Autores
Pereira, L.S. (UFRJ) ; Santos, R.C. (UFRJ) ; Polivanov, H. (UFRJ) ; Jorge, M.C.O. (UFRJ) ; Guerra, A.J.T. (UFRJ)
Resumo
A alteração química dos minerais presentes no solo é um indicativo para inferir o grau de resistência do mesmo à erosão. A pesquisa sistematizou dados de chuva da área de estudo e sua influência no intemperismo químico, associados à análise textural e à identificação dos argilominerais do solo, este por meio de Difratometria de Raios-X. Foram coletadas amostras em duas áreas nos horizontes superficiais (0-10 cm): borda de floresta e trilha. Observou-se nos processos intempéricos e erosivos a influência de chuvas bem distribuídas, com elevados índices ao longo do ano, apresentando média anual aproximado a 1.977,7 mm. Os solos apresentaram classificação textural Franco- argilo-arenoso, demonstrando, entre outros fatores, a sua susceptibilidade à erosão. Na identificação por difração de raios X, constatou-se, em ambos ambientes, predominância do argilomineral caulinita, indicativo de ambiente tropical úmido, com elevada temperatura e alto grau de desenvolvimento pedogenético.
Palavras chaves
Difratometria de Raios-X; Argilominerais; Intemperismo Químico
Introdução
Os minerais de argila possuem estreita relação com os atributos físico- químicos do solo, influenciando na adsorção e absorção de nutrientes, na infiltração e distribuição de água no solo, nas trocas gasosas e no desenvolvimento do sistema radicular das plantas (BRADY, 1989; CAMARGO, 2009). O estudo da fração argila do solo ganha relevância para entender a sua interação com o meio ambiente, seja para pesquisas atreladas à qualidade do solo, análise dos processos erosivos, estudos geotécnicos, entre outros. Contudo, salienta-se que solos com concentrações semelhantes de frações granulométricas (areia, silte e argila), mesmo tendo forma e estrutura parecidas, podem apresentar comportamentos distintos, quando interagem com o meio físico, pois podem apresentar composição mineralógica diferenciada. Logo, o conhecimento da composição mineralógica se faz necessário na compreensão do comportamento e características físicas do solo (BRADY, 1989; ALBERS et al., 2002; SATHLER, 2010). Assim, a argila, que é o conjunto de partículas do solo menores que 0,002 mm de diâmetro e possui certa plasticidade em contato com a água, é composta, sobretudo, por argilominerais, mas também pode conter matéria orgânica, óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio, carbonatos, sais solúveis e outros minerais (LEPSCH, 2011; TIMÓTEO, 2012). Já os argilominerais são silicatos de alumínio hidratados, fazem parte da classe dos filossilicatos, formados através da atuação dos processos de alteração dos minerais pré-existentes. Sua estrutura cristalina é formada por placas/lâminas de tetraedros de silício-oxigênio ligadas a octaedros de alumínio/magnésio-oxigênio/hidroxila, podendo ocorrer presença de outros elementos químicos ligados à sua estrutura e entre suas lamelas. Sendo assim, a alteração da sua estrutura cristalina pode ser influenciada pelas condições ambientais (BRADY, 1989; SATHLER, 2010; LEPSCH, 2011; TIMÓTEO, 2012). Nessa perspectiva, esse trabalho de pesquisa se desenvolveu na bacia hidrográfica do rio Maranduba, município de Ubatuba/SP, situado ao redor do Parque Estadual da Serra do Mar (PESM). Esta área sofre com intensos problemas de erosão acelerada, devido ao desenvolvimento da atividade turística, sem manejo adequado das trilhas, bem como ocupação do solo de modo desordenado. Na área ocorre atuação dos sistemas de frentes frias, com índices elevados de chuva que podem chegar a 6.000 mm em um ano. Assim, a classificação climática de Ubatuba pode ser definida como tropical litorâneo úmido, com altas temperaturas e regime de chuva bem distribuída ao longo do ano (SANT’ANNA NETO, 1990; TAVARES et al., 2002; TOMINAGA, 2007; JORGE et al., 2014; BRIGATTI e SANT’ANNA NETO, 2011; BUZATO, 2012). Considerando as características geológicas, observa-se a ocorrência de rochas do embasamento cristalino (granitos e gnaisses). Em relação aos aspectos geomorfológicos, o relevo pode alcançar altitudes de até 2.000 metros. A jusante da Serra do Mar, ambiente de coleta das amostras, encontra-se curta faixa de planície comprimida com o litoral, onde o rio Maranduba está localizado, com altitudes de até 1.100 metros e morros mais isolados que podem chegar a 512 metros. Os solos característicos no PESM são os Cambissolos e Neossolos Litólicos, no entanto, no local da pesquisa foram observados Argissolos e Latossolos, menos comuns na região, mas com ocorrência nas bordas do PESM em morrotes convexos, que possuem vertentes côncavas de baixa inclinação (HASUI et al., 1994; PERROTTA et al., 2005; TOMINAGA, 2007; BUZATO, 2012; PEREIRA et al., 2015). Deste modo, o objetivo geral da pesquisa foi compreender a diferenciação dos processos erosivos em dois ambientes: borda de floresta e trilha. Por meio da integração de dados e análises, objetivou-se, especificamente, quantificar temporalmente a chuva, caracterizar a classe textural e identificar os argilominerais do solo, este por meio da técnica de Difração de Raios-X.
Material e métodos
A escolha do local da pesquisa foi pautada em dois ambientes distintos de uso do solo: o primeiro está associado à borda de floresta, localizada na parte superior de um morrote, com presença de serapilheira (pouco espessa) e horizonte A (UTM: 0474165/7395895); o segundo se relaciona a ambiente de trilha (UTM: 0474211/7395934), localizada na parte intermediária da vertente, local que sofreu com corte de encosta, apresentando solo exposto e profundo (não apresenta horizonte A, as amostras estão localizadas no horizonte B já exposto) (figura 1). A retirada das amostras dos dois ambientes foi elaborada na parte superficial do solo, entre 0-10 cm de profundidade, para posterior análise em laboratório. Também foi analisado o acumulado de dados de chuva diários, mensais e anuais, por meio de um pluviômetro instalado a 1 km dos pontos de coleta. Representam um histórico de sete anos, entre 2009 e 2015 (PEREIRA et al., 2015), e são comparados com a média histórica de 30 anos do município (1961- 1991), segundo o banco de dados climáticos do Brasil (2015). A análise textural foi feita em triplicata, seguindo o método da EMBRAPA (1997), sendo realizado no Laboratório de Geomorfologia Maria Regina Mousinho de Meis, Departamento de Geografia – UFRJ. A identificação dos minerais na fração argila pode ser realizada através de várias técnicas, porém, a mais utilizada é a Difração de Raios-X (DRX), que leva em consideração a estrutura mineralógica, mais especificamente, a distância interplanar dos minerais. Os valores de reflectância desses minerais são bem definidos, cabendo o conhecimento de sua estrutura e características físico-químicas para interpretação dos resultados por DRX, obtendo valores angulares em theta, que representam o ângulo de incidência do feixe de raios X no plano cristalográfico, que podem ser convertidos para a distância interplanar dos minerais em angstrom, através da equação de Bragg (CALDERANO et al., 2009). As análises mineralógicas da fração argila foram realizadas nos Laboratórios de Via Úmida e Difração de Raios-X, Departamento de Geologia – UFRJ, seguindo os métodos da EMBRAPA (1997) e Jackson (1969), com algumas adaptações. A fração argila, das duas amostras, foi separada por sedimentação, a partir da terra fina seca ao ar, com uso de defloculante (NaOH), submetida à dispersão mecânica, sedimentação e sucção da fração argila em meio aquoso. Logo depois, utilizou-se HCl em quantidade similar ao defloculante para o neutralizar, sendo posteriormente concentrada e lavada as amostras de argila com uso da centrífuga. Após estes procedimentos, as lâminas guias foram confeccionadas através da técnica do gotejamento e levadas ao DRX. Em seguida, as duas amostras de argila foram submetidas a uma série de tratamentos químicos, para a retirada de componentes que pudessem dificultar a identificação dos argilominerais. Devido ao elevado teor de matéria orgânica (4,3%), a amostra de floresta foi submetida ao tratamento para a queima da matéria orgânica. A retirada do ferro também se fez necessária em ambas as amostras. Já os sais solúveis e carbonatos foram sendo, consequentemente, retirados nos tratamentos anteriores. Assim, o material obtido para as amostras de trilha e floresta foi dividido em duas porções cada, onde uma foi saturada com magnésio (Mg++) e a outra com potássio (K+), sendo então confeccionadas duas laminas para cada amostra. As lâminas saturadas com Mg++ foram levadas ao dessecador a vácuo entre 4 e 6 horas, saturado com etileno-glicol, permanecendo no dessecado por aproximadamente 24 horas, visando criar condições para a expansão das estruturas de possíveis argilominerais expansivos presentes nas amostras. Já as saturadas com K+, foram levadas ao forno do tipo mufla e aquecidas a 550º C, permanecendo no forno por 4 horas, a fim de verificar colapso e/ou destruição nas estruturas de argilominerais. Após os tratamentos, as lâminas glicoladas e aquecidas foram passadas no DRX.
Resultado e discussão
Considerando os totais mensais pluviais na média de 7 anos, observa-se
acumulado de chuva bem distribuído ao longo do ano, destacando janeiro como
o mês mais chuvoso (277,3 mm). Contribuindo com 41,8%, comparando com
janeiro, junho se destaca como mês menos úmido, com 116 mm. Segundo
Brigatti e Sant’anna Neto (2011), o verão (dezembro a março) representa
período da estação do ano que ocorrem os maiores eventos pluviais extremos.
Na média do acumulado anual de 7 anos foi registrado índice de chuva de
1.977,7 mm, abaixo da média de 30 anos (1961-1991), segundo o banco de dados
climáticos do Brasil (2015), de 2.519 mm (Figura 2A). Logo, trata-se de uma
área de clima tropical úmido, porque apresenta índices de temperaturas e
pluviosidades elevadas. Estes dados ajudam a entender o processo de
intemperismo químico acelerado na qual as rochas e os minerais estão sendo
expostos à ação constante da chuva, esta favorecendo à reação química dos
minerais em solução aquosa (JACINTHO et al., 2006; FANTONGA et al., 2015).
A geomorfologia do ambiente também é um indicativo da evolução do relevo.
Como a área de estudo se trata de um morrote, com cobertura pedológica em
estágio avançado, observa-se o acelerado processo de formação do solo,
conjugado com os índices de precipitação. Na análise textural, ambos os
ambientes possuem características de suas propriedades semelhantes, sendo
classificados como Franco-argilo-arenosos, segundo a classificação do United
States Department of Agriculture, onde a área de floresta possui 39,4% de
areia grossa, 11,3% de areia fina, 23,2% de silte e 26,2% de argila e a área
de trilha possui 38,4%, 8,8%, 17,9% e 34,8, respectivamente (Figura 2B).
Nessa perspectiva, as frações com maior potencialidade à erosão são as
frações areia e silte, sobretudo, areia fina, pois não possuem alta
capacidade de agregação, o inverso com a argila, que é a fração mais difícil
de remoção, pois possui maior capacidade de agregação, devido a sua maior
superfície de contato (MORGAN, 2005).
Logo, levando em consideração a classificação textural, ambos os ambientes
demostram maior suscetibilidade aos processos erosivos. Contudo, devido à
área de floresta se tratar de um ambiente que favorece o acúmulo de matéria
orgânica (M.O.), favorecendo a estabilidade dos agregados (PODWOJEWSKI et
al., 2011; VEZZANI e MIELNICZUK, 2011), esta área sofre com menor
intensidade a ação dos processos erosivos, como pode ser constato no perfil
de solo da figura 1B, com a presença de fina camada de serapilheira e
horizonte A. Situação oposta foi encontrada na trilha, pois sofreu com a
ação de degradação causada pelo ser humano, deixando o solo exposto às ações
diretas dos agentes modeladores do relevo, além da retirada do horizonte A,
expondo o horizonte B, este com menor presença de M.O., e maior acúmulo de
óxidos de ferro, apresentando a cor avermelhada (Figura 1B).
Deste modo, a análise dos minerais de argila presentes no solo se faz
necessário, principalmente em ambiente sem cobertura vegetal, pois a perda
da M.O. pode representar maior fragilidade do solo frente à erosão, uma vez
que principalmente por meio da combinação destes elementos vai ocorrer maior
agregação entre as partículas. Como o solo da trilha apresenta elevada
concentração da fração argila (34,8%), seu comportamento é de grande
relevância para o entendimento da interação do solo com o ambiente. Desde
modo, a caracterização dos argilominerais respalda a importância das
análises de DRX na presente pesquisa.
Nos estudos de erosão de solos, o conhecimento dos argilominerais e suas
características são importantes para determinar a suscetibilidade à erosão,
juntamente com outros fatores controladores. O tipo de argilomineral,
juntamente com M.O., influencia na estabilidade dos agregados em contato com
a água, o que lhe confere maior ou menor erodibilidade, haja vista que esta
característica física do solo é fundamental para proporcionar maior
porosidade, capacidade de infiltração e resistência ao efeito splash,
dificultando a ruptura dos agregados, formação de crosta e escoamento
superficial (BRADY, 1989; MORGAN, 2005; GUERRA, 2013; BERTONI e LOMBARDI
NETO, 2014).
Neste sentido, ao analisar os difratogramas das amostras de floresta e
trilha (figura 3 e quadro 1), observa-se o predomínio da caulinita,
argilomineral 1:1. Este argilomineral possui picos, referentes às distancias
interplares basais d001 e d002, bem definidos nas amostras normais, isto é,
sem tratamentos químicos, e as glicoladas, tratamento com etileno glicol, de
respectivamente 7,22 e 3,58 Angstrons, e sua estrutura cristalina não
aparece na amostra aquecida em forno mufla a 550 0 C, indicando sua
destruição.
No difratograma da amostra de floresta (Figura 3 e Quadro 1) foi
identificada a presença de gibbsita nas amostras normal e glicolada, mineral
composto por hidróxido de alumínio, indicando mineralogia mais evoluida.
Seus picos possuem baixa intensidade e apresentam 4,87 Angstrons. Já no
difratograma da amostra de trilha (figura 3 e quadro 1), foram encontrados
traços de illita na lâmina aquecida, argilomineral 2:1, nos picos de 10,14
(d001) e 3,35 (d003) Angstrons. Assim como, notou-se a presença de goethita,
composta por óxido de ferro hidratado, na lâmina normal, sem tratamento
químico, com pico de 4,17 Angstrons.
Por se tratar de um Latossolo, solos profundos, bem evoluídos, ácidos e
pobres de cátions, a predominância de caulinita e ocorrência de óxido de
ferro e hidróxido de alumínio indicam elevado grau de intemperismo (EMBRAPA,
2006; JACINTHO et al., 2006). Especialmente devido às características
climáticas da área, pois propicia acelerado intemperismo químico, o que
provoca a decomposição dos materiais primários, formando minerais
secundários, como argilominerais (1:1), óxidos de ferro e alumínio, sendo
perdidas as bases trocáveis (especialmente, Ca, Mg, K e Na), através da
lixiviação.
A ocorrência de traços de illita na amostra de trilha, está ligada ao fato
da coleta ter sido realizada no horizonte B do Latossolo, onde, apesar do
avançado grau de intemperismo e lixiviação, é possível encontrar, em baixas
quantidades, argilominerais do tipo 2:1 mais resistentes ao intemperismo,
sobretudo, em áreas cujo material de origem propiciam sua maior oferta
(EMBRAPA, 2006). Devido ao fato de sua fórmula química apresentar maior
concentração de água, a illita é considerada um argilomineral com
suscetibilidade intermediária à erosão (MORGAN, 2005; BERTONI e LOMBARDI
NETO, 2014), o que associado a outros fatores controladores, como a falta de
cobertura vegetal, uso acima da capacidade de suporte da trilha e
erosividade da chuva, pode desencadear na aceleração de processos erosivos.
Visualização geral da vertente de corte de encosta, salientando os pontos de coleta das amostras: floresta e trilha. Foto: Leonardo S. Pereira, 2015.
(A) Média mensal de chuva (2009-2015) comparados à média mensal de 30 anos (BRASIL, 2015) (B) Análise textural do solo na área de floresta e trilha.
Difratogramas dos distintos ambiente analisados por DRX, o primeiro representa área de floresta e o segundo de trilha.
Distância interplanar dos picos dos argilominerais em condições normal, glicolada e aquecida após análise por DRX.
Considerações Finais
Portanto, ambos os ambientes de borda de floresta e trilha foram classificados como Franco-argilo-arenosos, o que associado aos elevados índices de pluviosidade, proporcionam alta suscetibilidade à erosão. Com relação à mineralogia das argilas, devido às características climáticas, atuação do intemperismo e lixiviação de bases trocáveis, predomina a caulinita nos dois ambientes, associada à ocorrência de gibbsita na amostra de floresta e goetita e illita na amostra de trilha. A granulometria da amostra de floresta possui maior concentração de areia fina e silte do que na amostra de trilha. Contudo, devido à presença de cobertura vegetal, com formação de serapilheira e concentração de M.O., sua suscetibilidade tende a ser reduzida, haja vista o elevado grau de intemperismo químico e a melhoria das condições físico-químicas do solo, melhorando, assim, a estabilidade dos agregados e capacidade de infiltração de água. O ambiente de trilha, por sua vez, apresenta maior suscetibilidade à erosão por se tratar do horizonte B Latossólico e, também, devido à ocorrência de illita (2:1), que possui certa suscetibilidade à erosão. Condições que associadas com os elevados índices pluviométricos distribuídos ao longo do ano, a ausência de cobertura vegetal e, consequente, baixa concentração de M.O., diminui a estabilidade dos agregados, aumenta a densidade aparente, por conta do pisoteio sobre a trilha, enfim, deixa o solo sujeito à atuação de processos erosivos que levam a sua degradação.
Agradecimentos
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq, à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro – FAPERJ pelo apoio financeiro.
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