19Intemperismo e argilas

A inscrição de uma lápide antiga se apaga, as arestas vivas das letras arredondam-se em sulcos rasos, mais depressa numa pedra de mármore do que numa de ardósia. Um afloramento de granito que parece tão duro quanto qualquer coisa na Terra esfarela-se na superfície numa areia granulosa, que escorre pelos dedos como grãos soltos de quartzo vítreo, feldspato fosco e lascas de mica. Sob as florestas dos trópicos úmidos, a rocha sólida pode jazer bem abaixo de uma terra vermelha que mantém os contornos dos minerais da rocha, mas pode ser cortada com uma pá. Os três são obra da água na superfície da Terra. Este capítulo escreve esse trabalho como química: quais minerais cedem primeiro, no que se transformam, por que alguns elementos saem com a água e outros ficam, como o clima determina o resultado, e como a lenta decomposição da rocha silicatada retira gás carbônico do ar.

O que você já sabe

O intemperismo desfaz as rochas onde elas estão (Livro 1, 5º ano). O intemperismo químico transforma os minerais; a hidrólise de um feldspato dá um mineral argiloso, a caulinita, e envia potássio e sílica aos rios; uma laterita é o produto vermelho, rico em ferro e alumínio, de climas quentes e úmidos (Livro 2, 10º ano). Os silicatos são classificados pelo modo como seus tetraedros $\ce{SiO4}$ compartilham vértices, um filossilicato formando lâminas; os feldspatos são silicatos de armação de sódio, potássio e cálcio, as micas silicatos laminares com potássio entre as lâminas (Definição 7.3, Definição 7.10). O raio iônico de um íon depende de sua carga e de sua coordenação (Capítulo 7). Os minerais cristalizam de um magma em resfriamento na ordem da série de reações de Bowen, olivina primeiro e quartzo por último (Livro 2, 11º ano). Um ácido libera íons hidrogênio; o gás carbônico dissolvido na água forma ácido carbônico; uma oxidação é uma perda de elétrons; uma equação balanceada conserva cada elemento e a carga (os livros de química). Um solo é uma camada viva organizada em horizontes (os livros de biologia).

19.1 Intemperismo físico e químico

Uma rocha formada em profundidade, em alta temperatura e pressão e sem água livre nem oxigênio, está fora do equilíbrio na superfície. Ela se ajusta de duas maneiras, que atuam juntas.

Definição 19.1 (Intemperismo físico, intemperismo químico)

O intemperismo físico é a desagregação de uma rocha no lugar em fragmentos menores, sem mudança de seus minerais. O intemperismo químico é a transformação dos minerais de uma rocha no lugar por reação com a água e as substâncias que ela carrega, sobretudo íons hidrogênio, gás carbônico dissolvido e oxigênio: alguns minerais se dissolvem, outros são substituídos por novos minerais estáveis na superfície, e parte da rocha sai em solução.

Geada. A água a $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ tem densidade $999.87\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, o gelo $916.72\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$: a água se expande em $9.1\,\%$ ao congelar. A velha imagem do intemperismo pela geada é a de água que congela em uma fissura fechada e a abre à força, de novo a cada degelo e congelamento. Um modelo de fissuras em granito e mármore, construído sobre a mecânica da fratura e sobre o que se conhece de solos em congelamento, põe o peso em outro lugar: a água é atraída através dos poros em direção ao gelo já existente em uma fissura, como o é em direção às lentes de gelo de um solo em congelamento, e o gelo cresce e cunha a fissura enquanto durar o congelamento. O congelamento sustentado é mais eficaz entre cerca de $-4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e $-15\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: mais perto de zero o gelo não consegue acumular pressão suficiente, e mais frio a água não consegue mais se deslocar até ele.

Aquecimento, descarga e sal. O aquecimento e o resfriamento repetidos fatigam uma rocha cujos minerais se expandem em quantidades diferentes; um granito trazido à superfície pela erosão, aliviado do peso acima dele, expande-se e se parte em lâminas paralelas à superfície; sais que cristalizam da água em evaporação, em desertos e em costas, afastam os grãos.

O intemperismo físico faz mais que quebrar a rocha: ele a abre à água.

Proposição 19.2 (A superfície aberta pela fragmentação)

Um cubo de lado $L$ cortado em cubos de lado $L/n$ tem $n$ vezes a área de superfície. Mais geralmente, uma massa $m$ de grãos de densidade $\rho$, todos cubos de lado $d$, tem a área de superfície $S = 6m/(\rho d)$: a superfície específica $S/m = 6/(\rho d)$ é inversamente proporcional ao tamanho do grão.

Um bloco de feldspato de densidade de cerca de $2600\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$ tem uma superfície específica de $0.23\,\mathrm{m}^{2}\,\mathrm{kg}^{-1}$ na forma de fragmentos de centímetros, e $2.3\,\mathrm{m}^{2}\,\mathrm{g}^{-1}$ na forma de grãos micrométricos, dez mil vezes mais. As reações químicas se processam nas superfícies, de modo que uma rocha estilhaçada pela geada ou aberta ao longo de suas juntas se intemperiza quimicamente muito mais depressa que a mesma rocha intacta.

As reações químicas. A calcita se dissolve por completo em água que carrega gás carbônico, e por isso as lápides de mármore perdem suas inscrições (Livro 2, 10º ano). O ferro(II) dos silicatos escuros é oxidado a ferro(III), que permanece como óxidos amarelo-marrons e vermelhos. O mais importante, de longe, pois os silicatos formam a maior parte da crosta, é a hidrólise. Os íons hidrogênio vêm do gás carbônico, dissolvido do ar e exalado por raízes e decompositores para o solo, e dos ácidos orgânicos de plantas em decomposição: águas de superfície e de solo não poluídas têm pH entre 5.5 e 7, e a água da camada orgânica de alguns solos florestais chega a 3.5. Água, temperatura, área de superfície e acidez são, assim, os quatro controles do intemperismo químico, e um clima quente e úmido com um solo espesso fornece os quatro.

19.2 A hidrólise dos silicatos

Definição 19.3 (Hidrólise de um silicato)

A hidrólise de um silicato é sua reação com água e íons hidrogênio, na qual os íons hidrogênio substituem os cátions metálicos, que passam à solução; parte ou todo o silício sai como ácido silícico dissolvido $\ce{H4SiO4}$, e o restante do mineral se reconstrói em um novo sólido, um mineral argiloso ou um hidróxido. A dissolução é incongruente: o sólido que resta não tem a composição do mineral atacado.

O alumínio é a chave para escrever a reação: no pH de solos e rios ele é quase insolúvel, e o produto sólido o retém todo. Tudo o mais segue daí.

Método 19.4 (Balanceando uma reação de hidrólise)

Dados o mineral atacado e o produto sólido:

1. Tome uma unidade de fórmula do produto, e a quantidade do mineral que traga o mesmo número de átomos de alumínio.
2. O silício do mineral não usado pelo produto sai como $\ce{H4SiO4}$; os cátions metálicos não usados pelo produto saem como íons.
3. Balanceie a carga desses cátions com íons hidrogênio à esquerda.
4. Balanceie o oxigênio com água à esquerda.
5. Verifique o hidrogênio: ele deve se balancear sozinho. Se não se balancear, alguma fórmula está errada.
6. Se uma equação com coeficientes inteiros for desejada, multiplique tudo.

Proposição 19.5 (Hidrólise dos feldspatos)

Com a esmectita beidelita $\ce{Na_{0.5}Al2(Si_{3.5}Al_{0.5})O10(OH)2}$ (água entre as camadas omitida), caulinita $\ce{Al2Si2O5(OH)4}$ e gibbsita $\ce{Al(OH)3}$ como produtos,

$$\begin{align*} &\ce{5 NaAlSi3O8 + 4 H+ + 16 H2O -> 2 Na_{0.5}Al2(Si_{3.5}Al_{0.5})O10(OH)2 + 4 Na+ + 8 H4SiO4},\\ &\ce{2 NaAlSi3O8 + 2 H+ + 9 H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + 2 Na+ + 4 H4SiO4},\\ &\ce{NaAlSi3O8 + H+ + 7 H2O -> Al(OH)3 + Na+ + 3 H4SiO4},\\ &\ce{CaAl2Si2O8 + 2 H+ + H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + Ca^2+}. \end{align*}$$

A albita perde $80\,\%$ de seu sódio e $8/15$ de seu silício para a solução na primeira reação, todo o seu sódio e $2/3$ de seu silício na segunda, e tudo de ambos na terceira. A anortita perde todo o seu cálcio e nenhum de seu silício.

A mesma albita pode, assim, dar três sólidos diferentes, e qual deles ela dá depende de quanta água atravessa a rocha e carrega os produtos para longe: pouca água, e muito da sílica e alguns cátions permanecem para construir uma esmectita; mais água, e apenas a sílica suficiente para a caulinita permanece; muita água, e a sílica sai por completo.

Definição 19.6 (Bissialitização, monossialitização, alitização)

O grau da hidrólise dos silicatos recebe o nome de seu produto. A bissialitização forma argilominerais 2:1, como as esmectitas, com cerca de dois átomos de silício por alumínio; parte dos cátions permanece neles. A monossialitização forma argilominerais 1:1, a caulinita, com um silício por alumínio; todos os cátions alcalinos e alcalino-terrosos saem. A alitização remove o silício por completo e deixa hidróxido de alumínio, a gibbsita.

O grau atingido é uma questão de clima antes de tudo, pela chuva e pela temperatura, e depois da drenagem do perfil. Onde a água é pouco renovada, um granito perde grande parte de seu sódio e cálcio, potássio mais lentamente, e apenas parte de sua sílica: seus feldspatos se transformam em argilas 2:1, e muito quartzo resta; a rocha se desfaz em uma areia de quartzo, mica e feldspato meio intemperizado misturados a argila. Sob as chuvas intensas dos trópicos úmidos, mais de $2000\,\mathrm{mm}$ por ano, os cátions e a sílica são lixiviados muito mais, e forma-se a caulinita, com Si/Al = 1. Onde a lixiviação é mais intensa, até a sílica da caulinita sai, e resta a gibbsita.

Quais minerais cedem primeiro. Em 1938, Samuel Goldich, comparando perfis intemperizados com suas rochas-mãe, propôs uma série dos minerais, do menos ao mais estável no intemperismo, e constatou que ela segue a ordem em que cristalizam de um magma: olivina e plagioclásio rico em cálcio primeiro, quartzo por último. Os minerais formados nas temperaturas mais altas são os mais afastados do equilíbrio na superfície. Uma lista moderna, do menos ao mais resistente, diz: pirita, calcita, dolomita, olivina, plagioclásio cálcico, piroxênios, plagioclásio intermediário, anfibólios, biotita, feldspato potássico, muscovita, esmectita, quartzo, caulinita, e os óxidos gibbsita e hematita. Medidas de laboratório das taxas de dissolução confirmam a ordem; ela continua sendo uma ordem, não uma lei, pois a taxa de cada mineral depende também da água ao redor dele. Os produtos finais do intemperismo, caulinita, gibbsita e hematita, são os mais resistentes de todos: já são estáveis na superfície.

O balanço de um perfil de intemperismo. O intemperismo remove matéria, de modo que uma concentração medida em uma rocha intemperizada não diz quanto foi perdido: a perda de outros elementos concentra os que permanecem. Um elemento que não se move dá a referência.

Proposição 19.7 (Balanço de massa com um elemento imóvel)

Seja $i$ um elemento que o intemperismo não move, com frações de massa $C_{i,p}$ na rocha-mãe e $C_{i,w}$ na rocha intemperizada. Então uma massa $m_p$ de rocha-mãe torna-se a massa $m_w = m_p C_{i,p}/C_{i,w}$ de rocha intemperizada, e a fração de qualquer outro elemento $j$ perdida é

$$f_j = 1 - \frac{C_{j,w}}{C_{j,p}}\,\frac{C_{i,p}}{C_{i,w}} .$$

O titânio e o zircônio são as escolhas usuais, por uma razão que a próxima seção dá.

19.3 Quais elementos saem: o potencial iônico

Sódio, potássio e cálcio saem com a água; alumínio, ferro(III) e titânio permanecem; o silício está no meio. A diferença está no modo como cada íon se comporta na água.

Definição 19.8 (Potencial iônico)

O potencial iônico de um íon é a razão $z/r$ de seu número de carga $z$ ao seu raio iônico $r$, aqui em angströms (para a mesma coordenação para todos os íons, seis vezes, no que segue).

Proposição 19.9 (Os três campos do potencial iônico)

Na água do intemperismo, íons com $z/r < 3$ permanecem em solução como cátions hidratados e são levados embora (cátions solúveis); íons com $3 < z/r < 10$ ligam os íons hidróxido da água e precipitam como hidróxidos ou óxidos onde são liberados (hidrolisados); íons com $z/r > 10$ ligam o oxigênio com tanta força que repelem os íons hidrogênio e viajam como oxiânions solúveis, como carbonato, sulfato, fosfato e nitrato. O silício, com $z/r = 10$, está na fronteira, e é lixiviado em parte, mais quanto mais intenso o intemperismo.

A regra é empírica, devida a Victor Moritz Goldschmidt na década de 1930, e suas fronteiras são aproximadas; a química por trás dela, a atração entre um cátion e o oxigênio das moléculas de água ao seu redor, pertence aos livros de química. Um cátion pequeno e de carga alta puxa tão fortemente os elétrons de suas moléculas de água que elas perdem um íon hidrogênio e se tornam hidróxido: de modo moderado, e o hidróxido precipita; de modo extremo, e até o hidróxido perde seu hidrogênio, deixando um oxiânion.

O diagrama abaixo lê o intemperismo de uma rocha de relance. Sódio ($z/r = 0.98$), potássio (0.72), cálcio (2.0) e magnésio (2.8) saem: são os cátions da água de rios e do mar. Alumínio (5.6), ferro(III) (4.7), titânio (6.6) e zircônio (5.6) permanecem, e se acumulam nos perfis mais intemperizados; titânio e zircônio, que além disso estão em minerais que dificilmente se intemperizam, são as referências imóveis de Proposição 19.7. O silício (10.0) é o elemento cuja perda parcial define os graus de hidrólise.

A oxidação move um íon através da fronteira. O ferro(II), com $z/r = 2.6$, é um cátion solúvel; o ferro(III), com 4.7, um hidrolisado. Em um solo encharcado, sem oxigênio, o ferro se dissolve como $\ce{Fe^2+}$ e é levado embora, deixando um solo cinzento; onde a água encontra o ar, em uma nascente ou em um solo bem drenado, o ferro é oxidado e precipita de imediato como óxidos vermelhos e marrons. O manganês se comporta do mesmo modo, $\ce{Mn^2+}$ (2.4) contra $\ce{Mn^4+}$ (7.5).

19.4 Argilominerais

Definição 19.10 (Argilomineral, caulinita, ilita, esmectita, clorita)

Um argilomineral é um filossilicato hidratado de alumínio, em geral em grãos de poucos micrômetros de diâmetro ou menos, formado por camadas que combinam uma lâmina tetraédrica (T) de tetraedros $\ce{SiO4}$ que compartilham três vértices e uma lâmina octaédrica (O) de alumínio ou magnésio cercada por oxigênio e hidroxila. Na caulinita, $\ce{Al2Si2O5(OH)4}$, cada camada é uma lâmina T e uma O (uma camada 1:1 ou T–O), sem carga, e as camadas são mantidas por ligações de hidrogênio. Nos argilominerais 2:1 ou T–O–T, uma lâmina O fica entre duas lâminas T voltadas para ela: a ilita é um argilomineral 2:1 não expansível, com íons potássio entre as camadas, como uma mica com menos potássio; uma esmectita é um argilomineral 2:1 com cátions hidratados e trocáveis e água entre suas camadas, que pode absorver mais água e inchar; uma clorita é um mineral 2:1 cujas camadas de carga negativa alternam com lâminas octaédricas de carga positiva do tipo da brucita, $\ce{(Mg,Fe)(OH)2}$ com algum alumínio.

A carga de uma camada decide como as camadas se empilham, e a carga vem de substituições nas lâminas (Definição 7.5).

Proposição 19.11 (Carga de uma camada 2:1)

Uma camada 2:1 de fórmula $\mathrm{(Si_{4-x}Al_x)(Al_{2-y}Mg_y)O_{10}(OH)_2}$, com $x$ alumínios no lugar de silício em suas lâminas tetraédricas e $y$ magnésios no lugar de alumínio em sua lâmina octaédrica, tem a carga $-(x + y)$ por unidade de fórmula.

Sem substituição ($x = y = 0$) a camada é neutra, como em $\ce{Al2Si4O10(OH)2}$, o mineral pirofilita, e as camadas são mantidas apenas por forças fracas. Na moscovita, $x = 1$, uma carga de $-1$ é balanceada por um íon potássio que trava as camadas juntas; a ilita fica perto dela, com um pouco menos. Na beidelita de Proposição 19.5, $x = 0.5$: a carga $-0.5$ é balanceada por $0.5$ sódio. Uma carga menor mantém as camadas menos firmemente presas, e entre elas podem entrar água e cátions hidratados: é por isso que as esmectitas, com cargas de cerca de 0.3 a 0.5 por unidade de fórmula, como nas fórmulas da montmorilonita e da beidelita, incham, enquanto a ilita não. Os cátions entre as camadas de uma esmectita são trocáveis, e a capacidade de troca dos argilominerais comuns segue sua estrutura: de 3 a 15 miliequivalentes por $100\,\mathrm{g}$ para a caulinita, cujas camadas não têm carga, de 10 a 40 para a ilita, de 70 a 100 para a montmorilonita, uma esmectita. O potássio, que trava as camadas de uma mica, favorece a ilita; as esmectitas se formam onde o potássio é escasso e cálcio e magnésio estão disponíveis.

mineral	camada	entre camadas	seco ao ar	glicol	aquecido	CTC	ambiente típico
caulinita	T–O	nenhum	$7\,\text{Å}$	$7\,\text{Å}$	destruída a $550\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	3–15	feldspatos lixiviados por água ácida; intemperismo tropical intenso
ilita	T–O–T	$\ce{K+}$	$10\,\text{Å}$	$10\,\text{Å}$	$10\,\text{Å}$	10–40	água alcalina rica em K; a partir de feldspatos e micas; a argila principal dos lamitos
esmectita	T–O–T	$\ce{Na+}$, $\ce{Ca^2+}$ hidratados	cerca de $14\,\text{Å}$	$17\,\text{Å}$	$10\,\text{Å}$ a $400\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	70–100	rochas básicas intemperizadas; terreno mal drenado, K escasso
clorita	T–O–T	lâmina tipo brucita	$14\,\text{Å}$	$14\,\text{Å}$	$14\,\text{Å}$	–	rochas metamórficas de baixo grau e ígneas alteradas; lamitos

No laboratório — Identificando argilominerais por difração de raios X

Argilominerais são finos demais para serem distinguidos ao microscópio óptico. No laboratório, a fração mais fina de um solo ou de um lamito é separada deixando os grãos mais grossos sedimentarem na água, e uma gota da suspensão é seca sobre uma lâmina de vidro, onde as lâminas jazem planas: uma lâmina orientada. Os raios X refletidos pelas camadas empilhadas dão picos fortes nos ângulos fixados pelo espaçamento basal, pela lei de Bragg da difração (física). A lâmina é passada três ou quatro vezes: seca ao ar; após uma noite em vapor de etilenoglicol, que entra entre as camadas das esmectitas e as incha até $17\,\text{Å}$, deixando os outros minerais inalterados; após aquecimento a $400\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, que expele a água das esmectitas e as colapsa para $10\,\text{Å}$; e após aquecimento a $550\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, que destrói a caulinita mas deixa a ilita e a clorita. Table 19.1 é a chave para ler as quatro medidas; misturas e minerais interestratificados, muito comuns em solos, exigem mais.

Lateritas. Onde a hidrólise atinge seus últimos graus por muito tempo, o perfil se espessa, e seu topo concentra tudo o que não sai.

Definição 19.12 (Laterita)

Uma laterita é o produto rico em ferro e alumínio de hidrólise intensa e prolongada sob climas quentes e úmidos: um material vermelho a marrom, mole ou endurecido, formado por caulinita e óxidos e hidróxidos de ferro, com gibbsita onde a alitização é atingida, do qual quase todos os cátions alcalinos e alcalino-terrosos e grande parte da sílica foram removidos.

Uma laterita rica o bastante em gibbsita ou boehmita, os hidróxidos de alumínio, é uma bauxita, o minério de quase nove décimos do alumínio: a alitização é a etapa que faz o minério. A maioria das bauxitas é residual, a rocha da qual tudo, exceto a alumina, foi lixiviado; a maioria das formadas por gibbsita jaz nos trópicos, e muitas provavelmente ainda se formam.

História — Uma palavra do campo

Em 1807, Francis Buchanan, viajando em Malabar, no sul da Índia, descreveu um material cheio de cavidades e rico em ocres vermelhos e amarelos de ferro, espalhado sobre o granito em grandes massas. Extraído do solo, era tão mole que uma faca o cortava, e os habitantes o moldavam em blocos; no ar logo se tornava tão duro quanto tijolo, e durava melhor que qualquer tijolo que ele tivesse visto. As línguas locais o chamavam de pedra-tijolo; ele propôs o nome laterita, que a geologia guardou para os produtos vermelhos do intemperismo tropical.

19.5 Intemperismo de silicatos e gás carbônico

Os íons hidrogênio da hidrólise vêm sobretudo do gás carbônico, então escrevê-los como ácido carbônico mostra o que o intemperismo faz ao ar. Para um silicato de cálcio, escrito $\ce{CaSiO3}$ por simplicidade,

e no oceano, onde os organismos constroem conchas de carbonato de cálcio,

Proposição 19.13 (Intemperismo e gás carbônico)

(a) O intemperismo de um silicato consome dois moles de gás carbônico, transformados em bicarbonato, para cada mol de cálcio ou magnésio liberado; quando o cálcio ou o magnésio são precipitados como carbonato, um dos dois retorna ao ar, e um mol fica armazenado como rocha carbonática. (b) O intemperismo de uma rocha carbonática e a precipitação de seu carbonato de novo não armazenam nenhum.

Com um feldspato, o ácido carbônico substitui os íons hidrogênio de Proposição 19.5: cada $\ce{H+}$ consumido é um $\ce{CO2}$ transformado em $\ce{HCO3-}$. A anortita de um basalto ou de um gabro consome, assim, dois moles de gás carbônico por mol ao se transformar em caulinita,

e armazena um no longo prazo. Sódio e potássio não formam carbonato no fundo do mar, e o armazenamento de longo prazo é contado a partir do cálcio e do magnésio liberados.

Os rios levam o bicarbonato ao mar, e sua química mede o fluxo. A partir da química dos grandes rios do mundo, o gás carbônico consumido pelo intemperismo de silicatos continentais foi estimado em $11.7 \times 10^{12}$ a $13.6 \times 10^{12}\,\mathrm{mol}$ por ano, cerca de 0.14 a 0.16 bilhão de toneladas de carbono, das quais o intemperismo dos basaltos sozinho responde por 30 a $35\,\%$. O fluxo é pequeno diante das trocas de carbono entre o ar, os oceanos e os seres vivos, mas não se inverte: ao longo de milhões de anos é o principal modo pelo qual o gás carbônico fornecido por vulcões sai da atmosfera. Como o intemperismo corre mais depressa quando é mais quente e mais úmido, ele liga o gás carbônico do ar ao clima, que por sua vez depende do gás carbônico pelo efeito estufa: uma retroalimentação negativa que estabiliza a temperatura da Terra ao longo do tempo geológico, estudada no volume do Livro 4.

19.6 Exercícios

Exercício 19.1 ★

Usando os raios $\ce{K+}$ $1.38\,\text{Å}$, $\ce{Fe^2+}$ $0.78\,\text{Å}$, $\ce{Fe^3+}$ $0.645\,\text{Å}$ e $\ce{Ti^4+}$ $0.605\,\text{Å}$, calcule o potencial iônico de cada íon e dê o nome de seu campo. Por que um solo encharcado perde seu ferro enquanto um bem drenado o conserva?

Solução

Solução de Exercício 19.1.

$\ce{K+}$: $1/1.38 = 0.72$; $\ce{Fe^2+}$: $2/0.78 = 2.56$; ambos abaixo de 3, cátions solúveis. $\ce{Fe^3+}$: $3/0.645 = 4.65$; $\ce{Ti^4+}$: $4/0.605 = 6.61$; ambos entre 3 e 10, hidrolisados. Em um solo encharcado, sem oxigênio, o ferro é liberado como $\ce{Fe^2+}$, que permanece em solução e é levado pela água; em um solo bem drenado, o oxigênio o transforma em $\ce{Fe^3+}$, que precipita de imediato como óxidos e hidróxidos e permanece.

Exercício 19.2 ★

Quatro frações de argila são analisadas por raios X como lâminas orientadas. A: um pico em $14\,\text{Å}$, deslocado para $17\,\text{Å}$ pelo etilenoglicol e para $10\,\text{Å}$ por aquecimento a $400\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. B: um pico em $7\,\text{Å}$, inalterado pelo glicol, desaparecido após aquecimento a $550\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. C: um pico em $10\,\text{Å}$ que nenhum tratamento desloca. D: um pico em $14\,\text{Å}$ que nenhum tratamento desloca. Identifique cada mineral.

Solução

Solução de Exercício 19.2.

A incha com glicol e colapsa ao aquecer: uma esmectita. B está em $7\,\text{Å}$ e é destruída a $550\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: caulinita. C, em $10\,\text{Å}$ qualquer que seja o tratamento: ilita. D, em $14\,\text{Å}$, sem inchamento nem colapso: clorita.

Exercício 19.3 ★

Balanceie, com Método 19.4, a hidrólise do ortoclásio $\ce{KAlSi3O8}$ em caulinita. Que fração de seu potássio e de seu silício sai em solução?

Solução

Solução de Exercício 19.3.

Dois ortoclásios trazem os 2 alumínios de uma caulinita; $6 - 2 = 4$ silícios saem como $\ce{H4SiO4}$; 2 $\ce{K+}$ saem, balanceados por 2 $\ce{H+}$; oxigênio, $16 + w = 9 + 16$, dá $w = 9$:

$$\ce{2 KAlSi3O8 + 2 H+ + 9 H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + 2 K+ + 4 H4SiO4}.$$

O hidrogênio confere: $2 + 18 = 20 = 4 + 16$. Todo o potássio sai, e $4/6 = 2/3$ do silício.

Exercício 19.4 ★

(a) Que volume de gelo dá $10\,\mathrm{cm}^{3}$ de água a $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$? (b) Dentro de que faixa de temperatura o gelo que cresce em fissuras racha a rocha de modo mais eficaz, e por que nem uma geada mais leve nem uma mais dura fazem tão bem? (c) Um cubo de granito de lado $1\,\mathrm{m}$ é fragmentado pela geada em cubos de lado $1\,\mathrm{cm}$: por que fator sua área de superfície cresceu?

Solução

Solução de Exercício 19.4.

(a) A massa não muda: $10 \times 999.87/916.72 = 10.91\,\mathrm{cm}^{3}$. (b) Entre cerca de $-4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e $-15\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Logo abaixo de zero o gelo não consegue acumular pressão suficiente para cunhar a fissura; em uma geada mais forte a água não se move mais pelos poros em direção ao gelo, que deixa de crescer. (c) Pela Proposição 19.2 com $n = 1\,\mathrm{m}/1\,\mathrm{cm} = 100$, a área é multiplicada por 100: de $6\,\mathrm{m}^{2}$ a $600\,\mathrm{m}^{2}$.

Exercício 19.5 ★★

Calcule a superfície específica de grãos de feldspato de densidade $2600\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, tratados como cubos, para tamanhos de $1\,\mathrm{cm}$, $1\,\mathrm{mm}$ e $1\,\text{µ}\mathrm{m}$. Por que o tamanho do grão importa tanto para a taxa do intemperismo químico, e por que o intemperismo físico acelera o químico?

Solução

Solução de Exercício 19.5.

$S/m = 6/(\rho d)$: para $1\,\mathrm{cm}$, $6/(2600\times0.01) = 0.231\,\mathrm{m}^{2}\,\mathrm{kg}^{-1}$; para $1\,\mathrm{mm}$, $2.31\,\mathrm{m}^{2}\,\mathrm{kg}^{-1}$; para $1\,\text{µ}\mathrm{m}$, $2308\,\mathrm{m}^{2}\,\mathrm{kg}^{-1}$, ou $2.3\,\mathrm{m}^{2}\,\mathrm{g}^{-1}$. As reações químicas ocorrem na superfície dos grãos, de modo que sua taxa por quilograma de rocha cresce com a superfície específica, dez mil vezes do centímetro ao micrômetro. O intemperismo físico corta a rocha em pedaços cada vez menores e abre fissuras pelas quais a água entra: ele multiplica a superfície sobre a qual o intemperismo químico pode agir.

Exercício 19.6 ★★

Uma tonelada de albita $\ce{NaAlSi3O8}$ ($262.22\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$) transforma-se em caulinita ($258.16\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$). Calcule a massa de caulinita formada, a massa de sílica exportada, contada como $\ce{SiO2}$ ($60.08\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$), e a massa de sódio exportada.

Solução

Solução de Exercício 19.6.

Uma tonelada de albita é $10^{6}/262.22 = 3813.6\,\mathrm{mol}$. Pela Proposição 19.5, dois moles dão um de caulinita: $1906.8\,\mathrm{mol} \times 258.16\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1} = 492.3\,\mathrm{kg}$. Dois dos três átomos de silício saem: $2\times3813.6 = 7627.2\,\mathrm{mol}$ de $\ce{SiO2}$, $458.2\,\mathrm{kg}$. Todo o sódio sai: $3813.6\times22.99 = 87.7\,\mathrm{kg}$. Menos da metade da massa do feldspato permanece como argila.

Exercício 19.7 ★★

Um granito contém, em massa, $0.30\,\%$ $\ce{TiO2}$, $3.5\,\%$ $\ce{Na2O}$, $72\,\%$ $\ce{SiO2}$ e $14\,\%$ $\ce{Al2O3}$; seu saprólito contém $0.60\,\%$ $\ce{TiO2}$, $0.35\,\%$ $\ce{Na2O}$, $60\,\%$ $\ce{SiO2}$ e $27\,\%$ $\ce{Al2O3}$. Tomando o titânio como imóvel, encontre a massa de saprólito deixada por um quilograma de granito e a fração de sódio, silício e alumínio perdida. Qual grau de hidrólise está em curso?

Solução

Solução de Exercício 19.7.

Pela Proposição 19.7, um quilograma de granito deixa $0.30/0.60 = 0.5\,\mathrm{kg}$ de saprólito. Fração perdida: sódio $1 - (0.35/3.5)(0.5) = 0.95$; silício $1 - (60/72)(0.5) = 0.583$; alumínio $1 - (27/14)(0.5) = 0.036$. O alumínio é praticamente retido, o sódio quase se foi por completo, e quase $60\,\%$ do silício também, embora grande parte do que resta esteja retida no quartzo: os feldspatos estão se transformando em caulinita, monossialitização.

Exercício 19.8 ★★

Usando Proposição 19.11, calcule a carga da camada da pirofilita $\ce{Al2Si4O10(OH)2}$, da moscovita $\ce{KAl2(Si3Al)O10(OH)2}$ sem seu potássio, da camada de beidelita $\ce{Al2(Si_{3.5}Al_{0.5})O10(OH)2}$ e de uma camada de montmorilonita $\ce{(Al_{1.67}Mg_{0.33})Si4O10(OH)2}$. Qual deles pode inchar, e por quê?

Solução

Solução de Exercício 19.8.

Pirofilita: $x = y = 0$, carga 0. Camada de moscovita: $x = 1$, carga $-1$. Camada de beidelita: $x = 0.5$, carga $-0.5$. Camada de montmorilonita: $y = 0.33$, carga $-0.33$. As duas camadas de esmectita, beidelita e montmorilonita, podem inchar: sua pequena carga é balanceada por poucos cátions entre as camadas, que as mantêm frouxamente e atraem água à medida que se hidratam. A pirofilita não tem cátions entre as camadas para se hidratar, e a carga $-1$ da moscovita é balanceada por íons potássio que travam as camadas.

Exercício 19.9 ★★

Forsterita $\ce{Mg2SiO4}$ se intemperiza por $\ce{Mg2SiO4 + 4 CO2 + 4 H2O -> 2 Mg^2+ + 4 HCO3- + H4SiO4}$. (a) Confira a equação. (b) Para uma tonelada de forsterita, calcule o gás carbônico consumido e o gás carbônico armazenado a longo prazo segundo a Proposição 19.13. (c) O que daria o mesmo cálculo para uma tonelada de calcita?

Solução

Solução de Exercício 19.9.

(a) Mg: 2 e 2; Si: 1 e 1; C: 4 e 4; O: $4 + 8 + 4 = 16$ e $12 + 4 = 16$; H: 8 e $4 + 4 = 8$; carga: 0 e $4 - 4 = 0$. (b) A massa molar da forsterita é $2\times24.305 + 28.085 + 4\times15.999 = 140.69\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$, logo uma tonelada são $7108\,\mathrm{mol}$. Ela consome $4\times7108 = 28\,431\,\mathrm{mol}$ de $\ce{CO2}$, $1251\,\mathrm{kg}$; com dois magnésios por unidade de fórmula, Proposição 19.13 armazena $2\times7108$ moles, $626\,\mathrm{kg}$, metade da quantidade consumida. (c) Uma tonelada de calcita, $9991\,\mathrm{mol}$, consome $9991\,\mathrm{mol}$ de $\ce{CO2}$ ($440\,\mathrm{kg}$) ao se dissolver, e devolve todo ele quando o carbonato precipita de novo: nada é armazenado.

Exercício 19.10 ★★★

(a) Entre quais raios um íon de carga 3 é um hidrolisado? (b) O boro, $\ce{B^3+}$, tem raio de $0.27\,\text{Å}$: em que forma ele viaja na água? (c) $\ce{Mn^2+}$ tem raio de $0.83\,\text{Å}$, $\ce{Mn^4+}$ de $0.53\,\text{Å}$. Explique por que crostas pretas de óxido de manganês se formam onde a água de nascente, pobre em oxigênio, aflora ao ar. (d) Por que o silício pode ser nem totalmente lixiviado nem totalmente retido?

Solução

Solução de Exercício 19.10.

(a) $3 < 3/r < 10$ dá $0.3\,\text{Å} < r < 1.0\,\text{Å}$. (b) $3/0.27 = 11.1 > 10$: o boro viaja como oxiânion, borato. (c) $2/0.83 = 2.41$, um cátion solúvel; $4/0.53 = 7.55$, um hidrolisado. Em água pobre em oxigênio o manganês se dissolve como $\ce{Mn^2+}$; onde a nascente encontra o ar, ele é oxidado a $\ce{Mn^4+}$, que precipita de imediato como um óxido preto sobre a rocha. (d) Seu potencial iônico, $4/0.40 = 10.0$, jaz na fronteira entre hidrolisados e oxiânions: o silício não é retido como o alumínio nem levado embora como o enxofre, e a fração lixiviada depende de quanta água passa, base dos três graus de hidrólise.

Exercício 19.11 ★★★

O intemperismo dos silicatos continentais consome $11.7 \times 10^{12}$ a $13.6 \times 10^{12}\,\mathrm{mol}$ de gás carbônico por ano, $4.08 \times 10^{12}\,\mathrm{mol}$ dele dos basaltos. (a) Converta a faixa em toneladas de carbono e de gás carbônico por ano. (b) Que parcela tomam os basaltos? (c) Se tudo isso viesse de silicatos de cálcio e magnésio, quanto carbono seria armazenado a longo prazo a cada ano? Por que o valor real de longo prazo é menor?

Solução

Solução de Exercício 19.11.

(a) Com $12.011\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$ de carbono, $11.7 \times 10^{12}$ a $13.6 \times 10^{12}\,\mathrm{mol}$ é 0.141 a 0.163 bilhão de toneladas de carbono por ano; com $44.009\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$, 0.515 a 0.599 bilhão de toneladas de gás carbônico. (b) $4.08/13.6 = 30\,\%$ a $4.08/11.7 = 35\,\%$. (c) Metade do gás carbônico consumido é armazenada quando o cálcio e o magnésio precipitam como carbonato: 0.070 a 0.082 bilhão de toneladas de carbono por ano. O valor real é menor, porque parte do bicarbonato sai com sódio e potássio, que não formam carbonato no fundo do mar.

Exercício 19.12 ★★★

Três frações de argila, livres de quartzo e de óxidos de ferro, são analisadas (porcentagem em massa): A, $\ce{SiO2}$ $46.55$ e $\ce{Al2O3}$ $39.50$; B, $\ce{SiO2}$ 60 e $\ce{Al2O3}$ 25; C, $\ce{SiO2}$ 2 e $\ce{Al2O3}$ 63 ($\ce{SiO2}$ $60.08\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$, $\ce{Al2O3}$ $101.96\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$). Calcule a razão molar Si/Al de cada uma, identifique o grau de hidrólise que ela registra, e coloque as três argilas numa linha, da lixiviação menos à mais intensa.

Solução

Solução de Exercício 19.12.

Si/Al $= (w_{\ce{SiO2}}/60.08)/(2w_{\ce{Al2O3}}/101.96)$. A: $0.7748/0.7748 = 1.00$, a razão da caulinita, monossialitização. B: $0.9987/0.4904 = 2.04$, um argilomineral 2:1, bissialitização. C: $0.0333/1.2358 = 0.027$, quase nenhum silício restante, gibbsita, alitização. Da lixiviação menos à mais intensa, isto é, em direção ao clima mais quente e mais úmido: B, A, C.

19.7 Problema: do granito à argila

Problema 19.1

Problema de fim de semana — os feldspatos de um granito e de um gabro, das reações balanceadas ao gás carbônico que um rio carrega

Os feldspatos são a albita $\ce{NaAlSi3O8}$ ($262.22\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$, densidade $2.62\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$) e a anortita $\ce{CaAl2Si2O8}$ ($278.20\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$, densidade $2.75\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$). A caulinita $\ce{Al2Si2O5(OH)4}$ tem massa molar $258.16\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$ e densidade $2.6\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$; a gibbsita $\ce{Al(OH)3}$, $78.00\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$. Tome $\ce{SiO2}$ $60.08\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$, $\ce{CO2}$ $44.01\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$, $\ce{HCO3-}$ $61.02\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$, Na $22.99$ e Ca $40.08\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$.

Parte I — As reações.

1. Balanceie a hidrólise da albita em caulinita.
2. Balanceie a hidrólise da anortita em caulinita. O que há de especial nela?
3. Balanceie a hidrólise da anortita em gibbsita.
4. Balanceie a hidrólise da albita em beidelita $\ce{Na_{0.5}Al2(Si_{3.5}Al_{0.5})O10(OH)2}$, e confira o hidrogênio.
5. Reescreva as duas primeiras reações com ácido carbônico como fonte dos íons hidrogênio: $\ce{CO2 + H2O -> H+ + HCO3-}$.
6. Quais dessas reações são bissialitização, monossialitização e alitização?

Parte II — O que fica, o que sai.

7. Quantos moles há em uma tonelada de albita, e em uma tonelada de anortita?
8. Calcule a massa de caulinita formada a partir de uma tonelada de cada.
9. Calcule as massas de sílica (como $\ce{SiO2}$), sódio e cálcio exportados em solução.
10. Calcule o volume de uma tonelada de cada feldspato e da caulinita que ele dá. De que fração diminui o volume do sólido?
11. Um saprólito mantém a forma da rocha que substitui. O que preenche o espaço deixado em um granito intemperizado rico em albita? Por que um gabro intemperizado rico em anortita permanece mais denso?
12. Com o diagrama de potencial iônico, explique quais elementos dos dois feldspatos saem e quais permanecem.

Parte III — Gás carbônico.

13. Quantos moles, e quantos quilogramas, de gás carbônico são consumidos quando uma tonelada de albita se transforma em caulinita?
14. Mesma pergunta para uma tonelada de anortita.
15. Que massa de bicarbonato é exportada pela anortita?
16. O que acontece a esse bicarbonato no oceano? Quanto do gás carbônico consumido volta ao ar?
17. Por que não se conta armazenamento de longo prazo para o sódio da albita?
18. Compare com a dissolução de uma tonelada de calcita seguida de sua precipitação.

Parte IV — Um rio.

19. Um rio drena $50\,000\,\mathrm{km}^{2}$ de granito e gnaisse, com uma vazão média de $200\,\mathrm{m}^{3}\,\mathrm{s}^{-1}$; o bicarbonato que ele carrega do intemperismo de silicatos é $0.3\,\mathrm{mmol}\,\mathrm{L}^{-1}$. Calcule o fluxo anual desse bicarbonato, em moles, e por quilômetro quadrado.
20. Exprima-o em moles de anortita cujo intemperismo em caulinita o forneceria, depois em toneladas de anortita por ano e por quilômetro quadrado.
21. Se a rocha contém o equivalente a $20\,\%$ de anortita e tem densidade $2700\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, a que taxa, em metros por milhão de anos, a rocha fresca está sendo consumida?
22. Quanto gás carbônico este rio retira do ar, para sempre, a cada ano?
23. Por que a taxa da questão 21 é um limite inferior para o rebaixamento da superfície do terreno?
24. Em quilogramas, com três algarismos, quanto gás carbônico é retirado para sempre pelo intemperismo de uma tonelada de anortita?

Solução

Solução de Problema 19.1.

1. $\ce{2 NaAlSi3O8 + 2 H+ + 9 H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + 2 Na+ + 4 H4SiO4}$.

2. $\ce{CaAl2Si2O8 + 2 H+ + H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + Ca^2+}$. Nenhum silício sai: a anortita já tem o silício por alumínio da caulinita.

3. Uma gibbsita toma um alumínio, metade de uma anortita: dobrando, $\ce{CaAl2Si2O8 + 2 H+ + 6 H2O -> 2 Al(OH)3 + Ca^2+ + 2 H4SiO4}$. Oxigênio: $8 + 6 = 6 + 8$; hidrogênio: $2 + 12 = 6 + 8$.

4. $\ce{5 NaAlSi3O8 + 4 H+ + 16 H2O -> 2 Na_{0.5}Al2(Si_{3.5}Al_{0.5})O10(OH)2 + 4 Na+ + 8 H4SiO4}$; hidrogênio, $4 + 32 = 36$ à esquerda e $2\times2 + 8\times4 = 36$ à direita, confere.

5. Cada $\ce{H+}$ vem com um $\ce{HCO3-}$ de um $\ce{CO2}$ e uma $\ce{H2O}$: $\ce{2 NaAlSi3O8 + 2 CO2 + 11 H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + 2 Na+ + 2 HCO3- + 4 H4SiO4}$ e $\ce{CaAl2Si2O8 + 2 CO2 + 3 H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + Ca^2+ + 2 HCO3-}$.

6. A albita para beidelita é bissialitização; albita e anortita para caulinita são monossialitização; anortita para gibbsita é alitização.

7. $10^{6}/262.22 = 3813.6\,\mathrm{mol}$ de albita; $10^{6}/278.20 = 3594.5\,\mathrm{mol}$ de anortita.

8. Albita: $3813.6/2 = 1906.8\,\mathrm{mol}$ de caulinita, $492.3\,\mathrm{kg}$. Anortita: $3594.5\,\mathrm{mol}$, $928.0\,\mathrm{kg}$.

9. Albita: $2\times3813.6 = 7627.2\,\mathrm{mol}$ de $\ce{SiO2}$, $458.2\,\mathrm{kg}$, e $3813.6\,\mathrm{mol}$ de sódio, $87.7\,\mathrm{kg}$. Anortita: sem sílica, e $3594.5\,\mathrm{mol}$ de cálcio, $144.1\,\mathrm{kg}$.

10. Albita: $1/2.62 = 0.382\,\mathrm{m}^{3}$; sua caulinita, $0.4923/2.6 = 0.189\,\mathrm{m}^{3}$: o sólido perde $50.4\,\%$ de seu volume. Anortita: $1/2.75 = 0.364\,\mathrm{m}^{3}$; sua caulinita, $0.9280/2.6 = 0.357\,\mathrm{m}^{3}$: uma perda de apenas $1.8\,\%$.

11. O espaço deixado torna-se poros, preenchidos por água e ar: um saprólito sobre um granito rico em albita é leve, poroso e friável, seus grãos de quartzo soltos em um pouco de argila. A anortita se transforma em quase seu próprio volume de caulinita, de modo que o gabro intemperizado mantém a maior parte de sua matéria sólida.

12. Sódio ($z/r = 0.98$) e cálcio (2.0) são cátions solúveis e saem; alumínio (5.6) é um hidrolisado e permanece todo na caulinita; silício (10.0), na fronteira, sai em parte da albita e não sai da anortita, cujo silício a caulinita pode reter.

13. Um $\ce{CO2}$ por albita: $3813.6\,\mathrm{mol}$, $3813.6 \times 44.01 = 167.8\,\mathrm{kg}$.

14. Dois por anortita: $7189.0\,\mathrm{mol}$, $316.4\,\mathrm{kg}$.

15. $7189.0 \times 61.02 = 438.7\,\mathrm{kg}$ de bicarbonato.

16. Os organismos o precipitam como carbonato de cálcio, $\ce{Ca^2+ + 2 HCO3- -> CaCO3 + CO2 + H2O}$: para cada cálcio, um dos dois $\ce{CO2}$ volta ao ar, $3594.5\,\mathrm{mol}$ ou $158.2\,\mathrm{kg}$, e o outro fica enterrado no carbonato.

17. O sódio não forma carbonato no fundo do mar: seu bicarbonato não pode ser armazenado como rocha carbonática, e o armazenamento de longo prazo é contado só a partir de cálcio e magnésio.

18. Uma tonelada de calcita consome $9991\,\mathrm{mol}$ de $\ce{CO2}$ quando se dissolve e devolve tudo quando precipita: nada é armazenado, e somente o intemperismo de silicatos de cálcio e magnésio retira gás carbônico do ar para sempre.

19. $200\,\mathrm{m}^{3}\,\mathrm{s}^{-1} \times 0.3\,\mathrm{mol}\,\mathrm{m}^{-3} = 60\,\mathrm{mol}\,\mathrm{s}^{-1}$; em um ano de $3.156 \times 10^{7}\,\mathrm{s}$, $1.893 \times 10^{9}\,\mathrm{mol}$, ou $1.893 \times 10^{9}/50\,000 = 37\,870\,\mathrm{mol}$ por quilômetro quadrado.

20. Dois bicarbonatos por anortita: $9.467 \times 10^{8}\,\mathrm{mol}$ por ano, $9.467 \times 10^{8}\times278.20\,\mathrm{g} = 263\,400\,\mathrm{t}$ por ano, ou $5.27\,\mathrm{t}$ por quilômetro quadrado.

21. A rocha fresca consumida é $5.27/0.20 = 26.3\,\mathrm{t}$, ou $26\,340/2700 = 9.75\,\mathrm{m}^{3}$, por quilômetro quadrado e ano: uma camada de $9.75\,\text{µ}\mathrm{m}$ de espessura por ano, $9.8\,\mathrm{m}$ por milhão de anos.

22. Um $\ce{CO2}$ armazenado por cálcio: $9.467 \times 10^{8} \times 44.01 = 4.17 \times 10^{10}\,\mathrm{g}$, cerca de $41\,700\,\mathrm{t}$ por ano.

23. Ele conta apenas a matéria levada embora em solução. A caulinita e o quartzo deixados pelo intemperismo também são removidos pela erosão, como lama e areia no rio, e não são contados; nem o intemperismo dos outros minerais da rocha. E se parte do bicarbonato vier de feldspatos sódicos ou potássicos, que dão um bicarbonato por unidade de fórmula em vez de dois, mais rocha teve de se intemperizar para fornecê-lo.

24. Pela Proposição 19.13, um mol de $\ce{CO2}$ é armazenado por mol de anortita: $3594.5 \times 44.01\,\mathrm{g} = 158.19\,\mathrm{kg}$. O intemperismo de uma tonelada de anortita retira para sempre 158 kg de gás carbônico.