Geoquímica de solos da Península Keller, Ilha Rei George, Antártica, como subsídio ao monitoramento ambiental

Abstract

Na Península Keller, localizada na Ilha Rei George, Antártica Marítima, os teores de metais pesados em solos, sedimentos costeiros e coberturas vegetais foram estudados, com relação aos teores totais, assim como às diferentes frações minerais e orgânica que controlam a biogeoquímica desses elementos. O estudo pretendeu servir de base para o monitoramento ambiental dos ecossistemas costeiros da Península. Os trabalhos foram conduzidos nos laboratórios do Departamento de Solos da Universidade Federal de Viçosa, a partir das amostras coletadas durante a XXI Operação Antártica. Os solos apresentaram grande variabilidade nas propriedades físico-químicas em função da grande variação e mistura de materiais de origem, e da ocorrência generalizada de mineralizações sulfetadas, cuja oxidação, gerando drenagem ácida, aumentou a biodisponibilidade de alguns metais. A afinidade calci-alcalina das rochas da região reflete-se nos teores de metais nos solos, que apresentaram Cu como único elemento-traço em concentração anômala, e teores totais de Al bastante altos, associado com elevada adsorção de fósforo, quando presente. Além disso, a intensidade da crioturbação e variação do nível do permafrost e da camada ativa dos solos nestes ambientes periglaciais foram fatores determinantes na pedogeoquímica, exceto em áreas de maior estabilidade da paisagem, gerando um padrão de distribuição de elementos até certo ponto caótico. Isso condicionou uma difícil separação de materiais, tanto morfológica quanto geoquimicamente. Os padrões geoquímicos são influenciados também pela salinidade costeira e variações hídricas sazonais na camada ativa, gerando condições arídicas nas partes elevadas da península, que mascaram a tendência à acidificação dos materiais sulfetados. Apesar disso, a oxidação de sulfetos com conseqüente drenagem ácida induz ao aprofundamento geral do perfil de alteração. A variação do nível do permafrost, aliado à crioturbação e solifluxão, interferem no estabelecimento de valores de referência para ambientes periglaciais, como a Península Keller. Assim, há uma grande anisotropia vertical e horizontal. O estabelecimento do mapa pedogeoquímico só foi possível pela boa definição de padrões de campo e sua identificação nas aerofotos produzidas. Entre os 17 domínios mapeados, os principais domínios pedogeoquímicos identificados em Keller são: (1) solos ácidos e de coloração amarelo-clara, influenciados pela oxidação de sulfetos, onde os teores de Al são muito elevados e ocorre lixiviação por drenagem ácida, com concentração de metais em fases mais trocáveis; (2) solos básicos, de coloração escura/acinzentada pelos minerais máficos presentes, e maior concentração de metais na fração residual. Em Keller, atividade ornitogênica é relativamente fraca, mas também influencia os padrões pedogeoquímicos locais. Com base na extração seqüencial, valores nulos de Pb e Cd, em todos os solos, sendo estes usualmente associados a atividades antropogênicas, ilustra que a Península Keller não sofreu contaminação relevante em seus ecossistemas terrestres, ao contrário de evidências de sedimentos marinhos, que mostram alguma concentração de Pb e outros metais. Teores nulos ou abaixo do limite de detecção pela técnica de Espectrofotometria de Emissão Óptica com Plasma acoplado por Indução, tornam promissor o monitoramento de longo prazo destes elementos, em áreas selecionadas, para avaliar possíveis contaminações advindas das atividades humanas. Valores nulos de As ilustram que os sulfetos presentes em Keller não mostram arsenopirita como componente. A maficidade das rochas influenciam a composição geoquímica, com teores mais elevados de Fe e Mn, mas teores baixos de Ni e Cr, evidenciando que não possuem contribuição ultrabásica relevante, corroborando a natureza cálci-alcalina das rochas vulcânicas mais comuns na região. Os teores de metais como Ba, Sr e Mn encontrados em elevadas concentrações nas coberturas vegetais analisadas, refletem a alta biodisponibilidade destes na região. A grande capacidade de bioacumulação de metais por briófitas e Usneas, corroborada pelas concentrações nas plantas acima dos teores naturais de alguns elementos litogênicos podem levar a conclusões equivocadas a respeito de contaminação antrópica. No entanto, Briófitas representam promissores bioprospectores de contaminação em meio aquoso, enquanto liquens como Usnea, podem ser utilizados para biomonitoramento de elementos de proveniência atmosférica nos ecossistemas costeiros da Península Keller.

In Keller Península, King George Island, Maritime Antarctica, the amount of heavy metals in soils, coastal sediments and plants were studied, with reference to total plant amounts, as well as to the organic or mineral fractions controlling the biogeochemistry of these elements. The study aimed to subsidize the environmental monitoring of terrestrial ecosystems of Keller Península. Studies were conducted in the laboratories of the soil science department of Federal University of Viçosa, in soil samples collected during the XXI Brazilian Antarctic Operation. The soils showed variability in their physico-chemical properties, in function of the great mixture of different parent-materials, as well as to the occurrence of sulfide mineralization, generating acidity, enhancing the bioavailability of some metals. The chalco- alkaline nature of the volcanic rocks in the region is corroborated by the metal contents in the soils, where Cu is the only metal with abnormal levels; aluminium amounts are very light, causing a higher P absorption to occur. The intensity of cryoturbation and variations in permafrost and active layer xivdepths in these periglacial envronments were important factors to explain the pedo-geochemistry, except for the most stable landscapes; this has led to a relatively randomic distribution of elements in, and between, soils. This has also led to difficulties in the adequate separation of soil materials, based on either morphological or chemical aspects. The geochemical behaviour is influenced by coastal salinity and moisture variations in the active layer, causing aridic conditions in the upper parts of the landscape, masking the tendency for soil acidity in sulfide-rich materials in the upper parts. Overall, sulfide oxidation led to greater soil development. Due to spatial and temporal variations in the permafrost, as well as to the intense solifluction during the summer, there is severe limitation for establishing background levels for heavy metals in terrestrial ecosystems of Keller. Also, there is high anisotropy both horizontal and vertical in the soils studied. Hence, the identification of pedogeochemical units in the map was only possible, after a good definition of field patterns and their proper identification in the aerial photos. Among the seventeen pedogeochemical domains identified in Keller, the main ones are: (1) acid soils with light brown-yellowish colors, influenced by sulfide oxidation, associated with high Al, acid drainage and greater mobility of metals; (2) basic soils, with dark greyish colors due to mafic minerals present, and greater metal concentration in the residual forms. In Keller, the ornithogenic activity in relatively weak, but has also an influence in the pedogeochemical background, locally. Based on the seqüential extraction procedure, an absence of Pb and Cd in all soils indicates that Keller does not have a high anthropogenic input, and that no serious contamination occurs in the terrestrial ecosystems, contrary to evidence from the coastal marine sediments, which shows some concentration of Pb and other metals. The absence of anthropogenic metals (Pb and Cd) by ICP spectrometry suggests a promising use of these heavy-metals for the long- term monitoring of selected areas, aiming to evaluate possible contamination caused by human activities. No detection of As in all soils illustrates that the sulfides in Keller does not possess arsenopirite as component. The maficity of volcanic rocks has influenced the geochemical composition of soils, with high Fe and Mn amounts, associated with low Cr and Ni, indicating no xvtendency for ultrabasic rocks, corroborating the calci-alkaline nature of the basalts and andesite volcanics of the region. Higher amounts of metals, such as Ba, Sr and Mn, in some plant materials studied are the result of hight soil bioavailability in Keller. The good capacity of bioaccumulation in mosses and lichens (Usnea) with greater concentration of metals compared with local substrates, can mislead the conclusions of contamination. However, mosses have shown to be promising bioprospectors of contaminated soil/water medium, whereas the lichens may used for the biomonitoring of elements coming atmospheric inputs in terrestrial environments of Keller Peninsula.