Carbonate Compensation Depth (CCD)

 Profundidade de Compensação de Carbonato (PCC)

Thin section of a Nummulitic limestone. The large objects are the remains of large foraminifera, Nummulites, which are embedded in a fine-grained matrix of calcareous remains of smaller, planktonic organisms. PASIEKA / Getty Images

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by

Andrew Alden

Updated September 24, 2018 

A Profundidade de Compensação do Carbonato, abreviada como CCD, refere-se à profundidade específica do oceano em que os minerais de carbonato de cálcio se dissolvem na água mais rapidamente do que podem se acumular. O fundo do mar é coberto por sedimentos finos feitos de vários ingredientes diferentes. Você pode encontrar partículas minerais da terra e do espaço exterior, partículas de "fumantes negros" hidrotermais e restos de organismos vivos microscópicos, também conhecidos como plâncton. O plâncton são plantas e animais tão pequenos que flutuam toda a sua vida até morrerem. Muitas espécies de plâncton constroem conchas por meio de extração química de material mineral, seja carbonato de cálcio (CaCO3) ou sílica (SiO2), da água do mar. Profundidade de compensação de carbonato, é claro, só se refere ao primeiro; mais sobre sílica depois.

Quando organismos com casca de CaCO3 morrem, seus restos esqueléticos começam a afundar em direção ao fundo do oceano. Isso cria um limo calcário que pode, sob pressão da água sobreposta, formar calcário ou giz. Nem tudo o que afunda no mar chega ao fundo, porque a química da água do oceano muda com a profundidade.

A água da superfície, onde vive a maioria dos plânctons, é segura para as conchas feitas de carbonato de cálcio, quer esse composto tome a forma de calcita ou aragonita. Estes minerais são quase insolúveis lá. Mas a água profunda é mais fria e sob alta pressão, e ambos os fatores físicos aumentam o poder da água de dissolver o CaCO3. Mais importante que isso é um fator químico, o nível de dióxido de carbono (CO2) na água. A água profunda coleta CO 2 porque é produzida por criaturas das profundezas do mar, de bactérias para peixes, enquanto comem os corpos em queda de plâncton e os usam como alimento. Altos níveis de CO2 tornam a água mais ácida.

A profundidade em que todos esses três efeitos mostram sua força, na qual o CaCO3 começa a se dissolver rapidamente, é chamada lisocline. À medida que você passa por essa profundidade, a lama do fundo do mar começa a perder seu conteúdo de CaCO3 - é cada vez menos calcária. A profundidade na qual o CaCO3 desaparece completamente, onde sua sedimentação é igualada por sua dissolução, é a profundidade da compensação.

Alguns detalhes aqui: a calcita resiste à dissolução um pouco melhor que a aragonita, então as profundidades de compensação são ligeiramente diferentes para os dois minerais. No que diz respeito à geologia, o importante é que o CaCO3 desapareça, então o mais profundo dos dois, a profundidade de compensação da calcita ou o CCD, é o mais significativo. "CCD" pode às vezes significar "profundidade de compensação de carbonato" ou mesmo "profundidade de compensação de carbonato de cálcio", mas "calcita" é geralmente a escolha mais segura em um exame final. Alguns estudos se concentram em aragonita, porém, e eles podem usar a abreviação ACD para "profundidade de compensação de aragonita". Nos oceanos de hoje, o CCD tem entre 4 e 5 quilômetros de profundidade. É mais profundo em lugares onde a água nova da superfície pode expulsar a água profunda rica em CO2, e mais superficial, onde muitos plânctons mortos constroem o CO2.

O que isso significa para a geologia é que a presença ou ausência de CaCO3 em uma rocha - o grau em que ela pode ser chamada de calcário - pode dizer algo sobre onde ela passou seu tempo como um sedimento. Ou, inversamente, os aumentos e quedas no conteúdo de CaCO3 à medida que você sobe ou desce em uma sequência de rochas podem dizer algo sobre as mudanças no oceano no passado geológico. Nós mencionamos a sílica anteriormente, o outro material que o plâncton usa para suas conchas. 

Não há profundidade de compensação para a sílica, embora a sílica se dissolva até certo ponto com a profundidade da água. A lama do fundo do mar, rica em sílica, é o que se transforma em sílex. Existem espécies de plâncton mais raras que fazem suas conchas de celestita, ou sulfato de estrôncio (SrSO4). Esse mineral sempre se dissolve imediatamente após a morte do organismo.

Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures

Rápido surgimento de vida demonstrado pela descoberta de estruturas microbianas de 3,7 bilhões de anos

• Allen P. Nutman
• , Vickie C. Bennett
• , Clark R. L. Friend
• , Martin J. Van Kranendonk
•  & Allan R. Chivas

• Nature volume 537, pages 535–538 (22 September 2016)
• doi:10.1038/nature19355
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• • Geochemistry
  • Geology
  • Palaeontology

Received:

11 October 2015

Accepted:

11 August 2016

Published:

31 August 2016

Abstract

Biological activity is a major factor in Earth’s chemical cycles, including facilitating CO₂ sequestration and providing climate feedbacks. Thus a key question in Earth’s evolution is when did life arise and impact hydrosphere–atmosphere–lithosphere chemical cycles? Until now, evidence for the oldest life on Earth focused on debated stable isotopic signatures of 3,800–3,700 million year (Myr)-old metamorphosed sedimentary rocks and minerals^1,2 from the Isua supracrustal belt (ISB), southwest Greenland³. Here we report evidence for ancient life from a newly exposed outcrop of 3,700-Myr-old metacarbonate rocks in the ISB that contain 1–4-cm-high stromatolites—macroscopically layered structures produced by microbial communities. The ISB stromatolites grew in a shallow marine environment, as indicated by seawater-like rare-earth element plus yttrium trace element signatures of the metacarbonates, and by interlayered detrital sedimentary rocks with cross-lamination and storm-wave generated breccias. The ISB stromatolites predate by 220 Myr the previous most convincing and generally accepted multidisciplinary evidence for oldest life remains in the 3,480-Myr-old Dresser Formation of the Pilbara Craton, Australia^4,5. The presence of the ISB stromatolites demonstrates the establishment of shallow marine carbonate production with biotic CO₂ sequestration by 3,700 million years ago (Ma), near the start of Earth’s sedimentary record. A sophistication of life by 3,700 Ma is in accord with genetic molecular clock studies placing life’s origin in the Hadean eon (>4,000 Ma)⁶.

A atividade biológica é um fator importante nos ciclos químicos da Terra, incluindo a facilitação do seqüestro de CO2 e o fornecimento de feedbacks climáticos.

Assim, uma questão-chave na evolução da Terra é quando a vida surgiu e impactou os ciclos químicos da hidrosfera-atmosfera-litosfera?

Até agora, as evidências da mais antiga vida na Terra focavam em assinaturas isotópicas estáveis ​​e debatidas de rochas sedimentares e minerais metanfetos de 3.800 a 3.700 milhões de anos (Myr), 1,2 do cinturão supracrustal de Isua (ISB), sudoeste da Groenlândia.

Aqui nós relatamos evidências de vida antiga de um afloramento recém-exposto de rochas de metacarbonato de 3.700-Myr-old na ISB que contém estromatólitos de 1 a 4 cm de altura - estruturas macroscopicamente em camadas produzidas por comunidades microbianas. Os estromatólitos da ISB cresceram em um ambiente marinho raso, como indicado por elementos de terra-rara semelhantes a água do mar mais assinaturas de elemento vestigial de ítrio dos metacarbonatos, e por rochas sedimentares detríticas intercaladas com laminação cruzada e brechas geradas por ondas de tempestade.

 
Os estromatólitos da ISB são anteriores a 220 Myr, a evidência multidisciplinar anterior mais convincente e geralmente aceita para a vida mais antiga permanece na 3.480-Myr-old Dresser Formation do Craton de Pilbara, na Austrália4,5.

A presença dos estromatólitos da ISB demonstra o estabelecimento da produção de carbonato marinho superficial com o sequestro de CO2 biótico em 3.700 milhões de anos atrás (Ma), perto do início do registro sedimentar da Terra.

A sofisticação da vida em 3.700 Ma está de acordo com os estudos genéticos de relógios moleculares que colocam a origem da vida na era Hadeana (> 4.000 Ma) 6.

 CARBONATOS

Carbonato de cálcio é uma substância química de fórmula CaCO₃. É o principal componente de rochas como o calcário. Tem características alcalinas (ou seja, é um sal com características básicas que aumenta o pH de uma solução aquosa) e é resultado da reação do óxido de cálcio (cal virgem) com dióxido de carbono.

Esta característica básica é utilizada para reduzir a acidez do solo para a agricultura.

Carbonato de cálcio na água do mar

No oceano, o carbonato de cálcio tem um papel importante nas reações químicas do sistema carbonato marinho.
CO₂(g) → CO₂(aq)
CO₂(aq) + H₂O → H₂CO₃
H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃^-
HCO₃^- → H⁺ + CO₃^2-
Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃(s)

Nas reações acima, o dióxido de carbono (CO₂) sequestrado da atmosfera pelos oceanos reage com a molécula de água (H₂O) para formar o ácido carbônico (H₂CO₃). Este é instável e se dissocia liberando prótons (H⁺) e íons bicarbonato (HCO₃^-). Os íons bicarbonato se dissociam liberando prótons (H⁺) e íons carbonato (CO₃^2-). O carbonato pode se ligar ao cálcio (Ca²⁺) formando carbonato de cálcio (CaCO₃). Esse sistema de reações é dinâmico, podendo haver deslocamentos em ambos os sentidos de cada reação química.

Na reação do carbonato com o cálcio há a formação de uma substancia sólida, o carbonato de cálcio. Este precipita em direção ao fundo, acumulando no sedimento marinho. A formação do carbonato de cálcio em águas superficiais e sua sedimentação em direção ao assoalho oceânico é importante na transferência do carbono superficial para águas profundas.⁴ Além disto, a deposição do carbonato de cálcio no sedimento pode se tornar importante sistema de acumulação de hidrocarbonetos.⁵  

Carbonato de cálcio biogênico

Diversos grupos de organismos marinhos secretam estruturas que contém carbonato de cálcio. Entre eles, destacam-se corais escleractíneos, pterópodos e algas calcáreas.

Carbonato de Cálcio

Carbonato de Cálcio (CaCO₃), que ocorre primariamente na forma de calcita e aragonita, é um dos componentes predominantes na terra. O carbonato de cálcio não é o único componente do mármore, calcário e dolomita, ele também é encontrado em ossos e dentes bem como exosqueleto de crustáceos, corais, músculos, caracóis e protozoários. Uma modificação futura de CaCO₃ é o mineral vaterite, que se forma em soluções supersaturadas na forma de cristais microscópicos.

Há vários usos para o carbonato de cálcio:

• Como matéria prima para a indústria de materiais de construção (fabricação de cimento e cal ou calcário para construção e construção de estradas)
• Como agregado na indústria de aço 
• Como agente abrasivo e polidor em pastas de dente
• Como fertilizante mineral
• Como carga mineral ou pigmento em diversas aplicações industriais (papel, tinta, gesso, plástico, carpet) 

Além do caulim e do talco, o carbonato de cálcio é usado na indústria do papel como carga e coating de pigmento na produção do papel. Uma vez que o carbonato de cálcio é romboédrico mesmo se moído a fino, é primariamente usado em papéis com alto grau de brancura e para boa impressão. Alguns exemplos são os papéis revestidos para impressão ou papéis de escritório.

Aqui vemos o que acontece quando adicionamos um pouco de carbonato de cálcio (CaCo3) em ácido clorídrico (HCl) concentrado. A reação entre estes dois é marcada pela formação de um gás, o dióxido de carbono(CO2). Que é rápida o suficiente para quase impedir a visualização dentro do líquido do pó de cor branca que é o carbonato de cálcio.

2HCl (aq)+ CaCO3(s) –> CO2 (g) +H2O(l)

O carbonato de cálcio pode ser encontrado na casca do ovo e também faz parte da composição de conchas e cascas de diversos organismos. É bom lembrar que apesar dos ossos humanos conterem uma grande quantidade de cálcio, a composição destes não é baseada no carbonato de cálcio.

O carbonato de cálcio (CaCO₃) é um sal encontrado em grande quantidade na natureza. Entre os locais nos quais ele pode ser obtido estão o calcário, o mármore e também a casca de ovo.

Sua principal utilização é na produção de vidro e de cimento.

Além disso, ao ser atacado por ácidos, o carbonato de cálcio libera dióxido de carbono (gás carbônico).

Carbonato de Cálcio

O carbonato de cálcio é um sal inorgânico, sólido branco, cuja fórmula molecular é CaCO_3(s). Esse sal é muito comum na natureza, sendo encontrado em diversos lugares, tais como nas conchas, nos recifes de corais, nas cascas de ovos, nas carapaças de seres marinhos, no calcário e no mármore.

Além disso, eles estão presentes também nas estalactites e estalagmites. O carbonato de cálcio é insolúvel em água, mas é solúvel em água com gás carbônico (CO_2(g)). Por causa das grandes pressões, a água subterrânea contém uma grande quantidade de gás carbônico. Assim, quando essas águas passam por solos que contêm calcário, há a seguinte dissolução com formação das cavernas:

CaCO_3(s) + H₂O_(l) + CO_2(g) → Ca²⁺_(aq) + 2 HCO^-_3(aq)

A disposição lenta e contínua de gotas dessa mistura dos tetos das cavernas vai escorrendo e, com o tempo, o gás carbônico pode desprender-se, voltando a precipitar-se como carbonato de cálcio e formando as estalactites nos tetos das cavernas. Isso é demonstrado pela reação:

Ca²⁺_(aq) + 2 HCO^-_3(aq) → CaCO_3(s) + CO_2(g)  + H₂O_(l)

Além disso, outras gotas de carbonato dissolvido caem depositando-se no solo da caverna, a água evapora e há liberação de gás carbônico, formando as estalagmites.

Quando aquecido, o carbonato de cálcio produz cal viva e gás carbônico:

CaCO_3(s) → CaO + CO₂

O calcário é matéria-prima para a produção de cimento, junto com argila e areia, e também é usado na produção de vidro, juntamente com barrilha e areia:

• Produção de cimento:

argila + calcário + areia → cimento (silicato de cálcio e alumínio)

• Produção de vidro:

barrilha + calcário + areia → vidro comum
        Na₂CO₃ + CaCO₃   + SiO₂  → silicatos de sódio e cálcio + gás carbônico

Outra aplicação do carbonato é na calagem, que é uma técnica em que ele é empregado na agricultura para diminuir a acidez dos solos.

O carbonato de cálcio também é formado quando se realiza uma caiação, passando cal extinta (Ca(OH)₂) numa determinada superfície, como em paredes e em árvores. Com o tempo, a cal extinta reage com o gás carbônico presente na atmosfera e gera uma película insolúvel em água que é o carbonato de cálcio.

Formação das Grutas
 
 Embora haja grutas formadas de diversas rochas carbonatadas, as rochas calcárias são mais estáveis e resistem mais a desabamentos. Por essa razão a maior parte das grutas de dissolução existentes atualmente são calcárias.

 A decomposição das rochas por meios químicos envolve, na maioria das vezes, a presença de água que atua como dissolvente, processo de carsificação. A decomposição por dissolução é desigual nas distintas rochas, dependendo dos minerais que as constituem e da sua respectiva resistência. Se pensarmos na calcita é um mineral muito solúvel em águas ricas em CO₂. A dissolução efetua-se tanto à superfície (com uma temperatura menor e grande presença de dióxido de carbono) pelas águas pluviais e águas de infiltração, como em profundidade pela ação das águas subterrâneas, onde a temperatura é maior e há menor percentagem de CO_2.

Regiões Cársicas


 As regiões cársicas costumam possuir vegetação cerrada, relevo acidentado e alta permeabilidade do solo, que permite o escoamento rápido da água. Além de grutas, o sistema cársico possui diversas formações produzidas pela meteorização química: as rochas de lapiás que vamos referir mais à frente.
 Os agentes químicos e físicos atuam na formação de grutas calcárias, sendo que, percentualmente, esta atuação pode ser considerada à razão de 90% e 10% respectivamente.

 A fase inicial consiste no processo de carsificação ou dissolução química e é resultado da combinação da água da chuva ou de rios superficiais com o dióxido de carbono (CO2) proveniente da atmosfera. O resultado é uma solução de ácido carbônico (H2CO3), ou água ácida, que corrói e dissolve os minerais das rochas. O CO2 reage, transformando o carbonato de cálcio (CaCo3) em bicarbonato ácido de cálcio - Ca (HCO3) 2 - solúvel e levado pelas águas. Os minerais removidos combinam-se ao ácido presente na água e são arrastados para rios subterrâneos ou para camadas geológicas mais baixas, onde se podem sedimentar novamente. As fendas aos poucos alargam-se e tornam-se grandes galerias. Deste modo as dimensões das grutas vão depender tanto do sistema de juntas e fraturas, como da quantidade e infiltração das águas.

Quando o nível freático baixa as galerias formadas esvaziam-se. Em muitos casos, tetos que eram sustentados pela pressão da água podem-se desmoronar, formando grandes salões de abatimento, uma explicação plausível para o que terá acontecimento com a gruta da boca do inferno.

 Quanto aos agentes físicos, embora sejam considerados mínimos, revelam um importante papel no desenvolvimento da gruta como por exemplo: o aquecimento e arrefecimento que provocam fraturas e diáclases por onde penetram as águas, o impacto causado pela força erosiva do mar que, por sua vez, aumenta a desagregação da rocha, e por fim a gravidade, o principal agente físico que não atua diretamente mas que vai influir na conformação da gruta.