Thermodecomposition, organic matter carbonization silicification studies and silica bodies in terrestrial ecosystems in Brazil and Antarctica

A matéria orgânica (MO) é altamente heterogênea e consiste de diversos componentes, desde açucares mineralizáveis até compostos alifáticos recalcitrantes. O tempo médio de residência (TMR) do C desses compostos varia desde alguns minutos até milhares de anos. Esta variação se deve em parte ao mineral de argila dominante no solo, promovendo interações e dinâmica diferenciada entre MOS e mineral. As adições de matéria orgânica (MO) ocorrem via síntese de compostos orgânicos através de fotossíntese, cuja quantidade adicionada depende de condições edáficas e climáticas. Por outro lado as perdas na forma de CO2, dependem de processos físico-químico e biológicos que regem o ciclo do carbono nos solos. Há poucos estudos abrangentes sobre o efeito de variações de temperatura na decomposição da MO em solos, embora tais estudos possam subsidiar a melhor compreensão da natureza da MO nos sistemas naturais, muitos dos quais são submetidos à queimas naturais ou antrópicas. Os solos selecionados para este estudo (n=11) são oriundos de diferentes ecossistemas, aqui justificados pela riqueza de particularidades desses ambientes e da matéria orgânica do solo que se origina pelas mais diferentes rotas de humificação. O presente trabalho teve os seguintes objetivos: a) compreender como a matéria orgânica se comporta após tratamentos térmicos e de que forma sua manutenção pode ser influenciada pelas características químicas, físicas e mineralógicas dos solos estudados; b) caracterizar química e mineralogicamente formas de carbono fossilizados, no caso específico, fragmentos de madeira petrificada coletados da Antártica; c) Identificar os corpos silicosos (fitólitos) em horizontes superficiais de solos provenientes de diferentes ecossistemas terrestres. A estabilidade da MO com base nas curvas termogravimétricas indicou que Latossolos argilosos possuem formas de carbono orgânico comparativamente mais estáveis. A termodecomposição indicou valores decrescentes de MO no sentido Caratinga-Berilo-Crato, seguindo a um gradiente decrescente de latitude, do Sudeste para o Nordeste. O aumento do teor de fibras nos Organossolos aumentou a resistência a termodecomposição. A forma de carbono mineral nos fragmentos de madeira fossilizada é grafite. Além do grafite, a matriz mineral no material petrificado é constituída por sílica na forma de quartzo e por um outro mineral ou minerais, pouco cristalinos, que possuem relativa abundância em Fe, Al e Mg, não detectáveis pelo difratograma de raios X. Há uma natural variedade de formas e abundância de fitólitos nos solos estudados, quais sejam: bastonetes de tamanhos variados, buliforme, cela, halteres e formas retangulares, sendo bastonete e buliforme as formas mais abundantes. Os corpos silicosos foram bem mais abundantes e diversificados no único solo desenvolvido de quartzito, naturalmente rico em sílica, sendo a vegetação acumuladora neste elemento.Soil organic matter (SOM) is highly heterogeneous in composition, which consists of components as different from each other as labile carbohydrates and recalcitrant aliphatic compounds. Mean residence time (MRT) of the various compounds comprising soil organic matter may range from a few minutes to thousands of years. This wide range is partly due to the soil predominant clay mineral type, which may influence SOM dynamics and interaction with the mineral fraction. Soil organic matter building occur through the synthesis of organic compounds in photosynthesis and depends on soil and climatic conditions. The loss of SOM as CO2 depends on physical, chemical and biological processes which control soil carbon cycle. There are scarce studies on the effects of temperature variation on soil organic matter decomposition, although such studies would provide a better understanding of OM nature in natural systems, including those which undergo natural or man-made fires. The soil samples (n=11) selected for this study are representative of different ecosystems, and were chosen because of the ecological peculiarities of each area as well as because of the varying humification pathways which take place in those areas. The aims of this work were: a) to understand how soil organic matters behaves after heat treatments and how its stability is influenced by soil chemical, physical and mineralogical characteristics; b) proceed the chemical and mineralogical characterization fossilized carbon in petrified wood fragments from Antarctica; c) identify silica phytoliths in superficial horizons of soils from different terrestrial ecosystems. OM stability based on thermogravimetric data showed that clayey Latosols possess the most stable carbon forms. Thermodecomposition showed decreasing OM values towards Caratinga-Berilo-Crato, which follows a decreasin latitude gradient, from Southeast to Northeast. Fiber content increase in Organosols enhanced thermodecomposition resistence. The mineral carbon polymorph in fossilized wood fragments in graphite. Besides graphite, mineral matrix of the petrified material is constituted by quartz by other mineral or minerals, poorly crystalline, which are relatively rich in Fe, Al, and MG and not detected by X-ray crystallography. There occurs a natural abundance in phytoliths and phytolith morphotypes in studied soils: variously sized rods, saddles, fan-shaped, dumbells and rectangular shapes, with rods and fans the most abundant. Silica bodies were more abundant and diversified in the only soil developed on quartzite, naturally rich in silica and with a vegetation which accumulates silicon.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic