Em seu clássico trabalho, Choquette & Pray (1970) reconheceram 03 estágios diagenéticos: eodiagênese, mesodiagênese e telodiagênese. A formação de beachrocks ocorre durante o estágio de eodiagênese, onde os processos diagenéticos superficiais são os de maior influência na formação da rocha. Longman (1980) – estudando os efeitos do ambiente diagenético raso em rochas carbonáticas – subdividiu o ambiente eodiagenético de Choquette & Pray (1970) em quatro ‘zonas’ (Figura 3.7): freática marinha, freática de água doce (ou freática meteórica), vadosa meteórica e de mistura (águas meteórica e marinha). Cada uma dessas zonas apresenta sua particularidade com respeito à química do fluido, que reflete na formação de produtos diagenéticos distintos (Figura 3.8). Uma breve síntese sobre cada uma dessas zonas será apresentada logo abaixo, de acordo com as características apresentadas por Longman (1980).
Figura 3.7. Perfil esquemático representando a distribuição e a relação entre as quatro maiores zonas
Zona Freática Marinha
É definida como a zona onde todo o espaço poroso dos sedimentos ou da rocha é preenchido com água marinha. Essa zona pode ser dividida em duas ‘subzonas’: estagnada e ativa. A primeira é caracterizada por apresentar pequena circulação de água que, por sua vez, acarreta na formação incipiente de produtos diagenéticos. Micritização e cimentação intragranular são os principais produtos diagenéticos gerados na Zona Freática Marinha Estagnada. Por outro lado, a subzona Ativa corresponde à porção da Zona Freática Marinha onde ocorre uma boa circulação de água próximo à interface sedimento/água. Essa circulação de água favorece a precipitação de cimentos intergranular e de preenchimento. Aragonita fibrosa e calcita rica em Mg são os principais tipos de cimentos precipitados na Zona Freática Marinha Ativa.
Figura 3.8. Processo e produtos característicos das zonas freática marinha, freática meteórica e
Zona Vadosa Meteórica
Corresponde à zona subaérea situada acima do nível do lençol freático. Esta zona pode ser dividida em duas partes: zona de solução (ou zona de solo) e zona de precipitação (ou zona de franja capilar). A zona de solução está localizada no topo da Zona Vadosa e pode se estender a dezenas, ou até centenas, de metros de profundidade em que esta profundidade dependerá principalmente do nível do lençol freático. O principal produto diagenético na Zona Vadosa de Solução, como o próprio nome sugere, é a dissolução de carbonato de cálcio responsável pela formação de vugs, moldes e grãos alveolados. A Zona Vadosa de Precipitação está localizada logo abaixo da Zona de Solução, na porção inferior da Zona Vadosa, onde a água intersticial torna-se saturada em carbonato de cálcio. O principal processo diagenético é a precipitação de cimento de calcita equante de granulometria fina sob a forma de cimentos pendulares ou meniscos.
Zona Freática de Água Doce
Situa-se entre as zonas Vadosa e de Mistura, e corresponde à zona onde todo o espaço poroso nos sedimentos ou rocha é preenchido com água meteórica contendo quantidades variáveis de carbonato dissolvido. A Zona Freática de Água Doce – que tem sua geometria controlada pela topografia, precipitação pluvial e distribuição da porosidade e permeabilidade nas rochas – pode ser separada em três domínios distintos: zona de solução, zona saturada ativa e zona saturada estagnada. Na primeira, ocorre intensa dissolução em decorrência da subsaturação da água em carbonato de cálcio. Os principais produtos diagenéticos gerados na Zona de Solução são: porosidades vugular e/ou móldica (semelhantes às que ocorrem na Zona Vadosa) e possíveis neomorfismos de grãos instáveis. A Zona Saturada Ativa é caracterizada por: boa circulação de água por entre os poros, lixiviação de aragonita (que pode, ou não, ser acompanhada de substituição por calcita) e rápida cimentação. Os principais produtos diagenéticos desta zona correspondem à extensa cimentação calcítica intergranular e, consequente, diminuição de porosidade. A Zona Saturada Estagnada caracteriza-se pela baixa ou nenhuma circulação de água, porém, saturada com respeito a carbonato de cálcio. O principal produto diagenético remete a neomorfismo de aragonita com muito pouca (ou nenhuma) cimentação.
Zona de Mistura
Corresponde à zona de transição entre as zonas Freática Marinha e Freática de Água Doce, e é caracterizada pela presença de água salobra decorrente da mistura entre águas
meteóricas e marinhas. Nessa zona, o processo diagenético mais interessante (embora talvez não seja o mais importante) é a dolomitização. Outros processos incluem: leve cimentação de calcita ‘bladed’ a micrítica, neomorfismo de aragonita para calcita, e neomorfismo de calcita rica em magnésio para calcita pobre em magnésio.
3.3.1. Química
Como já vimos anteriormente, os principais compostos químicos relacionados à cimentação de beachrocks são aqueles formados pelo íon carbonato (CO32-). Esse íon pode se
associar a Ca2+ ou Mg2+ e formar principalmente dois minerais: calcita ou aragonita. Compostos que contém uma mistura entre os íons Ca2+ e Mg2+ também são possíveis de ocorrer e originarão o cimento de calcita rica em magnésio (polimorfo de CaCO3 que contém mais que 4 mol%
MgCO3; Alexandersson 1969, 1972a,b, Milliman 1974, Alexandersson & Milliman 1981,
Gischler 2007). Para que ocorra precipitação de determinado tipo de cimento, seja ele de natureza calcítica ou aragonítica, é necessário que a solução esteja saturada em carbonato de cálcio.
O íon carbonato (CO32-) contido nos oceanos é formado a partir da dissolução de dióxido
de carbono (CO2) absorvido da atmosfera pela água do mar. A reação (1), que comprova esta
teoria, se dá da seguinte maneira: o dióxido de carbono (CO2) presente na atmosfera é dissolvido
na água do mar e formará ácido carbônico (H2CO3). Esse, por sua vez, se dissocia nos íons
bicarbonato (HCO32-) e carbonato (CO32-), respectivamente (Gischler 2007).
(1)
Na água do mar, existem pouco mais de 70 elementos dissolvidos, mas apenas seis desses constituem mais de 90% dos sais dissolvidos. Dentre eles estão o cálcio e o magnésio. Em condições normais, o cálcio pode reagir com bicarbonato para formar carbonato de cálcio (2) e, a partir daí, precipitar aragonita e calcita rica em magnésio (Gischler 2007). A precipitação de carbonato de cálcio será realçada pela remoção de dióxido de carbono, como por exemplo, na reação de fotossíntese (Gischler 2007). Cabe ressaltar que a precipitação de carbonato de cálcio também será favorecida pelo aumento nos parâmetros de temperatura, salinidade e pH. Por outro lado, a dissolução ocorrerá mais facilmente quando houver aumento de pressão. A saturação da água dos mares com respeito a CaCO3 aumenta das regiões polares em direção ao Equador, em
virtude do aumento da temperatura. Isso é visto claramente nas concentrações de ocorrências de
beachrocks em todo o globo.
(2)
Por outro lado, a quantidade de íons dissolvidos nos rios é muito baixa se comparada com águas marinhas. Isso faz com que a diagênese em ambiente meteórico seja muito mais lenta que em ambiente marinho (Gischler 2007). Como fluidos meteóricos são geralmente subsaturados em carbonato de cálcio, dissolução é um fenômeno comum. Aragonita e calcita rica em magnésio são mais solúveis, e com a dissolução continuada desses minerais, o fluido pode ficar saturado em carbonato de cálcio e vir a precipitar calcita pobre em magnésio (menos solúvel).