Geoquímica de Superfície
Bases conceituais
Interação lito, hidro, pedo e bio-esferas
Adaptado do curso de Hidrogeoquímica,
ministrado pelo prof. Jorge de Lena
UFOP/EM/DEGEO
Ciclo das rochas
Intemperismo
Intemperismo é um conjunto de modificações
•físicas (desagregação)
•químicas (decomposição) e
•biológicas (desagregação e decomposição)
que as rochas sofrem na superfície da Terra.
Os produtos do intemperismo estão sujeitos às
forças que atuam na superfície da Terra podendo
ser transportados e sedimentados.
Intemperismo
Intemperismo Químico
Principal agente do intemperismo químico é a água da chuva,
agindo juntamente com o CO2 dissolvido nela.
A reação pode ser sintetizada assim:
Mineral I + Solução → Mineral II + Solução de percolação
A solução de percolação é a que leva os metais dissolvidos
para o sistema hídrico.
Intemperismo
Intemperismo Físico
Processo que causa desagregação física
das rochas com separação dos grão minerais,
anteriormente coesos. Suas causas são:
• expansão/contração térmica
• congelamento de água
• cristalização de sais
Intemperismo
Intemperismo Biológico
Causado por ação de plantas ou animas que liberam
no ambiente substâncias que provocam modifcações
nos minerais.
Evolução das alerações por hidrólise de minerais silicatados (Carvalho, 1995)
Minerais e o Intemperismo
Classificação das Rochas Ígneas
Intemperismo
Os minerais apresentam resistências diferentes ao
ataque da água de chuva. Na ordem crescente:
Série de Bowen
Intemperismo
Algumas reações:
Olivinas:
Mg2SiO4 + 4H2CO3 →2Mg2+ + 4HCO32- + H4SiO4
Mg2SiO4 + 4H2O → 2Mg2+ + 4OH- + H4SiO4
2Fe2SiO4 + 6H2O + O2 → 4FeOOH + 2H4SiO4
Piroxênios:
CaMgSi2O6 + 4CO2 + 6H2O → Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3- + 2H4SiO4
(diopsídio)
CaFeSi2O6 + 4CO2 + 6H2O → Ca2+ + Fe2+ + 4HCO3- + 2H4SiO4
(hedenbergita)
Intemperismo
Algumas reações:
Feldspatos:
KAlSi3O8 + 2H2CO3 + 9H2O → Al2Si2O5(OH)4 + 2K+ + 2HCO3- + 4H4SiO4
KAlSi3O8 + H2CO3 + 7H2O → Al(OH)3 + K+ + 3H4SiO4 + HCO3-
Micas:
2KAl2(AlSi3O10)(OH)2 + 14H2CO3 + H2O → Al2Si2O5(OH)4 + 2K+ + 4Al3+ + 14HCO3- + 4H4SiO4
2KFe3(AlSi3O10)(OH)2 + 14H2CO3 + H2O → Al2Si2O5(OH)4 + 2K+ + 6Fe2+ + 14HCO3- +
4H4SiO4
Fases do Sedimento
Mineralogicamente (e quimicamente) os sedimentos podem ser
constituídos de quatro fases:
•Carbonatos
•Óxidos
•Orgânicos
•Silicatos
Estudando a presença e transporte de metais traço no ambiente
uma pergunta se torna importante:
Como estão ligados os íons aos sedimentos?
Classificação granulométrica dos sedimentos
Peneiras – abertura da malha
ASTM
TYLER
ABERTURA
(μm)
10
9
2000
18
16
1000
60
60
250
120
115
125
230
250
63
400
400
38
Biodisponibilidade
Biodisponibilidade é um conceito baseado na disponibilidade de
espécies químicas que podem ser assimiladas pela biota,
podendo causar efeitos adversos observados através de
respostas fisiológicas.
A Biodisponibilidade, portanto, é a porção de uma espécie química
que está disponível para ingestão, inalação ou assimilação por um
Organismo vivo.
Geodisponibilidade
A Geodisponibilidade é a porção do conteúdo total de uma
Espécie que pode ser liberada a partir de uma material
geológico para a superfície ou próximo à superfície, por
processos físicos, químicos ou biológicos.
A Geodisponibilidade, portanto, depende da suscetibilidade
da rocha à alteração intempérica e à abundância dos minerais.
A suscetibilidade à alteração é função das propriedades dos
Minerais e da geoquímica das águas (pH, Eh, STD, OD).
Diagrama de Potencial Iônico delimitando os campos de comportamento
dos cátions em solução aquosa (Carvalho 1995)
Fases do sedimento operacionalmente definidas (Tessier)
Adsorção ou Absorção?
Adsorção é a adesão de espécies presentes em uma solução
sobre uma superfície sólida. É altamente dependente da
temperatura e do pH da solução. O que mantém as espécies
ligadas à superfície são ligações covalentes (adsorção química )
ou de van der Waals (adsorção física).
Absorção fenômeno de penetração de matéria na matéria
ou de radiação na matéria.
Modos de Adsorção
Visão mais detalhada
dos vários modos de
adsorção.
O saldo final de cargas
na superfície do sólido é
negativo.
Isto se deve, em alguns
minerais à saída ou perda
de cátions por lixiviação
Dupla camada elétrica da superfície
Dependência da carga da superficial com o pH
Método de estudo – Experimento de Adsorção
Início
Equilíbrio
Isoterma
Dependência da adsorção com o pH
pH
Origem dos Componentes dos
Sistemas Aquosos Superficiais
Em termos de suas origem os componentes (espécies) presentes
na água podem ser classificados como:
a) Litogênicos
b) Vulcanogênicos
c) Biogênicos
d) Atmogênicos
e) Cosmogênicos
Componentes Litogênicos
Os componentes litogênicos são originários das lotologias
locais e estão presentes na água pela ação do intemperismo
físico e químico.
Esses componentes estão presentes na água na forma de íons,
complexos e na forma de partículas coloidais.
Componentes Vulcanogênicos
Estes componentes estão na água devido a atividades vulcânicas
como derramamento de lavas, erupções explosivas, propagação
de cinzas, águas termais, fumarolas e emanações gasosas.
Componentes Biogênicos
Estes componentes têm origem na biosfera, ou seja, são resultantes
das atividades biológicas. Inclui-se aqui produtos de metabolismo
de organismos vivos, restos, e produtos de decomposição desses
mesmos organismos.
Quando esta proveniência se refere ao ser humano dizemos que
ele tem origem antropogênica ou antrópica. Deve-se deixar
bem claro que isto se refere aos materiais fabricados pelo
ser humano.
Componentes provenientes da Atmosfera
Estes são os gases presentes na atmosfera e que interagem
com a água reagindo ou não com ela.
Exemplos:
O2 que se dissolve na água
CO2 que rage e gera o H2CO3
NO2 que gera HNO3
SO3 que gera H2SO4
Estes também podem ter origem antropogênica ou geogênica
Componentes provenientes da Atmosfera
Devemos ainda considerar os particulados e aerosóis existentes
na atmosfera e que interagem com a água.
Um bom exemplo é o cloro existente na atmosfera resultante da
evaporação marinha e da arrebentação das ondas.
Composição das Águas Doces Superficiais
São consideradas Águas Doces aquleas cujo teor de Sólidos
Totais Dissolvidos não ultrapassa o valor de 100 mg/L. O seu
pH, em geral, varia em torno da neutralidade.
Origem de alguns componentes
H2CO3/HCO3-/CO32- - atmogênicos, litogênicos e biogênicos
Cl- - atmogênica
SO42- - litogênica e vulcanogênica
NO3- - biogênica (antropogênica)
P - litogênico e antropohgênico na forma de fosfato.
Metais – Litogênicos e Antropogênicos
Tratam dos equilíbrios entre uma
fase sólida e íons na solução.
Estes íons são provenientes da
dissociação (solubilização) da
fase sólida.
O equilíbrio é atingido quando
a solução se satura.
Este equilíbrio sofre influência
da temperatura (como os demais),
da salinidade e do pH da solução.
Equilíbrios de Solubilidade
Equilíbrios de Solubilidade
Solubilidade dos carbonatos
Equilíbrios de Solubilidade
Solubilidade dos sulfetos
Equilíbrios de Solubilidade
Solubilidade dos hidróxidos
Os hidróxidos dos metais
alcalinos e alcalino-terrosos
são amplamente solúveis.
Por isso dizemos que
os íons Na+ K+ Ca2+ e Mg2+
são geoquimicamente
móveis.
Equilíbrios de Solubilidade
Solubilidade dos hidróxidos
Isto já não acontece para os
hidróxidos dos metais de
transição como por exemplo
o Fe(OH) 3.
Equilíbrios de Solubilidade
Solubilidade dos hidróxidos
Al3+
Fim.