Soil of Lions Rump, Maritime Antarctica: Soil formation process, survey, mapping and thermal monitoring of the active layer

Neste contexto, o presente estudo articula-se dentro de uma ampla rede de cooperação científica brasileira para a região Antártica, com foco especial na área conhecida como Lions Rump, localizada na Baía Rei George, na Antartica Marítima. O objetivo do trabalho foi caracterizar os processos de formação de solos da área, suas principais características físicas, químicas, mineralógicas e micromorfológicas, o regime térmico-hídrico, as formações geomorfológicas presentes, finalizando com a classificação e mapeamento dos solos. Para isto a área foi percorrida e vinte e seis perfis de solos foram descritos, amostrados e analisados. Os resultados indicaram que os solos foram formados, principalmente, a partir do intemperismo de rochas basálticas-andesíticas, apresentando a apatita como mineral acessório e elevado background de P. Propriedades químicas do solo, mineralogia e tipo de vegetação foram fortemente influenciadas pela duração da ocupação por pinguins e pela drenagem do solo. As principais formações vegetacionais da área foram determinantes para o regime térmico-hídrico da camada ativa dos solos. Os resultados obtidos permitiram agrupar os solos de Lions Rump em três grupos, em função da influência ornitogênica. Os solos ornitogênicos de pH ácido predominam nas posições da paisagem mais antigas e estáveis, onde a ocupação das aves foi mais duradoura. Apresentam densa cobertura vegetal com plantas superiores, baixo pH e saturação de bases, elevados teores de P, Al+3, carbono orgânico total (COT) e N total. Os solos ornitogênicos de pH neutro, semelhante aos anteriores, apresentam altos teores de P e densa cobertura vegetal, entretanto possuem alta saturação de bases e valores de pH próximos do neutro. Esses estão presentes em áreas recentemente ocupadas pela influência ornitogênica, especialmente nas morainas quaternárias e terraços soerguidos. A principal diferença entre os dois grupos de solos ornitogênicos foi o tempo de exposição à influência das aves e a quantidade de deposição de guano. Nesses solos ornitogênicos, a fosfatização é o principal processo de formação do solo, em que os minerais fosfatados são formados a partir da interação do guano com os minerais primários dos solos. Por sua vez, os solos não ornitogênicos apresentam pH básico, elevada saturação de bases, baixo COT e praticamente desprovidos de vegetação. Os principais solos identificados na área foram Typic Dystrogelepts ornithic e Typic Gelorthents ornithic, que possivelmente representam uma das primeiras áreas livres de gelo colonizados por pinguins na Antártica Marítima. O solo Typic Dystrogelepts ornithic representam os solos mais profundos, mais estruturados e avermelhados identificados em Lions Rump. Nas posições acima de 80 m de altitude acima do nível do mar, especialmente nas áreas de topo e manchas paraglaciais, destacam-se os solos Typic Haploturbels e Lithic Haploturbels, que representam a maior cobertura de solo na área estudada. Esses fazem parte do grupo dos Gelisols (Cryosols), que são solos com materiais gelic dentro dos primeiros 100 cm da superfície e permafrost dentro dos 200 cm da superfície. Nos solos Typic Haploturbels e Lithic Haploturbels presentes na borda das geleiras, o permafrost encontra-se nos primeiros 100 cm do solo e os processos de crioturbação são mais expressivos. Entre 40 e 80 m de altitude, aparecem os solos Typic Haploturbels e Lithic Haploturbels, que não apresentam influência de nidificação de aves e nem permafrost nos primeiros 200 cm do perfil. No primeiro nível dos terraços e praias, ao longo da zona costeira, dominam os solos Vitrandic Cryopsamments e Oxyaquic Cryopsamments. Em áreas muito limitadas ainda aparecem os solos Cryorthents ornithic, associados aos afloramentos de rochas (plugs basálticos) próximos da praia; e Typic Gelifluvents ornithic, em pequenos leques aluviais glaciares. Os processos de formação de solos salinização e podzolização, bem como feições redoximórficas não foram observados. O monitoramento da camada ativa e permafrost foram realizados pela instalação de sensores de umidade e temperatura do solo, e do ar, em dois sitios próximos, na mesma altitude, mesma classe de solo, ambos Cambissolo Gélico com cobertura vegetal diferenciada. Uma área era coberta por campo de musgo (Andrea gainii) situada em um canal de drenagem e a outra área, um pouco mais elevada, coberta por comunidade de liquens dominada por Usnea antarctic and Ochrolechia frigida. Resultados mostraram que em ambos os sítios de monitoramento os sensores não alcançaram o permafrost até 80 cm, mas devido às temperaturas registradas no verão estarem próximas de zero, provavelmente o permafrost está próximo dos 100 cm abaixo da superfície. No campo de musgo a variação da temperatura foi menor, esta menor amplitude está relacionada com o poder tampão da temperatura proporcionado pelo maior conteúdo de água neste sítio.In this context, the present study is structured within a wide network of Brazilian scientific cooperation for the Antarctic region, with a special focus in the area known as Lions Rump, located in the King George Bay, Maritime Antarctica. The objective of this study was to evaluate the processes of soil formation in the area, its main physical, chemical, mineralogical and micromorphological characteristics, the hydrothermal regime, geomorphological formations present, ending with the classification and mapping of soils according to the WRB and USDA classification systems. Twenty-six soil profiles from Lions Rump (LR), King George Bay, Maritime Antarctica were described, sampled and analyzed for their physical, chemical and mineralogical properties, as a result, a soil map was made. Results showed that soils in LR are most formed from weathered basalt-andesitic rocks, having apatite as accessory mineral, with high P background. For this purpose, the area was covered and twenty-six soil profiles were described, sampled and analyzed. The results indicated that soil chemical properties, mineralogy and vegetation type were strongly influenced by the duration of the occupation by penguins and soil drainage. The main vegetation formations within the area were instrumental in the water-thermal regime of the active layer of soil. The results grouped Lions Rump soils into three groups, depending on the ornithogenic influence. Acidic pH Ornithogenic soils predominate in the oldest and most stable of positions the landscape, where the occupation of the birds was longer lasting. They have dense vegetation with higher plants, low pH and base saturation, high levels of P, Al3+, total organic carbon (TOC) and total nitrogen. Neutral pH ornithogenic soils, similar to previous ones, have high levels of P and dense vegetation; however, have high base saturation and pH close to neutral. These are present in areas recently occupied by the ornithogenic influence, especially in the Quaternary moraines and uplifted terraces. The main difference between the two groups of ornithogenic soils was the exposure time under the influence of the bird and the amount of guano depositions. In ornithogenic soils, phosphatization is the main process of soil formation, in which the phosphate minerals are formed from the interaction of guano with the primary minerals of the soil. Non- ornithogenic soils have basic pH, high base saturation, low TOC and almost devoid of vegetation. Typic Dystrogelepts ornithic and Typic Gelorthents ornithic are the main soils in LR, which possibly represents one of the first ice-free areas colonized by penguins in Maritime Antarctica. Typic Dystrogelepts ornithic from LR represent the deepest, most structured and reddish soils so far described in the area. Typic Haplogelepts ornithic are the main soils on first and second moraine levels from the White Eagle Glacier. Typic Haplorthels and Lithic Haplorthels are present just above 80 m a.s.l., especially on the top areas and paraglacial spots, and represent LR Gelisols, with gelic materials within 100 cm of the soil surface and permafrost within 200 cm of the soil surface. Despite their occurrence only at higher altitudes, they represent the greatest soil cover in the studied area. Turbic Haplogelepts and Typic Haplorthents are situated between 40 and 80 m a.s.l., without bird nesting influence and absent of permafrost within 200 cm in the profile. Vitrandic Cryopsamments and Oxyaquic Cryopsamments dominated the first level of terraces and former beaches along the coastal area. Other soils classified are present in very limited areas: Lithic Cryorthents ornithic, present on the sea stacks rock outcrops (basaltic plugs) close to the beach, and Typic Gelifluvents ornithic represent a small area on glacial alluvial fans. Overall, the distribution and classification of local soils allowed the separation of two main soil domains in LR: (1) Ornithogenic soils (without permafrost) and the Gelisols (above 80 m a.s.l.). The monitoring of active layer thermal regime at Lions Rump was realized in two shallow boreholes, geographic closed, at proximally altitude and same soil class but under different vegetation. The ground temperature series were collected at 1-hour intervals, recorded of two years from March 2009 to February 2011. In both boreholes, a network of three soil temperatures sensors were installed at 10, 30 and 80 cm depths, one moisture sensor at 80 cm and one air temperature sensor 100 cm height. The two sites show significant differences of the mean annual ground temperature for all depths. The moss site show lower soil temperature amplitude than Usnea site. The soil temperature at Usnea site followed most the variability of air temperate. Moss site show more soil humid throughout the years because of his position on the landscape (water track). The buffer effect on moss site happens because of the high content of water available associated with the moss vegetation. The active layer in both sites of Lions Rump is thick and the both boreholes did not reach the permafrost table, but probable it is between one meter depth.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio