Estudo da evolução da paisagem do quadrilátero ferrífero (Minas Gerais, Brasil) por meio da mensuração das taxas de erosão (10be) e da pedogênese

Evolution of the landscape in the region of quadrilátero ferrífero (Minas Gerais, Brazil) based on the measurement of erosion rates (10be) and pedogenesis

SEÇÃO V - GÊNESE, MORFOLOGIA E CLASSIFICAÇÃO DO SOLO

Estudo da evolução da paisagem do quadrilátero ferrífero (Minas Gerais, Brasil) por meio da mensuração das taxas de erosão (¹⁰be) e da pedogênese

Evolution of the landscape in the region of quadrilátero ferrífero (Minas Gerais, Brazil) based on the measurement of erosion rates (¹⁰be) and pedogenesis

César Augusto Chicarino Varajão^I; André Augusto Rodrigues Salgado^II; Angélica Fortes Drummond Chicarino Varajão^III; Régis Braucher^IV; Fabrice Colin^V; Hermínio Árias Nalini Jr.^VI

^IProfessor Associado, Departamento de Geologia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP. Campus Morro do Cruzeiro, R. Diogo de Vasconcelos 122, CEP 35400-000 Ouro Preto (MG). E-mail: [e-mail]

^IIProfessor Adjunto, Departamento de Geografia, Instituto de Geociências, Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG. Av. Presidente Antônio Carlos 6.627, Pampulha, CEP 31270-901 Belo Horizonte (MG). E-mail: [e-mail]

^IIIProfessor Associado, Departamento de Geologia, Escola de Minas, UFOP. E-mail: [e-mail]

^IVPesquisador do CNRS, CEREGE, Europôle de l'Arbois, Aix-em Provence, E-mail: [e-mail]

^VPesquisador do IRD-Institute pour le Dévelopemment de la Recherche. Nouméa, E-mail: [e-mail]

^VIProfessor Associado, Departamento de Geologia, Escola de Minas, UFOP. E-mail: [e-mail]

RESUMO

Geomorfologicamente o Quadrilátero Ferrífero é uma região conspícua, onde raízes de estruturas metassedimentares proterozóicas, apresentando feições de um relevo jovem, encontram-se em destaque sobre um mar de colinas de rochas cristalinas do Arqueano. O presente trabalho teve como objetivo o estudo da evolução da paisagem do Quadrilátero Ferrífero por meio da análise integrada dos dados quantitativos das taxas de erosão (¹⁰Be) e dos tipos de perfis de solos desenvolvidos a partir dos principais litotipos da região. A mensuração da concentração de ¹⁰Be extraído do quartzo de veios, de quartzitos e de sedimentos fluviais foi obtida utilizando um espectrômetro de massa por acelerador. A razão média de erosão de 7 m por milhão de anos coloca em evidência um importante soerguimento epirogenético da região em estudo. Concordantemente, os estudos macromorfológicos, mineralógicos e micromorfológicos de todos os perfis de solos investigados por meio de trabalhos de campo, da difração de raios X e da microscopia óptica mostram perfis imaturos e autóctones. Esses resultados sugerem que o relevo do Quadrilátero Ferrífero é um produto de constante e intenso processo erosivo.

Termos de indexação: geomorfologia, neotectônica, taxa de erosão, solos imaturos, solos autóctones.

SUMMARY

A geomorphological overview of the Quadrilátero Ferrífero reveals a conspicuous region where roots of metassedimentary Proterozoic strucutures, displaying young relief features, are in evidence over a sea of hills from the Archean basement. This paper deals with the landscape evolution in the "Quadrilátero Ferrífero" region, based on the integrated analysis of quantitative data of the erosion rates (¹⁰ Be) and of the soil types developed from the main rocks of the region. The ¹⁰Be concentration extracted from quartz of veins, quartzites and fluvial sediments was measured by a mass spectrometer (accelerator). The mean erosion ratio of 7 m Ma^-1 highlights a significant regional epirogenetic uplift. In agreement, the macromorphological, mineralogical and micromorphological studies of all soil profiles, investigated by field work, X ray diffraction and optical microscopy, showed immature and autochthonous soils. These results suggest that the relief of the Quadrilátero Ferrífero is product of a constant and intense erosion process.

Index terms: geomorphology, neotectonic, erosion rate, immature soils, autochthonous soils.

INTRODUÇÃO

A questão da evolução da paisagem no Quadrilátero Ferrífero sempre foi motivo de grandes controvérsias. O modelado regional tem sido objeto de estudo desde os trabalhos de Hader & Chamberlin (1915), para quem o relevo da região é fruto de sua estrutura e da erosão diferencial, onde os quartzitos e itabiritos constituem o substrato das terras altas, os xistos-filitos compreendem o substrato das terras de altitude mediana e as terras baixas estão moldadas sobre granito-gnaisses. Espacialmente, as terras altas constituem um conjunto de cristas e superfícies erosivas soerguidas que possuem uma forma grosseiramente quadrangular (Quadrilátero Ferrífero), formando o entorno das terras baixas, por onde corre o Rio das Velhas, nível de base da região central do Quadrilátero Ferrífero.

Outras considerações semelhantes acerca dessa conformação geomorfológica, controlada pela estrutura (dobras e falhas) e pela erosão diferencial, foram apresentadas em trabalhos posteriores, que investigaram o modelado local procurando compreender ciclos de erosão e aplainamento. Entre eles, destacam-se os de King (1956), Barbosa & Rodrigues (1965), Dorr (1969), Barbosa (1980) e Varajão (1991). Este último verificou que a quantidade de ciclos erosivos identificados em cada um dos trabalhos realizados anteriormente dependia do conceito que cada autor possuía acerca de superfície de aplainamento, bem como do intervalo altimétrico considerado. Desse modo, no que se refere à gênese da paisagem local, as conclusões sobre a erosão diferencial permanecem atualmente como as únicas de caráter consensual. Entretanto, quase todos os estudos que interpretaram a ação da erosão diferencial basearam-se em análises dedutivas, carentes de dados quantitativos.

No Quadrilátero Ferrífero, o primeiro trabalho que investigou a erosão diferencial com base na quantificação dos processos erosivos foi o de Salgado et al. (2004). Esses autores abordaram o tema por meio de análise química de amostras de água coletadas em nascentes e em canais fluviais de variadas ordens em diferentes litotipos. Os dados referentes aos sólidos totais dissolvidos nas amostras de água foram também utilizados para o cálculo da taxa anual de rebaixamento do relevo. Esse trabalho concluiu que a diferença de altitude em relação ao nível de base, bem como a área da bacia hidrográfica, são variáveis que influem na intensidade da denudação geoquímica no Quadrilátero Ferrífero. Além disso, demonstrou, quantitativamente, a existência de uma denudação geoquímica diferencial, em que: quartzitos/itabiritos (1,3-4 m Ma^-1) constituem as rochas mais resistentes; xistos/filitos (4-8 m Ma^-1) e granito-gnaisses (5,5 m Ma^-1), as de resistência mediana; e mármores e dolomitos (25 m Ma^-1), as de menor resistência. Esses resultados foram análogos aos encontrados por Reesman & Godfrey (1981), que estudaram sub-bacias do Rio Tennessee. No entanto, considerando-se a denudação geoquímica em bacias de grandes dimensões, Pinet & Soriau (1988) e Summerfield (1991) atestam que, além do substrato, da área da bacia e do nível de base, a tectônica também tem grande interferência na intensidade desse tipo de denudação. Nesse contexto, as bacias em áreas orogênicas possuem as maiores taxas de denudação, e as menores taxas ocorrem em áreas cratônicas.

Posteriormente, Salgado et al. (2007, 2008) chegaram a conclusões semelhantes utilizando como ferramenta o núcleo cosmogênico ¹⁰Be, isótopo radioativo com meia-vida de 1,5 Ma, para mensurar, a longo termo (1,5 Ma), taxas médias de erosão de superfícies e de bacias hidrográficas (Brown et al., 1995; Granger et al., 1996; Blanckenburg, 2005). Estes autores concluíram que o relevo do Quadrilátero Ferrífero é controlado pela litoestrutura e por processos de erosão diferencial e que as áreas que têm por substrato os quartzitos e itabiritos são muito mais resistentes à erosão do que aquelas moldadas sobre xistos-filitos e granito-gnaisses.

Esses recentes estudos quantitativos da erosão diferencial com ênfase na evolução do modelado no Quadrilátero ferrífero, apesar de terem sido realizados sobre os principais litotipos da região, utilizaram como base somente análise química de amostras de água coletadas em canais fluviais e a concentração de ¹⁰Be em quartzo de veios, sedimentos e rochas. Nenhuma correlação foi efetuada com os perfis de solo desenvolvidos sobre esses diferentes litotipos e, consequentemente, com o seu papel na evolução da paisagem.

O presente artigo enfocou o estudo da evolução do modelado por meio da análise integrada dos dados quantitativos das taxas de erosão (¹⁰Be) e dos tipos de perfis de solo desenvolvidos a partir dos principais litotipos do Quadrilátero Ferrífero. O conhecimento das principais transformações mineralógicas, micromorfológicas e geoquímicas, com a consequente liberação dos elementos químicos maiores (erosão geoquímica atual), leva ao entendimento do grau de maturidade dos diferentes perfis de solo e à compreensão das relações entre a erosão e a pedogênese na evolução da paisagem.

O QUADRILÁTERO FERRÍFERO

O Quadrilátero Ferrífero possui cerca de 7.200 km² e localiza-se na parte central do Estado de Minas Gerais, na região Sudeste do Brasil (Figura 1), junto à borda sul do Craton do São Francisco (Almeida, 1977). O clima da região é tropical semiúmido, possuindo duas estações climáticas bem definidas: verão úmido e inverno seco. É constituído por quatro conjuntos litoestratigráficos (Alkmim & Marshak, 1998): Complexos Metamórficos, compostos por terrenos granito-gnáissicos de idade arqueana; Supergrupo Rio das Velhas, formado por uma sequência vulcano-sedimentar arqueana tipo "greenstone belt"; Supergrupo Minas, formado por metassedimentos clásticos e químicos de idade proterozoica; e Grupo Itacolomi, formado por metassedimentos clásticos proterozoicos (Figura 1). Toda a sequência é seccionada por diques máficos; a idade de 906 Ma representa a principal época de intrusão desses diques (Silva et al., 1992).

O levantamento pedológico do Estado de Minas Gerais (CETEC, 1983) definiu três unidades de mapeamento para o Quadrilátero Ferrífero: (1) AR2, composta por Afloramentos de Rocha (AR), Cambissolos com A moderado e Solos Litólicos com A fraco, relacionados principalmente aos itabiritos do Grupo Itabira e aos quartzitos dos grupos Caraça e Itacolomi; (2) Cd3, formada por Cambissolos distróficos com A fraco, relacionados aos filitos do Grupo Piracicaba; e (3) LVAd3, constituída por Latossolos Vermelho-Amarelos distróficos com A moderado, relacionados aos gnaisses do Complexo Bação e aos xistos do Grupo Nova Lima.

Essas mesmas classes de solos, mas com maior detalhamento dos diferentes tipos hierárquicos, foram mantidas na nova versão, em elaboração, do mapa de solos de Minas Gerais (1: 600.000 - FEAM/UFV -Fundação Estadual do Meio Ambiente/Universidade Federal de Viçosa - Departamento de Solos), e a classe LVd8 (Latossolos Vermelhos Distróficos), relacionada aos xistos do Grupo Nova Lima, foi definida na região centro-sul do Quadrilátero Ferrífero. Finalmente, com relação aos solos sobre formações ferríferas, Camargo (1982) classificou como Latossolos Ferríferos (antiga denominação) perfis de solos desenvolvidos sobre pedimentos de rochas itabiríticas, e Costa (2003) identificou Latossolos Vermelhos originados de itabirito em diferentes localidades do Quadrilátero Ferrífero, sem, entretanto, correlacioná-los com a evolução da paisagem.

No que se refere à gênese dos perfis de solo no Quadrilátero Ferrífero, poucos estudos foram direcionados para esse fim. Particularmente, na porção sul do Complexo do Bação, onde ocorrem vertentes com baixa declividade, os solos desenvolvidos sobre gnaisses são Latossolos Vermelho-Amarelos distróficos (CETEC, 1983; Parsanese, 2001). Entretanto, estudos efetuados por Figueiredo et al. (2004), suportados por análises micromorfológicas, mostraram que os solos latossólicos são restritos aos segmentos de meia vertente e foram desenvolvidos a partir de materiais coluvionares provenientes dos perfis da alta vertente. Analogamente, Bacellar et al. (2005) designaram esses materiais situados na meia vertente como rampas de colúvio. Na alta e na baixa vertente os perfis são pouco desenvolvidos, sendo classificados, respectivamente, como Cambissolos Háplicos e Neossolos Litólicos e, ou, Flúvicos (Figueiredo et al., 2004). Estes autores relacionam esse processo à neotectônica durante o Pleistoceno Superior/Holoceno Médio, que leva ao encaixamento da rede de drenagem e propicia o fluxo gravitacional de sedimentos e sua deposição na meia vertente.

Evidências de coluvionamento foram também registradas previamente em depósitos argilosos cenozoicos ocorrentes nos sinclinais da Moeda (Varajão et al., 1989a,b, 1990, 2000a, 2001; Santos, 2003) e Dom Bosco (Varajão & Santos, 2003; Santos et al., 2004; Santos & Varajão, 2004), cujos substratos são filitos do Grupo Piracicaba. Esses depósitos foram formados em pequenas bacias relacionadas a eventos neotectônicos que teriam ocorrido no final do Oligoceno e início do Mioceno (Lipski et al., 2002). Com base em estudos micromorfológicos e cristaloquímicos, Varajão et al. (2001) e Santos (2003) descrevem a ocorrência de perfis pedogenéticos superpostos, sendo o perfil inferior formado in situ e o superior invertido, formado a partir dos sedimentos lateríticos coluvionares. Esses sedimentos coluvionares seriam oriundos dos perfis de solo desenvolvidos sob condições de clima quente e úmido (Neo-Eoceno ao Eoceno Superior), que levou à formação de espessa cobertura laterítica sobre xistos e filitos.

MATERIAL E MÉTODOS

As amostras de quartzo para o cálculo de taxas de erosão (¹⁰Be) foram coletadas em veios de quartzo, gnaisses e quartzitos, localizados no topo de colinas, e em sedimentos fluviais das diferentes sub-bacias (Figura 1). Os veios de quartzo foram utilizados pelo fato de que este mineral, além de abundante na superfície terrestre, pode ser facilmente purificado e dissolvido para extração laboratorial do ¹⁰Be, além de possuir uma estrutura cristalográfica que minimiza a contaminação do ¹⁰Be produzido in situ pelo ¹⁰Be atmosférico, bem como sua perda para a atmosfera (Braucher et al., 2003; Brown et al., 2003). As amostras foram coletadas no topo das colinas para evitar áreas que possam ter sido recobertas por colúvios, fato que alteraria a incidência de radiação cósmica sobre a amostra.

Para a análise do ¹⁰Be, as amostras (cerca de 70 g) foram primeiramente trituradas e reduzidas nas frações entre 1 e 0,25 mm. Em seguida, o quartzo foi purificado e extraído, utilizando uma solução de aproximadamente 100 mL de HCl concentrado e H2SiF6 para extinguir os demais minerais. Para eliminação do ¹⁰Be atmosférico nas amostras de quartzo puro, foram adicionadas três soluções de 20 mL de HF concentrado, em intervalos de 24 h entre cada uma. Na sequência, o quartzo purificado foi dissolvido em 100 mL de HF concentrado. Nesta solução contendo quartzo dissolvido, foi acrescentado 0,3 g de ⁹Be. Extrações químicas sucessivas com base em solventes e precipitações foram realizadas como forma de recuperar o ¹⁰Be, que então foi mensurado no espectrômetro de massa Tandétron AMS em Gif-sur-Yvette, França. As razões medidas ¹⁰Be/⁹Be foram calibradas com o material-padrão de referência SRM 4325 do NIST (National Institute of Standards and Technology), usando a razão ¹⁰Be/⁹Be de (26,8 ± 1,4) x 10^-12. A percentagem de erro do método de mensuração do ¹⁰Be inclui 3 % referentes à passagem do elemento no acelerador, 1 % de erro estatístico na contagem do elemento e 6 % na produção in situ no quartzo amostrado (Stone, 2000). Após esses procedimentos, foi possível calcular as taxas de erosão, devido ao fato de que estas são funções da produção de ¹⁰Be, da altitude, da profundidade, da latitude e da sombra proporcionada pelo relevo. A primeira dessas variáveis foi mensurada no espectrômetro de massa, e as outras quatro foram medidas em campo na coleta das amostras (Blanckenburg, 2005).

Os solos foram descritos e as amostras coletadas em todos os horizontes a partir dos diferentes litotipos, nas mesmas sub-bacias (Figura 1) das amostragens de água efetuadas por Salgado et al. (2004). Foram coletadas amostras deformadas para análise mineralógica e química total e amostras indeformadas para o estudo micromorfológico. As lâminas foram descritas utilizando a terminologia de Brewer (1976), no que diz respeito às características pedológicas, e segundo Spry (1969), no que tange às rochas metamórficas.

As análises químicas totais dos elementos maiores Al, Si, Fe, Mg, Ca, Na e K e do menor Mn foram realizadas via Espectrometria de Emissão Atômica por Plasma (ICP-OES Spectro Cirus CCD).

Nas análises mineralógicas utilizou-se o difratômetro RIGAKU GEIGERFLEX D/MAX com radiação monocromática de CuKα e velocidade do goniômetro de 1.2º 2θ min^-1 para a fração pó total e para a fração argila (fração < 2 µm) separada por sedimentação. Os difratogramas obtidos na fração total abrangem um intervalo de 2 a 70 º(2θ), e nas amostras orientadas da fração argila, de 2 a 35º (2θ).

RESULTADOS

Taxas de erosão

As taxas de erosão obtidas pelo método ¹⁰Be em amostras de superfície e sedimentos no Quadrilátero Ferrífero encontram-se no quadro 1. Os resultados revelam que elas variam segundo os diferentes litotipos. Os quartzitos (0,3-2,5 m Ma^-1) apresentam as taxas de erosão mais baixas, seguidos por filitos (4-5,5 m Ma^-1), gnaisses (12-13 m Ma^-1) e xistos (12,5-14,5 m Ma^-1). Os sedimentos do exutório da bacia de Fechos (Quadro 1), contendo a contribuição de diferentes litotipos (itabirito, quartzito, mármore, dolomito, xisto e filito), mostram uma taxa de erosão de 6,8 m Ma^-1. Assim, este valor pode ser considerado o valor médio da erosão no Quadrilátero Ferrífero no último milhão de anos.

Estudo dos perfis de solo dos principais litotipos do Quadrilátero Ferrífero

Os perfis de solos estudados relacionam-se aos filitos das formações Batatal e Fecho do Funil (Supergrupo Minas), aos xistos dos grupos Sabará (Supergrupo Minas) e Nova Lima (Supergrupo Rio das Velhas), aos itabiritos da Formação Cauê (Grupo Itabira, Supergrupo Minas), aos quartzitos do Grupo Caraça (Supergrupo Minas), aos gnaisses do embasamento (Complexo do Bação) e aos diques de metadiabásios (Figura 1, Quadro 2).

Perfil 1: Xisto do Grupo Sabará - O perfil de solo formado sobre esta unidade (Figura 2a) é pouco desenvolvido, sendo representado na base por um horizonte C bem espesso, com estrutura de xistosidade bem preservada, e transição gradual para o horizonte A. Foi classificado como Neossolo Regolítico (Embrapa, 2006).

 

Macroscopicamente, além da evidente foliação apresentada pelo horizonte C, uma marcante variação de tonalidade, concordante com essa estrutura, reflete uma variação textural e mineralógica da rocha original. De fato, estudos microscópicos da rocha fresca, obtidos por meio de furos de sondagem, mostram ser essa foliação caracterizada pela presença de clorita, mica (moscovita), em associação com quartzo e pirita. Variações na distribuição e no tamanho desses constituintes refletem a variação textural e de tonalidade apresentada no horizonte C (Figura 2b), onde impregnações por óxido (hematita) e hidróxido (goethita) de ferro, concordantes com a foliação, são originadas da exsudação do ferro quando da alteração da clorita e dos minerais opacos (pirita), embora não mais presentes neste horizonte. Nas micas, são frequentes feições de ilitização e caulinização nas bordas e nos planos de clivagem. A variação no tamanho dos constituintes é notável para os grãos de quartzo, cujas formas são variáveis e os tamanhos podem atingir até 2 mm. Adicionalmente, os contornos irregulares, com fortes reentrâncias, sugerem reações de dissolução (Figura 2h).

O horizonte A (Quadro 2, amostra S1) caracteriza-se micromorfologicamente por um fundo matricial formado por agregados com foliação residual em associação com agregados sem estrutura, constituídos por um esqueleto quartzoso, cujos grãos têm forma e tamanhos irregulares, semelhante aos do topo do horizonte precedente (horizonte C). Adicionalmente, nódulos ferruginosos de formas e tamanhos (< 0,8 mm) variados encontram-se associados. Todos esses constituintes encontram-se imersos em um plasma de estrutura silassépica constituída por caulinita, ilita, goethita, hematita e gibbsita. O sistema de poros, com fissuras transagregados e interagregados, de largura até 0,5 mm, embora não preenchidas, caracteriza a atuação pedogenética neste horizonte.

Perfil 2: Filito da Formação Batatal - Analogamente ao perfil desenvolvido sobre o xisto Sabará, o perfil de solo formado sobre esta unidade (Quadro 2) é pouco desenvolvido, sendo representado na base por um horizonte C bem espesso, com estrutura de xistosidade bem evidenciada e transição gradual para o horizonte A. Foi classificado, também, como Neossolo Regolítico (Embrapa, 2006).

A amostra de rocha fresca (furo de sondagem) é caracterizada por uma foliação marcante, que microscopicamente é definida pela presença de mica (moscovita), intercalada com grafita, quartzo e pirita. Localmente, a foliação é cortada por um veio de quartzo policristalino.

No horizonte C (amostras B3 e B2), a foliação, bem marcada pela presença de micas, persiste, ocorrendo feições de ilitização e caulinização nas bordas e nos planos de clivagem. Adicionalmente, observa-se uma variação textural dos minerais micáceos, caracterizada por alternância de níveis milimétricos (3 a 9 mm) com textura fina (< 100 µm), intercalada com bandas mais finas (0,5 a 3 mm) de textura mais grosseira (> 200 µm), definindo uma estrutura bandada.

No horizonte A (Quadro 2, amostra B1), o fundo matricial apresenta partes mais ferruginizadas e partes deferruginizadas. Ambas apresentam porções relíquas dos filitos precedentes em contato difuso com um plasma silassépico de composição: caulinita, ilita, goethita, hematita e gibbsita. Grãos de quartzo esparsamente distribuídos, analogamente ao horizonte C precedente, caracterizam uma estrutura porfirogrânica. O sistema de poros, com fissuras transagregados e interagregados, de largura até 0,6 mm, embora não preenchidas, caracteriza a atuação pedogenética neste horizonte.

Perfil 3: Filito da Formação Fecho do Funil - O perfil de solo formado sobre esta unidade (Quadro 2) é também pouco desenvolvido (Figura 2c), sendo classificado como Cambissolo Háplico (Embrapa, 2006). É representado na base por um horizonte C de tonalidade cinza-clara que é sotoposto por um horizonte B pouco espesso (~30 cm) com transição gradual para um horizonte A.

Estudos microscópicos da rocha fresca (R), moscovita-quartzo-xisto, obtida por meio de furos de sondagem, mostram que a foliação é caracterizada pela presença de níveis de quartzo, por vezes policristalino, com granulação variada (< 1 mm) e extinção ondulante, intercalados com níveis de micas e de minerais opacos (< 10 %).

O horizonte C (amostra F3) apresenta foliação evidenciada pela presença predominante de sericita em palhetas muito pequenas (< 5 µm), caracterizando uma estrutura lepidoblástica. Essas palhetas encontram-se associadas com feldspatos, que mostram intensas feições de seritização e caulinização nas bordas e nos planos de clivagem, além de conterem impregnações ferruginosas de composição goethítica e hematítica, originada pela exsudação do Fe dos minerais opacos, o que evidencia ainda mais a foliação presente. Os grãos de quartzo são raros e de tamanho < 100 µm. Uma intensificação da impregnação ferruginosa é observada em direção ao topo, mascarando as estruturas relíquas e marcando a transição para o horizonte B.

O horizonte B (Figura 2d) é caracterizado pela presença de litorrelíquias de filito (1 mm a 0,5 cm), com foliação marcada por impregnações ferruginosas, litorrelíquias de quartzito (1 mm) de forma irregular e pedorrelíquias com estrutura não diferenciada, com tamanhos e formas variadas (200 µm a 1 mm). São frequentes também os fragmentos de quartzo policristalinos de tamanho (40 µm a 1 mm) e formas variadas. Esses constituintes, juntamente com algumas palhetas mais desenvolvidas de mica, constituem o esqueleto, que se encontra envolvido por um plasma silassépico de composição: caulinita, ilita gibbsita, goethita e feldspato.

A passagem do horizonte B para o horizonte A é marcada apenas pela presença de fissuras inter e transagregados, contendo, localmente, matéria orgânica. Os mesmos constituintes do esqueleto descritos no horizonte B encontram-se no horizonte A.

A presença de litorrelíquias e de grandes fragmentos de quartzo nos horizontes B e A (que diferem daqueles descritos no horizonte C) pode inicialmente sugerir uma descontinuidade do horizonte C para os horizontes B e A. Assim, os horizontes B e A seriam coluvionares. Entretanto, como a rocha fresca revela uma variação mineralógica e textural, representada por níveis mais enriquecidos em quartzo e de tamanhos variados, intercalados com níveis predominantemente filossilicáticos, uma evolução in situ não pode ser descartada. Situação semelhante ocorre no perfil desenvolvido sobre os xistos do Grupo Sabará, anteriormente descrito, onde a transição entre os horizontes C e A é bem marcada pela variação textural e mineralógica apresentada por essa unidade, evidenciando uma evolução in situ do horizonte A.

Perfil 4: Xisto do Grupo Nova Lima - Similarmente ao perfil Fecho do Funil, o perfil de solo formado sobre esta unidade (Quadro 2) é pouco desenvolvido, sendo também classificado como Cambissolo Háplico (Embrapa, 2006).

Estudos microscópicos da rocha fresca, obtida por meio de furo de sondagem, classificam-na como um xisto com foliação bem marcada pela presença de clorita e mica (moscovita) com níveis micrométricos de quartzo (< 200 µm). É frequente a presença de opacos (pirita) distribuídos aleatoriamente. Observam-se ainda intercalações mais espessas de quartzo em associação com ankerita, caracterizando a estrutura bandada desta rocha.

No horizonte C (NL4), a foliação ainda presente é definida por finas intercalações de quartzo e minerais foliares (caulinita, moscovita), sendo evidenciada por impregnações de óxidos (hematita) e hidróxidos (goethita) de ferro, originados da exsudação do ferro quando da alteração de clorita presente na rocha original, porém totalmente alterada neste horizonte (Figura 2e).

A transição entre os horizontes C e B (NL3) é caracterizada por um truncamento da foliação, apresentando fragmentos de filito com tamanhos e formas variadas, intensamente impregnados por ferro, mas que não possuem a mesma orientação da foliação, sugerindo uma remobilização pedogenética. As análises DRX mostram a mesma composição do horizonte inferior, ou seja, caulinita, mica, quartzo, goethita e hematita.

No horizonte B (NL2), a foliação não é mais evidenciada, sendo o fundo matricial caracterizado por um esqueleto constituído por uma intensa disseminação das palhetas de mica dos fragmentos de xisto, em associação com fragmentos irregulares micrométricos de quartzo (50 a 200 µm). Esse esqueleto encontra-se disseminado em um plasma argiloferruginoso silassépico de composição caulinítica, ilítica, gibbsítica, goethítica e hematítica, definindo uma estrutura porfirogrânica (Figura 2f). Observa-se ainda um sistema de poros com vazios intra e transagregados. A intensificação da porosidade para o topo, com a presença de matéria orgânica nos vazios, marca a transição para o horizonte A, que conserva ainda as mesmas características mineralógicas e texturais do horizonte B, caracterizando uma evolução in situ.

O horizonte A (NL1) é semelhante ao horizonte B, porém nele se observa intensificação dos poros e presença de restos orgânicos.

Perfil 5: Gnaisse do Embasamento - Analogamente aos perfis anteriores, o perfil de solo formado sobre esta unidade (Quadro 2) é pouco desenvolvido, sendo também classificado como Cambissolo Háplico (Embrapa, 2006).

A rocha fresca na base do perfil é um gnaisse constituído por plagioclásios e K-feldspatos parcialmente ilitizados e caulinizados, quartzo, biotita parcialmente cloritizada com algumas inclusões de zircão e epidoto.

No horizonte C, saprolito (amostra E3), observa-se intensificação do processo de ilitização dos feldspatos, que culmina com a disseminação das palhetas de ilita em um plasma marrom-avermelhado (luz plana) com impregnação ferruginosa e na separação dos grãos residuais, como quartzo, feldspatos e traços de biotita.

Os cristais remanescentes de feldspato apresentam fortes reentrâncias e poros de dissolução, preferencialmente orientados segundo os planos de macla. Os cristais de biotita, parcialmente pseudomorfizados em clorita e caulinita, apresentam cor de polarização anormal, com tonalidade amarelada e planos de clivagem amarronzados, devido à exsudação do ferro. Os cristais de quartzo apresentam tamanhos e for-mas variadas (< 400 µm) e as bordas com reentrâncias de dissolução. Entretanto, localmente ocorrem porções relíquas da rocha fresca, onde os contatos entre os minerais encontram-se bem preservados. Trata-se de porções ricas em quartzo e pobres em biotita.

No horizonte B (E2), o processo de ilitização e caulinização torna-se mais intenso, em associação com a exsudação do ferro, de modo a gerar uma textura porfirogrânica cujos constituintes do esqueleto são os mesmos do horizonte precedente, porém com tamanhos menores (< 300 µm) e feições de dissolução mais intensas. O plasma apresenta composição predominante de caulinita e, secundariamente, com ilita e goethita. A porosidade é incipiente, apresentando poros interagregados irregulares com ausência de cutãs. Localmente, observam-se vestígios de matéria orgânica.

No horizonte A (E1) ocorre intensificação do plasma, diminuição em intensidade e tamanho (< 100 µm) dos grãos do esqueleto, incremento nas feições de dissolução e aumento na porosidade, com poros inter e transagregados.

Perfil 6: Metadiabásio - Diferentemente dos perfis anteriores, o perfil de solo formado sobre esta unidade (Quadro 2) é mais desenvolvido, com horizonte B mais espesso (~1 m), porém com porções de relíquias do saprolito em associação com minerais primários suscetíveis à alteração. Essas características contribuíram para a classificação deste perfil de solo como Latossolo Vermelho Aluminoférrico Cambissólico (Embrapa, 2006).

O horizonte C (D4) é caracterizado por um esqueleto formado por restos de feldspatos em diferentes estádios de alteração para caulinita, em contato difuso com um plasma argiloferruginoso de coloração castanho-amarelada (luz plana), constituído de caulinita, goethita, hematita e gibbsita. Como constituinte desse fundo matricial ocorrem ainda quartzo, de forma e tamanho variados (20-200 µm), ilmenita e nódulos ferruginosos pedogenéticos e litorrelíquias. Os nódulos pedogenéticos são maciços, de cor marrom-acastanhada e se encontram em associação com as litorrelíquias formadas por feldspatos caulinizados e agrupamentos de quartzo policristalino, ocorrendo sob a forma lenticular, sugerindo uma ligeira foliação (Figura 2g).

Em amostras de rocha fresca de diabásio do Complexo do Bonfim (Carneiro et al., 1998) foram identificados principalmente plagioclásio (47,9 %), ortoclásio (11,5 %), quartzo (11,6 %), ilmenita (4,4 %) e apatita (1,4 %), o que mostra uma analogia com os constituintes descritos no horizonte C.

No horizonte B (amostra D3) observa-se dispersão dos grãos de quartzo, sendo o fundo matricial representado por um esqueleto predominantemente quartzoso, cujas características texturais e ópticas são análogas às dos grãos do horizonte precedente. Associado a esse fundo matricial têm-se nódulos litorreliquiais, análogos ao horizonte precedente, porém os feldspatos ocorrem totalmente caulinizados e ferruginizados (Figura 2h). Todos esses constituintes encontram-se em contato difuso com um plasma silassépico castanho-avermelhado composto de: caulinita, gibbsita, goethita e hematita. No topo do horizonte B (D2), as feições são semelhantes às observadas na base, mas as porções relíquas são de menor tamanho (< 200 µm) e com contato mais difuso com o plasma, atestando uma evolução in situ. Adicionalmente, observa-se um sistema de poros com fissuras irregulares, vazias, contínuas e descontínuas, evidenciando a ação pedogenética e a transição para o horizonte A.

No horizonte A (D1) ocorre um incremento substancial da porosidade, formado por fissuras irregulares inter, intra e transagregados.

Perfil 7: Itabirito da Formação Cauê - Os perfis de solos desenvolvidos sobre os itabiritos (BIF - Banded Iron Formations) são particulares, em virtude da composição química e mineralógica dessas rochas. Na sua grande maioria são pouco desenvolvidos, sendo classificados como Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos (Embrapa, 2006). Quando um pouco mais evoluídos, devido à presença de níveis metapelíticos com anfibólio, podem chegar a Cambissolos.

Essas formações ferríferas são constituídas por bandas ricas em quartzo, alternadas com bandas ricas em óxidos de ferro, hematita (principalmente) e magnetita (subordinadamente). As bandas possuem espessura variável (milimétricas a métricas). Além do caráter bandado, essas rochas podem apresentar aspecto xistoso nas bandas ricas em hematita, devido ao habitus tabular e respectiva orientação preferencial deste mineral. No Quadrilátero Ferrífero ocorre ainda um tipo particular de BIF, pobre em sílica (< 5 %), conhecido como hematita compacta (hard hematite, Dorr, 1965). Trata-se de corpos lenticulares constituídos predominantemente por hematita e, subordinadamente, por magnetita, parcial ou totalmente martitizada (Varajão et al., 1997).

A alteração supergênica isalterítica dessas rochas é marcada por uma dissolução congruente (Varajão et al., 1996a,b, 2000b). Os grãos de quartzo sofrem lento processo de corrosão por dissolução centrípeta e lixiviação da sílica (Figura 3), provocando uma fragilização da estrutura da rocha, tornando-a friável e, portanto, facilmente erodível. As hematitas são mais resistentes à dissolução, e apenas uma pequena parte do ferro é lixiviada. A maior parte permanece no perfil, formando plasmas hematíticos e, ou, goethíticos, que preenchem fissuras e cavidades geradas pela alteração supergênica dos constituintes da rocha. As magnetitas, por sua vez, podem ser totalmente martitizadas, sendo facilmente reconhecidas por preservarem o habitus octaédrico original da magnetita. Quando parcialmente martitizadas, podem apresentar núcleos de maghemita ou kenomagnetita, os quais são mais suscetíveis ao processo de dissolução supergênica, gerando cavidades (Figura 2i), que, juntamente com as fissuras, são as principais responsáveis pela microporosidade (Varajão et al., 2002) do horizonte C. Assim, o ferro originado da dissolução dos óxidos primários passa por inúmeras etapas de dissolução/reprecipitação, que progressivamente tendem a apagar a textura inicial do itabirito, gerando um horizonte incipiente, no qual podem-se reconhecer fragmentos da rocha-mãe, conhecido como canga (horizonte C/B). Quando, numa canga, a estrutura da rocha é macroscopicamente reconhecível, usa-se a denominação canga estruturada, tratando-se, portanto, de um horizonte C. As cangas, embora mecanicamente resistentes, podem ser destruídas na base, devido a eventuais oscilações do lençol freático, ou no topo, pela ação dos agentes intempéricos biogênicos, gerando um horizonte superficial A, pouco espesso, centimétrico, constituído de pequenas partículas ferruginosas, que guardam, internamente, as mesmas características texturais, químicas e mineralógicas da canga que foi desagregada.

Devido à resistência mecânica das cangas e à vizinhança estratigráfica com os quartzitos (Grupo Caraça), os itabiritos ocupam sempre uma posição de destaque na paisagem e constituem cristas das serras da região, cujo aspecto grosseiramente quadrangular é o responsável pela designação Quadrilátero Ferrífero.

Perfil 8: Quartzito do Grupo Caraça - Similarmente aos itabiritos, os perfis de solos desenvolvidos sobre os quartzitos, devido à composição mineralógica desta rocha, ou seja, com mais de 80 % de quartzo, são pouco evoluídos, sendo classificados como Neossolos Litólicos. Particularmente, quando da presença de níveis micáceos na rocha-mãe, caracterizando-a como um quartzo-mica-xisto, tem-se a formação de um horizonte C (Quadro 2, amostra Q3) mais desenvolvido ou mesmo a formação de um horizonte B (Quadro 2, amostra Q2) incipiente, sendo classificados, respectivamente, como Neossolos Regolíticos ou Cambissolos.

Análises químicas dos perfis de solos e das águas

O comportamento dos elementos maiores nos perfis de alteração, desde as amostras de rocha fresca, sua distribuição nos horizontes de solo até suas concentrações nas águas (Salgado et al., 2004) que drenam esses horizontes, coletadas nos períodos úmido (verão) e seco (inverno), é apresentado no quadro 3.

De maneira geral, observa-se uma tendência de enriquecimento relativo dos elementos Fe, Al e Mn e um empobrecimento em K ao longo dos perfis de alteração. Para os elementos Na, Ca e Mg, a distribuição é irregular, não existindo uma tendência linear. Essa irregularidade reflete as variações mineralógicas dos diferentes litotipos, assim como a baixa maturidade dos perfis de alteração, evidenciados pelos estudos micromorfológicos. No caso particular do Si, os teores elevados nos horizontes A (xisto Sabará, filito Fecho do Funil e gnaisse) evidenciam uma importante concentração relativa de quartzo no topo desses perfis.

Em concordância com o observado nos perfis de alteração, Fe, Al e Mn apresentam baixas concentrações nas águas. Na, Ca e Mg, apesar de apresentarem teores irregulares nos perfis de alteração, mostram sempre altas concentrações nas águas, o que atesta a alta mobilidade destes elementos. Por outro lado, as baixas concentrações em K nas águas podem ser explicadas pela presença constante de mica e ilita particularmente nos horizontes C e B. Cabe ressaltar ainda que o Si apresenta sempre fortes concentrações nas águas, particularmente nos xistos e gnaisses.

DISCUSSÃO

As taxas de erosão obtidas por meio do método ¹⁰Be revelaram para o Quadrilátero Ferrífero um valor médio da ordem de 7 m Ma^-1. Esse resultado, quando comparado com o de outras partes do Brasil (Quadro 4), revela dissonância com os resultados de Cuiabá e similaridade com os do Estado da Bahia e do Distrito Federal. Essas áreas encontram-se separadas por um lineamento N45E, que corta o território brasileiro do noroeste do Ceará ao sudoeste do Mato Grosso, denominado por Schobenhaus (1975) como Lineamento Transbrasiliano (LB). Segundo Neves (1991), esse lineamento divide o País em dois domínios geotectônicos: os "Dois Brasis" ou "Dois Brasis Geomorfológicos" (Saadi, 1993).

A Plataforma Sul-americana, no seu conjunto, encontra-se em processo de soerguimento (Saadi, 1993; Ricomini & Assumpção, 1999). Para Saadi et al. (2005), como resposta aos movimentos tectônicos epirogenéticos, o soerguimento do Brasil Oriental teria ocorrido em pulsos, provocando a reativação de lineamentos e geossuturas nos períodos Eoceno-Oligoceno, Mioceno, Plioceno e Pleistoceno de, respectivamente, 35-33, 16-13, 7 e 1 Ma. O período Eoceno, na região Sudeste, foi marcado por um soerguimento epirogenético concomitante a uma fase tectônica distensiva, com formação de estruturas "horst/graben" e consequente formação de bacias. Têm-se como exemplo as bacias de Taubaté, Resende e, particularmente no Quadrilátero Ferrífero, as bacias de Gandarela e Fonseca (Gorceix, 1884; Maxwell, 1972). Lipski (2002) efetuou análises de paleotensões em sedimentos terciários do Quadrilátero Ferrífero e identificou três eventos neotectônicos: (1) no Oligoceno, relacionado à geração de grabens, igualmente ao descrito por Maizatto (2001) para o fechamento das bacias Gandarela e Fonseca; e (2) e (3) no Plioceno, relacionados à reativação das estruturas preexistentes nas encaixantes.

Nesse contexto tectônico, as taxas de erosão obtidas pelo método ¹⁰Be na Bahia, Brasília e Quadrilátero Ferrífero são similares, por se encontrarem na porção E do LB, área que foi submetida a pulsos neotectônicos de soerguimento e aos consequentes processos erosivos. Por outro lado, à W do LB, à exceção da área de subsidência do Pantanal Mato-grossense, a plataforma se manteve estável. Assim, a taxa de erosão em Cuiabá é mais baixa, porém similar às taxas de erosãomedidas na África do oeste, onde, igualmente, os terrenos se encontram em regime de plataforma estável. O quadro 4 revela os altos valores de taxas de erosão para as áreas tectonicamente ativas do mundo (Antártica, Japão e Himalaia).

As coberturas lateríticas do Quadrilátero Ferrífero constituem igualmente registro e fonte de informações para a datação direta ou indireta das variações climáticas, assim como da tectônica recente na região. Um exemplo é o platô de 900 m de altitude (Chapada do Canga), localizado no sopé SE da Serra do Caraça, que exibe expressiva cobertura laterítica (canga e bauxita) formada a partir dos sedimentos terciários da Formação Fonseca (Gorceix, 1884; Maxwell, 1972), cujas datações (Maizatto, 2001) revelaram idades concordantes com a tectônica distensiva formadora dos riftes na região Sudeste do Brasil (Ricomini et al., 1983). Posteriormente, com o soerguimento da Plataforma Sul-americana durante o Mioceno, sob condições de clima úmido e quente (Maizatto, 2001), ocorreu a laterização desses sedimentos terciários, com a formação de cangas e bauxitas, colocando-as como as mais jovens do Quadrilátero Ferrífero. As mais antigas seriam de idade eocênica (Spier et al., 2006), em concordância com a maioria dos depósitos das diferentes regiões do planeta (Tardy et al., 1991). Assim, as superfícies cimeiras interpretadas por diferentes autores como cretácicas são protegidas contra a erosão mecânica por coberturas de canga formadas, principalmente, durante o Eoceno.

Os perfis de solos descritos neste trabalho e que foram desenvolvidos sobre os diferentes litotipos mostram características de autoctonia. Como observado nos estudos micromorfológicos, as descontinuidades texturais e por vezes mineralógicas são decorrentes de variações faciológicas na rocha-mãe. Independentemente do tipo litológico a que são filiados, são perfis pouco desenvolvidos, com horizonte B ausente ou incipiente, sendo classificados como Neossolos e Cambissolos, exceto o perfil 6, atestando, desse modo, uma importante atividade erosiva. Entretanto, deve-se ressaltar, como relatado no item Quadrilátero Ferrífero, a ocorrência de solos bem desenvolvidos, com horizonte B latossólico sobre os litotipos: gnaisse do Complexo do Bação (CETEC, 1983; Parsanese, 2001), itabiritos do Grupo Itabira (Camargo, 1982; Costa, 2003) e xistos do Grupo Nova Lima (CETEC-FEAM-UFV). Contudo, geneticamente, estes não foram desenvolvidos a partir do substrato local, e sim sobre materiais coluvionares oriundos de perfis lateríticos formados in situ, mais a montante, a partir desses mesmos substratos rochosos.

A presença concomitante de perfis autóctones pouco desenvolvidos e perfis alóctones bem desenvolvidos, relacionados ao mesmo substrato rochoso, constitui uma importante informação da história recente, controlada pela neotectônica, que levou ao desencadeamento de um intenso processo erosivo no Quadrilátero Ferrífero. Esse processo erosivo de perfis lateríticos, formados no Eoceno e Mioceno, teria acontecido graças a uma conjunção de fatores ocorridos no Plioceno: o clima árido dominante e os pulsos tectônicos (7 e 1 Ma), formando depósitos alóctones, posteriormente pedogenizados; como, por exemplo, no Complexo Bação (Bacellar et al., 2005), onde foram datadas argilas orgânicas holocênicas (33 e 7 Ma).

Os dados geoquímicos dos perfis de solos mostram variações dos elementos em função dos tipos litológicos envolvidos, da heterogeneidade de suas composições mineralógicas e da suscetibilidade dos diferentes minerais à alteração. As águas que drenam xistos e gnaisses apresentam teores mais elevados de Si, Na e Fe (Quadro 3) do que as águas que drenam quartzitos e itabiritos (Quadro 5). Ou seja, essas águas possuem teores em Fe maiores que as provenientes de itabiritos e, analogamente, teores maiores de Si que aquelas provenientes de quartzitos.

A concordância entre os dados geoquímicos pedológicos e os dados hidroquímicos evidencia, desse modo, a importância da análise integrada da pedogênese com as análises químicas dos solos e das águas na compreensão da evolução da paisagem.

CONCLUSÕES

1. A análise integrada dos estudos mineralógicos, micromorfológicos e químicos dos perfis de solos desenvolvidos a partir dos principais litotipos da região em diferentes bacias, confrontados com a análise química das nascentes e as taxas de erosão (¹⁰Be), permite a compreensão quantitativa do papel do intemperismo e da erosão na evolução da paisagem do Quadrilátero Ferrífero.

2. A análise das transformações pedológicas revelou que, independentemente do tipo litológico, os solos autóctones são predominantemente imaturos (Neossolos e Cambissolos). Esse fato sugere que o relevo da região é produto de um processo erosivo intenso e constante.

3. O valor da taxa de erosão média de 7 m Ma^-1 (¹⁰Be) atesta igualmente um importante soerguimento epirogenético, em concordância com as evidências da tectônica recente da região.

4. Os dados pedogenéticos, hidroquímicos e as taxas de erosão (¹⁰Be) apresentados neste trabalho concordam com os dados paleontológicos e geocronológicos do Quadrilátero Ferrífero, constituindo assim uma importante ferramenta para a compreensão e quantificação dos processos geomorfológicos, bem como da evolução da paisagem da região.

AGRADECIMENTOS

Ao IRD (Institute de Recherche pour le Développement, France), pela bolsa BESCD atribuída a César A.C.Varajão, e à CAPES, FAPEMIG e CNPq, pelo apoio financeiro.

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em novembro de 2008 e aprovado em maio de 2009.

Nota editor: Ma = mega anos = milhões de anos.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  11 Jan 2010
• Data do Fascículo
  Out 2009

Histórico

• Aceito
  Maio 2009
• Recebido
  Nov 2008