Terras raras no solo em associações graníticas e metamórficas (nappe Varginha-Guaxupé) na Mata Atlântica: uso da terra, material parental e propriedades físico-químicas
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Data
Autores
Orientador
Menegário, Amauri Antonio 
Coorientador
Juliana Silveira dos Santos
Pós-graduação
Geociências e Meio Ambiente - IGCE
Curso de graduação
Título da Revista
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Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (português)
Os elementos denominados terras raras (ETRs) compreendem a série dos lantanídeos somados ao escândio e o ítrio e são considerados contaminantes emergentes, trazendo assim preocupações relacionadas aos seus efeitos no meio ambiente. Nos solos, as concentrações de ETRs são influenciadas por uma complexa interação entre fatores geogênicos naturais e aportes antropogênicos. Compreender os mecanismos que levam ao acúmulo desses elementos nos solos é crucial para o monitoramento ambiental. Este estudo investiga a influência relativa do material parental, das propriedades do solo e do uso da terra nas concentrações de ETRs nos solos da Mata Atlântica brasileira - um hotspot de biodiversidade. O objetivo principal deste estudo foi avaliar como a geologia local, as propriedades físico-químicas do solo e o uso da terra (floresta nativa, pastagem ou Eucalyptus) influenciam as concentrações, o fraccionamento (relações entre ETRs leves vs. pesados) e as anomalias geoquímicas (Ce, Eu e Gd) nos solos superficiais (0−20 cm) desenvolvidos sobre rochas graníticas e metamórficas (nappe de Varginha-Guaxupé). Foram analisadas 147 amostras de solo de 49 sítios amostrais. As concentrações semi-totais de ETRs foram determinadas por ICP-MS após digestão pelo método USEPA 3051A. As análises estatísticas incluíram análise de similaridade (ANOSIM), testes de variância (ANOVA, Kruskal-Wallis) seguidas de testes post hoc (Tukey HSD e Dunn). A influência relativa dos preditores (mapeamento geológico, propriedades físico-químicas do solo, uso da terra) foi avaliada usando a seleção de modelos do Critério de Informação de Akaike (AICc). A concentração média semi-total de ETRs (∑ETR) foi de 188.14 mg kg⁻¹, com o cério (Ce) como o elemento mais abundante (97.25 mg kg⁻¹). A seleção do modelo revelou o material parental como o fator de controle dominante. Unidades geológicas com rochas predominantemente ígneas apresentaram concentrações significativamente mais altas (p<0.001) da ∑ETRs totais, ETRs leves (ETRLs) e ETRs pesados (ETRPs) em comparação com unidades mapeadas com rochas predominantemente metamórficas. Em contrapartida, as rochas metamórficas foram associadas a valores superiores de anomalias positivas de δCe (p=0.002) e δGd (p=0.012). O mapeamento geológico (rochas predominantemente ígneas e metamórficas) forneceu modelo plausível (Adj R2 ≥ 0.3) para Y, δEu e LaN/SaN. Em contraste, Ca:Mg sozinho forneceu um modelo plausível (Adj R2 = 0.15) para anomalias de δCe, enquanto o conteúdo de argila (Adj R2 = 0.11) para a relação SaN/YbN, as propriedades do solo apresentam efeitos mais fracos do que a geologia. Ao final, não encontramos evidências de que pastagens ou plantações de eucalipto sob manejo não intensivo elevem as concentrações de ETRs em comparação com a floresta nativa. As concentrações e o fracionamento dos ETRs nesses solos superficiais da Mata Atlântica são resultado, principalmente, do material parental subjacente. O estudo estabelece uma linha de base geogênica clara para essas rochas, mostrando que o uso não intensivo da terra para agricultura não altera significativamente os ETRs. Esses resultados demonstram a importância dos mapas geológicos existentes para interpretações ambientais dos ETRs em solos e fornecem dados críticos para distinguir os níveis naturais de referência ou de uma futura poluição antropogênica nesse ecossistema vulnerável.
Resumo (inglês)
Rare earth elements (REEs), comprising the lanthanide series plus scandium and yttrium, are emerging contaminants of concern. In soils, their concentrations are influenced by a complex interplay of natural geogenic factors and anthropogenic inputs. Understanding the drivers of REE accumulation is crucial for environmental monitoring. This study investigates the relative influence of geology, soil properties, and land use on REE patterns in soils of the Brazilian Atlantic Forest, a biodiversity hotspot. The primary objective was to evaluate how local geology, soil physicochemical variables, and land cover (native forest, pasture, Eucalyptus plantation) govern the concentrations, fractionation patterns (e.g., light vs. heavy REE ratios), and geochemical anomalies (Ce, Eu and Gd) of REEs in topsoils (0–20 cm) developed over granitic and metamorphic rocks (Varginha-Guaxupé nappe). A total of 147 soil samples from 49 sites were analyzed. Semi-total (pseudo-total) REE concentrations were determined via ICP-MS following USEPA 3051A digestion. Statistical analyses included similarity analysis (ANOSIM), variance tests (ANOVA, Kruskal-Wallis), and post-hoc comparisons (Tukey HSD and Dunn's tests). The relative influence of predictors (geology, soil pH, clay, organic matter, Ca:Mg ratio, land use) was assessed using Akaike Information Criterion (AICc) model selection. The average semi-total REE concentration (∑REE) was 188.14 mg kg⁻¹, with cerium (Ce) as the most abundant element (97.25 mg kg⁻¹). Model selection revealed that parent material was the dominant controlling factor. Geological units with predominantly igneous rocks showed significantly higher (p<0.001) concentrations of semi-total ∑REE, light REEs (LREEs), and heavy REEs (HREEs) compared to metamorphic units. In contrast, metamorphic rocks were associated with higher positive anomalies of δCe (p=0.002) and δGd (p=0.012). Our results showed that parent materials (igneous and metamorphic rocks) were the best predictors, yielding plausible models (Adj R2 ≥ 0.3) for Y, δEu, and LaN/SaN. In contrast, key soil properties as Ca:Mg alone provided a plausible model (Adj R2 = 0.15) for δCe anomalies, while clay content (Adj R2 = 0.11) influenced the SaN/YbN ratio, though soil properties had weaker effects than parent materials. Critically, we found no evidence that pastures or Eucalyptus plantations under non-intensive management elevate REE concentrations compared to native forest. The distribution and fractionation of REEs in these Atlantic Forest topsoils are principally governed by the underlying parent material. The study establishes a clear geogenic baseline, showing that non-intensive agricultural land use does not significantly alter REE signatures. These findings underscore the importance of geologic maps for environmental assessments of REEs and provide critical data for distinguishing natural background levels from future anthropogenic pollution in this vulnerable ecosystem.
Descrição
Palavras-chave
Terras raras, Fisico-química dos solos, Rochas ígneas, Rochas metamórficas, Mata Atlântica, Land use, Parent material, Soil physicochemical properties, Atlantic Forest
Idioma
Português
