IMPLICAÇÕES GEOMORFOLÓGICAS DE COURAÇAS EM NÍVEIS FLUVIAIS PLEISTOCÊNICOS NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO/MG

Autores

Barros, L.F.P. (UFMG) ; Oliveira, F.S. (UFMG) ; Magalhães Jr., A.P. (UFMG)

Resumo

O Quadrilátero Ferrífero é uma das principais regiões produtoras de minério de ferro do mundo. Nesta área é tradicionalmente conhecida a extensiva formação de cangas (couraças ferruginosas), iniciada no Paleógeno e geralmente associada ao intemperismo de formações ferríferas bandadas que compõem o substrato rochoso das áreas mais elevadas. No entanto, recentes trabalhos demonstraram a ocorrência regional de couraças também em níveis fluviais pleistocênicos e sua relação com fases de clima mais seco/frio, além de trazerem seu estudo petrogenético. O presente trabalho discute implicações geomorfológicas relacionadas a essas couraças, tanto em relação à gênese desses materiais como seu papel na evolução dos vales fluviais após sua formação.

Palavras chaves

laterização; evolução do relevo; couraças

Introdução

A formação de couraças ferruginosas ocorre principalmente associada a dois processos (Goudie, 1973; McFarlane, 1976): i) acumulação relativa de ferro através do intemperismo in situ de rochas em clima tropical sazonal e equatorial úmido e/ou, ii) enriquecimento absoluto de ferro em áreas de descarga do nível freático. No primeiro caso, há uma concentração de ferro a partir da lixiviação dos demais constituintes e, no segundo, o ferro é transportado pelas águas subterrâneas em solução e/ou como quelatos, acumulando-se em ambientes como estuários, pântanos, lagoas e brejos (Phillips, 2000; Widdowson, 2007; Tanner e Khalifa, 2010). Em algumas áreas, a presença de rochas ricas em ferro faz com que ambos os processos sejam possíveis, resultando na presença de couraças desde as posições cimeiras do relevo até as vertentes e fundos de vale (Pain e Ollier, 1995; Furniss et al., 1999; Vasconcelos et al., 2013). Esse é o caso do Quadrilátero Ferrífero (QF), uma das principais províncias minerais do Brasil, onde existem expressivas formações ferríferas bandadas (Banded Iron Formations – BIF’s) e uma diversidade de coberturas lateríticas associadas (Dorr, 1969; Alkmim e Marshak, 1998). Os pacotes lateríticos podem atingir 500m de espessura e foram datados por Spier et al. (2006) entre o Paleoceno e o Mioceno (61,3±1,7Ma a 14,2±0,2Ma). A ocorrência regional de couraças ferruginosas em áreas elevadas do QF é amplamente conhecida e seu estudo vem sendo conduzido por diversos autores (Dorr, 1964; Weggen e Valeton, 1990; Spier et al., 2006; Monteiro et al., 2014). Conforme Monteiro et al. (2014), elas são produtos do intemperismo dinâmico através da dissolução-reprecipitação do ferro entre 48,1±4,8Ma e o presente. Nos referidos estudos, as couraças foram objeto de investigação através de sua distribuição geomorfológica em escala regional, revelando seu papel no controle estrutural do relevo. Além disso, por meio de estudos macromorfológicos em escala do perfil, elas revelam diversidade faciológica e petrogenética e por meio de seus atributos mineralógicos e geoquímicos, seu potencial econômico e história evolutiva. Além das couraças nas porções cimeiras das serras que limitam o QF, esses materiais também ocorrem como parte dos registros da pronunciada dissecação dos vales da região, evidenciando processos marcadamente mais recentes. A partir de datações por Luminescência Opticamente Estimulada (LOE) de sedimentos em depósitos com couraças, Barros e Magalhães Jr. (2015) associaram esses materiais a períodos climáticos mais secos/frios sugeridos na literatura, o que foi posteriormente corroborado por análises de fitólitos e isótopos de carbono (Barros et al., 2016). Tais estudos revelaram evidências importantes do contexto paleogeográfico de formação desses materiais, porém foram realizados nos pacotes sedimentares intercalados com as couraças. Investigações diretas, a partir dos atributos morfológicos, químicos e mineralógicos das mesmas, foram empreendidas por Barros et al. (2015b) e contribuem para o entendimento dos complexos processos envolvidos na evolução de coberturas superficiais em regiões tropicais. No presente trabalho, busca-se compreender o papel da evolução do relevo na formação das couraças em depósitos fluviais pleistocênicos do QF e, em contrapartida, o papel das couraças na evolução do relevo.

Material e métodos

O QF é um domínio geológico-geomorfológico localizado na região sudeste do Brasil, sendo caracterizado por um relevo predominantemente montanhoso. As principais serras representam importantes divisores hidrográficos regionais, sendo a porção oeste do domínio drenada pela bacia hidrográfica do Rio Paraopeba, a porção central pela bacia do Rio das Velhas e a porção leste por afluentes da bacia do Rio Doce. O domínio apresenta uma rica e complexa geologia que inclui principalmente (Alkmim e Marshak, 1998): complexos cristalinos (gnaisses, migmatitos e granitóides), uma sequência tipo greenstone belt, denominada Supergrupo Rio das Velhas (xistos e filitos), e uma unidade metassedimentar de idade proterozoica denominada Supergrupo Minas (BIF’s e quartzitos). As couraças analisadas neste trabalho foram identificadas em depósitos de níveis fluviais pleistocênicos ao longo dos vales de diversos cursos d’água do QF, estando situadas em diferentes altitudes e alturas em relação à drenagem atual. Os níveis fluviais foram reconhecidos e sistematizados por Barros e Magalhães Jr. (2015). Estes autores identificaram a ocorrência de pelo menos duas fases regionais de formação de níveis deposicionais fluviais com couraças nas sequências deposicionais: uma com idade média de ~47ka e outra a ~26ka, períodos indicados na literatura como de clima mais seco/frio. Considerando a variação faciológica dos tipos de couraça reconhecidos em campo, Barros et al. (2015b) coletaram amostras indeformadas e realizaram um estudo petrogenético por meio de caracterização macro e micromorfológica, incluindo a composição química (por Microscopia Eletrônica de Varredura com sensores EDS e WDS) e mineralógica (por difratometria de raios-X). De acordo com Barros et al. (2015b), as couraças em níveis fluviais pleistocênicos do QF revelam uma associação de processos deposicionais e lateríticos. Dois tipos de couraças foram identificados: conglomeráticas (cc) e placoidais (cp). Trata-se da cimentação de clastos e matriz dos depósitos sedimentares, representando o preenchimento de um sistema poroso primário por fases cristalinas e amorfas ferruginosas ou o revestimento de grãos por materiais igualmente ferruginosos. As cc podem ser ferruginosas (ccf) ou aluminosas (cca) e apresentam três tipos de microestruras de cimentação: septária, microlaminar e micro-nodular. Esses tipos estão relacionados entre si, podendo evidenciar a evolução pedogenética/laterítica do cimento. A análise de DRX nas ccf destaca a presença de goethita (mais comum) e hematita. A composição química corrobora a análise mineralógica e permite considerar/confirmar diferenças entre as organizações microestruturais do cimento ferruginoso. Nas cp o cimento também é goethítico, sendo o tamanho dos grãos cimentados o que diferencia os subtipos. Nas cca o cimento é composto principalmente por gibbsita. Em todas as couraças, a fonte primária de óxi-hidróxidos para a cimentação é externa (Barros et al., 2015b). Mesmo no entorno de clastos de itabirito com córtex de alteração há descontinuidade entre o cimento e a superfície dos clastos. Além disso, a concentração de quartzo no domínio ocupado pelo cimento é maior que no clasto, descaracterizando a possibilidade de que a alteração deste gere aquele como um produto direto. Outra evidência é a presença de quartzo do tipo “runiquartz” (Eswaran et al., 1975) em praticamente todas as amostras de cc. O presente trabalho parte desses estudos anteriores para discutir especificamente as implicações geomorfológicas dessas couraças, tanto em seu processo de formação como, uma vez formadas, seu papel na evolução do relevo regional.

Resultado e discussão

A perda de ferro envolvida na evolução das cangas e dos mantos de intemperismo de BIF’s é, provavelmente, a fonte principal desse elemento para a formação de couraças nos fundos de vale ao longo do Pleistoceno na área (Figuras 1 e 2). Segundo Spier et al. (2006), no QF encontram-se, associados às BIF’s, pacotes lateríticos com média de 150m de espessura. No entanto, muitas amostras da interface rocha-saprolito fornecem idades entre 51-41Ma, sugerindo que os mantos de intemperismo teriam alcançado sua profundidade atual no Paleógeno. Isso pode refletir a dominância de uma migração horizontal, em detrimento da vertical, das soluções do intemperismo quando elas atingem determinadas profundidades (Spier et al., 2006). Além disso, o balanço de massa envolvido no prolongado processo de dissolução- reprecipitação de ferro na formação das cangas – que muitas vezes recobrem esses pacotes lateríticos – envolve a exportação de grande quantidade de ferro para as águas subterrâneas e superficiais via cursos d'água (Monteiro et al., 2014). Em análise micromorfológica (Barros et al., 2015b) não é percebida uma associação entre fragmentos de canga mecanicamente carreados aos fundos de vale e a formação de couraças, conforme predizem alguns modelos (Goudie, 1973). Assim, apenas uma contribuição geoquímica das cangas para a formação de couraças mais jovens é inferida. Não foram identificadas couraças em depósitos de planícies de inundação. Assim, diferente das cangas (Monteiro et al., 2014) e de áreas onde couraças são verificadas tanto em terraços fluviais como em depósitos fluviais contemporâneos (Pain e Ollier, 1992; Furniss et al., 1999), as couraças não estariam em formação em níveis fluviais no QF atualmente. Isso pode ser explicado pelas condições de pH dos cursos d’água. A formação de couraças ferruginosas está geralmente associada a condições de pH baixo (Furniss et al., 1999; Poage et al., 2000; Sjostrom et al., 2004), necessárias à solubilização do ferro. No QF, no entanto, trabalhos nos vales dos rios Conceição e das Velhas indicam um pH geralmente neutro para as águas superficiais, podendo variar entre 6,44 e 8,07 no primeiro (Parra et al., 2007) e entre 6,9 e 7,2 no segundo (Jardim, 2011). Em relação aos resultados de Barros et al. (2015b), ressalta-se que a ocorrência de cca é restrita ao N7 do Rio Conceição, contrastando com a verificação de ccf em todos os subsequentes níveis fluviais com couraças. Isso pode revelar uma importante alteração nas áreas fonte de sedimentos. A petrografia do cascalho dos diferentes níveis fluviais do Rio Conceição também sugere essa alteração. Enquanto o paleonível mais antigo (N8) apresenta ~20% de clastos oriundos de BIF’s, nos níveis subsequentes esse montante pode superar os 80% (Barros e Magalhães Jr., 2013). Diante desse quadro, é forçoso considerar um incremento no fornecimento de sedimentos ferruginosos. Esse incremento pode estar ligado à captura, pelo Rio Conceição, do Ribeirão Preto, cuja bacia é dominada por BIF’s e cangas. O elevado potencial erosivo das subbacias que se encontram no interior da anticlinal escavada pelo Rio Conceição em relação àquele das bacias que drenam o interior da Sinclinal Gandarela teria favorecido a captura. Esse processo pode ter sido catalisado pelo aprofundamento do leito do Rio Conceição com as diversas fases de encaixamento observadas a partir do N8. Para Medina et al. (2005), a captura se deu por meio da abertura de duas gargantas epigênicas que truncaram as cristas de itabirito da Sinclinal. Segundo Fabri et al. (2008), o encaixamento do Ribeirão Preto ao longo de uma antiga falha de empurrão teria levado à abertura dessas gargantas, o que também teria sido facilitado pelo afloramento dos frágeis dolomitos da Formação Gandarela (Grupo Itabira/Supergrupo Minas). A morfologia da porção sudoeste da Depressão Suspensa da Sinclinal Gandarela (DSSG) revela um processo agressivo de ajuste da rede de drenagem do Ribeirão Preto ao nível de base representado pelo Rio Conceição (Figura 3), o que seria responsável pelo moderno esvaziamento dessa área (Medina et al., 2005). Isso se reflete em parâmetros morfométricos, pois dentre as bacias de terceira ordem das diversas litologias (em nível de grupo) encontradas na bacia do Rio Conceição, a bacia instalada no Grupo Itabira (marcado pelas BIF’s) localizada na DSSG é a que apresenta, em tese, maior potencial erosivo e maior capacidade e competência em seus canais (Barros et al., 2010). Essa bacia tem a maior densidade de drenagem, baixo índice de sinuosidade e elevado gradiente em seu canal principal, além de valores relativamente elevados de declividade média e rugosidade. Por outro lado, a formação das couraças também tem atuado na evolução dos vales fluviais do QF. Barros e Magalhães Jr. (2015) ressaltam a discrepância nas alturas de níveis fluviais cronocorrelatos. Isso seria resultado da existência de diferentes níveis de base locais e de um comportamento tectônico em blocos, o que inviabilizaria a relação direta de cotas altimétricas e alturas para identificação das fases de evolução fluvial dos vales do QF. Essa intensidade desigual na dissecação dos vales pode estar relacionada também à formação de cc. A incisão vertical de um curso d’água é instável e pode ser retardada por um aumento na carga sedimentar (Pazzaglia, 2013). Assim, a formação de níveis fluviais com cc em alguns cursos d’água pode ter freado a dissecação de seus vales. Além da própria acumulação sedimentar (pacotes de até 15m de cascalho e areia), a cimentação dos sedimentos pode ter exercido significativa resistência à erosão fluvial para remoção dos materiais e, logo, para a dissecação. Mesmo expostas a condições tropicais ao longo do Pleistoceno Superior (ainda que com variações de umidade e temperatura), as couraças mostram, em geral, significativa resistência ao intemperismo. Nas lâminas analisadas por Barros et al. (2015b) não foram observadas feições de degradação do cimento, mas apenas sinais de sua evolução, tornando-o diversificado microestruturalmente. Segundo Barros e Magalhães Jr. (2015), os registros da fase de sedimentação verificada a ~47ka (Fase 2) estão no vale do Rio Paraopeba a uma altura de 60-80m (Figura 4), enquanto no vale do Rio Conceição os depósitos estão a 15-20m. No primeiro basicamente não se observam cc, enquanto no segundo as mesmas foram formadas recorrentemente. Além disso, as couraças do tipo cc da fase de ~26ka (Fase 4), presentes nos fundos de vale de diversos cursos d’água (Conceição, Caraça, Barão de Cocais, Mango, Maracujá – Figura 4), podem ter impedido uma fase recente de encaixamento fluvial no substrato rochoso nesses vales. Afluentes da bacia do Rio Doce, os vales dos ribeirões Coqueiros e do Carmo são exceções. Entretanto, ainda que contenham registros atribuídos a essa fase, observados entre 5-10m acima da drenagem atual, eles demonstram um encaixamento menor ou equivalente ao observado nos vales dos rios Paraopeba e das Velhas durante período significativamente mais curto (até 15m em ~7ka). Assim, o papel das cc como condicionantes de um encaixamento menos expressivo seria mais evidente em vales da bacia do alto Rio Doce, onde as mesmas foram recorrentemente formadas e são mais espessas. No entanto, maior incisão dos cursos d’água seria esperada para essa área, pois a bacia do Rio Doce está inserida na fachada atlântica brasileira, enquanto os rios Paraopeba e das Velhas são afluentes do Rio São Francisco, de extensa bacia no interior continental.

Contexto litológico e espacialização das ocorrências de couraças em níveis fluviais pleistocênicos no QF (1-45 vide Figura 2).


Síntese das informações das ocorrências de couraças em níveis fluviais pleistocênicos no QF (ID vide Figura 1).


Morfologia da porção sudoeste da Depressão Suspensa da Sinclinal Gandarela.


Discrepância na altura de níveis cronocorrelatos nos vales do Paraopeba (A) e Conceição (B) e ocorrência de cc nos rios Mango (C) e Conceição (D).

Considerações Finais

As couraças que ocorrem em níveis fluviais pleistocênicos no QF permitem a reflexão sobre uma evolução geomorfológica complexa e integrada para o relevo regional. Tais materiais são tanto produto do arranjo litoestrutural e geomorfológico do QF como condicionantes deste último ao longo do Pleistoceno. Principal elemento envolvido na cimentação dos sedimentos de sucessões fluviais, o ferro seria exportado das áreas mais elevadas para os fundos de vale. Aqui o mesmo seria precipitado, deivodo à exposição a um ambiente redutor, condicionado pela oscilação do nível freático em espessos pacotes de sedimentos grosseiros acumulados em fases de clima mais seco/frio (Barros et al., 2016). Além disso, a composição geoquímica diferenciada das couraças mais antigas sugere, no caso do vale do Rio Conceição, a importância de um processo de captura fluvial para um incremento no aporte de sedimentos ferruginosos em fases fluviais mais recentes. Uma vez formadas, as couraças passaram a agir como barreiras temporárias ao encaixamento dos cursos d’água, condicionando uma dissecação menos agressiva que nos vales onde elas não se formaram. Isso contribui para que um interessante arranjo geomorfológico seja verificado, uma vez que níveis fluviais cronocorrelatos são encontrados, em relação à drenagem atual, com dezenas de metros de diferença entre um vale e outro.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais pelo financiamento do projeto de pesquisa.

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