Balanço geoquímico de massa: uma primeira aproximação

As perdas e ganhos de elementos químicos no perfil de alteração, resultantes da ação do intemperismo, podem ser avaliados quantitativamente por meio do balanço geoquímico de massa (EGLI & FITZE, 2000; BRIMHALL & DIETRICH, 1987). O balanço quando integrado com resultados de análises físicas, químicas e mineralógicas, tem sido utilizado na avaliação quantitativa do intemperismo químico e de processos pedogenéticos (LANGLEY- TURNBAUGH & BOCKHEIM, 1998; CHADWICK et al., 1990; BRIMHALL & DIETRICH, 1987; CHIQUET et al., 2000).

O cálculo do balanço de massa em solos, que normalmente apresentam variações volumétricas, leva em conta dois referenciais, isto é, o material de origem (rochas ou sedimentos) e um elemento químico considerado imóvel (EGLI & FITZE, 2000). Neste estudo, o material de origem dos solos corresponde a rochas graníticas e para o cálculo das variações volumétricas, utilizou-se o Ti como elemento químico considerado imóvel. Deve-se ressaltar que possíveis fontes de erros no balanço de massa podem advir da heterogeneidade do material originário (EGLI & FITZE, 2000).

O objetivo principal deste estudo foi estimar perdas e ganhos de elementos maiores em solos com horizontes cimentados no ambiente da depressão sertaneja. Os solos estudados foram um perfil da classe dos Neossolos Regolíticos com horizonte tipo duripã e outro da classe dos Planossolos com horizontes tipo fragipã. Os objetivos específicos foram: (1) estabelecer a caracterização pedogeoquímica dos solos; (1) verificar possíveis diferenças entre horizontes cimentados e não-cimentados com base em perdas e ganhos dos principais elementos envolvidos em cimentações pedogenéticas.

Para os cálculos do balanço de massa selecionaram-se os elementos Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na e K, por serem os mais abundantes no perfil de alteração. As equações utilizadas nos cálculos do balanço constam no capítulo 4.

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COMPOSIÇÃO QUÍMICA TOTAL

O quadro 11.1 mostra a composição química total dos solos e do material de origem representado por rochas graníticas.

Com relação à natureza das rochas analisadas (camada R), verificou-se que os teores de SiO2 situam-se pouco acima de 70%, Al2O3 ao redor de 14% e K2O em torno de 5%, em reflexo

à composição mineralógica do material de origem dominantemente constituído por quartzo e feldspatos, com pequenas proporções de micas. Os resultados estão de acordo com a composição média de rochas graníticas (NOCKOLDS et al., 1987) e com aqueles obtidos por MELFI et al. (1983) no estudo de intemperismo de rochas graníticas da região.

As modificações nas concentrações de óxidos observadas ao longo dos perfis de alteração (Quadro 11.1) resultaram da ação combinada de vários fatores. Ressalta-se que o exame apenas das variações percentuais dos óxidos, pode induzir interpretações errôneas. Por exemplo, o aumento nos teores de SiO2, da base para o topo do perfil de alteração, não pode ser interpretado

como ganho de sílica. Estas modificações estão relacionadas às diminuições nas concentrações de outros elementos que, por sua vez, causam a impressão de um aparente ganho de SiO2. O

método adequado para verificação destas variações, em termos de perdas e ganhos, é o balanço geoquímico de massa.

O BALANÇO GEOQUÍMICO

No quadro 11.2, estão apresentados os resultados dos cálculos do balanço geoquímico de massa desenvolvidos com relação aos elementos Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na e K. Os resultados indicaram que no processo de alteração houve reduções volumétricas crescentes com a profundidade (εi,w < 0 ). Tais reduções resultaram provavelmente de dois fatores principais: (1) da erosão geoquímica no perfil de alteração representada por perdas globais diferenciadas (τj,w < 0), conforme o comportamento geoquímico dos elementos, fluxo das águas e condições de drenagem local; e (2) do aumento significativo da densidade do solo na zona dos horizontes cimentados.

Comportamento geoquímico dos elementos

O comportamento geoquímico de Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na e K no perfil de alteração foi inferido com base em resultados da análise química total e estimativas de perdas e ganhos destes elementos. Em geral, com exceção do Mg, os demais elementos mostraram perdas (Quadro 11.2).

Com relação ao silício, a perda global nos dois solos estudados, na forma de SiO2, variou

156 Regolítico, de 39 a 84%. A diminuição das perdas de Si da base para o topo, em ambos os solos, pode estar relacionadas com variações composicionais do material de origem e/ou com contribuições de fontes externas de Si em função do posicionamento dos solos na paisagem.

O alumínio que originalmente situava-se quase na sua totalidade em feldspatos, mostrou perdas (expressa em Al2O3) na faixa de 54 a 79%, no perfil de Neossolo Regolítico, e de 64 a

72% no perfil de Planossolo. É importante destacar que a solubilidade do Al é mínima entre pH 6 e 8 (FAURE, 1998), mas aumenta acentuadamente à medida que se distancia destes limites (BIRKELAND, 1999; FAURE, 1998). No saprolito do perfil de Neossolo Regolítico, atualmente, ainda pode ocorrer mobilidade do Al, pois o pH situa-se em torno de 8,8, permitindo a formação das fases móveis de Al. Entretanto, a eliminação destas fases vai depender particularmente do fluxo das águas e das modificações de pH ao longo da evolução do perfil de alteração. Estudos de PARAHYBA (1993), desenvolvidos com Planossolos derivados de gnaisses no Agreste de Pernambuco, utilizando o quartzo como mineral-índice, também mostraram perdas significativas de Al na faixa de 51 a 55%.

Quadro 11.1 - Composição química total de solos com horizontes cimentados e do material de

origem (granitos) na depressão sertaneja

Óxidos (%) Hori-

zonte

Espes- sura

(cm) SiO2 Al2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O TiO2 P2O5 Fe2O3 PF (%) Total (%) P2 - Neossolo Regolítico An 0-12 77,76 11,14 0,01 0,09 0,16 1,12 6,28 0,19 0,02 0,57 1,72 99,06 Cn -36 78,53 11,09 0,00 0,09 0,16 1,05 6,02 0,20 0,02 0,63 1,68 99,47 Cnz -55 77,97 11,24 0,01 0,08 0,17 1,21 6,29 0,20 0,02 0,52 1,27 98,98 C’n -80 77,72 11,47 0,01 0,07 0,21 1,48 6,59 0,21 0,02 0,36 0,79 98,93 Cmn -120 76,17 12,13 0,01 0,16 0,21 1,34 5,54 0,24 0,02 1,07 1,96 98,85 Crn -140 64,20 16,86 0,17 1,32 1,15 3,49 4,26 0,56 0,17 3,37 3,27 98,82 Crnz/R 155+ 65,28 16,05 0,12 1,46 1,67 4,16 3,69 0,61 0,18 3,69 2,10 99,01 R - 73,50 13,94 0,02 0,16 0,56 4,03 5,06 0,11 0,06 0,99 0,67 99,10 P3 - Planossolo A 0-11 85,89 7,00 0,01 0,05 0,15 0,36 4,60 0,17 0,02 0,32 0,86 99,43 E -34 85,09 6,99 0,01 0,05 0,14 0,33 4,45 0,16 0,02 0,37 0,75 98,36 En -52 86,33 7,04 0,01 0,05 0,15 0,37 4,64 0,16 0,02 0,29 0,61 99,67 Btxn1 -56 80,80 10,07 0,01 0,14 0,15 0,42 4,46 0,27 0,02 1,18 2,10 99,62 Btxn2 -100 74,51 13,97 0,03 0,30 0,20 0,60 3,93 0,29 0,02 2,09 3,87 99,81 R -105+ 74,14 13,71 0,03 0,19 0,87 3,16 5,05 0,10 0,03 1,38 0,54 99,20

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Quadro 11.2 - Balanço geoquímico de massa em solos com horizontes cimentados desenvolvidos a partir de granitos na depressão sertaneja

τj,w(3) mj,fluxo (g cm-2)(4)

Hori-

zonte Profun-didade

(cm)

ρ(1)

(g cm-3_{) εi,w}(2)

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O Si Al Fe Ca Mg Na K

P2 - Neossolo Regolítico An 0-12 1,66 -0,09 -0,39 -0,54 -0,67 -0,83 -0,67 -0,84 -0,28 -4,64 -1,37 -0,16 -0,11 -0,02 -0,86 -0,40 Cn -36 1,60 -0,10 -0,41 -0,56 -0,65 -0,84 -0,69 -0,86 -0,34 -9,86 -2,88 -0,31 -0,23 -0,05 -1,78 -0,99 Cnz -55 1,68 -0,14 -0,41 -0,55 -0,71 -0,83 -0,72 -0,83 -0,31 -8,17 -2,34 -0,28 -0,19 -0,04 -1,43 -0,75 C’n -80 1,66 -0,18 -0,45 -0,57 -0,81 -0,80 -0,77 -0,81 -0,32 -12,37 -3,35 -0,45 -0,25 -0,06 -1,92 -1,07 Cmn -120 1,84 -0,35 -0,52 -0,60 -0,50 -0,83 -0,54 -0,85 -0,50 -28,85 -7,12 -0,56 -0,53 -0,08 -4,07 -3,37 Crn -140 2,05 -0,75 -0,83 -0,76 -0,33 -0,60 +0,62 -0,83 -0,83 -59,87 -11,73 -0,48 -0,50 +0,12 -5,17 -7,28 Crnz/R -155+ 1,88 -0,75 -0,84 -0,79 -0,33 -0,46 +0,64 -0,81 -0,87 -45,44 -9,14 -0,36 -0,29 +0,10 -3,78 -5,72 R 2,61 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Total -169,2 -37,93 -2,60 -2,10 -0,03 -19,01 -19,58 P3 - Planossolo A 0-11 1,49 -0,01 -0,32 -0,70 -0,86 -0,90 -0,84 -0,93 -0,46 -3,10 -1,41 -0,23 -0,15 -0,03 -0,60 -0,53 E -34 1,60 -0,02 -0,28 -0,68 -0,83 -0,90 -0,83 -0,93 -0,42 -5,72 -2,90 -0,47 -0,33 -0,05 -1,27 -1,03 En -52 1,68 -0,07 -0,27 -0,68 -0,87 -0,89 -0,83 -0,93 -0,42 -4,55 -2,39 -0,41 -0,27 -0,04 -1,05 -0,85 Btxn1 -56 2,17 -0,57 -0,59 -0,72 -0,68 -0,93 -0,72 -0,95 -0,67 -4,78 -1,22 -0,15 -0,13 -0,02 -0,52 -0,65 Btxn2 -100 1,98 -0,56 -0,65 -0,64 -0,47 -0,92 -0,45 -0,93 -0,73 -56,62 -11,63 -1,13 -1,42 -0,13 -5,44 -7,65 R -105+ 2,50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Total -74,77 -19,55 -2,39 -2,30 -0,27 -8,88 -10,71

(1) _{Média de três repetições da densidade global (}ρ_{) ;} (2)ε

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As perdas totais de ferro (em Fe2O3) situaram-se na faixa de 33 a 87% e, muito

provavelmente, foram resultantes das condições de má drenagem dos solos. Na época das chuvas, o ferro oxidado, Fe(III), passa para a forma reduzida, Fe(II), e neste estado torna-se móvel, podendo ser subtraído do perfil de alteração, conforme o fluxo das águas e as condições de drenagem.

As Bases (Ca, Mg, Na e K) mostraram comportamento diversificado. O Ca e o Na, por serem elementos relacionados aos plagioclásios, que são feldspatos de fácil intemperização, mostraram as perdas mais elevadas. Na forma de óxidos, as perdas variaram na faixa de 46 a 95%. O Mg, diferentemente dos demais elementos, mostrou perdas e ganhos. A zona de ganho foi constatada apenas no saprolito do perfil de Neossolo Regolítico. Nesta zona observou-se o desenvolvimento de argilominerais secundários do grupo da esmectita (Capítulo 10), que devem ter fixado uma parcela de Mg às suas estruturas e/ou ter adsorvido na forma de cátion compensador de cargas. O potássio, apesar da sua alta mobilidade, mostrou perdas na faixa de 28 a 87%, portanto, de modo similar ao

SiO2. Este fato deve-se à ocorrência do K dominantemente associado aos feldspatos alcalinos que

são relativamente resistentes ao intemperismo e restringem a liberação do elemento. A fixação de K nas estruturas dos argilominerais neoformados também pode ter restringido suas perdas.

Conforme resultados do balanço geoquímico, tanto no perfil de Neossolo Regolítico como no

de Planossolo, prevalecem perdas absolutas (τj,w < 0) dos elementos químicos Si, Al e Fe

(relacionados às cimentações pedogenéticas) na zona de formação dos horizontes cimentados (Cmn, Btxn1 e Btxn2). Neste caso, os resultados do balanço não permitiram inferir quais os elementos químicos participaram dos processos de cimentação nos solos estudados.