Clastic sediments in caves in the karst region of Lagoa Santa (MG): origin, deposition mechanisms and stratigraphy
A organização, análise e discussão sobre os sedimentos encontrados em algumas cavernas da região cárstica de Lagoa Santa foi o objetivo deste projeto, que teve como etapa inicial o levantamento daquelas cavernas que continham sedimentos clásticos investigados e seus dados disponíveis na literatura, em que os primeiros modelos sobre a origem, transporte e deposição foram sugeridos. De modo geral, os principais autores para o tema na região demonstram que os sedimentos encontrados nas cavernas são oriundos da cobertura metapelítica (siltitos e argilitos) da Formação Serra de Santa Helena que deu origem a cobertura pedológica atual – alóctone. Esse material inconsolidado chega até as cavernas por meio de fissuras e fendas alargadas – material epicárstico, e com a acoplagem entre as aberturas das cavernas com a vertente. Possuem percentuais elevados de SiO3, Al2O3 e concentrações importantes de FeO3, indicando maior tempo de exposição a condições de lixiviação e concentração de minerais – oxidação e redução. Os sedimentos clásticos autóctones são caracterizados por blocos abatidos de granulometria variada, fragmentos de espeleotemas e o produto residual da rocha, que para os calcários do Membro Lagoa Santa, é incipiente. Quanto aos mecanismos de transporte, prevalecem as corridas de lama ou detritos e suspensão. Estes mecanismos promovem a mistura e seleção do material inconsolidado de acordo com o ambiente de deposição (rede de condutos), que impõem condições distintas a circulação das águas, muitas vezes numa mesma galeria. Quanto à organização dos sedimentos – estratigrafia, apresentam sequências de fácies sedimentares argilosas (muitas vezes cimentadas por calcita), entre o vermelho e o amarelo, com restos fossilíferos da megafauna extinta e da fauna atual, além de fragmentos de calcário, intercalados por níveis calcíticos (pisos estalagmíticos). Desta maneira, foram selecionadas novas cavernas com depósitos de sedimentos passíveis de análises: Grutas da Escada e Irmãos Piriás. Apreendendo um misto de ambientes de deposição influenciados por processos fluviais/lacustres (Gruta Irmãos Piriás) e vadoso (Gruta da Escada), foram realizadas análises descritivas e laboratoriais das fácies sedimentares levantadas nas duas cavernas para relacionar a origem, mecanismos de transporte e o ambiente de deposição aos quais foram submetidos. Os modelos de origem, mecanismos de transporte e deposição apresentados por diversos autores para os depósitos em cavernas da região foram corroborados, tanto nos padrões de granulometria, composição química, organização estratigráfica, como para o ambiente de deposição. Na Gruta da Escada a textura predominantemente argilosa encontrada nas fácies, os elevados percentuais de SiO3, Al2O3 e FeO3, a estratigrafia com contatos erosivos, piso estalagmítico revestindo/selando o depósito, demostram atributos comuns aos da região. Por outro lado, na Gruta Irmãos Piriás, a característica fluvial e o produto residual da rocha (SiO3) deram novas informações sobre tipos de configurações para depósitos de sedimentos clásticos em cavernas do carste Lagoa Santa, onde a granulometria, estratigrafia e a composição química dos sedimentos sofrem forte influência hídrica, concentrando ainda mais óxidos de SiO3 e Al2O3, além de fornecer um ambiente de mistura dos materiais, e organização das fácies representadas por laminações e lentes, associadas a oscilação do nível de água. Particularmente as altas concentrações de sílica podem estar relacionadas ao resíduo insolúvel da rocha (membro Pedro Leopoldo), que apresenta concentrações importantes de sílica (23%), alumínio (2,95%) e ferro (1,75%), superiores às observadas nos calcários do Membro Lagoa Santa.
The organization, analysis and discussion of the sediments found in some caves in the karst region of Lagoa Santa was the objective of this project, which had as an initial stage the survey of those caves that contained investigated clastic sediments and their data available in the literature, in which the first models on origin, transport and deposition were suggested. In general, the main authors on the subject in the region demonstrate that the sediments found in the caves come from the metapelitic cover (siltites and claystones) of the Serra de Santa Helena Formation, which gave rise to the current pedological cover – allochthonous. This unconsolidated material reaches the caves through widened fissures and crevices – epikarstic material, and with the coupling between the openings of the caves and the slope. They have high percentages of SiO3, Al2O3 and important concentrations of FeO3, indicating longer exposure time to leaching conditions and mineral concentration – oxidation and reduction. The autochthonous clastic sediments are characterized by collapsed blocks of varied granulometry, speleothem fragments and the rock waste product, which for the limestones of the Lagoa Santa Member, is incipient. As for the transport mechanisms, mud or debris and suspension races prevail. These mechanisms promote the mixing and selection of the unconsolidated material according to the deposition environment (duct network), which impose different conditions for the circulation of water, often in the same gallery. As for the organization of sediments – stratigraphy, they present sequences of clayey sedimentary facies (often cemented by calcite), between red and yellow, with fossiliferous remains of extinct megafauna, current fauna and limestone fragments, interspersed by calcitic levels (stalagmite floors). Thus, new caves with sediment deposits that could be analyzed were selected: Gruta da Escada and Irmãos Piriás. Seizing a mixture of deposition environments influenced by fluvial/lacustrine processes (Gruta Irmãos Piriás) and vadoso (Gruta da Escada), descriptive and laboratory analyzes of the sedimentary facies surveyed in the two caves were carried out to relate the origin, transport mechanisms and the environment of deposition to which they were submitted. The models of origin, transport and deposition mechanisms presented by several authors for the deposits in caves in the region were corroborated, both in terms of particle size, chemical composition, stratigraphic organization, as well as for the deposition environment. In Gruta da Escada, the predominantly clayey texture found in the facies, the high percentages of SiO3, Al2O3 and FeO3, the stratigraphy with erosive contacts, stalagmite floor covering/sealing the deposit, demonstrate attributes common to those of the region. On the other hand, in Gruta Irmãos Piriás, the fluvial characteristics and the rock waste product (SiO3) provided new information on types of configurations for clastic sediment deposits in caves of the karst Lagoa Santa, where the particle size, stratigraphy and chemical composition of sediments suffer strong water influence, concentrating even more SiO3 and Al2O3 oxides, in addition to providing an environment for mixing materials, and organization of facies represented by laminations and lenses, associated with oscillation of the water level. Particularly the high silica concentrations may be related to the insoluble rock residue (Pedro Leopoldo member), which presents important concentrations of silica (23%), aluminum (2.95%) and iron (1.75%), higher than those observed in the limestones of the Lagoa Santa Member.