Parˆ ametros Isot´ opicos

5.2

Parˆametros isot´opicos

Os resultados das medidas isot´opicas est˜ao mostrados na Tabela 5.4 com valores de δD, δ18_{O, δ}13_{C e pMC, para cada um dos po¸cos.}

Tabela 5.4: Medidas de deut´erio, oxigˆenio-18, carbono-13 e carbono-14 em ´aguas subterrˆaneas nos mu- nic´ıpios de Crato, Barbalha, Juazeiro do Norte, Milagres, Miss˜ao Velha e Nova Olinda, coletadas em fevereiro de 2012.

Po¸co Local - Munic´ıpio δD(h) δ18_{O(h) δ}13_{C(h) pMC}

P01 DER - Crato -15,0 -3,41 - -

P02 Santa Rosa - Crato -14,3 -3,42 -5,66 66,12 P03 Bela Vista - Barbalha -20,8 -4,24 -6,92 50,29 P04 H. S˜ao Vicente - Barbalha -14,8 -3,60 -8,40 82,03 P05 Lagoa Seca 9 - J. do Norte -15,5 -3,61 -10,13 66,35 P06 Lagoa Seca 12 - J. do Norte -14,9 -3,50 - 61,14 P07 Lagoa Seca 13 - J. do Norte -15,3 -3,65 - - P09 R. dos Macacos 2 - J. do Norte -15,2 -3,59 -9,31 66,02 P10 R. dos Macacos 3 - J. do Norte -15,7 -3,58 -8,48 63,23 P11 R. dos Macacos 7 - J. do Norte -15,2 -3,57 -6,06 47,94 P12 SENAI - J. do Norte -15,7 -3,55 - 1,55 P13 CAGECE 2 - Milagres -29,1 -5,33 -11,33 39,78 P15 Miss˜ao Velha 1 - Miss˜ao Velha -22,4 -4,34 -12,30 4,25 P17 Baixio - Nova Olinda -23,5 -4,45 -12,82 32,30

(I) Rela¸c˜ao δD − δ18 O A rela¸c˜ao δD − δ18

O de todas as amostras analisadas est´a apresentada na Figura 5.5 e satisfaz `a equa¸c˜ao:

δD = 8, 11 δ18

O + 13, 54 (5.2)

Esta reta tem coeficiente angular pr´oximo ao da Reta Mete´orica Mundial - RMM (δD = 8 δ18_{O + 10), indicando que n˜ao houve processo de evapora¸c˜ao antes da recarga e}

5.2 Parˆametros isot´opicos 64

que as ´aguas de recarga s˜ao provenientes diretamente das chuvas.

Figura 5.5: Rela¸c˜ao δD − δ18_{O de todos os po¸cos amostrados.}

(II) CE versus δ18 O

A condutividade el´etrica versus δ18

O dos po¸cos amostrados ´e apresentada na Figura 5.6, onde dois grupos distintos de amostras podem ser observados. O primeiro grupo, de 13 amostras, tem valor m´edio de δ18

O = -3,6 ± 0,2 h, reta azul na figura. O segundo grupo, de 04 amostras (P03, P13, P15 e P17), ´e caracterizado por valores de δ18_{O na faixa} de -5,33 a -4,24 h, trˆes deles tˆem as mais altas salinidade, a exce¸c˜ao ´e a amostra do P15. Segundo Geyh et al. (1991), concentra¸c˜oes de oxigˆenio-18 menores que -4 h significa claramente a presen¸ca ´aguas n˜ao modernas, paleo´aguas derivadas de chuvas ocorridas a mais de 10.000 anos antes de hoje, quando a temperatura na regi˜ao era em torno de 5 o

C mais baixa que a atual. Como o oxigˆenio-18 n˜ao sofre fracionamento isot´opico no aqu´ıfero, o valor de δ est´a relacionado com a temperatura ambiente na ´epoca da entrada da ´agua no reservat´orio; sua rela¸c˜ao linear com a temperatura ´e expressa pela equa¸c˜ao 3.6.

5.2 Parˆametros isot´opicos 65

Figura 5.6: Condutividade el´etrica versus δ18_{O de todos os po¸cos amostrados.}

(III) δ13

C versus concentra¸c˜ao de bicarbonato Os valores de δ13

C em fun¸c˜ao da concentra¸c˜ao de bicarbonato (HCO−

3), mostrados na Figura 5.7, permitem identificar a origem do carbono nos po¸cos amostrados. O gr´afico mostra que h´a mistura de carbono do solo (δ13

C = -23 h) com carbono de dissolu¸c˜ao de carbonatos (δ13

C = 0 h); os valores dessas amostras est˜ao na faixa de -5 a -15 h, em 03 amostras os teores de carbono-13 est˜ao mais empobrecidos e mais pr´oximos do valor do carbono do solo, resultante da menor contribui¸c˜ao da intera¸c˜ao ´agua/rocha.

O valor m´edio de δ13

C em torno de -23 h foi identificado por Mendon¸ca et al. (2010) na regi˜ao de estudo, que ´e consequˆencia direta do tipo de vegeta¸c˜ao local.

A Figura 5.7 mostra que a ´agua com maior concentra¸c˜ao de bicarbonato (do P17) tem o valor mais baixo de δ13

C; e a de menor concentra¸c˜ao de bicarbonato, o mais elevado valor de δ13

5.2 Parˆametros isot´opicos 66

Figura 5.7: δ13_{C versus concentra¸c˜oes de bicarbonato em todas as ´aguas amostradas.}

Como a data¸c˜ao de ´aguas subterrˆaneas por carbono-14 ´e feita atrav´es de medidas nos bicarbonatos e CO2 dissolvidos na ´agua, a an´alises de δ13

C ´e importante para corre¸c˜ao do tempo de trˆansito da ´agua, como prop˜oe a corre¸c˜ao de Pearson. Com a maior contribui¸c˜ao do CO2 do solo, os valores de δ13

C s˜ao mais baixos; mais elevados valores de δ13

C indicam contribui¸c˜oes de carbono da dissolu¸c˜ao de carbonatos.

5.2 Parˆametros isot´opicos 67

(IV) Idade

As idades das ´aguas nos po¸cos amostrados, juntamente com as corre¸c˜oes com os modelos de Pearson, Tamers e Vogel est˜ao apresentadas na Tabela 5.5. Os resulta- dos mostram que as correc˜oes de idades de amostras de ´aguas subterrˆaneas feitas pelos m´etodos hidroqu´ımico de Tamers e isot´opico de Pearson apresentam valores bem pr´oximo, enquanto com o modelo emp´ırico de Vogel, os valores divergem dos dois outros dois; con- firmando a afirma¸c˜ao de Tansey et al. (1989) de que esse modelo apresenta incertezas para regi˜oes de clima semi-´arido.

Pelos modelos de corre¸c˜ao isot´opico e hidroqu´ımico, verifica-se que as idades das ´aguas subterrˆaneas nos reservat´orios amostrados s˜ao relativamente pequenas, caracterizando, assim, ´aguas modernas, ou seja, ´aguas que tiveram forte contribui¸c˜ao de recargas recentes; com exce¸c˜ao de 4 amostras, as do po¸cos P12, P13, P15 e P17, que apresentaram idades com mais de 1.000 anos, destacando-se P15 com cerca de 20 mil anos (corre¸c˜ao de Pearson) e P12 com cerca de 28 mil anos (corre¸c˜ao de Tamers). As ´aguas desses quatros po¸cos s˜ao provenientes de misturas de ´aguas modernas com ´aguas velhas (δ18_{O mais baixo que das} chuvas atuais); as concentra¸c˜oes de ´aguas velhas (com δ18

O = -6 h) nos po¸cos P12, P13, P15 e P17 s˜ao, respectivamente, 5,4 %, 74 %, 36 % e 40 %.

5.2 P ar ˆametr os isot´ opic os 68

Tabela 5.5: Idade aparente, em anos, de ´aguas subterrˆaneas dos po¸cos amostrados e suas corre¸c˜oes pelos m´etodos de Pearson, Tamers e Vogel.

Po¸co Local - Munic´ıpio Idade(aparente)(+/− erro) Idade(Pearson) Idade(Tamers) Idade(Vogel)

P02 Santa Rosa - Crato 3323 (+75/-74) moderna moderna 2017 P03 Bela Vista - Barbalha 5521 (+71/-71) moderna moderna 4216 P04 H. S˜ao Vicente - Barbalha 1591 (+51/-51) moderna moderna 286 P05 Lagoa Seca 9 - J. do Norte 3295 (+73/-72) moderna moderna 1990 P06 Lagoa Seca 12 - J. do Norte 3953 (+58/-58) - moderna 2648 P09 R. dos Macacos 2 - J. do Norte 3336 (+67/-67) moderna moderna 2031 P10 R. dos Macacos 3 - J. do Norte 3683 (+52/-52) moderna moderna 2378 P11 R. dos Macacos 7 - J. do Norte 5906 (+86/-85) moderna 338 4601 P12 SENAI - J. do Norte 33496 (+1922/-1550) - 27928 32191 P13 CAGECE 2 - Milagres 7404 (+78/-77) 1352 1836 6099 P15 Miss˜ao Velha 1 - Miss˜ao Velha 25376 (+597/-556) 20348 19808 24071 P17 Baixio - Nova Olinda 9079 (+97/-96) 4384 3511 7774

5.2 Parˆametros isot´opicos 69

(V) δ18

O versus Idade Corrigida A Figura 5.8 mostra δ18

O versus idade corrigida pelo m´etodo de Pearson, em 10 amostras; observa-se que 07 amostras s˜ao de ´aguas modernas, ou seja, receberam con- tribui¸c˜ao de recarga recente tendo valores de δ18

O da ordem dos valores das chuvas atuais. O oxigˆenio-18 nas chuvas est´a sob o efeito de temperatura e de quantidade; a amostra do po¸co P03 sofre grande influˆencia deste ´ultimo efeito. Nos trˆes po¸cos com ´aguas n˜ao modernas identifica-se mistura de paleo´aguas com ´aguas modernas.

Figura 5.8: δ18_{O versus idade corrigida, pelo modelo de Pearson.}

(VI) Compara¸c˜ao com medidas de 16 anos antes

Dez amostras foram coletadas em locais que fazem parte da tese de Silva (1996); uma compara¸c˜ao, entre os dados atuais e de 16 anos antes, ´e mostrada na Tabela 5.6 e os gr´aficos das Figuras 5.9, 5.10, 5.11 e 5.12.

5.2 Parˆametros isot´opicos 70

Tabela 5.6: Compara¸c˜ao entre os dados dos po¸cos atuais e os dados dos po¸cos de 16 anos antes, na regi˜ao do Cariri (Os parˆametros identificados com * s˜ao das amostras de Silva (1996)).

Po¸co (µS/cm) (h) (h) (%) CE CE* δ18_{O δ}18_{O* δ}13_{C δ}13_{C* pMC pMC*} P03 535 456 -4,24 -4,30 -6,92 -16,4 50,29 28,10 P04 503 602 -3,60 -2,90 -8,4 -16,7 82,03 90,80 P05 152 291 -3,61 -3,30 -10,13 -19,5 66,35 64,20 P06 213 253 -3,50 -3,40 - -19,3 61,14 72,40 P07 177 213 -3,65 -3,5 - -18,2 - 79,10 P09 430 168 -3,59 -3,1 -9,31 -19,2 66,02 74,60 P10 423 243 -3,58 -3,20 -8,48 -16,6 63,23 92,00 P11 411 281 -3,57 -3,20 -6,06 -17,4 47,94 75,10 P13 616 569 -5,33 -5,10 -11,33 - 39,78 - P17 1044 976 -4,45 -3,80 -12,82 -13,4 32,3 3,3

O gr´afico de condutividade el´etrica dos po¸cos (Figura 5.9) mostra que 06 amostras, as dos po¸cos P03, P09, P10, P11, P13, P17, apresentaram maiores valores de condutividade e em 04 amostras, dos po¸cos P04, P05, P06 e P07, os valores diminu´ıram.

Figura 5.9: Condutividade el´etrica nas ´aguas dos po¸cos com an´alise atual e em 1996 (CE*).

5.2 Parˆametros isot´opicos 71

das as amostras tiveram um empobrecimento do oxigˆenio-18, com exce¸c˜ao da amostra do po¸co P03, que teve um pequeno enriquecimento. Este resultado indica recarga atrav´es de chuvas mais intensas ou maior contribui¸c˜ao de ´aguas n˜ao modernas.

Figura 5.10: δ18_{O nas ´aguas dos po¸cos com an´alise atual e em 1996 (δ}18_O*).

O gr´afico de pMC dos mesmos po¸cos nas duas coletas (Figura 5.11) mostra que houve aumento na porcentagem de carbono moderno nos po¸cos P03, P05 e P17, indicando contribui¸c˜ao de recarga recente e redu¸c˜ao nos valores de pMC dos po¸cos P04, P06, P09, P10 e P11, indicando que houve aumento do percentual de paleo´aguas na mistura com ´agua recente.

5.2 Parˆametros isot´opicos 72

Figura 5.11: pMC nas ´aguas dos po¸cos com an´alise atual e em 1996 (pMC*).

O gr´afico de δ13_{C (Figura 5.12) dos po¸cos, nas duas coletas, mostra que houve um} enriquecimento, no per´ıodo, em todas as amostras comparadas, identificando uma maior contribui¸c˜ao de carbono de rochas carbonatadas devido `a intera¸c˜ao ´agua/rocha, pois essas rochas tˆem δ13

C = 0 h.

73

6

CONCLUS ˜OES

As ´aguas subterrˆaneas dos po¸cos amostrados s˜ao pot´aveis quanto `a an´alise dos ´ıons maiores, com exce¸c˜ao de duas amostras que tiveram dureza maior que o valor m´aximo permitido; quanto ao pH, quatro amostras est˜ao fora da faixa de potabilidade; e quanto `a an´alise dos compostos nitrogenados, todas as amostras s˜ao pot´aveis. ´E importante ressaltar que medidas bacteriol´ogicas, de ´ıons pesados e de BTEX devem ser feitas para garantir a potabilidade da ´agua, conforme a Resolu¸c˜ao do CONAMA (2008).

O tipo qu´ımico de ´agua predominante nas amostras ´e bicarbonatada mista, indicativo de contribui¸c˜ao de recargas recentes. A reta δD − δ18_{O paralela a RMM, com coeficiente} angular de aproximadamente 8, mostrou que durante a recarga n˜ao houve processo de evapora¸c˜ao. As idades dessas ´aguas, corrigidas pelos modelos de Pearson e de Tamers, tamb´em mostraram que a maioria das ´aguas dos po¸cos amostrados s˜ao recentes.

Apesar da predominˆancia de ´aguas com composi¸c˜ao isot´opica de ´aguas recentes, foi ob- servado, em amostras de 04 po¸cos, mistura de ´aguas recentes com paleo´aguas; trˆes dessas amostras apresentaram idades corrigidas com valores acima de 1.000 anos, refor¸cando a id´eia de mistura. Trabalhos anteriores feitos nesse sentido j´a haviam identificados a presen¸ca de paleo´aguas na ´area estudada.

A compara¸c˜ao entre os dados atuais e os de 16 anos antes, de 10 amostras dos mesmos po¸cos, mostrou que, quanto `a condutividade el´etrica e pMC, os valores variaram sem uma tendˆencia predominante, e que, quanto `as concentra¸c˜oes de oxigˆenio-18 e carbono-13, as amostras apresentaram, respectivamente, empobrecimento e enriquecimento nos valores das amostras atuais.

74

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81

ANEXO I - C ´ALCULO DA IDADE DE UMA AMOSTRA

PELO M´ETODO DE CARBONO-14 UTILIZANDO O

PROGRAMA RxCARB14

Como exemplo, para demonstra¸c˜ao do c´alculo de idade pelo m´etodo de carbono-14, atrav´es do software RxCarb14, foi utilizada a amostra de ´agua subterrˆanea do po¸co P09. Todo procedimento ´e descrito em 5 etapas (Figura A.1), discutidas a seguir.

Figura A.1: Tela inicial do programa RxCarb14; um menu mostra todas as etapas sequˆenciadas para obten¸c˜ao da idade aparente (ou convencional) de uma amostra.

A.I 1

a

Etapa - An´alise Estat´ıstica

Ao acessar a 1a _{Etapa, uma nova janela (Figura A.2) ´e projetada na tela, onde o} usu´ario dever´a preencher, os espa¸cos em brancos, com os dados do g´as, que s˜ao pedidos. Clicando no bot˜ao “Add”, os valores de anti-coincidˆencia fornecidos pelo computador

A.I 1a

Etapa - An´alise Estat´ıstica 82

de registro s˜ao colocados em ordem crescente na caixa: Valores (Ante-C). Os dados es- tat´ısticos, m´edia, desvio padr˜ao, qui-quadrado, erro estat´ıstico e os intervalos sigma, s˜ao calculados, clicando no bot˜ao “Calcular”.

Figura A.2: Janela da An´alise Estat´ıstica (1a

Etapa), onde s˜ao calculados os dados estat´ısticos a partir dos valores de anti-concidˆencia coletados pelo computador de registro.

Os c´alculos feitos pelo programa para obten¸c˜ao dos parˆametros estat´ısticos s˜ao basea- dos na distribui¸c˜ao de Poisson, uma distribui¸c˜ao de probabilidade assim´etrica e discreta, para o n´_{umero de medidas pequeno (N ≤ 30), no intervalo de tempo considerado. Para} N > 30, a distribui¸c˜ao de Poisson se aproxima da distribui¸c˜ao Normal ou Gaussiana.

(i) M´edia

Para uma grandeza f´ısica com um conjunto de N medidas independentes, a m´edia ´e definida por:

A.I 1a

Etapa - An´alise Estat´ıstica 83

No documento Novo estudo isotópico de águas subterrâneas na Bacia Sedimentar do Cariri (páginas 64-96)