MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA
EDINALDO RODRIGUES PALHETA JUNIOR
FATOR DE ENRIQUECIMENTO DE MACROELEMENTOS EM SEDIMENTOS DE FUNDO EM BACIAS HIDROGRÁFICAS DO SUDESTE DO CRÁTON
AMAZÔNICO
BELÉM 2020
EDINALDO RODRIGUES PALHETA JUNIOR
FATOR DE ENRIQUECIMENTO DE MACROELEMENTOS EM SEDIMENTOS DE FUNDO EM BACIAS HIDROGRÁFICAS DO SUDESTE DO CRÁTON
AMAZÔNICO
BELÉM 2020
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Comissão de Trabalho de Conclusão de Curso e Estágio Supervisionado Obrigatório (CTES) do curso de graduação da Universidade Federal Rural da Amazônia como requisito para obtenção de grau de Bacharel em Engenharia de Pesca.
Área de concentração: Ecologia Aquática. Orientador: Prof. Dr. Mauricio Willians de Lima
“Nunca perca a fé na humanidade, pois ela é como um oceano. Só porque existem algumas gotas de água suja nele, não quer dizer que ele esteja sujo por completo”
AGRADECIMENTOS
A Deus, por guiar meus passos;
Aos meu pais, Edinaldo Palheta e Julia Rodrigues, por seus imensuráveis esforços no sustento da nossa família;
Ao meu irmão, Julio, por todo incentivo nessa jornada. E por ter dado, junto com minha cunhada Rayana, o melhor presente que um irmão poderia receber, meu querido sobrinho Heitor; À minha avó, Creuza Palheta, por abrir a porta de sua casa e por todos seus cuidados em prol da saúde e segurança da família;
Ao meu orientador, Prof. Dr. Mauricio Lima, por todo apoio, atenção e contribuição na elaboração deste trabalho;
Ao meu amigo, Paulo Lima, por todo o conhecimento oriundo de uma longa amizade;
Ao meu amigo, Adriano Joaquim, pela amizade leal, estando sempre ao meu lado nas batalhas e trabalhos da vida acadêmica;
Aos amigos da vida: Adamor Júnior, Adriano Augusto, Carlos Araújo, Iurick Saraiva, Michel Bandeira, Raulino Junior, Rodrigo Almeida, Rudá Paiva, Tácio Hoshina, Valdo Abreu e Yago Felipe por todas as aventuras que vivemos neste mundo universitário;
Aos amigos do LAqTrop, que me acolheram, de forma amistosa, na reta final da minha jornada acadêmica;
Ao Aleff Andrei, pela ajuda na aprovação da disciplina de Bioquímica, quando me auxiliou em um exercício;
Ao Seu José Luiz, pelos conselhos e pelas palavras de encorajamento nos seminários que quase todos enfrentam durante a graduação;
E a todos que, de alguma forma, fizeram parte do cumprimento dessa missão, muito obrigado.
RESUMO
Os macroelementos O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, Ti, H, P e S compreendem 99% da crosta terrestre sendo que a natureza descarrega grandes quantidades desses elementos sobre o ambiente e seus habitantes. O homem vem interferindo nas atividades naturais, extraindo ou nela descartando, alterando assim, tais condições naturais. Os sedimentos têm sido reconhecidos como os maiores repositórios de poluentes no ambiente aquático, a contaminação dos sedimentos é utilizada como um importante indicador ambiental de poluição, servindo para mapear, traçar e monitorar fontes antropogênicas de contaminação e/ou anomalias causadas por processos geoquímicos naturais. Sendo assim, estudar áreas adjacentes a atividade mineral é importante para avaliar se as ações antrópicas estão sendo negativas. Portanto este trabalho tem o objetivo de estimar as concentrações de macroelementos (Ca, Mg, K, e Na) e calcular o fator de enriquecimento em sedimentos de fundo. Os sedimentos foram analisados em 14 áreas nos rios Tapirapé, Itacaiúnas, Igarapé Gelado e Parauapebas adjacentes a atividade mineral, no ano de 2015 de maio e junho. Foram coletados 500 g por dragagem e utilizados 0,5 g de amostras de solo (<0,15 mm) com 9 mL de HNO3 e 3 mL de HCl concentrado para determinar suas concentrações, digerido em um forno de micro-ondas. Os extratos digeridos foram diluídos com água deionizada até um volume final de 50 mL e filtrada. Os teores foram quantificados por espectrometria de emissão óptica de plasma acoplada indutivamente. Os resultados determinaram uma variação superior a 30 % e indicam grande variabilidade dos macroelementos nas áreas de estudo e o fator de enriquecimento revelou que as concentrações dos elementos estudados são de origem natural, mostrando que a geologia local exerce forte influência sobre suas concentrações.
ABSTRACT
The macroelements O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, Ti, H, P and S comprise 99% of the earth's crust and nature discharges large quantities of these elements on the environment and its inhabitants. Humanity has been interfering with natural activities, extracting or discarding it, thus altering such natural conditions. Sediments have been recognized as the largest repositories of pollutants in the aquatic environment, sediment contamination is used as an important environmental indicator of pollution, serving to map, trace and monitor anthropogenic sources of contamination and / or anomalies caused by natural geochemical processes. Therefore, studying areas adjacent to mineral activity is important to assess whether anthropic actions are being negative. Therefore, this work aims to estimate the concentrations of macroelements (Ca, Mg, K, e Na) and calculate the enrichment factor in bottom sediments. The sediments were analyzed in 14 areas on the Tapirapé, Itacaiúnas, Igarapé Gelado and Parauapebas rivers adjacent to mineral activity, in the year 2015 between May and June. They were collected using a dredge and samples composed of approximately 500 g by dredging. To determine the concentrations of EPTs, were used 0.5 g of soil samples (<0.15 mm) with 9 mL of HNO3 and 3 mL of concentrated HCl, digested in a microwave oven according to EPA 3051A. The digested extracts were diluted with deionized water to a final volume of 50 mL and filtered. The contents were quantified by inductively coupled plasma optical emission spectrometry. The results determined a variation greater than 30% and indicate great variability of the macroelements in the study areas and the enrichment factor revealed that the concentrations of the elements studied are of natural origin, showing that the local geology has a strong influence on their concentrations.
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 7 2. OBJETIVOS ... 9 2.1 Objetivo geral ... 9 2.2 Objetivos específicos ... 9 3. REFERENCIAL TEÓRICO ... 10 3.1 Sedimento ... 10
3.2 Deposição de elementos nos sedimentos ... 10
3.3 Macroelementos analisados ... 12 3.3.1 Cálcio (Ca) ... 12 3.3.2 Magnésio (Mg) ... 12 3.3.3 Potássio (K) ... 13 3.3.4 Sódio (Na) ... 13 4. MATERIAL E MÉTODOS ... 14 4.1 Caracterização da área ... 14 4.2 Amostragens de sedimentos ... 15 4.3 Fator de enriquecimento ... 16 4.4 Análise estatística ... 16 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 17
5.1 Macroelementos nos sedimentos ... 17
5.1.1 Cálcio e Magnésio ... 17 5.1.2 Potássio ... 18 5.1.3 Na ... 18 5.2 Fator de enriquecimento ... 19 5.2.1 Cálcio ... 19 5.2.2 Magnésio ... 20 5.2.3 Potássio ... 20 5.2.4 Sódio ... 20 5.3 Análise de correlação... 20 6 CONCLUSÃO ... 22 REFERÊNCIAS ... 23
7
1 INTRODUÇÃO
Os elementos minerais são necessários para os processos naturais da vida, e todos os animais, incluindo peixes, necessitam desses elementos inorgânicos. Os peixes podem retirar esses minerais da dieta e também do ambiente aquático. Os minerais são responsáveis pela formação óssea, manutenção de sistemas coloidais, regulação do equilíbrio ácido-base e para compostos biologicamente importantes, tais como hormônios e enzimas. Deficiências de minerais podem causar patologias bioquímicas, estruturais e funcionais que dependem de vários fatores, incluindo a duração e o grau da deficiência deles (WATANABE et al., 1997).
Por causa de suas proporções e quantidades no tecido do corpo de animais superiores serem variáveis, elementos inorgânicos podem ser classificados em macroelementos (elementos que o corpo precisa em grandes quantidades) e vinte e cinco elementos da tabela periódica podem ser classificados em essenciais. No entanto, em termos práticos, os macroelementos considerados essenciais são o cálcio (Ca), fósforo (P), magnésio (Mg), potássio (K), sódio (Na), cloro (Cl) e enxofre (S) (HILTON, 1989; WATANABE et al, 1997).
Com elevada frequência, a mineração vem sendo desenvolvida em locais sensíveis ambientalmente e importantes para a preservação da biodiversidade, dos recursos hídricos, da paisagem ou de demais recursos naturais, que mostram equívocos técnicos de se considerar previamente essa atividade como sendo de baixo impacto ambiental. Cabe ressaltar que, em caso de exploração mineral em área de preservação permanente, o enquadramento como atividade de baixo impacto ambiental está fora de cogitação (MECHI; SANCHES, 2010).
Praticamente, toda atividade de mineração implica supressão de vegetação ou impedimento de sua regeneração. Em muitas situações, o solo superficial de maior fertilidade é também removido, e os solos remanescentes ficam expostos aos processos erosivos que podem acarretar em assoreamento dos corpos d’água do entorno. A qualidade das águas dos rios e reservatórios da mesma bacia, a jusante do empreendimento, pode ser prejudicada em razão da turbidez provocada pelos sedimentos finos em suspensão, assim como pela poluição causada por substâncias lixiviadas e carreadas ou contidas nos efluentes das áreas de mineração, tais como óleos, graxa, metais pesados. Estes últimos podem também atingir as águas subterrâneas (MECHI; SANCHES, 2010).
8
Segundo Macêdo (2001), poluição é qualquer alteração físico-química ou biológica causado pelos poluentes que perturba ou desequilibra o ecossistema. Os poluentes lançados no meio aquático estão ocasionando a contaminação destes ecossistemas, que interagem de acordo com as características e condições do meio receptor, sujeitos a transformação química (hidrólise), física (fotólises) e biológica (decomposição) (ESPÍNDOLA et al., 2005).
Os sedimentos de fundo, desempenham um papel importante no esquema de poluição dos rios, por metais pesados. Eles refletem a qualidade corrente do sistema aquático e podem ser usados para detectar a presença de contaminantes que não permanecem solúveis após seu lançamento em águas superficiais. Mais do que isso, os sedimentos agem como carreadores e possíveis fontes de poluição, pois os metais pesados não são permanentemente fixados por eles, e podem ser ressolubilizados para a água por mudanças nas condições ambientais (BEVILACQUA, 1996).
As formas de vida aquática retiram do meio líquido em que vivem o oxigênio e o dióxido de carbono, necessário à sua existência e também os sais minerais indispensáveis ao crescimento. Também as águas doces são fontes de vida, contribuindo para o desenvolvimento dos seres vivos, fornecendo alimento e abrigo (KOFF; NEHME; PEREIRA, 1989).
Os sedimentos têm sido reconhecidos como os maiores repositórios de poluentes no ambiente aquático, mesmo quando as concentrações na água são baixas ou inexpressivas. O acúmulo de contaminantes nos sedimentos tende a ocorrer tanto por mecanismos físico-químicos, como a floculação e precipitação direta, quanto por adsorção no material particulado e posterior deposição no fundo. Por isso, a contaminação dos sedimentos é utilizada como um importante indicador ambiental de poluição, servindo para mapear, traçar e monitorar fontes antropogênicas de contaminação e/ou anomalias causadas por processos geoquímicos naturais (HORTELLANI et al, 2005).
9
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
Avaliar as concentrações de macroelementos em sedimentos de fundo de áreas adjacentes a atividade mineral, sudeste do Cráton Amazônico.
2.2 Objetivos específicos
Determinar as concentrações de Ca, K, Na e Mg nos sedimentos de fundo dos rios adjacentes a atividade mineral na Província Mineral de Carajás.
Calcular o fator de enriquecimento para as áreas analisadas.
Realizar análises estatísticas do conjunto de macroelementos determinados nos sedimentos de fundo.
10
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 Sedimento
Os sedimentos de fundo podem ser considerados todos os materiais não consolidados, compostos por partículas de diferentes tamanhos, formas e composição química, conduzido por água, ar ou gelo, distribuído ao longo dos vales do sistema de drenagem e disposto a partir da interação constante e contínua dos processos de intemperismo e erosão (MUDROCH; MACKNIGHT, 1991). Tais processos, por sua vez, agem sobre diversos tipos de rochas e/ou seus produtos de intemperização (MOREIRA; BOAVENTURA, 2003).
Segundo Mudroch; Macknight 1991 o sedimento se constitui basicamente de águas intersticiais, que preenchem os espaços entre as partículas e equivale à cerca de 50% do sedimento; Material inorgânico, rochas, fragmentos de conchas e grãos resultantes da erosão natural do material da crosta terrestre; Material orgânico que ocupa pequeno volume, mas é um componente importante, por conta da característica de sorção e biodisponibilidade de muitos contaminantes; Material de origem antrópica. Na sedimentação os elementos químicos encontrados nos recursos hídricos são depostos nos sedimentos de superfície que no futuro irão constituir o sedimento de fundo. Devido isto é que os sedimentos servem de testemunho para poluentes.
3.2 Deposição de elementos nos sedimentos
Sedimentos são as camadas de partículas finamente divididas, que cobrem o fundo de rios, córregos, lagos, represas, baías, estuários e oceanos. Consiste, basicamente, na mistura de diferentes formas granulométricas que podem ser finos, médios e de textura granulada, nos quais se incluem argila, silte e areia, misturado com matéria orgânica. Podem variar na composição de uma matéria mineral pura à matéria predominantemente orgânica e são repositórios de uma variedade de produtos químicos, biológicos e detritos poluentes nos corpos d’água (MANAHAN, 1999).
Os processos de acumulação, reprocessamento e transferência dos constituintes do sedimento se dão por precipitação através dos processos químicos e biológicos nos rios, lagos e águas oceânicas (MUDROCH; MACKNIGHT 1991).
O sedimento pode ser dividido em dois grupos, Salomons e Fõrstner, 1984 (1) sedimentos finos, contendo partículas com diâmetro menor que 50 µm, os quais são
11
subdivididos em lodo e argila, (2) sedimentos grandes, com grãos maiores que 0,5 mm, subdivididos em areia e cascalho.
A fração silto-argilosa de sedimentos superficiais, dada a sua composição química e mineralógica e sua superfície específica, é a fração que contém os principais carreadores geoquímicos tanto de origem natural, quanto antrópica e, consequentemente, apresenta as maiores concentrações de metais (FORSTNER, 1990).
São amplamente utilizados como indicadores da qualidade ambiental, pois são locais em que ocorre a deposição, incorporação e acumulação de muitos compostos químicos, especialmente metais pesados e compostos orgânicos e, a partir deles, as espécies químicas podem ser transferidas para as águas, levando à bioacumulação e transferência na cadeia trófica (BAIRD, 2002; COTTA et al., 2006).
Existem fontes naturais de metais que são provenientes da erosão e intemperismos sobre as rochas. A deposição de metais em sedimentos aquáticos de acordo com FÖRSTNER; PATCHINEELAM (1981), pode seguir quatro mecanismos básicos:
a) são transportados e depositados pelos minerais detríticos provenientes de rochas e solos, de resíduos orgânicos e por perda do material sólido;
b) a sorção e a troca de cátions tomam lugar em substâncias constituídas de grãos finos, onde a superfície de contato é maior facilitando a agregação dos metais;
c) o aumento do pH promove, na zona estuarina, a formação de hidróxidos de metais e carbonatos. O aumento da salinidade causa a instabilidade dos colóides, pela adsorção de íons Ca²+Mg²+ nas superfícies de partículas orgânicas, ou de hidróxido de ferro III. Isto resulta na coagulação destes materiais e na sua precipitação, que também pode implicar na precipitação de outros metais;
d) em águas ricas em matéria orgânica, a solubilidade é efetuada pela combinação de processos de complexação e redução. A incorporação ao sedimento envolve mecanismos de adsorção, floculação, polimerização e precipitação.
A maior parte dos contaminantes é adsorvida na matéria particulada em suspensão, que pode ser transportada para o sedimento por floculação e sedimentação. Além disso, metais desempenham um importante papel no funcionamento da vida em nosso planeta, em pequenas quantidades fazem parte da constituição dos organismos marinhos e alguns são extremamente essenciais, mas dependendo da sua concentração, são altamente tóxicos (BRYAN, 1971; TEMPLETON et al., 2000).
12
3.3 Macroelementos analisados
Segundo Masutti, 1999 os elementos O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, Ti, H, P e S compreendem 99% da crosta terrestre, em consequência, a natureza descarrega grandes quantidades de vários elementos sobre o ambiente e seus habitantes. Desde o seu aparecimento, o homem tem interferido nas atividades naturais, dela extraindo ou nela descartando, alterando as condições naturais. Por outro lado, a natureza também faz descargas através das atividades geológicas, intemperismo e vulcanismo, podendo ter sua magnitude estimada.
3.3.1 Cálcio (Ca)
O cálcio é um macroelemento de baixa dureza, prateado, que se comporta facilmente com o oxigênio do ar e com a água. Na natureza ele não se apresenta isolado, como metal, é encontrado principalmente como constituinte de rochas, como calcáreos, como a mármore (CaCO3), gipso (CaSO4.2H2O) e fluorita (CaF2). (PEIXOTO, 2004).
O cálcio é um nutriente metálico vital de grande importância em sistemas hídricos, logo que sua presença influencia a ciclagem de elementos como os fosfatos, geralmente acham-se sobre duas formas principais: bicarbonato e carbonato de cálcio (ESTEVES et al., 2011).
O cálcio é o quinto elemento com maior frequência da Terra, representando cerca de 3,5% da massa da crosta terrestre, é um elemento de grande importância para todos os seres vivos, sendo o elemento metálico mais presente no corpo humano. Ele é vital para o crescimento e manutenção dos ossos e dos dentes e auxilia na coagulação do sangue e na contração muscular (PEIXOTO, 2004).
3.3.2 Magnésio (Mg)
O magnésio está entre os oito elementos mais abundantes da crosta terrestre, em torno de 2,5%. Em ambiente natural este elemento está presente na clorofila, fundamental no processo da fotossíntese, e tem como função nos vegetais semelhantes a hemoglobina para humanos. Está presente em diversas reações enzimáticas, como no metabolismo de açúcares, nas células fluídos e ossos do corpo humano, sendo de suma importância para a vida animal de modo geral (PEIXOTO, 2000).
O magnésio é essencial como cofator de muitas reações enzimáticas no metabolismo, como fosfoquinases, tioquinases, fosfatases, pirofosfatases e aminoacil sintetases, assim como desempenha papel importante na respiração de peixes de água doce. Assim como cálcio atua
13
no sistema esquelético no metabolismo do tecido, além da osmorregulação e transmissão neuromuscular. Este elemento pode ser absorvido pela alimentação e pela água, em ambientes água doce a concentração de Mg pode não ser necessária, onde no ambiente marinho normalmente atende as demandas diárias do pescado. Em deficiência o magnésio os peixes podem apresentar anorexia, crescimento reduzido e letargia (NRC, 1993).
3.3.3 Potássio (K)
O potássio é um macronutriente essencial, extremamente reativo, eletropositivo é um dos metais menos densos e tem amplo uso na produção de fertilizantes agrícolas (MINEROPAR, 2001, CAMPOS, 2010). Uma importante função do potássio é a troca e transporte de outros íons para os meios intracelular e extracelular (ESTEVES et al., 2011).
O potássio é um metal em grande abundância na crosta terrestre, presente em rochas, solos, oceanos e lagos, além disso oxida-se com o oxigênio e é bastante reativo com a água. Esse elemento atua no metabolismo de plantas, onde é absorvido pelo solo em forma de tartaratos e oxalatos, podendo ser convertidos quando as plantas são queimadas. Nos organismos mais desenvolvidos, como na transmissão de impulsos eletroquímicos dos nervos, fibras musculares, balanceamento na alimentação e remoção de subprodutos nas células (PEIXOTO, 2004).
3.3.4 Sódio (Na)
Os sais de sódio são encontrados em abundância na natureza, desempenham papel importante na membrana celular humana onde controlam o equilíbrio das membranas através dos íons de sódio (Na+) em conjunto com íons de potássio (K+). Em desequilíbrio este elemento pode provocar disfunções fisiológicas através de doenças, diarreia, desidratação e distúrbios intestinais (PEIXOTO, 1999).
O sódio assim como o potássio é um eletrólito abundante no organismo, juntamente com o cloro são cátions e aníons, respectivamente que atuam no fluido extracelular corpóreo. Normalmente esses elementos não se apresentam em deficiências nos peixes, pois estes animais absorvem rapidamente esses elementos no meio aquático. Algumas espécies de peixes demandam suplementação de sódio, entretanto em excesso afeta o crescimento e a eficiência alimentar (NRC, 1993).
14
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 Caracterização da área
A área de estudo está localizada na província mineral de Carajás, sudeste do estado do Pará, marcada por terrenos montanhosos, com área aproximada de 120 mil quilômetros quadrados (PARADELLA; CHENG, 2013), vem experimentando prolongados períodos de clima quente e úmido, tipo Aw definido por Köppen (ALVARES et al., 2013), com alta precipitação anual e um período claramente definido de seca, com precipitação de 2,033 mm e temperaturas mensais entre 25,1º C e 26,3º C (VIANA et al., 2016).
Figura 1. Localização das áreas de coleta.
15
As bacias hidrográficas dos rios Parauapebas, Itacaiunas e seus tributários são os principais recursos hídricos que banham os municípios de Canaã dos Carajás, Parauapebas e Marabá, além de outros rios de menor expressividade dimensional como o Igarapé Gelado e rio Tapirapé. Com exceção deste último, todos passam ou margeiam áreas de atividade mineral de Cu, Fe, Mn, Cr e Ni (LIMA, 2019).
O rio Igarapé Gelado, originado na região montanhosa de Carajás, é um tributário do rio Parauapebas muito utilizado para recreação e pesca. Por outro lado, esse tributário recebe água da pós-barragem de mineração de Fe, nos limites internos da Área de Preservação Ambiental (APA) Igarapé Gelado. O Igarapé Gelado está inserido em sua maior parte na APA criada pelo IBAMA com a finalidade de preservar as áreas adjacentes a exploração mineral na Serra dos Carajás (Decreto 97.718 de 5 de maio de 1989) originou a APA do Igarapé Gelado objetivando promover a salvaguarda da biota nativa, para garantia das espécies, proteção dos habitats das espécies raras, endêmicas, em perigo e ameaçadas de extinção (LIMA, 2019).
O rio Parauapebas é um importante tributário do rio Itacaiunas. Em seu percurso margeiam áreas de atividades minerais, como por exemplo, a mina de Cu Sossego. O rio Parauapebas é responsável pelo fornecimento de água para quase a totalidade do abastecimento público da cidade de Parauapebas, que tem aproximadamente 202.882 habitantes (IBGE, 2018), além de servir como fonte de recreação e pesca (LIMA, 2019).
A micro bacia do Tapirapé é um tributário do rio Itacaiunas, porém, distante do complexo de atividade mineral. A micro bacia do rio Tapirapé encontra-se a oeste do rio Itacaiunas, margeando a Reserva Biológica do Tapirapé (ReBio), município de Marabá. Esta unidade de conservação possui restrições de uso, em decorrência de sua utilização estar reservada para proteção da fauna e flora amazônica, o que explica a não ocorrência de atividade mineral nessa área (LIMA, 2019).
4.2 Amostragens de sedimentos
Os sedimentos foram coletados com uso de uma draga do tipo Ekman-Birge, realizando-se amostragens compostas de aproximadamente 500 g por dragagem. Para determinar as concentrações de EPTs foram utilizados 0,5 g de amostras de solo (<0,15 mm) com 9 mL de HNO3 e 3 mL de HCl concentrado, digerido em um forno de microondas de acordo com a EPA
3051A (USEPA, 2007). Os extratos digeridos foram diluídos com água deionizada até um volume final de 50 mL e filtrada (0,45 μm de PTFE). Os teores de Ca, Mg, K e Na foram quantificados por espectrometria de emissão óptica de plasma acoplada indutivamente
(ICP-16
OES), modelo Vista- MPX CCD simultâneo, axial da VARIAN, com um sistema de amostragem automático (SPS- 5).
Para confiabilidade dos dados, as amostras foram analisadas em triplicata e, uma amostra em branco, juntamente com uma amostra certificada do material de referência ERM-CC141 foi incluído em cada bateria de 22 amostras.
4.3 Fator de enriquecimento
Foi calculado o fator de enriquecimento (FE) para avaliar a contribuição antrópica ou geoquímica dos EPTs, de acordo com a equação 1. O Al foi usado para a normalização geoquímica, por ser considerado um elemento conservador (BHUIYAN et al., 2010).
Onde, X1 é a concentração EPTs (mg kg-1) na amostra; Y1 é a contração de Al (mg kg
-1) na amostra; X2 é o folheto médio dos EPTs (mg kg-1) na crosta terrestre e Y2 é o folheto
médio de Al (mg kg-1) na crosta terrestre.
Por convenção, se o valor 0,5<FE<1,5 considera-se que os EPTs são provenientes da contribuição crustal (produto de intemperismo), por outro lado, se FE> 1,5 é indicativo de que a fonte principal é a contribuição antrópica (ZHANG et a., 2002).
4.4 Análise estatística
Foram aplicados o teste de normalidade de Shapiro-Wilk e calculados a estatística descritiva dos dados. As correlações de Pearson foram calculadas entre o conjunto de macroelementos analisados nos sedimentos de fundo. Nesse trabalho considerou-se como correlação significativa os valores: correlação bem fraca (0,0 a 0,19), fraca (0,20 a 0,39), moderada (0,40 a 0,69), forte (0,70 a 0,89) e muito forte (0,90 a 1,00). Portanto indicam que valores apresentam forte correlação quando estão mais próximos de 1 ou -1, sendo correlação positiva quando r>0 e negativa quando r<0.
17
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Macroelementos nos sedimentos
As concentrações dos macroelementos analisados nas áreas de amostragens são mostrados na tabela 1. Os valores obtidos para o coeficiente de variação foram superiores a 30 % e indicam grande variabilidade dos macroelementos nas áreas de estudo.
Tabela 1 – Análise descritiva da concentração dos macroelementos nos sedimentos. Elementos Ca (mg kg-1) K (mg kg-1) Mg (mg kg-1) Na (mg kg-1) Nº Pontos 14 14 14 14 Mín. 274,97 147,08 166,39 109,41 Máx. 1146,16 1094,86 6717,06 7298,93 Média 642,93 503,47 963,70 649,88 E.P.* 74,01 86,61 449,49 511,48 D.P.** 276,92 324,08 1681,83 1913,78 Mediana 591,17 437,75 398,89 138,14 25 percentil 413,49 207,28 333,13 128,36 75 percentil 881,94 714,22 954,80 154,58 C.V. (%)*** 43,07 64,37 174,52 294,48
*E.P.: Erro Padrão; **D.P.: Desvio Padrão; ***C.V.: Coeficiente de Variação.
5.1.1 Cálcio e Magnésio
As concentrações de cálcio obtidas tiveram concentração média de 642,93 mg kg-1, com mínimo de 274,97 mg kg-1 (ponto 5), localizado no Igarapé Gelado e uma máxima de 1146,16 mg kg-1 próxima do rio Parauapebas (ponto 12) em áreas adjacentes a mineração.
O magnésio apresentou concentração média de 963,70 mg kg-1, verificou-se que o valor mais baixo ocorreu no (ponto 2), cujo valor foi 166,39 mg kg-1, enquanto que o mais elevado foi 6717,06 mg kg-1, ocorrido no (ponto 7). Pode-se notar que a menor concentração ocorreu nas águas do rio Tapirapé e a maior foi localizada no igarapé Gelado.
Possivelmente que as descargas dos diversos tipos de efluentes, lançadas nestes rios, estejam contribuindo para essa grande variação entre os pontos. O cálcio e o magnésio possuem relação direta com a dureza das águas, dureza é a concentração de cátions multimetálicos em solução. Os cátions frequentemente associados à dureza são cálcio e magnésio (Ca2+, Mg2+), e
18
em menor escala ferro (Fe2+), manganês (Mn²+), estrôncio (Sr2+) e alumínio (Al3+) (USEPA, 2015; Brasil, 2006). Segundo a UNEP (2008) a dureza é influenciada pela geologia da bacia de drenagem e por atividades antrópicas. As principais fontes de dureza são a dissolução de minerais contendo cálcio e magnésio, exemplificando, as rochas calcárias e os despejos industriais (VON SPERLING, 2007).
5.1.2 Potássio
O potássio no presente estudo apresentou concentrações média de 503,47 mg kg-1,
mínima de 147,08 mg kg-1 no (ponto 13), próximo a mineração do rio Parauapebas e máxima de 1094,86 mg kg-1 no (ponto 4) do rio Itacaiunas. Este macroelemente foi um dos que
apresentaram menor variação entre seus pontos. O potássio é um elemento que está em baixas concentrações nas águas naturais, consequentemente nos sedimentos superficiais, sendo a lixiviação das rochas a sua principal fonte natural. (ZUIN et al., 2009). Isso revela que suas concentrações estão associadas a geoquímica local, por ser uma região metalogênica altamente influenciada por fatores ambientais tropicais que favorecem processos erosivos nas rochas e solos.
5.1.3 Na
O sódio apresentou valores de concentrações média de 649,88 mg kg-1 dentre os 14
pontos analisados, com máxima de 7298,93 mg kg-1 no (ponto 7) localizado no igarapé Gelado
e uma mínima de 109,408 mg kg-1 no (ponto 10) do rio Parauapebas. O elemento Na pode entrar
nos corpos d’água por fontes naturais ou antrópicas. No primeiro caso pode ser por lixiviação das rochas e no segundo caso por esgotos sanitários, efluentes industriais e/ou atividades agrícolas (CETESB, 2012; VON SPERLING, 2007). Segundo a CETESB (2012), as concentrações de sódio em águas superficiais variam consideravelmente por fatores como a geologia do local, as descargas de efluentes, o uso sazonal de sais nas rodovias e o uso de fertilizantes na agricultura. O aumento do Na no ponto 7 pode estar associado à sua localização, nas proximidades de uma barragem de rejeito. Nessas áreas geralmente ocorrem grandes perturbações nas rochas e solos como resultado da atividade mineral e isso favorece a liberação e incremento de vários elementos para os ambientes adjacentes.
19
5.2 Fator de enriquecimento
Utilizando os valores da equação 1 obtidos para os 14 pontos, determinou-se o FE para os elementos cálcio, potássio, magnésio e sódio (Tabela2).
Tabela 2 - Fatores de enriquecimentos nos sedimentos
Pontos Ca K Mg Na 01 0,0 0,1 0,0 0,0 02 0,1 0,1 0,1 0,1 03 0,0 0,1 0,1 0,0 04 0,1 0,1 0,1 0,0 05 0,0 0,1 0,0 0,0 06 0,0 0,0 0,0 0,0 07 0,0 0,0 0,4* 0,6* 08 0,0 0,2 0,2 0,1 09 0,1 0,3 0,2 0,0 10 0,1 0,2 0,2 0,0 11 0,1 0,4* 0,3 0,0 12 0,3* 0,1 0,1 0,1 13 0,1 0,1 0,1 0,1 14 0,0 0,1 0,1 0,0
*Fator de enriquecimento mais elevado.
5.2.1 Cálcio
De acordo com a tabela 2 verificou-se que o cálcio apresentou um enriquecimento máximo de (FE= 0,3) no ponto 12, proveniente da contribuição crustal. O cálcio ocorre predominantemente como silicatos, carbonatos, fosfatos, sulfatos e boratos. O cálcio está presente nos carbonatos, mais comumente na calcita e na dolomita e nos minerais acessórios apatita e fluorita (WEDEPOHL, 1978). Isso revela que as concentrações desse elemento são naturais e estão associadas a mineralogia local.
20
5.2.2 Magnésio
O enriquecimento para o ponto 11 de Mg (FE= 0,4) foi o valor máximo, entre os 14 pontos e está associado ao intemperismo. O magnésio participa da composição de minerais de vários grupos: óxidos e hidróxidos; silicatos; carbonatos; sulfatos; fosfatos, arseniatos; boratos, haloides e outros minerais. Nos sedimentos, além dos minerais evaporitos, que é um caso especial, está presente principalmente na dolomita e nos filossilicatos (WEDEPOHL,1978).
5.2.3 Potássio
A amostra do ponto 07 do elemento K foi a que obteve maior enriquecimento (FE= 0,4) enquadrada em fontes oriundas do ambiente natural. Os minerais que contém potássio como principal constituinte são os feldspatos, micas (moscovitas), leucita e nefelina. (WEDEPOHL, 1978).
5.2.4 Sódio
O maior resultado do fator de enriquecimento (FE= 0,6) para sódio, no ponto 07, sendo a amostra mais enriquecida, no entanto, ainda é caracterizada de origem natural e não antrópica.
5.3 Análise de correlação
Foi utilizado o cálculo de correlação de Pearson (tabela 3) para analisar o grau de correlação entre dois resultados obtidos dos macroelementos estudados.
Tabela 3 – Correlação de Pearson entre os macroelementos em sedimentos.
Elementos Ca K Mg Na
Ca - 0,50* 0,05 0,09
K -0,20 - 0,64* 0,38
Mg 0,53* -0,14 - 2,32e-10
Na 0,46* -0,26 0,98** -
21
A correlação mais significativa foi caracterizada por “muito forte” entre sódio-magnésio (0,98). Os demais elementos se correlacionaram “moderadamente” entre cálcio-potássio (0,50), potássio-magnésio (0,64), magnésio-cálcio (0,53) e sódio-cálcio (0,46).
22
6 CONCLUSÃO
As concentrações dos macroelementos apresentaram grande variabilidade nos sedimentos de fundo das áreas analisadas, com valores ligeiramente elevados de Ca, Mg e Na nas áreas adjacentes à atividade mineral. Por outro lado, o fator de enriquecimento revelou que os as concentrações dos elementos estudados são de origem natural, o que mostrando que a geologia local exerce forte influência sobre suas concentrações.
A análise estatística indicou que os macroelementos analisados estão moderadamente a fortemente correlacionados e suas associações podem estar ligados a composição mineralógica das áreas de amostragens.
Apesar de não serem estipulados valores máximos e mínimos para a concentração de macroelementos pela legislação, os resultados encontrados constituem uma importante ferramenta para desenvolvimento de política ambiental regional para áreas de exploração mineral.
23
REFERÊNCIAS
ALVARES, C.A. et al. Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, v.22, p.711-728, 2013.
BAIRD, C. 2002. Química Ambiental. Porto Alegre: Bookman, 300 p.
BEVILACQUA, J. E. – Estudos Sobre a Caracterização e a Estabilidade de amostras de Sedimento do Rio Tietê, S.P. – Tese de Doutorado, Instituto de Química, São Paulo, 1996. BHUIYAN, M.A., Islam, M., Dampare, S.B., Parvez, L., Suzuki, S., 2010. Evaluation of hazardous metal pollution in irrigation and drinking water systems in the vicinity of a coal mine area of northwestern Bangladesh. J. Hazard Mater. 179 (3), 1065–1077.
BRASIL. Secretaria de Vigilância em Saúde. Vigilância e controle da qualidade da água para o consumo. Brasília, 2006. 212 p.
BRYAN, G. W. 1971. The effects of heavy metals (other than Mercury) on marine and estuarine organisms. Proc. Roy. Soc. Lond. B., v. 177, p. 389 – 410
CAMPOS, Maria Lucia A. Moura. Introdução a Biogeoquímica de Ambientes Aquáticos. Campinas: Átomo, 2010.
COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO - CETESB. Website. 2012. http://www.cetesb.sp.gov.br. Acesso: 20 set. 2012.
COTTA, J. A. O.; REZENDE, M. O. O.; PIOVANI, M. R. 2006. Avaliação do teor de metais e sedimento do rio Betari no Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira – PETAR, São Paulo, Brasil. Quim. Nova, v. 29 (1), p. 40-45.
ESPÍNDOLA, E. L. G. et al. Ecotoxicologia perspectivas para o Século XXI. São Paulo: RIMA, 2005.
ESTEVES, Francisco de Assis; FIGUEIREDO-BARROS, Marcos Paulo; PETRUCIO, Mauricio Mello. Principais Cátions e Ânions. Fundamentos de Limnologia. Rio de Janeiro: Interciência, 2011.
FORSTNER, U. Inorganic chemistry and elemental spectrum. In sediments: Chemistry and toxicity of enplane pollutants. Lewis Publishers. 1990.
FÖRSTNER, U.; PATCHINEELAM, S. R. 1981. Chemical associations of metals in marine deposits with special reference to pollution in the German North Sea. Reun. Cons. Int. Explor. Mer, v. 181, p. 49-58.
HILTON, J. W.;(1989) The interaction of vitamins, minerals Na diet composition in the diet of fish. Aquaculture, v. 79, p. 223-244.
24
HORTELLANI MA, Sarkis JES, Bonetti J, Bonetti C. Evaluation of mercury contamination in sediments from Santos – São Vicente estuarine System, São Paulo State, Brazil. J Braz Chemistry Society. 2005; 16(6A):1140-9.
IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística). 2018. Disponível am: https://www.ibge.gov.br/. Acesso em 2 de janeiro de 2018.
KOFF, A. M.; NEHME S.; PEREIRA, E. S. A. Discutindo a preservação da vida: educaçãoambiental. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 1989.
LIMA, M. W. Elementos potencialmente tóxicos em solos, sedimentos, água e peixes da província mineral de carajás, sudeste do craton amazônico. 2019. 91 f. Tese (Doutorado em Agronomia). Universidade Federal Rural da Amazônia, Belém, 2019.
MACÊDO, J. A. B. Águas e águas. São Paulo: Varela, 2001.
MANAHAN, S.E. Environmental Chemistry, 7th ed.: Lewis Publishers, 1999.
MASUTTI, Mariana Beraldo. O Manouezal do Itacorubi como Barreira BiogeoQuímica: estudo de Caso. Florianópolis: Universidade Regional de Santa Catarina, 1999. 199 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) - Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, UFSC,1999.
MECHI, A.; SANCHES, D. L. Impactos ambientais da mineração no Estado de São Paulo. São Paulo: estudos avançados 24 (68), 2010.
MINEROPAR – Minerais do Paraná S. A. Atlas Geoquímico da Folha de Curitiba. Curitiba: Governo do Estado do Paraná, 2001.
MOREIRA, R. C. A. & BOAVENTURA, G. R. Referência Geoquímica Regional para a Interpretação das Concentrações de Elementos Químicos nos Sedimentos do Lago Paranoá-DF. Química Nova, São Paulo, v. 26, n. 6, p. 812-820, 2003
MUDROCH, A & MACKNIGHT, S. D. – Handbook of Techniques for Aquatic Sediments Sampling - CRC, U.S., 1991.
NATIONAL RESEARCH COUNCIL - NRC. Nutrient Requirements of Fish. 2 ed. Washington, D.C.: National Academy of Sciences, 1993. 115 p.
PARADELLA, W.R., CHENG, P., 2013. Using GeoEye-1 stereo data in mining applications: automatic DEM generation, Geoinformatics. 16, 10–12.
PEIXOTO, Eduardo Motta Alves. Elemento Químico-Cálcio. Quimica Nova na Escola. 20, novembro de 2004a. Disponivel em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc20/v20a12.pdf>. Acesso em: 7 de outubro 2020.
PEIXOTO, Eduardo Motta Alves. Elemento Químico-Potássio. Química Nova na Escola. 19, maio de 2004b. Disponível em:< http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a14.pdf>. Acesso em: 7 de outubro 2020.
25
PEIXOTO, Eduardo Motta Alves. Elemento Químico-Magnésio. Química Nova na Escola. 12, novembro de 2000. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc12/v12a11.pdf>. Acesso em: 7 de outubro 2020.
PEIXOTO, Eduardo Motta Alves. Elemento Químico-Sódio. Química Nova na Escola. 10, novembro de 1999. Disponível em:< http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc10/elemento.pdf>. Acesso em: 7 de outubro 2020.
SALAMONS, W; FÖRSTNER, U. Metals in hydrocicle. Springer-Verlag. New York, 1984. p. 349.
TEMPLETON, D. M.; ARIESE, F.; CORNELIS, R.; DANIELSSON, L. G.; MUNTAU, H.; LEEUWEN, H. P. V.; LOBINSKI, R. 2000. Guidelines for Terms Related to Chemical Seciation and Fractionation of Elements. Definitions, Structural Aspects, and Methodological Approaches (IUPAC Recommendations 200). Pure Appl. Chem., v. 72 (8), p. 1453-1470.
UNITED NATIONS ENVIRONMENT PROGRAMME – UNEP. Vital water graphics: an overview of the state of the World’s Fresh and marine waters. 2nd Edition. Nairobi, 2008. UNITED STATES. Environmental Protection Agency - USEPA. Secondary maximum contaminant levels: a strategy for drinking water quality and consumer acceptability. 2015. Disponível em: http://www.waterrf.org/PublicReportLibrary/4537.pdf. Acesso em: set.
VIANA, P.L., MOTA, N.F.O., GIL, A.S.B., SALINO, A., ZAPPI, D.C., HARLEY, R. M., LKIU-BORGES, A.L., SECCO, R.S., Almeida, T.E., WATANABE, M.T.C., SANTOS, J.U.M., TROVÓ, M., MAURITY, C., GIULIETTI, A.M., 2016. Flora of the cangas of the Serra dos Carajás, Pará, Brazil: history, study area and methodology. Rodriguésia. 67, 1107-1124.
VON SPERLING, M. Estudos de modelagem da qualidade da água de rios. Belo Horizonte: UFMG, 2007. Vol. 7. 452 p.
WATANABE, T., KIRON, V.; SATOH, S. Trace minerals in fish nutrition. Aquaculture, v. 151, p. 185-207, 1997.
WEDEPOHL K. H. 1978. Handbook of Geochemistry. Springer Velag, Berlin, Heidelberg, New York, V.II/1, 2, 3, 4 e 5.
ZHANG, L., Wan, L., Chang, N., Liu, J., Duan, C., Zhou, Q., et al., 2002. Removal of phosphate from water by activated carbon fiber loaded with lanthanum oxide. J. Hazard Mater. 190 (1-3), 848–855.
ZUIN, V. G.; IORIATTI, M. C. S.; MATHEUS C. E. O emprego de parâmetros físicos e químicos para a avaliação da qualidade de águas naturais: uma proposta para a educação química e ambiental na perspectiva CTSA. Química Nova na Escola, v. 31. 2009.
