Genesis and geochemistry of soils within a karstic area in the cerrado region of Planaltina de Goiás

O presente trabalho teve por objetivo investigar a origem de solos desenvolvidos em uma topossequência inserida em um ambiente cárstico no Cerrado, em especial de um Latossolo Vermelho desenvolvido sobre o calcário, frente às hipóteses de autoctonia e aloctonia de solos desenvolvidos sobre rochas carbonáticas. O contexto geomorfológico pode ser definido como uma depressão cárstica intraplanáltica, formada sobre unidade pelito-carbonatada relacionada ao Grupo Paranoá. A topossequência compreende um pequeno remanescente da superfície de aplainamento Sul-Americana, na forma de chapada embutida na depressão. A descrição morfológica dos solos, a caracterização química e mineralógica dos solos e potenciais materiais de origem, assim como a análise do contexto em que a topossequência está inserida, serviram de base para este estudo. As análises químicas compreenderam análises de dissolução seletiva, como ataque sulfúrico e extrações com citrato-ditionito e oxalato ácido de amônio, e também foi realizada a análise total, na qual foi determinada a composição de elementos maiores e um grande número de elementos-traço, para as amostras de solos e seus potenciais materiais de origem. Adicionalmente, foi analisada a distribuição de Elementos Terras Raras (ETRs) e feito um estudo da sistemática isotópica Sm-Nd e razões 87Sr/86Sr nas amostras de solos, saprolitos e rochas, com o intuito de melhor discriminar a contribuição dos diferentes materiais de origem presentes na área, aos solos da topossequência. As concentrações de ETRs das amostras foram normalizadas para o PAAS. Aos dados originados da sistemática isotópica Sm-Nd, e da determinação das razões 87Sr/86Sr, foi aplicada a abordagem de modelos de mistura. Foram construídos modelos de misturas binárias, baseados nas razões isotópicas determinadas (87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd e 147Sm/144Nd) e nas concentrações de Sm e Nd. A descrição dos perfis de solos, aliada à caracterização química e mineralógica, evidenciam que o material pelítico relacionado ao Grupo Paranoá aflora ainda na vertente da chapada, exercendo influência sobre os solos da topossequência. Este material se situa imediatamente abaixo da cobertura detrítico-laterítica e é a causa do aumento em profundidade da razão Ct/(Ct+Gb) nos perfis situados no terço-superior e médio da vertente, além de explicar o fato de a maior parte dos solos analisados serem mais cauliníticos. Estas análises também indicaram a ausência de carbonatos nos solos situados sobre o calcário. Há evidências químicas e morfológicas da ocorrência de distintos ciclos de deposição de materiais e de pedogênese na topossequência estudada. Estas evidências indicam que a maior parte destes solos tem origem a partir de depósitos coluviais de materiais pré-intemperizados, especialmente os solos desenvolvidos sobre o calcário. Os padrões de distribuição de Elementos Terras Raras (ETRs) dos solos demonstram uma gradação entre o padrão apresentado pelo material de cobertura e o padrão do saprolito de rocha metapelítica. Os padrões de distribuição de ETRs nos calcários calcítico e dolomítico são distintos das demais amostras, além dos teores de ETRs serem extremamente baixos, não podendo responder pelos teores encontrados nos solos. As análises da distribuição de ETRs, das razões isotópicas e a construção de alguns modelos de misturas, especialmente aquele baseado nas concentrações de Sm e Nd das amostras, permitiram definir como materiais de origem dos solos da topossequência: 1) o material relacionado à cobertura detrítico-laterítica, e 2) o saprolito das rochas metapelíticas do Grupo Paranoá. Evidenciaram, ainda, que o calcário não contribui para as fases minerais dos solos, sendo este um componente que exerce influência somente sobre suas fases solúveis, devido à sua elevada taxa de dissolução, afetando características como a soma de bases e o pH. Concluiu-se que os solos, em sua maior parte, são desenvolvidos a partir de depósitos pré-intemperizados, originados dos dois materiais mencionados acima. Conseqüentemente, o Latossolo Vermelho sobre o calcário apresenta uma origem para-autóctone, uma vez que se desenvolveu a partir de materiais pré-intemperizados, transportados a curta distância. Constatou-se que as razões isotópicas, nos estudos com perfis de intemperismo, são mais adequadas como traçadores das fases minerais mais solúveis, podendo servir como uma ferramenta para estimar a taxa de dissolução relativa dos minerais. Já a análise da distribuição de ETRs se mostrou bastante útil ao estabelecimento de relações entre os solos e os potenciais materiais de origem, tanto pela análise do padrão de distribuição de toda a série, como pela construção de modelos de mistura baseados em suas concentrações. Foi proposto um modelo para a evolução da topossequência estudada, compreendendo quatro fases distintas. A fase inicial corresponderia a um ambiente lacustre, formado sobre a unidade pelito-carbonatada do Grupo Paranoá. Com o avanço do ciclo cárstico, teria ocorrido a regressão dos lagos e formação das lentes de calcário calcítico e, em seguida, de eventuais depósitos argilosos silicáticos sobre o calcário. A terceira etapa compreenderia a erosão das partes mais altas da paisagem, correspondendo às cotas de ocorrência da cobertura detríticolaterítica, com deposição dos colúvios sobre as lentes de calcário e depósitos lacustres argilosos. A última etapa corresponderia a uma segunda fase de erosão, esta correspondendo às cotas de afloramento das rochas metapelíticas do Grupo Paranoá, expostas pelo ciclo de erosão anterior, com a deposição destes colúvios sobre os anteriormente depositados. O LVd situado no topo da chapada, o LVAd no terço superior e o Plintossolo Pétrico Concrecionário seriam os únicos perfis não desenvolvidos destes depósitos. Para os demais perfis estudados, é acreditada uma origem para-autóctone.This work aimed to investigate the origin of soils in a toposequence within a karstic area in the cerrado region, with special interest on a Red Latossol that overlies the limestone, concerning the hypotheses of autocthony or allochthony of soils overlying carbonatic rocks. The geomorphological context of the area can be defined as an intraplanaltic karstic depression, developed on a pelite-carbonatic unit related to Paranoá Group. The toposequence comprises a small remnant from the Sul-Americana surface, in the form of an inlaid plateau in the depressed area. Morphological description of soils, chemical and mineralogical characterization of soils and its potential parent materials, as well as the context analysis in the field, served as a basis for this study. Chemical analyses included selective dissolution methods, as sulphuric acid attack, and extractions with citrate-dithionite and ammonium oxalate. Total analysis was also done for soil samples and potential parent materials, in which major elements and a large number of trace elements were determined. The distribution of Rare Earth Elements was also determined, as well as the Sm-Nd isotopic sistematics and the 87Sr/86Sr ratios of soils, rocks and saprolites, aiming to better discriminate the contribution from the different potential parent materials occurring in the area, to the studied soils. In order to do so, ETRs concentrations were normalized to PAAS, and the approach of binary mixture equations was applied, based on data from Sm-Nd isotopic sistematics and the 87Sr/86Sr ratios of soils, rocks and saprolites. Models based on the determined isotopic ratios (87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd and 147Sm/144Nd) and also on the concentrations of Sm and Nd were built. Description of the profiles, along with chemical and mineralogical analyses, evince that the Paranoá pelitic material emerges on the hillslope and exerts influence upon soils in this toposequence. This pelitic material underlies the Tertiary lateritic cover and causes the in depth increase of the Ct/(Ct+Gb) ratio in soil profiles situated at high and intermediary slope positions. It also explains why most of the studied soils are kaolinitic. Mineralogical analyses also evinced the absence of carbonates in soils overlying limestone. There are chemical and morphological evidences for distinct deposition and pedogenesis cicles within the area. Such evidences indicate that most soils in the toposequence originated from the pedogenesis of pre-weathered materials eroded from higher parts, specially the soils overlying limestone. The Rare Earth Elements distribution patterns of soils show a gradation between the Tertiary lateritic cover pattern and the metapelitic saprolite pattern. The distribution patterns in limestones were distinct from all the other samples and the extremely low concentrations found for these elements could not account for the concentrations found in soils. The analyses of Rare Earth Elements distribution patterns, isotopic ratios distributions, and the application of binary mixing equations, specially the one based on Sm and Nd concentrations, allowed to constrain the following as soil parent materials: 1) the material related to the Tertiary lateritic cover, and 2) the saprolite from metapelitic rocks of the Paranoá Group. They also evinced that the limestone does not contribute to the mineral phases of soils, and only exerts influence upon its soluble phases, due to its higher dissolution rate. It was concluded that most soils in this toposequence developed from pre-weathered deposits, originated from the two parent materials mencioned above. As a consequence, the Red Latossol overlying limestone has a para-autochthonous origin, once it originated from pre-weathered materials transported in a short range. It was found that, in studies with weathering profiles, the isotopic ratios are more adequate as tracers of the more soluble mineral phases, working as a tool for estimating relative dissolution rates among minerals. On the other hand, the analysis of the distribution patterns of the Rare Earth Elements was very useful in establishing relationships between the soils and its potential parent materials, considering both the analysis of the distribution pattern of all the series, as well as through the aproach of binary mixing models based on its concentrations. A model was proposed for the evolution of the studied toposequence, which comprises four distinct phases. The inicial phase would correspond to a lacustrine environment, formed over the pelite-carbonatic unit of the Paranoá Group. Progress on the evolution of the karstic landscape would had led to the lakes regression, causing the deposition of the limestone lenses and, subsequently, of the silicatic clayey deposits over the limestone. The third phase would comprise erosion from the higher parts of this landscape, corresponding to the Tertiary lateritic cover, and deposition of coluvium over the limestone lenses and clayey deposits. The last phase would correspond to a second erosion cicle, now reaching the exposed metapelitic rocks, causing new coluvium deposition over the prior ones. According to this model, profiles P1, located at the hill top, P2, in the high slope, and P4, located in mid slope, are the exceptions, once they have not developed from such pre-weathered deposits. All the other soils show a para-autochthonous origin