The upland lakes (ULs) in Carajás, southeastern Amazonia, have been extensively studied with respect to their high-resolution structural geology, geomorphology, stratigraphy, multielement and isotope geochemistry, palynology and limnology.
Os lagos de terras altas (ULs) em Carajás, sudeste da Amazônia, têm sido extensivamente estudados no que diz respeito à sua geologia estrutural de alta resolução, geomorfologia, estratigrafia, geoquímica de multielementos e isótopos, palinologia e limnologia.
1. Introductiçãon
TheOs upla
nd lakegos de terras altas (ULs)
in the Brazilian Amazon arena Amazônia brasileira são formas de relevo singular
mid-es de média altitude (
fromde 400 m
toa 800 m)
landforms formed over iron and ironformadas sobre crostas lateríticas de ferro e ferro-alumino
us lateritic crusts as a result of cyclic tectonic, weathering and thsas como resultado de processos tectônicos cíclicos, intemperismo e eros
ional processes under tropical climate conditionão em condições climáticas tropicais
[1][2][3][1,2,3].
ThEstes
e lakes are lagos são classifi
ed as active and inactive lake systems, the lattercados como sistemas lacustres ativos e inativos, correspond
ing to upland swamendo este último a pântanos de terras altas [4].
A dep
os
ição [4].
Thde sediment
depos
ition in ULs is highly em ULs é altamente influenc
ed by the natural and local chaiada pelas caracter
istics of the catchment basinísticas naturais e locais da bacia hidrográfica, inclu
ding theindo a geolog
y, ia, a cobertura vegeta
tion cover, primaryl, a produ
ctivity of thetividade primária da bacia central
basin [5][6][7] [5,6,7] e a ida
nd
e relativ
e lake agea do lago [3].
DApes
pite thear da relativ
ea homogenei
ty, the drainage basins in southeastern Amazoniadade, as bacias hidrográficas do sudeste amazônico apresentam local
ly present various lithotypes andmente vários litotipos e cenários geomor
phological settingsfológicos. Consequent
ly, they hold plant communities with difemente, eles mantêm comunidades vegetais com diferent
structures andes estruturas e composi
tionções
[8].
MAlém disso, o
reover,s processos diagen
etic processes have modifiedéticos modificaram a composição dos sediment
compositionos [5].
All Todo
f these factors haves esses fatores têm control
led the geochemical andado as características geoquímicas e limnol
ogical characteristics of these ULs over timeógicas desses MSs ao longo do tempo [9][10][9,10].
Th
Os de
pósitos Qquatern
ary deposits in Amazonian ULs have difários em ULs amazônicos têm espessuras diferent
thicknesses. Some display continuouses. Alguns apresentam sedimenta
tion, asção contínua, como evidenc
ed in thiado nas serras de Seis Lagos (nor
thwestern Amazooeste da Amazônia), Maicuru/Maraconaí (centr
al-northeastern Amazonia) ando-nordeste da Amazônia) e Carajás (s
outheastern Amazonia) mountain rangeudeste da Amazônia) [4,11,12,13,14,15,16,17,18]. As
[4][11][12][13][14][15][16][17][18]. The investiga
tionções
conducted at theserealizadas nessas locali
ties have allowed an evaluation of the effects of the lastdades permitiram avaliar os efeitos dos últimos períodos glacial
ande interglacial
periods onna Amazônia tropical
Amazonia. ULs may become more similar to terrestrial. Os ULs podem se tornar mais semelhantes aos habitats
during theterrestres durante o período negativ
e watero de balan
ce periodço hídrico produ
ced by prolonged water zido pelo estress
, which may affect the ecological attributes of water-e hídrico prolongado, o que pode afetar os atributos ecológicos da biota dependent
biote da água
[19][20][19,20].
InEm contrast
, moree, ULs mais resilient
ULs may act ases podem atuar como micro
refuges for suchrrefúgios para esses organism
s. Thus, both the physical and biological aspects, as well as their dynamic nature, must be carefully evaluated over shorter (annual toos. Assim, tanto os aspectos físicos quanto biológicos, bem como sua natureza dinâmica, devem ser cuidadosamente avaliados em escalas de tempo mais curtas (anuais a decada
l) and longer (century to millennial) time scalesis) e mais longas (século a milenar).
Geologyia, Physiography andFisiografia e Climate
ThA área de
study area is located in the eastern portion ofestudo está localizada na porção leste da Província de Carajás
Province, southeastern Amazo, sudeste da Amazônia (
Figure 1a 1),
e a
nd the geolog
y isia é represent
ed byada por: (1)
Mesoarcheanséries tonalit
e–a-trondhjemit
e–a-granodiorit
eo mesoarqueano (TTG)
series and e unidades granul
itic units (íticas (Ortogranulito Xikrin-Cateté
Orthogranulite)
[21][22][36,37]; (2)
NSe
oarcheanquências metav
oulcano-sedimentar
y sequencees neoarqueanas
[23][38]; (3)
NeRo
archeanchas intrusiv
e as neoarqueanas [39] e cor
po
cks
[24] estratifica
nd
mafic–os máfico-ultram
afic stratified bodieáficos
[25][40]; (4)
PaleoproterRo
zoicchas sedimentar
y rockes
[26]; pa
nd (5) Paleoproterozoic
as [41]; e (5) intrusões anorog
eênic
intrusionas paleoproterozoicas
[27][42].
Figurea 1. UMapper map with study area in the a superior com área de estudo no context of South America and Amazon Rainforest (green area: forest cover, red areo da América do Sul e Floresta Amazônica (área verde: cobertura florestal, áreas vermelhas: deforestation). Lower map with smatamento). Mapa inferior com legendas associated legends: geological map showing the main lithological units of thdas: mapa geológico mostrando as principais unidades litológicas da cordilheira de Carajás mountain range in the Brazilian Amazon. The studied lakes are located in the, na Amazônia brasileira. Os lagos estudados estão localizados nas crostas lateritic crusts in the Sul (active lakeíticas do Sul (lagos ativos: Três Irmãs, Amendoim, Violão; filled lakelagos cheios: R1, R2, R4, R5), Norte (filled lakelago cheio: Trilha da mata), Leste (active lakelago ativo: lagoa Serra Leste— – LSL), Tarzan (active lakelago ativo: Tarzan) ande Bocaína (filled lakelagos cheios: LB3, LB4) plateaus; Província de Carajás (RM + S-CC + CB: Rio Maria + Sapucaia + domínios Canaã dos Carajás + Bacia do Carajás).
TheO Cenozoicpaleoclima tropical
paleoclimate has cenozoico tem favore
dcido extens
ive weathering events in the regionos eventos de intemperismo na região, contribu
ting to the development of theindo para o desenvolvimento das crostas later
itic crusts, which were mainlyíticas, que eram deriv
ed fromadas principalmente de rochas metav
oulcano-sedimentar
y rockes, inclu
ding the banded iron formationindo a formação de ferro em bandas (BIF)
of thedo Supergrupo Itacaiúnas
Supergroup [1][1].
TheOs ULs were formed according toMSs foram formados de acordo com eventos neotect
onic and weathering events that affected the lateritic crustônicos e de intemperismo que afetaram as crostas lateríticas
[1].
ThEsses
e lakes occur only at lagos ocorrem apenas em altitudes
of between 600 andentre 600 e 800 m
in the uppernos terrenos later
itic terrainíticos superiores (pla
teaus) of thnaltos) da serra de Carajás
mountain range, which includes, que inclui Sul, Norte, Leste, Tarzan
ande Bocaína (
Figurea 1).
2. LakProcessos de Formation Prção do Lagocesses
The
As crostas later
iític
crusts of the Sul mountain range are displaced by sets of E–W faults that are as da cordilheira do Sul são deslocadas por conjuntos de falhas E-W que são respons
ible for the morphology of the plateaus, NW–SE normal faults to NE–SW fractures, and áveis pela morfologia dos planaltos, falhas normais NW-SE para fraturas NE-SW e falhas sinistral
—normal fault-normais
[3].
TheA dissolução par
tial dissolution of thecial da crosta later
itic crust ítica orient
ed by these fractures and faultada por essas fraturas e falhas form
ed karst-like features, such as caves, sinkholes and underground streamou características cársticas, como cavernas, sumidouros e córregos subterrâneos
[1].
AUma s
eries of fault reactivationérie de reativações de falhas promo
ted the collapse of blocks along theveu o colapso de blocos ao longo das falhas norma
l faults, which formed the shallow upland lakes.
This, que formaram os lagos rasos de terras altas. A dissolução parcial da crosta laterítica e o escoame
nto shallow-water seismicintenso, particularmente durante a estação chuvosa, favorecem o trans
ects and their reflection porte e a deposição de sedimentos clásticos no lago [44]. Em alguns c
hasos, a sobrecar
acteristics, as well as the sedimga da base dos lagos, juntamente com reativações de falhas, promoveu novos colapsos e aumentou o espaço de acomodação dos lagos [44].
Os transe
nct
cores, allowed researchers toos sísmicos em águas rasas e suas características de reflexão, bem como os núcleos sedimentares, permitiram identif
y theicar a geometr
y of the seia das unidades sismostratigr
aphic unitáficas deposit
ed in thadas nas ULs de Carajás
ULs[3] [3] (
Figurea 2).
TheAs acoustic features arecaracterísticas acústicas estão associa
ted with the morphometry and morphology of the bedrockdas à morfometria e morfologia do refle
ctor, debris flows, synsedimentarytor do leito rochoso, fluxos de detritos, estruturas deforma
tional structures, planecionais sinsedimentares, refletores plano-paral
lel reflectors and multipleelos e múltiplos refle
ctors from the watertores da interface água-substrat
e interface o (
Figurea 2).
TheA interface
between the bottomentre os sediment
s and theos de fundo e a crosta later
itic crust is marked by a total acousticítica é marcada por uma refle
ction of the crust, whichxão acústica total da crosta, que produ
ces strong-amplitude lake-bottom multiples (bedrock reflectors). The basal fine-grained deposits located near the main drainage inflows z múltiplos de fundo de lago de forte amplitude (refletores de rocha). Os depósitos basais de grão fino localizados perto das principais entradas de drenagem correspond
to the fault-collapsed, basinwardem aos clinoformes de prograd
ing clinoformação em direção à bacia colapsados por falhas rela
ted to thecionados aos ventiladores delta
fans. Underflow . Os process
es areos de subfluxo são respons
ible for carrying fine-grained particles toward the lakeáveis pelo transporte de partículas de grão fino em direção ao depocent
erro do lago, interr
upted byompidas por leitos siderite
beds. The top deposits are related to massive. Os depósitos superiores estão relacionados à lama maciça aggrada
tcional
and structureless mud with some scattered peat fragmente sem estrutura com alguns fragmentos de turfa dispersos (
Figurea 2).
ThiIss
facies ano cria um arran
gement thatjo que produ
ces fining and thinning upward cycles, which might vary in thicknessz ciclos ascendentes de aletamento e desbaste, que podem variar em espessura depend
ing on the rate of the accommodation spaceendo da taxa do espaço de acomodação.
Figurea 2. NW–SETransectos sísmicos longitudina
l seismic transects showing the different observed morphologic levels,is NW-SE mostrando os diferentes níveis morfológicos observados, unidades deposi
tional units, basement and multiple reflectors, and fault. The secionais, refletores basais e múltiplos e falha. A interpretação sismostratigr
aphic interpretation in the lower part of the figure. Upper figure (shallow seismic image), middle figure (seáfica na parte inferior da figura. Figura superior (imagem sísmica rasa), figura média (interpretação sismostratigr
aphic interpretation) and loweráfica) e figur
ea inferior (legend
s and location of the seismic profile in the lake bathymetryas e localização do perfil sísmico na batimetria do lago).
3. Geologia de Surface Geology and perfície e Geobotany of the Catchment Basinânica das Bacias Hidrográficas
The
As crostas later
iític
crusts of the study area are as da área de estudo são genetica
llymente classifi
ed as structured (iron orecadas como crostas estruturadas (minério de ferro), detr
ital and Al-rich crustsíticas e ricas em Al [28][48] (
Figurea 3).
SCrostas estru
ctured and detrital crusts were formed by theturadas e detríticas foram formadas pela lateritiza
tion of BIF and the weathering of the structured crustsção do BIF e pelo intemperismo das crostas estruturadas, respectiv
ely, and containamente, e contêm hematit
ea, magnetit
ea, goethit
e and secondarilya e, secundariamente, minerais de quartz
and clay mineralso e argila [9].
TheEssas
e crusts are generally thick and more crostas são geralmente espessas e mais resist
ant tentes ao intemperismo modern
weatheringo, form
ing only Petric Pando apenas plinthos
ols/Petroferric Asolos petrânicos/acrustox
, which petroférricos, que domina
te the higherm os níveis topogr
aphic levels. Conversely, the Al-rich crusts formed by theáficos mais altos. Por outro lado, as crostas ricas em Al formadas pela lateritiza
tion of mafic rocks are richer in clay ção de rochas máficas são mais ricas em minera
ls andis argilosos e gibbsit
ea, especial
ly close to thmente perto do horizonte sapr
olite horizon. Additionally, they are lesólito. Além disso, são menos resist
ant to weathering and occur on lower quotas than structured and detrital crusts. Thus, these crusts mayentes ao intemperismo e ocorrem em cotas mais baixas do que crostas estruturadas e detríticas. Assim, essas crostas podem produ
ce thicker soils (i.e.zir solos mais espessos (ou seja, Ferrasols/
OxisolLatossolos).
Figure 3. (
a,
b) Digital elevation model (DEM) integrated with bathymetric data showing the western and eastern portions of the Serra Sul Plateau and the main lithotypes described in the catchment basins of active ULs. Aerial photograph of (
c) Três Irmãs (TI1, TI2 and TI3), (
d) Amendoim (AM) and Violão lakes (VL). (
e,
f) DEM showing the main lithotypes described in the catchment basins of filled ULs, also a detail (black arrow) for the direction of view of photo (
e,
f). (
g,
h) Aerial photograph of the filled ULs.
The detrital and structured crusts have some peculiar characteristics, including shallow, patchy and acidic soils, with low water retention and nutrient availability and high insolation and temperature
[30][31][49,50], which allowed the widespread development of canga vegetation and hindered the colonization of tree species (
Figure 3a–d), such as SDF and HETF
[8][30][8,49]. This interpretation is supported by the high δ
13C values of the canga vegetation compared to soils in neotropical forests, which are related to more pronounced water shortages in cangas than forests
[32][51]. Mafic sills and dikes are predominant on the slopes of the Carajás mountain range and marginal to the Três Irmãs and Violão lakes, extending toward Amendoim Lake (
Figure 3a–d). Palms and macrophytes occur extensively in filled lakes (
Figure 3e–h). Moreover, macrophytes, especially
Isoëtes cangae, which is a very rare and endemic species, are widely found at the bottom of Amendoim Lake at depths up to 7 m
[33][52]. The dominant plant species of each physiognomy are described in
Table 1.
Table 1. Main plant species of canga vegetation, SDF (semideciduous tropical dry forests) HETF (humid evergreen tropical forest) and filled lakes according to their based on
[9][34][9,30], reviewed according to Carajás Flora Project
[35][53].