Magnetic phases of soils developed from igneous rocks in a climate gradient transept, Brazilian northern Amazonia

Abstract

Abstract Knowledge on magnetic phases and properties of magnetic minerals has wide applications in soils and in agriculture, by the possibility, and perspectives in application of rock magnetic methods in soil science and agriculture; however, their role in highly weathered soils is still unclear. We characterized the mineralogy of soils from Brazilian northern Amazonia, with emphasis on magnetic soils. Samples with varying weathering degrees were collected from four different localities, and their magnetic phases (MPs) were separated and subjected to the following analysis: X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffractometry (XRD), and measurements of field and temperature magnetization. The chemical composition by XRF analyses revealed the predominance of Fe, Si, Ti, and Mn. The XRD analysis, using the Rietveld method, revealed the presence of hematite, goethite, maghemite, and magnetite as magnetic phases: The highest concentration of MPs was detected in an Fe-rich Typic Eutrudept (54% magnetite). Magnetization measurements of the magnetic phases showed the presence of magnetite, associated with hematite and goethite, with magnetization values and transition temperature characteristics of these minerals. The magnetization varied according to soil type, indicating different weathering processes. Soil magnetism varied as a function of parent igneous rocks, in the following order: diabase > basalt > granite. The results indicate that parent material and mineral weathering influence soil magnetism in a tropical climate. Résumé Connaître les phases magnétiques (PM) et les propriétés des minéraux magnétiques aurait de vastes applications en pédologie et en agriculture, car on pourrait appliquer les méthodes associées au magnétisme des pierres à ces deux sciences. Néanmoins, le rôle de tels minéraux dans les sols très altérés manque de clarté. Les auteurs ont caractérisé la minéralogie des sols du nord de l’Amazonie, au Brésil, en se concentrant sur les sols magnétiques. Dans cette optique, ils ont prélevé des échantillons altérés à divers degrés à quatre endroits, puis ils en ont séparé les PM qu’ils ont analysées avec les techniques suivantes : fluorescence aux rayons X (XRF), diffractométrie aux rayons X (XRD) et détermination du magnétisme en fonction du terrain et de la température. L’analyse de la composition chimique par XRF révèle la prédominance des éléments Fe, Si, Ti et Mn. L’analyse par XRD selon la méthode de Rietveld révèle que les phases magnétiques découlent de la présence d’hématite, de goethite, de maghémite et de magnétite. La concentration la plus élevée de PM a été relevée dans un eutrudept typique riche en fer (54 % de magnétite). Après quantification, la magnétisation des phases magnétiques indique la présence de magnétite associée à de l’hématite et à de la goethite, le magnétisme et les températures de transition étant caractéristiques à ces minéraux. La magnétisation varie avec la nature du sol, signe que des mécanismes d’altération différents sont en jeu. Le magnétisme du sol fluctue d’après la roche ignée mère, qui va de la diabase au basalte, puis au granit. Les résultats de ces travaux indiquent que le matériau d’origine et l’altération des minéraux influent sur le magnétisme du sol dans les climats tropicaux. [Traduit par la Rédaction]