12º Sinageo - COMPREENSÃO DA GEODINÂMICA QUATERNÁRIA E DE PROCESSOS GEOMORFOLÓGICOS EM MINAS GERAIS, ATRAVÉS DE ESTUDOS DE RECONSTITUIÇÃO PALEOCLIMÁTICA COM FITÓLITOS E ISÓTOPOS DE CARBONO

Resumo

Diversos estudos voltados para a compreensão de processos geomorfológicos e geodinâmica vêm sendo realizados em Minas Gerais. Entretanto, ainda existem lacunas relacionadas às condições paleoclimáticas no Quaternário. Este trabalho mostra pesquisas de reconstituição paleoambiental desenvolvidas na região do Espinhaço Meridional e no Quadrilátero Ferrífero, através de estudos de fitólitos e isótopos de carbono. Estas análises possibilitaram a identificação de variações nos ambientes nos quais ocorreram os processos geomorfológicos. A alternância de condições mais secas e mais úmidas que as atuais influenciaram os processos de acumulação e o elevado grau de alteração dos fitólitos evidencia a intensidade dos processos erosivos, tanto na região do Espinhaço quanto no Quadrilátero Ferrífero. As análises fitolíticas e isotópicas associadas à Geomorfologia se mostraram bastante eficazes na compreensão da evolução da paisagem e de mudanças ambientais.

Palavras chaves

Geomorfologia; Minas Gerais; Reconstituição Paleoambiental

Introdução

As características geomorfológicas em Minas Gerais evidenciam um relevo de altitude, com predomínio de planaltos, escarpas e depressões. Estas características, associadas à geologia, hidrologia e condições climáticas, tornaram algumas regiões suscetíveis a processos erosivos e conduziram interferências em relação à pedogênese, contribuindo para variações da vegetação e na evolução da paisagem (AUGUSTIN, 1995). Na região do Espinhaço Meridional, foram realizados estudos em rampas deposicionais na Serra do Engenho (CHUENG, 2012; AUGUSTIN et al., 2014) e entre Guinda e Diamantina, Chapadinha e Morrinhos (CHUENG, 2016), com a finalidade de compreender os processos geomorfológicos que levaram à formação de sequências alúvio-coluviais próximas a afloramentos de quartzito, através da inferência de variações climáticas. Essas inferências são relevantes para se compreender o desenvolvimento de formas de relevo em domínios de quartzito em áreas úmidas tropicais. No Quadrilátero Ferrífero, foi observada a ocorrência de níveis deposicionais de diferentes cursos d’água com concreções e semi-concreções de óxido de ferro, cascalho e areia, que poderiam ser resultado de ciclos climáticos do Quaternário. Para a inferência das condições paleobiogeoclimáticas que levaram à formação dos níveis concrecionados, foram selecionadas algumas sequências deposicionais para investigação em detalhe (SEIXAS, 2015; BARROS et al., 2016). O objetivo deste trabalho é apresentar pesquisas realizadas na região do Espinhaço Meridional e no Quadrilátero Ferrífero que utilizaram como indicadores os fitólitos e isótopos de carbono, relacionando-os com os processos geomorfológicos atuantes em ambas as áreas e as condições ambientais em que os mesmos ocorreram. Os fitólitos são partículas microscópicas de opala que se formam por precipitação de sílica amorfa entre e no interior de células de diversas plantas vivas (PIPERNO, 1985), como resultado de um processo de biomineralização por mediação da matriz orgânica, no caso as plantas (COE e OSTERRIETH, 2014). São bons proxies para estudos paleoambientais, preservando-se bem sob condições oxidantes, como nos solos, além de serem capazes de identificar variações no estresse hídrico e no grau de aridez sofridos pelas gramíneas, abundantes na área de estudo. As análises fitolíticas foram complementadas por análises dos isótopos estáveis de carbono (δ13C). A razão entre os isótopos estáveis de carbono pode indicar que tipo de plantas deu origem ao material estudado, uma vez que seus valores são resultado de como o produtor primário assimilou o CO2, ou seja, a trajetória utilizada e o isótopo preferencialmente assimilado (PESSENDA et. al, 2005). A análise δ13C da MOS possibilita a identificação da formação vegetal que a originou como do tipo C3 (na maioria lenhosas), C4 (gramíneas) e CAM (Metabolismo Ácido das Crassuláceas), como as Crassulaceae, Euphorbiaceae, Orchidaceae, Bromeliaceae e Cactaceae (KILLOPS & KILLOPS, 2005). A cronologia das mudanças observadas foi estabelecida com datações por 14C- AMS. A técnica de datação por 14C foi desenvolvida em 1949, na Universidade de Chicago, pelo químico Willard Libby (FRANCISCO et al., 2011) e tornou-se a principal ferramenta para a determinação da idade de amostras naturais de até 40 mil anos. A partir das análises fitolíticas, isotópicas e datação por 14C-AMS, os resultados foram interpretados e comparados com estudos paleoambientais desenvolvidos anteriormente em Minas Gerais.

Material e métodos

MATERIAIS 1- Serra do Espinhaço Meridional, MG Na região do Espinhaço Meridional, foram selecionados 2 perfis de solo na Serra do Engenho (CHUENG, 2012). Posteriormente, foram escolhidas três rampas deposicionais nas seguintes áreas: entre Guinda e Diamantina; Chapadinha-Gouveia e Morrinhos (CHUENG, 2016). Os 2 perfis de solo quartzoarênicos amostrados em uma rampa deposicional na borda leste da Serra do Engenho (18°25’44”S/ 43°48’34”O) totalizaram 8 amostras. Ambos os perfis apresentam paleopavimento detrítico em profundidades semelhantes, sendo que um deles, o localizado na baixa vertente, apresenta um horizonte orgânico. Entre Guinda e Diamantina, foi realizado um transecto com a amostragem de 4 perfis de solo em uma rampa deposicional (18°16’24’’S/43°41’09.30’’O). Na primeira parte da rampa foram abertos dois perfis, o primeiro na parte superior, no sopé do afloramento, e o segundo na parte inferior. Na segunda parte da rampa foram abertos mais dois perfis (T1P1, T1P2, T1P3, T1P4), totalizando 13 amostras do solo. Em Chapadinha, próximo à Gouveia, foi realizada a amostragem de 4 perfis de solo (T2P1, T2P2, T2P3, T2P4) em uma rampa deposicional (18°21’53.89’’S/43°46’54.72”O), totalizando 14 amostras de solo. Em Morrinhos, próximo a São João da Chapada (18°08’09.89’’S/43°43’20.60’’O), foi realizada a amostragem de 4 perfis de solo (T3P1, T3P2, T3P3, T3P4), em uma rampa deposicional, totalizando 17 amostras de solo. 2- Quadrilátero Ferrífero, MG No Quadrilátero Ferrífero, foram selecionadas três sequências deposicionais fluviais (SEIXAS, 2015). A Sequência deposicional 1 (SD1) localiza-se na bacia do rio Conceição (19°50’21.7”S / 43°21’06.9”O). Possui 191 cm de espessura e foi dividida em 8 camadas. A Sequência deposicional 2 (SD2) também se localiza na bacia do rio Conceição (19°59’18.2”S / 43°29’42.3”O). Possui 168 cm de espessura e foi dividida em 5 camadas. A Sequência deposicional 3 (SD3) localiza-se na bacia do ribeirão do Mango (20°20’52.4”S/ 43°45”1956”O). Possui 208 cm de espessura e foi dividida em 3 camadas. A amostragem das sequências deposicionais fluviais geraram, no total, 22 amostras de solo e sedimentos, coletadas segundo a textura e coloração observadas nas camadas. MÉTODOS A extração em laboratório dos fitólitos dos sedimentos foi realizada no LAGEMAR/UFF e no LABGEO/FFP. Seguiu-se o Protocolo de Extração de Fitólitos de Sedimentos e Solos adaptado daquele utilizado pela equipe do Prof. Dr. Mauro Parolin, da Universidade Estadual do Paraná (UNESPAR), campus de Campo Mourão. Os fitólitos foram extraídos a partir de 20g de solo seco, após a dissolução dos carbonatos, oxidação da matéria orgânica, remoção dos óxidos de ferro, separação granulométrica e densimétrica (2,35). Em seguida foi feita a identificação e contagem em microscópio óptico com aumento de 400x. Foram contados pelo menos 200 fitólitos com significado taxonômico (classificáveis) e aqueles sem significância taxonômica (não classificáveis) devido a sua dissolução ou fragmentação. Os resultados são apresentados como porcentagens do total de fitólitos classificáveis, seguindo a classificação proposta pelo ICPN (International Code for Phytolith Nomenclature 1.0 - MADELLA, 2005). Após a contagem, foram calculados os índices fitolíticos de densidade arbórea (D/P) e estresse hídrico (Bi%). Foram utilizados os isótopos estáveis de carbono para complementar os resultados das análises fitolíticas. A determinação de concentração de carbono orgânico e de δ13C foi realizada no Laboratório de Isótopos Estáveis - CENA/USP, através do analisador elementar Carlo Erba modelo EA 1110, acoplado a um espectrômetro de massa, com um limite de detecção de 0,03%. As datações por 14C-AMS foram realizadas no Laboratório de Radiocarbono (LAC), da UFF e na University of Georgia, EUA, através de um acelerador de partículas CAIS 0.5 MeV. As idades obtidas foram posteriormente calibradas pelo programa OxCal.

Resultado e discussão

Segue o mapa de localização das áreas estudadas (Figura 1): Na Serra do Engenho, as análises indicaram que os processos de acumulação ou a intensidade dos mesmos ocorreram de formas diferentes. Os fitólitos se apresentam profundamente alterados com maior porcentagem de não classificáveis que de classificáveis, com o predomínio dos tipos bulliform parallelepipedal e cuneiform, os mais resistentes à erosão e mesmo assim muito alterados, evidenciando a intensidade dos processos erosivos na área. Quanto ao carbono orgânico, os estoques são maiores em P2, evidenciando que os processos de acumulação são mais intensos. O estoque dos fitólitos do P1 segue uma tendência normal de diminuição com a profundidade. Já o P2 apresenta um aumento no horizonte orgânico. Algumas tendências puderam ser observadas nos 2 perfis: nos horizontes superficiais, os índices de densidade arbórea (D/P) são característicos de vegetação aberta, sendo que no P1 a cobertura arbórea atual é um pouco mais densa que em P2, provavelmente porque, estando mais próximo ao afloramento, situa-se em um local que hoje concentra mais umidade, ou porque parte dos fitólitos provém da vegetação mais arbórea da encosta. O índice de estresse hídrico (Bi%) é elevado e similar em ambos. Os resultados isotópicos não apresentaram grandes variações ao longo dos perfis, indicando predomínio de gramíneas. Os resultados mostraram predomínio do Cerrado desde 10506 - 10230 anos cal AP (Tabela 1). A rampa localizada entre Guinda e Diamantina encontra-se em uma vertente na qual a declividade e as características da lito-estratigrafia das rochas são os principais fatores envolvidos na evolução das formas de relevo e nas condições da cobertura vegetal pretérita e mesmo atual, e na qual predominam os processos de lixiviação do solo e erosão laminar. As tendências observadas nesta área mostraram que, em geral, não houve grandes mudanças no tipo de cobertura vegetal ao longo do tempo. O índice D/P é baixo, característico de vegetação de campos, e diminui com a profundidade. Já o estoque de fitólitos não segue o padrão normal de diminuição com a profundidade, possivelmente relacionado à topografia, já que o gradiente hidráulico acentuado influencia as características do material, e à granulometria, que influencia a acumulação dos fitólitos. Outras análises, como o índice Bi%, que se mostrou elevado em todos os perfis, e os valores de ẟ13C confirmaram essas tendências. Nos 4 perfis analisados há ocorrência de quantidade significativa de espículas de esponjas, indicando a permanência de água ao longo de toda a rampa. Essas espículas encontram-se sua maioria quebradas, assim como os fitólitos, que estão bastante alterados, indicando que os processos erosivos são muito intensos nessa área. As tendências observadas em Chapadinha mostraram que os estoques de fitólitos são maiores do que em Guinda e seguem o padrão normal de diminuição com a profundidade. Em relação à primeira área, nessa rampa granulometria é mais fina e o gradiente hidráulico é menos acentuado, o que interfere no processo de remobilização dos sedimentos. Os valores do índice D/P, com exceção do perfil T2P4, são muito baixos e variam pouco entre os perfis, indicando que não ocorreram mudanças significativas na vegetação, sendo semelhante à atual (campo rupestre). A granulometria mais fina talvez possa explicar estoques de fitólitos superiores aos da Área 1. Outras análises, como o índice Bi%, apresentaram valores altos em todos os perfis. Os resultados de ẟ13C indicam mistura de plantas C3 e C4, com predomínio de C4, em concordância com os resultados do índice D/P. Os fitólitos, como na área anterior, também se apresentaram alterados. Foram encontradas poucas espículas de esponja, e em apenas dois perfis, sugerindo que estejam ligadas a variações do lençol freático. Em decorrência da incisão do vale do ribeirão Chapadinha, essa dinâmica, além de ter influenciado na remobilização dos sedimentos, também alterou as condições de nível freático. As tendências observadas em Morrinhos mostraram que ocorre uma grande estabilidade em termos de dinâmica geomorfológica, o que favorece a atuação da pedogênese em detrimento da remobilização dos materiais. A declividade indica a suavização da vertente. Não houve mudanças significativas na vegetação. O índice D/P, como nas rampas anteriores, apresenta-se baixo, indicando predomínio de gramíneas. Os índices Bi% são menos elevados que nas áreas anteriores, revelando um ambiente menos dinâmico, propiciando um maior desenvolvimento da vegetação. Nesta área os fitólitos se encontram mais bem preservados e os valores de ẟ13C indicaram o predomínio de plantas C4. As análises indicam o predomínio de cerrado desde 6171-5905 anos cal AP. Nestas três rampas (Guinda, Chapadinha e Morrinhos) os resultados fitolíticos e isotópicos não indicaram nenhuma grande mudança no tipo de vegetação ao longo do tempo. Em todos os perfis foi registrada uma vegetação aberta, com predomínio de gramíneas, principalmente do tipo C4. Os índices D/P foram sempre baixos (0,06 a 0,29) e os índices Bi bastante elevados (75 a 94% nas Áreas 1 e 2, 48 a 84% na Área 3). Estes índices D/P são similares aos encontrados por Augustin et al. (2014), Seixas (2015), Alexandre et al. (1999) e Rocha (2014) para áreas de cerrado em Minas Gerais e por Barboni et al. (1999) e Bremond et al. (2005) para a estepe arbustiva da África Ocidental. Valores do índice Bi bastante elevados também foram registrados por Augustin et al. (2014), Seixas (2015) e Rocha (2014) para áreas de cerrado. Assim como observado na análise das 3 rampas deposicionais, estudos anteriores realizados por Chueng (2012), na Serra do Engenho, por Rocha (2014), na depressão de Gouveia e por Seixas (2015), no Quadrilátero Ferrífero, através dos tipos de fitólitos e as análises isotópicas permitiram identificar pequenas variações na densidade da cobertura vegetal, atribuídas a episódios relativamente mais secos ou mais úmidos durante o período estudado. O período de 12700-11700 anos cal AP foi identificado como relativamente mais úmido (SD1). Já o período de cerca de 9865 anos cal AP (SD2) e o de 6913-6558 anos cal AP (SD1 e SD3) foram identificados como mais secos, com diminuição da cobertura arbórea e aumento do estresse hídrico. Esses dados foram corroborados por estudos de Chueng (2012), que também identificou um período mais seco em 9700 anos cal AP. As três sequências deposicionais fluviais no Quadrilátero Ferrífero foram divididas em zonas, onde foi possível observar que as mudanças identificadas na cobertura arbórea podem ser ligadas a variações no clima (períodos de maior ou menor umidade), mas também a fatores geomorfológicos. A densidade da cobertura vegetal responde a variações na umidade do ambiente, que podem ser provocadas tanto por diferenças de pluviosidade quanto pela capacidade de retenção de água (textura, topografia), ou pela distância de fontes de água, como lençol freático ou canais fluviais (SEIXAS, 2015). Além disso, estudos realizados por Barros (2011) e Ávila (2009), na Depressão de Gouveia, MG, confirmaram os processos de remobilização dos sedimentos e remodelamento da vertente através da dinâmica geomorfológica observados nesta pesquisa. A configuração atual dos solos sugere intensificação dos processos erosivos provocados por reajustamento da rede de drenagem e processos pedogenéticos implicando no rejuvenescimento dos solos. Os processos geoquímicos atuariam através do intemperismo diferencial resultando em espessos mantos de alteração sobre os quais os processos erosivos atuaram remobilizando os materiais e remodelando as vertentes. Os tipos de fitólitos observados no Quadrilátero Ferrífero e na região do Espinhaço Meridional foram demonstrados na figura 2, abaixo:

Figura 1

Localização das Áreas de Estudo (Fonte: Silva, 2017)

Figura 2

Fitólitos observados no Quadrilátero Ferrífero e no Espinhaço Meridional

Tabela 1

Resultados de fitólitos, isotópicos, carbono orgânico e datação 14C-AMS das áreas estudadas

Tabela 1 continuação

Resultados de fitólitos, isotópicos, carbono orgânico e datação 14C-AMS das áreas estudadas

Considerações Finais

No Espinhaço Meridional, os resultados sugeriram uma série de hipóteses frente aos processos geomorfológicos e das condições climáticas que levaram à formação das sequências alúvio-coluviais na região. No Quadrilátero Ferrífero, os resultados obtidos pela reconstituição da vegetação registraram períodos mais ou menos úmidos, que contribuíram para o conhecimento das condições paleoambientais que influenciaram os processos geomorfológicos operantes nas sequências deposicionais fluviais estudadas. Todas essas pesquisas que utilizaram fitólitos e isótopos de carbono demostraram que os fatores geomorfológicos associados a pesquisas de reconstituição paleobioclimática, que identificam variações de vegetação, podem inferir mudanças nos ambientes. Ambientes ora mais úmidos e ora mais secos podem ser influenciados tanto por diferenças de pluviosidade quanto pela capacidade de retenção de água (textura, topografia, litologia), pela distância de fontes de água, como lençol freático ou canais fluviais, ou ainda por processos erosivos e de dinâmica geomorfológica inter- relacionados. Os estudos apresentaram algumas limitações, como a escassez de morfotipos de fitólitos mais frágeis e dificilmente preservados em ambientes onde os processos de alteração são intensos. Apesar disso, a análise fitolítica associada à Geomorfologia se mostrou bastante eficaz na compreensão da evolução da paisagem e de mudanças ambientais, principalmente se associada a outros indicadores (análise multiproxy).

Agradecimentos

À CAPES, pela concessão da bolsa de mestrado e à FAPEMIG pelo auxílio a pesquisa.

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