apostila minerais e rochas

apostila minerais e rochas

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Fundação de Estudos Agrários "Luiz de Queiroz"

Prof. Celso A. Clemente

Piracicaba 27 de Março de 2004

A seguir apresentamos um texto básico de Mineralogia e Petrologia que deverá ser considerado apenas como um texto de apoio e de consulta para a disciplina Geo-1 e Recuperação de Áreas Degradas por Mineração.do CEGEA.

Capítulo I MINERAIS E ROCHAS

1.1 – Introdução

O interessado aluno ingressante no Curso de Agronomia necessita conhecer o solo. A maioria de suas atividades futuras e profissionais poderão estar relacionadas ao conhecimento e exploração dos solos. Como parte fundamental para estudo e exploração do solos tem-se necessariamente que acumular conhecimentos a respeito de seus materiais de origem. Fica então a pergunta, quais são os materiais de origem dos solos?

Consideramos como materiais de origem dos solos: a) Rocha no estado íntegro ( sem alteração ); b) Produtos de alteração de rochas "in situ"; c) Produtos (sedimentos) inconsolidados transportados e depositados.

Todos esses materiais de origem dos solos são constituídos, na sua grande maioria, por minerais. Dessa forma tem-se que primeiro, estudar e conhecer os principais minerais que formam os materiais de origem dos solos e em seguida, caracterizar esses materiais para depois identificar e interpretar os fenômenos de transformação desses produtos em solos. Com isto conclui-se que o primeiro passo é estudar Mineralogia e Petrologia e dentro deste contexto o primeiro problema que aparece é o de distinguir Mineral de Rocha.

1.2 - Distinção entre Mineral e Rocha A condição necessária para conseguir a distinção entre Mineral e Rocha é ter o conhecimento dos conceitos que os definem. Tanto mineral como rocha são corpos naturais que constituem a Litosfera. Várias são as definições de minerais e rochas. Apresenta-se abaixo as de uso mais corrente:

ÎEspécie Mineral: É um sólido homogêneo, de ocorrência natural, geralmente inorgânico, com composição química definida e uma estrutura cristalina (arranjo ordenado de cátions e ânions). Ex.: Hematita (α-Fe203), Calcita (CaCO3), Diamante (C). ÎMineralóide ou substâncias "amorfas": São substâncias inorgânicas que não apresentam um arranjo interno ordenado. Ex.: Vidro vulcânico

ÎRocha : É um agregado natural, coerente, multigranular de uma ou mais espécies minerais. Podendo conter ainda, matéria orgânica e matéria vítrea. Ex.:

Rocha Constituintes Principais

Granito Quartzo, Feldspatos, Micas Calcário Calcita e Dolomita Arenito Quartzo

Após esses conceitos, e utilizando-se dos critérios relacionados a seguir, é possível, após o exame de uma amostra, dizer se é um mineral ou uma rocha.

A - Forma Externa: os minerais podem ocorrer espontaneamente com forma externa de cristais, devido apresentar uma estrutura cristalina definida. Podem exibir faces planas e regulares que no conjunto, podem formar poliédros (cubos, hexágonos, prismas, etc), embora isso não seja obrigatório. Uma rocha normalmente não apresenta forma poliédrica natural. a1) Apresentando forma poliédrica, mesmo que imperfeita, trata-se de um mineral ( Figura 1).

Figura 1. Formas poliédricas de minerais a2) Não apresentando nenhuma face plana e regular, pode ser mineral ou rocha.

B) Matéria Orgânica. Definindo mineral como uma substância inorgânica, toda amostra que contiver matéria orgânica como constituinte, será considerada uma rocha. Geralmente, a matéria orgânica é reconhecida por apresentar cor escura, odor característico, ao friccionar suja os dedos e em contato com fogo torna-se combustível. C) Número de Constituintes. Trata-se de uma avaliação do número de componentes da amostra (mineral, matéria orgânica, matéria vítrea). Em geral os diferentes constituintes são reconhecidos por apresentar propriedades distintas, como por exemplo cor, brilho, etc. c1) Se amostra apresentar mais de um constituinte, ela é uma rocha (Figura 2A).

Entretanto, é possível na natureza, que alguns minerais apresentem impurezas disseminadas em seus cristais, como ilustrado nas Figuras 2B e 2C.

Figura 2. Distinção entre mineral e rocha em função do número de constituintes. (A) material com mais de um constituinte → rocha; (B) material com dois constituintes, um deles considerado impureza → mineral; (C) material com várias partículas disseminadas, inclusões de um mineral em outro → mineral c2) Se a amostra contiver apenas um constituinte, pode ser mineral ou rocha.

Neste caso segue-se a análise e utiliza-se o critério da homogeneidade. D) Homogeneidade. Se a amostra for constituída por partículas distintas, a luz incidente sobre ela será refletida com diferentes orientações. Neste caso tem-se uma rocha

(Figura 3A). Se for constituído de uma única parte, toda amostra é um único indivíduo, não sendo possível reconhecer diferentes reflexões da luz nas partículas, têm-se um mineral ( Figura 3B).

Figura 3. Distinção entre mineral e rocha em função da homogeneidade. (A) material constituído por partículas distintas, com diferentes orientações e posições de reflexões de luz → rocha; (B) material constituído de uma única parte, não sendo possível reconhecer diferentes reflexões da luz nas partículas → mineral.

Evidentemente que os critérios apresentam limitações e alguns cuidados devem ser tomados no reconhecimento macroscópico de minerais e rochas. O tamanho dos constituintes pode ser fator limitante na identificação uma vez que estes podem ser muito pequenos (microscópicos) não sendo possível identificá-los a olho nu. Outros cuidados referem-se aos geodos e grupamentos cristalinos existentes nas rochas. Pode-se retirar (amostrar) uma parte de uma rocha no espaço de um geodo ou de um grupamento de cristais. Como exemplo, cita-se a retirada de uma porção de rocha no espaço de um geodo de um basalto vesicular (Figura 4A), ou a concentração de feldspatos ou micas de um granito, (Figura 4B). As amostras retiradas são grupamentos naturais de minerais que se formaram quando da consolidação da rocha, no caso do granito, ou após sua consolidação, no caso dos basaltos, não constituindo uma nova rocha.

Figura 4. (A) basalto vesicular mostrando geodo preenchido por cristais de quartzo; (B) granito mostrando acúmulo de micas.

Os métodos macroscópicos de identificação de minerais e rochas citados, podem ser utilizados para a maior parte dos minerais e rochas de interesse agronômico. Entretanto, algumas vezes estes métodos podem ser insuficientes e devem ser utilizadas técnicas complementares de laboratório como por exemplo, difratometria de raios-X, microscopia óptica e eletrônica, análises químicas e etc., para solucionar o problema.

Capítulo I

2.1. BRILHO – O brilho de um mineral é a capacidade de reflexão da luz incidente sobre sua superfície. O brilho de um mineral pode ser dividido em:

METÁLICO – brilho semelhante a um metal. Ex.: pirita, hematita; NÃO METÁLICO – outros tipos de brilhos observados nos minerais. Exemplos:

vítreo– brilho semelhante ao vidro. Ex.: quartzo (hialino, ametista, fumê, etc);

sedoso – brilho semelhante a seda. Ex.: gipso resinoso – brilho semelhante a resina. Ex.: enxofre perláceo – brilho semelhante a pérola. Ex.: talco lamelar e granular micáceo – brilho intenso das superfícies das "placas" ou "escamas" dos minerais micáceos. Ex.: muscovita, biotita e lepdolita

2.2. DUREZA - A dureza (D) de um mineral é a resistência que sua superfície oferece ao ser riscada. Será adotada a escala de dureza de MOHS, estabelecida em 1824, na qual dez minerais comuns são ordenados em relação a resistência que oferecem ao risco (Figura 5). A escala de Mohs não é linear. Por exemplo, o diamante é cerca de 40 vezes mais duro que o talco, enquanto o coríndon que está logo abaixo do diamante (dureza 9), é da ordem de 9 vezes mais duro que o talco. A escala de Mohs é adimensional. Diz-se que o mineral tem dureza 5 ou 3, por exemplo, na escala de Mohs.

Figura 5. Escala de Mohs utilizada para avaliação da dureza de um mineral.

Para utilizar a escala de Mohs toma-se com limites a dureza da unha (aproximadamente 2,8 - 2,9) e de uma lâmina de canivete (canivetes comuns da ordem de 5,5). Desta forma tem-se:

DUREZA BAIXA: minerais riscados pela unha. (minerais de dureza 1 e 2); DUREZA MÉDIA: minerais não riscados pela unha, mas riscados pelo canivete (minerais com dureza até 5 – 5,5);

DUREZA ALTA: não riscado pelo canivete.

A partir da escala de Mohs tem-se que: 1- O mineral de maior dureza risca o de menor dureza; 2- O mineral de menor dureza é riscado pelo de maior dureza; 3- Minerais de igual dureza ou muito próximas não se riscam. Entretanto, quando fortemente atritados podem (não necessariamente) se riscar.

2.3. CLIVAGEM - É a propriedade que apresentam muitos minerais de romperem com maior facilidade segundo determinados planos. Todo plano de clivagem é paralelo a uma face do cristal ou a uma face possível do cristal. A clivagem pode ser obtida por simples pressão ou por choque mecânico mais forte. Os minerais podem apresentar superfícies de clivagem em:

a) 3 direções (Figura 6A) - Ex.: calcita, galena b) 2 direções (Figura 6B) - Ex.: feldspato c) 1 direção (Figura 6C) - Ex.: micas, talco d) ausente - Ex.: quartzo, turmalina.

Figura 6. Diferentes tipos de clivagem dos minerais. (A) clivagem em 3 direções; (B) clivagem em 2 direções; (C) clivagem em 1 direção

2.4. FRATURA - É o tipo da superfície não plana apresentada por um mineral, após o mesmo ter sido submetido a um choque mecânico. A fratura pode ser:

a) CONCHOIDAL - quando o mineral apresenta superfície em forma de concha profunda (Figura 7) - Ex.: quartzo. b) SUB-CONCHOIDAL - quando o mineral apresenta superfície em forma de concha, mas pouco profunda – Ex.: aragonita. c) IRREGULAR - sem forma definida – Ex.: turmalina.

Figura 7. Exemplo de fratura conchoidal

2.5. HÁBITO - É a forma externa mais freqüente de ocorrência de um mineral. O hábito depende da forma e velocidade de crescimento do mineral que por sua vez são influenciadas pela temperatura, pressão, impurezas, etc. Pode-se concluir que um mesmo mineral, em condições genéticas distintas, pode apresentar hábitos diferentes. O hábito nem sempre é uma propriedade que diferencia um mineral do outro, mas sem dúvida é de grande importância. A seguir serão apresentados alguns hábitos comuns observados nos minerais. O hábito de um mineral pode ser observado em um cristal isolado ou em agregados de minerais. Quando o mineral apresenta cristais isolados, considera-se as seguintes formas:

A) Tabular - devido ao maior desenvolvimento de duas faces paralelas (Figura 8A). Ex.: barita

B) Prismático - devido ao maior desenvolvimento do cristal segundo uma direção

(Figura 8B). Ex.: quartzo

C) Piramidal - devido ao maior desenvolvimento das faces que formam pirâmides. Pode ser também bipiramidal (Figura 8C). Ex.: zirconita D) Acicular cristais finos, como agulhas (Figura 8D). Ex.: actinolita

Quando o mineral não ocorre em cristais bem individualizados, pode assumir as mais variadas formas, das quais citam-se: E) Granular - massa ou agregado constituído por grânulos: elementos cristalinos pequenos e irregulares (Figura 8E). Ex.: olivina, enxôfre F) Maciço - massas homogêneas cristalinidade aparente, isto é, situação em que a individualização dos constituintes não pode ser feita a olho nu (Figura 8F). Ex.: calcedônia G) Fibroso - massas aciculares finíssimas, onde não é possível distinguir formas geométricas nos indivíduos isolados (Figura 8G). Ex.: asbestos H) Estalactítico - em forma de concreções mais ou menos cônicas (Figura 8H). Ex.: calcita

I) Lamelar ou Placóide - quando o material é constituído por um conjunto de lamelas ou placas empacotadas (Figura 8I). Ex.: talco, muscovita, sericita, lepdolita J) Escamoso - quando o material é constituído por um conjunto de cristais empacotadas em forma de pequenas escamas. Diferencia do placóide pelo tamanho reduzido (Figura 8J). Ex.: biotita, fucksita K) Concrecionário - na forma de concreções, isto é, agregados mais ou menos estáveis, de forma arredondada e alongada constituídos de material cristalino e/ou amorfo (Figura 8K). Ex.: concreções de hematita, goethita

Figura 8. Diferentes tipos de hábito/formas apresentados pelos minerais

2.6. COR - A cor do mineral é um caráter importante em sua determinação. A cor de uma substância depende do comprimento de onda da luz que ela absorve. Por exemplo, um mineral que apresenta cor verde absorve todos os comprimentos de onda do espectro exceto aquele associado ao verde. Alguns autores consideram como fundamentais as seguintes cores dos minerais: branco, cinza, preto, azul, verde, amarelo, vermelho e castanho. Deve-se assinalar, entretanto, que podem ocorrer minerais das mais diversas tonalidades. As cores dos minerais, especialmente dos que apresentam brilho metálico, devem ser observadas na fratura fresca. Em geral a superfície exposta ao ar pode apresentar películas de alteração. Os minerais de brilho não metálico podem ser divididos em:

IDIOCROMÁTICOS – são aqueles que apresentam sempre a mesma cor dentro da espécie mineral, cor constante que depende da composição química. Ex.: enxofre (amarelo), malaquita (verde), azurita (azul), etc.

ALOCROMÁTICOS – são aqueles que apresentam cor variável dentro da mesma espécie mineral em função da presença de impurezas na estrutura cristalina ou por causas de natureza física (ex.: aumento de temperatura, radiação, etc). Estes minerais são incolores quando puros. Alguns exemplos são: - FLUORITA - incolor, amarela, rósea, verde ou violeta

- TURMALINA - incolor (acroíta), rósea (rubelita), verde (esmeralda brasileira), azul (indicolita) e preta (afrisita) - BERILO - incolor, verde (esmeralda), azul-esverdeado ou azul água marinha, amarelo (heliodoro). - QUARTZO - incolor (cristal de rocha, hialino); amarelo (quartzo citrino), róseo (quartzo róseo), verde (quartzo prase), violeta (quartzo ametista). A cor é uma propriedade física importante na determinação dos minerais, mas nem sempre é constante. Desta forma, deve-se utilizar esta propriedade com cuidado.

2.7. TRAÇO – A cor do pó fino de um mineral é designada de traço. Enquanto as cores dos minerais podem ser muito variáveis, as cores dos traços são normalmente constantes. O traço é obtido riscando-se com o mineral uma placa de porcelana não polida. Exemplos de diferentes cores de traços produzidos por minerais são apresentados na Figura 9.

Figura 9. Exemplos de diferentes cores de traços produzidos por minerais.

2.8. DENSIDADE - Densidade é o número que expressa a proporção entre o peso do mineral e o peso de um igual volume de água a 4º C. Alguns minerais muito semelhantes em outras propriedades macroscópicas, podem possuir densidades bem diferentes. Exemplos: DOLOMITA CaMg (CO3)2, com uma densidade 2,85, pode ser distinguida de BARITA, BaSO4, de densidade 4,5. A densidade é determinada por meio de aparelhos especiais como a balança de Jolly, picnômetro, etc.

2.9. SOLUBILIDADE - A solubilidade dos minerais pode ser considerada em relação a diversos ácidos, tais como HCl, HNO3, H2SO4 e HF. Para os minerais mais comuns e de maior interesse do curso a utilização do HCl diluído é o suficiente. Utilizando-se HCl diluído é possível separar os minerais em:

A - INSOLÚVEIS – aqueles que não reagem com HCl. Ex. quartzo, turmalina

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