Gênese do solo e estabilidade da matéria orgânica em ambientes periglaciais de Kangerlussuaq, Groenlândia Ocidental

Abstract

O Ártico está aquecendo aproximadamente quatro vezes mais rápido que a média global, impulsionando a deglaciação e expondo novas superfícies antes cobertas pelo gelo. Compreender os processos que governam a formação dos solos e a estabilidade da matéria orgânica nessas regiões é essencial para avaliar a vulnerabilidade dos estoques de carbono às mudanças climáticas. A presente dissertação buscou investigar os processos pedogenéticos e os mecanismos de estabilização da matéria orgânica em solos periglaciais de Kangerlussuaq, Groenlândia Ocidental, através de abordagens mineralógicas, geoquímicas, isotópicas e de monitoramento térmico. Nove perfis de solo foram coletados ao longo de um gradiente de distância da Geleira Russell (0 a 33 km), descritos segundo a Base de Referência Mundial para Recursos de Solo e classificados como Regosol, Cryosol, Podzol, Arenosol e Phaeozem, refletindo a elevada pedodiversidade da região. Os perfis foram submetidos a análises de difração de raios-X (DRX) das frações areia, silte e argila, fluorescência de raios-X (FRX), fracionamento físico da matéria orgânica (POM/MAOM), análises isotópicas (¹³C, ¹N), extrações seletivas de óxidos de Fe-Al e monitoramento térmico contínuo de 14 meses a 10, 50 e 130 cm de profundidade. Os resultados demonstraram composição mineralógica uniforme dominada por minerais primários (quartzo, albita, anfibólios) em todas as frações granulométricas, incluindo a fração argila, indicando que esta consiste predominantemente de rocha triturada produzida por moagem mecânica glacial. Os baixos valores do Índice de Alteração Química (CIA, média 49,64) e altos valores do Índice de Variabilidade Composicional (ICV, média 1,24) confirmam estágio inicial de intemperismo químico. Descontinuidades líticas foram identificadas em quatro perfis, acopladas a gradientes invertidos de intemperismo, fornecendo evidência estratigráfica de deposição eólica episódica que atua como retardante pedogenético, reconfigurando continuamente as condições superficiais do solo. O fracionamento físico da matéria orgânica revelou razões C:N elevadas na fração POM (13–91) e mais baixas na fração MAOM (10–26), refletindo diferentes graus de processamento microbiano. Contudo, os baixos valores do índice de estabilidade relativa (n, mediana 1,01), as concentrações limitadas de óxidos de Fe-Al amorfos (Fe: 0,11–2,07 g kg¹; Al: 0,03–1,46 g kg¹) e a ausência de correlação significativa entre carbono orgânico e essas fases minerais indicam que a proteção organo-mineral mediada por Fe-Al é restrita, sendo a estabilização física por enterramento o mecanismo dominante. A ocorrência de pH próximo à neutralidade e elevados teores de Ca² trocável sugere adicionalmente que pontes catiônicas mediadas por Ca² podem representar uma via secundária de estabilização onde os óxidos de Fe-Al são escassos. O monitoramento térmico revelou heterogeneidade vertical e temporal pronunciada, com camadas superficiais apresentando amplas variações sazonais e acúmulo substancial de graus-dia de descongelamento (TDD acumulado de até 1.017 degree-days), enquanto camadas subsuperficiais exibiram elevada frequência de dias isotérmicos, estabelecendo as condições de base necessárias para futuras investigações sobre mineralização da MOS. A integração dos resultados confirma um processo de dupla gênese para os solos de Kangerlussuaq, onde o legado de intemperismo físico glacial estabelece uma linha de base mineralógica uniforme e a deposição eólica contemporânea retarda a diferenciação pedogenética, resultando em estoques de carbono potencialmente vulneráveis à mineralização acelerada sob cenários de aquecimento contínuo no Ártico. Evidências de podzolização incipiente em múltiplos perfis, satisfazendo os critérios do qualificador Protospodic, reforçam a necessidade de ferramentas taxonômicas mais sensíveis ao desenvolvimento pedogenético incipiente em paisagens periglaciais em rápida transformação. Palavras-chave: solos periglaciais; matéria orgânica do solo ; deposição eólica; mudanças climáticas; ÁrticoThe Arctic is warming approximately four times faster than the global average, driving accelerated deglaciation and exposing new terrestrial surfaces. Understanding the processes governing soil formation and organic matter stability in these regions is essential for assessing carbon stock vulnerability to climate change. This dissertation investigated pedogenic processes and organic matter stabilization mechanisms in periglacial soils of Kangerlussuaq, Western Greenland, through mineralogical, geochemical, isotopic, and thermal monitoring approaches. Nine soil profiles were collected along a gradient of distance from Russell Glacier (0 to 33 km), described according to the World Reference Base for Soil Resources, and classified as Regosols, Cryosols, Podzol, Arenosol, and Phaeozem, reflecting the high pedodiversity of the region. Profiles were subjected to X-ray diffraction (XRD) of sand, silt, and clay fractions, X-ray fluorescence (XRF), physical fractionation of soil organic matter (POM/MAOM), isotopic analyses (¹³C, ¹N) of the organic fractions, selective extractions of Fe-Al oxides, and continuous thermal monitoring over 14 months at depths of 10, 50, and 130 cm. Results demonstrated uniform mineralogical composition dominated by primary minerals (quartz, albite, amphiboles) across all particle-size fractions, including the clay fraction, indicating that it consists predominantly of rock flour produced by glacial mechanical grinding. Low Chemical Index of Alteration values (CIA, mean 49.64) and high Index of Compositional Variability values (ICV, mean 1.24) confirm an early stage of chemical weathering. Lithic discontinuities identified in four profiles, coupled with inverted weathering gradients, provide stratigraphic evidence of episodic aeolian deposition acting as a pedogenetic retardant that continuously reconfigures soil surface conditions. Physical fractionation of organic matter revealed high C:N ratios in the POM fraction (13–91) and lower ratios in the MAOM fraction (10–26), reflecting different degrees of microbial processing. However, low relative stability index values (n, median 1.01), limited concentrations of amorphous Fe-Al oxides (Fe: 0.11–2.07 g kg¹; Al: 0.03–1.46 g kg¹), and the absence of significant correlations between organic carbon and these mineral phases indicate that Fe-Al-mediated organo-mineral protection is restricted, with physical stabilization through burial representing the dominant mechanism. The co-occurrence of near-neutral pH and elevated exchangeable Ca² additionally suggests that Ca² mediated cation bridging may represent a secondary stabilization pathway where Fe-Al oxides are scarce. Thermal monitoring revealed pronounced vertical and temporal heterogeneity, with surface layers exhibiting wide seasonal temperature variations and substantial accumulation of thawing degree-days (cumulative TDD up to 1,017 degree-days), while subsurface layers showed high frequency of isothermal days, establishing the baseline conditions necessary for future investigations of SOM mineralization dynamics. Integration of results tests and confirms a dual-genesis framework for Kangerlussuaq soils, in which the legacy of glacial physical weathering establishes a uniform mineralogical baseline and contemporary aeolian deposition retards pedogenic differentiation, resulting in carbon stocks potentially vulnerable to accelerated mineralization under continued Arctic warming scenarios. Evidence of incipient podzolization across multiple profiles, satisfying the criteria of the Protospodic qualifier, reinforces the need for taxonomic tools more sensitive to incipient pedogenetic development in rapidly changing periglacial landscapes. Keywords: periglacial soils; soil organic matter; aeolian deposition; climate change ; Arctic