Composição isotópica da água de chuva e da água do solo em floresta amazônica do tipo terra firme, região de Manaus.

(1)

Composicao isot6pica da agua de chuva e da agua

do solo em floresta amazonica do tipo terra firme, regiao de Manaus

(*)

Paulo Rodolfo Leopcldo (1); Eiichi Matsui (2); Eneas Salati (2); Wolfram Franken (3); Maria de Nazare Goes Ribeiro (3)

Resumo

Observou-se OS valores de 82H e 8180 da agua de

chuvEi e suas respectivas reparti<;6es, incluindo-se a agua do solo ate a profundidade de 1,20rn. 0 trabalho foi realizado na Bacia Modelo, em area experimental pr6xirna ao Km 14 da estrada ZF-2. Os resultados obti-dos rnostrararn que os conteuobti-dos isot6picos da agua de chuva variarn corn a esta<;iio do ano, sendo rnais rica no perfodo que se inicia em fins de abril ate inicio de novernbro. Para a agua do igarape Tarurnii-A<;u essa variac;iio niio foi observada, indicando urna rnistura de aguas e urn arrnazenarnento pelo solo de grandes quan-tidades de agua.

!NTRODU<;:AO

Os is6topos estaveis, 2_{H e}18_{0, tern} forne-cido indicac;:6es quanto a origem, a circulac;:ao e as misturas das aguas dando, desse modo, informac;:6es basicas quanto ao seu comporta-mento.

Matsui

et al. (

1972 e 1976) puderam apl i-car essa tecnica na determinac;:ao das desi-car- descar-gas relativas dos rios Negro e Solim6es, en-quanto que Reis

et al. (

1977) uti I izaram-se de variac;:oes das concentrac;:6es de 2

H e 18 0 na caracterizac;:ao das aguas da ilha Maraj6.

O tempo de residencia da agua de: chuva em algumas bacias hidrograficas da Regiao Amazonica foi estudado por Gonc;:alves (1979), atraves das observac;:6es dos valores de 82

H e 818

0 em amostras de aguas de chuva e rios.

Salati

et al.

(1979) verificaram que o con-teudo de 818

0 das precipitac;:6es na Bacia Ama-zonica e caracterizado por um gradiente de

0,75 x 10-3 0

/00/km em consequencia da

umida-de reevaporada. Sequndo esses autores ce~ ca de 44% da umidade deixa a bacia na forma de vapor, sendo a quantidade restante, recir-culada na pr6pria bacia.

Alem desses trabalhos citam-se tambem aqueles desenvolvidos por Dall'Olio (1976), Dal!'Olio

et al.

(1979) e Salati

et al.

(1978), que

SJ prostaram ao estudo do ciclo hidrol6gico

da Bacia Amazonica atraves da tecnica iso-t6pica.

0 aspecto abordado trata da observac;:ao dos conteudos isot6picos da agua de chuva e relac;:6es com as suas respectivas repartic;:oes em uma floresta amaz6nica do tipo terra fir-me. Pretende-se obter as bases para a realiza-c;:ao e continuidade de novos experimentos, utilizando-se da hidrologia isot6pica.

MATERIAL E METODO

0 trabalho foi realizado em area experi-mental da Bacia Modelo, pr6xima ao km 14 de estrada ZF-2.

As coletas da agua proveniente das chu-vas eram feitas semanalmente atraves de tres pluvi6metros localizados a ceu aberto. Da mis-tura da agua coletada, separava-se uma a:nos-tra para analise isot6pica.

Na obtenc;:ao das amostras referentes

a

precipitac;:ao interna empregou-se 30

piuv:o-metros localizados no interior da floresta, ao

longo de uma linha de aproximadamente 300

metros de comprimento. Da agua recolhida em cada pluvi6metro, era separada uma por-c;:ao de cerca de 20% do volume e da mistura,

( • ) - Trabalho financiado pela Cornissiio Nacional de Er.ergia Nuclear (CNENJ e International Atomic Energy Agen-cy (IAEA).

( 1 ) - Faculdade de Ciencias Agronornicas de Botucatu, UNESP-SP. ( 2) - CENA, Piracicaba-SP.

( 3) - lnstituto Nacional de Pesquisas da Amazonia, Manaus·AM.

(2)

coletava-se uma amostra para a analise dos conteudos de deuterio e oxigenio-18.

Seme-lhante procedimento foi seguido na obtenc;ao

das amostras provenientes do escoamento pe-lo tronco, coletadas atraves de sistemas ins-talados em 37 arvores.

Para a extrac;ao da agua do solo

utilizou-se de metodologia descrita por Reichardt et

al. (1977). No interior da floresta, foram ins-ladas 7 estac;oes coletoras sendo que, em ca-da uma delas, as capsulas porosas foram co-locadas as profundidades de 15, 25, 50, 80 e 120 cm, em rela9ao a superffcie do solo. As estac;oes 1 e 2 foram assentadas em terreno relativamente piano e elevado, com o solo classificado texturalmente coma argila; as

es-ta9oes 3, 4 e 5 localizaram-se em uma

encos-ta, em solo classificado tambem como argi!a,

enquanto que aquelas de n.0 ₆

_a

₇_foram

ins-taladas na parte balxa do terreno, em solo

c!as-sificado coma areia-barrenta.

0

desnfvel

en-tre a 1.1

e 7 .• esta9ao era de 28 m.

Na Figura 1 mostra-se em esquema, o

sis-tema de extra9ao da agua do solo.

0 sistema era operado da seguinte for-ma: com uma bomba de vacuo manual fazia-se vacuo parcial no interior do sistema, fechan· do-o ate a col eta seguinte. Para retirada da agua penetrada atraves da capsula, introdu-zia-se uma sonda ligada a um reservat6rio co-letor, no qual se fazia vacuo parcial, conforme

pode ser vista na Figura 1 .

De toda agua recolhida, em cada sistema, retirava-se uma amostra para analise isot6pica. As coletas de agua do igarape eram fei-tas junta ao posto fluviometrico, localizado a safda da Bacia Modelo, mergulhando-se um frasco plastico no igarape.

Na determina9ao da relac;ao 2_H/1_{H foi}

em-pregada a mesma metodologia de Matsui

et

al. (1971 ), enquanto que para

o

oxigenio-18, o

procedimento deu-se de acordo com Matsui (1980).

Os conteudos de deuterio

e

oxigenio-18

foram expressos na forma de desvio (0%0) de-finido pela relac;ao:

a -

ap

0%0

= (

).

103

ap

8

-Cano dB

PVC~ Sondo

Fig. 1 - Esquema do Sistema de extra<;:ao de agua do solo.

onde: "a" e o conteudo de deuterio ou oxige-nio-18 da amostra e "ap" e o conteudo de deu-terio ou oxigenio-18 da amostra padrao in-ternacional, SMOW (Standard Mean Ocean Water), definida por Craig (1961). Os

des-vios-padrao nas medidas foram ± 1,5%o e

± 0,2%0, para o deuterio e oxigenio-18

res-pectivamente.

RESULTADOS

As variac;oes dos conteudos de deuterio

e oxigenio-18, expressos nn forma de

o

0_{/oo, sao}

mostradas na Figura 2 para a agua de chuva, agua de precipita9ao interna, agua escoada

pelos troncos, e agua do igarape. Na Figura 3

sao apresentadas as curvas de regressao dos

valores de ~FH em fun9ao dos valores obser·

vados para 018

0, respectivamente para a agua de chuva, agua de precipitac;ao interna, agua escoada pelos troncos, agua do solo e agua

do igarape. Com relac;ao a agua do solo,

de-terminou-se

o

valor de

0

2

_H

apenas para algu-mas amostras.

As medias ponderadas, verifico:das para os conteudos isot6picos das aguas analisadas, estao inclusas na Tabela 1 .

(3)

3.0 1!5

0 0

-! 0 -!5

-20 _,

_, -J!5

-4 -2

-5 -25 -6 -30

·7

-· -4

-9 -4!5

-4 -20

-~ 0 -25

-:o-

-3

-ro -35

.

'

-A(;)A DE CHUVA

AGUA 0£ PRECIPITAc:Ao INfERNA

fGARAPE TARUMA-A9U

·- --- 6 180

o----0,2 H

I

I L

I

,.

I

----, ./

·3i -15

-a 0 _-40 _{1·~-,30~-.~,} _{-~30:,---~,ec-,} _-.~, _{-~30,.----,3~1} _{-30~--:,,,--,,~,} _---,,~. AEJR MAI JUN JUL AGO '.::.ET our NOV DE z JAN Ff v

I - 1981 198;-___J

f--- - - -PER i O DO ~---=--i

Fig. 2 - Variac;;ao de ?)2H e ?) 1BQ das aguas da chuva, precipitac;;ao interna, escoada pelo tronco e do lgarape

Taruma-Ac;;u em func;;ao do perfodo de amostragem.

Composicao ...

TABELA 1 - Medias ponderadas de s1so 0 / 00 e

o

2_H0 / 00

verificadas para as iiguas analisadas.

Agua Analisada Chuva

Escoada pelos troncos

Precipitac;;ao interna lg a rape

?)IBQ

o/

00

- 3,2 - 2,3 - 3,4 - 4,9

?)2H 0

I

00

- 12,4 - 8,1 - 13,8 - 25,7

Na Tabela 2 tem-se os valores dos coefi-cientes de correlac;ao obtidos entre os valo-res de 010

0

da agua de precipitac;ao interna e os de 010

0

da agua do solo a 15 c: n de profun-didade, entre os de 15 cm e aqueles a 25 cm, c subsequentemente para as demais profundi-dades, em func;ao das esta<;:6es de amostra-gens.

DISCUSSAO

Esta tecnica permitiu certas observa<;:6es que serao uteis na continuidade dos estudos ligados ao ciclo hidrol6gico da Floresta Ama-zonica do tipo terra firme.

Com rela<;:ao aos teores de deuterio e oxigenio-18 na agua de chuva, os resultados mostrados na Figura 2 indicam uma possfvel varia<;:ao com as esta<;:6es do ano, sendo mais rica em is6topos estaveis no perfodo que se inicia em fins de abril ate infcio de novembro. Consequentemente, as aguas representativas da precipita<;:ao interna e escoamento pelos troncos, apresentaram variac;ao semelhante, conforme pode ser observado atraves da Fi-gura 2.

Para a agua do igarape que drena a Bacia Modelo, essa varia<;:ao nao foi observada e de acordo com os resultados, vistas na Figura 2, os valores de 02

H, se situaram na faixa de -20°/oo a -30°/00 enquanto que para o oxige· nio-18 foram de -4°/oo a -5.5°/oo. Reis

et al.

(1977) encontraram para a regiao da ilha de Maraj6 varia<;:6es sazonais nos conteudos de 2

H e 18

0, tanto para a agua de chuvas, coma em aguas superficiais. Observac;6es seme-lhantes foram feitas par Salati

et al. (

1980) pa-ra alguns rios da Bacia Amaz6nica.

(4)

-4

"'3JA OE CHUVA

b2 H::13,56 ... e,136180

r: 0,9726

• 0 +2

-10

-20

-30

-40

AGUA OE PREC/P/ -TACAO INTE"RNA

-20

-30

AGUA ESCOAOA PELO TRONCO

• 6 2H: 12,86 •8,30,11\J -IO

-20

-30

6 2 H = 15,77 + 8,69 &18o

r:: 0,9762 -50

r :r: 0,9801 -SO 6 2H o/00

61Boo/Oh

-10 -8 -6 -4 +2

•10

AGUA DO SOLO 6

18 0o/oo

-10 -8 -6 -4 -2 0

-20 AGUA SUPERFICIAL

CTARUMA-A9UJ -10

-30

-a:J

~

..

\.

-40 _.<tt·f~

~-30

r:: 0,970!5

-50

r• 0,4901

t-~

eo £ZH o/oo

&1H o/oo

Fig. 3 - Curva de regressao para os valores de

o2H

em furn;ao dos valores de

o

1BQ observados para as aguas de chuva, precipitai;:ao interna, escoada pelo tronco, solo, a diferentes profundidades e superficial.

As pequenas varia<;oes nos valores de

8

2_{H e 0}18

₀

_{da agua do igarape sao indicios de}

que, na altura do lern;ol freatico e franja capi-lar, ocorre uma grande mistura de aguas, bem

coma

um armazenamento de agua pelo solo.

Pode ser observado na Figura 3 que a

agua do igarape nao representou a agua de chuva no que se refere as variac;:oes de

deute-rio e oxigenio-18.

Verifica-se pela Tabela 1 que as medias ponderadas para a agua de chuva e agua do igarape foram para 82_{H da ordem de}

·12,4°/00 e

-25,4°/ oo respectivamente, cnquanto que para

0 0180 esses valores foram de -3,2°/oo e 4,9°/oo,

mostrando que a agua do igarape comparad2.

a

agua de chuva apresentou-se empobrecida,

dando indfcios de que nas camadas mais

pro10

-fundas do solo ocorreu uma mistura muito grande com aguas antecedentes. Por se tra-tar de um solo de textura fina essas observa-96es sao ainda mais acentuadas, conforme ja observado por Brinkmann

et al.

(1963).

0

periodo estudado nao inclui parte da e3-ta<;ao mais chuvosa, quando os valores isot6-picos sao mais negativos e que, certamente, levariam as medias ponderadas de 02_{H e 0}18_0, a val ores mais negativos.

Comparando-se as equac;:oes contidas na Figura 3, deduz-se que desde a precipitac;:ao ate a recarga do solo, a agua proveniente das chuvas e suas respectivas reparti96es, nao se apresentam fracionadas. Com base nessas observa96es pode-se deduzir que, embora pos-sa haver uma reten9ao temporaria pelo "litter"

Leopoldo et al.

I

....

(5)

---~rl--TABELA 2 - Coeficientes de correla~ao "r" obtidos entre os valores de 8'8₀_{° /}

00 da agua de precipita~ao interna e

os de 0'8₀

°/

00 da agua do solo a 15cm de profundidade, entre os de 15cm e aqueles a 25cm ,e subse·

qi.iantemente para as demais profundidades. em fun~ao das esta~oes de amostragens.

Estai;:oes r

Plx15

01 0,7602**

n

=

12

02 0,7543 ..

n

=

13

03 0,7041 * ••

n

=

20

04 0,5557*

n

=

19

05 0,7639**

n

=

14

06 0,9067* ••

n

=

14

07 0,9437* ••

n

=

12

( * ) - Significativo ao nfvel de 5%.

( •*) - Idem, a l %.

(***) - Idem, a 0, l %

( n ) - Ne;> de dados,

r

15x25

0,7375*.

n

=

13

0,9080***

n

=

16

0,8656**.

n

=

21

0,8895**•

n

=

22

0,7308*.

n

=

12

0,9503"**

n

=

12

0,9629**.

n

=

11

antes da agua penetrar o solo, a evaporac;:ao C:ireta da agua do solo sob cobertura florestal deve assumir proporc;:oes insignificantes

quan-do

comparada a outros tipos de perdas.

Jor-dan & Heuveldop (1981) observaram tambem, por metodologia diferente, que a taxa de per-da de agua do solo por evaporac;:ao sob cober-tura florestal assume valores desprezfveis. As

medias ponderadas, reiativas

a

agua de

chu-va e da precipitac;:ao interna, foram semelhan-tes, mas diferiram daquelas obtidas para a agua escoada pelos troncos, cujas medias fo-ram iguais a -8, 1°/00 e

-2,3°/oo

para

0

2_{H e}

₀

13_0, respectivamente.

Tais valores demonstraram que a massa de agua escoada atraves dos ramos, galhos e troncos foi enriquecida em is6topos estaveis, em relac;:ao

a

agua de chuva, cujo enriqueci-mento se deu, provavelmente, em func;:ao do

processo de evaporac;:ao. Esses resultados

vem confirmar que, o escoamento pelo tronco representa uma parcela muito pequena da precipitac;:ao total, provavelmente, em razao

Camposicao ...

r r

25x50 50x80 80-120

0,6861 * 0,4360(ns) 0,6929**

n

=

12 n

=

15 n

=

16

0,6447** 0,8375*** 0,5682*

n

=

15 n

=

19 n

=

17

0,3927(ns) 0,3952(ns) 0,4825*

n

=

19 n

=

19 n

=

21

0,8881 * •• 0,4891 * 0,6549**.

n

=

24 n

=

24 n

=

29

0,6578. 0,7986*** 0,5631 *

n

=

13 n

=

16 n

=

15

0,9038 ... 0,7603 ... 0,6778* ••

n

=

23 n

=

25 n

=

27

0,9238* •• 0,3661(ns) 0,5935*

n

=

10 n

=

14 n

=

12

da morfologia das plantas, bem como, em fun-c;:ao de um escoamento lento da agua, que per-mite uma maior taxa de perda por evapora-c;:ao, antes de atingir o solo.

Com relac;:ao a agua do solo, OS valores do coeficiente de correlac;:ao indicados na Ta-bela 2 dao a entender que, para as camadns superficiais de O a 25 cm essa agua e bem ca-racterizada em termos de oxigenio-18 demons-trando que, nesse perfil' praticamente nao ocorre misturas com aguas antecedentes.

Dessa observac;:ao deduz-se que o tempo de residencia da agua, no referido perfil, e re-lativamente pequeno, sendo removida para perfis mais profundos ou pelas plantas atra-ves do processo de transpirac;:ao. Para o solo classificado como areia barrenta, eslac;:5es 6

e 7, essa camada se estende ate a profundida-de profundida-de 50 cm.

Nas demais camadas os valores de corre-lac;:ao decrescem indicando uma mistura de agua que se move atraves do perfi I, com aguas

(6)

,

antecedentes. Pode ser vista que para o solo texturalmente classificado coma areia barren-ta, essas observa<;:oes sao ma is acentuadas.

Brinkmann

et al.

(1963) e Zimmermann,

et al.

f

1966)

traba/hando

com solo arenoso,

obser-varam

variac;:oes marcantes em deuterio na

agua do solo em func;:ao das varia<;:oes desse elemento na agua de chuva.

Acreoita-se que os val ores de r Pl x

15

das estac;:oes 3 e 4 apresentaram-se relativa-mente inferiores aos demais r Pl x

15 em ra-zao de um possfvel escoamento sub-superfi-cial, da estac;:ao 1 e 2 em direc;:ao as camadas superficiais das estac;:oes 3 e 4.

Para as estac;:oes localizadas na pmte

mais alta do terreno, estac;:oes 1 e 2, respos-tas aos valores de 818

0 das aguas de precipi-ta<;:ao interna

e

da ordem de uma semana pa-ra os pontos mais superficiais, 15 e 25 cm. Ve-rificou-se que para uma precipitac;:ao interna com um valor de 818_{0 igual a}_-7,9°/oo_ocorrida

na semana de 11 /04/80 a 18/04/80, os val ores de 818

0 da agua do solo, a 15 cm e 25 cm de

profundidade foram da ordem de -6,9°/oo e

-5,8°/oo respectivamente, para a estac;:ao 2. Na

semana seguinte, coma a precipitac;:ao inter-na teve um 818_{0 da ordem de}_-2,6°/oo _aqueles

valores passaram para -4,8°/oo e -5,7°/00· Para as profundidades maiores, muito embora o va-lor de -7,9°/oo obtido para a agua de precipita-c;:ao interna tenha sido dilufdo pela mistura com aguas antecedentes, observou-se que a massa lfquida caracterizada par esse referido valor, levou cerca de 3 semanas para uma mis-tura com a agua residente no ponto situado a

80 cm da estac;:ao 1, quando o valor de 818

0 passou de -3,9°/oo para -5,2°/oo. Da mesma ma-neira, semelhante comportamento foi verifica-do para a estac;:ao 2.

Os valores de 818_{0 observados para as}

estac;:oes 3 e 4, apresentarse com uma am-plitude de varia<;:ao inferior aquelas obtidas para as demais estac;:oes de amostragens. Essa observac;:ao vem refor<;:ar outra anteriormente feita, na qual supoem-se a existencia de um fluxo sub-superficial da estac;:ao 1 e 2, na pro-fundidade de 50 ou 80 cm, em direc;:ao aos pon-tos superficiais junta as esta<;:oes 3 e 4.

12

-Para as esta<;:oes 6 e 7, situadas na parte baixa do perfil, em solo classificado textural-mente como areia barrenta, as variac;:oes ob-servadas para os valores de 818_{0 da agua do}

solo em func;:ao daqueles da agua de precipi-tac;:ao interna foram mais acentuadas que para as demais esta<;:oes. Observou-se que para um valor de -7,9°/oo da agua de precipita<;:ao !nter-na verificado !nter-na sema!nter-na de 11 a 18/04/80, a agua do solo apresentou respostas relativa-mente imediatas para os pontos a 15 e 25 cm

de profundidade, com vaiores de -7,1°/oo e

7,4°

I

oo respectivamente, na esta<;:ao 6 e -8,3°

I

oo

e -7,7°/oo para a esta<;:ao 7. Ainda de acordo

com os dados obtidos, deduz-se que a massa

de agua caracterizada par um 818

0 igual a

-7,9°/oo levou, de um modo geral, 2 semanas

para uma mistura com a agua situada a profun-didade de 50 cm, 3 semanas para a profundi-dade de 80 cm e cerca de 5 semanas para os

pontos situados a 120 cm da superffcie do

solo.

Semelhantes comportamentos para a agua do solo foram descritos par Brinkmann

et al.

(1963). Zimmermann

et

al.

(1966) e Vandor

et

al. (1977), diferindo, no entanto, em term::;s de

ordem de grandeza.

Pretende-se, com os resultados ora obti-dos determinar 0 tempo de residencia da agua

no solo atraves de modelo apropriado ao ca-so, bem coma efetuar-se o balan<;:o isot6pico das massas de agua envolvidas nas diversas fases, com o que pode-se estimar a percenta-gem da agua de chuva correspondente a eva-potranspirac;:ao do ecossistema em questao.

Esses pontos, no entanto, serao objetos de trabalhos a serem apresentados posterior-mente ao que ora e exposto.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a Comissao Nac'.o-nal de Energia Nuclear (CNEN) e a Agencia Internacional de Energia At6mica (IAEA) pelo apoio recebido na realizac;:ao deste trabalho, atraves de recursos financeiros.

Leopoldo et al.

(7)

-SUMMARY

ft was possible to observe the rain water values of g2H e g1so and theirs respective repartition, including the soil water until the depth of 1.20m. The work was done in the Model Basin in an experimental area near the Km 14 of the ZF-2 road. The obtained results showed that the isotopic composition of the rain water vary with the season of the year, and are more enriched in 2H and IBQ in the period wich begins at the end of April and beginning of November. These variations were not observed in the igarape Tarumii-Ac;:u water, suggesting a blend of waters and a high storage of water by the soil.

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(Aceito para publicac;ao em 28/04/82)