Carbono Orgânico Total (COT) e Nitrogênio Total (NT)

Os conteúdos de COT e NT foram analisados em amostras a cada 2cm de resolução, aproximadamente, ao longo de ambos os perfis. As amostras foram analisadas no Laboratório de Isótopos Estáveis da Universidade de Davis, Califórnia (EUA) em analisador elementar PDZ Europa ANCA-GSL em interface com um espectrômetro de massa para razão isotópica PDZ Europa 20-20 (Sercon Ltd., Cheshire, UK).

De acordo com o procedimento do laboratório, as amostras sofreram combustão à 1.020°C em reator envolvido em óxidos de crômio e cobalto. Em seguida, os óxidos foram removidos por meio de redução com cobre reduzido a 650°C e carreados com o fluxo de hélio até uma armadilha de perclorato de magnésio. O nitrogênio e o CO2 foram separados em coluna

Carbosieve GC (65°C / 65ml.min-1_{) antes de entrarem no espectrômetro}

de massa.

A precisão analítica no perfil CF02-01B foi de 0,4% para a concentração de carbono, e de 8,3% para a de nitrogênio. Já o perfil CF02-02B apresentou precisão analítica de 1,3% para o conteúdo de carbono e 1,0% para o de nitrogênio.

Com base nos resultados de COT e NT, para fins de interpretação, foi calculada a razão entre estes elementos, além do fluxo de carbono para ambos os perfis. O peso de carbono, a densidade e a taxa de sedimentação foram considerados no cálculo do fluxo de carbono orgânico, conforme a equação 10:

Onde: FlxCorg = fluxo de carbono orgânico (mgC.cm-2.ano-1); Corg =

carbono orgânico (g); Da = densidade aparente (g.cm-3_{); TS = taxa de}

sedimentação (cm.ano-1_).

4.5.3 Isótopos estáveis de carbono e nitrogênio (δ13C e δ15N)

A análise geoquímica isotópica de carbono e nitrogênio foi realizada ao longo de ambos os perfis em amostras alternadas, sendo 134 amostras do perfil CF02-01B e 122 do perfil CF02-02B. Para tal, foi utilizado o analisador elementar PDZ Europa ANCA-GSL em interface com um espectrômetro de massa para razão isotópica PDZ Europa 20-20 (Sercon Ltd., Cheshire, UK) do Laboratório de Isótopos Estáveis da Universidade de Davis, Califórnia (EUA).

Esta análise seguiu o mesmo procedimento laboratorial descrito no item anterior, no entanto, os picos do gás de referência foram utilizados para calcular os picos provisórios da razão isotópica. Os valores finais de δ13_{C e δ}15_{N foram calculados ajustando-se os valores provisórios àqueles}

corrigidos pelas normas do laboratório. Os padrões foram analisados a cada 12 amostras. Os padrões do laboratório foram calibrados em função dos seguintes Padrões de Referência: IAEA-N1, IAEA-N2, IAEA-N3, IAEA- CH7, NBS-22.

As razões isotópicas de carbono e nitrogênio foram expressas na notação convencional (δ), referentes aos padrões: carbonato PDB (Pee Dee Belemnite) e ao N2 atmosférico (AIR), respectivamente. A partir disso,

os valores de δ13_{C e δ}15_{N foram expressos em ‰. Portanto, os resultados}

de δ13C e δ15N são baseados em uma equação (Eq. 11) que considera a razão 13_{C e} 12_{C no cálculo do isótopo de carbono, e a razão} 14_{N e} 15_{N no}

cálculo do nitrogênio isotópico (Eq. 12). As equações referidas anteriormente seguem abaixo:

δ13Corg (‰) = [(13C/12Corg/13C/12Cv-PDB-padrão)-1] x 1000 (Eq. 11)

δ15_{N (‰) = [(}15_N/14_N

amostra/15N/14Natm. N2)-1] x 1000 (Eq. 12)

A análise geoquímica isotópica para o perfil CF02-01B apresentou precisão analítica de 0,01‰ e 0,35‰, respectivamente para δ13C e δ15N. Já a precisão analítica para as análises de δ13C e δ15N do perfil CF02-02B foi de 0,01‰ e 1,27‰, respectivamente.

4.6 PALINOFÁCIES OU PETROGRAFIA ORGÂNICA

Investigações sobre as características ópticas da matéria orgânica sedimentar foram realizadas com base na petrografia orgânica ou palinofácies. Este método foi aplicado em ambos os perfis, em alta resolução, sendo confeccionada 1 lâmina a cada centímetro. A classificação dos palinomorfos foi adaptada de Amsterdam Palynological

Organic Matter Classification (TRAVERSE, 1994), segundo suas

características morfológicas, textura e coloração.

4.6.1 Pré-tratamento das amostras

Inicialmente, os carbonatos e silicatos presentes nas amostras foram retirados por meio de tratamento químico. Foram intercaladas etapas de adição de ácidos clorídrico e fluorídrico (HCl e HF) com a lavagem do material utilizando água destilada.

Na etapa de descarbonatação, cerca de 25mL de HCl a 36% foram adicionados às alíquotas de amostras úmidas. A solubilização dos silicatos foi realizada sobre placa aquecedora a 50ºC, na qual se utilizou, aproximadamente, 25mL de HF a 40%. Em seguida, a retirada dos fluorsilicatos foi feita com um novo ataque de HCl, adicionando cerca de

25mL deste ácido a 36%. O material final (querogênio) foi recuperado por meio de centrifugação, e em seguida, acondicionado em tubos plásticos devidamente identificados, os quais foram reservados em geladeira.

4.6.2 Confecção de lâminas permanentes

A etapa seguinte constou da montagem das lâminas permanentes, na qual uma alíquota de querogênio foi distribuída homogeneamente. Após seca em temperatura ambiente, o material foi coberto por uma gota de resina Entellan (Merck), a qual serviu de base para a colagem da lamínula de vidro.

4.6.3 Identificação dos palinomorfos

De acordo com o método de palinofácies, os remanescentes (palinomorfos) da matéria orgânica refratária (querogênio), foram identificados e separados em grupos conforme a sua forma. Assim, o estudo dos perfis possibilitou a determinação de dois grandes grupos de palinomorfos, classificados como: matéria orgânica amorfa e matéria orgânica figurada.

A fração amorfa da matéria orgânica foi caracterizada por não apresentar forma definida. Neste caso, foi possível observar diferentes aspectos ópticos, ora mais disperso, ora mais aglomerado (Figura 13- A;B).

Figura 13. Matéria orgânica amorfa encontrada nos perfis marinhos de Cabo Frio, composta de elementos com aspectos ópticos distintos: (A) disperso e (B) aglomerado.

Em oposição à morfologia da fração amorfa foi reconhecida a fração figurada, em que os palinomorfos apresentaram formas bem delimitadas (Figura 14). Os elementos deste grupo também apresentaram variações diferenciadas pelo aspecto óptico (Figura 8-A,B,C).

B A B D A C B

Figura 14. Matéria orgânica figurada contida nos perfis marinhos de Cabo Frio, com elementos de diferentes aspectos ópticos (A – ligno-celulósico opaco; B – ligno-celulósico degradado; C – ligno-celulósico translúcido) e micro-carvões (D).

A divisão destes grupos foi importante para associar a matéria orgânica às diferentes fontes. Assim sendo, a matéria orgânica amorfa foi relacionada com a fonte marinha, em conjunto com fragmentos fito e zooplanctônicos, denominados fito e zooclastos (Figura 15). Enquanto a matéria orgânica figurada foi relacionada com uma fonte terrígena, predominantemente ligno-celulósica. Portanto, as contribuições marinha e terrígena foram contabilizadas conforme as equações 13 e 14:

MOmar = Σ amorfos + fito + zoo (Eq. 13)

MOter = Σ figurados (Eq. 14)

Onde: MOmar = matéria orgânica marinha; amorfos = elementos amorfos;

fito = fitoclastos; zoo = zooclastos; MOter = matéria orgânica terrígena;

figurados = elementos figurados (incluindo micro-carvões).

Figura 15. Remanescentes de fito e zooplâncton, respectivamente, encontrados nos perfis marinhos de Cabo Frio. (A) fitoclasto visto em

microscópio óptico com luz refletida e (B) zooclasto visto em microscópio óptico com luz transmitida.

A técnica de palinofácies permite a avaliação da fração orgânica, no entanto, alguns minerais (não silicatos) permanecem após o pré- tratamento, podendo ser observados nas lâminas. Dentre estes se destaca a pirita. Este mineral foi reconhecido sob as formas de framboidais ou de cristais individuais (Figura 16). A quantificação da pirita ao longo dos perfis foi considerada no cálculo da razão entre o material orgânico e inorgânico, sendo esta, a soma percentual de todos os palinomorfos orgânicos, em relação ao percentual de pirita.

Figura 16. Pirita, presente nos perfis marinhos de Cabo Frio. (A) aspecto do frambóide de pirita em microscópio óptico; (B) frambóide de pirita

visto sob microscopia eletrônica de varredura (MEV), em detalhe mostrando um cristal tetraédrico de pirita.

4.6.4 Contagem dos palinomorfos em microscopia óptica

A identificação e quantificação dos palinomorfos foram realizadas com auxílio de microscópio óptico, utilizando luz transmitida e lente objetiva de 25X permitindo uma magnificação de 250X.

Cada fragmento identificado foi quantificado de acordo com a sua área em relação ao campo óptico formado por 256 quadrados de uma lente ocular quadriculada. A metade de um quadrado foi a área mínima quantificada, a qual teve como esforço de contagem 1.536 quadrados cobrindo cada lâmina. Finalmente, foi calculada a proporção relativa entre os palinomorfos quantificados.

Além dos palinomorfos, cristais e grãos framboidais de pirita também foram encontrados ao longo de ambos os perfis, os quais foram considerados na quantificação.

4.7 DIFRATOMETRIA DE RAIO-X (DR-X)

A estrutura atômica dos minerais presentes nos sedimentos é ordenada na forma de planos cristalinos separados entre si por distâncias da mesma ordem de grandeza dos comprimentos de onda dos raios-X. Deste modo, ao se incidir um feixe de raio-X sobre um cristal, este irá interagir com os átomos presentes, produzindo uma difração. Este é o princípio da Lei de Bragg, mostrado na equação 15, o qual estabelece a relação entre o ângulo de difração e a distância entre os planos que a originaram.

Onde: n = número inteiro; λ = comprimento de onda dos raios X; d = distância interplanar; θ = ângulo de difração.

O conteúdo mineral da matriz sedimentar dos perfis CF02-01B e CF02- 02B foi dentificado por difração de raio-X. Um total de 99 amostras de ambos os perfis foram selecionadas para esta análise, dentre estas, 30 amostras ao longo do perfil CF02-01B e 69 ao longo do perfil CF02-02B. Para os ensaios de difração de raio-X foi utilizado um difratômetro Siemens D500 com radiação Cu-Kα (1.5406Å, 40kV, 30mA) da Unidade de Pesquisa Paleotropique do Institut de Recherche pour le Développement (IRD-Bondy), França.

O procedimento geral utilizado para a identificação do material mineral por difração de raio-X foi descrito abaixo e o material utilizado mostrado na figura 17:

1. foi pesado 1g de cada amostra úmida e em seguida secado em estufa a 40°C durante 48h;

2. após a secagem plena do material foram retirados 250mg, os quais foram macerados, com almofariz e pistilo de ágata, durante cerca de 2 minutos;

3. uma lâmina de vidro foi presa sobre o porta-amostra;

4. na face posterior, o porta-amostra foi preenchido totalmente com o material macerado, de maneira bem compacta, corretamente plana e sem rachaduras;

5. para fixar a amostra, o porta-amostra foi fechado com tampa própria, que por sua vez foi tencionada com um anel.

6. em seguida, retirou-se a lâmina de vidro, estando a amostra pronta para a utilização em DR-X;

7. os ensaios de difração de raio-X foram obtidos com varredura angular 2θ entre 2° e 70°, com velocidade de 0.6° 2θ/min.

Após os ensaios de difração de raio-X foram comparadas as distâncias interplanares (d), referentes aos picos registrados no difratograma, com as distâncias interplanares características de cada fase. Para este procedimento foi utilizado o programa DIFFRACplus Eva (2003), Brüker AXS.

Figura 17. Ilustrações mostrando procedimento de confecção das pastilhas de DR-X. (A) cada um dos elementos mostrados separadamente:

A B

C D

prendedores, lâmina de vidro, almofariz e pistilo, alicate, porta-amostra, anel, tampa do porta-amostra, vidro de relógio e espátula ; (B) amostra macerada em almofariz e pistilo de ágata; (C) porta-amostra montado para receber a amostra; (D) porta-amostra preenchido com amostra macerada; (E) porta-amostra fechado por baixo com tampa, a qual é tencionada com um anel; (F) amostra pronta para ser utilizada.

4.8. ESPECTROMETRIA DE INFRAVERMELHO TRANSFORMADA DE

FOURIER (FTIR)

A espectroscopia de infravermelho é comumente empregada para se obter resultados quantitativos dos minerais presentes em determinada matriz sedimentar (ZEGOUAGAH et al., 1999; PICHEVIN et al., 2004). Esta técnica se fundamenta no fato de que as ligações químicas apresentam freqüências de vibração específicas, as quais correspondem a determinados níveis de energia molecular. Desta forma, quando uma molécula recebe luz na mesma energia que a sua vibração esta luz pode ser absorvida. A partir disso, um feixe de luz infravermelho passa pela amostra e registra um espectro que mostra a quantidade de energia absorvida ao longo de uma determinada faixa de comprimentos de onda (4.000cm-1 – 400cm-1).

Neste estudo, a espectrometria de infravermelho (FTIR) foi aplicada em 190 amostras no total, sendo 131 ao longo do perfil CF02-01B e 59 cobrindo o perfil CF02-02B. A preparação das amostras foi baseada na descrição de Bertaux et al. (1998), e segue abaixo:

1. secagem plena das amostras em estufa à 40°C durante 24h;

2. macerados 8mg de amostra seca, com auxílio de macerador ultrassônico, até os grãos alcançarem o tamanho de 2µm (cerca de 8h); 3. a partir da fração macerada, foram pesados 1mg de amostra e misturados a 399mg de KBr;

4. foram pesados novamente 300mg da mistura de amostra e KBr para a confecção das pastilhas.

As amostras foram analisadas em Espectrômetro Perkin Elmer Spectrum 1000 do Departamento de Geoquímica da Universidade Federal Fluminense. Após a geração do espectro, os minerais presentes na amostra foram quantificados em ambiente EXCEL, a partir de espectros- padrões produzidos pelo programa SPECTRUM.

A quantificação dos minerais para cada amostra consistiu em gerar um espectro, no qual se adicionou certas quantidades de determinados padrões minerais, até que o espectro calculado se sobrepusesse ou se aproximasse ao máximo do espectro da amostra, simulando a mistura presente na matriz mineral. Desta forma, fez-se uma comparação entre os espectros de absorção dos minerais-padrões com os da amostra. A escolha dos padrões-minerais foi baseada nos resultados do DR-X.

4.9 ESPECTROMETRIA DE EMISSÃO ATÔMICA (ICP-AES) E DE MASSA

(ICP-MS)

Freqüentemente a espectrometria é uma técnica empregada em análises quali-quantitativas de metais presentes em ambientes aquáticos e nos sedimentos (NORISUYE et al., 2007; SIEBERT et al., 2006; TURNER et al., 2004; MORFORD et al., 2001). No entanto, os metais se apresentam em diferentes concentrações, sendo necessária a aplicação de técnicas distintas. Para os elementos maiores, normalmente se utiliza a espectrometria de emissão atômica por plasma indutivamente acoplado (Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometry ICP-AES), enquanto a espectrometria de massas com fonte de plasma indutivamente acoplado (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry ICP-MS) é aplicada na obtenção dos

elementos menores ou elementos-traço. Além disso, são consideradas técnicas complementares por apresentarem diferentes interferências.

A técnica do ICP-AES consiste na excitação dos átomos, que por sua vez emitem radiação em comprimentos de onda característicos dos elementos presentes em uma determinada amostra. Utiliza-se o plasma de argônio, com temperatura entre 7.000 e 10.000K, como fonte de excitação destes átomos.

Para a determinação dos elementos-traço utiliza-se o ICP-MS, técnica altamente sensível, capaz de detectar elementos em uma faixa de concentração que varia desde nanogramas por litro (ng/L) até 10 a 100mg/L. Para tal, o plasma indutivamente acoplado atua na ionização da amostra, enquanto o espectrômetro de massa tem a função de separar e detectar os íons produzidos.

Neste estudo foram analisadas 37 amostras ao longo do perfil CF02- 01B e outras 63 amostras do perfil CF02-02B.

O procedimento utilizado para a preparação das amostras foi adaptado do descrito por TAYLOR (2001). Esta etapa, conhecida como digestão, consiste em uma bateria de ataques ácidos, com o objetivo de eliminar os carbonatos (HClO4) e silicatos (HF) da amostra. Além disso, são utilizados

HNO3 e água milli Q com o intuito de lavar a mostra, ou seja, retirar o

conteúdo residual dos ácidos utilizados e eventual poluição. O

procedimento completo ocorreu durante 5 dias, e está descrito abaixo: 1. Foram utilizados tubos de teflon para pesar 20mg de amostra seca e macerada;

2. Adicionou-se à amostra 2mL de HNO3 (65%) e 2mL de HF (40%);

3. Os tubos fechados foram submetidos durante 10 minutos a ultra-som, e em seguida as amostras descansaram durante uma noite;

4. Os tubos fechados foram aquecidos em placa aquecedora à 150°C durante 3h;

5. Os tubos foram retirados da placa e após o resfriamento, foram abertos e as tampas rinsadas 2 vezes com água milli Q;

6. Os tubos voltaram à placa aquecedora à 150°C até a completa evaporação;

7. Adicionou-se 2mL de HF (40%) e 1mL HClO4 (70-72%) às amostras,

deixando os tubos sobre a placa aquecedora (150°C) até a evaporação completa;

8. Adicionou-se 2mL HNO3 (65%), deixando a amostra em placa

aquecedora (150°C) até completar a evaporação;

9. Novamente adicionou-se 2mL HNO3 (65%), deixando a amostra

aquecendo em placa aquecedora (150°C) até completar a evaporação; 10. Transferiu-se o material do tubo de teflon para um balão volumétrico de 25mL, completando o volume com solução de HNO3 (2%). Em seguida,

o material foi reservado em geladeira.

Após a digestão, os elementos maiores foram analisados em espectrômetro de emissão atômica (ICP-AES) Liberty 200 Varian. Já os elementos-traço foram analisados em espectrômetro de massa ICP Mass Espectrometer Ultra-Mass – Varian. Ambas as análises foram realizadas na Unidade de Pesquisa Paleotropique, no Institut de Recherche pour le Devéloppement, Bondy, França.

Antes da leitura das amostras, propriamente dita, foi feita uma calibração com base nos padrões dosados especificamente para tipo de matriz. Já para a leitura das amostras em ICP-MS, além da calibração externa se fez também uma correção interna, neste caso, em presença de In, cuja massa é mediana entre a gama dos isótopos leves e pesados. Foi escolhido um dos padrões, de dosagem média, para ser mensurado a cada 4 amostras analisadas, corrigindo, assim, eventuais desvios na análise. Os brancos, que serviram de representação do grau de poluição o qual as amostras estavam submetidas, foram medidos a cada 20 amostras, aproximadamente. Como padrão de referência internacional para sedimento marinho (Beaufort Sea) foi utilizado o MESS-3, certificado pelo Nacional Research Council Canada (Canadá). Este material serviu para testar acurácia da análise.

A precisão e a acurácia analítica foram calculadas com base no desvio padrão relativo do sedimento padrão utilizado. Estes fatores foram definidos segundo as equações 16 e 17, respectivamente:

Precisão = (DP/M)*100 (Eq. 16)

Onde: DP = desvio padrão dos valores entre as réplicas; M = média dos valores entre as réplicas.

Acurácia = [(Vc - Vm) / Vc] * 100 (Eq. 17)

Onde: Vc = valor conhecido, dado pelo padrão de referência; Vm = valor médio do desvio padrão relativo calculado para o padrão de referência. A precisão analítica para todos os metais do perfil CF02-01B foi de 2,5% ou melhor, exceto para Mn (4,0%) e Ti (10,3%), e a acurácia deste perfil foi melhor que 6,3%. Já a precisão analítica do perfil CF02-02B foi de 2,7% ou melhor, para todos os metais, exceto para BA (3,7%) e Ni (4,9%), e a acurácia foi de 3,6% ou melhor, exceto para Co (6,8%), U (7,5%) e Mg (9,8%).

Para a interpretação dos resultados dos metais foi utilizado o cálculo da fração detrítica, de modo a separar esta fração daquela autigênica. De acordo com Tribovillard et al. (2006), a fração detrítica pode ser estimada como a parte excedente à abundância relativa à média do folhelho padrão, conforme a equação 18:

FDx = (X/Al)fp . Alamostra (Eq. 18)

Onde: FDx = fração detrítica do elemento X; Al = alumínio; fp = valor de

Os valores de referências utilizados para o folhelho padrão nesse trabalho são os mesmos citados por Tribovillard et al. (2006) e dispostos na tabela 2:

Tabela 2. Valor médio referente ao folhelho padrão dos elementos traços estudados por Tribovillard et al. (2006).

Elementos Valor médio para o folhelho padrão (µg.g-1₎

Mn 850 Ba 650 Co 19 Mo 1,3 Ni 68 U 3 V 130 Al 88,9

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