A remineralização é uma prática antiga que está associada a aplicação de pós de rocha no solo visando a melhoria das propriedades edáficas e por fim o aumento da produtividade, associado também a redução dos custos de produção, uma vez que os remineralizadores possuem menor preço comparado com fertilizantes sintéticos solúveis. Porém ainda existem divergências nos resultados obtidos com o uso de remineralizadores, por vezes associados a dificuldade na descrição e controle dos fatores que podem interferir no processo, como clima, características do solo e do remineralizador empregado. Esta tese tem por objetivo investigar a dissolução de um remineralizador em experimentos em diferentes níveis de complexidade e avaliar as alterações mineralógicas correspondentes, inclusive com ênfase na possibilidade de neoformação de minerais. No experimento in vitro foi possível identificar os efeitos do tamanho das partículas e dos diferentes solventes na dissolução dos minerais do remineralizador. Aumentando o nível de complexidade, no experimento em colunas contendo solo, foi possível identificar principalmente um incremento nos teores de Ca+2, Mg+2, K+ trocáveis no solo, além do Na+, Fe e Si no tratamento com a aplicação do remineralizador. Também houve aumento dos teores de Fe e Al extraídos em solução de ditionito-citrato-bicarbonato e oxalato de amônio e, em concordância com os diagramas de estabilidade termodinâmica dos minerais, foi constatada a precipitação de óxidos de baixa cristalinidade no tratamento com remineralizador. No experimento em vasos, a presença das plantas atuou como um dreno, mas mesmo assim com aumento principalmente dos teores de Ca+2 e Mg+2 trocáveis, mas sem ser constatada a precipitação de óxidos amorfos. Por fim, o experimento de campo reafirma o que foi observado nos dois experimentos anteriores, no qual houve aumento dos teores de Ca+2, Mg+2, Na+ e Si trocáveis. Em todos os níveis de experimentos, de forma geral, foi possível observar a maior contribuição de plagioclásios cálcio-sódicos e clinopiroxênios no fornecimento de Ca+2 e Mg+2, principalmente, além de Na+, ferro e silício. / The remineralization is an ancient practice of application of rock powders into the soil in order to improve the soil properties and increase productivity. It is also associated with the reduction of production costs, since remineralizers are cheaper as compared to soluble synthetic fertilizers. Contradiction among the results obtained from the use of remineralizadores frequently be associated with difficulty to describe and control of the factors that may affect the results, such as climate, soil characteristics and characterization of the remineralizers used. This thesis aims to investigate the dissolution of remineralizers in experiments with increasing levels of complexity and evaluate the mineralogical changes, emphasing the possibility of neoformation minerals. In the in vitro experiment, it was possible to identify the effects of particle size and different solvents in the dissolution of the mineral presents in the remineralizer. The rock powder when applied in columns containing soil allowed to identify an increase in Ca+2, Mg+2, K+ exchangeable, including Na+, Fe and Si. Also increased the levels of Fe and Al extracted solution of sodium dithionite-citrate-bicarbonate, ammonium oxalate and in accordance with the thermodynamic stability diagrams of minerals, the precipitation of low crystallinity oxide in remineralizer treatment. In the pot experiment, the presence of plants acted as a drain, but there was still an increase of Ca+2 and Mg+2 exchangeable, specially, but without was observed precipitation of amorphous oxides. Finally, field experiment confirms what was observed in the two previous experiments in which there was an increase in Ca+ 2, Mg+ 2, Na+ and Si exchangeable. At all experiments, in general, we observed the greatest contribution of plagioclase and clinopyroxenes in providing of Ca+2 and Mg+2 in large amount, as well as Na+, Fe and Si in minor quantity.

A remineralização é uma prática antiga que está associada a aplicação de pós de rocha no solo visando a melhoria das propriedades edáficas e por fim o aumento da produtividade, associado também a redução dos custos de produção, uma vez que os remineralizadores possuem menor preço comparado com fertilizantes sintéticos solúveis. Porém ainda existem divergências nos resultados obtidos com o uso de remineralizadores, por vezes associados a dificuldade na descrição e controle dos fatores que podem interferir no processo, como clima, características do solo e do remineralizador empregado. Esta tese tem por objetivo investigar a dissolução de um remineralizador em experimentos em diferentes níveis de complexidade e avaliar as alterações mineralógicas correspondentes, inclusive com ênfase na possibilidade de neoformação de minerais. No experimento in vitro foi possível identificar os efeitos do tamanho das partículas e dos diferentes solventes na dissolução dos minerais do remineralizador. Aumentando o nível de complexidade, no experimento em colunas contendo solo, foi possível identificar principalmente um incremento nos teores de Ca+2, Mg+2, K+ trocáveis no solo, além do Na+, Fe e Si no tratamento com a aplicação do remineralizador. Também houve aumento dos teores de Fe e Al extraídos em solução de ditionito-citrato-bicarbonato e oxalato de amônio e, em concordância com os diagramas de estabilidade termodinâmica dos minerais, foi constatada a precipitação de óxidos de baixa cristalinidade no tratamento com remineralizador. No experimento em vasos, a presença das plantas atuou como um dreno, mas mesmo assim com aumento principalmente dos teores de Ca+2 e Mg+2 trocáveis, mas sem ser constatada a precipitação de óxidos amorfos. Por fim, o experimento de campo reafirma o que foi observado nos dois experimentos anteriores, no qual houve aumento dos teores de Ca+2, Mg+2, Na+ e Si trocáveis. Em todos os níveis de experimentos, de forma geral, foi possível observar a maior contribuição de plagioclásios cálcio-sódicos e clinopiroxênios no fornecimento de Ca+2 e Mg+2, principalmente, além de Na+, ferro e silício. / The remineralization is an ancient practice of application of rock powders into the soil in order to improve the soil properties and increase productivity. It is also associated with the reduction of production costs, since remineralizers are cheaper as compared to soluble synthetic fertilizers. Contradiction among the results obtained from the use of remineralizadores frequently be associated with difficulty to describe and control of the factors that may affect the results, such as climate, soil characteristics and characterization of the remineralizers used. This thesis aims to investigate the dissolution of remineralizers in experiments with increasing levels of complexity and evaluate the mineralogical changes, emphasing the possibility of neoformation minerals. In the in vitro experiment, it was possible to identify the effects of particle size and different solvents in the dissolution of the mineral presents in the remineralizer. The rock powder when applied in columns containing soil allowed to identify an increase in Ca+2, Mg+2, K+ exchangeable, including Na+, Fe and Si. Also increased the levels of Fe and Al extracted solution of sodium dithionite-citrate-bicarbonate, ammonium oxalate and in accordance with the thermodynamic stability diagrams of minerals, the precipitation of low crystallinity oxide in remineralizer treatment. In the pot experiment, the presence of plants acted as a drain, but there was still an increase of Ca+2 and Mg+2 exchangeable, specially, but without was observed precipitation of amorphous oxides. Finally, field experiment confirms what was observed in the two previous experiments in which there was an increase in Ca+ 2, Mg+ 2, Na+ and Si exchangeable. At all experiments, in general, we observed the greatest contribution of plagioclase and clinopyroxenes in providing of Ca+2 and Mg+2 in large amount, as well as Na+, Fe and Si in minor quantity.

abstract: The hydrous alteration of ultramafic rocks, known as serpentinization, produces some of the most reduced (H2 >1 mmolal) and alkaline (pH >11) fluids on Earth. Serpentinization can proceed even at the low-temperature conditions (<50°C) characteristic of most of Earth’s continental aquifers, raising questions on the limits of life deep in the subsurface and the magnitude in the flux of reduced volatiles to the surface. In this work, I explored the compositions and consequences of fluids and volatiles found in three low-temperature serpentinizing environments: (1) active hyperalkaline springs in ophiolites, (2) modern shallow and deep peridotite aquifers, and (3) komatiitic aquifers during the Archean. Around 140 fluids were sampled from the Oman ophiolite and analyzed for their compositions. Fluid compositions can be accounted for by thermodynamic simulations of reactions accompanying incipient to advanced stages of serpentinization, as well as by simulations of mass transport processes such as fluid mixing and mineral leaching. Thermodynamic calculations were also used to predict compositions of end-member fluids representative of the shallow and deep peridotite aquifers that were ultimately used to quantify energy available to various subsurface chemolithotrophs. Calculations showed that sufficient energy and power supply can be available to support deep-seated methanogens. An additional and a more diverse energy supply can be available when surfacing deep-seated fluids mix with shallow groundwater in discharge zones of the subsurface fluid pathway. Finally, the consequence of the evolving continental composition during the Archean for the global supply of H2 generated through komatiite serpentinization was quantified. Results show that the flux of serpentinization-generated H2 could have been a significant sink for O2 during most of the Archean. This O2 sink diminished greatly towards the end of the Archean as komatiites became less common and helped set the stage for the Great Oxidation Event. Overall, this study provides a framework for exploring the origins of fluid and volatile compositions, including their redox state, that can result from various low-temperature serpentinizing environments in the present and past Earth and in other rocky bodies in the solar system. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Geological Sciences 2020

Technosols combine soils subjected to strong human influence and whose pedogenesis is dominated by its technical origin. They contain a significant amount of materials made, modified or directly transported by human activity, defined as artefacts. Soils formed from technogenic parent materials are spreading and their pedogenesis is still little understood. Given that the sustainable use of the soil resources demands wide knowledge about its genesis, it is necessary to bring further information about Technosols, especially in the tropical environment, where they have been poorly explored. Thus, in this study we characterized three Technosols constructed from dolomitic limestone mine spoils, cultivated with sugar cane (for 2 and 6 years) and pasture (for 20 years). The Technosols experienced a rapid morphological evolution expressed by color development and aggregation. Pedoplasmation, melanization and redoximorphic were the mainly processes occurring in these constructed soils. The combination of grasses over Ca-rich mine spoils triggered organic carbon accumulation and originated a well-developed surface horizon with strong crumb structure and dark color. The rhizosphere played a pivotal role in mineral weathering of the Technosols. Exudation and microbial activity were about two times higher in the rhizosphere than in the bulk soil leading to an enhanced mineral dissolution. Overall, the primary minerals in the rhizosphere presented a medium to high degree of weathering while those from bulk soil were little weathered. Our data indicates that the rhizosphere may provide a favorable biogeochemical environment to the formation of secondary clay minerals. This study evidences that constructed tropical soils may evolve in an accelerated rate of pedogenesis and, thus, are a real alternative for the reclamation of degraded areas, potentially restoring original soil ecosystem services. / Tecnossolos são uma classe de solos cuja pedogênese é dominada por sua origem antrópica. Esses solos contêm uma quantidade significativa de materiais feitos, modificados ou transportados diretamente pela atividade humana, definidos como artefatos. Solos formados a partir de materiais de origem antrópicos são muito comuns, entretanto sua pedogênese ainda é pouco compreendida. O uso sustentável do recurso solo exige um amplo conhecimento sobre sua gênese, sendo assim, entender a formação de Tecnossolos, especialmente no ambiente tropicalé crucial para seu uso e manejo visando sua incorporação na produçao de alimento, fibras e energia. Neste estudo foram estudados três Tecnossolos construídos a partir de rejeitos de mineração de calcário dolomítico, cultivados por dois e seis anos com cana-de-acúcar e por 20 anos sob pastagem. Os Tecnossolos apresentaram uma rápida evolução morfológica expressa principalmente pelo desenvolvimento de cor e agregação. Dentre os processos identificados, os mais importantes foram pedoplasmação, melanização e os redoximórficos. Devido à combinação de gramíneas e rejeitos ricos em cálcio desenvolveu-se um horizonte de superfície com estrutura grumosa forte e cor escura, com altos teores de carbono orgânico. A rizosfera desempenhou um papel fundamental no intemperismo mineral dos Tecnossolos. A exsudação e a atividade microbiana foram cerca de duas vezes maiores na rizosfera do que no solo não rizosférico, levando a uma dissolução mineral mais proeminente na rizosfera. No geral, os minerais primários da rizosfera apresentaram um grau médio/alto de intemperismo, enquanto aqueles do solo não rizosférico foram pouco intemperizados. As condições biogeoquímicas da rizosfera apontam para um ambiente favorável à formação de minerais de argila na rizosfera. O estudo demonstra que a pedogênese de Tecnossolos emambiente tropical parece avançar rapidamente; o que pode garantir não só o sucesso da reabilitação das áreas, mas ainda a retomada de serviços ecossistêmicos prestados pelos solos.