Processos supergênicos na distribuição de radônio em paisagens tropicais úmidas

Orientador: André Virmond Lima BittencourtCo-orientadores: Luiz Eduardo Mantovani, João JachicTese (doutorado) - Universidade Federal do ParanáResumo: A principal contribuição desta pesquisa é a apresentação do conhecimento que possibilita a seleção de áreas com diferentes intensidades de fluxos de radônio (222Rn e 220Rn) em paisagens tropicais úmidas com espessas coberturas residuais. Objetivando determinar os controles dos processos radioativos de geração, emanação, migração e exalação de Rn, e estabelecer uma metodologia de estudo que permita elaborar modelos previsionais de Rn adaptados ao contexto enfocado, são demonstradas e analisadas as principais relações entre os processos radioativos mencionados e os elementos morfológicos e dinâmicos das paisagens, verificando-se como tais inter-relações afetam a exalação de Rn. Para tanto avaliou-se o papel dos processos supergênicos, atuantes sobre rochas graníticas com teores normais e homogeneamente distribuídos de U e Th (Ra), durante os tempos geológico e pedológico, na evolução das vertentes de uma unidade de drenagem e conseqüente redistribuição dos radionuclídeos, numa visão multidisciplinar, tridimensional e sistêmica. Foram utilizados inúmeros dados, informações e conceitos, com destaque para os conceitos de sistema pedológico de transformação e de geoquímica de paisagens, consubstanciados por outros da física e geologia nucleares, e pela aplicação das razões Th/U e Us/Ut, além de elementos hidrogeológicos e climatológicos do macroambiente. Os processos supergênicos configuram as vertentes nas paisagens eluvial, transeluvial, supraqual e aqual, caracterizadas por diferentes geoformas, tipos e espessuras de solos residuais e permoporosidades. A cada paisagem se associam diferentes concentrações e fases hospedeiras dos radionuclídeos U e Th (Ra), bem como regimes hídricos específicos do aqüífero freático por porosidade secundária. No contexto investigado, o sistema de transformação Latossolo-Solo Podzólico encerra uma segunda geração pedogenética de radioanomalias, decorrente da podzolização dos Latossolos, mais intensas e com maior proporção de U adsorvido, além de alterar a distribuição das permoporosidades dos solos existentes, conformando um subsistema aqüífero freático suspenso na paisagem transeluvial. Na paisagem eluvial, as principais anomalias de U e Th (Ra) estão situadas no topo do horizonte B latossólico, e são devidas à acumulação relativa de minerais resistatos, U e compostos insolúveis de Th fixados por oxihidróxidos de Fe e Al e argilas. Na paisagem transeluvial, no topo do horizonte B textural dos Solos Podzólicos, as radioanomalias são em parte relativas e em parte absolutas. Na paisagem supraqual são essencialmente absolutas e uraníferas, com U adsorvido às fases argilo-orgânicas dos horizontes AO e A1 dos Solos Hidromórficos em duas etapas principais. A primeira, de maior duração e mais antiga que 1 Ma, ocorreu durante a latolização. A segunda, mais jovem e afetando espaços geográficos mais limitados, durante a podzolização dos Latossolos, entre 100.000 e 500.000 anos. Assim, com base nas intensidades das radioanomalias e forma de hospedagem do U e Th (Ra), nas permoporosidades dos solos, e suas relações espaciais com o sistema freático e respectivos regimes de umidade, as possibilidades de maiores taxas de exalação de Rn, principalmente Rn, são nas paisagens supraqual e transeluvial. Exceções podem ocorrer em áreas adjacentes à atual rede de drenagem, na paisagem supraqual, onde o 238U mais jovem que 1 Ma condiciona desequilíbrio radioativo significativo, com impacto negativo na geração de Rn. Na paisagem eluvial, a despeito da existência de intensas anomalias gama, devido ao acúmulo de resistatos com U e Th e compostos de Th, os fluxos de Rn são menos significativos, caracterizados pelo 220Rn. Finalmente, a abordagem utilizada possibilitou uma avaliação das condicionantes da exalação de Rn nas paisagens. Com base no estudo da distribuição espacial da cobertura residual, enfatizando os sistemas pedológicos de transformação e a cronologia relativa dos diferentes processos que atuaram nas vertentes, a geoquímica de paisagens e outros conceitos importantes, foi possível estabelecer modelos previsionais de Rn em escalas compatíveis com as dimensões de pequenos núcleos habitacionais ou mesmo de residências unitárias. Isto é particularmente válido para paisagens sobre granitos com relevo moderado, em regiões quentes e úmidas com florestas, em que se verifica a associação entre Latossolos, Solos Podzólicos e Solos Hidromórficos. Por isso, sugere-se estudos em contextos climáticos de transição e embasados por diferentes litologias. Também, sugere-se testes comparativos com modelos baseados em dados gamaespectrométricos, em que não seja considerada a redistribuição dos radionuclídeos gama-emissores durante a alteração supergênica. Palavras-chave: Distribuição de Radônio; Paisagens; Processos Supergênicos; Sistema de Transformação Latossolo - Solo PodzólicoAbstract: The main contribution of this research is the knowledge acquired which allows for the selection of areas with different intensities of Rn fluxes in humid tropical landscapes covered by thick residual soil profiles. Studies were carried out to determine the Controls of the radioactive processes of Rn generation, emanation, migration and exhalation and to come out with an approach that permits the elaboration of predictable models of Rn adapted to the context in focus. The main relationships concerning the radioactive processes and the morpho-dynamic landscape elements and their effect on the exhalation of Rn were analyzed. The weathering processes have a major role on granitic rocks with U and Th ( Ra ) normal concentration and distribution during geological and pedological times, on a drainage unit slope evolution and consequent redistribution of radionuclides. This role was examined considering a multidisciplinary, tridimensional and systemic viewpoint. Several data and concepts were used, mainly the pedological systems of transformation and landscape geochemistry, supported by others pertaining to nuclear physics, Th/U and Us/Ut ratios, besides hydrogeological and climatic elements of the macroambient. The weathering processes on slopes promote differentiation into the eluvial, transeluvial and superaqual and aqual landscapes, characterized by different geoforms, residual soil types and thicknesses, permeabilíties and water regimes of phreatic aquifer, and by different U and Th ( Ra ) concentrations and host phases. In the focused context, the Latosol-Podzolic transformation system includes a secondary pedogenetic generation of radioanomalies, more intenses and with a higher proportion of adsorbed U, due to the Latosol podzolization, and with the characteristic of altering the water regime of phreatic aquifer by changing the permeability of soils and increasing versant slope, resulting in a perched phreatic aquifer subsystem in the transeluvial landscape. In the eluvial landscape, the main anomalies of U and Th ( Ra ) are located on the top of latosolic B horizon, and are caused by the relative accumulation of resistate minerais, U and Th insoluble compounds, fixed by Fe and Al oxyhydroxides and clays. In the transeluvial landscape, on the top of the textural B horizon of Podzolic Soils, the radioanomalies are partially relative and partially absolute. In the superaqual landscape, the anomalies are mainly absolute and uraniferous, with U fixed by the adsorption on argillaceous and organic phases of AO and A1 horizons of Hydromorphic Soils, during two principal stages. The first one, longer and older than 1 My happened during the latolization. The second, younger and acting over more limited geographic areas, happened during the Latosol podzolization, approximately between 100,000 and 500,000 years. Consequently, the possibilities of encountering the highest rates of Rn exhalation, mainly 222Rn, are in superaqual and transeluvial landscapes. This conclusion was reached by considering the intensity of radioanomalies and the type of host phases of U and Th ( Ra ), the soil permeability and its spatial relationships with the phreatic system and water regimes. Exceptions may occur in areas adjacent to the present drainage system, in the superaqual landscape, where the 238U younger than 1 My presents a significant radioactive disequilibrium, with a negative impact on Rn generation. In the eluvial landscape, despite the existence of intense gamma anomalies, caused by the accumulation of resistates with U and Th and Th compounds, the fluxes of Rn are less significant, characterized by 220Rn. Finally, the approach chosen allowed to evaluate the circumstances in which Rn exhalation takes place in the landscapes. Based on the studies about the spatial distribution of residual cover, with emphasis on pedologic transformation systems and the relative chronology of different processes that acted on slopes, the geochemistry of landscapes and other important concepts, it was possible to establish Rn previsional models in scales compatible with small dwelling centers or even single houses. This is specially valid about landscapes over granitic rocks with moderate relief, in hot and humid regions covered by forests, where the association between Latosol - Podzolic and Hydromorphic soils takes place. For this reason, studies in transitory climatic contexts with different rocks are suggested. Moreover, comparative tests with models based on gammaspectrometric data, disregarding the redistribution of gammaemitters radionuclides during supergenic alterations are suggested. Key-words: Radon Distribution; Landscapes; Supergenic Processes; Latosol - Podzolic Transformation Syste