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.

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.

Nesta pesquisa foram estudadas morfologias e posições do relevo que apresentam solos e depósitos com regimes hídricos caracterizados pela saturação temporária ou permanente, tendo os seguintes objetivos: (i) caracterização dos solos e depósitos presentes no setor inferior de vertentes e em fundos de vale, incluindo planícies fluviais, com ênfase em suas propriedades hidromórficas; (ii) identificação de graus de hidromorfia nos solos e depósitos desses setores e morfologias, e representação de sua variabilidade espacial; (iii) elaboração de proposições a respeito do regime de saturação hídrica nos setores estudados e de sua relação com os graus de hidromorfia identificados; (iv) elaboração de proposições sobre tendências espaciais hidrodinâmicas associadas à inundação fluvial nas áreas de planície. Sob o aspecto metodológico, a pesquisa foi desenvolvida de acordo com os princípios da abordagem geossistêmica, apresentando uma análise integrada que buscou identificar as inter-relações entre as variáveis pesquisadas. Para tal estudo, foram selecionados dois perfis transversais na Alta Bacia Hidrográfica do Rio Cotia, que abrangeram o setor inferior de vertentes e fundos de vale, um deles com planície fluvial. Ao longo desses perfis transversais foram realizados os seguintes levantamentos e procedimentos: (i) levantamento morfométrico e construção de gráficos dos perfis; (ii) descrição dos atributos morfológicos dos solos e depósitos; (iii) monitoramento dos níveis dágua do lençol freático ou lençol suspenso nos pontos de descrição. A caracterização e análise detalhadas das propriedades hidromórficas revelaram gradações de intensidade nas mesmas, e, a partir dessa base, desenvolveu-se uma proposta para classificação dos solos e depósitos segundo graus de hidromorfia. Foram construídas representações gráficas bidimensionais que ilustraram a sucessão vertical e lateral de horizontes pedogenéticos e camadas com diferentes graus de hidromorfia ao longo dos setores e morfologias estudadas. Desta maneira, foram identificadas tendências gerais no que se refere à distribuição espacial dos graus de hidromorfia e à relação desses graus com o regime de saturação hídrica. Um dos padrões identificados consistiu no aumento do grau de hidromorfia dos perfis verticais de solos e depósitos com o aumento da profundidade, que está associado a um maior tempo de duração das condições de saturação hídrica nos horizontes mais profundos. Também foram observadas diferenças significativas na intensidade das propriedades hidromórficas das vertentes, quando comparadas às áreas de fundos de vale, incluindo a planície fluvial. Neste sentido, foram identificados graus de hidromorfia mais baixos nos horizontes A e B dos pontos localizados nas vertentes, e graus mais elevados nos horizontes A e B dos pontos localizados nos fundos de vale. Essas diferenças na ocorrência dos graus de hidromorfia foram atribuídas a distintos regimes de saturação hídrica, sendo que, de maneira geral, os horizontes pedogenéticos e as camadas com graus de hidromorfia elevados estão sujeitos a condições de saturação hídrica de maior duração ou permanentes, quando comparados àqueles que possuem graus de hidromorfia mais baixos, nos quais os eventos de saturação hídrica tem menor duração e/ou ocorrem com menor frequência. Com relação às proposições referentes à inundação fluvial na planície estudada, foram identificadas morfologias que recebem preferencialmente os fluxos fluviais da inundação e apresentam taxas de deposição mais elevadas, e setores com taxas de deposição mais baixas nos quais a inundação é menos frequente e há predomínio da deposição de sedimentos finos. / In this research we studied morphologies and relief positions with soils and deposits with moisture regimes characterized by temporary or permanent water saturation, with the following objectives: (i) characterization of soils and deposits located in lower slope sectors and valley bottoms, with an emphasis on their hydromorphic properties; (ii) identification of degrees of hydromorphy in the soils and deposits of these sectors and morphologies, and representation of their spatial variability; (iii) development of propositions about the regime of water saturation in the studied areas and its relationship with the degrees of hydromorphy; (iv) development of propositions about the hydrodynamics of floods in the studied floodplain. Regarding the methodological aspect, the research was conducted according to the principles of the geosystemic approach, presenting an integrated analysis which considered the inter-relations among the studied variables. For this study, we selected two cross profiles in the Cotia Drainage Basin, comprising lower slope sectors and valley bottoms, including a floodplain. Along these cross profiles, the following surveys were conducted: (i) topographic survey and construction of cross section graphics; (ii) description of the morphological attributes of soils and deposits, including detailed description of their hydromorphic properties; (iii) monitoring the water levels of the water table and perched water tables in the sites of description. The detailed characterization and analysis of the hydromorphic properties revealed gradations of intensity in them, and, based primarily on this, we developed a proposal for classification the soils and deposits of the study area according to degrees of hydromorphy. We built two-dimensional graphical representations which illustrated vertical and lateral successions of pedogenetic horizons or layers with different degrees of hydromorphy. Thus, general trends were identified in respect to the spatial distribution of the degrees of hydromorphy and in respect to its relationship with the regime of water saturation. One of the patterns identified consisted in the increase of the degree of hydromorphy in the soil profiles with increasing depth, associated with a longer duration of water saturation conditions in the deeper horizons. It were also observed significant differences in the intensity of the hydromorphic properties of the slopes, when compared to the valley bottom areas, including the floodplain. In this regard, lower degrees of hydromorphy were identified in the A and B horizons in the slope sectors, and higher degrees in the A and B horizons in the valley bottom areas. Such differences in the degree of hydromorphy were ascribed to distinct regimes of water saturation, considering that, in general, the horizons and layers with higher degrees of hydromorphy are subject to water saturation conditions of longer duration, when compared to those classified according to lower degrees of hydromorphy, in which the water saturation events have shorter duration and/or have lower frequency. Concerning the propositions about the hydrodynamics of floods in the studied floodplain, we identified morphologies that preferentially receive the overflowing river flows and have higher deposition rates, and sectors with lower deposition rates, where flooding is less frequent and there is a predominance of fine sediments deposition.

Nesta pesquisa foram estudadas morfologias e posições do relevo que apresentam solos e depósitos com regimes hídricos caracterizados pela saturação temporária ou permanente, tendo os seguintes objetivos: (i) caracterização dos solos e depósitos presentes no setor inferior de vertentes e em fundos de vale, incluindo planícies fluviais, com ênfase em suas propriedades hidromórficas; (ii) identificação de graus de hidromorfia nos solos e depósitos desses setores e morfologias, e representação de sua variabilidade espacial; (iii) elaboração de proposições a respeito do regime de saturação hídrica nos setores estudados e de sua relação com os graus de hidromorfia identificados; (iv) elaboração de proposições sobre tendências espaciais hidrodinâmicas associadas à inundação fluvial nas áreas de planície. Sob o aspecto metodológico, a pesquisa foi desenvolvida de acordo com os princípios da abordagem geossistêmica, apresentando uma análise integrada que buscou identificar as inter-relações entre as variáveis pesquisadas. Para tal estudo, foram selecionados dois perfis transversais na Alta Bacia Hidrográfica do Rio Cotia, que abrangeram o setor inferior de vertentes e fundos de vale, um deles com planície fluvial. Ao longo desses perfis transversais foram realizados os seguintes levantamentos e procedimentos: (i) levantamento morfométrico e construção de gráficos dos perfis; (ii) descrição dos atributos morfológicos dos solos e depósitos; (iii) monitoramento dos níveis dágua do lençol freático ou lençol suspenso nos pontos de descrição. A caracterização e análise detalhadas das propriedades hidromórficas revelaram gradações de intensidade nas mesmas, e, a partir dessa base, desenvolveu-se uma proposta para classificação dos solos e depósitos segundo graus de hidromorfia. Foram construídas representações gráficas bidimensionais que ilustraram a sucessão vertical e lateral de horizontes pedogenéticos e camadas com diferentes graus de hidromorfia ao longo dos setores e morfologias estudadas. Desta maneira, foram identificadas tendências gerais no que se refere à distribuição espacial dos graus de hidromorfia e à relação desses graus com o regime de saturação hídrica. Um dos padrões identificados consistiu no aumento do grau de hidromorfia dos perfis verticais de solos e depósitos com o aumento da profundidade, que está associado a um maior tempo de duração das condições de saturação hídrica nos horizontes mais profundos. Também foram observadas diferenças significativas na intensidade das propriedades hidromórficas das vertentes, quando comparadas às áreas de fundos de vale, incluindo a planície fluvial. Neste sentido, foram identificados graus de hidromorfia mais baixos nos horizontes A e B dos pontos localizados nas vertentes, e graus mais elevados nos horizontes A e B dos pontos localizados nos fundos de vale. Essas diferenças na ocorrência dos graus de hidromorfia foram atribuídas a distintos regimes de saturação hídrica, sendo que, de maneira geral, os horizontes pedogenéticos e as camadas com graus de hidromorfia elevados estão sujeitos a condições de saturação hídrica de maior duração ou permanentes, quando comparados àqueles que possuem graus de hidromorfia mais baixos, nos quais os eventos de saturação hídrica tem menor duração e/ou ocorrem com menor frequência. Com relação às proposições referentes à inundação fluvial na planície estudada, foram identificadas morfologias que recebem preferencialmente os fluxos fluviais da inundação e apresentam taxas de deposição mais elevadas, e setores com taxas de deposição mais baixas nos quais a inundação é menos frequente e há predomínio da deposição de sedimentos finos. / In this research we studied morphologies and relief positions with soils and deposits with moisture regimes characterized by temporary or permanent water saturation, with the following objectives: (i) characterization of soils and deposits located in lower slope sectors and valley bottoms, with an emphasis on their hydromorphic properties; (ii) identification of degrees of hydromorphy in the soils and deposits of these sectors and morphologies, and representation of their spatial variability; (iii) development of propositions about the regime of water saturation in the studied areas and its relationship with the degrees of hydromorphy; (iv) development of propositions about the hydrodynamics of floods in the studied floodplain. Regarding the methodological aspect, the research was conducted according to the principles of the geosystemic approach, presenting an integrated analysis which considered the inter-relations among the studied variables. For this study, we selected two cross profiles in the Cotia Drainage Basin, comprising lower slope sectors and valley bottoms, including a floodplain. Along these cross profiles, the following surveys were conducted: (i) topographic survey and construction of cross section graphics; (ii) description of the morphological attributes of soils and deposits, including detailed description of their hydromorphic properties; (iii) monitoring the water levels of the water table and perched water tables in the sites of description. The detailed characterization and analysis of the hydromorphic properties revealed gradations of intensity in them, and, based primarily on this, we developed a proposal for classification the soils and deposits of the study area according to degrees of hydromorphy. We built two-dimensional graphical representations which illustrated vertical and lateral successions of pedogenetic horizons or layers with different degrees of hydromorphy. Thus, general trends were identified in respect to the spatial distribution of the degrees of hydromorphy and in respect to its relationship with the regime of water saturation. One of the patterns identified consisted in the increase of the degree of hydromorphy in the soil profiles with increasing depth, associated with a longer duration of water saturation conditions in the deeper horizons. It were also observed significant differences in the intensity of the hydromorphic properties of the slopes, when compared to the valley bottom areas, including the floodplain. In this regard, lower degrees of hydromorphy were identified in the A and B horizons in the slope sectors, and higher degrees in the A and B horizons in the valley bottom areas. Such differences in the degree of hydromorphy were ascribed to distinct regimes of water saturation, considering that, in general, the horizons and layers with higher degrees of hydromorphy are subject to water saturation conditions of longer duration, when compared to those classified according to lower degrees of hydromorphy, in which the water saturation events have shorter duration and/or have lower frequency. Concerning the propositions about the hydrodynamics of floods in the studied floodplain, we identified morphologies that preferentially receive the overflowing river flows and have higher deposition rates, and sectors with lower deposition rates, where flooding is less frequent and there is a predominance of fine sediments deposition.