Livro de Geologia (UniCentro) – Gisele Pietrobelli e Eliza do Belém Tratz [PDF]

Introdução 07 Introdução à ciência geológica 09 A crosta da terra 19 Mineralogia, propriedades e classificação dos minerais e suas ocorrências no Brasil e no Paraná 27 Rochas Ígneas 45 Metamorfismo e rochas metamórficas 59 Sedimentos e rochas sedimentares 69 Solos e processos de erosão 83 Referências 97 introdução O conteúdo exposto neste material traz informações acerca de conceitos básicos de Geologia, ciência que estuda os aspectos físicos internos e externos do planeta Terra. A relação entre os aspectos citados e os processos de evolução da Terra sempre é feita. Não é por acaso que a história do planeta, na Geologia, é contada em Eras. Sim! Cada pedacinho da paisagem avistada guarda um pouco do passado geológico escondido nas rochas ou nos microscópicos minerais que as compõem. Isso, além de tornar a Geologia uma ciência extremamente atraente a torna muito importante para quem pretende saber mais sobre a origem do planeta. Esses mesmos minerais que fornecem chaves para a interpretação das eras, quando ganham o título de recursos minerais, contribuem com a economia, gerando renda, empregos e também impactos ambientais decorrentes da mineração. Então, que tal avançar no reino mineral e aprender mais sobre ele, antes de entrar em discussões? E as rochas, são todas iguais? Quais os processos geradores, ciclo e ligação com a dinâmica interna da Terra? A ação do tempo e do clima, nessas rochas, é a responsável pela formação dos solos, estudados de acordo com um ramo da ciência denominado de Pedologia. Um pouco deste conteúdo é exposto neste livro, que conta com os seguintes capítulos temas: introdução à ciência geológica; a crosta terrestre e o ciclo das rochas; mineralogia: propriedades e classificação dos minerais e suas ocorrências no Brasil e Paraná; rochas ígneas, sedimentos e rochas sedimentares; metamorfismos e rochas metamórficas e solos: formação, classificação e erosão. introdução à ciência GeolóGica Geologia, do grego geo=terra e logia=estudo, é a ciência que estuda a Terra, sua composição, estrutura, propriedades físicas, história e os processos que ocorreram e ocorrem no planeta, determinando a sua configuração. Está inserida entre as ciências da Terra. A Geologia, junto com a Biologia, permite conhecer o meio e o habitat. Por meio delas é possível intervir de maneira responsável nas formas humanas da ocupação, utilização e exploração do meio físico. objetivos da ciência GeolóGica • Estudo das propriedades dos constituintes do interior e da superfície da Terra, em diferentes escalas (temporal e espacial); • estudo dos processos geológicos que ocorrem no presente e que ocorreram no passado geológico do planeta; • estabelecimento de procedimentos sustentáveis de utilização dos recursos materiais e fenômenos geológicos como fonte de matéria prima e energia; • resolução de problemas ambientais causados anteriormente e estabelecimento de critérios para evitá-los. PrinciPais ramos de estudo da GeoloGia • Mineralogia – estudo da composição, propriedades, formação e ocorrência dos minerais; • petrologia – estudo da origem e ocorrência das rochas; • petrografia – subdivisão da petrologia que estuda a descrição das rochas e análises estruturais; • geofísica – estuda a estrutura, composição e a dinâmica da Terra por métodos físicos (magnetometria, gravimetria e sismologia); • geologia marinha – estudo da geomorfologia do substrato oceânico, processos associados à interação entre oceano e continente, feições geomorfológicas costeiras; • estratigrafia – caracterização das unidades estratigráficas e correlações com os processos evolutivos da Terra; • paleontologia – estuda a vida no tempo pré-histórico e sua evolução durante o tempo geológico; • geologia médica – estuda os fatores e riscos geológicos à saúde humana e animal. um Pouco a resPeito da história da GeoloGia Admite-se que o primeiro marco na evolução da ciência geológica é o filósofo grego Tales de Mileto (624/625-556/558 a.C.), nascido na atual Turquia. Ele expressa uma das leis fundamentais da Geologia: “ [...] a água modifica a face da Terra” (BAHIA, 2015). Em 79 a.C. o naturalista Plínio, o Velho (33 a 79 a. C.), morre sufocado pelas cinzas do vulcão Vesúvio e seu sobrinho Plínio, o Moço, vinte e cinco anos após faz narrativas detalhadas da erupção, tornando-se o primeiro vulcanologista da história. Georgius Agrícola (1494-1555),com seu livro Sobre a natureza dos metais, torna-se o pai da mineralogia. Nicolaus Steno (1638-1686) estabelece três princípios básicos da estratigrafia: Lei da Sobreposição de Estratos e os princípios da Horizontalidade Original e Continuidade Lateral dos estratos. Em Geologia, os seus estudos abrangem a Mineralogia e a Paleontologia. O agrimensor William Smith (1769-1839), com base em inúmeras anotações, conclui que cada estrato de rocha contém fósseis que lhe são 10 específicos e estabelece a correlação de camadas de rochas situadas a vários quilômetros de distância. James Hutton (1726-1797) propõe o princípio do uniformitarismo (atualismo) e Charles Lyell (1797-1875) a defende na obra Princípios de Geologia. Georges Cuvier (1769 – 1832) propõe a Teoria das Revoluções ou Catástrofe – o catastrofismo. Não pode ser negligenciado, aqui, o Neocatastrofismo como modo de pensar a Geologia. O meteorologista alemão Alfred L. Wegener (1880-1930), em 1912, propõe a Teoria da Deriva Continental, baseado em evidências geológicas, paleontológicas, paleoclimáticas. A teoria propõe a existência de um continente único chamado Pangea (cerca de 200-150 milhões de anos atrás) que, fragmentando-se, dá origem aos continentes atuais. Entretanto, suas ideias não são bem aceitas no meio científico e é esquecida até as décadas de 50 e 60, quando surge a Teoria da tectônica de placas (TASSINARI, 2000). Os pressupostos fundamentais da tectônica de placas são: a superfície da Terra é dividida em cerca de 12 placas principais e outras menores; os limites entre as placas podem ser construtivos, destrutivos e transcorrentes, cada um deles definindo atividades diferentes que resultam em produtos diferentes e as placas abrangem tanto terrenos continentais como oceânicos (fundo dos mares) (TASSINARI, 2000). A tectônica de placas constitui, nas últimas décadas, um paradigma para a Geologia. atividade 1 Que tal buscar conhecer mais sobre os princípios do Catastrofismo, Atualismo, e Neocatastrofismo? Pesquise também se há relação entre esses princípios e a Biologia. temPo GeolóGico e a formação da terra A idade da Terra é estimada em aproximadamente 4,6 bilhões de anos e esse intervalo de tempo, compreendido desde o início da formação do planeta até o tempo presente, é chamado de tempo geológico. Ele integra intervalos menores de tempos denominados eons, eras, períodos, épocas e idades. 11 O eon corresponde a um grande período de tempo. A história da Terra é formada por quatro eons: o Hadeano, o Arqueano, o Proterozoico e o Fanerozoico. Os três últimos são divididos em eras geológicas. A era geológica representa um grande período de tempo marcado pelo posicionamento e caracterização de continentes e oceanos, bem como pela organização da vida. Na sequência tem-se a divisão da era em períodos, estes divididos em épocas e estas divididas em idades. Pode ser considerado um Supereon o período de tempo desde o início da formação da Terra até aproximadamente 550 milhões de anos atrás, portanto representa a maior parte do tempo geológico da Terra (cerca de 88% da história do planeta). Essa relação de tempo é observada na Figura 1. O Supereon é dividido em três eons: Hadeano – de 4,6 a 4,0 bilhões de anos; Arqueano- de 4,0 a 2,5 bilhões de anos – é dividido em 4 eras: Eoarqueano, Paleoarqueano, Mesoarqueano e Neoarqueano;Proterozoico – de 2,5 bilhões a 550 milhões de anos – é divido em 3 eras Paleoproterozoico, o Mesoproterozoico e o Neoproterozoico. Figura 1: Eras geológicas e idades Fonte: BRASIL, MAST (2015). 12 13 eon hadeano No Eon Hadeano a Terra apresenta uma superfície quente e fundida, a atmosfera contém, basicamente, dióxido de carbono, portanto, com condições adversas para suportar a vida. eon arqueano No Eon Arqueano, o interior da Terra é muito quente, porém, na superfície as temperaturas não são muito diferentes das atuais, porque, acreditam os astrônomos, o sol era 1/3 menos quente que hoje. Das rochas formadas nesse Eon, poucas existem hoje. As atividades vulcânicas são consideravelmente maiores que as atuais. A atmosfera, rica em dióxido de carbono (CO2 ) e praticamente sem oxigênio. A vida no Arqueano já existia, mas era representada provavelmente pelos procariontes. Cianobactérias formaram tapetes, que são os estromatólitos eestão preservados até hoje. Figura 2: Coluna geológica simplificada. EONS ERAS PERÍODOS Épocas Fanerozoico Cenozoico Quaternário Holoceno Pleistoceno Neogeno Paleogeno Mesozoico Cretáceo Jurássico Triássico Paleozoico Permiano Carbonífero Devoniano Siluriano Ordoviciano Cambriano Proterozoico Neoproterozoico Mesoproterozoico Paleoproterozoico Arqueano Neoarqueano Mesoarqueano Paleoarqueano Eoarqueano Hadeano O Arqueano divide-se em quatro eras: Eoarqueano (3,85-3,6 bilhões de anos), fase em que a Terra é bastante atingida por meteoritos. Paleoarqueano (3,6 a 3,2 bilhões de anos), quando os primeiros continentes começam a se definir. Ao final dessa era, estima-se a ocorrência de um supercontinente, chamado Vaalbara. Registros de bactérias de 3,46 bilhões de anos bem preservadas são encontrados na Austrália. No final do período Mesoarqueano(3,2 a 2,8 bilhões de anos) o supercontinente Vaalbara parte-se. Os estromatólitos estão bastante disseminados na Terra. Neoarqueano (2,8 a 2,5 bilhões de anos): dessa era existem preservadas algumas bacias de sedimentação e evidências de fraturas intracontinentais, choque de placas e ciclos orogênicos. Nas águas oceânicas profundas são depositadas formações ferríferas bandadas. eon Proterozoico Começa há 2,5 bilhões de anos e se estende até 540 milhões de anos atrás. É uma fase de transição, em que o oxigênio se acumula na litosfera, formando óxidos, principalmente de silício e ferro. As camadas de óxido de ferro formam-se, sobretudo, em torno de 2,5 a 2 milhões de anos. Surgem os eucariontes e, um bilhão de anos atrás, muitos outros tipos de algas aparecem. Cerca de 900 milhões de anos atrás os continentes estavam reunidos numa única massa continental, chamada Rodínia, que se fragmenta no final desse eon. O Proterozoico é dividido em três eras: Paleoproterozoico (de 2,5 a 1,6 bilhões de anos), quando surgem os primeiros seres eucariontes; Mesoproterozoico (de 1,6 a 1,0 bilhão de anos), era em que se forma o supercontinente Rodínia e surge a reprodução animal sexuada; Neoproterozoico (1,0 bilhão de anos a 540 milhões de anos): no final dessa era termina o eon Proterozoico e a longa fase da história da Terra que se chamava, até recentemente, de Pré-Cambriano. Esse nome compreende o conjunto dos três eons mais antigos da história do planeta, intervalo que abrange nada menos que 7/8 da história da Terra. Dos períodos desse eon, merece destaque o mais recente, o Ediacarano, pela importância dos fósseis da Biota Ediacarana. eon fanerozoico Eon Fanerozoico se estende de 540 milhões de anos até os dias atuais, e é caracterizado por abrigar a vida. É formado por três eras: Paleozoica, Mesozoica e Cenozoica. 14 era Paleozoica Do grego: paleo = antiga + zoico = vida, dura de 540 a 248,2 Ma. Essa era é marcada por dois grandes eventos da história biológica do planeta: o início da expansão da vida, no começo da era, e a maior extinção em massa que o planeta já presenciou, no final do Paleozoico. A Era Paleozoica se divide em seis períodos: Cambriano, Ordoviciano, Siluriano, Devoniano, Carbonífero e Permiano. Durante o paleozoico, as placas litosféricas dividem-se em Laurentia (atual América do Norte), Báltica (atual Europa), Sibéria e Gondwana. Essas porções são bastante retrabalhadas durante essa era. O Gondwana está posicionado no polo sul e há uma série de transgressões e regressões marinhas. A colisão dessas massas continentais gera cadeias de montanhas (que não existem mais) e a própria fusão dos continentes que leva à formação do supercontinente chamado Pangea. Esse continente tinha uma disposição alongada, estendendo-se do polo norte ao polo sul. O restante da superfície da Terra é coberto por um grande oceano chamado Panthalassa (do grego pan = todo + thalassa = oceano), com exceção de um pequeno mar a leste de Pangea, chamado Tethys (que hoje é representado pelo Mar Mediterrâneo). Durante a Era Paleozoica, nos blocos Laurentia, Báltica e Sibéria ocorrem diversas orogenias (processo de formação de montanhas). No bloco Gondwana, chega ao fim o Ciclo Orogênico Brasiliano - Panafricano (830 - 480 milhões de anos). A partir de então, grande parte desse continente passa por um período de calmaria tectônica representado, no Brasil, pelas extensas bacias sedimentares do Amazonas, Paraná e Parnaíba. Essas bacias se iniciam com uma fase de sedimentação marinha (Ordoviciano-Devoniano), passando para uma sedimentação mista (Carbonífero) e depois continental (Permiano ao Jurássico) (SCHOBBENHAUS et al., 1984). Já a margem oeste do Gondwana não experimenta as mesmas condições de calmaria, há a acreção de vários blocos crustais que resulta em diferentes orogenias. era mesozoica Do grego meso =meio ou intermediário e zoica =vida, é dividida em três períodos: Triássico, Jurássico e Cretáceo. O limite inferior do Mesozoico é marcado por uma grande extinção em massa, de causas imprecisas, mas de alguma forma relacionadas a uma intensa glaciação que afetou o planeta. Da mesma forma, ocorre, no limite superior da era Mesozoica, outra grande extinção, que é atribuída ao impacto de um meteoro, em Chicxulub, na península 15 de Yucatan, México (seu diâmetro teria cerca de 170 Km). Além da onda de choque e calor, posteriormente o impacto forma uma espessa nuvem de poeira responsável por mudança no clima da Terra, bloqueando a fotossíntese, e quebrando a cadeia alimentar. A despeito dessas duas grandes extinções em massa, na Era Mesozoica ocorre o maior desenvolvimento dos grandes répteis e o surgimento das primeiras aves e plantas com flores. O Pangea existiu no início da era Mesozoica (figura 3), contudo no final do período Triássico, esse supercontinente fratura-se no processo de rifteamento que origina o oceano Atlântico e também os continentes existentes hoje. No Brasil, a quebra do supercontinente Pangea gera uma importante feição geotectônica: o Sistema de Rifts do Leste do Brasil, com suas várias bacias marginais. Esses processos distensivos predominam durante quase todo o Mesozoico, mas, no final do Período Cretáceo, recomeçam as colisões na região circumpacífica, e iníciam as orogenias na América do Norte (colisão entre a placa do Pacífico e a América do Norte) e na América do Sul (colisão entre a placa de Nazca e a América do Sul). Figura 3: Posição das superfícies continentais no supercontinente Pangea Fonte: Rogers (1996) era cenozoica Do grego ceno= recente e zoico=vida, inicia há 65,5 milhões de anos e estende-se até os dias atuais. Atualmente o Cenozoico é divido três períodos: 1) - Paleogeno (de 65,5 milhões de anos a 23,03 milhões de anos atrás), compreendendo as épocas Paleoceno, Eoceno e Oligoceno. 2) - Neogeno (de 23,03 milhões de anos a 2,6 milhões de anos atrás), com as épocas Mioceno e Plioceno. 3) - Quaternário (de 2,6 milhões de anos atrás até ao presente), com as épocas Pleistoceno e Holoceno. 16 É a partir do Cenozoico que a Terra assume a configuração existente no presente. Há intensas atividades vulcânicas e formação de cadeias de montanhas como os Andes e os Alpes. A separação do Pangea mantém durante toda essa era. O Cenozoico se caracteriza como uma era de resfriamento a longo prazo, com um leve aquecimento no Mioceno. Ocorre uma forte explosão evolutiva dos mamíferos, diversificação de angiospermas e gramíneas. O Quaternário é a época atual Há muitos estudos referentes às mudanças climáticas, pois o Pleistoceno é marcado por diversos períodos glaciais (resfriamento) e interglaciais (aquecimento). A figura 4 mostra esses eventos nos últimos 1,5 milhão de anos. Figura 4: Períodos glaciais e interglaciais a partir de 1,5 Ma A.P. Fonte: Pop (1994) A proposição mais aceita a respeito da causa das glaciações diz respeito aos Ciclos Milankovitch que alteram taxas de radiação solar, produzindo variações de temperatura: Excentricidade da órbita (100.000 anos); Inclinação do eixo (41.000 anos); Precessão dos equinócios (23.000 anos). OHomo sapiens espalha-se pela Terra e estima-se que a sua chegada aos continentes coincide com a extinção da megafauna. O início do Holoceno registra o fim das glaciações e é a época atual. 17 considerações Esta breve apresentação da história e evolução do planeta coloca em evidência a dinamicidade do planeta Terra desde o início de sua formação. Muitos eventos que ocorrem ao longo de sua evolução não se repetirão, portanto, muitos recursos naturais que hoje são explorados exaustivamente não terão outro ciclo de formação. Ainda são enfatizados os processos dinâmicos (endógenos e exógenos) que estão presentes e moldam o planeta. atividade 2 Um dos temas mais complexos na Geologia diz respeito ao tempo geológico. A compreensão dessa ampla dimensão de tempo torna-se difícil tanto para crianças como para adultos. Assim, pesquise sobre as diferentes formas de representar, por analogia, toda essa dimensão de tempo de bilhões de anos. Pesquise as formas de datação de rochas e sedimentos orgânicos. 1