Call number: LD2668 .T4 1986 C52 / Master of Science / Geology

Manguezais são ecossistemas de transição entre ambientes continental e marinho. Estão amplamente distribuídos ao longo da costa brasileira, sob grande variabilidade de condições climáticas, oceanográficas, geológicas e geomorfológicas. A mineralogia dos solos reflete e interfere nos processos de formação de solos e no comportamento biogeoquímico de nutrientes e potenciais substâncias poluentes, orgânicas e inorgânicas. O presente estudo avaliou a composição mineralógica dos solos de oito manguezais, do litoral sul ao norte do país, por meio de DRX, infravermelho e MET, das frações finas (silte, argila total e argila fina). A assembléia mineralógica da fração argila é composta, predominantemente, por caulinita, esmectita, ilitas férricas e traços de quartzo e gibbsita. Na argila fina, observou-se a presença de grandes quantidades de caulinita e esmectitas, provavelmente férricas, associadas a algum mineral 2:1 HE além de ilita de baixa cristalinidade interestratificada com minerais expansivos. Dados de semi-quantificação e características cristalográficas de caulinitas e ilitas revelam que a geologia das áreas continentais adjacentes aos manguezais influencia diretamente a assembléia mineralógica dos solos desses ambientes. Sob esse olhar, três padrões de manguezais foram identificados ao longo da costa: manguezais influenciados diretamente por sedimentos derivados de solos desenvolvidos sobre materiais geológicos do escudo cristalino pré-cambriano, com caulinitas pouco cristalinas, ilitas originadas das micas presentes nas rochas correspondentes e esmectitas autigênicas; manguezais próximos a áreas dos tabuleiros terciários do grupo Barreiras, com caulinitas mais cristalinas e menores teores de minerais 2:1; e aqueles sob influência de materiais advindos do clima semi-árido nordestino (menos alterados), com grande quantidade de minerais 2:1 neoformados e herdados dos solos dessas áreas adjacentes, o que pode ser apoiado pelas maiores quantidades de ilitas, com cristalinidade menor. Estudos mais específicos acerca da composição química dos minerais e de seus mecanismos geoquímicos de formação devem ser realizados futuramente, para melhor entendimento dos processos propostos e sua relação com a dinâmica biogeoquímica de importantes elementos nesses ambientes, especialmente do Fe presente nos filossilicatos. / Mangroves are transitional ecosytems between continental and marine environments. Its widely distributed along Brazilian coast under great variability of climatic, oceanographic, geological and geomorphological conditions. Its soil mineralogy has a relevant role in the pedogenic processes and biogeochemical behavior of nutrients and potential inorganic and organic pollutants substances. The present study evaluated the mineralogical composition of fine fractions (silt, clay and fine clay) of eight Brazilian mangrove soils of south to north coast using XRD, infrared spectrometry and TEM analyses. The mineralogical assemblage of clay fraction consists on kaolinite, smectite, ferric illite and traces of quartz and gibbsite. In fine clay fraction it can be observed great amounts of kaolinite and smectites, probably ferric, associated with 2:1 hydroxy interlayered minerals beyond poorly crystalline illite-smectite interstratified minerals. Semi-quantification data and kaolinite/illite crystallographic characteristics reveal the importance of geological materials of continental adjacent areas for mineralogical composition of mangrove soils. Thus three different patterns were identified along the coast: mangrove influenced directly by sediments derived from soils developed on geological materials of Pre-Cambrian basement rocks, with poorly crystalline kaolinites, illite transformed from diagenetic mica present in Pre-Cambrian and authigenic smectites; mangroves next to Tertiary Barreiras Group sediments, with better crystalline kaolinites and less amounts of 2:1 phyllosilicates; and mangroves under influence of sediments that come from soils developed under northeastern semi-arid climate (less weathered), evidenced by great amounts of inherited and neoformed 2:1 phyllosilicates and poorly-crystalline illite. More specific studies about clay minerals chemical composition and its geochemical formation mechanisms should be performed in future, for better understanding of proposed processes and its relation with the biogeochemical dynamics of certain elements in this environment, specially the iron present in phyllosilicates.

Hypersaline tidal flats (HTFs) are transitional ecosystems commonly occurring in arid and semiarid coastal areas. (e.g. Australia and New Caledonia), Africa (e.g. Senegal, Gambia, and Madagascar), Central America (e.g. Nicaragua), South America (e.g. Ecuador and on the north, northeast, and southeast Brazilian coasts). Due to their location, HTFs might exert biogeochemical control over cycling of nutrients (e.g. Fe and Si) across the land to ocean transition, accelerating or retarding the nutrient export to the ocean and other adjacent ecosystems. This biogeochemical control is governed by soil physicochemical conditions (e.g. pH and salinity) and pedogenesis (e.g. redox processes). Thus, study of the soil coloidal fraction, the pedogenic processes, and the distribution of Si in the different soil components can provide a detailed characterization of HTF soils and give insights into the Si dynamics in these environments. In view of this, two HTFs on the Brazilian coast were studied on the Brazilian coast and the data are presented here. The first chapter aims to investigate the pedogenesis in HTF soils based on detailed morphological descriptions and Fe and Mn sequential extractions. The second chapter discusses silicon geochemistry in HTF soils based on sequential extractions, SEM, and XRD modeling of the fine clay fraction. And lastly, the third one reports the characteristics, distribution, and genesis of clay minerals in HTF soils on the basis of XRD modeling, TEM-EDS, FTIR, and XRF analysis. Redox reactions control the pedogenic evolution in HTF soils. These processes lead to a mobilization of Fe2+ and Mn2+ upward in the soils profiles, followed by oxidation and precipitation of Fe and Mn oxyhydroxides. These reactions, along with pyrite oxidation, lead to a transformation of the deeper soil horizons. Formation of Fe oxyhydroxides in the uppermost soil horizons exerts control on Si dynamics by co-precipitation and adsorption reactions. Together, Si associated with Fe oxyhydroxides and amorphous silicates are the main components of the readily soluble Si pool in HTF soils. The environmental conditions are conducive to clay transformations in the soils. Our data indicate that kaolinite is progressively altered to Mg-rich smectite through mixed-layering, withdrawing Si from the soil porewater. / Planícies hipersalinas costeiras (PHCs) são ecossistemas transicionais comumente encontrados em regiões áridas e semiárias. Estes ambientes são encontrados em várias regiões do mundo, tais como Oceania (e.g. Austrália e Nova Caledónia), África (e.g. Senegal, Gambia e Madagascar), América Central (e.g. Nicarágua), América do Sul (e.g. Equador e as costas norte, nordeste e sudeste do Brasil). Por estarem posicionados na transição entre os ecossistemas marinhos e de terras altas, os solos de PHCs devem exercer um controle biogeoquímico na ciclagem de nutrientes (e.g. Si e Fe), afetando o fluxo dos mesmo para o oceano e ecossitemas adjacentes. Este controle biogeoquímico é governado pelas condições fisico-químicas do meio (e.g. pH e salinidade) e pelos processos pedogenéticos atuantes nos solos (e.g. processos redox). Desta forma, o estudo da fração coloidal, da pedogênese e da distribuição do Si nos diferentes componentes do solo possibilita caracterizar detalhadamente os solos de PHCs e desvendar os processos que controlam a dinâmica de Si no ambiente. Portanto, duas PHCs localizadas na costa brasileira foram estudadas e os resultados estão apresentados em três capítulos nesta tese. O primeiro capítulo teve por objetivo investigar a pedogênese em PHCs com base em estudos morfológicos e extrações sequenciais de Fe e Mn. O segundo discute a geoquímica de silício nos solos com base em extrações sequenciais, MEV e modelagem de raios-X da fração argila fina. O terceiro capítulo discorre sobre as características, distribuição e gênese de argilominerais nos solos com base em modelagem de raios-X, MET-EDS, FTIR e FRX. As reações redox parecem controlar a evolução pedogenética nestes solos, as quais levam à mobilização ascendente de Fe2+ e Mn2+ nos perfis, oxidação da pirita e, consequentemente, transformação dos horizontes mais profundos. Estes processos também são responsáveis pela formação de oxihidróxidos de Fe e Mn nos horizontes superiores dos perfis de solo, levando à um controle do Si por reações de co-precipitação e adsorção envolvendo oxihidróxidos de Fe. O Si associado aos oxihidróxidos de Fe e silicatos amorfos são os principais componentes da fração mais solúvel de Si nos solos estudados. As condições ambientais nas PHCs são favoráveis às transformações minerais. Os dados indicam que a caulinita é alterada para esmectitas magnesianas por processos de interestratificação, removendo Si da solução do solo.

O depósito de níquel laterítico de Niquelândia, GO, Brasil, é considerado um dos mais importantes depósitos desta natureza no país, em razão de sua dimensão, seus teores ligeiramente mais elevados e associação com argilominerais. Desde a década de 70, autores como Trescases e Santos já estudavam seus argilominerais detentores de níquel. Este depósito difere dos cubanos e australianos, pois os primeiros têm o níquel associado aos minérios oxidados e os segundos à serpentina. Em Niquelândia, o níquel está associado principalmente às esmectitas e vermiculitas. A existência destes argilominerais ricos em níquel torna o processo hidrometalúrgico aplicado em Niquelândia o menos recomendado, o que pode ser verificado através de perdas significativas de níquel no rejeito, principalmente no que se refere ao minério silicatado. Estas perdas estão relacionadas com a formação de silicatos de magnésio, como piroxênios, anfibólios e olivinas ainda durante o processo de moagem do minério, isto ocorre devido à técnica aplicada para a redução da umidade. A formação destes minerais retém o níquel em suas estruturas, não permitindo que este seja solubilizado na etapa de lixiviação amoniacal. Em Niquelândia, o principal portador de níquel é a esmectita, no entanto, são identificadas esmectitas di e trioctaédricas, quase sempre associadas. Estas variam desde um extremo trioctaédrico rico em níquel, praticamente refratário ao processo Caron, à esmectitas dioctaédricas de ferro, de baixos teores de níquel, mas com boa recuperação junto ao processo. Contudo, predominam no depósito esmectitas di e trioctaédricas de composições variadas de Fe-Mg-Ni, classificadas como montmorillonitas/stevensitas. Uma maneira de minimizar as perdas de recuperação de níquel seria exercer maior controle sobre a alimentação da usina, de forma a reduzir a proporção de minério silicatado do tipo esmectita trioctaédrica, aumentando a proporção de minério oxidado+minério silicatado de esmectitas dioctaédricas. / The nickel lateritic ore from Niquelândia Goiás - is one of the most important and well known Ni lateritic deposits in Brazil. High nickel contents, the deposit dimension and also, their associations with clay minerals are the main reasons for researchers, such as Trescases and Santos, to have studied it in the 1970s. The Cuban and Australian deposits have nickel associated to oxidized ores and serpentine, respectively, but at Niquelandia, nickel is specially associated to smectites and vermiculites. The Caron Process is not the most suitable for treating Ni-bearing clay minerals, as those present in Niquelândia. Consequently, there are many losses related to silicated ore. The reduction temperature used in the Caron process in the reduction step can form minerals, such as pyroxene, amphibole and olivine. These minerals trap Ni inside their structure; hence, the ammoniacal solution can not access this element and solubilize it. The main Ni-bearing clay mineral observed in Niquelândia is smectite. Actually, the silicated ore is composed by a mixture of smectites. One of them is a Ni-trioctahedral one, which is not affected by ammoniacal leaching; however, it has a significant amount of nickel. On the other hand, a dioctahedral Fe-rich smectite, has high Ni recoveries, but its nickel content is lower. Samples composed by a mixture of di and trioctahedrals smectites - Fe-Mg-Ni montmorillonite/stevensite are the most common. Considering all these factors, the losses related to Ni-recoveries can be avoided by a better feed control. The ideal feed should be an oxidized ore + silicate ore composed by dioctahedrals smectites. The Ni trioctahedral smectite should be avoided.

L'exploitation des géodes d'améthyste dans la région d'Ametista do Sul, État du Rio Grande do Sul, dans le sud du Brésil, génère une grande quantité de déchets de basalte hydrotermalisé qui s'accumulent à côté des mines. Ce matériau contient une quantité considérable de minéraux argileux comme la smectite et la céladonite, ce qui le rend prometteur pour l'utilisation comme reminéralisant des sols agricoles. Afin de prospecter l'utilisation de ce matériel dans l'agriculture, les objectifs suivants ont été établis: i) évaluer la variabilité minéralogique et géochimique du basalte hydrothermalisé le long du profil horizontal du principale coulée d'exploitation des géodes dans la région d'Ametista do Sul; ii) déterminer la solubilité des éléments chimiques d'intérêt agricole à partir de la poudre de basalte hydrothermalisé, en utilisant différentes méthodes d'extraction; iii) évaluer les caractéristiques chimiques et minéralogiques d'un Argisol sous pâturages naturels après l'application de poudre de basalte hydrothermalisée, ainsi que la production de pâturage et l’exportation de nutriments par les plantes. Le basalte hydrothermalisé se compose de plagioclase, de pyroxènes, de minéraux opaques et d'apatite en tant que minéral accessoire, et il est fortement altéré et comporte des minéraux argileux dans la matrice ou en remplissage des vésicules. Le matériel recueilli dans les différentes mines a un assemblage minéralogique et une composition géochimique similaires. Cependant, le basalte situé près des géodes est légèrement plus altéré que le basalte qui compose le reste de la coulée. Les minéraux argileux identifiés sont principalement de type saponite, interstratifiés chlorite/saponite et céladonite. Parmi les différents réactifs employés pour estimer la solubilité des éléments contenus dans les minéraux de la poudre de basalte (fraction < 0,3 mm), l'acide citrique à 2% est le plus efficace pour le calcium, le magnésium et le phosphore. Pour ces éléments, avec des teneurs moyennes dans la poudre de basalte de 58, 33 et 3,8 g kg-1, respectivement 23, 47 et 56% de la teneur totale ont été solubilisés. Le potassium et le sodium, avec des teneurs moyennes de 14 et 26 g kg-1, ont été solubilisés à des taux inférieurs à 3%, même dans des conditions d'acidification du milieu. Pour les essais de fertilisation sur le terrain des doses correspondant à 0, 1 000, 2 000, 4 000 et 8 000 kg ha-1 de basalte hydrothermalisé ont été appliquées sur un Argisol cultivé avec des pâturages naturels. Les caractéristiques chimiques du sol semblent avoir été peu influencées par les apports de poudre de basalte. Cependant, l’exportation de nutriments par les pâturages naturels était plus élevée que les quantités potentiellement solubilisables estimées avec l'acide citrique à 2%. En conclusion, le basalte hydrothermalisé présente un potentiel de reminéralisation des sols, et son importance repose sur des caractéristiques minéralogiques, principalement en raison de la présence de minéraux solubilisables dans les sols et de minéraux argileux 2:1 qui peuvent retenir les nutriments, importants pour la fertilité des sols agricoles. / The exploration of amethyst geodes in the region of Ametista do Sul, state of Rio Grande do Sul, southern Brazil, generates a large amount of hydrothermal basalt tailings, which accumulate near the mines. This material has a considerable amount of smectite and celadonite clay, making it promising as a remineralizer for agricultural soils. In order to prospect the use of this material in agriculture, the following objectives were established: i) to evaluate the mineralogical and geochemical variability of the hydrothermal basalt along the horizontal profile of the main geode exploration flow in the region of Ametista do Sul, from collections carried out in different geode exploration mines; ii) to determine the solubility of chemical elements of agricultural interest from the basalt powder, using different extraction methods; iii) to evaluate the chemical and mineralogical characteristics of an Argisol under native pasture after application of hydrothermalized basalt powder, as well as to verify the effects on the pasture production and nutrient uptake by plants. Hydrothermal basalt consists of plagioclase, pyroxenes, opaque minerals and apatite as an accessory mineral, and is greatly altered for clay minerals in the matrix or filling vacuoles. The material collected in different mines has mineralogical assembly and geochemical composition similar. However, the basalt located near the geodes is slightly more altered for clay minerals than the basalt composing the rest of the mass. The identified clay minerals are predominantly of saponite, interstratified chlorite/saponite and celadonite types. As for the solubility of elements contained in the minerals of the hydrothermal basalt powder (fraction < 0.3 mm), the extraction using citric acid 2% proved to be efficient for calcium, magnesium and phosphorus. For these elements, with average contents in the hydrothermal basalt powder of 58, 33 and 3.8 g kg-1, respectively, were solubilized 23, 47 and 56% of the total contents. Potassium and sodium elements, with average contents of 14 and 26 g kg-1, were solubilized at rates below 3%, even under acidification conditions of the medium. Regarding field tests, where proportional doses of 0, 1000, 2000, 4000 and 8000 kg ha-1 of hydrothermal basalt powder were applied in an Argisol cultivated with native pasture, the chemical characteristics of the soil appear to have been slight influenced. However, nutrient uptake by native pasture was higher than the potentially solubilizable amounts estimated by 2% citric acid. In conclusion, hydrothermal basalt has potential for remineralization of soils, and its importance is based on mineralogical characteristics, mainly due to the presence soluble minerals and of 2:1 clay minerals, important for the fertility of agricultural soils.

Le Sud du Brésil est une région où l'agriculture est très intensive et la pression sur les sols est beaucoup plus importante que dans la région amazonienne. Ainsi, il est nécessaire de développer des études qui relient le développement du sol avec son matériau source respectif, en détaillant les transformations dans la zone de transition sol-roche et ses implications pour les activités environnementales et humaines. Dans ce contexte, ce travail vise à: (i) caractériser les aspects minéralogique, pédochimique et géochimiquedes profils d'altération développés en l'absence d'action humaine ou avec une intervention minimale; (ii) caractériser qualitativement et semi-quantitativement les minéraux primaires et les minéraux pedogenic dans les sols insérés dans les régions importantes de l'écosystème du Rio Grande do Sul; et (iii) évaluer l'impact des différentes intensités de pâturage sur la minéralogie d’un Oxisol sous système intégré de production soja-élevage dans le sud du Brésil. Cette étude concerce des sols du Rio Grande do Sul dont le climat subtropical (températures moyennes annuelles ~17°C, précipitations moyennes annuelles ~1800 mm/an) favorise l’accumulation de matiére organique ainsi que la formation de minéraux argileux 2:1. Les indices d'altération (Weathering Intensity Scale - WIS et Chemical Index of Alteration - CIA) établis à partir de la composition chimique des profils d'altération permettent de classer les profils selon leur degré d’altération qui correspond également à des compositions minéralogiques différentes (smectite, smectite + kaolinite, kaolinite). L'étude a montré que des sols formés à partir de la même roche ont des différences importantes liées aux différences climatiques et de relief. Finalement, après 12 ans de culture des sols avec un système intégré culture-élevage, les surfaces non pâturées présentent une proportions moins important de minéraux 2:1. D'autre part, les surfaces sous pâturage intensif et pâturage modéré présentent un comportement similaire attribué à une aluminisation plus élevée de la couche interfoliaire de minéraux 2:1. L'aluminisation plus élevée sous gestion intensive et modérée peut fixer une partie de l'aluminium dans la phase solide du sol, ce qui pourrait le rendre moins disponible pour les plantes et diminuer sa phytotoxicité. / O sul do Brasil é uma região com uma agricultura muito intensa e com grande pressão de uso do solo, consideravelmente mais intenso do que na região da Amazônia. Assim, é necessário desenvolver estudos que relacionem o desenvolvimento do solo com seu respectivo material de origem, detalhando as transformações na zona de transição solo-rocha e suas implicações para as atividades ambientais e humanas. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo: (i) caracterizar os aspectos mineralógicos, pedoquimicos e geoquimicos dos perfis de alteração desenvolvidos na ausência ou mínima ação humana; (ii) caracterizar qualitativa e semi-quantitativamente os minerais primários e os minerais pedogênicos em solos inseridos em regiões ecossistêmicas importantes do Rio Grande do Sul; e (iii) avaliar o impacto de diferentes intensidades de pastejo na mineralogia de um Latossolo, sob sistema de produção integrada soja-bovinos de corte no sul do Brasil.Este estudo foi realizado em solos do Rio Grande do Sul, onde o clima subtropical (temperatura média anual ~ 17°C, precipitação anual média de 1800mm/ano) favorece o acúmulo de matéria orgânica ea ocorrência de argilominerais 2:1.Os índices de intemperismo (Weathering Intensity Scale - WIS e Chemical Index of Alteration - CIA), considerando a composição mineralógica dos perfis de alteração, indicaram a seguinte sequência crescente do grau de intemperismo: esmectita < caulinita - esmectita < caulinita. O estudo mostrou diferenças importantes nos solos, mesmo entre aqueles formados a partir do mesmo material de origem, devido às diferenças climáticas e de relevo. Por fim, após 12 anos sob um sistema integrado de produção de soja-bovinos de corte, as áreas não pastejadas apresentaram menor intensidade para os argilominerais 2:1. Por outro lado, as áreas sob pastejo intensivo e pastejo moderado apresentaram comportamento semelhante, devido à maior aluminização da entrecamada dos argilominerais 2:1. A maior aluminização sob pastejo intensivo e moderado pode ser um dreno de alumínio na fase sólida do solo, tornando-o menos disponível para as plantas e diminuindo sua fitotoxicidade. / The Southern Brazil is a region with a very intensive agriculture and the pressure on soil use is considerably more intense than in the Amazonian region. Thus, it is necessary to develop studies that relate the soil development with its respective source material, detailing the transformations in the soil-rock transition zone and its implications for the environmental and human activities. In this context, this work aims to: (i) characterize the mineralogical and pedochemical alterations and geochemical evolution the profiles of the alteration developed in the absence, or the minimal human action; (ii) characterize both qualitatively and semi-quantitatively the primary and pedogenic minerals present in soils of important ecosystems in Rio Grande do Sul; And (iii) evaluate the effect of grazing intensities on the mineralogy of an Oxisol, in an integrated soybean-cattle beef production system of southern Brazil. This study concerns soils of Rio Grande do Sul, where the subtropical climate (mean annual temperature ~17°C, mean annual precipitation 1800mm/yr) favored the accumulation of organic matter and occurrence of 2:1 clay minerals. The indexes of weathering (Weathering Intensity Scale - WIS and Chemical Index of Alteration - CIA), considering the mineralogical composition of the alteration profiles, indicated the following increasing sequence of the degree of weathering: smectite composition <kaolinite-smectite composition <kaolinite composition. The study showed that the soils have important differences, even between those formed from the same material of origin, due to climatic differences and relief. Lastly, after 12 years under an integrated soybean–beef cattle production system, the ungrazed areas presented lower intensity of 2:1 minerals. On the other hand, areas under intensive grazing and moderate grazing presented similar behaviour due to the higher aluminization of the interlayer of 2:1 minerals. The higher aluminization under intensive and moderate grazing managements may be a drain on aluminum in the soil solid phase, making it less available to plants and decreasing its phytotoxicity.

Manguezais são ecossistemas de transição entre ambientes continental e marinho. Estão amplamente distribuídos ao longo da costa brasileira, sob grande variabilidade de condições climáticas, oceanográficas, geológicas e geomorfológicas. A mineralogia dos solos reflete e interfere nos processos de formação de solos e no comportamento biogeoquímico de nutrientes e potenciais substâncias poluentes, orgânicas e inorgânicas. O presente estudo avaliou a composição mineralógica dos solos de oito manguezais, do litoral sul ao norte do país, por meio de DRX, infravermelho e MET, das frações finas (silte, argila total e argila fina). A assembléia mineralógica da fração argila é composta, predominantemente, por caulinita, esmectita, ilitas férricas e traços de quartzo e gibbsita. Na argila fina, observou-se a presença de grandes quantidades de caulinita e esmectitas, provavelmente férricas, associadas a algum mineral 2:1 HE além de ilita de baixa cristalinidade interestratificada com minerais expansivos. Dados de semi-quantificação e características cristalográficas de caulinitas e ilitas revelam que a geologia das áreas continentais adjacentes aos manguezais influencia diretamente a assembléia mineralógica dos solos desses ambientes. Sob esse olhar, três padrões de manguezais foram identificados ao longo da costa: manguezais influenciados diretamente por sedimentos derivados de solos desenvolvidos sobre materiais geológicos do escudo cristalino pré-cambriano, com caulinitas pouco cristalinas, ilitas originadas das micas presentes nas rochas correspondentes e esmectitas autigênicas; manguezais próximos a áreas dos tabuleiros terciários do grupo Barreiras, com caulinitas mais cristalinas e menores teores de minerais 2:1; e aqueles sob influência de materiais advindos do clima semi-árido nordestino (menos alterados), com grande quantidade de minerais 2:1 neoformados e herdados dos solos dessas áreas adjacentes, o que pode ser apoiado pelas maiores quantidades de ilitas, com cristalinidade menor. Estudos mais específicos acerca da composição química dos minerais e de seus mecanismos geoquímicos de formação devem ser realizados futuramente, para melhor entendimento dos processos propostos e sua relação com a dinâmica biogeoquímica de importantes elementos nesses ambientes, especialmente do Fe presente nos filossilicatos. / Mangroves are transitional ecosytems between continental and marine environments. Its widely distributed along Brazilian coast under great variability of climatic, oceanographic, geological and geomorphological conditions. Its soil mineralogy has a relevant role in the pedogenic processes and biogeochemical behavior of nutrients and potential inorganic and organic pollutants substances. The present study evaluated the mineralogical composition of fine fractions (silt, clay and fine clay) of eight Brazilian mangrove soils of south to north coast using XRD, infrared spectrometry and TEM analyses. The mineralogical assemblage of clay fraction consists on kaolinite, smectite, ferric illite and traces of quartz and gibbsite. In fine clay fraction it can be observed great amounts of kaolinite and smectites, probably ferric, associated with 2:1 hydroxy interlayered minerals beyond poorly crystalline illite-smectite interstratified minerals. Semi-quantification data and kaolinite/illite crystallographic characteristics reveal the importance of geological materials of continental adjacent areas for mineralogical composition of mangrove soils. Thus three different patterns were identified along the coast: mangrove influenced directly by sediments derived from soils developed on geological materials of Pre-Cambrian basement rocks, with poorly crystalline kaolinites, illite transformed from diagenetic mica present in Pre-Cambrian and authigenic smectites; mangroves next to Tertiary Barreiras Group sediments, with better crystalline kaolinites and less amounts of 2:1 phyllosilicates; and mangroves under influence of sediments that come from soils developed under northeastern semi-arid climate (less weathered), evidenced by great amounts of inherited and neoformed 2:1 phyllosilicates and poorly-crystalline illite. More specific studies about clay minerals chemical composition and its geochemical formation mechanisms should be performed in future, for better understanding of proposed processes and its relation with the biogeochemical dynamics of certain elements in this environment, specially the iron present in phyllosilicates.

Hypersaline tidal flats (HTFs) are transitional ecosystems commonly occurring in arid and semiarid coastal areas. (e.g. Australia and New Caledonia), Africa (e.g. Senegal, Gambia, and Madagascar), Central America (e.g. Nicaragua), South America (e.g. Ecuador and on the north, northeast, and southeast Brazilian coasts). Due to their location, HTFs might exert biogeochemical control over cycling of nutrients (e.g. Fe and Si) across the land to ocean transition, accelerating or retarding the nutrient export to the ocean and other adjacent ecosystems. This biogeochemical control is governed by soil physicochemical conditions (e.g. pH and salinity) and pedogenesis (e.g. redox processes). Thus, study of the soil coloidal fraction, the pedogenic processes, and the distribution of Si in the different soil components can provide a detailed characterization of HTF soils and give insights into the Si dynamics in these environments. In view of this, two HTFs on the Brazilian coast were studied on the Brazilian coast and the data are presented here. The first chapter aims to investigate the pedogenesis in HTF soils based on detailed morphological descriptions and Fe and Mn sequential extractions. The second chapter discusses silicon geochemistry in HTF soils based on sequential extractions, SEM, and XRD modeling of the fine clay fraction. And lastly, the third one reports the characteristics, distribution, and genesis of clay minerals in HTF soils on the basis of XRD modeling, TEM-EDS, FTIR, and XRF analysis. Redox reactions control the pedogenic evolution in HTF soils. These processes lead to a mobilization of Fe2+ and Mn2+ upward in the soils profiles, followed by oxidation and precipitation of Fe and Mn oxyhydroxides. These reactions, along with pyrite oxidation, lead to a transformation of the deeper soil horizons. Formation of Fe oxyhydroxides in the uppermost soil horizons exerts control on Si dynamics by co-precipitation and adsorption reactions. Together, Si associated with Fe oxyhydroxides and amorphous silicates are the main components of the readily soluble Si pool in HTF soils. The environmental conditions are conducive to clay transformations in the soils. Our data indicate that kaolinite is progressively altered to Mg-rich smectite through mixed-layering, withdrawing Si from the soil porewater. / Planícies hipersalinas costeiras (PHCs) são ecossistemas transicionais comumente encontrados em regiões áridas e semiárias. Estes ambientes são encontrados em várias regiões do mundo, tais como Oceania (e.g. Austrália e Nova Caledónia), África (e.g. Senegal, Gambia e Madagascar), América Central (e.g. Nicarágua), América do Sul (e.g. Equador e as costas norte, nordeste e sudeste do Brasil). Por estarem posicionados na transição entre os ecossistemas marinhos e de terras altas, os solos de PHCs devem exercer um controle biogeoquímico na ciclagem de nutrientes (e.g. Si e Fe), afetando o fluxo dos mesmo para o oceano e ecossitemas adjacentes. Este controle biogeoquímico é governado pelas condições fisico-químicas do meio (e.g. pH e salinidade) e pelos processos pedogenéticos atuantes nos solos (e.g. processos redox). Desta forma, o estudo da fração coloidal, da pedogênese e da distribuição do Si nos diferentes componentes do solo possibilita caracterizar detalhadamente os solos de PHCs e desvendar os processos que controlam a dinâmica de Si no ambiente. Portanto, duas PHCs localizadas na costa brasileira foram estudadas e os resultados estão apresentados em três capítulos nesta tese. O primeiro capítulo teve por objetivo investigar a pedogênese em PHCs com base em estudos morfológicos e extrações sequenciais de Fe e Mn. O segundo discute a geoquímica de silício nos solos com base em extrações sequenciais, MEV e modelagem de raios-X da fração argila fina. O terceiro capítulo discorre sobre as características, distribuição e gênese de argilominerais nos solos com base em modelagem de raios-X, MET-EDS, FTIR e FRX. As reações redox parecem controlar a evolução pedogenética nestes solos, as quais levam à mobilização ascendente de Fe2+ e Mn2+ nos perfis, oxidação da pirita e, consequentemente, transformação dos horizontes mais profundos. Estes processos também são responsáveis pela formação de oxihidróxidos de Fe e Mn nos horizontes superiores dos perfis de solo, levando à um controle do Si por reações de co-precipitação e adsorção envolvendo oxihidróxidos de Fe. O Si associado aos oxihidróxidos de Fe e silicatos amorfos são os principais componentes da fração mais solúvel de Si nos solos estudados. As condições ambientais nas PHCs são favoráveis às transformações minerais. Os dados indicam que a caulinita é alterada para esmectitas magnesianas por processos de interestratificação, removendo Si da solução do solo.

Atualmente a região de Criciúma é um grande pólo produtor de cerâmicas de qualidade, produzindo mais de 50% das exportações brasileiras de pisos e revestimentos cerâmicos, é um setor de sofisticada tecnologia de produção. Para o controle de qualidade do produto é fundamental a homogeneidade da composição mineralógica a partir do controle geológico na extração das matérias primas pelas mineradoras. Com a motivação de conhecimento das frentes de lavras foram aplicadas técnicas para a caracterização mineralógica em detalhe do material extraído de minas localizadas nos municípios de Turvo e Meleiro/SC, destinado à produção de cerâmicas pelas empresas da região. As rochas são argilitos cinza escuros intercalados com siltitos da Formação Rio do Rasto da Bacia do Paraná. Foram coletadas amostras dispostas verticalmente e analisadas através de difração de raios X para determinação mineralógica semiquantitativa em rocha total pelo método do pó e na fração < 2 e < 4 μm orientadas para identificação dos argilominerais pelas faces hkl = 00l. Foram feitas laminas delgadas para análise petrográfica através de microscopia ótica. Fragmentos foram analisados ao microscópio eletrônico de varredura por meio de imagens de elétrons secundários. Análises químicas de rocha total e da fração < 4 μm foram realizadas por espectrometria de fluorescência de raios X. Por microssonda eletrônica foram feitas microanálises químicas pontuais. A partir destes dados foi identificado o argilomineral montmorilonita do grupo da esmectita como argilomineral predominante, o interestratificado I/S e a ilita diagenética, além de quartzo, mica, feldspato potássico e plagioclásio como minerais detríticos abundantes. As análises mostram a existência de variação da composição mineralógica verticalmente com grande aumento da montmorilonita para a base e aumento do feldspato potássico para o topo na frente de lavra de Turvo e a presença do interestratificado I/S na base e esmectita e ilita/mica para o topo na mina de Meleiro. Estudos de detalhe por difratometria de raios X (determinação do parâmetro b) e microanálises WDS por microssonda eletrônica permitiram identificar como montmorilonita a espécie argilomineral do grupo das esmectitas. Desta forma sabendo-se que deve haver homogeneidade nos lotes da matéria prima explorada é fundamental a amostragem e caracterização mineralógica, sendo fundamental o controle geológico na exploração mineira. Através deste estudo espera-se facilitar o reconhecimento de áreas potenciais para a mineração e melhor adequação dos tipos de argilominerais estudados às necessidades da indústria cerâmica. / Currently the region of Criciúma/SC state is a great center of producing ceramics of quality, producing more than 50% of the Brazilian exportations of floor and ceramic coatings being a sector of sophisticated production technology. For the quality control of the product the homogeneity of the mineralogical composition from the geologic control in the extraction of raw materials is very important. With the motivation in the knowledge about the fronts it has been applied techniques for a detail mineralogical characterization of the material extracted in a mine located at Turvo and Meleiro city/SC, used as raw material in to the ceramics production by the companies in the region. The studied deposit is composed of intercalated gray clays with fine sandstones of Rio do Rasto Formation, in the Paraná Basin. Fourteen samples were collected and analyzed by petrographical analysis by microscopy methods. Analysis by X-ray diffraction (XRD) for mineralogical semiquantitative determination in total fraction by powder method and the analysis of oriented samples in the fractions < 2 and < 4 μm for identification of the clay minerals using 00l reflexions. Analysis by scanning electron microscopy (SEM) by secondary electrons allowed getting apparent threedimensional image of sample’s fragment. The chemical composition was determined by X-ray fluorescence spectrometer. Petrographic observations in thin section were also performed. Scanning electron microscope images was obtained in samples fragments by secondary electron method. Electron microprobe microanalysis was performed in one thin section. From this analysis were identified diagenetic smectite and illite as clay minerals predominant and the presence of quartz, mica, K-feldspar and plagioclase as detrital minerals. The analysis showed that there is a vertical variation in the mineralogical composition in the same exploitation front, with a large increase of smectite at the base and increasing K-feldspar to the top at Turvo mine and the occurrence of interstratified I/S in the base and smectite plus illite-mica at the top of Meleiro mine. Studies in detail by X-ray diffraction (determination of the b-parameter) and microanalysis by wavelength dispersive X-ray spectroscopy have identified montmorillonite clay mineral as the smectite mineral specie. Knowing that there should be uniformity in storages of raw material used, sampling and mineralogical characterization is fundamental in geological control of the mine. By this study we expect to favor the recognition of new potential areas for exploitation and better adequacy of the studied clay mineral types to the needs of the ceramic industry.

Abstract not available