Na última edição de Wat On Earth I cobri a classificação de rochas ígneas (ou formadas pelo fogo). Nesta edição eu gostaria de explorar o tema das rochas sedimentares. Esta é a segunda grande família de rochas e elas são de interesse para os seres humanos porque forneceram muitas ferramentas no passado e hoje nos dão a maioria dos recursos agregados, assim como fornecem (ou abrigam) muitos de nossos minerais energéticos, e certos minerais essenciais de grande importância econômica. As rochas sedimentares também são importantes porque abrigam o registro fóssil da vida no Planeta Terra.
Como seu nome sugere, as rochas sedimentares são derivadas de sedimentos pré-existentes. Duas edições em WAT ON EARTH I descreveram o Ciclo Rochoso; como as rochas são decompostas a partir de rochas ainda mais antigas devido à meteorização e erosão. Os grãos libertados são transportados ou transportados por vários mecanismos para um local onde se acumulam em sequências de sedimentos. Existem muitos locais de repouso transitório, mas em última análise a maioria dos sedimentos acabam num ambiente de deposição marinha. As rochas sedimentares podem portanto ser compostas por grãos de vários tamanhos, formas e composições que foram cimentadas juntas ou comprimidas e recristalizadas. Estas são as rochas sedimentares clássicas. Outras rochas sedimentares podem ser formadas a partir de depósitos segregados por soluções químicas (precipitados químicos), ou a partir de depósitos constituídos por restos de organismos mortos (tanto animais como plantas). Este último grupo forma rochas sedimentares de origem largamente biológica. A mudança pós-deposição de sedimentos para rochas sedimentares é chamada de diagênese, e o resultado final é geralmente a litificação, onde o antigo sedimento não consolidado é transformado em rocha. Dois processos são comuns: a compactação (onde os sedimentos são comprimidos e a água é conduzida dos espaços porosos entre os grãos), e a cimentação. A cimentação é onde certos minerais (por exemplo, calcita, óxidos de ferro e sílica) são transportados através da percolação das águas subterrâneas para os espaços porosos. Aqui eles precipitam e eventualmente cimentam os grãos juntos.
Como na última cópia de Wat On Earth, a página central desta edição é dedicada a uma ilustração de muitos destes diferentes tipos de rochas. A página oposta ilustra várias características associadas às rochas sedimentares.
No sentido dos ponteiros do relógio ao redor da página: em cima à esquerda – fotografia de um grupo de estudantes de Waterloo examinando uma secção de leitos carboníferos em Mullaghmore Head, no norte da Irlanda. A secção consiste em arenitos alternados, siltstones e xistos. Os xistos mais suaves foram mais facilmente corroídos, enquanto os arenitos se destacam como leitos resistentes. O diagrama do topo direito ilustra a posição das rochas sedimentares (2) no ciclo rochoso. Note que há um input do espaço que acrescenta, particularmente, aos sedimentos marinhos. Imediatamente abaixo do diagrama do ciclo rochoso está um gráfico que ilustra a classificação de Wentworth em termos de granulometria e como os sedimentos formam diferentes rochas sedimentares clássicas. Compare esta carta com as duas primeiras colunas (Sedimentos e Rochas) que compõem a porção “Rocha Clástica” da carta do centro. O terceiro e mais baixo diagrama ilustra algumas das mais importantes rochas sedimentares que são de origem química ou biológica. A maioria delas também está ilustrada na página do centro do gráfico. A fotografia de baixo ilustra o Delicate Arch in Arches National Monument in Utah. Esta estrutura de 26m de altura por 20m de largura é composta por Arenito de Entrada da Idade Jurássica Superior. A característica tem sido produzida pela erosão das “barbatanas” do leito rochoso local que foram cortadas pela acção do vento e da geada. Imediatamente acima, uma vista para o desfiladeiro do Niágara onde a água do Lago Erie cai sobre a borda do Dolomita Silurian Lockport na Escarpa do Niágara. Cada uma das fotografias ilustra a geomorfologia associada a formações sedimentares de várias idades.
Página de dobra do centro: Compreender as rochas sedimentares é bastante simples, pois relacionam-se com materiais que vemos no dia-a-dia. No topo há uma vista panorâmica sobre uma das mais espetaculares exposições de rochas sedimentares do mundo, nos níveis superiores do Grand Canyon. Praticamente todas as rochas que você pode ver são arenitos horizontais, calcários e xistos depositados ao longo de cerca de 250 milhões de anos nos mares da Era Paleozóica. Esses mesmos mares foram ocupados em outros lugares pelos trilobitas gigantes ilustrados em outro artigo desta edição.
Movendo-se mais abaixo na página central, tentei ilustrar a maioria dos tipos de rochas comuns. Alguns são mais “exóticos”, mas também são importantes. O gráfico está dividido em três secções que se relacionam com rochas sedimentares clássicas, quimicamente precipitadas e biológicas. O bloco do lado esquerdo é composto por uma coluna dupla. A primeira coluna ilustra exemplos do tipo de sedimento (consulte o diagrama 2 na página anterior), e a segunda coluna, o seu equivalente litificado. Os blocos angulares (fragmentos de rocha) são geralmente derivados de estilhaços causados pela geada. Os fragmentos não viajaram muito longe e são normalmente movidos sob a gravidade, caindo de montanhas para se acumularem como montes de rocha ou cones de talude no fundo de encostas. As suas contrapartidas são encontradas no tipo de rocha conhecida como brecha. Quando os agentes da erosão se envolvem e o transporte ocorre, particularmente pela água, os feixes angulares tornam-se abruptos e formam rochas arredondadas ou calhaus. O equivalente em rocha é conhecido como um conglomerado. O transporte a longa distância reduz gradualmente o tamanho dos fivelas através dos grânulos a partículas do tamanho de areia. O equivalente de rocha é o grés. Estes são frequentemente cimentados por diferentes minerais, calcite, óxidos de ferro ou sílica. O arenito adquire então um descritor secundário, tal como “arenito calcário”, ou “arenito ferruginoso”. Um arenito é normalmente constituído por grãos de sílica. Quando estes grãos são cimentados por sílica é dado um nome diferente – quartzito (ver imagem à direita do arenito). Um tipo de rocha que não é ilustrado é um arkose – um arenito com mais de 25 por cento da rocha composta por feldspato. Tais rochas são normalmente formadas em ambientes montanhosos, relativamente secos. Secas, porque os feldspatos não se deterioraram muito (sob condições quentes e húmidas, o feldspato é frequentemente facilmente desgastado). A natureza angular dos grãos indica que o transporte não tem sido tão importante.
No entanto, se o sedimento continuar a ser transportado, o tamanho do grão é ainda mais reduzido e o lodo é formado. O tamanho das partículas está agora chegando ao ponto em que elas podem ser facilmente transportadas tanto pelo vento como pela água. O sedimento transportado pelo vento, que se acumula como loess, cai nesta categoria. O tipo de rocha conhecida como siltone, é formada por quartzo muito fino, mica e outros minerais diversos, e é o equivalente litificado do lodo. Finalmente, a fração mais fina na faixa de tamanho clássico é a argila. Estes fragmentos são tão pequenos que permanecem em suspensão por muito tempo, normalmente só se fixam depois de terem coalescido para formar partículas maiores. Quando eles acumulam, o tipo de rocha litificada é conhecido como xisto. Os equivalentes altamente orgânicos podem formar xistos muito pretos com odores “oleosos” ou “petrolíferos” característicos, uma vez que são muito ricos em carbono e compostos aromáticos. Eles formam xistos fossilíferos e “oil shales”, que podem ser fontes futuras de petróleo.
O segundo bloco de coluna dupla ilustra rochas que são formadas por depósitos químicos. Tais rochas são formadas onde o material é transportado em solução para o local, geralmente uma bacia marinha ou um lago em uma área desértica, onde a água está evaporando. Soluções de certos íons são precipitadas e formam rochas ricas em cálcio, magnésio, sílica, sódio, e (mais no passado) ferro. Algumas delas são ilustradas, começando com os precipitados ricos em cálcio. As pedras calcárias são um exemplo importante. Todo o calcário efervesce facilmente quando diluído (solução a 10%) é aplicado ácido clorídrico uma vez que o ácido reage com o carbonato de cálcio. O exemplo mostrado é um calcário cinzento, de grão fino com veias brancas de calcita que o atravessam. Em águas tropicais quentes, o cálcio em solução abundante na água do mar, sujeito a fortes movimentos de corrente, pode ser precipitado em torno de fragmentos minúsculos da casca. Estes podem formar calcários oolíticos, quando pequenos grãos de carbonato de cálcio têm camadas de calcita depositadas de forma concêntrica em torno de um núcleo.
Dolostone, uma rocha feita de cálcio e magnésio, está intimamente relacionada com o calcário geralmente com o magnésio da água do mar substituindo muito do conteúdo original de cálcio de um calcário pré-existente. A reacção ácida é mais lenta. As Dolostones podem ser vistas perto de Waterloo em certas sequências rochosas ao longo do afloramento do Niagara Escarpment. Travertino e tufa (reacção ácida forte) são rochas precipitadas quimicamente formadas a partir do carbonato de cálcio. O travertino é normalmente denso e em banda, enquanto o tufo é mais esponjoso. A travertino (em forma de espeleotemas) é mais frequentemente vista em depósitos de cavernas, particularmente nas espectaculares formações conhecidas como gotejamento, flowstone, estalactites, estalagmites, helicópteros e colunas.
Com calcários e dolostones você pode ver frequentemente camadas ou nódulos compostos de sílica. São camadas de cerne, ou, no caso do giz, de sílex. As pedras têm sido usadas desde o Paleolítico com locais bem conhecidos de produção em massa para pontos de lança, raspadores, pontas de flecha e kits de ferramentas descritos na literatura arqueológica do leste da Inglaterra. Também foram utilizadas até recentemente em armas de fogo (espingardas de pedra) e na construção de edifícios onde este tipo de rocha é comum. Cerejeiras dos leitos calcários e dolostones ao longo da escarpa do Niágara foram utilizadas por caçadores paleo-indianos de caribus, mastodontes e mamutes no sudoeste do Ontário. Tanto as pedras como as cerejas são geralmente de cor cinzenta (embora possam variar entre quase branco, passando pelo búfalo, até quase preto ou mesmo vermelho) e dividem-se com uma fractura até ligeiramente concomitante. A única coisa que têm em comum é que podem ser moldadas por fabricantes habilidosos de ferramentas e irão reter uma aresta incrivelmente afiada durante um longo período de tempo.
Gypsum é um precipitado químico (sulfato de cálcio hidratado) frequentemente encontrado em camas de marga, um tipo de rocha rica em cálcio, dominada por argila. Camas de marga contendo gesso e sal grosso foram originalmente depositadas em áreas com alta evaporação que foram inundadas por águas marinhas. Tais áreas hoje podem ser vistas ao longo de partes do Golfo Pérsico sub-tropical. O sal de rocha (composto quase inteiramente de cloreto de sódio) é um mineral económico importante. Em Ontário é encontrado em torno de Windsor e a norte de Goderich (ver WAT ON EARTH 14 (2) Spring 2001). Os depósitos de sal também se encontram nas províncias marítimas e também no oeste do Canadá. As sequências de sal do oeste do Canadá são dominadas por outro sal economicamente importante, vermelho e branco rico em potássio, conhecido como Sylvite. O último tipo de rocha ilustrado neste grupo é a rocha sedimentar de banda cinzenta e vermelha, comum na região em torno do Lago Superior. Existe uma vasta literatura associada a estes depósitos (Blatt et al., 1980), mas geralmente são de idade pré-cambriana e geralmente entre 2600 e 1800 milhões de anos de idade. Alguns são consideravelmente mais velhos e alguns pequenos depósitos são mais jovens. São caracterizados por bandas finas e grossas de jaspe alternado (cerne vermelho) e camadas de ferro ricas em magnetita e hematita. Outras formas de ferro também podem se alternar com os horizontes de cerejas. Estas são rochas economicamente importantes e são a fonte de grandes depósitos de ferro em ambos os lados da fronteira Canadá/EUA.
O terceiro bloco de imagens compreende rochas sedimentares comuns que têm um forte componente biológico. Como mencionei ao discutir as rochas ígneas, a natureza abomina a “compartimentação” e algumas dessas “caixas” transgridem as fronteiras. No entanto, a água do mar contém grandes quantidades de carbonato de cálcio que não só precipita para formar as rochas sedimentares químicas, mas também é utilizada por organismos que constroem conchas de carbonato. Quando elas morrem, as conchas podem formar enormes depósitos de dejetos de conchas que muitas vezes são preservados como “calcário puro”. Isto pode ser visto hoje em dia sob a forma de coquina (composta quase inteiramente de válvulas completas ou quebradas da pelecópode de água rasa marinha, Coquina). No passado as amêijoas não eram tão comuns como são hoje. A ilustração “Shelly Calestone” mostra brachiopods num depósito de lama carbonatada Devoniana da região de Arkona, no sudoeste do Ontário. Os calcários crinoidais (não ilustrados), são compostos por fragmentos de caules de crinoides (Echinodermata) e formam faixas de shelly-detritus em certas rochas ao longo do Escarpamento Niágara. Os corais, constituídos pelos restos de inúmeros trilhões de pólipos secretores de carbonatos, formam hoje depósitos maciços como na Grande Barreira de Corais, e também no passado geológico mais longínquo. Muitos dos alvos de perfuração de petróleo e gás natural no sul do Ontário (e em outros lugares) são destinados a pequenos fragmentos de recifes de corais e comunidades de algas, onde a porosidade dentro e entre os organismos fósseis tem permitido a acumulação destes minerais energéticos. O giz é um calcário particularmente puro, e o ácido clorídrico diluído aplicado a este tipo de rocha produz uma reacção extremamente vigorosa. O giz foi originalmente formado como exsudado do fundo do mar, e foi composto com os restos de trilhões de organismos foraminíferos conhecidos como coccoliths. Ao lado da imagem do giz são fornecidas imagens de varredura eletrônica, com o organismo central de cor creme, fornecendo um exemplo dos modernos foraminíferos calcários chamados Globigerina.
O próximo bloco de quatro imagens (turfa para antracite) ilustra outro mineral energético – o carvão. O carvão resulta da acumulação de vegetação sob condições anaeróbias. Os detritos formam-se em pântanos ou lagoas e criam um leito orgânico saturado de turfa. Com o tempo e a compactação de sedimentos sobrejacentes, a turfa perde água e outros voláteis. O teor de humidade diminui, o teor de carbono sobe e a turfa transforma-se em carvão castanho ou lignite. Trata-se de carvões de baixa qualidade, muitas vezes ricos em enxofre, não adequados ao transporte de longa distância e sujeitos a combustão espontânea. Eles formam os tipos de carvões encontrados no sudeste de Saskatchewan e muitos dos carvões do leste da Alemanha. Com maior compactação e stress, o conteúdo de carbono continua a aumentar, perdem-se mais voláteis, a produção potencial de energia aumenta e forma-se um carvão de tédio a brilhante, conhecido como carvão betuminoso. Este é um excelente carvão que levanta vapor e foi o carvão dominante que alimentou o primeiro século da Revolução Industrial na Grã-Bretanha. As províncias canadenses ocidentais e as antigas áreas de mineração de New Brunswick e Nova Escócia extraíam carvão betuminoso. É normalmente usado para alimentação metalúrgica e é usado na produção de energia elétrica. A fase final do carvão como mineral energético é a antracite, um carvão duro e brilhante que é difícil de queimar a menos que seja esmagado. Este carvão é extraído na Pensilvânia e é utilizado na produção de energia eléctrica como alimentação quando misturado com carvão betuminoso. As mudanças que acompanham a perda de voláteis, o aumento de carbono e o aumento da produção de calor são descritas como uma mudança na classificação do carvão.
As duas últimas imagens ilustram rochas de xisto que têm alto conteúdo orgânico, mas não são definidas como carvão. Os xistos fósseis podem conter fósseis abundantes (particularmente materiais vegetais, mas podem conter outros, tais como amonites). Os xistos de petróleo (como os encontrados num cinturão de Bowmanville, a leste de Toronto até à região de Collingwood perto de Owen Sound, Ontário) contêm fósseis abundantes de trilobitas e outros animais ordovicianos. Tais depósitos, embora não necessariamente da mesma idade, são encontrados em muitas partes do mundo e podem fornecer futuras fontes de energia ou rações petroquímicas.
A página que se segue ao centro do dobrado contém ilustrações de vários dos tópicos mencionados nas descrições das rochas sedimentares acima.
Top Row, da esquerda para a direita. Todos são exemplos de sílica quimicamente depositada: Machado feito à mão de sílex, Swanscombe, Kent, UK; Nódulo de sílex (concreto branco nodular) de matriz de giz mais suave; Três pontos de cerne do tipo Clovis do Sítio Brophey perto de Parkhill, Ontário. O maior tem 10cm de comprimento.
Centre Row, da esquerda para a direita: Uma grande estalagmite (nota “g” cresce do chão) composta de pedra gotejante (depósitos de carbonato de cálcio precipitado quimicamente); estalactite (nota “c” cresce do teto de uma caverna), com água leve carregada de cálcio prestes a pingar da ponta; uma forma peculiar, contorcida e estalactita de pedra gotejante conhecida como uma helictite, também feita de carbonato de cálcio. Note-se que em partes até cresce para cima!
Bottom Row, da esquerda para a direita; vug (cavidade) com revestimento de quartzo no centro do vazio em calcário; algumas concreções muito grandes quimicamente precipitadas em Moeraki, Ilha do Sul, NZ; dendritos semelhantes aos da maioria. Estes são precipitados de manganês sobre um calcário, e não têm qualquer ligação com o crescimento orgânico.
Alan V. Morgan
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