Multi-technique analysis to estimate the maximum temperature reached in a burned Red-Yellow Latosol in the Southern Amazon

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dc.contributor.advisorMelquiades, Fábio Luiz
dc.contributor.authorRocha, Débora Rodrigues
dc.contributor.bancaCosta, Antônio Carlos Saraiva da
dc.contributor.bancaVendrame, Pedro Rodolfo Siqueira
dc.contributor.bancaAndrello, Avacir Casanova
dc.contributor.bancaAppoloni, Carlos Roberto
dc.contributor.coadvisorThomaz, Edivaldo Lopes
dc.coverage.extent99 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-08-09T11:35:06Z
dc.date.available2024-08-09T11:35:06Z
dc.date.issued2022-07-05
dc.description.abstractConhecer a temperatura máxima atingida no solo durante uma queimada é importante para avaliar a intensidade da queima. A conversão de florestas é um processo contínuo nos ecossistemas da Amazônia, sendo de grande importância prever os efeitos do fogo nas propriedades do solo e evitar danos aos sistemas ambientais. Métodos espectroscópicos combinados com análise multivariada podem fornecer informações químicas e mineralógicas importantes sobre o solo. Este estudo teve como objetivo prever a temperatura máxima atingida em um Latossolo Vermelho-Amarelo de uma região amazônica no Brasil. Foram investigadas amostras de roça de toco e de pastagens coletadas após eventos de incêndio, e amostras de solo não queimado submetidas ao aquecimento de mufla (150 a 800°C). A fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDXRF) foi empregada para adquirir dados químicos. O procedimento experimental é rápido, requer preparação mínima da amostra e nenhum reagente químico. A concentração dos elementos e os dados espectrais foram analisados utilizando Análise de Componentes Principais (PCA) e regressão por Mínimos Quadrado Parciais (PLS). Além da EDXRF, foram realizadas análises com outras técnicas: análise térmica, tabela de cores Munsell, susceptibilidade magnética, difração de raios X (XRD) e espectroscopia no visível e no infravermelho próximo (Vis-NIR). A PCA realizada com as concentrações elementares da EDXRF apresentou uma tendência de agrupamento das amostras por seus locais de coleta. Os grupos formados de acordo com a temperatura não foram tão expressivos quanto os formados pelos locais de coleta. Modelos PLS com dados espectrais de EDXRF foram utilizados para prever a temperatura máxima atingida em amostras de solo. As temperaturas estimadas variaram de 325 a 608°C, faixa de temperatura relatada na literatura. A análise térmica indicou as principais transformações nos solos estudados (decomposição da matéria orgânica, desidroxilação da gibbsita, goethita e caulinita). Todas as amostras apresentaram comportamento semelhante. As cores Munsell concordaram com os resultados da análise térmica. Em geral, os valores de susceptibilidade magnética encontrados foram baixos, indicando um pequeno teor de minerais magnéticos (maghemita) nos solos. As análises por XRD e Vis-NIR indicaram os minerais presentes nos solos. A PCA desenvolvida com as intensidades dos picos dos minerais indicou que o local de coleta e a temperatura de aquecimento desempenham um papel importante na caracterização do solo, pois as componentes principais agruparam as amostras de acordo com tais características das amostras. Considerando as vantagens e resultados instrumentais, o emprego de técnicas espectroscópicas como a EDXRF, aliadas à análise multivariada, tem se mostrado uma tecnologia alternativa viável para avaliar os efeitos do fogo no solo.
dc.description.abstractother1Knowing the maximum temperature reached in soil during burning is important to evaluate fire intensity. Forest conversion is an ongoing process in Amazon ecosystem. It is of utmost importance to predict fire effects on soil properties and avoid damaging environmental systems. Spectroscopic methods combined with multivariate statistics may provide soil chemical and mineralogical information. This study aims at predicting the maximum temperature reached in a Red-Yellow Latosol from an Amazonian region in Brazil. Slash-and-burn and pasture samples collected after fire events, and unburned soil samples submitted to muffle heating (150 to 800°C) were investigated. Energy dispersive X-ray fluorescence (EDXRF) was employed to acquire chemical data. The experimental procedure is rapid, requires minimal sample preparation and no chemical reagents. The concentration of the elements and the spectral data were analyzed using Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Squares regression (PLS). In addition to EDXRF, some other analyses were performed: thermal analysis, Munsell color chart, magnetic susceptibility, X-ray diffraction (XRD) and visible and near-infrared spectroscopy (Vis-NIR). The PCA performed with the elemental concentrations presented a tendency of grouping the samples by their collection sites. The groups formed according to heating temperature were not as expressive as the ones formed by collection sites. Partial least squares regression with EDXRF spectral data was successfully applied to predict the maximum temperature reached in soil samples. Estimated temperatures ranged from 325 to 608°C, a temperature range which has been reported elsewhere. Thermal analysis indicated the main transformations in the studied soils (organic matter decomposition; gibbsite, goethite and kaolinite dehydroxylation). In general, the samples had similar behavior. The Munsell colors observed, which are transformation indicators, agreed with thermal analysis results. In general, values of magnetic susceptibility found in this study were low, indicating a small content of magnetic minerals (maghemite) in the investigated soils. The XRD and Vis-NIR analyses indicated the minerals present in the studied soil. The PCA developed with the peak intensities of the minerals indicated that the collection site and the temperature of heating play an important role in the soil characteristics, as the principal components grouped the samples according to such features of soils. Considering the instrumental advantages and results, the employment of spectroscopic techniques such as EDXRF combined with multivariate analysis has proved to be a feasible alternative technology to evaluate fire effects in the soil.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/17162
dc.language.isoeng
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Física
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Física
dc.subjectEfeitos do fogo no solo
dc.subjectEDXRF
dc.subjectRegressão PLS
dc.subjectEstimativa de temperatura
dc.subjectAquecimento controlado
dc.subjectSolos - Temperatura
dc.subjectLatossolos - Amazônia
dc.subjectLatossolos - Queimada
dc.subject.capesCiências Exatas e da Terra - Física
dc.subject.keywordsFire effects on soil
dc.subject.keywordsEDXRF
dc.subject.keywordsPLS Regression
dc.subject.keywordsTemperature estimation
dc.subject.keywordsControlled heating
dc.subject.keywordsSoils - Temperature
dc.subject.keywordsLatosols - Amazônia
dc.subject.keywordsLatosols - Burning of land
dc.titleMulti-technique analysis to estimate the maximum temperature reached in a burned Red-Yellow Latosol in the Southern Amazon
dc.title.alternativeAnálise multitécnica para estimar a temperatura máxima atingida em um Latossolo Vermelho-Amarelo de queimada no sul da Amazônia
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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