaturas  movimento intenso e constante do núcleo terrestre  rochas pré-existentes são empurradas a níveis inferiores Rochas Metamórficas – tipos de metamorfismo Perto de intrusões magmáticas (bolsas de magma), as rochas que lhe estão próximas (rochas encaixantes) são alteradas (mas não chegam a fundir) devido ao calor. O tipo de rocha encaixante, a a quantidade de fluidos e a temperatura são factores determinantes do tipo de rocha metamórfica que se irá formar! Rochas Metamórficas – tipos de metamorfismo Por exemplo, em zonas de colisão de placas tectónicas onde ocorre a formação de montanhas e dobras, a existência de elevadas pressões e temperaturas também provoca alterações nos minerais das rochas … Gnaisse Xisto Rochas Metamórficas – as características A maioria das rochas metamórficas apresenta texturas características! Rochas Metamórficas As rochas evidenciam A foliação, quando o metamorfismo é de um grau mais elevado, pode ainda traduzir-se numa característica/textura muito própria: a xistosidade! FOLIAÇÃO Orientação e alinhamento dos minerais em planos aproximadamente paralelos Se houve forças, os minerais vão reorientarse… (normalmente numa direcção perpendicular ao sentido dessa força)! Planos de fragilidade ao longo dos quais a rocha costuma fracturar / partir com mais facilidade. Típico dos xistos. Rochas Metamórficas FOLIAÇÃO Gnaisse – rocha metamórfica Esta textura é típica do metamorfismo regional…PORQUÊ? Esse é o tipo de metamorfismo que implica a ocorrência de deformações, de forças (são elas que vão reorientar os minerais) Rochas Metamórficas O mármore não apresenta uma textura foliada… Porque será? Mármore – rocha metamórfica O mármore forma-se por metamorfismo de contacto, onde as forças têm pouca importância. Este tipo de metamorfismo dá-se por acção do calor, então os minerais não tenderão a orientar-se em direcções definidas… Rochas Metamórficas Rochas Metamórficas Rochas Metamórficas Rochas Metamórficas Rochas Sedimentares As Rochas Sedimentares são as mais comuns e são essencialmente formadas à superfície terrestre (baixas pressões e temperaturas) a partir de outras pré-existentes. Os sedimentos são os precursores das rochas sedimentares e encontram-se na natureza sob a forma de pequenas partículas, como areias, fragmentos de carapaças de seres vivos, etc… Resultam do desgaste das rochas SEDIMENTOGÉNESE (processo de formação e deposição de sedimentos) Rochas Sedimentares  Desgaste das rochas (inclui fenómenos de meteorização e erosão)  Transporte  Sedimentação  Diagénese ou Litificação (inclui fenómenos de compacção e cimentação e permite converter sedimentos soltos em rochas consolidadas)! Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 1 – DESGASTE DAS ROCHAS METEORIZAÇÃO As rochas pré-existentes que afloram à superfície ficam agora expostas a condições bem diferentes daquelas a que foram geradas – tornam-se instáveis e, sujeitas ao contacto com a atmosfera, biosfera e hidrosfera irão alterar-se física (desagregando-se – detritos ou clastos) e quimicamente (formando novos minerais, mais estáveis). A meteorização não implica qualquer transporte de material Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 1 – DESGASTE DAS ROCHAS EROSÃO Os materiais resultantes da meteorização (quer sejam fragmentos grandes, quer pequenas partículas dissolvidas em água) são removidos – muitas vezes para sítios bem longínquos! A erosão implica transporte de material As rochas foram desgastadas e desagregadas! Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 1 – DESGASTE DAS ROCHAS EROSÃO Os materiais resultantes da meteorização (quer sejam fragmentos grandes, quer pequenas partículas dissolvidas em água) são removidos – muitas vezes para sítios bem longínquos! A erosão implica transporte de material As rochas foram desgastadas e desagregadas! Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 2 – TRANSPORTE O agente transportador (água, vento) irá transportar os detritos até que tenha “força” para tal… Quando o agente transportador perder a dinâmica, os materiais irão depositar-se (sedimentos)… O transporte é o processo físico responsável pela deslocação dos detritos! Rochas Sedimentares Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 2 – TRANSPORTE A velocidade do agente transportador e o tempo a que as partículas ficam sujeitas a esse mesmo transporte determina o seu tamanho, bem como o seu grau de “polimento”/arredondamento…!!! Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 2 – TRANSPORTE Durante o transporte, os materiais sólidos vão sofrendo sucessivas alterações! Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 3 – SEDIMENTAÇÃO Deposição dos sedimentos nas chamadas bacias de sedimentação – este processo é determinado pela força gravítica e pela perda de capacidade de transporte dos agentes responsáveis por esse processo.  A velocidade (energia) do agente de transporte influencia no tamanho da partícula transportada e sedimentada Matacões Blocos Areia+silte+argila Pedregulhos + areia Praia do Forte – Cabo Frio - RJ O ouro, por apresentar uma densidade elevada, tende a depositar-se nas secções mais a montante dos rios …! Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 3 – SEDIMENTAÇÃO É durante este processo que podem também depositar-se restos de organismos ou das suas actividades (vão originar fósseis - são contemporâneos da rocha que os contém). http://www.youtube.com/watch?v=Dz44vr5cehs&NR=1 A sedimentação ocorre maioritariamente em meio aquático - é que a água é um excelente agente transportador…); é também em meio aquático que é mais provável a ocorrência de fósseis (os restos mortais não estão sujeitos às instáveis condições climatéricas ou à acção de outros animais)! Rochas Sedimentares A ordem de sedimentação é condicionada pelas dimensões e pela densidade dos sedimentos! Primeiro depositam-se os mais densos e maiores e depois os mais pequenos e leves! Formar-se-ão (desde que não ocorram perturbações) ESTRATOS (camadas sobrepostas, paralelas e horizontais que se distinguem pela espessura, dimensão e coloração), nos quais é frequente encontrar fósseis! Rochas Sedimentares A homogeneidade de cada estrato implica que os materiais disponíveis e as condições de sedimentação se tenham mantido sempre constantes! Rochas Sedimentares Cada estrato é limitado superiormente por uma zona chamada tecto e inferiormente por uma chamada muro Rochas Sedimentares Mas nem sempre a estratificação (presença de estratos) típica das rochas sedimentares surge horizontalmente… Em sedimentos fluviais e eólicos são frequentes casos de estratificação entrecruzada. Este tipo de estratificação revela uma variação na intensidade e/ou na direcção do agente de transporte. Se a direcção ou a velocidade da corrente se altera, também a orientação dos estratos subsequentes muda relativamente aos estratos inferiores. Rochas Sedimentares Mas, após o desgaste (por erosão e meteorização), transporte e sedimentação, os sedimentos continuam soltos!!!! 4 – DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO Conjunto de processos físico-químicos que permite “converter” sedimentos soltos em rochas consolidadas! Nem todas as rochas sedimentares passam por este processo (Ex: areias) Rochas Sedimentares DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO Durante a diagénese os sedimentos irão sofrer algumas mudanças … (Do gr. líthos, «pedra» +facère, «fazer») Se a sedimentação for contínua, os sedimentos vão ocupando posições cada vez mais profundas e, por isso, os estratos mais inferiores vão experimentando um aumento gradual de pressão – ainda que não se atinjam valores que causem metamorfismo!!!) Rochas Sedimentares DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO Cada novo estrato que se forma sobrepõe-se e comprime o estrato que lhe está abaixo – progressivamente vai ocorrendo um afundamento! (obviamente, isto trará consequências…) Rochas Sedimentares DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO inclui 2 etapas … COMPACTAÇÃO CIMENTAÇÃO Rochas Sedimentares DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO COMPACTAÇÃO ou compacção Devido à compressão pelas camadas superiores, o volume dos espaços vazios entre os sedimentos (poros) diminui; ocorre também a perda da água que se encontrava nesses espaços! Rochas Sedimentares DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO CIMENTAÇÃO Algumas substâncias dissolvidas na água (sílica, carbonato de cálcio, óxidos de ferro) existente entre os sedimentos podem precipitar e, gradualmente, vão ocupar os pequenos espaços vazios que possam ainda existir, formando um cimento que irá unir os sedimentos. ROCHA CONSOLIDADA! Rochas Sedimentares Os principais ambientes sedimentares Rochas Sedimentares 75 % das rochas que afloram à superfície e que se encontram a cobrir parte dos fundos oceânicos são sedimentares! Ainda assim, o seu volume é muito reduzido quando comparado com o volume ocupado em toda a crusta pelos outros tipos de rochas! É que as rochas sedimentares são muito difíceis de preservar (estão em permanente desgaste por estar à superfície). Rochas Sedimentares Detríticas Quimiogénicas (consolidadas ou não consolidadas) Formadas por detritos de outras rochas. Resultam da precipitação de substâncias que estavam dissolvidas na água. http://www.youtube.com/watch?v=FpYEs1fp1qc Ex: conglomerados, brechas, argilas, areias, arenitos… Ex:calcário, evaporitos (sal-gema), Rochas Sedimentares Biogénicas - Formadas pela deposição de restos de organismos … Ex: diamotitos, carvões, calcário conquífero Rochas Sedimentares Rochas Sedimentares Rochas Sedimentares Rochas Sedimentares Rochas Sedimentares Rochas Sedimentares Rochas Sedimentares Rochas Sedimentares