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metadata.dc.type: Tese
Title: Caracterização de solos pouco desenvolvidos com foco na fluorescência de raios x e parâmetros de interação da radiação
metadata.dc.creator: Tech, Lohane
metadata.dc.contributor.advisor1: Pires, Luiz Fernando
metadata.dc.contributor.referee1: Cássaro, Fábio Augusto Meira
metadata.dc.contributor.referee2: Meneguzzo, Isonel Sandino
metadata.dc.contributor.referee3: Melquiades, Fábio Luiz
metadata.dc.contributor.referee4: Freitas, Valdirlei Fernandes
metadata.dc.description.resumo: Devido ao crescimento populacional mundial acelerado tem se tornado comum o aumento da pressão sob áreas de preservação ambiental visando atividades como a mineração e a exploração agropecuária. Isto tem causado mudanças drásticas nas paisagens com consequências que tem afetado negativamente o clima do planeta. Geralmente, na área de Física Aplicada a Solos, são utilizadas técnicas convencionais para a caracterização no solo. No entanto, existem outras técnicas não convencionais que podem ser empregadas baseadas na interação de raios X e gama com a matéria. Técnicas como a atenuação de raios gama têm sido usada com sucesso há muitas décadas no estudo de propriedades como, por exemplo, a densidade e umidade do solo com base em parâmetros como o coeficiente de atenuação. Porém, existem ainda outros parâmetros de interação da radiação com a matéria interessantes que podem ser explorados visando a caracterização do solo. O Brasil possui uma vasta área sendo utilizada na agricultura e também áreas pertencentes a reservas florestais, cujo objetivo é proteger os biomas naturais. Muitas das últimas áreas localizam-se em solos pouco desenvolvidos (pouco intemperizados), como Cambissolos e Neossolos. Desta forma, caracterizar esses solos se torna vital tendo em vista a sua importância do ponto de vista ambiental. Na literatura científica, não existem relatos de estudos que abordem as propriedades de atenuação da radiação em solos de unidade de conservação (teoricamente protegidos de ações antrópicas) com pouca intemperização. Além disto, praticamente não existem estudos dos parâmetros de interação da radiação em solos mais jovens como os Neossolos, que estão em fase de formação, conhecidos pela textura mais arenosa, ausência de horizonte diagnóstico e presença de material da rocha de origem e de minerais de difícil intemperização. Este trabalho de tese está fundamentado nas seguintes hipóteses: 1) parâmetros de interação da radiação com a matéria apresentam variações mesmo quando a composição química do solo não possui diferenças significativas; 2) diferentes usos do solo alteram a sua composição química de modo a afetar os parâmetros de interação da radiação, de maneira que estes não possam ser considerados estáticos mesmo para um mesmo tipo de solo; 3) solos jovens pouco desenvolvidos (ausência de horizontes bem definidos) apresentam diferenças na composição química do solo e nos parâmetros de interação da radiação ao longo do perfil; 4) os parâmetros de interação da radiação podem ser utilizados na caracterização do solo, principalmente naqueles não submetidos à intervenção humana; e 5) mudanças no método de análise química do solo afetam as medidas dos parâmetros de interação da radiação. Este trabalho de tese está baseado em dois estudos. O objetivo do primeiro foi analisar os parâmetros de interação da radiação de diferentes horizontes (A: 0-13; AB: 13-30; Bi: 30-80; C: 80-127 cm) de um Cambissolo, localizado na unidade de conservação do Parque Estadual da Serra Dourada (PESD). Para a condução desse estudo foram obtidos dados da composição de óxidos dos horizontes por meio de dois métodos (fluorescência de raios X por dispersão de energia – EDXRF e por comprimento de onda – WDXRF), a fim de comparar os resultados obtidos entre eles. O coeficiente de atenuação de massa (µ/ρ) foi obtido por meio de simulação computacional utilizando os programas XCOM, GEANT4 e Fluka. Com base nos dados de µ/ρ foram calculados os demais parâmetros: seções de choque molecular (σM), atômica (σA), eletrônica (σE), número atômico efetivo (Zeff) e densidade eletrônica (Nel). Os resultados indicam que ambas as técnicas de análise elementar se mostraram eficazes na detecção dos teores dos óxidos, entretanto a WDXRF apresentou maior sensibilidade. No segundo estudo, o método da WDXRF foi aplicado na caracterização de um Neossolo Quartzarênico de um assentamento de agricultura familiar localizado na região da Amazônia Oriental. O solo foi submetido a dois sistemas de uso (Pasto e Roça de Toco), sendo uma área de mata utilizada como referência. O estudo foi conduzido ao longo de um perfil do solo nas camadas de 0-5, 5-10, 10-20 e 20-40 cm. Os resultados obtidos em ambos os solos (Cambissolo e Neossolo) possibilitaram novos insights acerca de como os conteúdos de óxidos afetam os parâmetros de interação da radiação, dado que esses parâmetros foram sensíveis às mudanças na composição química do solo. Ainda, foi possível uma análise de como os valores do coeficiente de atenuação são influenciados pelos métodos de simulação computacional como os baseados em Monte Carlo (GEANT4 e Fluka) e regra da mistura (XCOM). Os resultados do Cambissolo servirão de referência para estudos posteriores, em solos de mesma classificação oriundos de regiões localizadas próximas ao PESD, de modo a verificar como ações antrópicas podem vir a afetar esse tipo de solo. Os resultados obtidos para o Neossolo evidenciam que os usos afetaram a composição de óxidos, principalmente com relação aos óxidos relacionados aos minerais secundários (Al2O3, Fe2O3 e TiO2). Tal fato evidencia como a ação antrópica pode afetar propriedades do solo que refletem em seus parâmetros de interação da radiação com a matéria. Por fim, os resultados obtidos para ambos os solos mostram que os parâmetros de interação, em combinação com os dados de análise elementar, podem servir de base para uma caracterização do solo. Geralmente, tais medidas são feitas com base em propriedades relacionadas a estrutura do solo, e nesse estudo foi proposto o uso de técnicas que utilizam amostras deformadas, ou seja, obtidas após a quebra de suas estruturas.
Abstract: Due to the accelerated world population growth, increasing pressure on environmental preservation areas has become common, aiming at activities such as mining and agricultural exploitation. This has caused drastic changes in the landscapes with negative consequences that has been affected the planet’s climate. Generally, in the physics field applied to soils, conventional techniques are used to the soil characterization. However, there are other nonconventional techniques that can be employed based on the X-ray and gamma ray interaction with the matter. Techniques such as gamma ray attenuation have been used successfully for many decades in the study of properties such as soil density and moisture based on the attenuation coefficient parameter. Although, there is still other radiation interaction parameters that can be explored aiming the soil characterization. Brazil has a great area been used in the agriculture and also areas belonging to forest reserves, whose objective is to protect the natural biomes. Many of these areas are located on poorly developed (weathering soils) soils, such as Cambisols and Entisols. In this way, characterizing this type of soils has become vital because of its great importance in the environmental point of view. In the scientific literature, there is no report of studies that approach the radiation attenuation properties in soils of conservation units (protected of human action theoretically). Besides this, practically there is no study of the radiation attenuation properties of young soils such as Entisols that are in the formation phase, known for their sandy texture, absence of a diagnostic horizon and presence of the material from the original rock and with hard weathering minerals. This thesis study is based on the following hypothesis: 1) radiation interaction parameters present variation even when the chemical composition of the soil does not present significant differences; 2) different uses of the soils change its chemical composition and affect the radiation interaction parameters, in a way that this cannot be consider static even for the same type of soil; 3) young soil and poorly developed (absence of well-defined horizons) shows differences in the soil chemical composition and in the radiation interaction parameters along the soil profile; 4) the radiation interaction parameters can be used in the characterization of the soil, mostly in those not submit to human intervention; and 5) changes in the chemical analysis of the soil affect the calculation of the radiation interaction parameters. This thesis study is based on two studies. The objective of the first was to analyze the radiation interaction parameters of different horizons (A: 0-13, AB: 13-30, Bi: 30-80, C: 80-127 cm) of a Cambisol, located in the conservation unit of the Serra Dourada State Park (PESD). For the conduction of this study the oxide composition was obtained by two methods (X ray fluorescence by energy dispersion – EDXRF and by wavelength dispersion - WDXRF), in order to compare this obtained results. The mass attenuation coefficient (μ/ρ) was obtained through the computational simulation using the XCOM, GEANT4 and Fluka program. Based on the μ/ρ data the other radiation interaction parameters where calculated: the molecular (σM), atomic (σA), electronic cross sections (σE), effective atomic number (Zeff) and electronic density (Nel). The results indicate that both elemental analysis techniques are effective in the oxide detection; however, the WDXRF showed more sensibility. In the second study, the WDXRF method was employed in the characterization of a Quartzarenic Entisol of an agriculture familiar settlement located in the Oriental Amazon. The studied soils was submit to two uses system (Pasto and Roça de Toco), being a forest area used as reference. The study was conducted in a soil profile in the layers of 0-5, 5-10, 10- 20 e 20-40 cm. The results obtained with both soils (Cambisol and Entisol) made possible new insights about how the oxide content affect the radiation interaction parameters, given that this parameters where sensitive to the chemical soil composition. Still, it was possible an analysis of how the values of the mass attenuation coefficient are influenced the computational simulation such as the ones based on the Monte Carlo (GEANT4 and Fluka) and the mixture rule (XCOM). The Cambisol results can be a reference for posterior studies, in soils with the same classification and located in regions next to the PESD, in a way to verify how human actions can affect this type of soil. The results obtained for the Entisol highlight that the uses affected the oxide soil composition, mostly in oxides related to the secondary minerals (Al2O3, Fe2O3 e TiO2). Such fact highlights how human actions can affect soil properties that reflect in his radiation interactions parameters with the matter. Finally, the obtained results for both soils showed that the interaction parameters, in combination with the elemental analysis, serve as base for a soil characterization. Generally, such measurements are made with base in properties related to the soil structure, and in this study, was proposed the use of techniques that employed deformed samples, that is, obtained after the structure has been broken.
Keywords: WDXRF
EDXRF
coeficiente de atenuação de massa
Cambissolo
Neossolo
mass attenuation coefficient
Cambisol
Arenosol
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Física
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências
Citation: TECH, Lohane. Caracterização de solos pouco desenvolvidos com foco na fluorescência de raios x e parâmetros de interação da radiação. 2022. Tese (Doutorado em Ciências) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, 2022.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3773
Issue Date: 14-Sep-2022
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