O Kimberlito Indaiá, situado 25 km a norte da cidade de Monte Carmelo, na região oeste de Minas Gerais, é intrusivo em granitóides cataclasados associados ao Grupo Araxá, na Faixa de Dobramentos Brasília. O corpo apresenta forma subcircular e diâmetro principal de 220 m na direção NE-SW; em sua porção NE ocorre uma intrusão de kamafugito associada de 120 m de diâmetro. A rocha exibe coloração cinza escura e textura inequigranular bem destacada, sendo constituída por uma matriz afanítica na qual estão dispersos macrocristais de olivina (abundantes), ilmenita, flogopita e piroxênio, além de xenólitos mantélicos e crustais de dimensões variadas. Os xenólitos mantélicos são constituídos, em ordem de abundância, por harzburgitos (41%), lherzolitos (37%), dunitos (14%), mica piroxenitos (6%) e xenólito polimítico (2%). Os harzburgitos, lherzolitos e dunitos exibem, além das fases primárias (olivina, enstatita e diopsídio), teores subordinados de espinélio, cromita, diopsídio, flogopita, ilmenita e raro anfibólio. A textura predominante é grossa (protogranular), ocorrendo subordinadamente as texturas granoblástica e porfiroclástica. Análises químicas por microssonda eletrônica revelaram que as fases silicáticas possuem valores Mg/(Mg+Fe) maiores em harzburgitos e dunitos e menores nos lherzolitos. Os mica piroxenitos (flogopita+enstatita+ilmenita) e os xenólitos polimíticos (olivina+diopsídio+ilmenita+flogopita) apresentam mineralogia mais complexa, possuindo em adição magnetita, perovskita, barita, zircão, badeleíta, pentlandita, galena e uma fase mineral rara ainda não identificada. As razões Mg/(Mg+Fe) das fases silicáticas são mais baixas que as dos xenólitos de peridotitos. As características químicas da flogopita e da ilmenita destes xenólitos indicam similaridades com os xenólitos da suíte MARID. A variedade textural dos xenólitos estudados, de grossa (protogranular) a granoblástica, é uma evidência de processos de recristalização por deformação mecânica. A aplicação de geotermômetros da literatura para os espinélio lherzolitos forneceu temperaturas de equilíbrio entre 655 a 908°C, em concordância com dados de outras intrusões do oeste mineiro. A presença de flogopita e ilmenita sob a forma de bolsões nos xenólitos de peridotitos, bem como nos mica piroxenitos e xenólitos polimíticos, são indicativos da atuação de processos de metassomatismo no manto da região de Monte Carmelo. / The Indaiá Kimberlite, located 25 km North of Monte Carmelo in the western Minas Gerais State, is intrusive in cataclased granitoids related to the Araxá Group, part of the Brasilia Fold Belt. The body has a subcircular 220-meter head-diameter shape (NE-SW); its an associated 120-meter diameter intrusion of kamafugite occurs in its NE portion. The rock is dark gray and displays prominent inequigranular texture, consisting of an aphanitic matrix in which macrocrystals of olivine (abundant), ilmenite, pyroxene and phlogopite, as well as mantle and crustal xenoliths of different sizes are dispersed. These mantle xenoliths are composed, in order of abundance, by harzburgites (41%), lherzolite (37%), dunite (14%), mica pyroxenite (6%) and polymictic xenolith (2%). Harzburgites, lherzolites and dunites exhibit, besides the main minerals (olivine, enstatite and diopside), small amounts of spinel, chromite, diopside, phlogopite, ilmenite and rare amphibole. The predominant texture is coarse (protogranular); subordinately, granoblastic and porfiroclastic textures are observed. Chemical analysis by electron microprobe showed that the silicate phases have higher values of Mg/(Mg+Fe) in harzburgites and dunites as compared to lherzolites. Mica pyroxenite (enstatite + phlogopite + ilmenite) and polymictic xenoliths (olivine + diopside + phlogopite + ilmenite) have more complex mineralogical features than the other xenoliths, showing in addition magnetite, perovskite, barite, zircon, baddeleyite, pentlandite, galena and a rare phase not yet identified. The Mg/(Mg+Fe) ratio in silicate phases are lower than in the peridotite xenoliths. The chemical characteristics of phlogopite and ilmenite of these xenoliths indicate similarities with the MARID suite xenoliths. The textural variety of the studied xenoliths, from coarse (protogranular) to granoblastic, is an evidence of crystallization processes by mechanical deformation. T he application of geothermometers described in the literature to spinel lherzolites yielded equilibrium temperatures between 655 and 908 ° C, agreeing with data from other intrusions from western Minas Gerais. The presence of ilmenite and phlogopite in the form of pockets in peridotite xenoliths, as well as in mica pyroxenite and polymictic xenoliths, is indicative of mantle metasomatic processes in the Monte Carmelo region.

Estudos mineralógicos e petrológicos foram realizados em amostras de xenólitos do manto inclusos em dique de kaersutita lamprófiro de Ubatuba (SP) (Província Ígnea da Serra do Mar) e no Kimberlito Limeira 1 (Monte Carmelo, MG; Província Alcalina do Alto Paranaíba) utilizando petrografia e geoquímica de elementos maiores e traços em minerais por microssonda eletrônica e LA-ICPMS. Os espinélio lherzolitos de Ubatuba, para os quais foram estimadas temperaturas de equilíbrio entre 750 e 950°C, representam um manto fértil, afetado por proporções variáveis, mas sempre moderadas de empobrecimento. Evidências de dois tipos de metassomatismo mantélico foram observadas em amostras distintas. Cristais de clinopiroxênio das amostras com evidências de empobrecimento prévio mais acentuado (maior Mg# de olivina e piroxênios, menor Al e Na em piroxênios, pouco espinélio) mostram enriquecimento caracterizado por alta razão LILE/HFSE, atribuído a fluidos/fundidos provenientes de zonas de subducção. Em amostra de wehrlito pobre em espinélio, por outro lado, observa-se enriquecimento de LILE e HFSE no clinopiroxênio, sugestivo de interação com fluidos/fundidos alcalinos. Os xenólitos do manto do Kimberlito Limeira 1 representam lherzolitos e dunitos, com maior variedade mineralógica e textural, para os quais foram estimadas temperaturas de equilíbrio entre 760 e 820°C. Evidências de metassomatismo modal mantélico são identificadas pela presença frequente de bolsões com concentração de minerais secundários, com notável enriquecimento de LILE e HFSE, em alguns casos com fases exóticas exclusivamente relacionadas a metassomatismo no manto superior. As assinaturas químicas das fases secundárias são semelhantes às presentes na suíte MARID e em peridotitos venulados metassomatizados de xenólitos de kimberlitos da África do Sul. Evidências petrográficas e químicas de descompressão (sugerindo a presença pretérita de granada) foram observadas em uma amostra afetada por enriquecimento com alta razão LILE/HFSE. As diferentes evidências de processos de empobrecimento e metassomatismo observadas entre os dois grupos de xenólitos estudados (Ubatuba e Monte Carmelo), são indicativas da variabilidade lateral do manto superior de fácies espinélio do sudeste brasileiro, refletindo os processos geológicos (tectônicos e magmáticos) distintos vivenciados pelas duas regiões. / Mineralogical and petrological studies were conducted in mantle xenoliths included in a kaersutite lamprophyre dyke from Ubatuba (SP) (Serra do Mar Igneous Province), and in the Limeira 1 Kimberlite (Monte Carmelo, MG; Alto Paranaíba Alkalic Province), using petrography and major and trace element geochemistry in minerals by electron microprobe and LA-ICPMS. The Ubatuba spinel lherzolites, with equilibrium temperatures ranging from 750 to 950°C, represent a fertlie mantle affected by variable but moderate depletion. Evidence of two types of mantle metasomatis were detected in different samples. Clinopyroxene crystals of the samples with evidence of stronger previous depletion (olivine and pyroxenes with higher Mg#, pyroxenes with lower Al and Na, few proportion of spinel) show enrichment with high LILE/HFSE, attributed to fluids/melts derived from subduction zone. On the other hand, a spinelpoor wehrlite shows a clinopyroxene with both LILE and HFSE enrichment, suggestive of interaction with alkaline fluids/melts. The Limeira 1 mantle xenoliths correspond to lherzolites and dunites showing more textural and mineralogical variety and equilibrium temperatures ranging from 760 to 820°C. Modal metasomatism was identified by the presence of abundant pockets with concentration of LILE and HFSE-rich secondary minerals, including in some cases, exotic phases typical of upper mantle metasomatism. The chemical signature of the metasomatic minerals is similar to those found in MARID and in veined metasomatic peridotites from South Africa kimberlite xenoliths. Petrographic and chemical evidences of decompression (suggesting the former presence of garnet) were observed in a sample affected by enrichment with high LILE/HFSE. The different evidences of depletion and enrichment processes observed in the two groups of xenoliths (Ubatuba and Monte Carmelo) indicate a lateral variability of the spinelfacies upper mantle in southeast Brazil, which may reflect the distinct tectonic and magmatic processes that affected these two regions.

O presente trabalho tem como objetivo estudar a dinâmica do manto superior em margens continentais através do uso de modelos numéricos que simulam processos convectivos e condutivos no tempo geológico, avaliando-se como a incorporação da convecçãao no estudo da história de subsidência de margens continentais difere do resultado obtido através de modelos puramente condutivos. Como primeiros testes, foram realizadas comparações dos resultados numéricos com soluções analíticas para diferentes valores do número de Rayleigh, verificando-se a validade das soluções computacionais. Também foi feita uma análise da estabilidade da litosfera no tempo geológico para diferentes perfis de viscosidade, servindo como base para a escolha dos parâmetros reológicos do manto para os modelos no contexto de margens divergentes. A partir dos cenários numéricos que melhor reproduziram a estrutura da litosfera terrestre, novos cenários foram criados para simular a evolução térmica e isostática de margens continentais. Como exemplo, utilizou-se dados geofísicos e geológicos extraídos da literatura para a bacia sedimentar do Golfo do Leão, no sudeste da Françaa, com o objetivo de comparar a evolução geodinâmica do presente modelo numérico com outros modelos publicados na literatura. Observou-se que o efeito convectivo astenosférico preserva a estrutura térmica aquecida da margem estirada por mais tempo em comparação com o modelo puramente condutivo. Isso implica que, possivelmente, outros fatores também devem ser levados em consideração como o efeito da geometria tridimensional da margem do Golfo do Leão que pode contribuir para um aumento da subsidência da margem em relação ao modelo obtido no presente trabalho. Adicionalmente, constatou-se que a convecção mantélica pode induzir tensões na base da litosfera que a deslocam dinamicamente ao longo do tempo geológico, podendo influenciar a evolução estratigráfica das bacias sedimentares marginais. São apresentados cerca de 60 cenários geodinâmicos mostrando como a variação da estrutura reológica do manto influencia a evolução térmica da litosfera e consequentemente, a história de subsidência da margem. / This work aims to study the dynamics of the upper mantle in continental margins by using numerical models that simulate convective and conductive processes in geological time scale. It was evaluated the contribution of convection and conduction for subsidence history of sedimentary basins. As first tests, simple numerical scenarios with different Rayleigh number were compared with analytic solutions, verifying the validate of the computational solutions. These numerical experiments were followed by the analysis of the lithospheric stability in the geological time scale for different values of viscosity. These experiments were used as a base for the choice of the rheological parameters of the mantle for the models in the context of divergent margins. From the numerical scenarios that better reproduced the lithospheric structure of the Earth, new scenarios were created to simulate the thermal and isostatic evolution of continental margins. As an example, geophysical and geological data extracted from the literature for the sedimentary basin of the Gulf of Lion, Southeastern France, were compared with the results of different geodynamic models published in the literature and with the numerical scenarios obtained in the present work. We observed that the effect of the astenospheric convection preserves the thermal structure of the stretched margin for a long time in comparison with purely conductive models. This implies that, possibly, other processes must be taken into account, such as the effect of the three-dimensional geometry of the Gulf of Lion margin that may contribute to a higher subsidence of the margin than the one obtained in the present work. Additionally, it was observed that mantle convection may induce stress at the base of the lithosphere that dynamically moves it in the geological time, and may influence the stratigraphic evolution of sedimentary basins. It is presented about 60 scenarios showing how the variation of the rheological structure of the mantle is taken into account in the thermal evolution of the lithosphere and consequently in the subsidence history of the margin.

Estudos mineralógicos e petrológicos foram realizados em amostras de xenólitos do manto inclusos em dique de kaersutita lamprófiro de Ubatuba (SP) (Província Ígnea da Serra do Mar) e no Kimberlito Limeira 1 (Monte Carmelo, MG; Província Alcalina do Alto Paranaíba) utilizando petrografia e geoquímica de elementos maiores e traços em minerais por microssonda eletrônica e LA-ICPMS. Os espinélio lherzolitos de Ubatuba, para os quais foram estimadas temperaturas de equilíbrio entre 750 e 950°C, representam um manto fértil, afetado por proporções variáveis, mas sempre moderadas de empobrecimento. Evidências de dois tipos de metassomatismo mantélico foram observadas em amostras distintas. Cristais de clinopiroxênio das amostras com evidências de empobrecimento prévio mais acentuado (maior Mg# de olivina e piroxênios, menor Al e Na em piroxênios, pouco espinélio) mostram enriquecimento caracterizado por alta razão LILE/HFSE, atribuído a fluidos/fundidos provenientes de zonas de subducção. Em amostra de wehrlito pobre em espinélio, por outro lado, observa-se enriquecimento de LILE e HFSE no clinopiroxênio, sugestivo de interação com fluidos/fundidos alcalinos. Os xenólitos do manto do Kimberlito Limeira 1 representam lherzolitos e dunitos, com maior variedade mineralógica e textural, para os quais foram estimadas temperaturas de equilíbrio entre 760 e 820°C. Evidências de metassomatismo modal mantélico são identificadas pela presença frequente de bolsões com concentração de minerais secundários, com notável enriquecimento de LILE e HFSE, em alguns casos com fases exóticas exclusivamente relacionadas a metassomatismo no manto superior. As assinaturas químicas das fases secundárias são semelhantes às presentes na suíte MARID e em peridotitos venulados metassomatizados de xenólitos de kimberlitos da África do Sul. Evidências petrográficas e químicas de descompressão (sugerindo a presença pretérita de granada) foram observadas em uma amostra afetada por enriquecimento com alta razão LILE/HFSE. As diferentes evidências de processos de empobrecimento e metassomatismo observadas entre os dois grupos de xenólitos estudados (Ubatuba e Monte Carmelo), são indicativas da variabilidade lateral do manto superior de fácies espinélio do sudeste brasileiro, refletindo os processos geológicos (tectônicos e magmáticos) distintos vivenciados pelas duas regiões. / Mineralogical and petrological studies were conducted in mantle xenoliths included in a kaersutite lamprophyre dyke from Ubatuba (SP) (Serra do Mar Igneous Province), and in the Limeira 1 Kimberlite (Monte Carmelo, MG; Alto Paranaíba Alkalic Province), using petrography and major and trace element geochemistry in minerals by electron microprobe and LA-ICPMS. The Ubatuba spinel lherzolites, with equilibrium temperatures ranging from 750 to 950°C, represent a fertlie mantle affected by variable but moderate depletion. Evidence of two types of mantle metasomatis were detected in different samples. Clinopyroxene crystals of the samples with evidence of stronger previous depletion (olivine and pyroxenes with higher Mg#, pyroxenes with lower Al and Na, few proportion of spinel) show enrichment with high LILE/HFSE, attributed to fluids/melts derived from subduction zone. On the other hand, a spinelpoor wehrlite shows a clinopyroxene with both LILE and HFSE enrichment, suggestive of interaction with alkaline fluids/melts. The Limeira 1 mantle xenoliths correspond to lherzolites and dunites showing more textural and mineralogical variety and equilibrium temperatures ranging from 760 to 820°C. Modal metasomatism was identified by the presence of abundant pockets with concentration of LILE and HFSE-rich secondary minerals, including in some cases, exotic phases typical of upper mantle metasomatism. The chemical signature of the metasomatic minerals is similar to those found in MARID and in veined metasomatic peridotites from South Africa kimberlite xenoliths. Petrographic and chemical evidences of decompression (suggesting the former presence of garnet) were observed in a sample affected by enrichment with high LILE/HFSE. The different evidences of depletion and enrichment processes observed in the two groups of xenoliths (Ubatuba and Monte Carmelo) indicate a lateral variability of the spinelfacies upper mantle in southeast Brazil, which may reflect the distinct tectonic and magmatic processes that affected these two regions.

O Kimberlito Indaiá, situado 25 km a norte da cidade de Monte Carmelo, na região oeste de Minas Gerais, é intrusivo em granitóides cataclasados associados ao Grupo Araxá, na Faixa de Dobramentos Brasília. O corpo apresenta forma subcircular e diâmetro principal de 220 m na direção NE-SW; em sua porção NE ocorre uma intrusão de kamafugito associada de 120 m de diâmetro. A rocha exibe coloração cinza escura e textura inequigranular bem destacada, sendo constituída por uma matriz afanítica na qual estão dispersos macrocristais de olivina (abundantes), ilmenita, flogopita e piroxênio, além de xenólitos mantélicos e crustais de dimensões variadas. Os xenólitos mantélicos são constituídos, em ordem de abundância, por harzburgitos (41%), lherzolitos (37%), dunitos (14%), mica piroxenitos (6%) e xenólito polimítico (2%). Os harzburgitos, lherzolitos e dunitos exibem, além das fases primárias (olivina, enstatita e diopsídio), teores subordinados de espinélio, cromita, diopsídio, flogopita, ilmenita e raro anfibólio. A textura predominante é grossa (protogranular), ocorrendo subordinadamente as texturas granoblástica e porfiroclástica. Análises químicas por microssonda eletrônica revelaram que as fases silicáticas possuem valores Mg/(Mg+Fe) maiores em harzburgitos e dunitos e menores nos lherzolitos. Os mica piroxenitos (flogopita+enstatita+ilmenita) e os xenólitos polimíticos (olivina+diopsídio+ilmenita+flogopita) apresentam mineralogia mais complexa, possuindo em adição magnetita, perovskita, barita, zircão, badeleíta, pentlandita, galena e uma fase mineral rara ainda não identificada. As razões Mg/(Mg+Fe) das fases silicáticas são mais baixas que as dos xenólitos de peridotitos. As características químicas da flogopita e da ilmenita destes xenólitos indicam similaridades com os xenólitos da suíte MARID. A variedade textural dos xenólitos estudados, de grossa (protogranular) a granoblástica, é uma evidência de processos de recristalização por deformação mecânica. A aplicação de geotermômetros da literatura para os espinélio lherzolitos forneceu temperaturas de equilíbrio entre 655 a 908°C, em concordância com dados de outras intrusões do oeste mineiro. A presença de flogopita e ilmenita sob a forma de bolsões nos xenólitos de peridotitos, bem como nos mica piroxenitos e xenólitos polimíticos, são indicativos da atuação de processos de metassomatismo no manto da região de Monte Carmelo. / The Indaiá Kimberlite, located 25 km North of Monte Carmelo in the western Minas Gerais State, is intrusive in cataclased granitoids related to the Araxá Group, part of the Brasilia Fold Belt. The body has a subcircular 220-meter head-diameter shape (NE-SW); its an associated 120-meter diameter intrusion of kamafugite occurs in its NE portion. The rock is dark gray and displays prominent inequigranular texture, consisting of an aphanitic matrix in which macrocrystals of olivine (abundant), ilmenite, pyroxene and phlogopite, as well as mantle and crustal xenoliths of different sizes are dispersed. These mantle xenoliths are composed, in order of abundance, by harzburgites (41%), lherzolite (37%), dunite (14%), mica pyroxenite (6%) and polymictic xenolith (2%). Harzburgites, lherzolites and dunites exhibit, besides the main minerals (olivine, enstatite and diopside), small amounts of spinel, chromite, diopside, phlogopite, ilmenite and rare amphibole. The predominant texture is coarse (protogranular); subordinately, granoblastic and porfiroclastic textures are observed. Chemical analysis by electron microprobe showed that the silicate phases have higher values of Mg/(Mg+Fe) in harzburgites and dunites as compared to lherzolites. Mica pyroxenite (enstatite + phlogopite + ilmenite) and polymictic xenoliths (olivine + diopside + phlogopite + ilmenite) have more complex mineralogical features than the other xenoliths, showing in addition magnetite, perovskite, barite, zircon, baddeleyite, pentlandite, galena and a rare phase not yet identified. The Mg/(Mg+Fe) ratio in silicate phases are lower than in the peridotite xenoliths. The chemical characteristics of phlogopite and ilmenite of these xenoliths indicate similarities with the MARID suite xenoliths. The textural variety of the studied xenoliths, from coarse (protogranular) to granoblastic, is an evidence of crystallization processes by mechanical deformation. T he application of geothermometers described in the literature to spinel lherzolites yielded equilibrium temperatures between 655 and 908 ° C, agreeing with data from other intrusions from western Minas Gerais. The presence of ilmenite and phlogopite in the form of pockets in peridotite xenoliths, as well as in mica pyroxenite and polymictic xenoliths, is indicative of mantle metasomatic processes in the Monte Carmelo region.

Observações diretas das propriedades do interior da Terra são muito restritas. A maior parte das informações advém de estudos indiretos ligados à geofísica, os quais necessitam ser relacionados a estudos de materiais em laboratório para serem corretamente interpretados. Experimentos de laboratório, no entanto, precisam ser realizados em condições extremas de pressão e temperatura, o que constitui uma tarefa muito difícil de ser alcançada. Nesse contexto, estudos teóricos são fundamentais no suporte à elaboração de modelos sobre a estrutura e a composição interna da Terra. O objetivo de nosso trabalho é utilizar métodos de primeiros princípios para ajudar a elucidar o comportamento dos silicatos (MgSiO3 e CaSiO3) e dos carbonatos (MgCO3 e CaCO3) de magnésio e cálcio nas condições termodinâmicas extremas do manto. O estudo da estabilidade energética desses silicatos e carbonatos, bem como o de outros minerais que compõem o manto, fornece novas evidências sobre a melhor forma de o cálcio ser incorporado nessa região profunda, além de determinar qual carbonato é o principal hospedeiro de carbono nas profundezas da Terra. As propriedades dos sistemas foram obtidas através da teoria do funcional da densidade, considerando diversas aproximações para a energia de troca e correlação, e o método PAW (Projector Augmented Wave). As propriedades termodinâmicas foram investigadas usando a aproximação quase harmônica e a teoria de perturbação do funcional da densidade. As simulações computacionais foram efetuadas utilizando o código Quantum ESPRESSO. Observamos que a decomposição dos silicatos em seus respectivos óxidos alcalinos terrosos, MgO e CaO, mais SiO2 não é favorável. Além disso, a coexistência dos silicatos MgSiO3 e CaSiO 3 é mais estável do que a formação de ligas do tipo Mg1xCaxSiO3. Dessa forma, concluímos que o cálcio, no manto, existe numa fase independente, fazendo parte de um silicato (CaSiO3). Nossos resultados mostraram que a decomposição dos carbonatos em seus respectivos óxidos alcalinos terrosos, MgO e CaO, mais CO2 também é desfavorável, indicando que deve existir uma baixa concentração de CO 2 livre no manto, e que o carbonato de magnésio é mais estável do que o carbonato de cálcio. Portanto, nossa investigação propõe que o MgCO3 é o principal hospedeiro de carbono, na forma oxidada, no manto. Por fim, notamos que as propriedades estruturais e termodinâmicas são melhores descritas quando a energia de van der Walls é adicionada à energia de troca e correlação, indicando que esses cálculos mais precisos constituem um passo importante para melhorar a construção de modelos teóricos sobre as propriedades e a composição do manto. / Direct observations of the Earths interior properties are very restricted. Most of the information comes from indirect studies related to geophysics, which need to be related to materials studies in the laboratory to be correctly interpreted. Laboratory experiments, however, need to be performed under extreme pressure and temperature conditions, which is a very difficult task to achieve. In this context, theoretical studies are fundamental in supporting the elaboration of models on the structure and internal composition of the Earth. The purpose of our work is to use first principles methods to help elucidate the behavior of magnesium and calcium silicates (MgSiO3 and CaSiO3) and carbonates (MgCO3 and CaCO3) under the extreme thermodynamic conditions of the lower mantle. The study of the energy stability of these carbonates and silicates, as well as of other mantle minerals, provides new evidence on how calcium can best be incorporated into the mantle and to determine which carbonate is the main carbon host in the Earths deep mantle. The properties of the systems were obtained within the density functional theory, using several approximations for the exchange and correlation energy, and the PAW (Projector Augmented Wave) method. The thermodynamic properties were investigated using the quasi-harmonic approximation and the density functional perturbation theory. The computational simulations were performed using the Quantum ESPRESSO code. We observe that the decomposition of the silicates in their respective alkali earth oxides, MgO and CaO, plus SiO2 is not favorable. In addition, the coexistence of silicates MgSiO3 and CaSiO3 is more stable than the formation of alloys like Mg1xCaxSiO3. Thus, we conclude that the calcium in the lower mantle exists in an independent phase, being part of a silicate (CaSiO3). Our results also indicate that the decomposition of the carbonates into their respective alkali earth oxides, MgO and CaO plus CO2 is unfavorable, showing that there should be a low concentration of free CO2 in the mantle and that the magnesium carbonate is more stable than calcium carbonate. Therefore, our investigation proposes that MgCO3 is the main oxidized carbon host in the lower mantle. Finally, we note that the structural and thermodynamic properties are best described when the van der Walls interactions are taken into account in the exchange and correlation energy, indicating that these more accurate calculations constitute an important step to improve the construction of theoretical models on the properties and composition of the mantle.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Agrónomo / El presente trabajo evaluó el efecto de un incendio accidental sobre el banco de semillas de una pradera anual de clima mediterráneo, ubicada en la Estación Experimental Agronómica de la Universidad de Chile, en Rinconada de Maipú, Región Metropolitana. Se realizaron dos ensayos, diferenciados principalmente por la intensidad del incendio. El primer ensayo correspondió a un incendio de tipo intenso y el segundo a uno de tipo leve. Se recogieron muestras de mantillo y de suelo con una profundidad de 5 cm y se identificaron las semillas pertenecientes a las principales familias de valor forrajero presentes en la pradera en estudio (Poáceas y Geraniáceas) y a la conformación de un tercer grupo denominado Otros. Dentro de las Poáceas se identificaron los géneros Bromus, Avena, Hordeum y Vulpia. En el incendio leve se observó que las semillas de Poáceas presentes en el mantillo, mostraron un descenso en su germinación y viabilidad. En el caso de las Geraniáceas, si bien no disponen de una gran producción de semillas como las Poáceas, estas poseen una testa dura que las protege ante perturbaciones como las altas temperaturas experimentadas en la superficie. A 5 cm de profundidad del suelo, no se observaron efectos significativos de un incendio leve sobre la germinación y viabilidad de semillas de Poáceas o Geraniáceas, sin embargo se apreció una tendencia de que a ciertos niveles de profundidad, son las Poáceas las que germinan más después de un incendio, en comparación a las Geraniáceas. Por otra parte, el incendio de tipo intenso provocó casi una total destrucción de las semillas de Poáceas en la superficie, donde prácticamente las pocas semillas existentes de esta familia no mostraron viabilidad, mientras que en las semillas de Geraniáceas se observaron bajos valores de germinación y viabilidad. En este ensayo fue característica la mayor proporción de semillas pertenecientes al grupo Otros, tanto en el mantillo como a 5 cm de profundidad, lo que indicó que previo al incendio la pradera mostraba signos de degradación por una baja proporción de semillas de valor forrajero en el banco, probablemente por un mal manejo histórico. Los efectos de un incendio sobre un banco de semillas, son determinados tanto por su intensidad como por la profundidad en la que se encuentran las semillas. / The study evaluated the effect of an accidental fire on a bank seed of a mediterranean grassland, located in the Agronomical Experimental Station, in Rinconada de Maipú, Region Metropolitana. Two assays were performed, differentiated principally by the fire intensity. First assay was classified as a intense fire and the second assay as a light intensity fire. Samples of mulch and soil of 5 cm depth were recollected. From these samples, we identified the seeds of the families Poaceae and Geranacieae, and a third group named Others. The family Poaceae was conformed in this study by the genres Bromus, Avena, Hordeum and Vulpia. In the light intensity fire, we observed that Poaceae´s seeds from the mulch showed a descent in the germination and viability, however there was a high number of seeds in burned and unburned places. Geranacieae´s seeds have a tegumentary dormancy that protects the seed against disturbances like high soil temperatures during a fire. 5 cm depth, light fire significatives effects weren´t observe on germination and viability of Poaceae and Geraniaceae; however there was a tendency in certain depth levels, the seeds of Poaceae showed better germination after fire, compared to Geraniaceae. In other side, intense fire caused a total destruction of Poaceae´s seeds in the surface, while Geraniaceae showed low values of germination and viability. In this assay, there was a high proportion of Other seeds in the mulch and in 5cm depth, which indicated a before fire, the grassland was degradated, principally by a low presence of seeds of species with forage value in the bank, probably by a incorrect use. The fire effects on a seed bank were determinated by the fire intensity and the depth at which the seeds are located.

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Observações diretas das propriedades do interior da Terra são muito restritas. A maior parte das informações advém de estudos indiretos ligados à geofísica, os quais necessitam ser relacionados a estudos de materiais em laboratório para serem corretamente interpretados. Experimentos de laboratório, no entanto, precisam ser realizados em condições extremas de pressão e temperatura, o que constitui uma tarefa muito difícil de ser alcançada. Nesse contexto, estudos teóricos são fundamentais no suporte à elaboração de modelos sobre a estrutura e a composição interna da Terra. O objetivo de nosso trabalho é utilizar métodos de primeiros princípios para ajudar a elucidar o comportamento dos silicatos (MgSiO3 e CaSiO3) e dos carbonatos (MgCO3 e CaCO3) de magnésio e cálcio nas condições termodinâmicas extremas do manto. O estudo da estabilidade energética desses silicatos e carbonatos, bem como o de outros minerais que compõem o manto, fornece novas evidências sobre a melhor forma de o cálcio ser incorporado nessa região profunda, além de determinar qual carbonato é o principal hospedeiro de carbono nas profundezas da Terra. As propriedades dos sistemas foram obtidas através da teoria do funcional da densidade, considerando diversas aproximações para a energia de troca e correlação, e o método PAW (Projector Augmented Wave). As propriedades termodinâmicas foram investigadas usando a aproximação quase harmônica e a teoria de perturbação do funcional da densidade. As simulações computacionais foram efetuadas utilizando o código Quantum ESPRESSO. Observamos que a decomposição dos silicatos em seus respectivos óxidos alcalinos terrosos, MgO e CaO, mais SiO2 não é favorável. Além disso, a coexistência dos silicatos MgSiO3 e CaSiO 3 é mais estável do que a formação de ligas do tipo Mg1xCaxSiO3. Dessa forma, concluímos que o cálcio, no manto, existe numa fase independente, fazendo parte de um silicato (CaSiO3). Nossos resultados mostraram que a decomposição dos carbonatos em seus respectivos óxidos alcalinos terrosos, MgO e CaO, mais CO2 também é desfavorável, indicando que deve existir uma baixa concentração de CO 2 livre no manto, e que o carbonato de magnésio é mais estável do que o carbonato de cálcio. Portanto, nossa investigação propõe que o MgCO3 é o principal hospedeiro de carbono, na forma oxidada, no manto. Por fim, notamos que as propriedades estruturais e termodinâmicas são melhores descritas quando a energia de van der Walls é adicionada à energia de troca e correlação, indicando que esses cálculos mais precisos constituem um passo importante para melhorar a construção de modelos teóricos sobre as propriedades e a composição do manto. / Direct observations of the Earths interior properties are very restricted. Most of the information comes from indirect studies related to geophysics, which need to be related to materials studies in the laboratory to be correctly interpreted. Laboratory experiments, however, need to be performed under extreme pressure and temperature conditions, which is a very difficult task to achieve. In this context, theoretical studies are fundamental in supporting the elaboration of models on the structure and internal composition of the Earth. The purpose of our work is to use first principles methods to help elucidate the behavior of magnesium and calcium silicates (MgSiO3 and CaSiO3) and carbonates (MgCO3 and CaCO3) under the extreme thermodynamic conditions of the lower mantle. The study of the energy stability of these carbonates and silicates, as well as of other mantle minerals, provides new evidence on how calcium can best be incorporated into the mantle and to determine which carbonate is the main carbon host in the Earths deep mantle. The properties of the systems were obtained within the density functional theory, using several approximations for the exchange and correlation energy, and the PAW (Projector Augmented Wave) method. The thermodynamic properties were investigated using the quasi-harmonic approximation and the density functional perturbation theory. The computational simulations were performed using the Quantum ESPRESSO code. We observe that the decomposition of the silicates in their respective alkali earth oxides, MgO and CaO, plus SiO2 is not favorable. In addition, the coexistence of silicates MgSiO3 and CaSiO3 is more stable than the formation of alloys like Mg1xCaxSiO3. Thus, we conclude that the calcium in the lower mantle exists in an independent phase, being part of a silicate (CaSiO3). Our results also indicate that the decomposition of the carbonates into their respective alkali earth oxides, MgO and CaO plus CO2 is unfavorable, showing that there should be a low concentration of free CO2 in the mantle and that the magnesium carbonate is more stable than calcium carbonate. Therefore, our investigation proposes that MgCO3 is the main oxidized carbon host in the lower mantle. Finally, we note that the structural and thermodynamic properties are best described when the van der Walls interactions are taken into account in the exchange and correlation energy, indicating that these more accurate calculations constitute an important step to improve the construction of theoretical models on the properties and composition of the mantle.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The soil is the base which supports several human elements and activities, such as agriculture and livestock. Therefore, it is a vital component of the ecosystem in which physical, chemical and biological processes and cycle transformations occur. In the municipality Gaurama, Rio Grande do Sul, and in other cities of our country, the local economy is strongly linked to agriculture activity being still responsible for an intense use of soil associated to a low or almost non-existence practice which aims to preserve the basic properties of natural resources leading to a great contribution for the ecosystem degradation. In such context, the proposition of studying slope management through analyses of soil aggregate stability in a toposequence has as objective to contribute for the importance of the comprehension that the pedological cover has in the slope morphological analysis as well as in the installation of three drillings and trenches above the slope in order to analyze morphological characteristics of the pedological volumes of the trenchings 1, 2 and 3, the distribution of particles, consistency limit and aggregate stability by humid via. This research was based on the deductive method. The granulometric analysis of the pedological volumes demonstrated similar characteristics between the T1 and T3 concerning the diameter of the particles, with the predominance of silt and clay fractions, as well as the similar values for the consistency limits and aggregate stability. In the T2, the sand fraction kept itself in balance with the others, not having any abrupt predominance of a granulometric fraction over the other ones. The consistency limits showed that the T2 presents a lower liquid and plastic limit which give it a higher susceptibility to erosive processes due to this soil profile which requires a lower amount of vain to reach a fluid behavior. The higher rates of soil aggregation occurred in the superficial pedological volumes. It was found that the V3 in Trench 2 had the lowest aggregate stability in the entire toposequence of the slope in this research, which shows that the modeling control process of the relief in the medium third and medium lower third of the slope receives a higher inference of this volume. / O solo é a base de sustentação de diversos elementos e atividades humanas, entre as quais se destacam a agricultura e a pecuária e é portanto um componente vital do ecossistema, no qual ocorrem processos e ciclos de transformações físicas, químicas e biológicas. No município de Gaurama, Rio Grande do Sul, assim como em diversos outros municípios do nosso país, a economia local encontra-se fortemente vinculada à atividade agropecuária, a qual ainda é responsável por um uso intenso do solo associada à baixa ou, muitas vezes, inexistente aplicação de práticas que visam conservar as propriedades básicas dos recursos naturais, contribuindo assim com a degradação do ecossistema. Nesse contexto, a proposta de estudar a conformação de vertentes a partir da análise da estabilidade de agregados do solo em uma topossequência teve como objetivo contribuir para a compreensão da importância que o manto pedológico imprime para a análise morfológica das vertentes, além da instalação de três trincheiras e três tradagens sobre a vertente, a fim de analisar as características morfológicas dos volumes pedológicos das trincheiras 1, 2 e 3, a distribuição de partículas, limites de consistência e a estabilidade de agregados, via úmida. O método de pesquisa utilizado foi o dedutivo. A análise granulométrica dos volumes pedológicos evidenciou características semelhantes entre a T1 e a T3 em relação ao diâmetro de partículas, com o predomínio das frações silte e argila, bem como valores semelhantes para os limites de consistência e estabilidade de agregados. Na T2 a fração areia manteve-se em equilíbrio com as demais, não havendo predomínio abrupto de uma fração granulométrica sobre as demais. Os limites de consistência permitiram inferir que a T2 apresenta menor limite de liquidez e plasticidade o que lhe confere maior suscetibilidade frente à ocorrência de processos erosivos, pois seu perfil necessita de menor quantidade de precipitação pluviométrica para atingir o comportamento de fluído. A ocorrência dos maiores percentuais de agregação do solo ocorreu no volume pedológico superficial. Constatou-se que o V3 da trincheira 2 apresentou a menor estabilidade de agregados de toda a topossequência da vertente de estudo, o que evidencia que o processo de controle do modelado do relevo no terço médio e médio inferior da vertente recebe forte inferência deste volume.