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Mineralogy and magnetic susceptibility of iron oxides of B horizon of Parana state soils/Mineralogia e susceptibilidade magnetica dos oxidos de ferro do horizonte B de solos do Estado do Parana.

INTRODUCAO

Os solos das regioes tropicais e subtropicais tendem a acumular, residualmente, oxidos e hidroxidos de ferro e aluminio. De acordo com SCHWERTMANN & HERBILLON (1992), os oxidos de ferro ocupam, em termos quantitativos, o segundo maior grupo de minerais na fracao argila, nos solos altamente intemperizados, como os Latossolos. Nessa fracao, em solos derivados de rochas vulcanicas, a goethita-Gt ([alpha]-FeOOH) e a hematita-Hm ([alpha]-[Fe.sub.2][O.sub.3]) sao os oxidos de ferro mais abundantes (FONTES & WEED, 1991; COSTA et al., 1999). Esses minerais sao formados em condicoes distintas, de forma que o aumento da concentracao de um ocorre em detrimento do outro. Assim, a relacao Hm/(Hm+Gt) reflete a condicao de formacao do mineral e serve como indicador pedogenetico (KAMPF & CURI, 2000; INDA JUNIOR & KAMPF, 2005).

Alguns solos apresentam magnetizacao espontanea, causada pela presenca de minerais ferrimagneticos, como a magnetita-Mt ([Fe.sub.3][O.sub.4]), na fracao areia e silte, e a maghemita-Mh ([gamma]-[Fe.sub.2][O.sub.3]), na fracao argila (KAMPF & CURI, 2000). A Mt ea Timagnetita (titano-magnetita) presentes nos solos sao herdadas do material de origem, e a Mh e/ou Timaghemita (titano-maghemita) sao formadas pela oxidacao da magnetita (BARRON & TORRENT, 2002). Outro mecanismo de formacao de Mh no solo se da pela queima de outros oxidos de ferro, como a Gt e a Hm, na presenca de material organico (MULLINS, 1977; SCHWERTMANN & CORNELL, 1991). Tal mecanismo tem sido contestado (FONTES & WEED, 1991) em razao da presenca de consideraveis quantidades de Mh em profundidade, onde seria dificil o fogo atingir. A presenca de minerais ferrimagneticos no solo pode ser facilmente detectada no campo com um ima de mao (RESENDE et al., 1988; FERREIRA, et al., 1994). Os solos com elevada susceptibilidade magnetica, os chamados solos magneticos (FERREIRA et al., 1994), ocupam aproximadamente 5% do territorio nacional e 50% do Estado do Parana. Esses solos, normalmente, apresentam elevado potencial agricola. Trabalhos na literatura mostram que os minerais ferrimagneticos sao capazes de reter quantidades consideraveis de Mn, Cr, V, Ni, Cu e Zn (CURI & FRANZMEIER, 1987; FERREIRA, et al., 1994; KER, 1997; SCHAEFER et al., 2008). Os valores de susceptibilidade magnetica por unidade de massa ([[chi].sub.BF]) sao proporcionais a concentracao de minerais ferrimagneticos na amostra e tem sido utilizados em diversos estudos (MULLINS, 1977; DEARINQ 1994), pois seus valores sao altamente sensiveis e podem detectar a presenca desses minerais em niveis de deteccao bem abaixo daqueles encontrados na difracao de raios-X (DRX) e na espectroscopia Mossbauer (MAHER, 1986). Nesse sentido, RESENDE et al. (1988) sugerem a utilizacao da [[chi].sub.BF] como criterio de classificacao de solos em virtude de sua simplicidade de determinacao.

O presente trabalho teve como objetivo determinar a [[chi].sub.BF] da TFSA, da fracao argila e da fracao argila concentrada de oxidos de ferro do horizonte B de solos do Estado do Parana formados a partir de diferentes materiais de origem e suas relacoes com a mineralogia dos oxidos de ferro desses solos.

MATERIAL E METODOS

De um total de 307 amostras dos diferentes horizontes B de solos do Estado do Parana, utilizados num estudo geoquimico (dados nao publicados), foram selecionadas 32 amostras, com base nos valores de [[chi].sub.BF] Na selecao, objetivou-se comparar solos com variacoes na concentracao de minerais ferrimagneticos presentes. Entre as amostras analisadas, 23 eram desenvolvidas a partir do intemperismo de rochas vulcanicas (predominantemente basalto), uma de granito porfiritico e oito de rochas sedimentares (MINEROPAR, 2001).

As amostras foram secas ao ar, destorroadas, passadas em peneira de malha de 2mm (TFSA) e encaminhadas para analise. As metodologias utilizadas para a analise granulometrica e quimica dos solos estao descritas em EMBRAPA (1997) e foram realizadas no Laboratorio de Quimica e Mineralogia do Solo (LQMS) do Departamento de Agronomia da Universidade Estadual de Maringa.

Para separacao da fracao argila, fracionouse o solo, sendo utilizados 50g de TFSA de cada amostra. Utilizou-se NaOH 0,2mol [L.sup.-1] como agente dispersante, mantendo as amostras sob agitacao mecanica por 8 horas. A fracao argila foi separada por sifonamento, respeitando o tempo de sedimentacao das particulas, conforme lei de Stokes, considerando valor de 2,65g cm-3 como densidade media das particulas. Apos a separacao, a fracao argila foi floculada com MgCl2 1mol [L.sup.-1], o excesso de sais foi removido, e foi congelada em nitrogenio liquido e liofilizada.

Os oxidos de ferro presentes na fracao argila foram concentrados utilizando-se NaOH 5mol [L.sup.-1] fervente (KAMPF & SCHWERTMANN, 1982). A composicao mineralogica dos residuos apos a dissolucao seletiva da caulinita e gibbsita foi avaliada por DRX. As amostras foram analisadas na forma de po apos adicao de silicio (~ 5% v/v) como padrao interno. Os difratogramas de raios-X foram obtidos entre 10 e 80 [degrees]2[theta], em intervalos de 0,02 [degrees]2[theta] por 0,6 segundos, utilizando radiacao de CuK[alpha] e filtro de Ni num equipamento Shimadzu XRD-6000 pertencente ao Complexo de Centrais de Apoio a Pesquisa (COMCAP) da Universidade Estadual de Maringa.

A distribuicao de Hm, Gt e Mh foi estimada com base na area dos reflexos [d.sub.012] (x 3,5) para Hm, [d.sub.110] para Gt (SCHWERTMANN & LATHAN, 1986) e a area do reflexo [d.sub.220] (x 3,5) para Mh (COSTA et al., 1999). O teor de oxidos de ferro ([Fe.sub.d] ) e aluminio livres (Ald) foi determinado no extrato por espectroscopia de absorcao atomica apos extracao com ditionito-citrato-bicarbonato de sodio (MEHRA & JACKSON, 1960).

A [[chi].sub.BF] foi determinada na TFSA, na fracao argila e na fracao argila concentrada em oxidos de ferro. As amostras foram quantitativamente (m) transferidas para frascos plasticos num volume de 10 [cm.sup.3]. No caso da fracao argila concentrada de oxidos de ferro, utilizouse acucar para completar o volume. A [[chi].sub.BF] das amostras foi determinada num equipamento Bartington MS2, com um sensor Bartington MS2B. A [[chi].sub.BF] foi determinada em baixa ([[chi].sub.BF]=0,47 kHz) e alta frequencia (xAF=4,7 kHz,) e calculada pela expressao: [[chi].sub.BF]=(10 x [kappa]) [m.sup.-1]; em que [kappa] (leitura) e adimensional.

A frequencia dependente da susceptibilidade magnetica por unidade de massa ([[chi].sub.FD, %) foi determinada pela diferenca entre as medidas em baixa e alta frequencia, conforme a expressao: [[chi].sub.FD] (%) = 100 x [([[chi].sub.BF] - [[chi].sub.AF])/[[chi].sub.BF]] (DEARING, 1994). Esse atributo mineralogico serve como uma medida qualitativa da presenca de minerais magneticos de dominio simples e multiplos (DEARING, 1994; COSTA et al., 1999).

A analise estatistica dos dados foi efetuada a partir de modelos de correlacao existentes no programa estatistico SAS (SAS, 1999).

RESULTADOS E DISCUSSAO

O teor medio de argila encontrado nos solos estudados foi de 646g [kg.sup.-1] e variou de 340 a 880g [kg.sup.-1] . A capacidade de troca cationica a pH 7 variou de 39 a 273 [mmol.sub.c] [kg.sup.-1] , mostrando a grande variacao existente nas condicoes pedogeneticas de formacao dos solos, especialmente o material de origem (Tabela 1). Os teores de [Fe.sub.d] na fracao argila dos solos variaram de 20,53 a 137,71g [kg.sup.-1] , mostrando a variacao existente na intensidade de intemperismo (KAMPF & CURI, 2000) e favorecendo o acumulo de ferro nos solos mais intemperizados. Os teores de [Al.sub.d], nas mesmas amostras, variaram de 5,59 a 27,19g [kg.sup.-1] e sao compativeis com valores de substituicao isomorfica ([Fe.sub.2-x] [Al.sub.x] [O.sub.3]) de 11 a 43%, respectivamente, confirmando a amplitude na intensidade de intemperismo das amostras utilizadas.

A composicao mineralogica da fracao argila concentrada em oxidos de ferro e dominada por Hm e Gt. A relacao Hm/Hm+Gt variou de 0 a 1,00 e apresentou valor medio de 0,53, resultado da ampla variacao na constituicao mineralogica. Todavia, em nenhuma das amostras, encontrou-se a Hm como unico oxido de ferro, e a sua concentracao variou de 0 a 889g [kg.sup.-1] . Esse mineral ocorreu sempre associado a maghemita (CURI & FRANZMF.IF.R. 1987; BARRON & TORRENT, 2002), presente em concentracoes de ate 297g [kg.sup.-1] . A maior presenca de Hm com Mh associada foi verificada nos solos derivados de basalto, enquanto os maiores teores de Gt foram observados em solos derivados de rochas de composicao acida e nas sedimentares, com menor teor de ferro (COSTA et al., 1999).

Os valores de [[chi].sub.BF] da TFSA variaram de 17 a 8.077 x [10.sup.-8] [m.sup.3] [kg.sup.-1] e correlacionaram-se positivamente ([r.sup.2]=0,78, P<0,001) com os teores de [Fe.sub.d]. Esses resultados indicam que os minerais ferrimagneticos Mh e eventualmente Mt estao presentes em solos formados a partir dos mais diferentes materiais de origem (Figura 1a).

O valor medio de [[chi].sub.FD] na TFSA foi de 9% (Figura 1b) e nao apresentou nenhuma relacao de dependencia com os teores de [Fe.sub.d] . De acordo com DEARING (1994), valores proximos 10% indicam a predominancia de particulas menores de 0,03 [micro]m, com comportamento superparamagetico, como aquelas presentes na fracao argila (Mh), em detrimento das particulas grosseiras de dominios simples e multiplo (Mt), comuns nas fracoes areia e silte dos solos (COSTA et al., 1999).

Os difratogramas de raios-X (Figura 2) da fracao argila concentrada de oxidos de ferro mostram os reflexos decorrentes da presenca de Gt, Hm, Mh, anatasio e silicio, esse ultimo adicionado como padrao interno na analise, e revelam tambem o elevado nivel de deteccao da [[chi].sub.BF] (MAHER, 1986). Na amostra 8, do municipio de Bom Principio, pode-se observar a inversao das intensidades relativas dos reflexos [d.sub.104] e [d.sub.110] da Hm quando o reflexo [d.sub.220] da Mh e intenso. Isso nao ocorre na amostra 11 (municipio de Guapore), com baixo conteudo de Mh, cuja presenca nao foi detectada por DRX, mas que apresenta valor de [[chi].sub.BF] igual a 1.538 x [10.sup.-8] [m.sup.3] [kg.sup.-1].

[FIGURE 1 OMITTED]

Nos solos estudados, verificou-se a presenca de Mh estimada por DRX em 17 amostras, com teores variando de 14 a 297g [kg.sup.-1] . A razao da baixa eficiencia da DRX na quantificacao da Mh deve-se: i) a baixa concentracao de Mh em solos formados a partir de materiais de origem com baixo teor de ferro e/ou submetidos a condicoes de reducao; ii) ao fato de que o reflexo [d.sub.220] da Mh possui apenas 35% da intensidade maxima, referente ao reflexo d311 desse mineral; e iii) ao fato de que o reflexo d311 ocorre em posicao similar ao reflexo d104 da Hm, mineral comumente associado a Mh (CURI & FRANZMF.IF.R. 1987; COSTA et al., 1999; BARRON & TORRENT, 2002). COSTA et al. (1999) relatam que para solos altamente intemperizados e com boas condicoes de drenagem, formados a partir de rochas vulcanicas basicas, a Mh pode constituir ate 40% dos oxidos de ferro presentes na fracao argila.

[FIGURE 2 OMITTED]

Nas amostras da fracao argila concentrada em oxidos de ferro, os valores de [[chi].sub.BF] variaram de 0 a 18.737 x [10.sup.-8] [m.sup.3] [kg.sup.-1] ; no entanto, o reflexo referente a presenca de Mh (d22) so pode ser observado quando os valores de [[chi].sub.BF] eram superiores a 1.500x [10.sup.-8] [m.sup.3] [kg.sup.-1] , isto e, quando a Mh estava presente em concentracoes maiores que 3%.

Por meio de regressao, estimou-se um valor medio de [[chi].sub.BF] para a Mh desse conjunto de amostras (Figura 3). O valor medio estimado de [[chi].sub.BF] foi de 62.728 x [10.sup.-8] [m.sup.3] [kg.sup.-1] , proximo ao valor de 63.663 x [10.sup.-8] [m.sup.3] [kg.sup.-1] utilizado por RESENDE et al. (1988) na quantificacao dos minerais ferrimagneticos do solo. Todavia, os valores encontrados sao consideravelmente menores de 91.000 x [10.sup.-8] [m.sup.3] [kg.sup.-1] estimado por COSTA et al. (1999), provavelmente porque os autores trabalharam somente com solos de origem vulcanica e com boas condicoes de drenagem, que tendem a apresentar maior concentracao de minerais magneticos. Valores reais desse atributo dos minerais ferrimagneticos de solos e sedimentos sao necessarios nos estudos em diversos campos e estao para ser obtidos.

O coeficiente linear do modelo de regressao (1.490) apresenta um valor muito alto, considerandose que por DRX nao foi identificada ou quantificada a presenca de maghemita. Isso corrobora a afirmativa de que a DRX, utilizando equipamentos convencionais, apresenta menor capacidade de deteccao desses minerais em amostras de solo, em comparacao as medidas de [[chi].sub.BF] Possivelmente porque esses minerais apresentam imperfeicoes na estrutura cristalina em razao do tamanho reduzido (KAMPF & CURI, 2000) e do alto grau de substituicao isomorfica do Fe por Al (CORNELL & SCHWERTMANN, 1996) ou por outros cations (FERREIRA et al., 1994; CORNELL & SCHWERTMANN, 1996; BATISTA et al., 2008; SCHAEFER et al., 2008), caracteristicas que interferem nos espectros de DRX.

Os valores estimados de [[chi].sub.BF] para a maghemita encontram-se dentro da faixa de 44.000 a 111.600 x [10.sup.-8] [m.sup.3] [kg.sup.-1] reportados por DEARING (1994), considerando as possiveis variacoes como tamanho, forma e niveis de substituicao isomorfica nos minerais ferrimagneticos.

[FIGURE 3 OMITTED]

Os valores de [[chi].sub.BF] da TFSA e da fracao argila sao bem proximos, indicando o predominio de minerais superparamagneticos pedogenicos nos solos. Essa observacao pode ser confirmada pela elevada e significativa correlacao ([r.sup.2] = 0,98; P<0,001) entre os valores [[chi].sub.BF] da TFSA e da fracao argila, mostrando que 98% dos valores de [[chi].sub.BF] da TFSA sao explicados pelos valores de [[chi].sub.BF] da fracao argila, representado pelo modelo linear [[chi].sub.BF] (TFSA)=0,9808 ([[chi].sub.BF] fracao argila)--85,507.

CONCLUSOES

Os valores de [[chi].sub.BF] sao dependentes do teor de ferro livre dos solos analisados. Solos com teores de [Fe.sub.d] acima de 100g [kg.sup.-1] apresentam aumento significativo de [[chi].sub.BF]. A mineralogia dos oxidos de ferro dos solos estudados apresentou teores crescentes de Mh<Gt<Hm. A Mh foi detectada por DRX em 17 (53%) das amostras, enquanto que por [[chi].sub.BF] foi detectada em 31 (97%) das 32 amostras analisadas, mostrando que a [[CHI].SUB.BF] e uma tecnica mais sensivel para deteccao e quantificacao da presenca de minerais ferrimagneticos em solos.

Os minerais ferrimagneticos foram encontrados na maioria das amostras analisadas em concentracoes variando de 0,28 a 130g [kg.sup.-1] na TFSA, 0,10 a 124g [kg.sup.-1] na fracao argila e de 0,1 a 297g [kg.sup.-1] na fracao argila concentrada em oxidos de ferro, sendo a fracao argila, responsavel por 98% dos valores de [[chi].sub.BF] da TFSA.

AGRADECIMENTO

Os autores agradecem a Mineropar (Minerais do Parana S.A.) pela coleta das amostras de solo.

REFERENCIAS

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Ivan Granemann de Souza Junior (I) * Antonio Carlos Saraiva da Costa (I) Cesar Crispim Vilar (II) Allan Hoepers (I)

(1) Departamento de Agronomia, Universidade Estadual de Maringa (UEM), Av. Colombo, 5790, 87020-260, Maringa, PR, Brasil. Email: igsjunior@uem.br. * Autor para correspondencia.

(II) Programa de Pos-graduacao em Agronomia, UEM, Maringa, PR, Brasil.

Recebido para publicacao 06.03.09 Aprovado em 16.12.09
Tabela 1--Teor de argila, valor T, teores de Fe e Al livres,
substituicao isomorfica e teores de hematita, goethita e maghemita
dos solos estudados.

                         Minimo   Media   Maximo   DP      CV (%)

                                          TFSA

Argila (g [kg.sup.-1])   340      646     880      149     23
T (mmolc [kg.sup.-1])    39       124     273      53      43

                                      Fracao argila

Fed (g [kg.sup.-1])      20,53    82,55   137,71   31,09   38
Ald (g [kg.sup.-1])      5,59     12,64   27,19    6,13    46
SI (cmol [mol.sup.-1)]   0,08     0,20    0,43     0,13    63

                         Fracao argila apos tratamento com NaOH
                                    5mol [L.sup.-1]

Hm (g [kg.sup.-1])       0        478     889      312     65
Gt (g [kg.sup.-1])       0        457     1000     364     80
Mh (g [kg.sup.-1])       0        65      297      84      129
Hm/(Hm+Gt)               0,00     0,53    1,00     0,37    69

T=capacidade de troca cationica a pH 7; Fed e Ald=teores de Fe e de
Al livres extraiveis pelo ditionito-citrato-bicarbonato de sodio;
SI=substituicao isomorfica do Fe pelo Al nos oxidos de ferro;
Hm=hematita; Gt=goethita; Mh=maghemita; DP=desvio padrao;
CV=coeficiente de variacao.
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Author:de Souza, Ivan Granemann, Jr.; da Costa, Antonio Carlos Saraiva; Vilar, Cesar Crispim; Hoepers, Alla
Publication:Ciencia Rural
Article Type:Report
Date:Mar 1, 2010
Words:3434
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