PETROLOGIA DE CARVAO
segunda-feira, outubro 06, 2008 Edit This 0 Comments »2.1 A Base Geológica de Formação de Carvão
2.11 A origem de pântanos de turfa
As camadas de carvão originam-se habitualmente a partir de turfa depositada nos pântanos. Os factores seguintes são cruciais na formação de pântano de turfa:
a) o desenvolvimento evolucionário da flora,
b) o clima e
c) posições geográficas e estruturais da região.
2.111 Desenvolvimento evolucionário da flora
Antracites, carvões mais velhos da terra, parecem ser de origem de plantas. No Devónico Inferior as plantas (psilophytes) cresciam em lagoas menos profundas. Não foi possível nenhuma formação de camada de carvão até o novo desenvolvimento de plantas terrestres nas épocas de Devónico Médio e Superior, quando as plantas se espalharam rapidamente pelos continentes. Não foram formados depósitos de carvão importantes até Carbónico Inferior.
O Carbónico Superior e o "período de carvão betuminoso". Até então já havia pântanos de florestas luxuriantes nas quais árvores tais como lepidodendron e sigillaria atingiam alturas de 30m. Em Mesozóico, particularmente no Jurássico eno Cretácico Inferior, as gimnospermas (Ginkgophyta, Cycadophyta e Coníferas) são as plantas principais de formação de carvão, especialmente nas localodades da Sibérica e da Ásia Central.
O desenvolvimento floral muito rápido entre os tempos de Cretácico Inferior e Superior conduziram para as floras de angiospermas ricas de pântanos de Cret´cico Superior e Terciário na América do Norte, Europa, Japão e Austrália. Comparadas com a flora carbonífera, as plantas de pântano do Mesozóico e, particularmente do Terciário, são muito mais diversificadas e mais especializadas, resultando em espessos depósitos de turfa com muitos tipos diferentes de facies.
2.112 Clima
Qunto mais quente e mais húmido o clima, tanto mais luxuriante é a flora. Um pãntano tropical renovar-se-á 7-9 anos e durante este tempo as árvores podem crescer até alturas de 30 m. Em contraste, as árvores de florestas pântanos de alnus de zonas temperadas crescerão até alturas de apenas 5-6 m no mesmo intervalo de tempo.
No passado geológico, as turfas predominavam nas zonas de clima quente húmido, especialmente nos tempos de Carbónico Superior quando foram depositadas informações riquíssimas em carvão. No hemisfério sul, existem depósitos de carvão ricos que se acumulam nos climas temperados húmidos ou nos climas frio/frescos.
As camadas de carvão depositadas em climas quentes e húmidos contêm muitas bandas espessas de carvão brilhante que surge de caules espessos. Por outro lado, as camadas que se originas em climas temperados e frios contêm pouco carvão brilhante. Os carvões Gondwánicos pos-glaciais, por exemplo, são finamente detríticos.
Com calor crescente não somente as plantas crescem mas também a taxa de decomposição aumenta.
Os pântanos elevados (raised bogs) ocorrem somente em climas húmidos (aproximadamente 8-9 ˚C) onde a pluviosidade anual (700 mm) é superior à evaporação anual total. Eles formam-se independentemente da morfologia da superfície até mesmo num cimo da montanha com uma pluviosidade anual elevada. Apresentam superfícies convexas e pouquidade de nutrientes de plantas.
2.113 Requisitos paleogeográficos e tectónicos
Os pre-requisitos para o desenvolvimento de espessos depósitos de turfa e para a formação de camadas de carvão:
1) uma lenta e contínua subida de nivel de água do solo que deixa a par de formação da turfa, isto é, subsidência,
2) proteção de pântanos (por praias, barreiras de areias, etc) contra grandes inundações do mar e (por represas "levees") contras águas de enchentes de rios, e
3) baixa energia de relevo da terra do interior (hinterland) e fornecimento restrito de sedimentos fluviais que por outro lado poderiam interromper a formação da turfa.
Se o nivel de água do solo subir bastante alto, por causa da rápida subsidência, os pântanos afogarão e os sedimentos límnicos (argilas, margas e calcários) são depositados. Se a subsidência é bastante lenta, o material das plantas na superfície apodrecerá e a turfa que já se formou será erodida. Dessa maneira, a formação das camadas depende das interrelações paleogeográficas e estruturais dentro da área sedimentar.
2.113.1 Paleogeografia
Se nivel da água do solo permanece suficientemente alto durante um longo período, a turfa pode ocasionalmente formar-se até num clima de estepe. Uma condição de formação da tal turfa é a depressão na superfície do solo. Em todo o caso para formar turfa é necessário que a água do solo estagnada deva parar durante todo o ano acima ou perto da superfície do solo, de tal modo que o material de planta morta decompor-se-á. Estas condições ocorrem muito frequentemente nas áreas costeiras planas onde a água do mar suspende a água doce que brota da terra. Outros pântanos ocorrem nas costas de grandes lagos interiores. Dependendo da sua posição geográfica original são distintos depósitos de carvão parálicos (ou da costa do mar) e límnicos (interiores).
Tabela 1. Diferenças entre carvões parálicos e límnicos
Pântanos de carvões parálicos | Pântanos de carvões límnicos |
1) originam nas margens distais externas de deltas 2) camadas de carvões geralmente finas 3) camadas de grande extensão lateral 4) abundantes intercalações de origem marinha | 1) aparecem na área deltáica 2) espessas camadas de carvão 3) camadas de pequenas extensão lateral 4) raras intercalações marinhas |
Enquanto que muitos pântanos Carboníferos originaram por causa da transgressão marinha, outros pântanos Carboníferos formaram-se como resultado de regressão do mar. O avanço do mar levanta o nivel de água do solo na direcção da terra e dessa forma desenvolve-se um novo cinturão de pântano. Nestes casos, os sedimentos terrestres e fluviais aparecem embaixo das camadas e os depósitos marinhos e límnicos aparecem por cima. Os tipos de pântanos devido à transgressões marinhas resultam frequentemente de florestas afogadas (exemplo, na costa sulista da Nova Guinea e na costa a sudoeste de Florida).
2.113.2 Estrutura tectónica
Os depósitos de turfa aprecem somente em área de subsidência. Se atxa de subsidência aumentar são depositados os sedimentos inorgânicos, soterrando a turfa, por exemplo quando ocorre uma transgressão marinha. Depois disso, os sedimentos límnicos e fluviais são depositados e pode formar-se um novo pântano de turfa. Tal sucessão designa-se ciclotema(cyclethem) e a sequência pode ser frequentemente repetida, embora não em pormenor.
2.12 Crescimento da turfa, compreensão e o tempo de formação de carvão
Na zona temperada a taxa de crescimento anual da turfa de pântano estima-se em 1/2-1 mm e aquela de turfas de pântanos elevados (high moor) em 1-2 mm. A taxa de crescimento de muitas turfas tropicais é provavelmente considerada muito elevada.
A compressão a partir da fase da turfa passando pela fase de carvão castanho (brown coal) até carvão betuminoso é considerável, mas a quantidade de compressão que ocorre depende de facies. As turfas das florestas comprimem menos do que as turfas de juncos ou gyttjae, que contêm abundante água. A quantidade de compressão pode ser madida por meio de inclusões de camadas cujo volume não mudou ou mudou muito pouco durante a incarbonização. Os fluidos de carvão à volta de tais e adiferênça de altura entre a concreção e a camada carbonífera contínua lateralmente indica a quantidade de compactação.
Sugere-se que a compactação a partir da turfa passando por carvão castanho mole (soft brown coal) até ao carvão betuminoso está na proporção de 6:3:1, ou seja, 1 m de turfa produzirá menos de 20 cm de carvão betuminoso.
É muito difícil estabelecer o comprimento de tempo necessário para formar uma certa espessura de carvão quer castanho quer betuminoso. Uma espessura de 1 m de carvão betuminoso representa provavelmente um acumulação de aproximadamente 6 000-9 000 anos.
2.13 Desenvolvimento de Facies Carboníferos
O termo "facies carboníferos" refere-se aos tipos genéticos primários de carvão que são dependentes do meio de deposição sob o qual as turfas originaram.
Factores que determinam as características primárias de camadas de carvão:
(a) tipo de deposição (autóctona e alóctona);
(b) comunidades vegetais formadoras de turfas;
(c) meio deposicional (telmático, límnico, marinho-salobre, rico e cálcio);
(d) fornecimento de nutrientes (eutrófico, oligotrófico);
(e) valor de pH, actividade bacteriana, fornecimento de enxofre;
(f) temperatura da turfa; e
(g) potencial redox (aeróbico, anaeróbico).
2.131 Tipo de Deposição
Carvões autóctonos desenvolvem-se a partir de plantas que depois da morte formaram turfa in situ. Em contraste, os carvões alóctonos formam-se a partir de restos de plantas que foram transportados distâncias consideráveis a partir dos seus sitios originais, exemplo, caules de árvores desviados e turfa redepositada. Certamente ocorrem repetidamente rearranjos não importantes de restos de plantas e de turfas dentro dum pântano dse turfa durante momentos de inundação. Consequentemente, resultam carvões "hipo-autóctonos" e estes são caracterizados comumente por uma composição detrítica fina, por um elevado conteúdo de matéria mineral do que os carvões verdadeiramente autóctonos e por uma micro-acamação pronunciada. Tais carvões muitas vezes carregam conchas calcáreas de lamellibrânquios , conchas de caracóis aquáticos, algas calcáreas, espículas de esponjas e outros minerais e plantas aquáticas. Mesmo os restos de peixes são conhecidos em alguns carvões. Estes restos animais originaram duma fauna que viveu em charcos. Todos os litótipos subaquáticos, especialmente durinos escuros, carvões cannel e boghead, são hipo-autóctonos.
Os carvões alóctonos são ricos em matéria mineral para o trabalho económico.
2.132 Cominidades de Plantas Formadora de Turfa
Podem distintos 4 tipos de pântanos na base de comunidade de plantas:
1) áreas de águas abertas com plantas (submersas em parte);
2) pântanos de juncos abertos;
3) pântanos de floresta; e
4) pântanos de de musgos.
Nos climas temperados húmidos esta sequência poderia ser representada pelo desenvolvimento de uma turfa em lagos, preenchidos vagarosamente por crescimento de plantas, para dar, a partir dos fundos dos lagos para cima, lama (mud), guttja detrítica, turfa de junco, turfa de floresta e turfa de musgos. Contudo, nos pântanos Carboníferos do hemisfério norte, a formação de turfa começou usualmente com uma flora de pântano de flora e terminva frequentemente em lama.
2.133 Meio Deposicional (telmático, límnico, marinho-salobre, rico em cálcio)
Facies de carvão são descritos como telmáticos (ou terrestres) se eles resultam a partir duma turfa não perturbada que cresceu in situ; exemplos, turfa de floresta, turfa de junco e turfa de pântanos elevados (high moor). O telmático contrasta com facies de carvões límnicos (ou subaquáticos) cujos depósitos são depositados nos lagos de pântanos. Os facies carboníferos terrestres e subaquáticos não podem ser sempre separados claramenteuns dos outros, porque nos pântanos de floresta e, particularmente nos pântanos de juncos, tamém ocorre a sedimentação subaquática.
Os carvões depositados nas área marinho-salobres são distintos por propriedades especiais. As turfas de capim marinho da costa Atlântica do América do norte são ricas em cinzas, enxofre e nitrogênio e contêm fósseis marinhos. Algumas camadas Carboníferas nos tetos marinhos contêm concreções ("bolas de carvão") calcíticas, dolomíticas ou ankeríticas, nas quais a turfa está petrificada e estão preservados numerosos restos de plantas que exibem estrutura.
Os carvões betuminosos influenciados pelo mar são habitualmente ricos em enxofre, hidrogênio e nitrogênio. Os seus produtos de de matéria volátil são mais elevados do que popderia se esperar do seu grau de incarbonização geoquímica (M. Teichüller, 1962a). As substâncias húmicas são fortemente decompostas e a vitrinite está frequentemente sem estrutura, isto é, eucolinítica, como consequência de elevados valores de pH e actividade bacteriana considerável, condições estabelecidas, por exemplo, nos pântanos de delta de Mississippi inundadas pelo mar. Ademais as causas puramente químicas, por exemplo, solubilidade crescente de substâncias húmicas com o decréscimo de acidez e um aumento de fornecimento de iões alcalinos, também contribuem para a característica destes carvões. O elevado conteúdo de enxofre é causado pela disponibilidade aumentada de iões sulfatos na água do mar e pela actividade de bactérias anaeróbicas. A putrefacção ocorre nestes ambientes anaeróbicos e com ela a formação de produtos de decomposição gordurosos e betuminosos. Hidrogênio e nitrogênio (de corpos de proteinas e bactérias) também estão enriquecidos em materiais húmicos que depois formam vitrite, betuminite peridrosas(perhydrous) e mais tarde micrite.
Os carvões que foram depositados nos pântanos ricos em cálcio, mostram propriedades similares às de carvões influenciados pelo mar. Os embasamentos calcáreos, ou o influxo de águas ricas em cálcio provenientes de área de pântanos circundantes, reduzem a acidez da turfa para um grau mais grande do que fá-lo a água do mar, por exemplo, em Eversglades até um pH máximo de 8.6. A actividade bacteriana é acelerada, resultando numa degradação aumentada de restos de plantas, humificação precoce e gelificação bioquímica, com a formação de dopplerite (humato de cálcio). A decomposição é especialmente severa se o cálcio e o oxigênio agem juntos, implicando um ambiente anaeróbico. Mesmo a esporopollinina resistente é destruida e virtualmente nenhuma turfa se forma. Aqui encontra-se a razão porquê é que os carvões ricos em cálcio mostram quase sempre características de gênese subaquática. As conchas calcáreas e os elementos esqueléticos de faunas de pântanos, que em muitas turfas são dissolvidos pelos ácidos húmicos, estão preservadas nas turfas ricas em cálcio e carvões.
A maior parte de carvões ricos em cálcio são notavelmente elevados em enxofre orgânico e pirite singenêtico(W. Petraschech), provavelmente devido a severa actividade bacteriana (proteina e enxofre bacterianos) e um abastecimento abundante de substâncias ricas em proteinas e em parte substâncias animais (plankton, muluscos). Os carvões ricos em cálcio parecem estar destinados a formar exsudatos de betúmen no limite de carvão betuminoso de lignite durante a incarbonização. Um exemplo extremo dum carvão rico em cálcio é o carvão Rasa de Istria (Jugoslávia), que carrega 11% de enxofre orgânico.
2.134 Fornecimento de Nutrientes (eutrófico, oligotrófico)
Os pântanos eutróficos, mesotróficos e oligotróficos podem ser distintos depedendo se estão disponíveis quantidades abundantes, pequenas ou muito pequenas de nutrientes de plantas.
Os pântanos topogênicos baixos (topogenic low moors) geralmente são eutróficos, porque eles recebem o seu conteúdo de humidade a partir de água do solo que habitualmente está carregada de nutrientes dissolvidos. Os pântanos elevados (raised bogs ou high moors) são oligotróficos uma vez que eles obtêm a sua água atraves da pluviosidade. Os tipos transicionais entre topogenic low moors e os ombrogenous raised bogs ("pântanos de transição") são mesotróficos.
Sub condições hidrológicos uniformes, a vegetação dos pântanos eutróficos é mais luxuriante e rica em espécies. A flora dos pântanos (bogs) oligotróficos são pobres em espécies e, pelo menos em climas temperados, é predominantemente herbácia (pântanos (bogs) de sphagnum).
As turfas de pântanos (moors) oligotróficos geralmente contêm muitos restos de plantas bem preservados; as suas relações C/N e os conteúdos de ácidos húmicos são elevados e a actividade bacteriana é baixa. O conteúdo de nutrientes (cálcio, ácido fosfórico, potácio e nitrogênio) em turfas de pântanos elevados (high moors) é apenas a quinta parte daquela de turfas de pântanos baixos (low moors). O contúdo de enxofre está entre 0.06-0.15% e o que é surpreendente é o elevado conteúdo de betumen.
As camadas de carvão, muito baixas em cinzas, mostrando tecidos de plantas (textinite, telinite) bem preservados e com humites subhidrosos a ortohidrosos ou vitrites, podem estar relacionadas com os ambientes deposicionais oligotróficos.
Muitas camadas de carvões betuminisos foram depositadas em pântanos eutróficos para dentro dos quais foram trazidos abundantes nutrientes para a vegetação formadora de turfa atraves de cheias regulares pelos rios. As produções de cinzas e as muitas intercalações de bandas de argilas e margas nas camadas de carvão são evidências de cheias/inundações.A acidez duma turfa influencia na vida bacteriana e com ela a decomposição estrutural e química de restos de plantas. Nos exemplos de carvões ricos em cálcio e de influência marinha, os ambientes deposicionais alcalinos causaram evidentemente decomposição estrutural severa, com a formação de geles húmicos e productos de petrificação relativamente ricos em nitrogênio e hidrogênio.
As turfas de pântanos baixos (low moors) têm valores de pH entre 4.8-6.5 e as turfas de pântanos elevados (high moors) têm valores de pH entre 3.3-4.6. Pra além de tipo de embasamento e influxo de água, o grau de acidez depende das comunidades de plantas, abastecimento de oxigênio e do nivel de concentração de ácidos húmicos que já se formaram.
Muitas bactérias se esforçam melhor nos meios neutros e fracamente alcalinos (pH 7.0-7.5). Quanto mais ácida a turfa, mais pobre em bactéria ela será e melhor preservadas serão as estruturas de plantas. Somente os fungos, que vivem nas camadas de turfas mais superiores (até uma profundidade de cerca de 40 cm), toleram valores de pH tão baixos que 4.0.
O conteúdo de nitrogênio de turfas e o abstecimento de sais de minerais são importantes à actividade bacteriana. Uma pequena relação de C/N e condições eutróficas promovem a actividade bacteriana. Uma vez as bactérias produzem muita proteína, o aumento da concentração de proteínas nas turfas é paralelo à decomposição de celulose e hemicelulose bacterial. As proteínas estão característicamente concentradas nas turfas de pântanos baixos (low moors) devido à actividade bacteriana, mas não em turfas de pântanos elevados (high moors). Os productos de decomposição de proteinas bacteriana são mais tarde incorporados nas substâncias húmicas, que são as mais estáveis, e contêm mais nitrogênio ("ácido húmico cinzento "de solos).
O número de bactérias de turfas decresce com a profundidade e os tipos de bactérias são largamente governados pelo potencial redox. No topo da turfa, além de actinomyces e fungos, operam as bactérias aeróbicas, consumindo o oxigênio da atmosfera. Elas decompõem os carbohidratos facilmente solúveis, tal como açúcar, e mais terde também celulose e hemicelulose, concentrando então ligninas, taninas, gorduras, ceras/cerumes, resinas, esteróis, pigmentos, esporopoleninas, cutina e suberina. As bactérias anaeróbicas ainda funcionam até profundidade de 10 m, embora elas desapareçam bastante cedo.
As bactérias de enxofre desempenham um pael especial nas turfas e lamas (muds) orgânicas, reduzindo sulfatos para enxofre, dessa maneira fazendo possível a formação de pirite e marcasite. Neavel (1966) mostra que FeS2 nas turfas pode apenas formar-se pela actividade bacteriana, uma vez que na base das reacções cinéticas, há uma energia insuficiente para uma redução puramente quimica de sulfatos para bisulfatos. Um pre-requisito é, claro, um abastecimento amplo de enxofre e ferro. O enxofre origina de proteínas de plantas (e animais), grandemente de proteína bacteriana, ou ele foi trazido das área externas como iões de sulfatos a partir de correntes e/água do mar.
2.136 Temperatura da Turfa
REFEÊNCIA
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