Soils, landforms and the ice-free landscapes interrelationships of Camp Lamb, Vega Island, Antarctica

Cape Lamb localiza-se no sudoeste da Ilha Vega, que faz parte do arquipélago James Ross, à nordeste da Península Antártica. A região é considerada uma zona de transição climática entre a Antártica Continental e a Antártica Marítima, e o clima é caracterizado pela condição semiárida. A geologia é marcada por rochas sedimentares marinhas de idade Cretácica e rochas vulcânicas do Neógeno. A compreensão dos processos morfogenéticos e pedogenéticos atuantes na paisagem de Cape Lamb tem grande importância para o entendimento dos efeitos das mudanças climáticas pretéritas e atuais nos ambientes livres de gelo da Antártica. No segundo capítulo deste trabalho, teve-se como objetivo identificar e mapear as principais geoformas de Cape Lamb. O mapa geomorfológico foi produzido a partir de trabalhos de campo e fotointerpretação de imagens de satélite. Vinte e cinco geoformas foram mapeadas em Cape Lamb, envolvendo extensas morainas laterais, geleiras de vale, terraços marinhos soerguidos, tálus, scree slopes sedimentares e vulcânicos, planícies fluvioglaciais, plataformas de crioplanação, platôs vulcânicos, thermokarts, entre outros. Observou-se uma complexa interação de processos glaciais, proglaciais, periglaciais e paraglaciais, com amplo domínio do paraglacialismo, que representa 45% da área total. A grande complexidade de geoformas mapeadas é explicada pela diversidade de processos morfogenéticos identificados: periglaciais, glaciais, fluviais, eólicos, marinhos, lacustres, gravitacionais, tectônicos e estruturais. De forma geral, a condição paraglacial de Cape Lamb evidencia o estado de instabilidade da sua paisagem e de dinâmico reajuste de uma condição glacial para uma não-glacial, devido à recente exposição pela deglaciação. O terceiro capítulo teve como objetivo analisar os principais fatores e processos de formação dos solos de Cape Lamb. Para isto, perfis de solos representativos foram descritos e amostrados. Foram feitas análises químicas: pH H 2 O, pH KCl, Ca 2+ , Mg 2+ , Al 3+ , H+Al, P-rem, COT, condutividade elétrica e P, K, Na e S disponíveis; e físicas: análise granulométrica e densidade de partículas. Os teores semi-totais de elementos (Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Ti, Mn, S e P) foram obtidos por fluorescência de raio-X. Análises mineralógicas foram feitas por difratometria de raio-X e adicionalmente foram determinados os teores de Fe livre por ditionito-citrato-bicarbonato e oxalato na fração argila. Os solos foram classificados segundo a Soil Taxonomy e a WRB/FAO. Para interpretação dos dados, foram feitas análises de estatística multivariada, como Análise de Componentes Principais e agrupamentos (K-means e hierárquico), e correlação de Spearman. O controle geológico assume grande importância na distribuição das classes de solos de Cape Lamb, com Gelisols predominando nos solos de rochas sedimentares e os Entisols nos solos vulcânicos. A geologia também influencia de forma determinante as características dos solos da área, permitindo a subdivisão de três grupos principais: solos sedimentares-vulcânicos; solos sedimentares sulfatados e solos vulcânicos. Em geral, os solos de Cape Lamb apresentam textura arenosa, valores ínfimos de carbono, pH neutro a alcalino e caráter eutrófico. Os solos sedimentares vulcânicos constituem um grupo de solos de contribuição mista, envolvendo solos vulcânicos retrabalhados por processos glaciais e fluviais e solos sedimentares pouco ou nada afetados por sulfatos. Os solos sedimentares sulfatados são os solos mais ácidos de Cape Lamb apresentando o maior grau de intemperismo devido à sulfurização. Outros processos marcantes nos solos de Cape Lamb são a crioturbação, salinização e formação de pavimentos desérticos. Os solos sedimentares sulfatados se caracterizam pelos maiores teores de argila, maior conteúdo de Al 3+ e menor presença de bases. Os baixos teores de P e P-rem tem relação com os altos teores de Fe livre, evidenciando alta capacidade de adsorção de fósforo devido à presença de óxidos de ferro pouco cristalinos. Os solos vulcânicos são os menos desenvolvidos, apresentando caráter esquelético, pouca profundidade e altos teores de areia grossa. São também os mais ricos quimicamente, com destaque para a presença de Ca 2+ e Na. Em relação à mineralogia, destaca-se a presença da jarosita nos solos sulfatados e de minerais ferromagnesianos e zeólitas nos solos vulcânicos. Verificou-se que a crioclastia é o principal processo de intemperismo, evidenciada pela presença de minerais primários na fração argila, principalmente quartzo. A presença de caulinita é indicativa do forte pré-intemperismo das rochas sedimentares sob clima quente e úmido no Cretáceo. A principal classe de solo encontrada foi a “Sulfuric” Haploturbel pela Soil Taxonomy e “Thionic”-Turbic Cryossol pela WRB/FAO, mostrando a dominância de solos com permafrost, feições túrbicas e horizontes sulfúricos, evidenciando a necessidade de inclusão de qualificadores adequados para a classificação de solos bem drenados afetados por sulfatos na Antártica.Cape Lamb is located in the southwest of Vega Island, James Ross archipelago, northeast of Antarctic Peninsula. This region is considered a climatic transitional zone between the Continental Antarctica and the Maritime Antarctica, and its climate is characterized by semiarid condition. The geology is marked by marine sedimentary rocks from the Cretaceous age and volcanics rocks from the Neogene. The morphogenetic and pedogenetic processes acting on the Cape Lamb landscape have great importance for the understanding of the effects of the previous and current climatic changes in the ice-free are of Antarctica. In the second chapter of this research, the objective was to identify and map the main landforms of Cape Lamb and, through that, comprehend the evolution of the landscape. The geomorphological map was produced through field work and photointerpretation of satellite images. Twenty-five landforms were mapped in Cape Lamb, involving larger lateral moraines, valley glaciers, raised marine terraces, talus, sedimentary and volcanic scree slopes, fluvioglacial plains, cryoplanation platforms, volcanic plateaus, thermokarts lakes, etc. It was observed a complex interaction between the glacial, proglacial, periglacial and paraglacial processes, with domain of the paraglacialism, representing 45% of the total area. The great complexity of the mapped landforms is explained by the diversity of the morphogenetics processes identified: periglacial, glacial, fluvial, aeolian, marine, lacustrine, gravitational, tectonic and structural. In general, the paraglacial condition of Cape Lamb evidences the instability state of its landscape and the dinamyc readjustment from a glacial to a nonglacial condition, due to a recent exposition by glacier retreat. The third chapter has as objective to analyze of the main factors and processes of the soil formation of Cape Lamb. For this, representative soil profiles were described and collected. It was made chemical analysis: pH H 2 O, pH KCl, Ca 2+ , Mg 2+ , Al 3+ , H+Al, P-rem, TOC, electrical conductivity and avaliable P, K, Na and S; and physical analysis: texture and particle density. The semi-total content of the elements (Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Ti, Mn, S and P) was obtained by X-ray fluorescence. Mineralogical analysis was carried out by X-ray diffraction and the Fe content at the clay fraction was determined by citrate-bicarbonate-dithionite and oxalate. The soils were classified according to Soil Taxonomy and WRB/FAO. For the data interpretation, it was applied multivariate statistical analysis, as Principal Components Analisys and clustering (K- means and hierarchic), and Spearman correlation. The geological control assumes great importance in the soil class distribution, with the Gelisols predominating in the sedimentary soils and the Entisols in the volcanic soils. The geology also influences decisively the soil’s characteristics of the area, allowing the subdivision of three principal groups: sedimentary- volcanic soils; sulfated sedimentary soils and volcanic soils. In general, the Cape Lamb soils presented sandy texture, low carbon values, alkaline to neutral pH and eutrophic character. The volcanic sedimentary soils are a group of mixed contribution, involving volcanic soils reworked by glacial and fluvial processes and sedimentary soils weakly or non-affected by sulfates. The sulfated sedimentary soils are the most acid soils of Cape Lamb, presenting the highest weathering degree due to sulfurization. Other important processes in Cape Lamb soils are the cryoturbation, salinization and formation of desert pavements. The sulfated soils are characterized for the greater clay content, high Al 3+ and less bases presence. The low content of P and P-rem has relation with the high content of Fe, evidencing high phosphorus adsorption capacity due to the presence of the poorly crystallized iron oxides. The volcanic soils are less developed, presenting skeletal character, low depth and high coarse sand content. They are also the richest chemically, mainly at Ca 2+ and Na. In relation to the mineralogy, it was pointed out the presence of jarosite in the sulfated soils and ferromagnesian minerals, and zeolites in the volcanic soils. It was verified that the crioclasty is the main process of weathering, evidenced by the presence of the primary minerals in the clay fraction, mainly quartz. The presence of geogenic kaolinite is indicative of strong previous weathering of the sedimentary rocks under wetter and warmer climate in the Cretaceous. The main soil class was the ‘Sulfuric” Haploturbel, by Soil Taxonomy, or “Thionic”-Turbic Cryosol, by WRB/FAO, showing the dominance of permafrost soils, turbic features and sulfuric horizons. This proves the need to include such qualifiers to classify well-drained sulfated soils in Antarctica