UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA /INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TESE DE DOUTORADO N^o 056

CARLOS NOGUEIRA DA COSTA JUNIOR

DATA DE DEFESA: 26/09/2002
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: PROSPECÇÃO E GEOLOGIA ECONÔMICA
ORIENTADOR: Prof.José Carlos Gaspar(UnB)
EXAMINADORES:  Prof. José Affonso Brod (UnB); Prof. Arnaldo Alcover Neto ( Cetem-RJ); Profa. Maria Cristina Motta de Toledo (IGc/USP); Profa. Sara Lais Rahal Lenharo (UnB)

Palavras-chave:  Apatita, dissolução, biogeoquímica, intemperismo.

Área de Trabalho: Geologia Econômica e Prospecção

RESUMO

Grãos de apatita do carbonatito sovítico C1 do Complexo Alcalino de Jacupiranga foram atacados com solução Mehlich III e solução de ácido cítrico a 2% em laboratório (sistema fechado, aberto e semi-aberto) e, também, enterrados no solo. Os experimentos no solo foram conduzidos em condições de casa vegetação e de campo. Para os experimentos de casa de vegetação, as amostras de solo foram coletadas em dois diferentes sítios sendo um sob vegetação nativa e outro sob plantio direto em rotação de milho e soja. Para obter solos com alta e baixa atividade biológica, em ambas as áreas, coletou-se amostras nas profundidades de 0,0 a 5,0 cm e 50,0 a 70,0 cm, respectivamente. As amostras de solo foram acondicionadas em vasilhas plásticas e os grãos de apatita enterrados numa profundidade de 4,0 cm. Durante todo o experimento em casa de vegetação manteve-se a capacidade de campo do solo em 100%. Para avaliar a dissolução bioquímica sob condições de campo, os grãos de apatita foram enterrados a uma profundidade de 5,0 cm em uma área de rotação de milho e soja com cultivo no sistema de plantio direto. Utilizou-se para esses experimentos, grãos de apatita com dimensões aproximadas de 5,0 mm de comprimento e 1,5 mm de diâmetro que foram, visando sua posterior recuperação, colocados em sacos telados de nylon. Em intervalos de tempo específicos os grãos foram recuperados do solo e do experimento em laboratório em sistema fechado e analisados por SEM/EDS, AFM e XPS. Os procedimentos analíticos tiveram o objetivo de avaliar os diferentes graus do ataque ácido sobre os grãos de apatita. No laboratório, a dissolução dos elementos químicos da apatita foi monitorada através da análise das soluções. A dissolução da apatita é incongruente e o comportamento dos diferentes elementos químicos analisados depende da solução extratora usada. Para a maioria dos experimentos de laboratório, a maior taxa de dissolução ocorreu no vigésimo dia de ataque. Muitas feições de dissolução foram observadas, mas a mais abundante é o desenvolvimento de vazios em forma de bipirâmide trigonal com o seu eixo maior coincidente com o eixo c cristalográfico da apatita. Os vazios aumentam em abundância com o tempo do experimento e formam pequenos alinhamentos ao longo eixo cristalográfico a da apatita, os quais crescem, interconectam-se e coalescem, formando uma cavidade planar paralela ao plano basal (0001). Estas feições indicam que a dissolução da apatita é fortemente controlada pela sua estrutura e que a partição basal, que é característica desse mineral, propicia um ambiente atômico altamente favorável devido à sua alta energia, onde a dissolução inicia-se.
Até aproximadamente um ano desde o início dos experimentos no solo, não se observaram evidências de dissolução bioquímica na superfície dos grãos enterrados no solo amostrado na profundidade de 50,0 a 70,0 cm. Entretanto, os grãos de apatita enterrados no campo e também em casa de vegetação com solo coletado na profundidade de 0,0 a 5,0 cm apresentaram intensa atividade de bactérias e hifas fúngicas nas suas superfícies. As feições características de dissolução química foram também observadas nos grãos extraídos desses solos, indicando que a solução do solo atacou também os grãos de apatita. Estudos posteriores serão necessários para avaliar o potencial de apatitas magmáticas como fertilizante de liberação lenta de fósforo na agricultura. 

  
 
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o 056

CARLOS NOGUEIRA DA COSTA JUNIOR

DATE OF ORAL PRESENTATION: 26/09/2002
TOPIC OF THE THESIS: PROSPECTION AND ECONOMIC GEOLOGY
SUPERVISOR: Prof.José Carlos Gaspar(UnB)
COMMITTEE MEMBERS:   Prof. José Affonso Brod (UnB); Prof. Arnaldo Alcover Neto ( Cetem-RJ); Profa. Maria Cristina Motta de Toledo (IGc/USP); Profa. Sara Lais Rahal Lenharo (UnB)

KeyWords: Apatite, dissolution, biogeochemical, weathering.

ABSTRACT

Apatite grains from the C1 sovite carbonatite from the Jacupiranga Alkaline Complex have been attacked with the Mehlich III solution and citric acid solution in laboratory (closed, open and semi-open systems) and were buried in soils. The experiments in soils were conducted under greenhouse and field conditions. For the greenhouse experiments, soil samples were collected in areas under native vegetation and under a no-till corn/soybean rotation. In order to obtain soils with high and low biological activities, in both areas the sampling depths were 0 to 5cm and 50 to 70 cm, respectively. The soil samples were placed in plastic containers and kept at 100% of their field capacity during the whole experiment. To evaluate the biochemical dissolution under field conditions, the apatite grains were buried (5 cm deep) in an area which had been for 8 years under a no till management system with a corn/soybean rotation. In the greenhouse and also in the field experiments, apatite grains measuring about 5 by 1.5 mm were placed inside nylon screens and buried in the soil. After specific time intervals the grains recovered from the soils and from the Mehlich III closed system were analyzed by SEM/EDS, AFM and XPS. The analytical procedure aimed to investigate single apatite grains subjetected to different degrees of acid attack. In laboratory the dissolution of apatite chemical components was monitored in the accompanying solutions. The dissolution of apatite is incrongruent and the behavior of the different chemical elements depends on the solution used. For most experiments the largest dissolution rate occurs in the 20th day of attack. Several dissolution features were observed but the most abundant is the development of voids in the form of trigonal dipyramide with its c axis coincident with the apatite c axis. These voids increase in abundance as the time increases and form small rows aligned along the a apatite crystallographic axis, which grow, coalesce and give rise to tabular voids parallel to (0001). These features indicate that the dissolution of apatite is strongly controlled by its structure and that the basal parting, which is characteristic of this mineral, provides the atomic environment with the highest surface energy, where dissolution starts. 
Almost one year since the beginning of the experiment in the soil no evidence of biochemical dissolution were observed on the surface of the grains buried from 50 to 70 cm deep. However, the apatite grains buried in the field and also in the greenhouse with soil samples collected at the 0 to 5 cm depth presented intense bacterial and fungal activities on their surfaces. It is possible to observe depressions on apatite surfaces caused by the bacterial activity. Features characteristic of chemical dissolution were also observed in the grains extracted from the soils indicating that soil solution had also attacked the apatite. Further studies are necessary to evaluate the potential of magmatic apatites as a source of slow-release P fertilizers in agriculture.