Formação do solo e
mobilidade dos
elementos
Cap. 2 e 7 de Rose, A.W., Hawkes, H.E., Webb,
J.S. Geochemistry in mineral exploration.
New York: Academic Press. 1979. 2ª ed. 657p.
Licht 1996
Formação do solo
Solo:
Corpo natural de constituintes orgânicos e
minerais, organizado em horizontes de
espessuras variáveis, que diferem entre si na
morfologia, composição física, propriedades e
composição química e características
biológicas.

Joffe (1949, in Rose, Hawkes & Webb, 1979)

Estágio avançado do intemperismo!
Perfil de solo idealizado
Atividade biológica
máxima
A0
Frag. orgânicos decompostos
parcialmente
A1
Escuro, rico em MO (humus) +
matéria mineral
Eluviação
(remoção de material
solum
em suspensão ou
dissolvido em água).
A
Cor clara, pouco estruturado
(pode ou não estar presente)
Iluviação
Marrom a marrom-alaranjado.
Acumulação de Arg.M ou Hidró. Fe.
Compacto, estrutura prismática
característica (concrec.)
2
(Acumulação de mat.
por deposição ou ptção
de água de percolação)
B
intemperismo
incipiente
C
Material original
(rocha ou nconsolidado)
Estrutura preservada da rocha mãe
R
Rocha mãe
Diferenças entre os horizontes
Que afetam a dispersão geoquímica!!

Além de cor e textura (campo)

pH

Conteúdo de M.O.

Assembléia e tipo do argilo-mineral

Quantidade de óxidos-hidróxidos de Fe – Al - Mn
Fração argila
pH

MO
%
CTC
mEq/
100g
Comp.
Mecan
%
SiO 2
livre
%
Fe2O 3
livre
%
Al2O 3
livre
%
Variações nas propriedades físicas e químicas
dos diferentes horizontes, do perfil de solo
(podssolo - tropical).
Horizonte A do solo
Lixiviação parcial (eluviação – latim lavar)

Percolação descendente de água pelo solo

Constituintes removidos como íons ou
moléculas em solução


Outros removidos como partículas
coloidais dispersas
Humus – agente catalizador da lixiviação
A0
A1
A2
B
C
Humus



Mistura complexa de substâncias
amorfas e coloidais marrom
escuro modificado dos tecidos
das
plantas
originais
ou
sintetizado por vários organismos
do solo ( Brady 1974).
Os ácidos orgânicos e agentes complexantes
(humus → bactérias) promovem a lixiviação do
horizonte A.
Ac. org. + HCO3 → dissol. min → Ca2+,Na+, Mg2+,K+
Sítios trocáveis dos AM, óxidos (tam. Arg.), M.O.
Horizonte A
como se movem os elementos

Bases móveis descendem, então,
dissolvidos
como íons
Fe e Al:
como partículas coloidais de argilominerais e óxidos,
como complexos de grupos orgânicos,
Íons livres ou complexados com OH- em solos ácidos


Sílica: dissolvida como ácido silícico (H4SiO4) ou
mobilizada como sílica coloidal
Espessura dos níveis em A
A0
Depende de:
A
 Suprimento de restos orgânicos
 Taxa de decomposição
A
 Efetividade da lixiviação ou eluviação
B
 Idade do perfil
C
A1 e A2 podem ocorrer em solos de
florestas e clima úmido
A2 pode estar ausente em solos de
gramíneas e climas secos, ou solos jovens;
1
2
Horizonte B do solo
A0
Os constituinte mais móveis em condições
úmidas e drenagem livre podem descer até o
freático – ou retidos em B

Zona de acumulação (iluviação):

Rica em argilominerais, óxidos de Al e/ou
Fe

Pode se enriquecer também por material
ascendente: evaporação ou circulação por
capilaridade
A1
A2
B
C
Horizonte B do solo
Quantidade de iluviação depende:

Decréscimo de acidez com a percolação
descendente da água

Aumento no conteúdo de sólidos dissolvidos
leva a floculação do material coloidal e
formação dos óxidos.
Horizonte C do solo
A0
Material parental intemperizado

Pode ser: rocha em situ, cobertura aluvial, glacial
ou eólica, solo de um ciclo pedológico anterior
(paleossolo).
A1
A2
B
C

Cores mais claras, mantém estruturas e texturas
originais.
Diferenças entre os horizontes
Para prospecção geoquímica → respostas
para mineralizações sobrejacentes aos
perfis de solo.

Distribuição de metais varia muito
conforme as mudanças de horizonte

Dividir os horizontes (incluindo A1 e A2)

Reconhecer perfis imaturos

Reconhecer perfis truncados
Diferenças entre os horizontes

Metais solúveis, adsorvidos em
argilominerais e coloides são removidos
do A.

Elementos contidos em minerais
resistentes serão enriquecidos.

Metais (hidróxidos de Fe e Mn e argilo)
removidos do A acumulados no B

Variação no conteúdo de metal com o horizonte de um
solo tipo latossolo, Zambia. Àlcalis aumenta em
profundidade e Co e Ni não mostram muitas variações.
Fatores que afetam a formação do solo

Material original

Clima

Relevo

Atividade biológica

tempo
Material original
Relação entre elementos
menores no solo residual
e veio de pegmatito em
Bepe, Zimbabue (fração
80#). Geochemical
prospecting reaserch
center, Imperial College,
Londres.
pegmatito
xisto
xisto
♣
Fatores que afetam a formação do solo

Material original

Clima

Atividade biológica

Relevo

tempo
Clima

T e chuvas mais importantes!

Climas úmidos → lixiviação → horizonte B

>ppt/evaporaç - Movimento descendente

Climas áridos → sem horizonte A – solos
calcários
Clima

Clima seco: movimento ascendente por
evaporação, ppt de carbonatos e sulfatos de
Ca e Mg.

Material coloidal sobe e forma horizontes
concrecionais (sílica e óx. Fe);

Lixiviação incompleta →

pH mais alcalino
montmorilonita

Formação de gel aluminoso, endurecimento externo,
quebramento por desidratação, massa coloidal no interior, e
preenchimento por veios de calcita. (Glossary of Geology,
1987). Fayetteville Formation in northern Arkansas.
Fatores influenciados pelo tipo de clima

pH

Assembléia de
pH
argilomineral

Conteúdo de Ca,
Mg, MO
> acido

Todos afetam
dispersão dos
Chuvas (mm)
Efeito das chuvas no pH do solo.
metais.

Influência do clima na concentração de
M.O. e carbonato no perfil de solo.
Fatores que afetam a formação do solo

Material original

Clima

Relevo

Atividade biológica

tempo
Relevo (topografia)

Nível do lençol freático

Drenagem

Erosão
Desenvolvimento de solo salino sob influência
da água subterrânea em clima árido.
Relevo (topografia)

Regiões baixas → terreno saturado quase
superficie

Camada rica em orgânicos com subsolo
pálido → condições redutoras → lixiviação
mínima.

Água na superfície → formação de turfa!
Ângulo de declive afeta erosão e
drenagem


Alto → > erosão
> perda de volume

baixo → < erosão

< perda de volume
de material
de material

Solos mais rasos

Solos + espessos

Horizontes menos

Horiz. + distintos
distintos

+ mat. pedregoso
Efeitos da erosão no tipo de solo
(a) Aumento de
erosão – perfil
truncado,
sepultamento do perfil
original
(b) perfil truncado
Fatores que afetam a formação do solo

Material original

Clima

Relevo

Atividade biológica

tempo
Atividade Biológica

Função da vegetação + atividade de
microorganismos em decompor os restos de plantas
(clima)

Clima seco < humus < ativ. de formação do solo

Clima úmido > ativ. Biológica > acum. Humus e
formação de ácidos organicos
Atividade Biológica

Máxima acumulação de humus?

Em climas úmidos e frios.

Outro fator biológico:

Diferentes tipos de vegetação – diferentes produtos
de decaimento orgânico.
Percentagem
Conteudo de coloide
Atividade Biológica
floresta
campo
campo
pH
floresta
Profundidade (cm) e horizontes
Efeitos da vegetação nas propriedades do solo.
Fatores que afetam a formação do solo

Material original

Clima

Relevo

Atividade biológica

tempo
Tempo

A acumulação de material fonte por intemperismo
leva mais tempo que a diferenciação em horizontes
de solo!
Tempo

Horizonte A tênue pode levar décadas (com
umidade e drenagem livre).

Desenvolvimento de horizonte B distinto leva
tempo – séculos ou milênios.
Juvenil - erosão
Maduro - tempo
Formação de horizonte
A e B em perfil de podssolo
Em função da idade.
♣
Principais processos de
intemperismo




Zona de acidólise total – vegetação de
liquens e coníferas (16%, áreas frias)
Degradação lenta
Al migra por acidólise total
Podsolos ricos em quartzo
Principais processos de
intemperismo




Zona alitização - regiões tropicais e
equatoriais (13%) alta precipitação
(>1500mm) e vegetação exuberante.
Hidrólise total e formação de óxihidróxidos de Al e Fe (minerais?)
Zona de monossialitização - (tropical subúmido (18%), ppt >500mm;
Caulinita (1:1) e oxi-hidróxidos de Fe
Principais processos de
intemperismo




Zona bissialitização - zonas temperadas e
áridas (39%)
Lixiviação pouco intensa
Argilominerais 2:1
esmectitas

Intensidade do intemperismo aumenta com a
pluviosidade, resultando em solo com maior
proporção de minerais secundários (fração argila).

Intensidade do intemperismo relacioonado com
pluviosidade/ T/ vegetação.
Classificação dos solos (1ª )
Sistema americano (Thorp & Baldwin 1930):
 Solos azonais

Solos zonais

solos intrazonais
Classificação dos solos
Solos azonais
Horizontes incipientes e perfis imaturos, como
os solos desenvolvidos sobre aluviões recentes:
Litossolos, regossolos, solos aluviais


Solos intrazonais
influenciados por condições locais, como a
drenagem: solos mal drenados de regiões
úmidas (gley), solos mal drenados de regiões
áridas (salinos)
Classificação dos solos
Solos zonais
Perfil maturo, com características
determinadas pelo clima e vegetação:
Podzol, chernozen, latossolo, solos
desérticos.

Latossolos – horizonte B muito espesso,
vermelho ou amarelo.
65% dos solos brasileiros estão afetados por
laterização ou ferralitização
Caulinita + gibbsita

Solos zonais
Perfil idealizado de quatro tipos de solos zonais.
Classificação do solo x clima
Frio seco
Frio úmido
Solo ártico
Solo
desértico
Solo de
gramíneas
Solo
podzóico
Solo tropical
quente seco
quente úmido
Mapa mundi com solos
Ártico
Podzólico
Gramíneas
Desértico
Tropical
montanhoso
Podzólico – úmido temperado, florestado (processo?);
gramíneas – temperado e sub-úmido; (savannas e argilas pretas
e cinzas); desértico – clima árido, temperado e tropical
♣
(litossolos e regossolos);
Mapa mundi com solos
Ártico
Podzólico
Gramíneas
Desértico
Tropical
montanhoso
tropical – cobertos por florestas e savannas de clima úmido
e seco-úmido tropical a sub-tropical;
montanhoso ou pedregoso – litossolos.
Podsolo
Sob as cinzas
(under ash)
Nome russo
Arar sob uma
camada de
cinza


Podsolo

gramineas
Neossolo
Vertissolo
cambissolo
chernossolo
luvissolo

Alissolo
argilossolo
Nitossolo
latossolo
espodussolo
Gleissolo
Hidromórfico
(saturado em água)
Rico em M.O.

Fracionamento dos elementos no solo

Comportamento dos elementos traços
intemperismo depende:
Resistência
dos
minerais
hospedeiros
intemperismo
no
ao

Mobilidade relativa de cada elemento nas condições
fisico-químicas do ambiente superficial.

Elem. pouco móvel
clástico

Elem. móvel se afasta como carga em solução de
águas superficiais e subterrâneas.
permanece com produto
Fracionamento dos elementos no solo
Meio Líquido: Os constituintes iônicos da água
são geralmente os mais reativos.

íons livres para reagir formando precipitados ou
participando de reações de CTC na superfície
de partículas sólidas eletricamente carregadas;

Responsáveis pelas dispersões hidromórficas!
Fracionamento dos elementos no solo
Meio sólido: difícil dizer os minerais que
servem de hospedeiros dos traços:

Considerar o comportamento geral dos
elementos na zona de intemperismo;

Determinar as proporções relativas do metal
solubilizado por diferentes extratores químicos
(ataques ácidos fortes e quentes).

Óxidos, oxissais, fosfatos, argilo-minerais,
Comportamento dos elementos
Zeegers (1979) agrupou os elementos em 4 grupos,
processos de laterização, Guiana Francesa:

Cr, Ti, P, Sr, Zr enriquecidos com Fe2O3/Al2O3

Cu, Ni, Zn, Mn (Co, Mg) - abundantes em r. básicas
e lixiviados em intemperismo profundo

K, Ba, B (Ca, Na) - r. aluminosas em intemperismo
profundo

Pb, Mo – não afetados.
Mobilidade dos elementos no ambiente
superficial
É a facilidade com que o elemento se
move em um certo ambiente.
Mobilidade química de um íon:
 Íons livres
 Íons complexos
 Adsorvidos em sólidos finos (hidro-óxidos,
argilo-minerais, M.O.)
 colóides
Mobilidade dos elementos no
ambiente superficial
A mobilidade química dos
elementos, particularmente os metais, é a
base da dispersão secundária em
ambiente supergênico.
Utilizada pela prospecção geoquímica
em diferentes escalas.
Mobilidade no ambiente superficial
função da carga iônica e do raio iônico
Potencial iônico PI = carga/raio iônico
Cations móveis

Elemento com baixo PI (Ca e Na)
são solúveis como simples
cátions,

Elem. com PI muito alto atraem
O: oxi-ânions solúveis (PO43+,
SO42-, MoO42-)

Elem. com PI intermediários (Al,
Ti, Sn) são móveis pela forte
tendência à adsorção em
superfícies, apesar da baixa
solubilidade.

Os elem de transição, com
orbitais internos incompletos (Cu,
Cr, Al, Fe) tendem a ser menos
solúveis e mais fortemente
adsorvidos.
Íons imóveis
OxiânÍons
móveis
Mobilidade no ambiente superficial como função da carga iônica e do raio iônico
Mobilidade dos elementos em ambiente superficial
Mobilida Oxidante
de relativa pH 5-8
intemperismo
Oxidante
PH <4
Minério sulfetado
oxidado
Redutor
Pântanos
Rico em MO
Alta
Cl, Br, I, S, Rn, He,
mobilidade C, N, Mo, B
K > 10
Cl, Br, I, S, Rn, He, C, Cl, Br, I, Rn, He
N, B
Mobilidade Ca, Na, Mg, Li, F,
moderada Zn, Ag, U, As
K = 1-10
Ca, Na, Mg, Sr, Hg, Ca, Na, Mg, Li, Sr, Ba,
Cu, Ag, Co, Li, F, Zn, Ra, F, Mn
Cd, Ni
Pouca
mobil.
K = 0,1-1
K, Rb, Ba, Mn, Si,
Ge, P, Pb, Cu, Ni,
Co
K, Rb, Ba, Si, Ge, Ra
K, Rb, P, Si, Fe
Imóvel
K < 0,1
Fe, Al, Ga, Sc, Ti,
Zr, Hf, Th, Sn,
ETR, Pt, Au (Cr,
Nb, Ta, Bi)
Fe, Al, Ga, Sc, Ti, Zr,
Hf, Th, Sn, ETR, Pt,
Au, As, Mo, Se
Fe, Al, Ga, Ti, Zr, Hf, Th,
Sn, ETR, Pt, Au, Cu, Ag,
Pb, Zn, Cd, Hg, Ni, Cu
Importância do pH e Eh




O valor específico de pH que leva a precipitação de um
elemento é denominado de pH de hidrólise. Acima deste
o elemento não é mais encontrado móvel.
Nas proximidades de um depósito de pirita que se oxida
com pH <1, o íon férrico está em solução,
O pH vai neutralizando e outros íons vão precipitando
como o Cu em 5 e o Zn em 7.
Cu, Pb, Zn móveis em que pH? Acido ou alc.
pH de hidrólise para alguns elementos selecionados.
Importância do pH e Eh


Em pH 7 a solubilidade do Cu é 10-6.65 moles/l – 14 ppb
Que é o conteúdo de Cu nas águas naturais.
Qualquer quantidade
Adicional de Cu, faz ele
ppt como CuO
Cu muito solúvel em
águas ácidas.
Insolúvel em águas
Neutras e alcalinas
Solubilidade do Cu2+ como função do pH, mostrando limitações para CuO .
Importância do pH e Eh


Em soluções reduzidas a solubilidade do Cu é muito baixa (Cu +)
Em condições mais oxidantes solubilidade aumenta Cu2+
Solubilidade do Cu2+ como função do Eh, mostrando limitações para Cu metal .
Adsorção e trocas iônicas com
partículas coloidais

Argilominerais

Óxidos hidróxidos de Fe e Mn

Matéria orgânica
Minerais Secundários
Mineral primário
Dissolução+hidrólise
Mineral secundário
Vistos em MEV (2 m
ou menor)
Analizados em
difração de raio-X e
analises termodiferenciais.
Classes de tamanho de partículas e algumas propriedades (Birkeland, 1974)
Importância dos argilo-minerais

Capacidade sortiva, ou de troca catiônica (CTC)
desse grupo de minerais:
CTC (meq/100g
miliequivalentes
Esmectita
Ilita
Caulinita
80-100
15-40
3-15
• Relacionada à facilidade dos argilo-minerais em
receber moléculas de água ou cátions ou
moléculas orgânicas entre as lâminas que
constituem sua estrutura.
Argilo-minerais





Contém a maior parte do Al e da Si liberados pelos
minerais primários.
Estrutura baseada em camadas.
Camada de tetraedro com grupos de (Si,Al)O4 cada
Si4+, ou Al3+ é rodeado por 4 O2- em coordenação
tetraédrica.
Camadas octaédricas Al3+, Fe2+, Mg2+, rodeados por 6 O2em coordenação octaédrica.
Identidade do mineral: sequência de camadas, elemento no
octaedro, carga na camada, cátion na intercamada que
balança a carga da camada.
Argilo-minerais
a. Grupos de (Si,Al)O4 em camadas de tetraedros; b. tetraedros vistos de lado e
representação; c. vista de lado de camadas de octaedros e representação; d.
estrutura da caulinita; e. estrutura da muscovita/ilita.
Argilo-minerais

Se
um
cátion
divalente como o Mg
ocupa o octaedro,
cada
miolo
do
octaedro
será
preenchido, e o
mineral
será
classificado
como
trioctaédrico:
esmectita, talco
Argilo-minerais
Se um cátion de
valência 3+ como o
Al ocupa o
octaedro, somente
dois miolos do
octaedro será
preenchido, e o
mineral será
classificado como
dioctaédrico:
pirofilita

Al2Si4O10 (OH)2 -
Classificação
Grupo
Tipo de camada Carga da
camada
fórmula
Caulinita
1:1
<0,01
Si4Al4O10 (OH)8
Ilita/muscovita
2:1
1,4-2,2
Mx(Si6.8Al1.2)Al3Fe0,25Mg0
,75O20 (OH)4
Vermiculita
2:1
1,2-2,2
Mx(Si7Al)Al3Fe0,5Mg075O2
0 (OH)4
Esmectitab
2:1
Na+
0,5-1,2 (0,67)
Mx(Si8Al3.2)Fe0,2Mg6O20
(OH)4
clorita
2:1 com
OH na
intercamada
variável
(Al(OH)0,25) . (Si8,8Al1.2)
Al3,4Mg0,6O20 (OH)4
K+
Ca2+ e
M - cation monovalente na intercamada, b - montmorilonita em solo
Caulinita-estrutura mais simples


Compartilham O ou OH
Substituições nos
tetraedros e
octaedros são
raras, por isso a
carga é 0.
A carga da
camada é
balanceada por
cátions que
ocupam sítios
entre as
camadas.
Esmectita



Ca e Mg são cátions
comuns nos sítios
entre camadas.
A carga é
importante em
definir quão forte os
cátions estão
ligados entre as
camadas. Esmectita
tem a ligação mais
fraca.
Por isso tem uma
capacidade de troca
muito alta, como
resultado da baixa
carga entre as
camadas.
Aumenta o grau de intemperismo

Genese dos argilominerais, pela remoção de
elementos solúveis K, Na, Ca e Mg.




Caulinita favorecida por
ambiente ácido,
drenagem livre,
lixiviação de K, Na, Ca e
Mg e muitos traços.
Climas úmidos onde
chuva excede a
evaporação.
Percolação de
infiltração e lateral é
ativa.
Mineral mais comum na
zona de intemperismo.





Montmorilonita – condições
neutras a alcalinas
lixiviação incompleta K, Na,
Ca e Mg e muitos traços.
Drenagem truncada ou
muita evaporação.
Típica de regiões de clima
semi-árido ou em água
subterrânea aprisionada.
Pela sua característica
expansiva mantém o solo
sem drenar.
Disposição de Fe e Mg
(minerais
ferromagnesianos)
Óxidos de ferro e alumínio







Chamados de sesquióxidos
Limonita: Fe2O3nH2O
Hematita Fe2O3
Goetita Fe2O3H2O
Diásporo Al2O3H2O
Gibsita Al2O33H2O
Limonita – mistura de goetita e hematita +
jarosita KFe(SO4)2(OH)6) na presença de pirita
oxidada;
Mobilidade dos óxidos no
intemperismo
Grupo
Óxido
Mobilidade
relativa
Sesquióxidos
Cr2O3
Al2O3
Fe2O3
TiO2
Baixa
1 - 100
SiO2
Moderada 100 - 500
K2O
Na2O
CaO
MgO
Alta
500 – 10.000
Dióxido
Alcalinos e
alc. terrosos

Intensidade do intemperismo aumenta com a
pluviosidade, resultando em solo com maior
proporção de minerais secundários (fração argila).
Importância dos óxidos de Fe e Mn

Durante a precipitação podem incorporar,
por co-precipitação, outros íons que não
seriam
normalmente
afetados
por
modificações de pH e Eh.

Captura elementos muito móveis (como
Cu2+ e Zn2+ em condições ácidas) que se
concentram nos precipitados de Fe e Mn.

Halos geoquímicos reduzidos (pernicioso),
pois adsorve os móveis.
Formação de gossans
Cu

Py
Zn
Ag
Fe(OH)3 + H2SO4
COLÓIDE
Fe(OH)3 amorfo- fase de
absorção de metais)
Pb
goetita ou hematita (engrossa o grão – diminui
a afinidade de absorção)
Co
Importância dos óxidos de Fe e Mn

Óxidos de Fe e Mn tem uma importância maior
que os de Al e Si:

tem capacidade de sorção mais elevada,

dissolvem com a redução do potencial redox

e re-precipitam à medida que o sistema se torna
mais oxigenado.
Importância dos óxidos de Fe e Mn

Isso mantém estes óxidos em estado amorfo ou
com baixo grau de cristalinidade,

apesar de ativos – floculam!

Facilita a incorporação de íons estranhos na
estrutura.

Maiores controladores da fixação dos metais
pesados.
Importância dos óxidos de Fe e Mn

Para que íons Fe3+ e Mn3+ é necessário
condições redutoras.

Mina de Santa Maria (Licht, 1982):
Metais sorvidos em óxidos de Mn:
Pb 8,6%, Cu 14,3% e Zn 76,7%.
Cations dissolvidos com carapaça interna fortemente
ligada de moléculas de água e carapaça externa mais
fraca.
Adsorção fraca com atração eletrostática.
Adsorção forte moléculas de água internamente e externa.
Pisólito
Estruturas
orbiculares
concrecionais,
evidencia estado
coloidal.
Importância da M.O.

As camadas orgânicas do solo acumulam
certos metais e a capacidade de troca
catiônica (CTC) do húmus pode atingir
500 meq/100g, enquanto das argilas não
excede 150 meq/100g.

Influência na geração de anomalias
geoquímicas não significativas, em
pântanos ou espessa cobertura vegetal.

Ligação de metal em humus por quelação

Relação da quantidade de carbono para
extrabilidade de Cu no solo.