Implicações geomorfológicas e paleogeográficas das crostas fosfáticas do Arquipélago de São Pedro e São Paulo, Atlântico Norte

Geomorphological and paleogeographical implications of the phosphatized crusts in the São Pedro and São Paulo Archipelago, North Atlantic

GEOCIÊNCIAS

Implicações geomorfológicas e paleogeográficas das crostas fosfáticas do Arquipélago de São Pedro e São Paulo, Atlântico Norte

Geomorphological and paleogeographical implications of the phosphatized crusts in the São Pedro and São Paulo Archipelago, North Atlantic

Fábio Soares de Oliveira^I; Walter Antônio Pereira Abrahão^II; Carlos Ernesto Gonçalves Reynaud Schaefer^III; Felipe Nogueira Bello Simas^IV

^IProfessor do Instituto Federal Minas Gerais - Campus Ouro Preto, Doutorando em Geologia Ambiental. Departamento de Geologia Universidade Federal de Ouro Preto (DEGEO/UFOP), Ouro Preto, Brasil - E-mail: [e-mail]

^IIDoutor em Solos, Professor Adjunto. Departamento de Solos, Universidade Federal de Viçosa (DPS/UFV), Viçosa, Brasil - E-mail: [e-mail]

^IIIPh.D. em Solos, Professor Associado. Departamento de Solos, Universidade Federal de Viçosa (DPS/UFV), Viçosa, Brasil - E-mail: [e-mail]

^IVDoutor em Solos. Bolsista de Pós Doutorado. Departamento de Solos, Universidade Federal de Viçosa (DPS/UFV) Viçosa, Brasil - E-mail: [e-mail]

Resumo

No Arquipélago de São Pedro e São Paulo, a deposição de excrementos da avifauna foi responsável pela fosfatização de suas rochas. Como feição mais característica, formaram-se crostas fosfáticas. Com base em metodologias pertinentes ao trabalho de campo (observação, descrição e coleta) e de laboratório (análises geoquímicas, mineralógicas e microscópicas), esse trabalho buscou caracterizar tais crostas e compreender suas implicações geomorfológicas e paleogeográficas. As crostas foram definidas como feições de acumulação de excrementos, ricos em fósforo, mineralizados sobre rochas homogêneas (peridotitos milonitizados). Depois de formadas, o comportamento hidrofóbico de tais crostas protegeu as rochas contra o avanço acelerado do perfil de alteração e da atuação de processos erosivos, tornando as encostas em que são encontradas mais íngremes e convexizadas. Ao contrário, onde a formação da crosta não foi verificada, as encostas encontram-se concavizadas e a rocha mais profundamente alterada. A presença de tais crostas também indica a existência de ambientes áridos pretéritos, diferentes das condições climáticas atuais, onde foi possível a acumulação do guano sobre a superfície.

Palavras-chave: Fosfatização, crostas fosfáticas, implicações geomorfológicas, Arquipélago de São Pedro e São Paulo.

Abstract

In the São Pedro and São Paulo Archipelago, deposition of bird excrements has been responsible for rock phosphatization, generating phosphatized crusts. This study describes these crusts and establishes their geomorphological and paleogeografical implications, based on methodologies such as field observation, description and sampling, as well as, laboratorial analyses (geochemical, mineralogical and microscopic). The crusts were defined as features of excrement accumulation, with high P content and mineralized surfaces over homogeneous rocks (milonitizaded peridotites). The hydrophobic behavior of these crusts protects the underlying rock against the accelerated advance of chemical weathering and, consequently, the role of erosion processes, developing steeper and more convex slopes. In contrast, at sites in which the formation of the crust has not been verified, the rock is more weathered and the slopes more concave. The presence of these crusts also indicates an arid paleo-environment, where guano accumulation was possible, differently from present-day climate conditions.

Keywords: Phosphatization, phosphatized crusts, geomorphological implications, São Pedro and São Paulo Archipelago.

1. Introdução

Localizado em águas brasileiras, distante cerca de 1.010 km do Cabo do Calcanhar (RN), o Arquipélago de São Pedro e São Paulo (ASPSP) é o único arquipélago do país no Hemisfério Norte (Figura 1), sendo constituído por um pequeno grupo de ilhas (10) e diversas saliências rochosas que se situam nas proximidades da Dorsal Meso-Atlântica, com área total de 1,7 ha (Figura 2).

Além de possuir uma geologia singular, sendo constituído por peridotitos milonitizados e serpentinizados, bem como por uma formação sedimentar de caráter biolitoclástico (Campos et al., 2003), o ASPSP possui grande parte de sua área emersa recoberta por excrementos de aves que ali constrõem seus ninhais, tornando-se palco do processo de fosfatização. A primeira referência a esse processo em tais ilhas foi feita por Charles Darwin, em 1844.

Conceituada como um processo específico de formação de solos, a fosfatização representa uma interação entre substrato e excrementos, ricos em fósforo, de animais (Simas et al., 2007), possuindo estreita relação com o retorno do fósforo, via lixiviação e/ou erosão, ao mar (Schaefer et al., 2004) e, por conseqüência, com a produtividade primária das áreas marinhas adjacentes.

A partir disso, considerando a existência de rochas fosfatizadas no ASPSP, esse trabalho teve como objetivo caracterizar e avaliar as implicações geomorfológicas e paleogeográficas das crostas fosfáticas formadas sobre os peridotitos do Arquipélago de São Pedro e São Paulo, reconhecendo sua influência na evolução do modelado da área de estudo.

2. Materiais e métodos

Foram estudadas duas encostas na principal ilha do Arquipélago, denominada Ilha Belmonte (Figura 2): a encosta oeste recoberta pelas crostas e a encosta leste, onde as mesmas não são identificadas. Em ambas foram coletadas amostras de rochas (crostas fosfáticas separadamente - R1; amostras da encosta oeste - R2 e amostras da encosta leste - R3), sendo, então, preparadas e submetidas a análises. O preparo das amostras envolveu sua fragmentação em seções, isto é, camadas representativas dos diferentes níveis de interação do substrato com o excremento depositado sobre ele (Tabela 1). Em seguida, as amostras foram moídas em almofariz de ágata e passadas por peneiras de 200 mesh (0,074 mm).

A análise dos teores totais dos elementos Cr, Cu, Ni, Pb e Zn foi feita através do ataque tri-ácido (HNO₃, HCl e HF) em microondas (Modelo CEM 2000), a 100 psi por 20 min a 650 W. A digestão inorgânica foi promovida com 2 mL de HCl, 9 ml de HNO₃ e 4 ml de HF adicionado a 0,3 g de material, com posterior determinação dos teores dos elementos por espectrofotometria de emissão em plasma induzido (ICP-OES). Os elementos P, Na, K, Fe, Al, Ca, Si e Mg foram determinados por fusão alcalina com 0,24 g de LiBO₂ e 0,05 g de amostra em cadinhos de grafite de alta pureza, a uma temperatura (mufla) de 1.000°C, e posterior diluição da pastilha fundida, aí formada, com HNO₃. A determinação dos teores também foi feita por ICP-OES.

A mineralogia foi obtida por Difratometria de Raios X em difratômetro modelo Rigaku, radiação de CoK . A interpretação dos difratogramas teve como referência os trabalhos desenvolvidos por Brindley e Brown (1980), Nriagu e Moore (1984) e Simas (2006). As amostras foram também submetidas à observação em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) e posterior espectrometria obtida por EDS. Seções finas, previamente estudadas em microscópio petrográfico, foram preparadas para microanálise em microscopia eletrônica de varredura, modelo JEOL JSM 6400, com detector backscattering e acoplado a espectrômetro de dispersão de raios X (PCXA - EDS). A partir de um menu dos principais elementos (Si. Ca, Mg, P, Fe, K, Cu, Ni, Co, Al, entre outros), foram produzidos mapas microquímicos das áreas selecionadas. Tanto as análises geoquímicas quanto as análises mineralógicas foram realizadas nos laboratórios do Departamento de Solos da Universidade Federal de Viçosa.

3. Resultados e discussão

3.1 Caracterização das crostas fosfáticas

Ao analisar a distribuição da cobertura das rochas por crostas fosfáticas espessas, observa-se que elas se restringem à face oeste da elevação do morro do farol, na Ilha Belmonte (Figura 2). Observações de campo permitem inferir que tais crostas estão associadas ao peridotito milonitizado sem serpentinização. Darwin (1844), ao observá-las, descrevera-as como sendo formadas "por finas lamelas de fosfatos cuja efervescência, mediante ataque ácido (experimentos realizados por ele em campo), não foi reconhecida". Possuía, segundo o naturalista, espessura próxima de 2,5 mm (um décimo de polegada). Os relatos são confirmados pelas observações atuais.

Análises químicas do material coletado (somente a crosta - Amostra R1) apresentaram altos teores de CaO (45,73%) e P₂O₅ (31,42%), associados a teores mais baixos, porém significativos, de SiO₂ (16,93%), MgO (2,73%) e Fe₂O₃ (1,13%). Teores de Al₂O₃, ZnO, CuO. NiO e Cr₂O₃ aparecem com baixos valores (Tabela 2). Proporções semelhantes foram encontradas por Renard (1882), citado por Hutchinson (1950), para o mesmo material (50% de CaO e 33,61% de P₂O₅).

A análise mineralógica da crosta aponta para uma associação entre apatita, piroxênio e olivina (Figura 3). Existem fragmentos do manto de degradação da rocha subjacente, que, provavelmente, misturam-se ao excremento depositado, respondendo pelos picos de minerais ferromagnesianos encontrados na crosta. Juntos, representam uma assembléia de minerais ultramáficos envolvidos pela massa fosfática. É provável que parte da apatita presente na crosta não seja neoformada, pois alguns picos podem ser apatitas biogênicas que resistiram ao trato digestivo dos animas e foram eliminadas junto com seus excrementos.

Os estudos da amostra R2, um peridotito milonitizado coberto pela crosta fosfática, revelaram um contraste bastante acentuado entre as seções (R2.1 - crosta, R2.2 - manto de intemperismo superior e R2.3 - rocha). Do ponto de vista geoquímico, numa comparação com o material subjacente, a crosta se confirma como uma acumulação de P e Ca (Tabela 2), ocorrendo diminuição desses elementos no sentido crosta ® rocha. Ficam como heranças de sua interação com o manto de intemperismo superficial da rocha os altos teores de magnésio e ferro. Elementos como níquel e cromo permanecem como traço na crosta, aumentando no interior do substrato (Tabela 2), típico de uma assinatura geoquímica ultramáfica.

Os aspectos mineralógicos característicos da cobertura das rochas pela crosta se confirmam no contraste entre as três seções da amostra R2 (Figura 4). De 1 para 3, observam-se reduções na intensidade e/ou ocorrência dos picos da apatita associado ao aumento e/ou permanência da intensidade dos picos dos minerais ferromagnesianos.

As análises das amostras R1 e R2 evidenciam estreita relação entre a composição química dessa crosta e os elementos constituintes dos dejetos animais, haja vista que a rocha subjacente contém pouco cálcio e fósforo (Green, 1964). Em contrapartida, a dieta das aves que habitam o ASPSP é constituída, principalmente, de sete a nove espécies de peixes, destacando-se a família Exoetidae responsável por cerca de 93% das presas consumidas, em que tais elementos são abundantes (Both & Freitas, 2001). Esse contraste fica evidenciado pelos mapas microquímicos elaborados na interface entre a crosta e o peridotito (Figura 5). Tais mapas contrastam um substrato ferromagnesiano fosfatizado em superfície, sem que se observe, entretanto, percolação dos fosfatos na estrutura da rocha. Por ser menos fraturado, os excrementos parecem se acumular sobre o peridotito milonitizado sem serpentinização, formando a crosta.

Nas amostras em que não fora reconhecida a presença de crostas fosfáticas (R3), observou-se um intenso fraturamento (macro e micro) característico dos peridotitos milonitizados e serpentinizados. Tais fraturas atuam no intemperismo mais avançado de tais rochas e como dutos da percolação dos excrementos depositados, evitando que os mesmos se acumulem na superfície. Por conseqüência, há uma interação geoquímica entre a solução rica em P e o saprolito da rocha, culminando na neoformação de minerais fosfáticos sem que se observe a formação da crosta.

O saprolito dos milonitos de peridotitos serpentinizados tem na sua composição química marcas dos intensos processos intempéricos pelos quais vem passando desde a exposição da rocha à atmosfera. Com a fosfatização, essa composição tende a se alterar ainda mais, sobretudo na área de interferência dos excrementos. Evidências geoquímicas apontam para altos teores de P₂O₅ na rocha também em profundidade. Observam-se, por exemplo, teores que correspondem a 9,58% na Seção 01 da amostra R3 e 5,75% na Seção 02 (Tabela 2). Se comparada com a Seção 2 das amostras R2, esses valores reduzem para 1,37% de P₂O₅. Outros elementos, cuja contribuição provém dos excrementos, possuem comportamento análogo, isto é, exibem em profundidade teores semelhantes ou maiores que na superfície, como é o caso do cálcio e do potássio (Tabela 2 - Amostra R3).

A mineralogia confirma tais observações (Figura 6), na medida em que é encontrada apatita também em profundidade, algumas vezes com picos de maior intensidade que na crosta superficial. Observam-se, também, como produtos da interação geoquímica com o saprolito, formas cristalinas de fosfatos de Fe, Al e K, tal como a taranakita, não observadas na crosta sob o peridotito sem serpentinização.

A análise por MEV da amostra R3 revelou distintas formas de fosfatização nas fraturas do peridotito serpentinizado. Correspondem a preenchimentos das fraturas por soluções ricas em fósforo, com progressiva fosfatização das bordas pela interação geoquímica com o saprolito. Nesse caso, o excremento exerce a pedogênese via mineralização da matéria orgânica nele contida. As fraturas preenchidas pelos excrementos servem de locus para essa mineralização, tendo como resultado a formação de fosfatos minerais secundários de Fe, Al e K citados. A Figura 7 apresenta a existência de tal fosfatização percolante.

3.2 Crostas fosfáticas como indicador paleogeográfico

É provável que algumas fases se sucedam no processo que leva à fosfatização das rochas do ASPSP, tornando as crostas fosfáticas indicadores paleogeográficos, isto é, a ocorrência do processo de fosfatização está subordinada à acumulação dos excrementos sobre o material a interagir com os mesmos. Por conseqüência, níveis avançados desse processo só ocorrerão em áreas cujas condições climáticas forem menos úmidas. Tal como Flicoteaux e Melfi (2005) expuseram para a formação de crostas fosfáticas nos saprolitos basálticos de Abrolhos, a fosfatização no ASPSP tem como característica sua intensificação em condições climáticas diferentes das atuais, haja vista que, por influência da Zona de Convergência Tropical, a região onde o Arquipélago se encontra é reconhecida na atualidade como uma das áreas de maior pluviosidade de todo Oceano Atlântico (Campos et al., 2005).

A partir do que se observa atualmente no ASPSP, podem ser reconhecidos três momentos distintos que levam à fosfatização de suas rochas: I - uma fase mais úmida, responsável pela formação de saprolitos identificados na maior parte da Ilha Belmonte, sobretudo a partir da alteração dos peridotitos milonitizados e serpentinizados; II - fosfatização das rochas pelo aumento do aporte de excrementos em condições climáticas áridas; III - condições úmidas atuais que se caracterizam pela destruição (lixiviação e erosão) dos produtos formados na fase anterior. É possível que essa fase tenha sido responsável pela erosão de possíveis perfis de solos formados no Arquipélago em condições pretéritas e também pela diminuição dos depósitos de guano.

3.3 Crostas fosfáticas e o controle do intemperismo e da erosão

Associações entre a evolução geomorfológica das encostas da Ilha Belmonte (faces leste e oeste) e a cobertura de suas rochas por crostas fosfáticas podem ser feitas a partir do estudo da distribuição da crosta e morfologia das encostas a elas associadas.

Como no período mais seco apenas parte das rochas (peridotitos milonitizados) foi revestida por crostas espessas e outra parte (peridotitos milonitizados serpentinizados) permitiu a percolação dos fluidos sem sua concentração na superfície, a atuação dos processos erosivos no momento atual, onde predomina a erosão dessas estruturas, processa-se de maneira diferenciada nessas encostas. Observa-se que, na área onde há o recobrimento pelas crostas, a vertente se apresenta com declividade mais acentuada, faces mais angulosas e perfil convexizado com caimento abrupto para o mar (Figura 8a). Em contrapartida, do outro lado, na face leste (Figura 8b), onde o saprolito ficava em exposição, a vertente é mais suavizada, descrevendo um perfil côncavo até se tornar íngreme na sua base, onde transiciona abruptamente para os costões rochosos. A exposição do saprolito nessa encosta faz com que ela esteja menos protegida dos processos erosivos.

4. Conclusões

Quando os fluidos ricos em P provenientes das excreções das aves são depositados sob rochas homogêneas e com baixo grau de fraturamento, ocorre uma acumulação superficial, cujo limite de percolação é o manto de intemperismo superior da rocha, quase sempre mais fragmentado que decomposto. Formam-se crostas cuja mineralogia é constituída por apatitas mais recalcitrantes, sejam elas neoformadas ou biogênicas. Quando a interação ocorre com rochas fraturadas, sendo essas intemperizadas e com caráter ferruginoso, a tendência é de que se formem novos minerais fosfáticos secundários, que preenchem essas fraturas, não havendo acumulação na superfície.

Em razão do seu comportamento hidrofóbico, as crostas fosfáticas protegem as rochas que recobrem o aprofundamento do manto de intemperismo nas condições úmidas atuais e da erosão. Por conseqüência, induzem à evolução de encostas mais estruturalizadas, íngremes e com perfis mais convexos, caindo abruptamente para o mar. Identificada sua inexistência, as encostas são mais côncavas e apresentam-se formadas por saprolitos de peridotitos expostos.

Por se tratar de um processo condicionado a climas mais secos, a fosfatização acentuada das rochas do ASPSP comporta-se como um excelente indicador paleoclimático de que condições mais áridas já afetaram a pedogênese naquele local, conprovando que as condições úmidas atuais são responsáveis pela erosão dos paleo-produtos da fosfatização

5. Referências bibliográficas

Artigo recebido em 09/09/2009

Aprovado em 01/02/2010.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  14 Jun 2010
• Data do Fascículo
  Jun 2010

Histórico

• Recebido
  09 Set 2009
• Aceito
  01 Fev 2010