Águas superficiais (Rio, lagoa e córrego)

As razões isotópicas do período de outubro/2015 das águas superficiais variaram, entre -6,13 e-4,32 ‰ para (δ18O) e o intervalo de -35,8 e -24,7 ‰ para o (δ2H). E no período de março/2016 as razões de δ18

O variaram de -6,74 e -5,16 ‰ e δ2H com variações entre - 41,6 e -31,5 ‰. (Tabelas 03 e 04).

Em outubro/2015 as águas superficiais foram ligeiramente mais enriquecidas em δ18_{O e δ}2

H do que as águas coletadas em março/2016, com exceção do ponto L02 que é mais empobrecida isotopicamente para os dois períodos. Pressupõe-se que a diferença observada na composição isotópica das águas superficiais está relacionada a variações sazonais das razões isotópicas. As variações sazonais serão maiores em rios e riachos, onde o escoamento superficial da precipitação recente é a principal fonte de fluxo e menor nos rios onde a água subterrânea é a fonte dominante (HOEFS, 2009).

O excesso deutério (d), definido por Dansgaard (1964), é notado como um índice de desvio da linha de água meteórica global (GMWL; d = 10) em relação ao 18O versus 2H. Nas águas superficiais o excesso de deutério apresentou intervalo no valor de 9,8 e 13,5‰ no período menos chuvoso e de 9,6 a 15‰ no período chuvoso (Tabelas 03 e 04).

Ao analisar as figuras 27a e 27b observamos que as águas superficiais compõem o grupo 2 (G2) cujos valores de deutério são próximos aos da precipitação, indicando a influência da precipitação direta na recarga dessas águas.

(a)

(b)

5.4.2 Águas subterrâneas

No período menos chuvoso as razões isotópicas paras as águas subterrâneas variaram entre -7,8 e -3,96 ‰ (δ18O) e -44,5 e -20,7 ‰ (δ2H). Na estação chuvosa as amostras coletadas apresentaram variações na gama de -8,75 e -4,25 ‰ (δ18O) e δ2H razões entre -57,5 e 19,1 ‰.(Tabelas 03 e 04).

A composição isotópica das águas subterrâneas apresenta um considerável grau de variabilidade, a maioria das amostras são mais positivas em 18O e 2H no período menos chuvoso e, no período chuvoso, as águas dos poços do Bambuzal, Ilha (PI12), Catingueiro e

Figura 27 - Relação entre δ18O e excesso de deutério para as amostras de águas superficiais e subterrâneas nos períodos menos chuvoso (a) e chuvoso (b).

Sede (PS01) são mais enriquecidas em oxigênio (δ18_{O) e hidrogênio (δ}2

H), enquanto que os poços do Bambuzal (PB01), da Ilha (PI04), Pedra e da Sede (PS02), considerados mais profundos, apresentam razões isotópicas mais depletadas. Os valores de excesso de deutério d variam de -1,8 a 28,7 ‰ no período menos chuvoso e 9,9 a 22,4 ‰ no período chuvoso.

As figuras 27a e 27b demonstra a relação de δ18O e o excesso-d para as águas subterrâneas. Observa-se que em ambos os períodos para algumas amostras (G1) o valor de excesso de deutério é superior a 10‰, sugerindo prováveis entradas de reciclagem de vapor d`água e a contribuição de possíveis fluxos da superfície de evaporação para as nuvens de chuva. Os valores excessivos do excesso de deutério também podem ter sido derivados de massas de ar úmidas locais isoladas com essas características (FYNN, 2016).

Os altos valores de excesso de deutério são indicativos de um fluxo evaporativo das águas continentais. Também é considerado como um dos principais contribuintes para o balanço de umidade total da massa de ar (ONUGBA et al., 1990).

Nota-se também que a maioria das amostras de águas subterrâneas têm valores de deutério próximos aos da precipitação e similares valores de excesso de deutério das águas superficiais (G1), indicando a influência da precipitação em ambas as águas e que as águas subterrâneas são recarregadas principalmente pela precipitação relativamente recente através da infiltração de água superficial.

As amostras de águas subterrâneas PI05 e PB14 (G3) apresentam os menores valores de excesso de deutério, portanto, indicando efeitos de evaporação. Enquanto os processos de equilíbrio não alteram o excesso de deutério para nenhuma das fases, a evaporação de não-equilíbrio provoca uma diminuição no excesso de deutério que indica um aumento na fase de vapor (JOSHI, 2018).

As razões isotópicas de oxigênio e hidrogênio de amostras de águas subterrâneas e superficiais são apresentadas nas Figuras 27a e 27b. A Linha Meteórica de Água Global (GMWL, δ2

H = 8.δ18O + 10) e a Linha Meteórica de Água Local de Campinas (LMWL), dada pela equação δ 2_{H = 7,7 δ} 18

O + 13.8 (R2 = 0,96), derivada da base de dados GNIP, serviram como referência. A estação de Campinas foi selecionada devido a condições climáticas semelhantes às observadas na área de estudo. Os dados foram coletados entre os anos 1997 e 1998, e estão disponíveis a partir do sítio Internet da IAEA (Agência Internacional de Energia Atômica).

As Linhas de Águas Locais (LWLs) para o período menos chuvoso (δ2H=4.918O+6.1) e o período chuvoso (δ2H=6.518O+4.7) são representadas nas figuras 28a e 28b, indicam um forte componente de evaporação nas águas, pois, as equações apresentam valores de inclinação pequenos e interseção menores que 10.

A figura 28a ilustra que a maioria das amostras de águas subterrâneas e todas as amostras de águas superficiais estão próximas às linhas de águas da área de estudo, de Campinas e da Linha Meteórica de Água Global, indicando que de modo geral a precipitação é a principal fonte de recarga destes corpos hídricos.

Observa-se que a maioria das amostras estão localizadas na parte inferior da Linha Meteórica de Campinas inferindo um forte efeito evaporativo nessas águas, representando amostras mais enriquecidas isotopicamente. Algumas amostras caem acima da Linha Meteórica de Campinas caracterizando águas mais depletadas em isótopos e que não sofreram processo evaporativo durante a recarga. A figura 27b indica que as maioria das águas no período chuvoso são mais depletadas em isótopos pesados.

Neste sentido, Jasechko, et al. (2015) afirmam que chuvas de baixa intensidade são relativamente enriquecidas em isótopos pesados (18O, 2H), enquanto chuvas de alta intensidade são comparativamente esgotadas em isótopos pesados.

É relevante citar que o período de 2014-2016, ocorreu o evento ENOS sendo um dos três episódios mais fortes registrados no hemisfério sul, já comentado anteriormente, e como consequência, ocorre principalmente à redução das taxas de precipitação durante a estação chuvosa de verão, devido à diminuição da atividade de convecção atmosférica associada à Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) (BATISTA et al., 2018).

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 Legenda Bambuzal Ilha Catingueiro Sede Rio

GMWL (δ2_H=818_{O+10) LMWL Campinas (δ}2_H=7.718_{O+13.8) LWML Campininha (δ}2_H=4.918_O+6.1)

PS02

PB13

PI05

(a)

(b)

Neste sentido a estação seca estendeu-se até outubro de 2015, como observado na figura 29a e 29b, em outubro de 2015 a precipitação total de 68,3 mm e, 181,0 mm em março de 2016. Assim, pressupõe-se que a precipitação é a principal fonte de recarga nessa área, mas que a recarga dessas águas ocorre sob diferentes condições climáticas locais ou regionais ou sofreram alterações geoquímicas.

Figura 28 - Gráficos das Linhas de Águas Local (Campininha) e Linhas Meteóricas Local (Campinas) e Mundial

de 18O versus 2H das amostras de águas superficiais e subterrâneas no período menos chuvoso – outubro /2015(a) e período chuvoso – março /2016 (b).

(a) (b)

No período chuvoso (Figura 28b) as amostras apresentam-se mais depletadas, principalmente, nos poços com maior profundidade (9,05 a 19,5 m), Pedra, Bambuzal (PB13), Ilha (PI04) e Sede (PS02). Os demais apresentam razões isotópicas mais enriquecidas nesse período.

A variação sazonal de toda a água meteórica é fortemente atenuada durante o trânsito e armazenamento no solo. O grau de atenuação varia com a profundidade e com as características geológicas de superfície e leito rochoso, mas em geral as águas subterrâneas profundas não apresentam variações sazonais nos valores de δ2H e δ18O e têm uma composição isotópica próxima dos valores de precipitação média anual ponderada pela quantidade(HOEFS, 2009).

De acordo com GAT et. al. (1981), mesmo que a composição isotópica das águas subterrâneas seja principalmente herdada do sinal atmosférico, existem alguns casos em que as reações entre a água subterrânea e a matriz ou os gases ou os processos superficiais subsuperficiais (por exemplo, evaporação) podem modificar as assinaturas meteóricas originais.

Os poços multiníveis PP09f, PP13r, PP13f, PP17r e PP17f apresentam composições isotópicas das águas semelhantes aos demais poços da Pedra, indicando a existência de uma drenança vertical ascendente e descendente entre esses sistemas.

A composição isotópica das águas dos poços da Pedra assemelha-se as das águas superficiais (L01 e L02) e subterrânea do Bambuzal (PB01) que ficam mais a montante da bacia. Com isso, deduz-se que as águas superficiais e subterrâneas têm a mesma fonte de recarga, a precipitação.

-50 -40 -30 -20 -10 0 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 2 3 .9 2 1 .5 2 3 .5 ₂₂ 2 2 .6 2 2 .2 2 1 .3 2 1 .4 2 1 .5 2 1 .7 2 1 .5 2 0 .7 2 2 .4 2 2 .2 2 2 .7 _{26 25} 2 0 .3 2 7 .4 3 2 .4 2 5 .4 2 7 .8 Temperatura °C δ18O (‰) δ2H (‰) A variação sazonal é perceptível na figura 30a e 30b, onde os valores dos isótopos de δ18_{O e δ}2

H mostram flutuações com picos mais proeminentes no período menos chuvoso com a redução desses picos no período chuvoso, sendo isotopicamente mais depletados nesse período.

(a) (b)

A inclinação da linha de regressão de δ18_{O e δ}2

H das águas subterrâneas e superficiais indicam processo evaporativo nas condições de recarga. Os dados mostram uma variação sazonal nas composições isotópicas, sendo estas mais depletadas no período chuvoso, indicando que a recarga de águas subterrâneas é influenciada por chuvas intensas (JASECHKO, et al., 2015).

As águas subterrâneas nas regiões tropicais podem ser atribuídas a chuvas intensas, com duas implicações, primeiro, o solo que associado a diferentes condições geológicas, climatológicas, bem como o uso desse solo, favorecem o processo de infiltração direta das águas das chuvas intensas, para os aquíferos rasos. Segundo a intensificação dos eventos de chuvas pesados favorecem a recarga de água subterrânea nas áreas tropicais.

Figura 30 - Relação entre δ18O, δ2H e a temperatura das amostras de águas superficiais e subterrâneas para as águas superficiais e subterrâneas para os períodos menos chuvoso (a) e chuvoso (b).

6 CONCLUSÃO

A compreensão dos mecanismos de circulação, a hidroquímica, bem como a interação entre as águas superficiais e subterrâneas no ambiente de planície aluvionar, foram objetos de estudo desta pesquisa. Os depósitos fluviais podem ser altamente heterogêneos e sujeitos a constantes mudanças nas planícies de inundação com altas taxas de deposição de sedimentos (HAMILTON, 2009).

Desse modo, as planícies aluvionares possuem uma formação litológica complexa, no sentido de não apresentarem camadas reservatórios bem definidas espacialmente e, devido a essa alta frequência de mobilidade e mutabilidade do material litológico, ocorre influências significativas tanto na dinâmica quanto no quimismo das águas.

Dentro desse contexto, o estudo hidrogeoquímico e isotópico contribuiu na compreensão dos processos hidrogeoquímicos e suas relações com a composição química das águas superficiais e subterrâneas nesse ambiente complexo, bem como a dinâmica e os mecanismos de recarga.

Dois processos são fundamentais para a ocorrência da água subterrânea, a precipitação e a infiltração, associados às condições geológicas do solo, neste sentido, o material geológico que constitui o aquífero em estudo é predominantemente argiloso com intercalações de areia e silte ao longo do o seu perfil. A argila tem um alto teor de água armazenada na rede molecular, mas esses locais de água praticamente não têm interconexões. Assim, apesar de sua alta capacidade de conter água, tem baixa permeabilidade.

Devido a ocorrência de maiores porcentagens de areia localmente, o aquífero apresentou uma condutividade hidráulica moderada, variando de 3,064 x 10-6 a 1,316x10-3 cm/s, sendo este caracterizado como livre, de porosidade intergranular, contínuo e homogêneo.

Sendo este fluxo moderado e contínuo, a sua direção preferencial acompanha a declividade, sentido nordeste-sudoeste, com linhas equipotenciais mais espaçadas na área centro-sul em detrimento da redução da declividade. Porém, este apresenta comportamentos distintos durante os períodos menos chuvoso e chuvoso, ou seja, ocorre o aumento do gradiente hidráulico, no período chuvoso, diminuindo no período menos chuvoso, estes, resultantes de maiores e menores taxas de fluxo. Concluiu-se também que o fluxo subterrâneo tem comportamento efluente e influente em detrimento da geomorfologia e do relevo da área de estudo.

Essa troca de volumes de água entre as águas superficiais e subterrâneas e a infiltração que ocorre ao longo do caminho de fluxo, dão a essas águas características químicas similares, com algumas distinções. No período menos chuvoso as concentrações iônicas são mais elevadas e, menores concentrações no período chuvoso, inferindo-se a influência do clima na composição química, uma vez que apresentaram um caráter bem assinalado em relação à sazonalidade.

De modo geral, ocorre a alternância dos cátions cálcio e sódio e do ânion bicarbonato, ao longo do caminho de fluxo, caracterizando a maioria das águas como Ca- HCO3 e Na-HCO3. No aquífero mais profundo observa-se a evolução química das águas com o domínio das fácies Ca-Na-K-HCO3. Tais íons apresentaram uma alta correlação através da análise multivariada indicando possíveis fatores geoquímicos responsáveis pelo quimismo ou modificadores da composição iônica dessas águas.

Assim, a dissolução incongruente dos silicatos (anortita, albita, K-feldspatos), que produz caulinita mais cátions, o processo de troca catiônica, o qual é potencializado com a presença da argila, e a contribuição do CO2 nos processos geoquímicos são possíveis reações, a serem consideradas na explicação da evolução química, que ocorrem nas águas superficiais e subterrâneas da área de estudo, explicados através das análises da razões iônicas, do i.t.b. e da modelagem hidrogeoquímica.

Os processos geoquímicos citados acima, dependem da taxa de infiltração e do material geológico que percolam, nesse sentido, a região de estudo é caracterizada pelos altos índices pluviométricos, no entanto, aa médias de precipitações diminuíram nesse período devido ao evento ENOS 2014-2016, um dos três episódios mais fortes registrados no hemisfério sul, considerado um dos principais fatores.

Corroborado pelas análises isotópicas que indicaram variação sazonal nas suas composições isotópicas, com razões mais enriquecidas no período menos chuvoso e mais depletadas no período chuvoso, pois, chuvas de baixa intensidade são relativamente enriquecidas em isótopos pesados (18O, 2H), enquanto chuvas de alta intensidade são comparativamente esgotadas em isótopos pesados (JASECHKO, et al., 2015).

Neste contexto, infere-se que as águas subterrâneas e superficiais derivam da mesma fonte, a pluviometria. Tal fato também é sustentado pelo excesso de deutério d que indicou para a maioria das amostras valores próximos aos da precipitação.

Outro ponto importante, consiste na similaridade da composição químicas das águas subterrâneas e superficiais para os dois períodos. Observa-se que apesar da alternância do íons ao longo do caminho de fluxo, de modo geral são águas de baixa mineralização,

ocorrendo maior salinização nas águas superficiais e no aquífero mais profundo. As razões isotópicas, mais depletadas no aquífero profundo e enriquecidas no raso, também sustentam essa similaridade.

Conclui-se, portanto, que, primeiro, a precipitação é a principal fonte de recarga das águas subterrâneas e superficiais, ocorrendo de acordo com a intensidade das chuvas. Segundo, as interações que ocorrem entre águas superficiais e subterrâneas são observadas à medida que ocorre a alternância na composição iônica e classes de águas similares para os dois períodos. E, terceiro, são águas de circulação rápida fluindo através de rochas bem lixiviadas, com pouco tempo de residência visto a sua baixa mineralização.

É necessário salientar que algumas planícies de inundação cobrem extensos aquíferos aluviais e podem fornecer suprimentos de água prontamente acessível, sendo em muitas localidades, a única fonte de água potável para consumo. Então, a importância de compreender a dinâmica das águas subterrâneas e sua interação com as águas superficiais, bem como a composição química, os processos geoquímicos que regem esse ambiente complexo de intensa sedimentação e a produção de estudos mais específicos nessa área, seria primordial para o gerenciamento e o melhor aproveitamento desses recursos hídricos.

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