Cartografia geoquímica da Ilha do Fogo, (Cabo Verde)

Abstract

Os basaltos estão de entre as rochas silicatadas das mais vulneráveis à meteorização. Neste estudo, a geoquímica e mineralogia dos solos formados na Ilha do Fogo (Cabo Verde), construção vulcânica jovem e de alto relevo em um cenário subtropical, é usada para avaliar os fatores geomorfológicos que controlam os estágios iniciais da meteorização do basalto. Embora os solos da Ilha do Fogo sejam derivados principalmente de rochas basálticas, verificaramse minerais improváveis nas áreas mais expostas aos ventos predominantes, que são hospedados em diferentes quantidades por rochas basálticas (por exemplo, Sc, Th e Ti). A extensão da meteorização é evidenciada por um déficit relativo em elementos móveis (por exemplo, Ca, Mg, Na) e um enriquecimento em elementos não móveis (por exemplo, Al, Fe, Sc, Ti), a decomposição da olivina e outros minerais mais instáveis à superfície, e o enriquecimento em componentes secundários (filossilicatos e alguns óxidos de Fe), juntamente com quartzo fornecido de áreas não vulcânicas. Dependendo da idade e do tipo da rocha-mãe (piroclástico vs. lavas), os solos que cobrem as unidades vulcânicas mais antigas tendem a ser mais afetados por alterações químicas do que os que cobrem as unidades mais jovens. Além disso, a alteração mais intensa é observada em locais caracterizados por uma elevação moderada, que geralmente recebe chuvas relativamente altas, e declives reduzidos. As regiões vulcânicas estão associadas a riscos ambientais e para a saúde humana devido às elevadas concentrações de elementos potencialmente tóxicos (EPTs). A Ilha do Fogo, em Cabo Verde, experimentou erupções vulcânicas recentes, o que levantou questões sobre o potencial dos solos locais para apresentar tais riscos. A fim de compreender melhor as relações entre mineralogia local e geoquímica e riscos ambientais e probabilísticos para a saúde humana, nós (i) apresentamos a distribuição de EPTs selecionados com base em 160 amostras de solo, (ii) determinámos as principais associações entre minerais e unidades geológicas com base em uma Análise de Componentes Principais, (iii) calculámos o índice de risco ecológico potencial e o risco ecológico potencial, e (iv) modelámos os riscos à saúde humana com base em simulações de Monte Carlo. Os solos que recobrem as unidades mais antigas apresentaram maiores teores de minerais secundários, com enriquecimento relativo em alguns EPTs. Os solos que cobrem as unidades mais recentes são enriquecidos com minerais primários e apresentam elevadas concentrações de Pb. Os resultados mostram que (i) As, Cd, H e Pb apresentam riscos ecológicos consideráveis a muito elevados, (ii) os metais(loides) são improváveis de causar um risco não cancerígeno para a saúde, embora As possa representar um risco de cancro para crianças. Essa pesquisa também fornece às autoridades ambientais e de saúde um pedágio para gerenciar esses riscos.

Basalts are among the most weathering vulnerable silicate rocks in the Earth. In this study, the geochemistry and mineralogy of soils formed on Fogo Island (Cape Verde), a young and high relief volcanic edifice in sub-tropical setting, are used to assess the geomorphological factors that control the early stages of basalt weathering. Although Fogo Island soils are mainly derived from basaltic rocks a discernible exotic is recognised in areas most exposed to prevailing winds by ratios on non-mobile elements that are hosted in different amounts by basaltic rocks (e.g., Sc, Th and Ti). Weathering extent is evidenced by a relative depletion in mobile elements (e.g., Ca, Mg e Na) and an enrichment in nonmobile elements (e.g., Al, Fe, Sc e Ti), the decomposition of the most labile minerals (olivines), and the enrichment in secondary components (phyllosilicates and some Fe-oxides), along with quartz supplied from non-volcanic areas. It depends on bedrock age and type (pyroclastic vs. lavas). In particular, soils covering older volcanic units tend to be more affected by chemical alteration than those overlying younger units. In addition, more intense alteration is observed in locations characterised by a combination of moderate elevation, which usually receives relatively high rainfall, and reduced slopes. Volcanic regions are associated with increased environmental and human health risks due to elevated concentrations of potentially toxic elements (EPTs). Fogo Island, Cape Verde, experienced recent volcanic eruptions, which raised the questions around the potential for local soils to pose such risks. In order to better understand the relationships between local mineralogy and geochemistry, and environmental and probabilistic human health risks, we (i) present the distribution of selected EPTs based on 136 soil samples, (ii) determine major associations between minerals and geological units based on a Principal Component Analysis, (iii) calculate the potential ecological risk index and potential ecological risk, and (iv) model human health risks-based Monte Carlo simulations. The soils overlaying the older units yield higher contents of secondary minerals, with relative enrichment is some EPTs. The soils covering more recent units are enriched with primary minerals and show elevated concentrations of Pb. The results show that (i) As, Cd, Hg e Pb, pose considerable to very high ecological risks, (ii) metal(oid)s are unlikely to cause a non-carcinogenic health risk, although As may pose a cancer risk for children. This research also provides health and environmental authorities with a toll to manage such risks.