Recursos minerais

Os elementos químicos fazem parte dos mais variados minerais e esses minerais estão amplamente disseminados numa grande variedade de rochas. Apenas em zonas muito restritas do planeta podemos encontrar elementos químicos em concentrações superiores à da sua concentração média na crusta terrestre. Designa-se por clarke a concentração média de um elemento químico na crusta terrestre e exprime-se em partes por milhão ou gramas por tonelada. Podemos considerar que num local existe um jazigo mineral quando a concentração média de um determinado elemento químico aí identificado é muito superior ao clarke desse elemento. Portanto, temos um minério quando um mineral ou agregado de minerais sólido ocorre na natureza.

A exploração dos jazigos minerais pode ser feita segundo métodos diferentes, como por exemplo a céu aberto ou em poços e galerias. Existe ainda um outro processo, quando certos minerais como o ouro e os diamantes ocorrem em jazigos de origem secundária, isto é, resultantes da meteorização das rochas que continham esses minerais. Os minerais resistentes são transportados pela água, concentrando-se em certas zonas dos cursos de água, constituindo jazigos que se designam por placers.

A exploração mineira pode provocar impactes ambientais graves numa dada região, como a desflorestação e a remoção das camadas de solo. Durante o processo extractivo, torna-se necessário realizar um determinado tipo de operações de separação dos componentes mineralógicos que não têm nesse momento valor económico. Designa-se por ganga (ou estéreis) à parte não aproveitável que acompanha o minério extraído dos jazigos que não tem valor económico. A acumulação dos produtos não úteis, que constituem a ganga, e que formam junto às explorações mineiras depósitos superficiais designa-se por escombreira. As escombreiras contêm substâncias tóxicas, podendo contaminar os solos e as águas subterrâneas se não forem devidamente tratadas.

A reabilitação de uma exploração mineira pode abranger processos naturais, mas, geralmente, exige intervenções com vista ao controlo dos processos corrosivos como, por exemplo, a impermeabilização dos solos com vista à sua protecção e à protecção das águas subterrâneas.

As mais variadas rochas que afloram num país podem também ser utilizadas como recursos geológicos e usadas na construção civil, na pavimentação e na estatuária. Consoante o predomínio da rocha numa dada região, assim ela será mais frequente como material de construção.

Em Portugal, as rochas mais utilizadas como elemento de construção são o granito e o calcário.

Após a edificação dos monumentos, a rocha exposta fica sujeita a variadas fontes de alteração. A alteração provocada por diversos factores, físicos, químicos e biológicos, vai acelerar a meteorização progressiva das rochas que constituem esses monumentos.

Energias renováveis

Energia geotérmica

As zonas de elevado gradiente geotérmico são muito importantes para o aproveitamento da energia geotérmica. Este aproveitamento implica a existência de um fluido (água) que transporta o calor do interior da Terra para a superfície.

A temperatura da água pode ser cerca dos 150ºC ou inferior. Em Portugal continental, as temperaturas são relativamente baixas e relacionam-se com grandes acidentes tectónicos.

A água termal corresponde a toda a água de origem subterrânea que tem uma temperatura superior 4ºC à temperatura atmosférica média da região.

O aproveitamento deste tipo de energia tem sido para terapia balnear, estufas e piscicultura. Nos Açores faz-se o aproveitamento da energia geotérmica de vapor de água a alta temperatura, uma vez que a temperatura do fluido geotérmico é muito elevada, o calor libertado pode ser aproveitado para a produção de energia eléctrica.

Energia eólica

Energia hídrica

Existem ainda outra fontes de energia renovável como a energia solar e a da biomassa.

Recursos geológicos

Os recursos geológicos são todos os materiais existentes na crusta terrestre e que podem ser aproveitados. O aproveitamento desses recursos depende da sua concentração na crusta terrestre, de modo a permitir a rentabilidade da sua exploração.

Uma reserva é um recurso geológico conhecido que possa ser explorado, quer do ponto de vista legal quer económico. Todos os recursos geológicos classificados como depósitos conhecidos podem tornar-se reservas.

Os recursos geológicos podem ser não renováveis e renováveis. Os recursos não renováveis são os que têm um período de génese muito lento relativamente à escala da vida humana e rapidamente se esgotam. Enquanto que os recursos renováveis podem ser repostos à medida que são consumidos.

Fontes de energia

Num mundo cada vez mais industrializado, os recursos energéticos tornam-se vitais.

• Combustíveis fósseis

Os combustíveis fósseis resultam de transformações da matéria orgânica e podem ocorrer na crusta terrestre sob três formas: petróleo bruto (líquido), carvão (sólido) e gás natural (gasoso). Por o período de génese ser muito lento são considerados recursos não renováveis. O uso intensivo dos combustíveis fósseis tem contribuído para o aumento na atmosfera de gases causadores do efeito de estufa, o que conduz a graves alterações climáticas. O aumento do consumo de combustíveis fósseis tende a agravar-se com o desenvolvimento dos países pouco industrializados, pois conforme esses países vão progredindo vão também aumentando os seus consumos energéticos. Os combustíveis fósseis têm conduzido a graves conflitos entre os diversos países. Acresce o facto de todos estes combustíveis serem fortemente poluidores e com fortes impactes na qualidade de vida das populações.

• Energia nuclear

A energia nuclear foi descrita como a potencial fonte energética para a Humanidade, até ser associada ao fabrico de armas de destruição maciça.

A energia nuclear envolve mudanças dos núcleos atómicos dos materiais utilizados nessas reacções. A partir da cisão do U-235 libertam-se grandes quantidades de energia sob forma de calor. Este calor é depois aproveitado numa central nuclear para provocar a vaporização da água, sendo o vapor usado na produção de electricidade.

Esta energia implica elevados custos ambientais, nomeadamente o risco de acidentes com fuga de radiação, a produção de resíduos radioactivos perigosos que levantam problemas de armazenamento e tratamento e poluição térmica da água. A utilização da energia nuclear (minerais radioactivos), se não for gerida de uma forma sustentada conduzirá ao seu rápido esgotamento pois é um recurso não renovável.

Textura das rochas metamórficas

A textura de uma rocha é determinada pelo tamanho, forma, arranjo dos minerais que a constituem. Durante o processo metamórfico, alguns minerais conferem às rochas metamórficas aspectos peculiares, quando estas resultam da actuação conjunta de tensões orientadas e temperaturas elevadas.

Um tipo de característica textural, de uma dada rocha metamórfica, é a existência ou ausência de foliação. Foliação corresponde a uma estrutura planar originada durante os processos metamórficos e que resulta de um alinhamento preferencial de certos minerais anteriores ao processo metamórfico (como as micas), quer da orientação de novos minerais formados durante o processo de recristalização. A existência de foliação pode estar relacionada com a presença de certos minerais com hábito tabular/lamelar que sob a acção de tensões dirigidas (não litostáticas) tendem a ficar orientados numa posição perpendicular à da tensão que afectou a rocha.

A clivagem, a xistosidade e o bandado gnáissico são três tipos de foliação muito característicos de rochas de baixo, médio e alto grau de metamorfismo, respectivamente.

• Clivagem - tipo de foliação frequente em rochas que experimentaram deformação em condições de metamorfismo de baixo grau, como por exemplo as ardósias e os filitos. Os processos metamórficos levam à ocorrência de orientação paralela dos minerais lamelares. Este tipo de estrutura conduz ao aparecimento de planos de clivagem favoráveis à existência de fissilidade (facilidade de a rocha se dividir em lâminas). As superfícies de clivagem numa rocha, em consequência do desenvolvimento dos minerais micáceos, conferem a esta rocha um brilho sedoso/lustroso nas superfícies de foliação.

• Xistosidade - com o aumento do grau de metamorfismo ocorrem fenómenos de recristalização, verificando-se um maior desenvolvimento dos cristais (como micas, quartzo e feldspatos). É uma forma de foliação desenvolvida pela orientação paralela de minerais tabulares e lamelares em rochas metamórficas de grão grosseiro. Devido ao maior desenvolvimento dos minerais estes são observáveis a olho-nú.

• Bandado gnáissico - é um tipo de foliação gerada por diferenciação em bandas por efeito de tensões dirigidas, identificada em rochas de alto grau de metamorfismo. Devido aos intensos fenómenos de recristalização dos minerais não lamelares, estes vão ser separados de outros como a biotite e as anfíbolas, formando-se bandas alternadas destes minerais que lhe conferem o bandado característico.

Um outro tipo de textura que pode ser identificada em certas rochas metamórficas é a textura não foliada ou granoblástica. Rochas como o quartzito, o mármore e as corneanas apresentam este tipo de textura relacionado com o metamorfismo de contacto.

Tipos de metamorfismo

Existem vários tipos de metamorfismo, dos quais se destacam: o metamorfismo regional e o metamorfismo de contacto.

• Metamorfismo regional

É um tipo de metamorfismo que afecta extensas áreas na crusta terrestre, tendo origem em processos que envolvem uma sequência de fenómenos relacionados com a formação de cadeias montanhosas (orogenia). O metamorfismo regional está ligado a processos relacionados com a convergência de placas, contexto tectónico onde podem ocorrer condições de elevadas temperaturas e condições de tensão que variam de moderadas a altas.

Quando as condições de tensão e de temperatura ultrapassam determinados valores (cerca de 800ºC), ocorrem processos de fusão parcial, iniciando-se a transição do metamorfismo para o magmatismo (ultrametamorfismo).

• Metamorfismo de contacto

Ocorre nas zonas próximas da instalação de rochas intrusivas. Antes de consolidar, o calor e os fluidos libertados pelo magma, ao propagarem-se às rochas encaixantes, vão alterar os minerais existentes nessas rochas.

As rochas junto à intrusão são fortemente aquecidas e alteradas, desenvolvendo-se uma zona de alteração quer mineralógica, quer estrutural, denominada auréola de metamorfismo. Por ser o calor o principal factor de metamorfismo, o metamorfismo de contacto também pode ser designado por metamorfismo térmico.

A extensão da auréola metamórfica depende da dimensão do corpo intrusivo que se instala. As rochas metamórficas que se originam nas zonas mais próximas do corpo intrusivo designam-se por corneanas (pode também designar as rochas resultantes do metamorfismo de contacto a partir de rochas argilosas). Por processos de metamorfismo de contacto, os calcários podem originar mármores e os arenitos formam quartzitos. A variedade de rochas resultantes do metamorfismo de contacto depende do tipo de rocha-mãe onde o corpo magmático se instala.

Mineralogia das rochas metamórficas

Os minerais que constituem as rochas são mais estáveis em ambientes semelhantes aos da sua génese. Quando essas condições se alteram, os minerais podem experimentar transformações.

A composição mineralógica e o arranjo dos minerais rochosos preexistentes, quando sujeitos a novas condições de pressão e de temperatura, tornam-se instáveis. Os materiais rochosos podem ser transformados, originando-se diferentes associações de minerais, e/ou texturas, devido a novos arranjos de partículas, ocorrendo processos de recristalização.

A recristalização verifica-se pela alteração da estrutura cristalina do mineral. A circulação de fluidos alteram a composição química dos minerais preexistentes, podendo também ocorrer a recristalização.

Uma forma de distinguirmos as rochas metamórficas de outro tipo de rochas é através da sua mineralogia característica. Os minerais específicos de ambientes metamórficos que podem caracterizar as condições presentes num determinado contexto metamórfico são a clorite, a estaurolite, a silimanite, a granada, a cianite, a andaluzite e o epídoto.

A andaluzite, a silimanite e a cianite são aluminossilicatos que, sob diferentes condições de pressão e de temperatura, experimentam transformação polimórfica.

A identificação de determinados grupos de minerais em rochas que numa dada zona foram afectadas por metamorfismo pode ser utilizada na caracterização das condições termodinâmicas reinantes durante o processo metamórfico.

Quando um dado mineral permite inferir das condições em que uma dada rocha metamórfica foi gerada, é designado por mineral-índice. Sendo possível identificar diferentes graus de metamorfismo pela presença de minerais indicadores das condições de pressão e de temperatura em que a rocha que os contém foi gerada. Existe o metamorfismo de baixo grau, metamorfismo de médio grau e metamorfismo de alto grau. As diferentes zonas metamórficas são delimitadas por superfícies de igual grau de metamorfismo, chamadas isógradas, sendo definidas pelos pontos onde ocorrem pela primeira vez determinados minerais-índice.

Metamorfismo

As rochas, quando submetidas a condições termodinâmicas substancialmente diferentes das existentes no momento da sua génese, tornam-se instáveis, e experimentam transformações mais ou menos acentuadas, reajustando-se às novas condições ambientais.

O metamorfismo é o processo geológico que consiste num conjunto de transformações mineralógicas, químicas e estruturais que ocorrem no estado sólido, em rochas sujeitas a estados de tensão, a temperatura e pressão diferentes da sua génese.

O metamorfismo ocorre nas zonas de subducção, em cadeias orogénicas ou na proximidade da instalação de um magma no seio de rochas preexistentes.

As rochas quando sujeitas a condições termodinâmicas diferentes das existentes na altura da sua génese, tornam-se instáveis. Como resposta às novas condições, as rochas modificam-se gradualmente até alcançar um estado de equilíbrio compatível com o novo ambiente. As modificações das rochas dependem da actuação de um conjunto de factores de metamorfismo. As tensões (pressões), o calor e a composição dos fluidos actuando em enormes intervalos de tempo são factores que condicionam o metamorfismo.

• Tensão

Quando se aplica uma força numa determinada área, o material fica sujeito a um estado de tensão. As rochas metamórficas são formadas a diferentes profundidades. À medida que aumenta a profundidade, as rochas são sujeitas a campos de tensões quer devido ao peso exercido pela coluna de material suprajacente, quer devido aos movimentos tectónicos.

A tensão exercida resultante do peso da massa rochosa suprajacente é designada por tensão litostática. Esta é exercida de igual modo em todas as direcções, o que origina uma diminuição do volume dos materiais rochosos, com um consequente aumento da densidade.

As rochas que estão sujeitas a forças que não são exercidas de igual modo em todas as direcções. estão sob uma tensão não litostática ou dirigida. Esta produz uma orientação preferencial de certos minerais, que tendem a ficar alinhados perpendicularmente à direcção da força.

As rochas, quando sujeitas à acção de tensões dirigidas, podem ser comprimidas ou estiradas consoante a tensão actuante seja do tipo compressivo ou tractivo, respectivamente.

• Calor

À medida que as rochas aprofundam no interior da litosfera, ficam sujeitas a temperaturas elevadas, que, mesmo não sendo suficientes para as fundir, provocam alterações importantes nos seus minerais constituintes. A rocha ajusta-se aos novos valores de temperatura, estabelecendo novas ligações atómicas, surgindo novas redes cristalinas e aparecendo minerais mais estáveis. Outra fonte de calor importante nos processos metamórficos provém do contacto entre rochas e intrusões magmáticas. Se as rochas forem sujeitas a temperaturas próximas dos 800ºC, os materiais começam a fundir e verifica-se a transição para o domínio magmático.

• Fluidos

Os fluidos, como a água aquecida e a elevadas pressões, pode transportar vários iões em solução. Estas soluções vão reagir com as rochas, alterando a sua composição química e mineralógica. Também os fluidos que são libertados durante a instalação de um corpo magmático são importantes no processo metamórfico. No decurso deste processo metamórfico, a água que existe em certos minerais hidratados pode também ser libertada, constituindo assim um fluido capaz de induzir transformações nas rochas.

• Tempo

Os fenómenos metamórficos são extremamente lentos, por isso, também se considera o tempo como um dos factores relevantes para a formação de rochas metamórficas.

Dobras

As dobras são um tipo de deformação que se traduz pelo encurvamento de camadas inicialmente planas.

As dobras podem ser descritas tendo em conta certos elementos caracterizadores da sua geometria.

• Zona de charneira (A) - zona que contém os pontos de máxima curvatura da superfície dobrada.
• Flancos (B) - região plana da dobra situada de um e do outro lado da zona de charneira.
• Eixo da dobra (C) - linha imaginária que está na intersecção dos dois flancos da dobra.
• Plano axial (D) - superfície imaginária que contém as linhas de charneira de todas as superfícies dobradas. Muitas vezes pode ser um plano de simetria da dobra.
• Perfil da dobra (E) - secção perpendicular ao eixo da dobra.

É comum classificar as dobras tendo em consideração a sua orientação no espaço e a idade relativa da sequência de estratos.

Relativamente à posição espacial das dobras, estas podem apresentar a abertura virada para baixo - antiforma, a abertura voltada para cima - sinforma, ou uma abertura orientada lateralmente - dobra neutra.

Sempre que é possível determinar a idade das camadas e se verificar que o núcleo (conjunto de camadas mais internas da dobra) de uma antiforma é ocupado pelas formações mais antigas, designa-se de anticlinal; se o núcleo de uma sinforma for constituído pelas camadas mais recentes, designa-se sinclinal. A utilização dos termos implica que seja conhecida a sequência de deposição dos estratos, ou seja, a datação relativa das camadas que constituem as dobras consideradas.

Os geólogos necessitam de determinar com muita precisão a sequência temporal das camadas num dado afloramento (polaridade estratigráfica).

Na definição de um dado plano no espaço é necessário determinar a sua atitude, ou seja, a sua posição geométrica, definida pela sua direcção e inclinação.

• Direcção - é o ângulo entre a linha N-S e a linha de intersecção do plano dado com o plano horizontal.
• Inclinação - é o ângulo definido entre a linha de maior declive da superfície planar considerada com um plano horizontal, que varia entre 0º e 90º.

Os processos que conduzem à deformação dos materiais geológicos estão intimamente ligados à dinâmica da litosfera. Em muitas áreas onde se observam estruturas geológicas como falhas e dobras, podem observar-se também outras transformações significativas nos materiais rochosos.

Deformação das rochas

No decurso dos vários processos a que as rochas são sujeitas, pode verificar-se que estas experimentam profundas e complexas transformações após a sua génese, em consequência de intensos esforços que sobre elas actuam.

Como consequência da dinâmica da litosfera, originam-se forças tectónicas que tendem a produzir a deformação nos materiais rochosos, que se traduz pelo aparecimento de estruturas geológicas como falhas e dobras.

Um corpo sujeito a uma força externa, reage através da manifestação de forças internas, cuja tendência é manter ou restaurar a sua forma original, o corpo encontra-se sob um estado de tensão. A tensão é a força exercida por unidade de área, a tensão será tanto maior quanto menor for a área. Um estado de tensão pode expressar-se segundo duas componentes, tensão normal (está orientada perpendicularmente ao plano considerado) e tensão cisalhante ou tensão de corte (a orientação é paralela a esse plano).

As tensões normais podem ser consideradas compressivas ou distensivas (tractivas), quando a resultante das forças é convergente e divergente, respectivamente.

A deformação pode corresponder a alterações no volume ou a alterações de forma.

Comportamento mecânico das rochas

O comportamento dos materiais quando submetidos a estados de tensão pode ser elástico ou plástico.

• Comportamento elástico - a deformação é reversível e proporcional ao estado de tensão aplicado. Quando cessa o estado de tensão, o material recupera a forma inicial.
• Comportamento plástico - acima do limite de elasticidade (ponto de cedência), a alteração da forma ou do volume do materias é permanente. Devido à acção continuada da tensão, as rochas atingem o limite de resistência máxima (limite de plasticidade), entrando em ruptura.

Os materiais geológicos em níveis estruturais pouco profundos, apresentam um comportamento elástico, seguido de ruptura. Designa-se, neste caso, que a deformação ocorre em regime frágil.

A profundidades mais elevadas e sob a acção de grandes tensões, as rochas entram em ruptura mais dificilmente, revelando o seu comportamento plástico. A deformação, neste caso, ocorre em regime dúctil.

Parâmetros como a composição química/mineralógica, a temperatura, a pressão dos fluidos intersticiais (água) variam com a profundidade, criando diferentes condições que afectam o comportamento dos materiais geológicos.

Falhas

As falhas são superfícies de fracturas onde ocorreu um movimento relativo entre dois blocos.

É comum no trabalho de campo utilizar alguns elementos geométricos caracterizadores de uma falha.

• Plano de falha - superfície de fractura ao longo da qual ocorreu o movimento dos blocos.
• Rejecto - comprimento/distância entre dois pontos que anteriormente à actuação da falha estavam em contacto (caracteriza o movimento relativo da falha).
• Tecto (bloco superior) - bloco que se encontra acima do plano de falha.
• Muro (bloco inferior) - bloco que está situado abaixo do plano de falha.
• Atitude (plano de falha) - qualquer plano pode ser referenciado espacialmente através da sua direcção e da sua inclinação.
• Inclinação - ângulo definido entre o plano horizontal e o plano de falha.

De acordo com o movimento relativo entre os dois blocos da falha (tecto e muro), as falhas podem ser classificadas como normais, inversas e de desligamento.