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Revista Brasileira de Geociências, Volume 35, 2005

Marcondes Lima da Costa et al.

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Revista Brasileira de Geociências 35(2):165-176, junho de 2005

MINERALOGIA E GEOQUÍMICA DE SEDIMENTOS LACUSTRES COMSUBSTRATO LATERÍTICO NA AMAZÔNIA BRASILEIRA

MARCONDES LIMA DA COSTA1, MARCILÉIA SILVA DO CARMO1 & HERMANN BEHLING2

1 - Centro de Geociências, Universidade Federal do Pará, CEP 66075-110, Belém-PA, [email protected]; [email protected] 2 - Center for Tropical Marine Ecology, Bremen Universitaet, 28359, Bremen Germany, [email protected]

Abstract MINERALOGY AND GEOCHEMISTRY OF LACUSTRINE SEDIMENTS WITH LATERITIC BEDROCK IN BRAZILIANAMAZON The Lagoa Grande sedimentary basin, located on the Carajás mineral province (Northern Brazil), was developed overlateritic iron ore which constiitutes the N4-N5 plateau of Carajás. It presentespresents a unique opportunutyopportunity to observein the field the complete sedimentary sequence from the top to the base until the bedrock, exposed through out a single pit bank. The7m thick sequence is made mostly of fine detritus mud showing yellowish brown color with alternation of thin layers of gray to darkmud. Debris of the lateritic iron crust occur forming a conglomerate as well as dispersed in the mud layers. The sequence shows highcontent of organic matter in the dark layers and shows an acid pH. The sediments are composed of kaolinite, smectite, goethite,gibbsite, and quartz as main minerals, and hematite, illite, and anatase as acessory ones. Vivianite was identified in the iron crust closeto contact the with the zone (sediments). This contact is erosional and displays iron crust debris and clayey material. The crustsaround the contact with sediments show very strong mineralogical and textural changing. This mineralogical composition includesminerals coming from the iron crust and mineral formed during the diagenesis. The chemical composition of the sediments can be wellcorrelated to that of the underlyiedunderlined crusts and bear their geochemical signatures related to the banded iron formation andtheir lateritised products. The polenpollen data and the physical, mineralogical and chemical data indicate a sedimentation processduring humid climate alternated with semi-arid short periods of time during the Later Pleistocene.

Keywords: Carajas, Lagoa Grande, lateritic iron crust, lacustrine sediments, pollen, mineralogy, geochemistry, radiocarbon dating,stable isotopes.

Resumo A bacia sedimentar da Lagoa Grande, situada na província mineral Carajás (Brasil), desenvolveu-se sobre minério de ferrolaterítico, sobre o qual instalou-se o platô N4-N5 de Carajás. Ela se apresentava na época da coleta em uma situação única paraobservação no campo da seqüência sedimentar completa até o substrato, exposta numa única bancada. A seqüência tinha 7 m deespessura e era formada principalmente de material argiloso lamoso com detritos finos com cor marrom amarelada, dominante,alternando-se com camadas delgadas cinzas escuras também lamosas. Fragmentos de rochas da crosta laterítica ferruginosa tantoformando um conglomerado basal como podem estar dispersos nas camadas de lama. O contato é erosional e contém fragmentos dacrosta ferruginosa e material argiloso. Na zona de contato, a crosta-substrato apresenta fortes modificações mineralógicas e texturais.Os sedimentos apresentam alto conteúdo de matéria orgânica nas camadas escuras e o pH é ácido e são compostos de caulinita,esmectita, goethita, gibbsita e quartzo como minerais principais, e hematita , siderita, illita e anatásio como acessórios. A vivianita foiidentificada somente na crosta ferruginosa alterada em contato com os sedimentos. Este quadro mineralógico mostra que os sedimentossão constituídos de minerais da crosta laterítica ferruginosa (hematita, goethita, caulinita, gibbsita e quartzo) e minerais formadosdurante a diagênese (illita, esmectita e siderita). A composição química ainda é correlacionável às crostas subjacentes, e carrega suaassinatura geoquímica, e, indiretamente a da formação ferrífera bandada, a rocha-mãe das crostas. Os dados polínicos, os parâmetrosfísico-químicos, mineralógicos e químicos indicam sedimentação durante um clima úmido com alternância de períodos semi-áridos nointervalo de tempo estudado, qual seja, do Pleistoceno Superior ao Presente.

Palavras-chave: Carajás, Lagoa Grande, crosta laterítica ferruginosa, sedimentos lacustres, polens , mineralogia, geoquímica, datação,isótopos estáveis

INTRODUÇÃO A região amazônica está situada em zonatropical desde o final do Mesozóico (Tardy et al. 1991) e desdeentão vem experimentando prolongados períodos de clima quentee úmido, alternando-se com períodos secos, registrados na formade extensos e espessos mantos de lateritos (Tardy et al. 1991,Costa 1991, Lucas & Chauvel 1992, Vasconcelos et al. 1994, Costa1997, Girard et al. 1997, Théveniaut & Freyssinet 1999, 2002) esolos derivados destes (Costa 1991, Costa 1997) . Os lateritosdesta região normalmente estão constituindo a superfície dosterrenos atuais, quando e se manifestam tanto por crostasferruginosas ou ferroaluminosas, como também por espessospacotes de solos arenoargilosos a concrecionários de cor amarelaaté vermelha (classificados normalmente como Latossolos ouPodzólicos Amarelos ou Vermelhos), sendo estes muito maiscomuns e extensos (Costa 1991, Costa & Araújo 1996, Tardy et al.

1991, Lucas & Chauvel 1992, Beauvais & Tardy 1993). Terrenoscobertos com crostas ferruginosas ou ferroaluminosas lateríticasformam sustentam expressões serranas como a Serra dos Carajás(serras Norte e Sul), as Serras do Maicuru, Maraconaí, Pirocaua,Piriá, Itacupim, Seis Lagos, entre outras (Costa 1991, Costa &Araújo 1997, Costa & Lemos 2000, Costa et al. 2002a), querepresentam uma parcela de superfícies mais antigas,correlacionadas com a Superfície Sul Americana. Nestas regiõesencontram-se inúmeras bacias lacustres ou lagos, formados sobreas crostas, que onduladas e abatidas, são e foram acumuladorespreferenciais de águas pluviais e coletores de águas tambémfluviais. Embora as crostas lateríticas possam conter muitascavidades comportam-se como rochas de baixa permoporosidadeproporcionando o acúmulo de água e conseqüente formação doslagos e lagoas. Seis Lagos, uma estrutura sub-circular e


Mineralogia e geoquímica de sedimentos lacustres com substrato laterítico na Amazônia brasileira

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proeminente no noroeste da Amazônia, sustentada por espessa ecomplexa crosta laterítica ferruginosa, e com superfície bem menorque a de Carajás, tem uma densidade muito maior de lagos e baciaslacustres, tendo sido catalogadas 19 dessas estruturas (Costa 1997,Correa & Costa 1991a, 1991b, 1997). Além dessas pequenas baciaslacustres ligadas a crostas lateríticas, a região Amazônica apresentauma infinidade de lagos, desde pequeno porte a aqueles com váriasdezenas de quilômetros de extensão (alguns são como maresinteriores de água doce), principalmente ao longo do vale do rioAmazonas-Solimões e rio Negro. São lagos típicos das grandesplanícies de inundação. Muitos outros são de meandrosabandonados, muito freqüentes ao longo dos rios Madeira, Puruse Juruá e seus afluentes. Também grandes lagos estão relacionadosa barramento tectônico de rios de porte variados, ocupando valesem joelho, associados a vales ou depressões tectônicos (Sternberg1950) ou mesmo por formação de barras de sedimentos em suadesembocadura em contato com o rio receptor. Enquanto a grandemaioria dos lagos da Amazônia constituem bacias semi-abertas,com ligação temporária com a atividade fluvial, os lagos sobre ascrostas ferruginosas, são lagos fechados, e portanto baciascoletoras de materiais detríticos e orgânicos restritos a regiao doseu entorno. São assim um forte marcador das condiçõespaleoambientais e geológicas locais, como já identificado porSilfeddine et al. (2001). Portanto, estas bacias lacustres como umtodo se apresentam como importante ferramenta para se investigar.A inter-relação entre os lagos, seus sedimentos e a crosta lateríticasubjacente e adjacente em uma abordagem multidisciplinar, visandoidentificar as mudanças paleoclimáticas ocorridas na região deCarajás e auxiliar no entendimento das mudanças globais naAmazônica como todo. O presente trabalho discute os resultadosobtidos e mostra a sua importância para estes estudos, através doexemplo da bacia lacustre a “Lagoa Grande”, em Carajás, no estadodo Pará, na Amazônia Oriental (Fig. 1).

Embora já tenham sido desenvolvidas várias pesquisasvisando conhecer as mudanças paleoclimáticas ocorridas nosúltimos 50.000 anos na região Amazônica, a dimensão da região,que só no Brasil corresponde a cerca de 4.500.000 km2, mostra porsi só que estes resultados são ainda insuficientes, pois. estão

Rio Itacaiúnas

Marabá

Rio Itacaiúnas

Rio Parauapebas

Rio Vermelho

PA-150

CARAJÁS

Ig. Salobo

SERRA DOS CARAJAS

Rio Paraupebas

N4

PA-275

60o 0 60 km

ESCALA50

o

6o

LEGENDA

Estrada

Belém

Carajás

BRASIL

LAGOA GRANDE

Parauapebas

Curionópolis

N5

Figura 1 – Localização da região de Carajás e das suas jazidas

de ferro com indicação das jazidas de N4 onde se situa a Lagoa

Grande.

ainda restritos a poucas e pequenas bacias ou seqüênciassedimentares em regiões isoladas como Serra Sul em Carajás (Absyet al. 1991, Soubiés et al. 1991, Hooghiemstra & Van der Hammen1998, Silfeddine et al. 2001, Van der Hammen & Absy 1994), LagoCalado (Behling et al. 2001), Lagos Curuçá (Behling 2001), Crispim(Behling & Costa 2001) ,Caxiuanã na Amazônia Oriental (Behling& Costa 2000, Costa et al. 1997) e Seis Lagos na Amazônia Ocidental(Colinvaux et al. 1996, Colinvaux et al. 2000, Colinvaux & Oliveira2001). Por outro lado na região Amazônica sub-andina, portantode grande altitude, embora de menor expressão areal, dispõe demuito mais dados sobre suas mudanças paleo-ambientais(Hooghiemstra & Van der Hammen 1998, Behling et al. 1998,Colinvaux & Oliveira 2001). Assim, a região Amazônica Brasileira,de baixa altitude, possui poucos dados sobre as condiçõespaleoambientais durante o último Glacial e o Holoceno restritos aáreas isoladas, indicando uma grande lacuna diante deste enormeecossistema de floresta tropical da Terra. A falta destes dados poroutro lado tem fomentado muita especulação sobre a sua histórianatural. Por exemplo, a existência de refúgios da floresta chuvosaAmazônica tem sido objeto de muitos debates nas últimas décadas(e.g. Haffer 1969, Whitemore & Prance 1987, Colinvaux 1993,Colinvaux et al. 1996, Van der Hammen & Absy 1994, Colinvaux etal.2000). Os estudos palinológicos na bacia Amazônia são aindamuito pouco e aqueles sobre a geoquímica e mineralogia dossedimentos lacustres são ainda mais escassos (Correa & Costa1991b, 1997, Soubiès et al.1991, Costa et al. 1997, 2002a, Behling& Costa 2000, 2001). As dificuldades de acesso e aos problemasde logística tem restringidos esses estudos. Portanto torna-semuito importante a intensificação de estudos multi-disciplinaresvisando um melhor entendimento da história natural dessa granderegião para avaliar a rica diversidade biológica e sua fragilidadebiofísica, e assim auxiliar as atividades de manejo sustentável dosseus ecossistemas florestais e aspectos da biologia evolutiva.

BACIAS LACUSTRES EM CARAJÁS E A LAGOA GRANDEFoi só a partir dos anos 60 que a região de Carajás veio lentamenteao conhecimento público quando geólogos descobriram suasimensas reservas de minério de ferro, exploradas a partir dos anos80 (Costa 1996), (Fig. 2). A sua descoberta foi facilitada pelo seurelevo de platô alto (500 a 900 m de altitude), desprovido em geralde floresta (normalmente restrita a encosta dos platôs) e cobertode campinas, mais conhecidas como clareiras, destacando-se navasta planície, coberta pela . floresta pujante. Nesta paisagem decampinas sobre platôs com suase florestas de encostasdespontavam-se e ainda se despontam muitos lagos, tanto nasserras Sul como Norte. Esses lagos tem sido observados tãosomente nas áreas com substrato formado por crostas ferruginosaslateríticas, que afloram na superfície dos platôs e nas suas encostas.São dezenas de lagos, de forma subcircular (Fig. 2a), alongada ouelíptica, que ocuparam as áreas abatidas da crosta. São rasos apouco profundos (unidades de metros), individualmente ocupandopequenas áreas, alguns comunicando-se entre si. São ricos emcarbono orgânico e madeiras carbonizadas (Soubiès et al. 1991).

Às suas margens ocorre vegetação tanto arbustiva , gramíneas(savanas) como floresta tropical densa. Suas águas sãonormalmente de tom esverdeado e transparentes. Além de lagossão freqüentes bacias lacustres já colmatadas (Figura 2b) formandocorpos pantanosos, além de outras praticamente ainda semsedimentos. Sedimentos lacustres lateritizados foram encontradostambém na Mina N-4 durante a lavra do minério de ferro. Destaforma fica evidente que a região de Carajás apresenta uma sucessão



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Figura - 2 a) Uma lagoa sub-circular desenvolvida sobre o minério de ferro em N5, Carajás; b) Lagoa parcialmente assoreadacom desenvolvimento de gramíneas em cota superior a Lagoa Grande e junto a esta; c) aos fundos bancadas da grande cava deextração de ferro de N4, em Carajás (em 22.08.98) e em primeiro plano os sedimentos (barranco artificial) da Lagoa Grande;d) Extração dos sedimentos da Lagoa Grande (barranco) com exposição das crostas lateríticas na base e nas encostas; e)crosta laterítica ferruginosa parcialmente alterada pelo contato com os sedimentos sobrejacentes com formação parcial desiderita; f) estágio mais avançado de alteração da crosta laterítica ferruginosa com ampla formação de siderita.

contínua de ambientes lacustres, desde sedimentos lacustresantigos afetados pela lateritização, passando por aqueles em fasede modificação diagenética, em fase adiantada de colmatação, oucom sedimentação avançada até seus estágios iniciais, aindadesprovidos de sedimentos finos. O presente trabalho apresentaráos resultados de estudos mineralógicoos, geoquímicos multi-elementares e palinológicos realizados em uma destas lagoas, a“Lagoa Grande” (Figs. 1 e 2) em sua fase de transformação paraambiente pantanoso, e que por conta da lavra do minério foiremovida, extinta. Estudos com métodos e técnicas similares emsedimentos lacustres sobre crosta laterítica na Amazônia foramrealizados por Soubiès et al. (1991) e Van der Hammen & Absy(1994) em uma lagoa na Serra Sul em Carajás, com abordagemmineralógica e química, mas desprovido de abordagem geoquímicamulti-elementar em Seis Lagos mas sem discussões geoquímicas emineralógicas (Colivaux et al. 1996, 2000) ou com abordagem

geoquímica para seqüência lago Esperança (Correa & Costa 1991a,1991b). , A Lagoa Grande, situada a 635 m de altitude, que cobriauma pequena área do minério de ferro da mina N-4, foi retirada em1998 para extração do minério (Fig. 1). Suas coordenadas centraissão UTM 9.331.300N 589.450 E ou 06º 2,63´ S e 50º11,04´ W.

A lagoa apresentava uma forma superficial subcircular, comdiâmetro maior e menor, respectivamente com cerca de 300 e 200 m,profundidade da lâmina d’água inferior a 1 m (época chuvosa) eapenas encharcada no verão (época da amostragem), quandoentão desenvolvia denso campo de gramíneas habitadas porformigas de fogo. A espessura total dos sedimentos na seçãoinvestigada atingiu no máximo10 m, (Figs. 2c e 2d).

MATERIAIS E MÉTODOS A coleta de amostras de sedimentosocorreu no dia 22.10.98, por acaso, quando a equipe encontrou abacia lacustre em sua fase de escavação, e a metade da bacia já



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Figura 4- a) Camada lamosa cinza escura sobre camada ricaem fragmentos (conglomerado) de crosta ferruginosalaterítica; b) sedimentos lamosos coletados em tubos dealumínio para estudos polínicos mostrando as camadaslamosas marrons e cinzas.

Figura 3 – a) Exposição completa dos sedimentos da Lagoa Grande em Carajás realizada por trator em 1998; b) Detalhe dacamada cinza escura lamosa.

N4WN9

N4WN10

C1C2N4WN11

N4WN8N4WN7N4WN5N4WN4

N4WN1

N4WN3

N4WN6

N4WN2

silte argiloso

argila siltosa

argi la siltosa

conglomeradobasal

Argila

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

Profundidade (cm)

Figura 5 - Coluna litológica da Lagoa Grande de Carajás.

havia sido retirada e levada para bacia de rejeito. Ela era umacobertura do minério de ferro e necessitava ser removida para darcontinuidade a lavra do minério. A descrição litológica e aamostragem aconteceram em barranco de quase 7 m de alturaescavado recentemente pelas retroescavadeiras e tratores,proporcionando uma bela e única exposição (Figs. 2, 3 e 4). Foramdescritos vários perfis (Fig. 3b) e um com 665 cm de altura foiselecionado para amostragem. Foram retiradas 13 amostras (Fig.5), cada uma com mais de 1kg para os estudos mineralógicos egeoquímicos, enquanto que para os estudos palinológicos foifeita uma coleta contínua em canaletas de alumínio, cada uma de50 cm de comprimento e 5 cm de diâmetro.

As amostras para análises mineralógicas e químicas foramsecas a temperatura ambiente (24 ºC), em sala com ar condicionadoe durante uma semana. Evitaram-se assim modificações na estruturados argilominerais e a rápida oxidação de minerais ferrosos. Emseguida as amostras foram pulverizadas ou desagregadas comgral de ágata e encaminhadas para as análises. Os elementosdeterminados e os respectivos métodos analíticos empregadossão apresentados na Tabela 1. Foram realizadas análises químicasde rocha total tanto para os elementos maiores como para oselementos-traço. As determinações mineralógicas foram feitas pordifração de raios x, empregando-se um difratômetro Philips, modeloPW 3710, equipado com ânodo de cobre (λCuKα

1= 1,54060 Å),

com cristal monocromador, gerador de tensão e corrente ajustadospara 45 kV e 40 mA, respectivamente. Para a identificação dosminerais utilizou-se o software APD (Philips) e o banco de dadosdo ICDD-(International Center for Diffraction Data). A grandemaioria das análises foi realizada nas dependências dos laboratóriosdo Centro de Geociências da Universidade Federal do Pará.

Três amostras de sedimentos tomadas do perfil foram datadasatravés de Espectrometria de Aceleração de Massa (AMS) naUniversidade de Utrecht.

Para as análises de pólens foram retiradas alíquotas de 0.5 cm3

de sedimentos a intervalo de 5 e 10 cm . Todas as amostras forampreparadas utilizando-se o pré-tratamento químico padrão incluindoo pirofosfato de sódio, acetólise, e separação com bromofórmio.Foram adicionados esporos exóticos de Lycopodium a cada amostraantes de tratamento para o cálculo da concentração de pólen evalores de afluência. Amostras de pólens foram montadas emlâminas com gelatina de glicerina, e a contagem em aumento de500 x de ampliação. Os grãos de pólens estavam bem preservadosnas maioria das amostras, exceto naquelas muito ricas em argilas.Foram contados no mínimo 300 grãos de pólens de taxa terrestrepara cada amostra.RESULTADOS E DISCUSSÕES Aspectos Geológicos Aexposição artificial dos sedimentos da Lagoa Grande através deuma seção vertical transversal permitiu ter uma visão completa da



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sua seqüência sedimentar: do topo até a base, depositadadiretamente sobre a crosta laterítica (Figs. 2 e 3) ferro-aluminosa aferruginosa, em continuidade lateral, desde o centro até constituiros terrenos marginais da lagoa (Fig. 2c). Crostas e sedimentoscapeavam o minério de ferro de N4, sendo assim classificadospelos mineradores como estéril ou cobertura, e por conseguintetiveram que ser removidos. Portanto, a seqüência sedimentar e aprópria Lagoa Grande não existem mais.

A seqüência sedimentar amostrada, com 7 m de espessura,está representada por sedimentos de natureza lamosa, que na basepode envolver blocos de crosta ferruginosa com dimensão variandode unidades a dezenas de cm. Estes são mal selecionados econstituem uma brecha sedimentar basal típica. Embora lamososos sedimentos têm um aspecto também terroso ao tato, dado pelapresença constante de cristais de carbonatos, identificados a seguircomo siderita. São sedimentos em camadas marron e cinzaesverdeado, alternadas, (Figs. 2 e 4). As camadas cinza são maisdelgadas e tornam-se mais espessas na base da seqüência.Observam-se três ciclos de uma seqüência constituída por argila -> argila siltosa > silte argiloso, com tendência ao domínio da fraçãoe silte da base para o topo (Fig. 5). Nos perfis próximos a borda dabacia, ocorrem aglomerados de fragmentos da crosta ferruginosa,como paleo-colúvio (Figs. 3 c e 4), a uma profundidade de 4,50 a5,00 m in, o que indica uma retomada de fluxo ou rolamento porgravidade. A argila é esverdeada, plástica, enquanto a argila siltosaé parda. Concreções e nódulos carbonáticos (siderita)deciamétricos são encontrados em toda seqüência, maspredominam principalmente nos primeiros 2,30 m da superfície doterreno. As concreções desenvolveram-se a partir dos sedimentospré-depositados, pois envolvem o seu material. Em geral ossedimentos da lagoa Grande são ricos em matéria orgânica , (6 a 36%), concentrando-se claramente nas camadas argilosas cinzaesverdeadas, com pouco carbonato. Sucessão litológica similarfoi descrita por Soubiès et al. (1991) e Sifeddine et al. (2001) emuma lagoa na Serra Sul em Carajás.

A crosta ferruginosa subjacente, exposta pela retirada dossedimentos, mostra nítida alteração dos seus pisólitos e fragmentosde hematita e goethita, os quais estão sendo substituídos porsiderita e localizadamente vivianita. Como conseqüência a crostana zona de contato com os sedimentos adquirem cor esverdeada aamarela (Fig. 3) e se tornam friávelis, facilmente desagregável acompressão da forçca da mão.

As primeiras datações (Tabela 2) mostram que os 200 cmsuperiores de sedimentos já foram depositados há cerca de 50.000anos, indicativo de que uma grande parcela da seqüência é mais

Tabela 1 – Métodos analíticos empregados nas análises das amostras de sedimentos da Lagoa Grande

Figura 6 - Parâmetros físico-químicos das amostras de

sedimentos da Lagoa Grande de Carajás.

Tabela 2 – Idades obtidas por 14C AMS de amostras desedimentos na Lagoa Grande, em Carajás.

antiga. Na lagoa da Serra Sul, estudada por Soubiès et al.(1991) eSifeddine et al. (2001), isto só aconteceu a 500 cm de profundidade.

Aspectos físico-químicos O pH dos sedimentos é ácido a muitoácido (5,4 a 3,9), e os valores possuem correlação negativa com oconteúdo da matéria orgânica (Fig. 6). Esses valores sãoligeiramente inferiores aqueles encontrados por Soubiès et al.(1991) situados na faixa de 5.0 a 6.0 na Lagoa da Serra Sul deCarajás. A condutividade é extremamente variável (5 a 134 mS/cm),sendo que o valor mais alto foi observado na base da seqüência,contato com a crosta e correlaciona-se positivamente com oconteúdo de MO no intervalo de 200 a 665 cm (Fig. 6). Isto mostraque de fato a lagoa comportava-se como ambiente confinadoenriquecendo-se em sais na sua zona de fundo ou basal.



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Figura 7 – Difratograma de raios X das amostras de sedimentolacustre da Lagoa Grande.

Figura 8 – Composição e distribuição mineralógica naseqüência sedimentar da Lagoa Grande segundo DRX

Composição Mineralógica Os sedimentos da Lagoa Grande sãoconstituídos (Fig. 7) por goethita, gibbsita, caulinita + esmectita,quartzo, hematita, anatásio, illita, siderita e matéria orgânica. Asgrandes concreções e nódulos carbonáticos dos primeiros 2 m dotopo são formadas por siderita, subordinadamente goethita,gibbsita, quartzo e caulinita, estes últimos sendo os componentesprincipais das crostas lateríticas ferruginosas circunvizinhas. Essesminerais combinados com os resultados das análises químicastotais permitiram quantificar cada uma delas por cálculoestequiométrico. Os resultados obtidos mostram que goethita,gibbsita, caulinita + esmectita e quartzo são os minerais principais,ou seja, estão acima de 5 %. Por outro lado hematita e sideritaencontram-se entre 5 e 2 % (Fig. 8), enquanto anatásio e illita abaixode 2 %. Goethita, gibbsita, caulinita + esmectita e hematita estãopresentes em todas camadas descritas, sendo que o quartzo estáausente apenas na camada tipo conglomerado ou brecha, entre4,50 a 45,0 cm de profundidade. Goethita, gibbsita, caulinita, hematitae anatásio são os minerais encontrados na crosta lateríticasubjacente e adjacente, como minerais principais e acessórios, aocontrário da siderita, esmectita e illita que foram identificados apenasnos sedimentos do lago. Vivianita foi observada apenas na crostaem contato com os sedimentos de fundo. Siderita, esmectita e illita,foram assim interpretados como minerais formados durante asedimentação e/ou diagênese na bacia da Lagoa Grande, e vivianitae siderita por alteração epigenética ou diagenética (Nriagu & Dell1974) da crosta em contato com o ambiente de fundo da bacia,interface sedimento+água-crosta. A presença de óxidos ehidróxidos de ferro ao lado de seus produtos de alteração, vivianitae siderita, onde o ferro encontra-se reduzido (Fe3+ g Fe2+ ), indicadomínio de ambiente restrito, anóxico, e que ao mesmo tempoacumulou de HCO

3– e PO

43-, proporcionando a formação desses

minerais. Pelo exposto constata-se que os minerais que constituemos sedimentos lacustres da Lagoa Grande envolvem: (1) mineraislateríticos (goethita, gibbsita, caulinita, hematita e anatásio), destaforma são minerais herdados da crosta e transportados para a baciada Lagoa Grande; (2) minerais do ambiente lacustre e autigênicos,(como siderita, illita e esmectita e (3) minerais de alteração por oxi-redução da crosta (siderita e ainda vivianita), contato crosta-sedimentos basais, Soubiès et al. (1991) identificaram quase todosesses minerais, incluindo a vivianita, na Lagoa do Platô Sul deCarajás, com exceção da gibbsita e esmectita, e também detectaram

a natureza herdada de minerais da crosta laterítica e os mineraisautigênicos. No Lago do Platô Sul, ocorre estrengita, FePO

4.2H

2O,

nos sedimentos (Soubiès et al., 1991), não encontrado na LagoaGrande. Estrengita pode ser um fosfato laterítico enquanto vivianitanão. Por sua vez a sideritização e vivianitização da crosta foramobservadas apenas no substrato da Lagoa Grande. A siderita, bemcomo pirita, é um mineral de ampla formação em ambientes lacustresfechados e pântanos, tanto nos trópicos como nas zonastemperadas (Postma 1981, 1982, Krauskopf 1985, Wersin et al.1991, Spiro et al. 1993, Roychoudhury et al. 2003). Quartzo ehematita também são constituintes das formações ferríferasbandadas, como minerais principais pré-lateríticos. Neste caso oquartzo é microcristalinao, tipo calcedônia . Assim, quartzo ehematita também ocorrem nos sedimentos, herdados dasformações ferríferas bandadas, como minerais policíclicos. A maiorestabilidade do quartzo frente ao intemperismo provavelmenteproporcionou ligeiro enriquecimento nos sedimentos relativo asua concentração nas crostas, onde se ocorre abaixo de 5 %. Partedo quartzo microcristalino ou ainda sílica amorfa proveniente daatividade orgânica (vegetação do tipo gramínea e lenhosa, e quiçámicroorganismos aquosos (diatomáceas ou espongiários)favoreceu a formação das pequenas quantidades de illita eesmectita. Soubiès et al. (1991) descrevem a presença de sílicaamorfa e espículas silicosas, que na Amazônia normalmente estãorepresentadas por cauixi (espongiário). Na Baia de Caxiuanã noEstado do Paráa suas águas e sedimentos fundos contém espículasde cauixi (Costa et al.1996). A formação de illita e esmectita emdiagênesis precoce em ambiente com sílica orgânica é discutidapor Michalopoulos & Aller (2000) e Costa et al. (2004). A abundânciade sílica disponível no lago é indicada pela proliferação degramíneas de grande porte no período seco, quando a lâminad’água adelga-se e instala-se um ambiente pantanoso.

Composição química A composição química dos sedimentos daLagoa Grande consta da Tabela 3. Há o predomínio de Fe

2O

3, SiO

2,

Al2O

3 e FeO, além de altos valores de PF. A variação da composição

química ao longo da seção estudada consta das figuras 9 e 10, asquais mostram expressiva variação, com os valores de Fe

2O

3, FeO,

CaO, MgO, K2O e Na

2O mais concentrados no intervalo de 200-

250 cm, em parte entre 400-500 cm, correspondente a argila-siltosa.A zona com conglomerado (fragmentos de crosta) mostra a maior



171

Tabela 3 – Composição química (% em peso) total de crostasferruginosas lateríticas em torno da Lagoa Grande em Carajáscomparadas com os seus sedimentos e a média da Crosta Terrestre.

variação na composição química, sendo no entanto dominada porFe

2O

3, mostrando tratar-se fundamentalmente de fragmentos da

crosta ferruginosa original, como indicou a mineralogia (hematita,goethita, além de caulinita e gibbsita) e os aspectos texturais(nodular, brechóide ou pisolítico).A composição química dominadapor Fe

2O

3, além de Al

2O

3 e SiO

2 retrata a composição mineral acima

com predomínio de hematita + goethita e caulinita, os mineraislateríticos. Portanto os sedimentos, mesmos lamosos, guardamtambém a assinatura química das crostas lateríticas. Os teoresrelativamente altos encontrados nestes sedimentos, como os deSiO

2 e Al

2O

3, na forma de argilominerais, indicam que as crostas

ferruginosas subjacentes e adjacentes, por sua vez muito ricos emFe

2O

3 (Tabela 3), ao tempo da formação da Lagoa Grande, estavam

alternadamente, sujeitas ao intemperismo tropical úmido, comformação de latossolos (domínio de caulinita, quartzo e poucosoxi-hidróxidos de ferro). Esse é um dos poucos processos quetransforma as crostas em materiais ricos nesses minerais, comomostram Nahon et al. (1989) e Horbe & Costa (1995, 1997, 1999,2004). Isso explica a abundância desses minerais em camadasalternadas, em granulometria silte a argila, normalmente de corcinza. Esta coloração está relacionada a maior quantidade de matériaorgânica carbonosa, que confirma o período de maior umidade,ambos favorecendo a formação de solos argilosos derivados dascrostas. Geralmente a atividade vegetal sobre as crostasferruginosas promove sua transformação em material terrosoconstituído de caulinita e em parte quartzo e goethita (Nahon et al.1989, Horbe & Costa (1995, 1997, 1999, 2004). Carbonato (siderita)e matéria orgânica, respondem pelos altos teores de P.F.(perda aofogo). Ou seja, ao tempo da deposição das camadas argilosashavia grande atividade orgânica, possivelmente vegetal e deespongiários, reforçando a idéia de prevalência ou alternância deum ambiente tropical úmido com seco, este último indicado pelachegada de blocos de crostas ao lago. Os teores de TiO

2, 0.81 a 2.0

%, em média 1,37, também são compatíveis com aqueles de crostasferruginosas com 0,2 a 0,94 % de TiO

2 e seus produtos de alteração

pedogenética. Os teores de P2O

5, embora baixos, < 0,27, podem

indicar a presença de animais com estrutura óssea (peixes, aves,

na: não analisado; (1)Wedepohl (1995)

Figura 10 – Variação dos teores de P2O

5, Na

2O, K

2O, MgO e

CaO na seqüência sedimentar da Lagoa Grande, Carajás.

Figura 9 – Variação dos teores de SiO2, Al

2O

3, Fe

2O

3, FeO,

TiO2 e PF na seqüência sedimentar da Lagoa Grande, Carajás.

etc.) e suas fezes. A formação local e basal de vivianita mostratanto o acúmulo de fósforo no fundo da lagoa, como a contribuiçãode fósforo das crostas de N4 (Tabela 3). Os valores muitos baixos,próximos ao limite de detecção de Ca, Mg, K e Na, evidenciam afonte crosta laterítica (Fig. 11) e seus latossolos, ambosdesprovidos destes elementos, mas que mesmo assim apresentamlocal e relativamente, expressivo enriquecimento em alguns valoresdetectáveis (<0,19 %), proporcionando a formação de esmectita eillita, sub-enriquecidos localmente. Os altos teores de FeO nãocomuns em crostas lateríticas, mostram que parte do ferro foireduzida no ambiente de sedimentação, e a presença expressivade MO favorece a interpretação de ambiente com intensa atividadeoxi-redutora: redução do Fe+3+ e oxidação da matéria orgânica, econseqüente formação de CO

2, e, por conseguinte, de siderita,

que ainda não atingiu o seu ápice, pois Fe+3+ e MO ainda estãodisponíveis, em equilíbrio metaestável. Do exposto verifica-se queos sedimentos apresentam a assinatura das crostas, e tiveram nestas



172

Tabela 4 – Concentrações dos elementos-traço (mg/g) emamostras dos sedimentos da Lagoa Grande em Carajás.

Ni < 20; As < 5, exceto N4WN-1 com 7 ppm; Mo < 2 exceto N4WN-10e N4WN-1 cada uma com 3 ppm; Ag < 0,5; In < 0,2; Tl < 0,4 ppm

Tabela 5 - Concentrações dos elementos-traço( ppm) deamostras de crostas ferruginosas lateríticas em torno da LagoaGrande, comparadas com as de seus sedimentos e a média daCrosta Terrestre.

Mo < 4 ppm; W <5 ppm; Ni < 20 ppm; Ag < 0.5 ppm; In < 0.2 ppm; Be <1 ppm; Mo < 2 exceto GO-2; Tl < 0,1 exceto FLC.7 com 0,4 ppm. Na; Nãoanalisado. (1)Wedepohl (1995).

a principal fonte de sedimentos. O ambiente lacustre promoveu,por sua vez, o enriquecimento em SiO

2, Al

2O

3, FeO, e TiO

2, e mesmo

de MgO e K2O relativo as crostas subjacentes e adjacentes, mas

para compensar empobreceu-se em Fe2O

Elementos-traço A Tabela 4 apresenta as concentrações doselementos-traço em amostras da seqüência sedimentar da LagoaGrande. As concentrações observadas para os elementosinvestigados estão tanto ao nível da Crosta da Terra (ETR, Y, Ta,Nb e W, ), abaixo (Co, Rb, Sr, Ba, Ni, Mo, As) e acima (Th, U, Zn, Ga,Ge, Zr, Hf, Pb, Bi, V, Cr ), (Fig. 11). Apenas a amostra NW4-1,representativa da camada tipo conglomerática ou tipo brecha,apresenta os valores mais baixos para todos elementos-traçoanalisados (principalmente para ETR, Zn, Sr e Ba), compatíveiscom as duas amostras de concreções carbonáticas (siderita).Ademais não se observam variações ao longo da seqüênciainvestigada. Por outro lado, os valores comparados com aquelesda crosta ferruginosa subjacente e adjacente (Tabela 5) sãoindistintamente enriquecidos, e isto é bem marcante para ETR, Zn,Y, Nb , Sr, Ba e Rb. Os sedimentos lacustres da Lagoa Grandeportanto enriqueceram-se em todos os elementos-traço analisados,sendo o enriquecimento mais intenso para ETR, Zn, Y, Nb, Sr, Ba eRb (Fig. 11), que a exceção de Y e Nb, são os elementos normalmentemais móveis, e por conseguinte tiveram oportunidade de seremcapturados numa bacia fechada, como a lacustre, favorecida pela

formação de minerais de argila como illita e esmectita. Os elementoscom concentrações acima do nível da Crosta da Terra (Th, U, Zn,Ga, Ge, Zr, Hf, Pb, Bi, V, Cr ) são os que se concentram em crostaslateríticas ferruginosas, tanto como minerais de ferro tipo hematita



173

Figura 11 a e b – Diagramas de comparação química (elementos maiores e traços entre os sedimentos da Lagoa Grande, ascrostas ferruginosas lateríticas adjacentes e subjacentes e composição química média da Crosta Terrestre Superior).

Tabela 6- Composição isotópica δ13C e δ18O em amostras de

sedimentos (siderita) e concreções carbonáticas (siderita) daLagoa Grande Carajás.

(1) Costa (2002).

e goethita (Zn, Ga, Ge, V, Cr) (Cornell & Schwertmann 1996) comoresistatos/residuais a exemplo do zircão (Zr, Hf, Pb, Bi, ETR) eoutros (rutilo, monazita, xenotima, etc.) (ETR, Y, Ta, Nb e W), (Figura11), amplamente discutidos na literatura sobre lateritos e solostropicais (Schellmann, 1986, Davy & El-Ansary 1986, Costa et al.1993, Boulangé & Colin 1994, Costa & Araújo 1996, 1997, Costa1997, Correa & Costa 1997, Horbe & Costa 1999, 2004).

ISÓTOPOS ESTÁVEIS Os resultados de isótopos estáveisδ13C e δ18O obtidos para siderita nos sedimentos (Tabela 6)mostram que os mesmos são similares às sideritas e calcitasencontradas nos fragmentos de ossos fossilizados dos sedimentosda Bacia do Acre (Costa 2002), tidos como Pleistocênicos aMiocênicos e correlacionados com ambiente de formação decalcretes, embora mais empobrecidos que os calcretes modernos.Não guardam qualquer relação com carbonatos de água doce e de

lagos fechados de Talbot (1990). Desta forma, zonas mais ricas emsiderita representariam uma ambiência menos úmida do que ascamadas argilosas cinzas.

RESULTADOS DAS ANÁLISES DE PÓLENS Nas 50 amostrasinvestigadas foram identificados 150 tipos diferentes e cerca de 40composições distintas de pólens e de tipos de esporos são aindadesconhecidos. Os resultados mostram mudanças muito distintasna percentagem de pólens de ervas e árvores, indicando muitasmudanças (dinâmicas de floresta – savana e mudanças do níveldo lago). Várias camadas dos sedimentos contêm pólens e esporospraticamente destruídos, evidenciando vários períodos secos.Segundo os dados de datação por radiocarbono e os primeirosresultados de análises de pólens é possível que o registrosedimentar contenha dois períodos interglaciais. Este poderá ter

sido o mais longo registro quaternário registrado na Amazônia.

CONCLUSÕES A Lagoa Grande Carajás foi uma entre as dezenasde lagoas existentes sobre as superfícies descontínuas queconstituem as serras (platôs) dos Carajás, no sul do Pará, em plenaAmazônia Oriental. Lagoas similares aparentemente se estendempor toda a Amazônia sobre superfícies de crostas lateríticas. Aslagoas atuais estão situadas sobre as crostas lateríticas ferruginosascompactas, em condições de clima tropical quente e úmido, evegetação de savana e floresta. Um lago similar a Lagoa Grande,mas situados nas serras sul de Carajás foi estudados por Soubièset al. (1991). O trabalho na Lagoa Grande ao tempo da sua retiradapropiciou um momento único, principalmente do ponto de vistageológico, quando foi possível vê-la no seu todo, e não a partir dainferência de furos de sondagens. A Lagoa Grande era subcircular



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e ocupava uma forte depressão sobre a crosta. A lâmina d’águaera delgada, e tinha características de pântano com gramíneasaquáticas. A espessura máxima dos sedimentos observada durantea frente de retirada da mesma, foi de 7 m, e estes estavam depositadosdiretamente sobre a crosta laterítica ferruginosa. Na base e encosta,ocorriam fragmentos de unidades a dezenas de centímetros dediâmetro de crostas emvolvidos por argila. A seqüência dascamadas era praticamente homogênea e contínua na zonaamostrada, adelgaçando-se e incluindo fragmentos da crosta emdireção a paleomargem. Também foi observada uma camadacontendo fragmentos centimétricos de crostas no intervalo de 440a 480 cm. Mas no geral, predominam sedimentos tipicamenteargilosos, ricos em detritos vegetais, em cor cinza e marrom,alternado. Concreções carbonáticas (siderita contendo aindagoethita, gibbsita, quartzo e caulinita) cristalinas e duras,centimétricas, ocorrem com muita freqüência no intervalo 205 a230 cm de profundidade. Os primeiros 65 cm mostram fortemodificação causada pela atividade radicular de gramíneas,microorganismos e conseqüente oxidação parcial. O substrato decrosta laterítica na zona de contato com os sedimentos sobrepostosapresenta-se parcialmente transformado pseudomorficamente parasiderita, da mesma forma que descrita por Costa & Lemos (2000) eCosta et al. (2002b) em Padauari no Amazonas e com muitasmanifestações venulares locais de vivianita.

Os primeiros dados de radiocarbono mostram que ossedimentos são pleistocênicos, com idades superiores a 50.000anos já a partir de 205 cm de profundidade. Evidências desedimentos lacustres ainda mais antigos sobre as crostas lateríticasde Carajás foram observadas também no entorno das minas N4,onde os mesmos já se encontravam lateritizados. Os sedimentosda Lagoa Grande representam assim umas das seqüênciasquaternárias mais antigas lacustres até então conhecidas na região.

Os sedimentos contêm duas importantes assembléiasmineralógicas: minerais lateríticos herdados (goethita, gibbsita,caulinita, hematita e anatásio), e minerais do ambiente lacustre eautigênicos (siderita, illita, esmectita, e ainda vivianita). Constata-se assim que as crostas não somente constituíram o substrato daLagoa, como foram fonte de grande parte dos seus componentesinorgânicos, como minerais originais ou dos neoformados na bacia.A grande quantidade de matéria orgânica em níveis alternadosmostra a plenitude de atividade vegetal nas margens do lago equiçá dentro mesmo, em períodos alternados, indicando períodosmais úmidos alternados com secos, isto pode ser confirmado pelomaior ou menor fração de areia e fragmentos (seixos) de crostasferruginosas em algumas camadas conforme mostraram a figura 5.

A formação diagenética de pequenas quantidades de illita eesmectita, inexistentes nas crostas, permite inferir odesenvolvimento de microorganismos silicosos, comuns em lagosamazônicos quaternários (Costa et al.,1997) que favoreceriam aformação destes minerais. A presença de quartzo microcristalino,originalmente contido nas formações ferríferas bandadas,lateritizadas, também promoveu a rápida formação destes minerais

ou a sua solubilização proporcionou o desenvimento dosmicroorganismos silicosos.

As análises químicas espelham também a forte relação dossedimentos com as crostas, indicada pelas altas concentrações deFe

2O

3, SiO

2, Al

2O

3 e FeO. Os teores expressivos de FeO e a grande

quantidade de carbonatos (siderita) mostram que o materiallaterítico após ser depositado na lagoa sofreu oxi-redução, porconta da oxidação parcial da matéria orgânica, formando HCO

3 e

consequentemente redução do Fe 3+, propiciando a formação desiderita. Oportunamente formou-se vivianita, que ficou restrita abase dos sedimentos em contato com a crosta, sendo a fonte defósforo restos de vertebrados e ainda o fósforo contido nas crostas.O ligeiro acúmulo de MgO, K

2O e Na

2O relativo às crostas reforça

a grande contribuição da matéria orgânica, em processo cumulativoe de sua alteração. Isso é reforçado pelas concentrações doselementos-traço, em que elementos como Zn, Sr, Ba e Rb estãoenriquecidos relativos à crosta ferruginosa, certamente emdecorrência do acúmulo da matéria orgânica. O relativoenriquecimento de Ga, Ge, V, Cr, Zr, Hf, Pb, Bi, ETR, Y, Ta, Nb e W,no entanto fortalece a relação com as crostas lateríticas, transferidosaos sedimentos através de seus minerais (hematita, goethita eresistatos), como observado por Corrêa & Costa (1991 a, b) nossedimentos lacustres de Seis Lagos.

Segundo os dados de datação por radiocarbono e os primeirosresultados de análises de pólens é possível que o registrosedimentar contenha dois períodos interglaciais. Os pólens eesporos evidenciam vários períodos secos. A sedimentação naLagoa Grande em Carajás poderá ter sido o mais longo registroquaternário registrado na Amazônia e foi fortemente influenciadapelas crostas lateríticas ferruginosas formadas pela lateritizaçãode formações ferríferas bandadas arqueanas de Carajás.

A sedimentação da Lagoa Grande em Carajás se apresentacomo um dos principais acontecimentos geológicos que sucedeua formação da grande superfície laterítica de Carajás, instalando-se no Pleistoceno Superior, e ocorreu em eventos cíclicos ealternados de clima úmido e seco. Os sedimentos preservamfortemente a assinatura mineralógica e geoquímica das crostaslateríticas ferruginosas e outros produtos intempéricos tropicaissubjacentes e adjacentes, similar ao lago Barombi-Mbo (Maley etal. 1987) e Nyos (Bernard & Symonds 1989) na República dosCamarões e Amazônia (Correa & Costa 1991a), e em Salitre, MinasGerais, (Sondag et al. 1997). Os dados apresentados indicam noentanto as condições climáticas úmidas prevaleceram sobre asáridas e que pela conformação das bacias, em geral, os platôs jáestavam estabelecidos àa época da sedimentação da Lagoa Grande.

Agradecimentos Ao CNPq pelo apoio financeiro de projetospesquisas (processo 466.533/00-4) e bolsa de produtividade empesquisa e à Companhia Vale do Rio Doce pelo apoio de campo,em especial aos técnicos João Maria Oliveira, Paulo HenriqueMatias e Juscelino Alves Nézio. Aos revisores da RBG pelassugestões ao manuscrito.

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Manuscrito A 1417Recebido em 07 de março de 2003

Revisão dos autores em 04 de janeiro de 2005Revisão aceita em 13 de janeiro de 2005

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