Rare earth elements geochemistry in soil of Cabo Basin, northeastern Brazil

A Geoquímica estuda a distribuição dos elementos químicos na Terra. Os Elementos Terras Raras (ETR) são o grupo 3B da tabela periódica, composto pelos lantanídeos, Y e Sc, que se assemelham quanto às suas propriedades (químicas, magnéticas e de flourescência). Os ETR são estratégicos devido à especificidade de suas aplicações. A contínua expansão dos setores agrícola e indústrial torna necessário o monitoramento da qualidade ambiental de solos. Logo, conhecer os teores naturais de ETR é fundamental. Alguns estudos de determinação de ETR em nível nacional foram desenvolvidos. No entanto, poucos objetivando determinar teores naturais de ETR em condições geopedológicas distintas e quantificar adições de ETR em solos agrícolas. Nesse sentido, este estudo fornece novas informações sobre o efeito de uma litossequência vulcano-sedimentar cretácea do Nordeste do Brasil na pedogênese, mineralogia e geoquímica de ETR em solos; e sobre o efeito do cultivo da cana-de-açúcar, desde 1930, com uso de insumos agrícolas, na adição de ETR no solo. Os teores de ETR foram determinadas por ICP-OES após extração total. Foram obtidas altas recuperações para os ETR. Os resultados de ETR foram analisados utilizando padrões de fracionamento, anomalias e assinatura geoquímica. Análises petrográficas e por MEV-EDS foram realizadas nos materiais de origem dos solos (ignimbrito, riolito, conglomerado, traquiandesito e basalto). Propriedades dos solos foram analisadas para auxiliar na interpretação do comportamento dos ETR nos solos. Apesar do forte intemperismo químico, solos desenvolvidos de distintas litologias da Bacia Cabo apresentaram diferentes assinaturas geoquímicas e mineralógicas de ETR. A concentração de ETR na litossequência decresceu na seguinte ordem: riolito > traquiandesito > ignimbrito > basalto. O conteúdo total de ETR nos solos reduziu de acordo com os seus respectivos materiais de origem na ordem: traquiandesito> basalto> riolito> conglomerado> ignimbrito. Os minerais feldspato, zircão, ilmenita e biotita são as principais fases cristalinas fonte de ETR nos solos da Bacia Cabo, além da apatita no ignimbrito e traquiandesito. Esses resultados evidenciam as propriedades conservativas dos ETR na Bacia Cabo. Na avaliação da interferência antrópica em solo agrícola originado de riolito, quase todos os ETR apresentaram enriquecimento. Os maiores enriquecimentos no solo agrícola foram dos elementos Sm, Pr, Nd, Gd, La, Yb e Lu. Os ETRP apresentam correlação positiva forte com o fósforo do solo. O teor mais elevado de ETR no horizonte Ap, assim como a ausência de enriquecimento de ETR no solo da área preservada, evidenciam a entrada de ETR na Bacia Cabo decorrente da atividade agrícola. Os resultados deste trabalho fornecem dados inéditos de teores naturais de ETR por horizonte pedogenético, utilizando uma litossequência de solos na Bacia Cabo, bem como da avaliação de adições de ETR em solo agrícola no Nordeste do Brasil. Esses resultados demonstram o complexo controle interativo da composição do material de origem e das propriedades do solo na geoquímica de ETR em solos de uma litossequência vulcano-sedimentar Cretácea do Nordeste do Brasil e são importantes para prever e evitar impactos futuros, evidenciando a necessidade urgente de desenvolver legislações específicas no Brasil quanto aos limites de ETR em solos.Geochemistry studies the distribution of chemical elements on Earth. The rare earth elements (REE) are Group 3B of the periodic table consisting of the lanthanides, Y and Sc, which are similar as to their properties (chemical, magnetic and flourescência). The REE are strategic due to the specificity of their applications. The continuous expansion of the agricultural and industrial sectors makes it necessary to monitor the environmental quality of soils. Therefore, know the natural levels of REE are essential to assess human impacts on the environment, and its extension. Some studies of determination of REE at the national level were developed. However, few are aimed at determining the natural levels of REE under well-defined geopedological conditions and quantifying additions of REE in agricultural soils. Thus, this study provides new information about the effect of a volcano-sedimentary lithosequence Cretaceous of northeastern Brazil in pedogenesis, mineralogy and geochemistry of REE in soils; and provides information on the effect of sugarcane crops, since 1930, with intense use of agricultural inputs, in the edition of REE in soils originated from rhyolite in the same basin. REE concentrations were determined by ICP-OES, after total extraction (USEPA 3052). In general, high recovery percentages were obtained for the REE. The REE results were analyzed using patterns of fractionation, anomalies and geochemical signature. Petrographic and MEV-EDS analyzes were performed on soil parental materials (ignimbrito, rhyolite, conglomerate, traquiandesite and basalt). Soil properties were analyzed to assist in the interpretation of the behavior of soils REE. The results showed that despite the strong chemical weathering, developed distinct lithologies soils of the Cape Basin showed different geochemical and mineralogical signatures of REE in soils. The concentration of REE in the lithosequence decreased in the following order: rhyolite> traquiandesite> ignimbrito> basalt. The total content of REE in soils was reduced according to their respective source materials in the order: traquiandesitoito> basalt> rhyolite> conglomerate> ignimbrito. Minerals feldspar, zircon, ilmenite and biotite are the main source of crystalline phases REE in the Cabo Basin soils, as well as apatite in ignimbrite and traquiandesito. These results evidenced the conservative properties of the ETR in the Cabo Basin. In the assessment of the anthropogenic impact on agricultural soil originated rhyolite, it was observed that almost all REE showed enrichment. The greatest enrichments in the agricultural soil were the elements Sm, Pr, Nd, Gd, La, Yb and Lu. The HREE present strong positive correlation with phosphorus. The higher REE content in the Ap horizon of the agricultural soil, as well as the lack of REE enrichment in the soil of the preserved area, evidences that the entrance of REE in the Cabo Basin is occurring due to the agricultural activity of the region. The results of this work provide unpublished data of natural levels of REE by pedogenetic horizon, using a lithosequence of soils in the Cabo Basin, as well as a study of the evaluation of REE additions through agricultural inputs in agricultural soil, Northeast Brazil. These results demonstrate the complex interactive control of the parental material composition and soil properties in geochemical REE in soils of a volcano-sedimentary lithosequence Cretaceous of Northeastern Brazil and are important to predict and prevent future impacts of REE accumulation by agricultural activity in this region, evidencing the urgent need to develop specific legislation in Brazil regarding the limits of REE in soils

Caracterização de Espodossolos dos Estados da Paraíba e do Pernambuco, Nordeste do Brasil

Estudos com Espodossolos de ambientes tropicais de tabuleiros costeiros ainda são escassos. Este trabalho visou caracterizar perfis desses solos, tanto nos tabuleiros como em uma restinga nos Estados da Paraíba e do Pernambuco, Nordeste do Brasil. O estudo foi realizado com 14 perfis, inseridos em relevo predominantemente plano e sob cultivo de cana-de-açúcar, em que foram realizadas análises físicas, químicas e mineralógicas. Com relação às condições de drenagem, a maioria dos perfis foi definida como moderada a imperfeitamente drenada, com o lençol freático presente a uma profundidade de 182, 85 e 74 cm, em três deles. A textura evidenciou-se predominantemente arenosa, com variações entre areia, areia-franca e franco-arenosa, sempre com valores da fração argila inferiores a 130 g kg-1. Com relação às propriedades químicas, observaram-se acidez elevada, baixa saturação por bases, baixa CTC e alta saturação por Al3+. Alguns horizontes com cores nos matizes 10YR e 7,5YR, com valores entre 5 e 7 e cromas de 2 a 8 classificados como Bs, apresentaram teores de matéria orgânica mais altos que alguns horizontes classificados como Bhs, demonstrando a insuficiência do critério da cor para identificação desses horizontes cimentados. A mineralogia dos solos apresentou predominância de caulinita e quartzo na fração argila, com pequena representação de ilita, gibbsita, feldspato e anatásio. Nos tabuleiros, além desses minerais, também ocorreu a goethita. Na fração silte, verificou-se a predominância de quartzo e caulinita em todos os solos e, em menor expressão, anatásio, feldspato, goethita e gibbsita. Na fração areia, houve predominância do quartzo em todos os perfis, com traços de feldspato

Weathering of Rhyolites and Soil Formation in an Atlantic Forest Fragment in Northeastern Brazil

ABSTRACT Weathering and pedogenesis have been studied for a wide range of rocks and climates around the world. However, the eruption of rhyolitic magmas is a rare geological event, which leads to few studies associated with the rhyolite-soil-landscape relationship. In this context, this study evaluated the influence of rhyolite weathering on the properties of soils along a slope in an Atlantic Forest environment in the state of Pernambuco, northeastern Brazil. Four weathering profiles derived from rhyolites were classified and sampled for chemical, physical, mineralogical, micromorphological, differential thermal, and thermogravimetric analyses. The chemical properties reflect the original rock rich in felsic minerals, poor in bases, and the types of clay minerals. The clay fraction of the profiles consists mainly of 1:1 phyllosilicates and oxides, indicating intermediate weathering. However, variations in the degree of structure weathering were evidenced by the presence of partially preserved fragments of the original rock in the sand fraction of the soils. The tropical humid climate of the region influenced conversion of hematite to goethite through the xanthization process, and the subsurface drainage deficiency allowed the formation of halloysite in the lowest position of the landscape. Because it is an acid rock with an aphanitic texture and porphyritic relative size of crystals, rhyolite weathering resulted in the formation of dystrophic soils, with predominance of quartz in the silt fraction. From the top to the lower third of the slope, a Haplic Cambisol, an Abruptic Lixisol, and two Haplic Lixisols were formed