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Title: Hidrogeoquímica fluvial de área montanhosa granítica-gnáissica florestada: subsídio a compreensão do processo de intemperismo na Serra dos Órgãos, RJ
Authors: Guimarães, Vanessa Lemos de Oliveira
metadata.dc.contributor.advisor: Silveira, Carla Semiramis
metadata.dc.contributor.advisorco: Souza, Patrícia Alexandre de
metadata.dc.contributor.members: Gomes, Olga Venimar de Oliveira
Mello, William Zamboni de
Issue Date: 2018
Abstract: Os processos intempéricos são fortemente influenciados pela natureza dos minerais primários (susceptibilidade à alteração), pelo clima, pelo relevo, pelo tempo geológico e pela ação de organismos. Na escala de bacia de drenagem, a descarga fluvial de elementos químicos dissolvidos se correlaciona com as taxas de intemperismo químico das rochas da bacia. O objetivo deste trabalho foi relacionar a hidrogeoquímica fluvial de três cabeceiras hidrográficas florestadas (Floresta Atlântica montanhosa tropical), localizadas na Serra dos Órgãos e sem influência antrópica direta, com as fontes geológicas (granitos e gnaisses da Faixa Ribeira). As cabeceiras de drenagem do alto curso do rio Santo Antônio (RSA; 250 ha), na vertente continental, e dos rios Paquequer (RPQ; 180 ha) e Beija-Flor (RBF; 357 ha), na vertente oceânica da Serra, fazem parte da Bacia Hidrográfica do rio Piabanha, na Região Serrana do Estado do Rio de Janeiro. As amostras de águas fluviais (42 no total, sendo 15 em duplicatas) foram coletadas, mensalmente, durante o período de janeiro a setembro de 2015 para a determinação de Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Mn, Rb, Sr e Ba por ICP-MS e ICP-OES. Além disso, foram determinadas as vazões instantâneas dos rios e medidos, in situ, condutividade elétrica, pH e temperatura. O topo do solo mineral (10 cm abaixo da serrapilheira) foi coletado, em julho de 2014, nas cabeceiras dos três rios, totalizando 8 amostras compostas em duplicata para a determinação da composição química (FRX portátil) e mineralógica (DRX). Os resultados de hidrogeoquímica fluvial indicaram que o Si se mostrou o elemento mais abundante em todos os rios (89 a 218 μmol L-1), seguido de Na (38 a 88 μmol L-1) e Ca (9 a 23 μmol L-1). As cabeceiras dos RPQ e RBF apresentaram, respectivamente, diferenças nas concentrações médias de Sr (5x10-2 e 2x10-1 μmol L-1) e Ba (3x10-2 e 6x10-2 μmol L-1), fato atribuído à composição dos feldspatos mais cálcicos na cabeceira do RBF. Nos diagramas de equilíbrio de fases dissolvidas, a formação de gibbsita no RPQ e o estágio inicial de transição da composição química das águas fluviais do RBF de caulinita para gibbsita sugerem intemperismo mais intenso ou em estágio mais avançado desse processo nos rios da vertente oceânica. Nas amostras de solo, os resultados químicos e mineralógicos mostraram que a concentração média de Ca, presente essencialmente na composição do plagioclásio, foi proporcional à abundância desse mineral, sendo mais significativa na cabeceira do RBF (273 μmol g-1 de Ca e 17% de plagioclásio), que possui maior declividade média e solos mais rasos, do que nas cabeceiras dos RSA (13 μmol g-1 de Ca e 0,83% de plagioclásio) e RPQ (7,2 μmol g-1 de Ca e 0,95% de plagioclásio). O Si, constituinte essencial na formação dos minerais silicáticos, foi o mais abundante nos solos das três cabeceiras estudadas (6,06x10-3 mol g-1 no RSA, 3,53x10-3 mol g-1 no RPQ e 6,11x10-3 mol g-1 no RBF). Sugere-se que o Fe seja o constituinte dominante do material amorfo, muito comum nos solos. A hidrogeoquímica fluvial é marcada, predominantemente, pelo intemperismo de plagioclásio, seguido de hornblenda e biotita e, por fim, de k-feldspato (microclina). Secundariamente, a interação da deposição atmosférica com a vegetação por meio de K e Ca também contribui com a hidrogeoquímica das águas fluviais. Vale ressaltar que o principal fator controlador da ação intempérica na região estudada é o clima, que está associado à precipitação e temperatura, regulando o tipo e a velocidade das reações químicas. A hidrogeoquímica fluvial assim como a geoquímica e a mineralogia dos solos das cabeceiras dos RSA, RPQ e RBF refletiram a composição dos granitos e gnaisses, litologias representativas do sudeste brasileiro.
metadata.dc.description.abstractother: to alteration), by the climate, by the relief, by the geological time and by the organisms action. In the drainage basin scale, fluvial discharge of dissolved chemical elements correlates with rocks’ chemical weathering rates of the basin. The aim of this work was to make a relationship between the chemical composition of three forested river springheads (Tropical Mountainous Atlantic Forest), located in the Serra dos Órgãos and without direct anthropogenic influence, and geological sources (granite and gneiss rocks of the Ribeira Belt). The springheads of Santo Antônio river (SAR; 250 ha), at the continental slope, and the springheads of Paquequer (PQR; 180 ha) and Beija-Flor rivers (BFR; 357 ha), at the oceanic slope of the Serra, are part of the Piabanha River Basin, situated at the Serrana Region of Rio de Janeiro State. Fluvial water samples (42 in total, of which 15 in duplicates) were collected monthly from January to September of 2015 for the determination of Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Mn, Rb, Sr and Ba by ICP-MS and ICP-OES. In addition, on the field, instantaneous discharges were measured at the three rivers and also electrical conductivity, pH and temperature. A sampling campaign of the upper part of the mineral soil (10 cm below the forest litter) was carried out in July 2014 at the springheads of the studied rivers, totalizing 8 duplicate samples to determinate chemical (portable XRF) and mineralogical (XRD) composition. Fluvial hydrogeochemistry results indicated that Si was the most abundant element in all rivers (89 to 218 μmol L-1), followed by Na (38 to 88 μmol L-1) and Ca (9 to 23 μmol L-1). PQR and BFR springheads showed, respectively, differences related to the mean concentrations of Sr (5x10-2 and 2x10-1 μmol L-1) and Ba (3x10-2 and 6x10-2 μmol L-1), a fact attributed to the composition of more calcium-rich feldspars at BFR springhead. In equilibrium diagrams of dissolved phases, gibbsite formation in PQR and the beginning transition stage of BFR waters chemical composition from kaolinite to gibbsite suggest intense weathering or in more advanced stage of this process at the rivers located in the oceanic slope. Chemical and mineralogical results from the soil samples showed that the mean concentration of Ca, present mainly in the composition of plagioclase, was proportional to the abundance of this mineral especially at BFR springhead (273 μmol g-1 of Ca and 17% of plagioclase), which has the highest mean slope and shallowest soil layers, than in SAR springhead (13 μmol g-1 of Ca and 0,83% of plagioclase) and PQR springhead (7,2 μmol g-1 of Ca and 0,95% of plagioclase). Si, an essential constituent for silicate minerals formation, proved to be the most abundant element in the soils of all springheads (6,06x10-3 mol g-1 in SAR, 3,53x10-3 mol g-1 in PQR and 6,11x10-3 mol g-1 in BFR). It is suggested that Fe is the dominant constituent of the amorphous material, very common in the soils. Fluvial hydrogeochemistry is characterized, predominantly, by plagioclase weathering, then by hornblende and biotite weathering and, finally, by k-feldspar (microcline) weathering. Secondarily, the interaction between the atmospheric input and the vegetation through K and Ca also contributes to the hydrogeochemistry of fluvial waters. It is important to mention that the main weathering controlling factor in the study area is the climate, which is associated with precipitation and temperature, both responsible for regulating the type and speed of chemical reactions. Fluvial hydrogeochemistry and also the geochemistry and mineralogy of the springheads soils of SAR, PQR and BFR reflected the composition of granites and gneisses, representative lithologies of Southeastern Brazil
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/7183
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