UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
“JULIO DE MESQUITA FILHO”
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E CIÊNCIAS EXATAS
Trabalho de Conclusão de Curso Curso de Graduação em Geologia
EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA PRESENÇA DE MICROPLÁSTICOS EM SEDIMENTOS FLUVIAIS NO ALTO CURSO DO RIO SOROCABA, SÃO PAULO
Sarah Gomes Lacerda
Prof. Dr. Fabiano Tomazini da Conceição
Rio Claro (SP) 2022
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Câmpus de Rio Claro
SARAH GOMES LACERDA
EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA PRESENÇA DE
MICROPLÁSTICOS EM SEDIMENTOS FLUVIAIS NO ALTO CURSO DO RIO SOROCABA, SÃO PAULO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas - Câmpus de Rio Claro, da Universidade
Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, para obtenção do grau de Geólogo.
Rio Claro - SP 2022
L131e
Lacerda, Sarah Gomes
Evolução histórica da presença de microplásticos em sedimentos fluviais no alto curso do Rio Sorocaba, São Paulo / Sarah Gomes Lacerda. -- Rio Claro, 2022
29 p. : il., tabs., fotos, mapas
Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado - Geologia) - Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Rio Claro
Orientador: Fabiano Tomazini da Conceição
1. Geociências. 2. Datação radioativa. 3. Poluição. I. Título.
Sistema de geração automática de fichas catalográficas da Unesp. Biblioteca do Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Rio Claro. Dados fornecidos pelo autor(a).
Essa ficha não pode ser modificada.
SARAH GOMES LACERDA
EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA PRESENÇA DE
MICROPLÁSTICOS EM SEDIMENTOS FLUVIAIS NO ALTO CURSO DO RIO SOROCABA, SÃO PAULO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas - Câmpus de Rio Claro, da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, para obtenção do grau de Geólogo.
Comissão Examinadora
Prof. Dr. Fabiano Tomazini da Conceição (orientador) Prof. Dr. Rodrigo Braga Moruzzi
Prof. Dr. Alexandre Martins Fernandes
Rio Claro, 14 de dezembro de 2022.
Assinatura do(a) aluno(a) Assinatura do(a) orientador(a)
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, pela sua infinita graça e bondade, que me deu condições e força para persistir durante esses 5 longos anos de graduação, e por ter colocado em minha vida tantas pessoas especiais que foram de grande importância para que eu chegasse até aqui.
À minha família: meu pai, Ronaldo; minha mãe, Aurora; e irmã Fernanda. Não tenho palavras para expressar minha gratidão, por todo sacrifício que fizeram por mim durante esses anos, por serem meus maiores apoiadores e as pessoas que mais acreditaram em mim quando nem eu mesma acreditava. Por todo amor e carinho e palavras de ânimo nos momentos de fraqueza. Vocês são o que tenho de mais precioso nessa vida. Também aos meus tios, tias, primos e primas que também sempre me apoiaram e torcem pelo meu sucesso, sou extremamente grata a Deus pela vida de cada um de vocês!
Agradeço a todos meus amigos e irmãos em Cristo da IAP de Parque Edu Chaves, o carinho de vocês é revigorante e sinto o cuidado de Deus comigo através das suas vidas e orações. O apoio de vocês me ajudou a chegar até aqui, as doses de ânimo de cada quartas- feiras e finais de semana foram essenciais.
A todos os colegas e amigos que fiz durante essa graduação, que em algum momento, ou vários, estiveram presentes e tornaram a caminhada mais leve.
A todos os professores que passaram pela minha vida, em especial aos da época do colégio: Profa. Solange, Prof. Paulo Ricardo, Prof. Regina, Prof. Isabela, Prof. Eduardo e Prof.
Fábio. Vocês são verdadeiros exemplos de professores e de pessoas, obrigada por tudo, o que sou hoje tem a marca de cada um de vocês. E aos professores do curso de Geologia da UNESP Rio Claro, espero um dia chegar no nível de excelência de cada um de vocês.
Agradeço ao meu orientador por todo ensinamento, apoio e atenção durante 2 anos de orientação. À toda a equipe dos laboratórios LAGEA, LAFS e LATARE, especialmente Suely e Carol, agradeço toda a ajuda e prestatividade, vocês são pessoas maravilhosas que possibilitaram toda a etapa laboratorial deste trabalho.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq, pela bolsa do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC) sem a qual este trabalho não seria possível.
"Porque dEle, e por meio dEle, e para Ele são todas as coisas. A Ele seja a glória para sempre. Amém!"
RESUMO
Microplásticos (MPs) foram reportados pela primeira vez em águas superficiais nos anos 1970, sendo 5 anos depois registrados os primeiros pellets de plástico em praias. Mais recentemente, MPs foram encontrados em sedimentos, que desempenham um papel fundamental na dinâmica de transporte, acumulação e disponibilização de contaminantes em ambientes aquáticos. A cronologia e as taxas de sedimentação fluvial podem ser determinadas com o uso do método do 210Pb, permitindo a datação de sedimentos, coletados em barramentos artificiais ou rios, e em outros materiais para a reconstrução histórica da entrada de contaminantes e/ou poluentes em bacias hidrográficas. A cronologia dos sedimentos no alto da bacia do Rio Sorocaba foi estudada para estimar a extensão e história da poluição da área. A amostragem de sedimentos fluviais foi realizada no Rio Sorocaba antes do Reservatório de Itupararanga, no município de Ibiúna. Após os procedimentos para remoção dos MPs, eles foram categorizados por forma, tamanho e composição. A cronologia de deposição e a taxa de sedimentação foram avaliadas pelo método do 210Pb, com a taxa de sedimentação determinada com base no modelo de taxa de acumulação constante – CRS, as idades obtidas compreenderam o intervalo de 1952 a 2014. Os dados obtidos demonstraram um aumento na quantidade de MPs em função do tempo até o ano de 2006, a partir dessa data houve uma na queda no número total de MPs, que pode ser justificada pela melhora nos tratamentos de esgoto que passaram a reter mais materiais. O aumento da concentração de MPs nos sedimentos está diretamente relacionado com o crescimento populacional da região, e os dados gerados fornecem subsídios para o controle da poluição de corpos d’água uma vez que identificam os poluentes e suas quantidades.
Palavras-chave: Poluição ambiental; Geocronologia 210Pb; Bacia hidrográfica.
ABSTRACT
Microplastics (MPs) were first reported in surface waters in the 1970s, being 5 years later the first plastic pellets recorded on sand beaches. More recently, MPs were found in sediments, which play a fundamental role in the dynamics of transport, accumulation and availability of contaminants in aquatic environments. The chronology and fluvial sedimentation rates can be determined using the 210Pb method, allowing the dating of sediments, collected in artificial dams or rivers, and in other materials for the historical reconstruction of the entry of contaminants and/or pollutants in watersheds. The chronology of the upper course of the Sorocaba River basin sediments was studied to estimate the extent and history of pollution in the area. The sampling of fluvial sediments was carried out in the Sorocaba River upstream from the Itupararanga Reservoir, in the municipally of Ibiúna. After the procedures for removal of MPs, they were characterized by shape, size and composition. Deposition chronology and sedimentation rate were evaluated by the 210Pb method, with the sedimentation rate determined based on the Constant Rate of Supply model – CRS, the ages obtained covered the range from 1952 to 2014. The data obtained showed an increase in the amount of microplastics as a function of time until 2006, from that date onwards there was a decrease in the total number of MPs, which can be justified by the improvement in sewage treatments that started to retain more materials. The increase in the concentration of MPs in the sediments is directly related to the population growth in the region, and the data generated provide subsidies for the control of pollution of water bodies as they identify the pollutants and their quantities.
Keywords: Environmental pollution; 210Pb geochronology; Watershed.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 9
2. OBJETIVOS E JUSTIFICATIVA ... 12
3. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO... 12
4. MATERIAIS E MÉTODOS ... 16
4.1. Amostragem de sedimentos fluviais ... 16
4.2. Datação 210Pb ... 17
4.3. Preparação das amostras e separação dos microplásticos ... 17
4.4. Contagem e caracterização dos MPs ... 19
4.5. Integração dos resultados ... 19
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 20
6. CONCLUSÃO ... 25
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 26
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1. INTRODUÇÃO
Os sedimentos fluviais desempenham um papel fundamental na dinâmica de transporte, acumulação e disponibilização de contaminantes em ambientes aquáticos. Ao longo dos anos, com o aumento da população e consequente desenvolvimento industrial e agrícola, a qualidade dos sedimentos fluviais vem se deteriorando. Aproximadamente 40% do volume de esgoto doméstico gerado no estado de São Paulo é despejado em corpos d’água sem tratamento, causando sérios problemas de poluição que afetam a qualidade da água e especialmente os sedimentos em suspensão transportados por rios (FERNANDES et al., 2016).
Microplásticos (MPs) são considerados contaminantes emergentes em ambientes marinhos pois podem absorver químicos tóxicos ou patógenos e transmiti-los para organismos aquáticos através da cadeia alimentar (LI et al., 2019; LUSHER et al., 2013). Quando descrito pela primeira vez por Thompson et al. (2004), o termo microplástico foi adotado para se referir a detritos plásticos microscópicos de tamanhos próximos de 20 μm. Em 2009, uma moção foi feita para ampliar a definição, enquadrando fragmentos menores que 5 mm, e este valor é o mais comumente aceito. Todavia, em algumas literaturas científicas também é o utilizado o limite superior mais intuitivo de 1 mm, uma vez que se trata de fragmentos no intervalo do micrometro (BROWNE et al., 2011; DEKIFF et al., 2014; VIANELLO et al., 2013).
Segundo o levantamento de Van Cauwenberghe et al. (2015), a primeira vez que microplásticos foram reportados em águas superficiais data dos anos 1970, mas passaram-se cerca de mais 5 anos para serem registrados os primeiros pellets de plástico em areais de praias, e mais outros 30 anos para que esses materiais com menos de 1 mm fossem encontrados em sedimentos e reportados por Thompson et al. (2004). Segundo um levantamento realizado por Zhang et al. (2022), pesquisas dos últimos anos mostraram que os microplásticos podem chegar em áreas remotas e intocadas, onde há poucas fontes de plástico, via transporte atmosférico.
Estas partículas também foram reportadas em áreas criogênicas com pouca a nenhuma intervenção antrópica, como o Ártico, Antártica, Alpes e o Monte Everest (BERGMANN et al., 2019; GONZALEZ-PLEITER et al., 2020; NAPPER et al., 2020).
MPs são compostos de uma variedade de polímeros que são majoritariamente compostos de diferentes monômeros, estes em sua maioria contêm carbono e hidrogênio (ZHANG et al., 2022). Os efeitos dos microplásticos na emissão de gases estufa provenientes de solos fertilizados indicam que microplásticos tem efeito seletivo em micróbios e podem ter impactos potencialmente sérios nos ciclos biogeoquímicos terrestres (REN et al., 2020).
Estudos recentes indicaram que os MPs podem inibir a degradação de matéria orgânica, que
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pode influenciar na emissão de gases estufa (por exemplo CO2, CH4 e NH3) do solo (SUN et al., 2020). Microplásticos marinhos podem afetar estoques de carbono através do seu impacto na fotossíntese e crescimento de fitoplanctons e podem causar mudanças na bomba biológica marinha (SHEN et al., 2020). Ademais, microplásticos podem afetar a avaliação da análise de carbono orgânico total de água ou sedimentos devido a poluentes absorvidos (HU et al., 2019).
É estimado que 1,15 a 2,41 milhões de toneladas de MPs entram nos oceanos e mares através dos rios (CORDIER; UEHARA, 2019; LEBRETON et al., 2017). Além disso, os MPs podem atuar como vetores que transmitem assembleias bacterianas seletivamente em rios urbanos (PENG et al., 2018). O estudo de diferentes fontes de recursos hídricos em termos da presença de MPs provê informações úteis para sua gestão (BONYADI et al., 2022). A longo prazo, sedimentos tem se mostrado o principal sumidouro de MPs, enquanto o solo é o maior recipiente de poluição em ecossistemas terrestres, os sedimentos representam o maior depósito em ecossistemas aquáticos (VIERS et al., 2009). Embora os sedimentos sejam importantes depósitos para microplásticos, ainda não há uma estrutura de avaliação de risco holística disponível para este compartimento (REDONDO-HASSELERHARM et al., 2023), o que torna estes estudos cada vez mais importantes para que se entenda com clareza quais os impactos da presença deste material na natureza, possibilitando a criação de padrões de qualidade relacionados à MPs para diferentes ecossistemas e meios de controlar essa contaminação.
Waldschläger et al. (2022) definiram sete objetivos que são essenciais para melhorar as pesquisas que buscam entender os microplásticos e seus comportamentos, e que podem ser abordados aplicando os conhecimentos de sedimentologia, são eles: a descrição de partículas de microplásticos; interação de MPs com substâncias ambientais; distribuição vertical de microplásticos; comportamento de erosão e deposição dos MPs; impacto da biota no transporte das partículas; métodos de amostragem; toxicidade do MP. Dentre os sete, três são abordados no presente trabalho: a descrição de partículas de microplásticos, distribuição vertical de microplásticos e os métodos de amostragem. O transporte de sedimentos oferece muitos fundamentos que são transferíveis para o transporte de MPs e podem ser muito úteis. No entanto, ainda existem muitos gaps no entendimento do papel do transporte, da influência da biota, e a importância e implementação do comportamento dinâmico dos MPs como um resultado de mudanças dependentes do tempo. Trazer alguns destes aspectos para um contexto de evolução histórica permite que seja estudada e quantificada a presença de MPs em sedimentos e qual sua dinâmica ao longo do tempo.
Diferentes estações de tratamento de efluente (ETE) assim como diferentes estações de tratamento de efluentes industriais são operadas para purificar a água através da remoção de
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detritos, poluentes orgânicos e inorgânicos (SUN et al., 2019). Tratamentos de efluentes convencionais com métodos de tratamento primários e secundários são capazes de remover até 99% dos resíduos de MPs. Até agora, tem sido essencial manter o padrão das águas residuais despejadas das áreas urbanas (PRIYA et al., 2022). Diferentes tipos de ETEs foram testadas para a remoção de microplásticos levando em conta o tamanho dos poros das membranas, forma, propriedades relacionadas a diversos parâmetros que influenciam a eficiência da remoção dos MPs (TALVITIE et al., 2017), em sua maioria apresentaram tratamento primário e secundário, com porcentagem de remoção de MPs entre 96 e 98% na Suécia, EUA, Escócia, e Finlândia (KOELMANS et al., 2016; KOMYAKOVA et al., 2020; MURPHY et al., 2016;
SCHERER et al., 2018; TALVITIE et al. 2017; WANG et al., 2018; ZHANG et al., 2017) e cerca de 88% na França, onde foi analisado um tipo de tratamento também primário e secundário porém utilizando biofiltros (LENZ et al., 2015; TALVITIE et al., 2017; WANG et al., 2018). A eficiência das ETEs é de grande importância na remoção dos MPs das águas residuais advindas de áreas urbanas que são despejadas nos rios.
A cronologia e as taxas de sedimentação fluvial podem ser determinadas com o uso de isótopos, podendo-se utilizar para isso os radionuclídeos naturais como o 210Pb, quanto os elementos radioativos antrópicos como o 137Cs e 239Pu 240Pu. O 210Pb é um radionuclídeo de ocorrência natural devido ao decaimento do 226Ra, pertencente à série de decaimento do 238U (IVANOVICH; HARMON, 1992), possui um tempo de meia-vida de 22,26 anos e permite uma datação de até 150 anos. O método do 210Pb permite a datação de sedimentos, coletados em barramentos artificiais ou rios, e em outros materiais para a reconstrução histórica da entrada de contaminantes e/ou poluentes derivados de atividades urbanas, industriais e agrícolas em bacias hidrográficas (BONOTTO; LIMA, 2006; CONCEIÇÃO et al., 2013; CONCEIÇÃO et al., 2020; CUNHA et al., 2017).
Os sedimentos fluviais contêm um repositório de informações históricas valiosas relativas a mudanças temporais de crescimento populacional e desenvolvimento industrial (BONOTTO; LIMA, 2006). A cronologia dos sedimentos coletados no alto curso do Rio Sorocaba foi estudada para estimar a extensão e história da poluição da área. Esta reconstrução é importante para melhorar as estratégias de manejo dos recursos hidrológicos, visto que a sub- bacia Alto Sorocaba tem alto potencial hidráulico com disponibilidade percapita superficial de 5160,11 m³/hab.ano segundo CBH-SMT (2016), e grande parte dos municípios utiliza suas águas para consumo, além de outros usos.
A bacia do Rio Sorocaba apresenta atividades domésticas, agrícolas e industriais, além de em seu alto curso haver o Reservatório de Itupararanga, importante manancial para a
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captação e abastecimento para mais de 1.200.000 habitantes. (FERNANDES et al., 2016). Teve seu desenvolvimento regional alavancado pela política de descentralização industrial da metrópole de São Paulo na década de 1970, sem uma vocação específica para a região.
Atualmente apresenta áreas de pastagens degradadas e uma policultura variada, com destaque para milho e cana-de-açúcar, e um parque industrial em expansão, principalmente nas cidades de Sorocaba e Votorantim, onde a presença da mineração e da indústria do cimento já se encontra consolidada (IPT, 2006).
2. OBJETIVOS E JUSTIFICATIVA
Os estudos envolvendo a evolução histórica da presença de MPs em sedimentos fluviais ganham importância, principalmente quando realizados em bacias hidrográficas sob influência antrópica, onde as atividades domésticas, agrícolas e industriais afetam sua qualidade ambiental. Porém, estudos com esse enfoque, ou seja, a distribuição de MPs ao longo de perfis de sedimento, levando em conta sua idade, são escassos no Brasil e no mundo. Com isso, o objetivo deste trabalho é estudar a evolução histórica da presença de MPs em sedimentos fluviais no alto curso do Rio Sorocaba, estado de São Paulo, antes do Reservatório de Itupararanga. Para isso, haverá a caracterização dos MPs ao longo de um perfil de sedimento de fundo, bem como a obtenção da idade de deposição de cada segmento amostrado. Os resultados permitirão avaliar a influência do crescimento populacional da cidade de Ibiúna e sua importância na caracterização (quantidade e característica) dos MPs ao longo do tempo.
3. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
A bacia hidrográfica do Rio Sorocaba e Médio Tietê (UGRHI 10) está localizada no centro-sudeste do estado de São e é constituída pela Bacia do Rio Sorocaba e de outros tributários do Rio Tietê. A área da bacia está subdividida em Sub-Bacias, sendo três delas compostas por drenagens de pequeno e médio porte, que drenam para o rio Tietê, e outras três que compõem a bacia do rio Sorocaba, resultando em seis Sub-Bacias: Médio Tietê Inferior, Médio Tietê Médio, Baixo Sorocaba, Médio Sorocaba, Médio Tietê Superior e Alto Sorocaba (CBH-SMT, 2016).
De acordo com o Plano de Bacia Hidrogáfica do CBH-SMT (2016), os principais rios e mananciais de grande porte e interesse regional da URGHI 10 são os Rios Sorocaba e Tietê.
Além destes, existem outros mananciais principais distribuídos ao longo das 6 sub-bacias. São
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eles: Sorocabuçu, Sorocamirim e Una (formadores do Rio Sorocaba), Pirajibu, Jundiuvira, Murundu, Sarapuí, Tatuí, Guarapó, Macacos, Ribeirão do Peixe, Alambari, Capivara e Araqua.
Um outro importante manancial da UGRHI é o reservatório de Itupararanga na sub-bacia do Alto Sorocaba. A área de estudos está localizada no município de Ibiúna, Região Metropolitana de Sorocaba no estado de São Paulo (Figura 1). O ponto de coleta das amostras analisadas neste estudo está situado no alto curso da bacia do Rio Sorocaba, contemplada pela UGRHI 10, mais especificamente antes do Reservatório de Itupararanga.
A população total da bacia do Alto Sorocaba é de 110.577 habitantes, sendo Alumínio, Cotia, Ibiúna, Mairinque, Piedade, São Roque, Vargem Grande Paulista e Votorantim os municípios que a compõe. A área urbanizada na bacia do Alto Sorocaba ocupa 71 km2, sendo 55 km2 caracterizada por pequenos aglomerados populacionais como vilas e vilarejos (PEDRAZZI et al., 2014). A UGRHI 10 tem uma vocação industrial, com uma diversidade de estabelecimentos comerciais, grandes centros urbanos e expressiva população. Quanto ao uso e ocupação do solo, conforme o mapa da Figura 2, no Alto Sorocaba predominam vegetação capoeira e pastagens/campo antrópico, além da importante presença do Reservatório de Itupararanga. Fatores que afetam diretamente os recursos hídricos da bacia e os diversos serviços ecossistêmicos prestados pelas áreas naturais (CBH-SMT, 2016).
Figura 1: Mapa de localização da área de estudo e o ponto de coleta das amostras analisadas.
Fonte: Figura da autora.
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Figura 2: Mapa de Uso e Ocupação do Solo da sub-bacia Alto Sorocaba.
Fonte: Adaptado de CBH-SMT (2016).
A bacia do Alto Sorocaba apresenta clima Cwb, ou seja, clima úmido quente com inverno seco. A temperatura média anual é de 20 ºC e no semestre seco a evaporação é maior que a precipitação (PEDRAZZI et al., 2014). A precipitação média anual entre os anos de 1960 e 2004 foi de 1.492,7 mm, sendo janeiro o mês mais chuvoso (média de 248,1 mm) e agosto o mês mais seco (média de 42,8 mm), e em relação as vazões afluentes no Reservatório de Itupararanga (Rio Sorocaba), apresentam maior e menor vazão média afluente nos meses de fevereiro com 21,7 m³/s e agosto com 6,9 m³/s, respectivamente (CBA, 2006; apud PEDRAZZI et al., 2014) (Figura 3). Pode-se notar que o regime do Rio Sorocaba é diretamente proporcional à precipitação.
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Figura 3: Precipitação média mensal na bacia hidrográfica do Alto Sorocaba e vazão média mensal afluente para Reservatório de Itupararanga entre 1960 e 2004.
Fonte: CBA (2006) apud PEDRAZZI et al. (2014)
Segundo a CETESB (2017), a rede fluvial do Alto Sorocaba pode ser enquadrada como Classe 2, ou seja, águas destinadas ao abastecimento doméstico, após tratamento convencional, à irrigação de hortaliças ou plantas frutíferas e à recreação de contato primário (natação, esqui- aquático e mergulho). A disponibilidade per capita de águas superficiais da UGRHI 10 é de 1721,73 m³/ hab.ano e aparece entre as menores do estado, sendo superior apenas as duas bacias mais industrializadas do Estado, a Bacia do PCJ e Bacia do Alto Tietê. Segundo a ONU, um valor abaixo de 1700 m³/hab.ano caracteriza uma situação de estresse hídrico e a UGRHI 10 vem se aproximando de forma inevitável para este ultrapassar este limite. Dentre as 6 sub- bacias, a do Alto Sorocaba apresenta um dos maiores valores de disponibilidade per capita, com 5160,11 m³/hab.ano (CBH-SMT, 2016).
O contexto geológico em que a bacia do Alto Sorocaba está inserida, conforme mostra a Figura 4, compreende rochas com período de formação desde o Proterozóico Médio-Superior até o Quaternário. Segundo Godoy (2003), destacam-se os domínios São Roque e Embu. O Domínio São Roque apresenta rochas de baixo grau metamórfico do Grupo São Roque (filitos e meta-básicas) e complexos granitóides associados, tais como os granitos São Francisco (sienogranitos e monzogranitos) e São Roque (dioritos e granodioritos). No Domínio Embu predomina paragnaisses e migmatitos do Complexo Embu, ocorrendo também a presença dos granitos Ibiúna (monzogranitos e sienogranitos) e Caucaia (monzogranitos e sienogranitos).
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Figura 4: Mapa geológico simplificado da sub-bacia Alto Sorocaba.
Fonte: Adaptado de CPRM (2006).
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. Amostragem de sedimentos fluviais
A amostragem foi realizada no alto curso do Rio Sorocaba, no município de Ibiúna. Os sedimentos de fundo foram coletados utilizando-se um amostrador de sedimentos vertical Wildco (modelo 77263), que consiste em um tubo acrílico transparente removível de 1 m de comprimento e 50 mm de diâmetro, provido de ponteira de aço e válvula de retenção nas extremidades inferior e superior, respectivamente. Os sedimentos de fundo foram retirados do tubo coletor com o auxílio de um êmbolo, fatiados com uma espátula em segmentos e acondicionados em frascos de polietileno, numerados da base para o topo (Tabela 1), sendo secos em estufa a 60 °C por 24 horas. Cada segmento da amostra foi desagregado em gral de porcelana, homogeneizado e pesado.
Tabela 1: Dados das amostras.
Nº da amostra Nome de campo Segmento (cm) Massa (g)
1155 S3/1 0-4,5 30,00
1156 S3/2 4,5-9,0 27,00
1157 S3/3 9,0-13,5 36,00
1158 S3/4 13,5-18,0 38,00
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1159 S3/5 18-22,5 45,00
1160 S3/6 22,5-27,0 44,00
1161 S3/7 27,0-31,5 40,00
1162 S3/8 31,5-36,0 35,00
1163 S3/9 36,0-41,0 35,00
4.2. Datação 210Pb
A cronologia de deposição e a taxa de sedimentação foram avaliadas pelo método do
210Pb, com a taxa de sedimentação determinada com base no modelo de taxa de acumulação constante – CRS (ROBBINS, 1978; APPLEBY; OLDFIELD, 1978), onde 210Pbxs(z) = 210Pb –
226Ra, em que 210Pbxs(z) é o excesso de 210Pb. Para o modelo CRS, o excesso de 210Pb em qualquer camada z da coluna de sedimentos é dada pela Equação (1). Ao dividir o peso seco acumulado por área de cada segmento pela taxa de sedimentação obtida, pode-se estimar o tempo necessário para a deposição de sedimentos em cada segmento.
𝑃𝑏𝑥𝑠(𝑧)
210 = 210𝑃𝑏𝑥𝑠(0) . 𝑒−𝜆210 . 𝑡 (1) Em que 210𝑃𝑏𝑥𝑠(0) representa o excesso de 210Pb na interface sedimento-água,
respectivamente (Bq kg-1); 𝜆210 é a constante de decaimento radioativo para o 210Pb (0,0311 anos-1); 𝑡 é o tempo desde a deposição (anos).
A espectrometria gama foi utilizada para quantificar a atividade de 226Ra e 210Pb para todos os segmentos de amostras obtidos a partir do perfil de sedimento de fundo original. Esta técnica baseia-se na detecção, ampliação e contagem dos fótons gerados pela interação da radiação gama com um cristal de germânio hiperpuro, com 30% de eficiência e resolução de 1,8 KeV para o pico de 60Co (energia de 1,33 MeV), sendo o detector calibrado com fontes de energia e eficiência conhecidas. Cada amostra, após moagem, foi acondicionada em frasco plástico e selada para obter, em quatro semanas, equilíbrio secular entre o 226Ra e seus filhos de curta meia vida. A atividade do 226Ra foi avaliada através da emissão dos raios gama (352 KeV) de seu filho 214Bi, sendo o 210Pb determinado através de sua linha gama em 47 KeV.
4.3. Preparação das amostras e separação dos microplásticos
O procedimento para separação dos MPs foi baseado no método proposto por Moruzzi et al. (2020). A amostra de cada segmento foi adicionada a um béquer de vidro contendo 300 mL de solução de ZnCl2 (≥ 98%, da Sigma-Aldrich), com densidade de 1,6 g/cm³. As misturas foram homogeneizadas e deixadas em repouso por 16 h à temperatura ambiente.
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Em seguida as soluções foram transferidas para um cone Imhoff (Figura 5) onde, após 6 dias de precipitação e sedimentação, o sobrenadante foi coletado e a solução extraída filtrada através de um filtro de membrana de nitrato de celulose de 0,45 μm, com 47 mm de diâmetro (Sartorius). Durante a transferência das soluções dos béqueres para os cones, com o auxílio de uma pipeta com solução de cloreto de zinco, os béqueres com as misturas foram enxaguados para que nenhum sobrenadante ficasse grudado nas laterais, e assim pudesse passar pela filtragem e ser retido nos filtros.
Os filtros das nove amostras foram deixados para secar em temperatura ambiente em papéis de filtro de aproximadamente 20 cm de diâmetro, devidamente separados e etiquetados (Figura 6).
Figura 5: Soluções de cada amostra decantando no cone Imhoff.
Fonte: Figura da autora.
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Figura 6: Filtros de membrana de nitrato das oito amostras em repouso para posterior análise
Fonte: Figura da autora.
4.4. Contagem e caracterização dos MPs
Os MPs foram identificados através do emprego de um estereomicroscópio trinocular com iluminação refletida Zeiss, modelo estéreo Discovery V.12, equipado com câmera digital modelo Axiocan ERc 5s e software para captura de imagem modelo Axionvision LE, ambos da Zeiss. Os MPs foram categorizados em 5 categorias de forma (linha/fibra, filme/folha, fragmentos, pellet e pneu) e em 3 intervalos de tamanho (0,1-0,5 mm, 0,5-1 mm e 1,0-5,0 mm).
Esta quantificação não é de alta precisão uma vez que é feita manualmente, a faixa de tamanho utilizada é a adequada estabelecida pelo método.
4.5. Integração dos resultados
Finalizada a contagem e classificação dos MPs, os resultados foram integrados com a datação obtida para cada segmento e com dados do levantamento bibliográfico realizado no início do trabalho, para, por fim, realizar uma interpretação relativa à evolução histórica da presença dos MPs em sedimentos fluviais e avaliar a influência do crescimento populacional da cidade de Ibiúna e sua importância na caracterização (quantidade e característica) deste material ao longo do tempo.
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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os valores obtidos na contagem dos MPs separados por classes e tamanhos estão na Tabela 2, sendo as principais formas de MPs ilustradas na Figura 7. A Figura 8 mostra os valores totais de MPs para cada segmento juntamente com sua idade de deposição.
Tabela 2: Resultados da contagem (unidades/kg), datação e classificação de MPs nos sedimentos fluviais coletados no alto da bacia do Rio Sorocaba.
Amostra Ano de Deposição
Tamanho Linha/Fibra Filme/Folha Fragmento Pellet Pneu
0,1 - 0,5 mm 535 45 394 62 7.853
1155 2014 0,5 - 1,0 mm 158 10 26 0 151
1,0 - 5,0 mm 73 4 5 0 36
0,1 - 0,5 mm 524 54 456 83 7.516
1156 2006 0,5 - 1,0 mm 134 15 20 0 204
1,0 - 5,0 mm 69 2 3 0 29
0,1 - 0,5 mm 415 35 1.657 129 7.551
1157 2000 0,5 - 1,0 mm 321 3 25 0 228
1,0 - 5,0 mm 184 3 3 0 28
0,1 - 0,5 mm 419 29 3.175 87 4.821
1158 1994 0,5 - 1,0 mm 195 3 26 0 146
1,0 - 5,0 mm 125 1 2 0 18
0,1 - 0,5 mm 184 8 1.665 37 3.881
1159 1986 0,5 - 1,0 mm 110 0 54 0 82
1,0 - 5,0 mm 107 1 2 0 10
0,1 - 0,5 mm 185 11 237 32 4.399
1160 1979 0,5 - 1,0 mm 156 0 16 0 68
1,0 - 5,0 mm 108 0 3 0 14
0,1 - 0,5 mm 247 10 906 21 643
1161 1970 0,5 - 1,0 mm 91 0 0 0 11
1,0 - 5,0 mm 73 1 0 0 0
0,1 - 0,5 mm 312 4 736 29 518
1162 1960 0,5 - 1,0 mm 113 2 5 0 4
1,0 - 5,0 mm 85 1 1 0 0
0,1 - 0,5 mm 244 2 370 4 705
1163 1952 0,5 - 1,0 mm 66 2 3 0 10
1,0 - 5,0 mm 52 0 0 0 7
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Figura 7: Exemplos de MPs classificados como pneu (A), fragmento (B), linha/fibra (C), pellet (D) e filme (E).
Fonte: Figura da autora.
Figura 8: Ano de deposição e valores totais de MPs e de cada categoria (unidades/kg) nos sedimentos fluviais coletados no alto da bacia do Rio Sorocaba.
Fonte: Figura da autora.
Os resultados indicam claramente um aumento contínuo do total de MPs desde 1952 (41.857 unidades/kg) até 2006 (337.370 unidades/kg). Porém, o segmento depositado no ano
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de 2014 (308.616 unidades/kg) apresentou um total de MPs menor que os quantificados em 2006. O aumento da quantidade total de MPs está diretamente relacionado com o aumento da população da cidade de Ibiúna, o que é possível observar comparando-se os valores totais de MPs com a curva de crescimento populacional do referido município apresentada na Figura 9.
O município de Ibiúna teve crescimento populacional significativo a partir dos anos 1970, igualmente a curva de aumento da quantidade de MPs. Com o crescimento da população é esperado que aumente também o consumo do plástico, além de que é partir dos anos 70 que o plástico passou a ser popularizado, mudando a dinâmica e hábitos de consumo da população.
O gráfico da Figura 10 correlaciona a quantidade de MPs e o número de habitantes de Ibiúna (o número de habitantes dos anos que não havia dados disponíveis foram estimados por interpolação linear entre as datas que havia informações do censo do IBGE), obteve-se uma correlação quase perfeita de 0,98. A queda da quantidade de MPs a partir de 2006 pode ser justificada por melhorias no tratamento de efluentes da região, que passou a reter mais MPs no lodo originado durante o processo de tratamento.
Figura 9: Crescimento populacional do município de Ibiúna a partir dos anos 50.
Fonte: Censo IBGE.
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Figura 10: Gráfico correlacionando a quantidade de MPs e o número de habitantes do município de Ibiúna em função do tempo.
Fonte: Figura da autora.
As figuras 11 e 12 ilustram os valores de MPs por classes e por tamanho desde 1952 até 2014, respectivamente. Em geral, as classes de MPs com maiores valores ao longo de todo o tempo de deposição foram os pneus, fragmentos e fibras, seguidos de pellets e filmes. Em relação ao tamanho dos MPs, MPs entre 0,1 e 0,5 mm representam mais que 90% do total de MPs depositados nos sedimentos fluviais no alto da bacia do Rio Sorocaba.
Figura 11:Ano de deposição e valores de MPs (unidades/kg) para as diferentes classes nos sedimentos fluviais coletados no alto da bacia do Rio Sorocaba.
Fonte: Figura da autora.
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Figura 12:Ano de deposição e valores MPs (unidades/kg) para os diferentes tamanhos nos sedimentos fluviais coletados no alto da bacia do Rio Sorocaba
Fonte: Figura da autora
A queda da quantidade de microplásticos de tamanhos superiores a 0,5 mm a partir de 2000, pode ser justificada por melhorias no tratamento de esgoto da região, que passou a reter esse material, mas não o suficiente para reter as partículas menores que 0,5 mm. É importante ressaltar que durante a contagem, em todas as amostras ocorrem muitas partículas menores que 0,1 mm (nanoplásticos) que não foram contabilizados, mas também representam uma ameaça que pode ser até mais preocupante que os microplásticos devido a sua abundância e reatividade (SHARMA et al., 2022). A melhoria no tratamento de efluentes também pode explicar a queda dos valores de MPs relacionados às diversas classes, com exceção das fibras/linhas e pneus.
Os MPs identificados como pneus apresentaram as maiores quantidades durante grande parte do período analisado, e apresentam crescimento constante desde os anos 70, sem quedas significativas. Estes MPs em sua maioria são provenientes do desgaste de pneus de automóveis, que rapidamente podem chegar aos rios por escoamento superficial, não passando pelo tratamento de esgoto, fato que poderia reter uma boa parte desse material.
Os MPs são lançados no ambiente advindos de uma grande variedade de fontes e atividades, desde indústrias a residências familiares, e essa variedade se traduz numa heterogeneidade de tamanhos, formas, cores, composições e densidades desses poluentes no meio ambiente. Devido à alta estabilidade dos polímeros, os impactos negativos dos MPs devem persistir por um longo período de tempo (MORUZZI et al., 2020). Com um aumento crescente do uso de plástico, existe uma necessidade iminente de obter-se informações sobre a
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distribuição temporal de MPs incorporados em sedimentos ao longo do tempo desde que a produção comercial de plásticos começou no final dos anos 1930 e início dos anos 1940. De modo geral, os valores de MPs encontrados nas amostras são altos o suficiente para gerar uma preocupação que deve chamar a atenção para este poluente emergente e para o problema do crescimento acelerado da produção e consumo desenfreado de plásticos.
6. CONCLUSÃO
A quantificação de MPs ao longo do tempo permitiu que fosse estudada a evolução histórica deste material da área de estudos. A produção global de plástico atingiu cerca de 360 milhões de toneladas em 2018, com uma taxa de crescimento anual de ~8% no período entre 1950-2015, e uma produção futura estimada que deverá aumentar para 1,1 bilhão de toneladas até 2050. Portanto, tende a crescer também a contaminação de corpos d’água e sedimentos por MPs, os resultados mostraram esse crescimento no período entre 1952 e 2014, um crescimento acelerado e constante.
Entre os diferentes tipos de MPs, os de tamanho entre 0,1 e 0,5 mm foram maioria, o que pode ser explicado devido ao fácil transporte por escoamento superficial e pelo tratamento de efluentes que é capaz de reter as partículas maiores. As partículas de pneus, a partir dos anos 1970, apresentaram as maiores quantidades nas amostras sem quedas ao longo do tempo, uma vez que este material chega aos corpos d’água por escoamento superficial, não sofrendo alteração por melhoras no tratamento de efluentes.
De modo geral, existe uma alta correlação entre a quantidade de MPs e o aumento populacional da região durante o período analisado. É importante que novos estudos sejam realizados, visando a complementação do arcabouço de conhecimentos sobre os MPs até que seja possível entender o comportamento desse poluente e seus potenciais impactos negativos, permitindo que sejam criadas e aplicadas medidas de prevenção e remediação garantindo a proteção de corpos d’água e de toda sua biota, e a qualidade dos sedimentos.
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