DAS ROCHAS SEDIMENTARES (27)

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ROCHAS CARBONATADAS (continuação)

Química, bioquímica e mineralogia das rochas carbonatadas

O cálcio e o magnésio existem em abundância ao nível da crosta, com percentagens da ordem de 3,62 e 2,09, respectivamente, ocupando os 5.º e 8.º lugares na ordem de abundância (1) dos elementos químicos nesta unidade litosférica, integrados em numerosas espécies minerais, sobretudo entre carbonatos, silicatos, fosfatos e sulfatos. Igualmente abundantes na hidrosfera, com percentagens de cerca de 0,13 e 0,04 respectivamente, é no seio desta outra unidade líquida, sobretudo nos mares epicontinentais de baixas latitudes (intertropicais), que tem lugar a génese da imensa maioria das rochas sedimentares carbonatadas.

Estimativas recentes apontam para um valor na ordem de 7.10^16 toneladas de calcários na crosta e apenas 3.10^16 toneladas de dolomitos nesta mesma unidade litosférica.

Ao atravessarem a atmosfera, as águas pluviais dissolvem dióxido de carbono (CO2), conduzindo-o através dos rios para os lagos e para o mar. A estes ambientes naturais de sedimentação também chegam constantemente catiões de cálcio e de magnésio, entre uma imensa variedade de iões subtraídos aos minerais das rochas expostas à superfície das terras emersas (feldspatos, anfíbolas, piroxenas, etc.), no decurso do processo de meteorização.

Entre cerca de seis dezenas de carbonatos naturais, apenas três têm significado nas rochas da crosta. São eles a calcite, a aragonite (dois polimorfos do carbonato de cálcio, de fórmula CaCO3) e a dolomite (carbonato duplo de cálcio e magnésio, de fórmula CaMg(CO3)2). São estes três minerais os constituintes essenciais das rochas sedimentares carbonatadas.

Sem que formem minerais próprios (que os há fora do contexto sedimentar), catiões bivalentes como os de ferro, manganês, estrôncio, bário e outros, estão muitas vezes presentes em pequenas quantidades nas redes daquelas três espécies minerais sob a forma de soluções sólidas (3).

Os raios iónicos dos catiões de magnésio (Mg 2+) (0,66 angstrms (4)), ferro (Fe 2+) (0,74 angstroms) e manganês (Mn 2+) (0,80 angstroms) permitem-lhes entrar, como soluções sólidas, na rede mais compacta da calcite, em substituição dos catiões de cálcio (Ca 2+) (0,99 angstroms). O de estrôncio (Sr 2+) e o bário (Ba 2+), com raios iónicos de, respectivamente, 1,12 e 1,32 angstroms, bem maiores, não conseguem entrar na rede da calcite, podendo fazê-lo, pelo mesmo processo, na da aragonite, mais aberta.

A calcite e a aragonite produzem efervescência fácil e abundante com o ácido clorídrico diluído e a frio, o que não acontece com a dolomite, cuja reacção de efervescência, muito mais moderada, só tem lugar a quente ou sobre o mineral reduzido a pó.

A dolomite, com cerca de 56% de cálcio e 44% de magnésio, pode formar-se como vasa de precipitação directa sob a forma de microcristais de 0,002 a 0,020 mm, à semelhança da calcite. Certas evidências apontam no sentido de a génese deste tipo de dolomite, adjectivada de primária (5), ser potenciada pela elevação da temperatura e da alcalinidade (diminuição do pH). Todavia, o processo mais frequente de formação deste carbonato duplo consiste na substituição epigénica, isto é, ião a ião, de parte do cálcio da calcite por magnésio. A dolomite assim formada é, então, adjectivada de secundária. Secundária é também um outro carbonato muito menos abundante, a ankerite, de fórmula Ca(Mg,Fe)(CO3)2, por substituição de parte do magnésio da dolomite por ferro ferroso (Fe 2+).

A partir do CO2 atmosférico e do Ca 2+ dissolvidos nas águas, tem lugar um conjunto de reacções químicas e/ou bioquímicas de que resulta a precipitação do carbonato de cálcio, sob a forma de calcite ou de aragonite, consoante as condições físicas e bioquímicas do meio. Assim, libertar o CO2 de um calcário, que é o que acontece quando o atacamos com um ácido, é libertar o dióxido de carbono existente na atmosfera contemporânea desse calcário.

São conhecidos os factores conducentes à precipitação puramente química (abiótica) dos carbonatos no seio da água, entre os quais figuram, como mais evidentes, as:

variações da reserva alcalina,
natureza da matéria orgânica,
descompressão,
elevação da temperatura,
evaporação e
agitação do meio.

Na sedimentogénese carbonatada são igualmente conhecidos os efeitos de certos animais (coraliários, foraminíferos, moluscos, etc.), vegetais (algas coralináceas) e bactérias, retirando da água o carbonato de que necessitam. Porém, nem sempre é fácil estabelecer uma fronteira entre processos químicos abióticos e processos bioquímicos. Ao consumar a síntese da própria matéria orgânica, o fitoplâncton, rico em clorofila, retira CO2 da água na zona fótica (6), fazendo deslocar o equilíbrio da reacção no sentido da formação do carbonato. Trata-se de uma precipitação puramente química no seio da água, fora do organismo que a promoveu. Todavia o processo é desencadeado e mantido por seres vivos e, portanto, também biogénico.

A precipitação abiótica do carbonato de cálcio turva a água, tornando-a leitosa. As partículas extremamente finas (nanométricas, cristalinas, mas sem forma poliédrica expressa) que formam estas nuvens não se distinguem das produzidas por certas algas verdes.

As bactérias e algumas algas microscópicas dos fundos marinhos aderem à superfície do substrato e dos sedimentos móveis aí depositados através de mucosidades extracelulares com as quais fixam os nutrientes, regulam as pressões osmóticas induzidas por variações da salinidade e asseguram um microambiente químico propício à calcificação. A película assim formada dá origem aos chamados tapetes microbianos e, em determinados ambientes, a edifícios calcários bentónicos (7), entre os quais se destacam os estromatólitos.

Os estromatólitos são estruturas rochosas formadas por finas capas de calcário produzidas por cianobactérias no fundo de mares litorais rasos, que se acumula até formar uma espécie de recife. O termo vem do grego, stroma que significa camada e de lithos que significa rocha. Os mais antigos testemunhos desta natureza datam de há cerca de 3,5 Ga (3,5x10^9 anos) e geraram as plataformas carbonatadas do Proterozóico antigo e médio (2,5 a 1 Ga), tendo declinado no Proterozóico recente (Neoproterozóico). Este tipo de bioconstruções carbonatadas chegaram até à actualidade, sendo bem conhecidas na franja intertidal (entre marés) da Baía dos Tubarões (Shark Bay), no Oeste da Austrália, e na Ilha Lee Stocking, nas Bahamas. Admite-se que os estromatólitos são testemunhos dos primeiros organismos a realizar a fotossíntese e, como tal, responsáveis pela presença de oxigénio na atmosfera.

Num outro esquema, conhecido desde finais do século XIX, bactérias do ciclo do azoto precipitam o carbonato de cálcio na presença de sulfato do mesmo elemento. Também as bactérias do ciclo do enxofre, em meio redutor, reduzem o sulfato de cálcio, precipitando o carbonato de cálcio e libertando gás sulfídrico.

Algas bentónicas coralinas vermelhas originam edifícios de calcite que, por desagregação após a morte da colónia, libertam grandes quantidades de bioclastos carbonatados, de calibres variáveis, entre os das vasas mais finas e os da dimensão do cascalho.

Importantes construtoras de recifes, são vários os tipos de algas que estão na origem de muitos calcários marinhos a partir do Devónico.

Certas algas verdes, como, por exemplo, Penicillus sp., abundantes no domínio marinho tropical, produzem grandes quantidades de cristais micrométricos de aragonite, em lagunas na margem interna dos recifes, sendo responsáveis pela existência, aí, de lamas carbonatadas. Foram lamas deste tipo que, com o passar de milhões de anos, se transformaram em calcários de grão muito fino (ditos afaníticos ou micríticos).

Outras algas da classe das carófitas, entre as quais as dos géneros Chara e Nitella, produziam oogónios calcíticos, estando na origem de calcários lacustres, muito comuns entre o Cretácico e o Oligocénico.

É sabido, de há muito, que o aumento do teor de CO2 na água diminui a concentração dos carbonatos, promovendo a sua dissolução e que, inversamente, a diminuição deste teor aumenta aquela concentração, induzindo a sua precipitação. Por outras palavras, a precipitação dos carbonatos no seio da água resulta de todo e qualquer processo que conduza à redução do teor de dióxido de carbono no seio dessa água. É o que acontece no mar, num lago, no interior de uma caverna ou numa exsurgência de um maciço calcário. Entre os factores que conduzem à referida diminuição do teor de CO2 estão, como já foi dito, a elevação da temperatura, a diminuição da profundidade e consequentes abaixamento da pressão e aumento da luminosidade, a agitação das águas, a evaporação, etc.

O aumento da temperatura nas latitudes mais baixas, intertropicais, é factor determinante na génese dos carbonatos. Por um lado, do ponto de vista puramente químico, esse aumento desloca o equilíbrio no sentido da precipitação. Por outro, cria condições para o aumento das populações de indivíduos produtores de esqueletos carbonatados. Por outro, ainda, intensifica a evaporação da água e consequente aumento das concentrações salinas. Pelo contrário, nas águas das latitudes mais elevadas e, portanto, mais frias, não só se reduz a produção biológica de carbonatos, como aumenta a capacidade da sua dissolução na água. Esta constatação de processos nos mares actuais é um dado importante com vista às reconstituições paleogeográficas e paleoclimáticas elaboradas a parir do registo estratigráfico.

A pressão, como se sabe, aumenta com a profundidade. Assim, nas águas superficiais, o escape de CO2 para a atmosfera é mais fácil, facilidade essa aumentada pela agitação própria destas águas, em especial na zona de rebentação. Estes dois factores concorrem, portanto, para o aumento da produção de carbonatos. Pelo contrário, as águas mais profundas e, também, mais frias, não só dificultam a precipitação dos carbonatos como favorecem a sua dissolução. É por estas razões que os sedimentos carbonatados do presente e os calcários das diferentes idades geológicas são mais abundantes nas fácies neríticas do que nas abissais. Também a luminosidade, sendo mais intensa nas águas superficiais, favorece a fisiologia dos organismos que nelas vivem, como é o caso dos corais recifais, das algas coralinas e das realizam fotossíntese.

Na sequência do aumento da solubilidade dos carbonatos com a profundidade, estabeleceu-se o conceito de nível de compensação do carbonato, muitas vezes referido por lisoclina. Com efeito, abaixo de um certo nível, entre 3000 m (nas zonas polares) e 5000 m (na zona equatorial), os restos esqueléticos em queda, em especial os de foraminíferos planctónicos e de pterópodes (8), dissolvem-se completamente, tendo como resultado a inexistência de sedimentos carbonatados nos grandes fundos abaixo daqueles valores.

Além dos elementos maiores intervenientes na química e bioquímica das rochas carbonatadas, a petrografia sedimentar e a sedimentologia, em geral, têm beneficiado, nas últimas décadas da pesquisa de elementos menores (oligoelementos ou elementos-traço) e de alguns isótopos estáveis, como 16O, 18O, 12C, 13C, entre outros, dois temas abordados em “Geologia Sedimentar, volume II – Sedimentologia”, Âncora Editora, pp. 33-37.
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(1) - Tal ordem é, do 1.º ao 14.º, oxigénio, silício, alumínio, ferro, cálcio, sódio, potássio, magnésio, titânio, hidrogénio, fósforo, manganês, enxofre e carbono.

(2) - Mar epicontinental - Mar de pequena profundidade que bordeja os continentes, cujo substrato é ainda crosta continental e no qual se desenvolve a plataforma continental. O mesmo que mar marginal.

(3) - Solução sólida – Substituição de um ião por outro, no interior de uma rede cristalina, sem que esta se altere. Só acontece quando os iões em permuta têm raios iónicos muito próximos, o memo número de coordenação e as suas cargas não diferem mais do que uma unidade. O mesmo que diadoquia.

(4) - Angstrom - Unidade de medida de comprimento equivalente a 10^-8 cm, utilizada para referir grandezas ínfimas, da ordem das dimensões do átomo. O termo surgiu em homenagem ao físico sueco Anders Jonas Ångström.

(5) - Dolomite primária – No caso da dolomite de origem sedimentar, a qualificação de primária ou secundária foge à regra enunciada no post anterior: Diz-se dolomite primária quer resulte de processos próprios do hidrotermalismo profundo que gera determinados filões mineralizados, associada a outros minerais (por exemplo, quartzo, volframite, arsenopirite, apatite e outros mais, nas minas da Panasqueira) quer resulte da sua edificação, directamente, a partir do processo sedimentar. Diz-se secundária se resultar da substituição, ião a ião, de parte do cálcio da calcite por magnésio.

(6) - Zona fótica – zona de penetração da luz no mar, onde pode ocorrer fotossíntese e que pode ir até os 200 metros de profundidade.

(7)- Bentónico – Diz-se do ambiente próprio do fundo do mar e do ser que vive, fixo ou não, sobre esse fundo. O mesmo que bêntico.

(8)- Pterópodes – Pequenos gastrópodes pelágicos.