| Módulo nº7 ORIGEM E OCORRÊNCIA DOS MATERIAIS NO PLANETA TERRA Autores: Penha Souza Silva e Marciana Almendro David Tópicos do CBC e habilidades básicas Relacionadas Tema 1 – Propriedades dos materiais Tópico 1. Materiais: propriedades Habilidades Básicas 1.1. Reconhecer a origem e ocorrência de materiais. 1.1.1. Identificar os materiais mais abundantes no planeta: rochas, minerais, areia, água e ar.
1.1.2. Relacionar a constituição dos seres vivos com os materiais existentes no ambiente.
1.1.3. Relacionar as propriedades dos materiais como plásticos, metais, papel e vidro aos seus usos, degradação e reaproveitamento.
1.1.4. Apontar, por exemplo, a diversidade de usos dos materiais e suas consequências ambientais, principalmente relacionadas ao aquecimento global. 
Planeta Terra www.oceania-turismo.com/mapas/asia-oceania.htm Acesso em 15/06/2007
A Terra é o quinto maior planeta do nosso sistema e o terceiro planeta a partir do Sol. É um planeta vivo e seus continentes estão em constante movimento. Esse movimento, chamado pelos geólogos de “deriva continental”, é causado pela dissipação de calor do interior do planeta. A teoria da tectônica de placas ou geotectônica analisa a dinâmica da deriva continental, enfocando, em conjunto, os processos a ela ligados, tais como o magmatismo, a sedimentação, o metamorfismo e as atividades sísmicas ou terremotos. A Geologia é a ciência que estuda a origem e a evolução do Planeta por meio da análise das rochas e de seus minerais. As rochas que formam os continentes e fundos dos oceanos registram os fenômenos de transformação da superfície e do interior da crosta terrestre. Formação do Planeta Terra Segundo a Teoria do Big Bang, o Universo se formou a partir de uma grande explosão atômica. Assim, o Planeta Terra teria sido formado pela agregação de poeira cósmica em temperatura muito alta. O aumento da massa agregada e da gravidade catalisou impactos de corpos maiores. Essa mesma força gravitacional possibilitou a retenção de gases constituindo uma atmosfera primitiva. O envoltório atmosférico primordial atuou como isolante térmico, criando o ambiente na qual se processou a fusão dos materiais terrestres. Os elementos mais densos, como o ferro e o níquel, migraram para o interior; os menos densos localizaram-se nas proximidades da superfície. Dessa forma, constituiu-se a estrutura interna do Planeta, com a distinção entre a crosta ou litosfera, manto e núcleo. O conhecimento dessa estrutura deve-se à propagação de ondas sísmicas geradas pelos terremotos. Tais ondas, medidas por sismógrafos, variam de velocidade ao longo do seu percurso até a superfície, o que prova que o planeta possui estrutura interna heterogênea, ou seja, as camadas internas possuem densidade e temperatura distintas. O Interior da Terra
Crosta | Forma a maior parte da litosfera; sua extensão é variável, podendo atingir 70 km de profundidade. A crosta é mais fina sob os oceanos e mais espessa sob os continentes. Ela é constituída basicamente de quartzo – dióxido de silício e outros silicatos, tal como o feldspato. | Manto | Estende-se a 30 km numa profundidade de 2.900km. É composto por ferro e magnésio em estado sólido ou na forma de pasta viscosa. | Núcleo | Inicialmente o Planeta era formado por materiais líquidos ou pastosos que, com a ação da gravidade, foram empurrados para o seu interior, ao mesmo tempo em que outros materiais menos densos foram trazidos para a superfície. O núcleo é dividido em duas partes, uma sólida, composta por ferro e níquel, e uma líquida, composta por ferro e níquel líquidos que dão origem a um campo magnético devido a convecção desse material, eletricamente condutor. As temperaturas no centro do núcleo podem chegar a 7500 K – mais quente que a superfície do Sol. | Em termos de massa, a composição química da Terra é: Composição química média da terra
(Percentual sobre peso total da Terra) | Substância | Percentual | Ferro - Fe | 35% | Oxigênio - O | 30% | Silício - Si | 15% | Magnésio - Mg | 13% | Ni, S, Ca, Al e outros elementos | 7% | http://www.ufrgs.br - Acesso em 27/12/2007 A Biosfera A biosfera é constituída pelo conjunto de ambientes e de seres vivos que habitam o Planeta Terra. Ela é dividida em biomas, ou seja, em diferentes ambientes separados pela latitude e pelo clima, além de serem habitados por fauna e flora peculiares. Os biomas localizados nas áreas do polo norte e do polo sul são pobres em plantas e animais, enquanto que na linha do Equador encontram-se os biomas mais ricos. O tempo de existência da biosfera determinado pela Ciência atual é de cerca de 3,5 bilhões de anos. Entre os planetas do Sistema Solar, a Terra apresenta condições únicas, pois mantém grandes quantidades de água, tem placas tectônicas e um forte campo magnético. A biosfera, que possibilita a vida como nós a conhecemos, é constituída pela atmosfera, hidrosfera e litosfera. a) Atmosfera A atmosfera terrestre é composta por 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 1% de argônio e quantidades menores de dióxido de carbono, e água. Havia provavelmente uma quantidade muito maior de dióxido de carbono na atmosfera da Terra quando da formação do planeta, mas quase todo ele foi incorporado às rochas de carbonato (CO3-2) e, em menor grau, dissolvido nos oceanos e consumido pelas plantas vivas. As placas tectônicas e os processos biológicos agora mantêm um fluxo contínuo de dióxido de carbono da atmosfera para esses vários "sumidouros" e, novamente, de volta à atmosfera. Uma pequena quantidade de dióxido de carbono residente na atmosfera, em qualquer época, é extremamente importante para a manutenção da temperatura superficial do planeta, via efeito estufa. A presença de oxigênio livre é bastante notável do ponto de vista químico. O oxigênio é um gás muito reativo e, em circunstâncias "normais", rapidamente combina com outros elementos. O oxigênio na atmosfera terrestre é produzido e mantido por processos biológicos. Sem a vida não existiria oxigênio livre. b) Hidrosfera A Terra é coberta pela hidrosfera, que constitui 71% da sua superfície. É composta por 97% água salgada e 3% água doce. Divide os sete continentes através de cinco oceanos. Hoje, 20% das águas estão concentradas nas geleiras e calotas polares. c) Litosfera É a camada da terra formada pelas rochas e pelos solos. Materais mais abundantes no Planeta Nosso Planeta tem 4,5 a 4,6 bilhões de anos; no entanto, as rochas mais antigas de que se tem notícia datam de menos de 4 bilhões de anos, sendo raras as rochas com mais de 3 bilhões de anos. Os mais antigos fósseis de organismos vivos têm menos de 3,9 bilhões de anos. Não há registro do período crítico em que a vida se iniciou. Rocha é um agregado de um ou vários minerais e formam as grandes massas da crosta terrestre. Em certos casos, a rocha pode ser formada de uma só espécie mineral, como é o caso do calcário, constituído unicamente por calcita; dos folhelhos, formados por argila; e do quartzito, formado predominantemente por quartzo. Mais comumente as rochas são constituídas por mais de uma espécie mineral; alguns mais abundantes, chamados de essenciais, outros em pequena proporção, constituindo os minerais acessórios. A partir do resfriamento superficial do magma, consolidaram-se as primeiras rochas, chamadas magmáticas ou ígneas, dando origem à estrutura geológica denominada escudos cristalinos ou maciços antigos. Formou-se, assim, a litosfera ou crosta terrestre. A liberação de gases decorrentes do resfriamento do planeta originou a atmosfera – responsável pela ocorrência das primeiras chuvas e pela formação de lagos e mares nas áreas rebaixadas. Assim, iniciou-se o processo de intemperismo (decomposição das rochas), fenômeno responsável pela formação dos solos e consequente início da erosão e da sedimentação. A cadeia de processos de formação de rochas sedimentares pode atuar sobre qualquer rocha (ígnea, metamórfica, sedimentar) exposta à superfície da Terra. Devido à deriva dos continentes, as rochas podem ser levadas a ambientes muito diferentes daqueles onde se deu a sua formação. Qualquer tipo de rocha (ígnea, sedimentar, metamórfica) que sofra a ação de, por exemplo, altas pressões e temperaturas, sofre transformações mineralógicas e texturais, tornando-se uma rocha metamórfica. Se as condições de metamorfismo forem muito intensas, as rochas podem se fundir, gerando magmas que, ao se solidificar, darão origem a novas rochas ígneas. O ciclo das rochas existe desde os primórdios da história geológica da Terra e, por meio dele, a crosta de nosso planeta está em constante transformação e evolução.
As rochas podem ser agrupadas em:
Rochas Magmáticas ou ígneas: resultam da consolidação do magma – material fundido que se encontra em certas partes do interior do globo terrestre. Se a consolidação do magma ocorrer em superfície, formam-se rochas magmáticas vulcânicas ou extrusivas. Ex.: Basalto. Se a consolidação do magma ocorrer em profundidade, formam-se as rochas magmáticas plutônicas ou intrusivas. Ex.: Granito. As rochas ígneas podem conter jazidas de vários metais, como ouro, platina, cobre, estanho, e trazem à superfície do planeta importantes informações sobre as regiões profundas da crosta e do manto terrestre. Rochas Sedimentares ou Estratificadas: resultam da deposição de detritos de outras rochas (magmáticas, metamórficas e até mesmo outra sedimentar), ou do acúmulo de detritos orgânicos ou, ainda, da precipitação de substâncias químicas. São chamadas também de estratificadas em virtude de se apresentarem em camadas ou estratos. Ex.: Arenito, carvão mineral, calcário fossilífero, calcário travertino, folhelhos, etc. Surgem nas zonas profundas da litosfera (crosta terrestre) e sua formação dá-se a partir de processos físico-químicos que sofrem os agentes destrutivos. Ex. arenitos, calcário, folhelhos, etc. As rochas sedimentares fornecem importantes informações sobre as variações ambientais ao longo do tempo geológico. Os fósseis, que são vestígios de seres vivos antigos preservados nestas rochas, são a chave para a compreensão da origem e evolução da vida. Atividade 1 Pesquisa: Como os fósseis podem ser utilizados como indicadores cronológicos? | A importância econômica das rochas sedimentares está em suas reservas de petróleo, gás natural e carvão mineral – principais fontes de energia do mundo moderno. Atividade 2 Dividir a sala em grupos, cada grupo deverá pesquisar sobre uma das seguintes fontes: petróleo, gás natural e carvão mineral. A pesquisa deverá indicar: eficiência energética, custos de produção, impacto ambiental e social da sua produção e utilização. O trabalho poderá ser apresentado em foma oral, cartaz, relatório ou uma exposição na escola. | Rochas Metamórficas: resultam da transformação, em estado sólido, de outras rochas pré-existentes (ígnea, sedimentar ou outra rocha metamórfica) em função da mudança das condições de temperatura e pressão do ambiente em que se encontram. Ex.: mármore, gnaisse, ardósia. Tal transformação acontece pelo aumento da temperatura e ainda ocasiona a elevação da pressão e o aumento de deslocamento, o que resulta na fragmentação da rocha original.
http://www.ufrgs.br/geociencias Acesso em 10/07/2007 Atividade 3 – Trabalho em grupo: organizando uma coleção de minerais Cada aluno deverá trazer uma rocha ou mineral para a escola e também uma legenda contendo informações sobre o tipo de rocha ou mineral, o seu nome e as suas principais características. Cada grupo deverá organizar as rochas ou minerais em folhas de isopor para realizar uma exposição na escola. | Minerais Mineral é um corpo natural sólido e cristalino formado em resultado da interação de processos físico-químicos em ambientes geológicos. Cada mineral é classificado e denominado não apenas com base na sua composição química, mas também na estrutura cristalina dos materiais que o compõem. Assim, materiais com a mesma composição química podem constituir minerais totalmente distintos em resultado de meras diferenças estruturais na forma como os seus átomos ou moléculas se arranjam espacialmente, como, por exemplo, a grafite ou grafita e o diamante.  
Estrutura cristalina e foto do diamante  
Estrutura cristalina e foto da grafite www.moderna.com.br Acesso em 10/07/2007 Os minerais variam na sua composição contendo desde químicas, em estado puro ou quase puro, como sais simples e silicatos complexos.. Embora em sentido estrito, o petróleo, o gás natural e outros compostos orgânicos formados em ambientes geológicos, sejam minerais, geralmente a maioria dos compostos orgânicos é excluída. Também são excluídos os materiais, mesmo que idênticos em composição e estrutura a algum mineral, produzidos pela atividade humana, como os diamantes artificiais. A ciência que estuda os minerais e denominada mineralogia. É da conjugação da composição química e da estrutura cristalina que é definido um mineral, sendo em extremo comuns substâncias que em condições geológicas distintas cristalizam em formas diferentes, para não falar da similaridade de cristalização por parte de substâncias com composição química totalmente diversa. “Um mineral é um sólido, homogêneo, natural, com uma composição química definida (mas geralmente não fixa) e um arranjo atômico altamente alternado. É geralmente formado por processos inorgânicos.” (Klein e Hurlbut – 1999) Atividade 4 Cite algumas propriedades da grafita e do diamante. Explique por que esses materiais apresentam propriedades tão distintas. | Para ser classificado como um "verdadeiro" mineral, um material deve ser uma substância sólida e ter uma estrutura cristalina definida. Deve também apresentar aspecto homogêneo natural, com uma composição química definida. Substâncias semelhantes a minerais que não satisfazem estritamente a definição, são por vezes classificados como mineraloides. Minerais e rochas – Qual a diferença? Embora na linguagem comum, por vezes, os termos mineral e rocha sejam utilizados de forma quase sinônima, é importante manter uma distinção clara entre ambos. Mineral é um composto químico com uma determinada composição química e uma estrutura cristalina definida. Rocha é uma mistura complexa de um ou diversos minerais, em proporções variadas, incluindo frequentemente frações, que podem ser significativas ou mesmo dominantes, de material vítreo, isto é, não cristalino. Propriedades físicas dos minerais As propriedades físicas dos minerais resultam da sua composição química e das suas características estruturais. As propriedades físicas mais óbvias e mais facilmente comparáveis são as mais utilizadas na identificação de um mineral. Na maioria das vezes, essas propriedades, e a utilização de tabelas adequadas, são suficientes para uma correta identificação. Quando isto não é possível, ou quando um elevado grau de ambiguidade persiste, como no caso de muitos isomorfos similares, a identificação é realizada a partir da análise química, de estudos de ótica ao microscópio petrográfico ou por difração de raios X. As propriedades físicas macroscópicas, ou seja, observáveis sem necessidade de equipamento sofisticado, são as seguintes: cor, brilho, traço ou risco, clivagem, dureza, densidade, tenacidade, densidade, magnetismo, sistema cristalino. Classificação química dos minerais Os minerais podem ser classificados de acordo com sua composição química; eles estão listados abaixo na ordem aproximada de abundância na crosta terrestre. Minerais | Composição química | Feldspato, quartzo, olivinas, piroxenas, granadas e micas. | Silicatos de magnésio, o ferro e o cálcio. | Calcita e aragonita (carbonatos de cálcio), dolomita (carbonato de magnésio e cálcio) e a siderita (carbonato de ferro). | Carbonatos – CO32- | Os sulfatos mais comuns são a anidrita (sulfato de cálcio), a celestita (sulfato de estrôncio) e o gesso (sulfato hidratado de cálcio). | Sulfatos – SO42- | O grupo dos haloides é constituído pelos minerais que formam os sais naturais, incluindo a fluorite, a halite (sal comum) e o sal amoníaco (cloreto de amónia). Inclui os minerais de fluoretos, cloretos e iodetos. | Haloides – F-, Cl-, I- | Os óxidos mais comuns incluem a hematita (óxido de ferro), a espinela (óxido de alumínio e magnésio, um componente comum do manto) e o gelo (de água, ou seja, óxido de hidrogénio). São também incluídos nessa classe os minerais de hidróxidos. | Óxidos – O2- | Calcopirita (sulfeto de cobre e ferro) e galena (sulfeto de chumbo). | Sulfetos – S2- | Apatita | Fosfatos – PO43- | Metais e amálgamas intermetálicas (como as de ouro, prata e cobre), não metais (antimónio, bismuto, grafite e enxofre). | Elementos nativos | Os sais minerais e o nosso organismo Assim como as proteínas, gorduras, carboidratos e vitaminas, existem outros nutrientes necessários à saúde, são os chamados sais minerais. Os sais minerais, assim como as vitaminas, não podem ser sintetizados pelo organismo e, por isso, devem ser obtidos por meio da alimentação. Como componentes dos alimentos, eles participam do sabor e da textura dos alimentos. Os sais minerais não fornecem energia, mas desempenham diversas funções essenciais para o organismo, tais como: constituintes estruturais dos tecidos corpóreos, função do cálcio e do fósforo, que formam os ossos e os dentes; controladores dos impulsos nervosos, das atividades musculares e do balanço ácido-básico do organismo e reguladores de muitas enzimas. Os sais minerais estão envolvidos no processo de crescimento e desenvolvimento corporal. Os minerais também são importantes na prática esportiva, pois durante o exercício físico a perda de água pelo suor é sempre acompanhada pela perda de eletrólitos, especialmente sódio, cloreto, potássio, magnésio e cálcio, o que pode levar ao aparecimento de cãibras musculares. Cada mineral é requerido em quantidades específicas, numa faixa que varia de microgramas a gramas por dia. Em geral, o consumo de uma alimentação balanceada, com o fornecimento adequado de alimentos, normalmente é suficiente para suprir as necessidades de minerais. Por isso, deve-se tomar cuidado com o uso não indicado de suplementos, pois tanto a falta como o excesso de minerais pode ser prejudicial à saúde. Por exemplo, a absorção de zinco e de cálcio pode ser afetada pela suplementação de ferro, enquanto a ingestão em excesso de zinco pode reduzir a absorção de cobre. Tabela de íons de alguns minerais necessários ao organismo humano Íon | Função | Deficiência provoca | Principais fontes alimentares | Cálcio
Ca2+ | Atua na formação de tecidos, ossos e dentes; contração muscular; age na coagulação do sangue e na oxigenação dos tecidos; auxilia a neurotransmissão. | Deformações ósseas. | Leite e derivados, couve, marisco, ostras, chicória, feijão, lentilha. | Cloreto Cl - | Componente do ácido gástrico; ativador de enzimas; regula o equilíbrio eletrolítico e ácido-base. | Há pouca chance de deficiência. | Sal, frutos do mar, leite, carnes, ovos. | Cromo Cr3+ | Associado ao metabolismo de glicose; Potencializa ação a insulina. | Resistência à insulina. | Óleo de milho, cereais integrais, levedo de cerveja. | Cobalto
Co2+ | Essencial para função normal, particularmente, das células da medula óssea, sitema nervoso e digestório. | A deficiência é rara. Existente quando há deficiência de vitamina B12. | Carne bovina. | Cobre
Cu2+ | Formação dos ossos; síntese da hemoglobina e colágeno. | Não existem evidências em humano. | Vísceras, mariscos, leguminosas, frutas secas, cereais integrais. | Ferro
Fe2+ | Constituinte da hemoglobina e mioglobina; transporte de oxigênio; componentes de enzimas heme. | Anemia | Carne, ovo, cereais, leguminosas, vegetais verdes. | Fluoreto
F- | Componente estrutural dos ossos e dentes. | Deformações ósseas. | Chá, água e sal fluorados, e produtos do mar. | Fosfato PO43+ | Estrutura de ossos e dentes; constituinte celular. | Normalmente não ocorre, desde que a ingestão de proteínas e cálcio esteja adequada. | Leite e derivados, ovo, tecido animal, cereais e leguminosas. | Iodeto
I- | Regula a função da glândula tireoide. | Bócio. | Sal iodado, leite, ovo e produtos do mar. | Magnésio
Mg2+ | Componente estrutural das células e ossos; ativador de diversas enzimas. | É rara. | Leite, leguminosas, tecidos animais, cereais integrais, vegetais e folhas verdes. | Manganês
Mn3+ | Constituinte dos sistemas enzimáticos essenciais. | É pouco provável a deficiência em humanos. | Leguminosas, vegetais verdes, cereais integrais. | Molibdênio Mo3+ | Constituinte de uma enzima essencial. | Sem informação | Legumes, cereais, leite e derivados, vegetal de folha verde-escuro. | Potássio
K+ | Contração muscular; equilíbrio ácido-base. | Deficiência condicionada pode ser encontrada em algumas doenças. | Abundante em quase todos os alimentos. Leguminosas e vegetais verdes. | Selênio
Se2+ | Antioxidante; formação de ossos e dentes; associado ao metabolismo de gordura e medicamentos. | Doença de Keshan é um estado de deficiência. | Produtos do mar, cereais integrais, leite e derivados e ovo. | Sódio
Na+ | Contração muscular; regula osmolaridade, pH e volume dos líquidos corpóreos. | É rara. | Abundante em quase todos os alimentos. Leite e derivados, pão, cenoura, espinafre. | Zinco Zn2+ | Resposta imune; antioxidante; constituinte de diversas enzimas. | A deficiência pode ser observada em doenças sistêmicas, indivíduos mal nutridos ou que foram submetidos à cirurgia. | Ovo, tecidos animais, cereais integrais, gérmen de trigo. | Atividade 5 – Responda as questões. 1. Faça uma lista indicando a sua refeição durante uma semana. Em seguida, procure na tabela acima quais os alimentos que você ingere com maior frequência e indique quais íons estão presentes nesse alimentos. 2. Dê o nome de todos os elementos químicos que dão origem aos íons que você identificou e indique a função dos mesmos em seu organismo. 3. Existe algum alimento ingerido por você o qual contenha elementos que, em excesso, possam produzir efeitos nocivos no organismo? Qual é o alimento, qual é o elemento e quais são os possíveis efeitos nocivos causados por ele? 4. Existe algum alimento do qual você não gosta e que contenha algum elemento essencial ao seu organismo? O que você pode fazer para suprir a falta desse elemento? 5. Considerando o quadro acima e também as leituras e as discussões em sala de aula, sugira uma dieta saudável para uma pessoa de sua idade no período de uma semana. 6. Ao final deste estudo, experimente colocar em prática uma dieta saudável! | 
Alguns minerais encontrados no corpo humano – Desenho Diogo Campos Areia – rocha granulada Areia é um material de origem mineral finamente dividido em grânulos, cuja constituição é basicamente dióxido de silício – SiO2. Ela é formada na superfície da Terra pela fragmentação das rochas por erosão, por ação do vento ou da água. Através de processos de sedimentação, ela pode ser transformada em arenito. Depois de lavada e posta para secar, ela é utilizada conforme sua granulação. O tamanho dos grãos da areia, ou a sua granulometria a classificam como: areia fina, areia média e areia grossa. Ela é utilizada em obras de engenharia civil, aterros, execução de argamassas e concretos, e também no fabrico de vidro. Draga 
www.cemig.com.br Acesso em 10/07/2007 | Normalmente, a areia é extraída do fundo dos rios com dragas, o que pode ocasionar graves danos ambientais, mas também pode contribuir para o desassoreamento dos leitos dos rios onde a extração é realizada. | Água: Um bem precioso! "A água é o constituinte mais característico da terra. Ingrediente essencial da vida, a água é talvez o recurso mais precioso que a terra fornece à humanidade. Embora se observe pelos países mundo afora tanta negligência e tanta falta de visão com relação a este recurso, é de se esperar que os seres humanos tenham pela água grande respeito, que procurem manter seus reservatórios naturais e salvaguardar sua pureza. De fato, o futuro da espécie humana e de muitas outras espécies pode ficar comprometido a menos que haja uma melhora significativa na administração dos recursos hídricos terrestres." (J.W.Maurits la Rivière, Ph.D. em Microbiologia, Delft University of Technology, Holanda) A água, como o ar, é essencial para todas as formas de vida. Diferentemente do ar, não pode ser encontrada em qualquer lugar, mas cobre cerca de três quartos da superfície da Terra. Geralmente é no estado líquido, mas pode ser transformada tanto em um sólido (gelo) como em um vapor. 
http://www.enq.ufsc.br/ Acesso em 24/05/2010 Quase toda a água do planeta está concentrada nos oceanos. Apenas uma pequena fração (menos de 3%) está em terra e a maior parte desta está sob a forma de gelo e neve ou abaixo da superfície (água subterrânea). Só uma fração muito pequena (cerca de 1%) de toda a água terrestre está diretamente disponível ao homem e aos outros organismos, sob a forma de lagos e rios, ou como umidade presente no solo, na atmosfera e como componente dos mais diversos organismos. O ciclo hidrológico tem três componentes principais: Precipitações, evaporação e transporte de vapor 
http://www.planetaacqua.hpg.com.br Acesso em 24/05/2010 parte II |