Genesis and geochemistry of carbonate-affected soils on the brasilian Atlantic coast

Com o objetivo de avaliar a pedogênese em ambiente tropical sob influência de rochas carbonáticas, selecionou-se uma área entre o norte do Estado do Rio de Janeiro e o Sul do Estado do Espírito santo, onde são comuns os afloramentos de mármores e calcários. A relação solo-relevo foi avaliada em uma microbacia hidrográfica através de suas características pedomorfométricas. A pedogênese foi avaliada por meio das características físicas, químicas, mineralógicas e micromorfológicas de perfis de Cambissolos Háplicos e Argissolos Vermelhos, derivados de calcário, anfibolito e gnaisse. A geoquímica foi avaliada em perfis de Argissolo Vermelho, Chernossolo Háplico e Chernossolos Rêndzicos, derivados de anfbolito e calcário. Os principais resultados encontrados foram: (i) a altitude foi o atributo topográfico mais correlacionado com as características físicas e químicas dos solos da microbacia Córrego Duas Barras; (ii) os Cambissolos Háplicos e Argissolos Vermelhos, derivados de calcário, anfibolito e gnaisse, são bem drenados, pouco profundos, vermelhos, bem estruturados, argilosos, moderadamente ácidos a praticamente neutros, eutróficos, não carbonáticos e com atividade da fração argila variando de moderadamente baixa a média. Possuem traços de minerais alteráveis, como feldspatos, hornblenda, talco e minerais 2:1, resultado de um processo de intemperismo moderado, onde a remoção da sílica liberada dos minerais não atingiu níveis elevados; (iii) a argiluviação não demonstra ser o processo pedogenético mais expressivo na formação do gradiente textural dos Argissolos; (iv) os solos desenvolvidos de calcário, por estarem em local de drenagem desimpedida não apresentam o processo de carbonatação, ao passo que seus valores de pH mais elevados facilitam a ferruginização, formando solos mais vermelhos, com maiores teores de óxidos de ferro, cujos valores da substituição isomórfica de Fe por Al são característicos da hematita; (v) fração argila dos Cambissolos Háplicos e Argissolos Vermelhos, derivados de calcário, anfibolito e gnaisse, é predominantemente caulinítica, e apresenta traços de esmectitas e cloritas, com possibilidade de hidroxi nas entrecamadas; (vi) as caulinitas são pouco espessas, com superfície específica média maior do que as geralmente observadas para este mineral; (vii) a LMA001 da caulinita foi menor na argila tratada com DCB, e maior nos solos derivados de calcário; (viii) o índice de cristalinidade da caulinita foi ligeiramente maior na fração argila grossa dos Cambissolos Háplicos e Argissolos Vermelhos; (ix) os principais processos pedogenéticos dos Chernossolos foram a lixiviação no horizonte superficial, a formação de argila no horizonte textural, e a calcificação nos horizontes sub superficiais; (x) a MOS apresenta depleção nos valores δ13C com o aumento da profundidade e enriquecimento com o aumento do teor de COT nos Chernossolos; (xi) os solos apresentam dois padrões diferentes de distribuição de δ15N em profundidade: enriquecimento com o aumento da profundidade para o solo não-carbonático; e depleção com o aumento da profundidade para os solos carbonáticos; (xii) a idade 14C da MOS variou de 295 a 7190 anos BP entre a superfície e a sub superfície, respectivamente; (xiii) não foram observadas diferenças isotópicas significativas para os valores de δ18O e δ13C entre os carbonatos do solo e dos nódulos carbonáticos; (xiv) os valores 14C dos nódulos carbonáticos revelaram idade Pleistocênica; (xv) os valores de δ13C dos nódulos carbonáticos apresentaram maior equilíbrio isotópico com a vegetação do que com atmosfera; (xvi) os valores médios de δ18O entre a borda e o núcleo sugerem que a precipitação dos nódulos carbonáticos, ao longo do tempo, ocorre provavelmente sempre na mesma estação.Aiming to evaluate the pedogenesis in tropical environment under the influence of carbonate rocks, was selected an area between the northern of the State of Rio de Janeiro and south of the State of Espirito Santo, where marble and limestone are abundant. The soil-relief relationship was evaluated in a watershed through its pedomorphometric features. The pedogenesis was evaluated by the physical, chemical, mineralogical and micromorphological characteristics of Inceptsols and Ultisols derived from marble, amphibolite and gneiss. The geochemistry was evaluated in Mollisols derived from amphibolite and marble. The main results were: (i) the elevation was the topographic attribute more correlated with the physical and chemical soil characteristics of the watershed Córrego Duas Barras; (ii) Inceptsols and Ultisols, derived of marble, amphibolite and gneiss, are well drained, shallow, red, well structured, clayey, moderately acidic to slightly alkaline, eutrophic, carbonate free, and clay activity ranging from moderately low to medium. They have traces of labile minerals such as feldspars, hornblende, talc and 2:1 minerals, result of a moderate weathering process, where the removal of silica released from minerals has not reached a high level; (iii) the argilluviation is not the most significant pedogenic process to formation of textural gradient in the Ultisols; (iv) the soils developed from marble, because they are in unobstructed drainage site does not have the carbonation process, while its higher pH values facilitating ferruginization forming more redness soils, with higher iron oxide contents, whose the values of isomorphic substitution Fe by Al are characteristic of hematite; (v) the clay fraction of Inceptsols and Ultisols derived from limestone, amphibolite and gneiss, is predominantly kaolinite, and shows traces of smectite and chlorite, with the possibility of hydroxy interlayer; (vi) the kaolinite are thin, with an specific surface higher than usually observed for this mineral; (vii) the LMA001 of kaolinite was lower in the clay treated with DCB, and higher in soils derived of marble; (viii) the kaolinite index of crystallinity was slightly higher in the coarse clay of Inceptsols and Ultisols; (ix) the main pedogenic processes of Mollisols consist of leaching in the surface horizons, formation of clay in the textural horizon, and calcification in the sub surface horizons; (x) the SOM shows a depletion in δ13C values with increasing depth and enrichment with increasing TOC content in the Mollisols; (xi) the soils have two different patterns of δ15N distribution in depth: enrichment with increasing depth to the carbonate-free soil; and depletion with increasing depth to the carbonatic soils; (xii) the 14 C age of SOM ranged 295-7190 y BP, between the surface and the sub surface, respectively; (xiii) there were no significant differences for δ18O and δ13C values between the soil carbonates and nodules carbonates; (xiv) the 14 C values of carbonate nodules revealed Pleistocene age; (xv) the δ13C values of carbonate nodules presented greater isotopic equilibrium with vegetation than with atmosphere; (xvi) the average values of δ18O between the edge and the core suggest that precipitation of carbonate nodules, over the time, probably occurs always in the same season.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic