INFLUÊNCIA DA MINERAÇÃO NA GEOQUÍMICA DAS ÁGUAS SUPERFICIAIS E DOS SEDIMENTOS NO ALTO CURSO DA BACIA DO RIBEIRÃO MATA PORCOS, QUADRILÁTERO FERRÍFERO – MINAS GERAIS

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INFLUÊNCIA DA MINERAÇÃO NA GEOQUÍMICA DAS

ÁGUAS SUPERFICIAIS E DOS SEDIMENTOS NO ALTO

CURSO DA BACIA DO RIBEIRÃO MATA PORCOS,

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Reitor

João Luiz Martins

Vice-Reitor

Antenor Barbosa Júnior

Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação

André Barros Cota

ESCOLA DE MINAS

Diretor

José Geraldo Arantes de Azevedo Brito

Vice-Diretor

Wilson Trigueiro de Souza

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

Chefe

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E V O LL U Ç Ã O

O C R U

U S T A L

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CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA – VOL. 71

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Nº 307

INFLUÊNCIA DA MINERAÇÃO NA GEOQUÍMICA DAS ÁGUAS

SUPERFICIAIS E DOS SEDIMENTOS NO ALTO CURSO DA BACIA

DO RIBEIRÃO MATA PORCOS, QUADRILÁTERO FERRÍFERO –

MINAS GERAIS

Fellipe Pinheiro Chagas Mendonça

Orientadora

Mariangela Garcia Praça Leite

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial à obtenção do Título de Mestre em Ciências Naturais, Área de Concentração:

Geologia Ambiental e Conservação de Recursos Naturais

OURO PRETO

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Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br Escola de Minas - http://www.em.ufop.br

Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/

Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita

35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais

Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 e-mail: pgrad@degeo.ufop.br

Catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br

Os direitos de tradução e reprodução reservados.

Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito autoral.

M539i Mendonça, Fellipe Pinheiro Chagas.

Influência da mineração na geoquímica das águas superficiais e nos sedimentos no alto curso da bacia do ribeirão Mata Porcos, Quadrilátero Ferrífero – Minas Gerais [manuscrito] / Fellipe Pinheiro Chagas Mendonça – 2012.

xxiii, 131f. : il. color.; grafs.; tabs.; mapas. (Contribuições às Ciências da Terra, Série M, v.71, n. 307)

ISSN: 85-230-0108-6

Orientadora: Profª Drª Mariângela Garcia Praça Leite.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais.

Área de concentração:Geologia Ambiental

e Conservação de Recursos Naturais.

1. Geoquímica ambiental - Teses. 2. Bacias hidrográficas - Teses. 3. Quadrilátero Ferrífero (MG) - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título.

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Agradecimentos

Agradeço a Deus, soberano sobre todas as coisas e pelo dom da vida;

As minhas tias-mães Cecília, Ana e Adriana que vêm me guiando sempre com amor incondicional e sabedoria; A todos os primos, afilhados, agregados... Amo muito vocês!

Ao meu pai Fernando e a Ana Lúcia sempre presentes;

Aos amigos que compreenderam o distanciamento nesse período e que nunca deixaram de estar comigo, em especial ao meu amigo-irmão Davi, a Ângela, ao Luís Felipe e a todos os outros, que são tão importantes! Vocês são minha segunda família!

Ao João Tadeu pelo carinho, compreensão e cuidado, especialmente por ser tão companheiro; A todos os amigos da pós-graduação que me ajudaram a cumprir essa etapa; a minha querida Fernanda Ataíde (Fefezuda) por enfrentar praticamente todos os campos comigo! A Fernanda Costa, presente desde o início desta jornada. Aos bolsistas Lucas (Cuada) e Klaus que contribuíram muito para esse trabalho, com responsabilidade e competência. Ao Raphael, Érika e Lili, meus companheiros de sala e de discussões acadêmicas; A Augusta, por todo o carinho comigo. A Debora Reis pelo incentivo constante;

Ao Fábio, ao Rondon, e a Jaguatirica pela alegria da convivência aqui em casa!

As empresas Mineração Herculano e a SAFM nas pessoas do Armando, Edimilson, Marcelo e Glauco por sempre disponibilizar toda a ajuda necessária para a condução dessa pesquisa; Ao Toninho, por abrir as portas da sua fazenda e nos receber com cordialidade;

Ao Governo de Minas, por meio do Instituto Estadual de Florestas, pela logística nos trabalhos de campo, pelos materiais cartográficos e por me ceder durante estes dois anos para a Universidade Federal de Ouro Preto. Meu obrigado a todos os colegas da Diretoria de Áreas Protegidas: Silvério, Élcio, Denise, Delma, Ivan, Mariana Gontijo e Madazinha. Ao Ronaldo Ferreira e a Josyany pelo apoio nos campos. A Adauta e a todo o pessoal da GEMOG, sempre me socorrendo!

A CAPES pela bolsa-auxílio em todo o período;

Ao Laboratório de Geoquímica Ambiental – LGQA e toda a sua equipe, minha sincera gratidão. Ao coordenador Prof. Hermínio, a Adriana, ao Leo e ao Celso. Vocês são pessoas fantásticas, obrigado!

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Sumário

AGRADECIMENTOS ... ix

LISTA DE FIGURAS ... xiii

LISTA DE TABELAS ... xix

RESUMO ... xxi

ABSTRACT ... xxiii

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ... 1

1.1- CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 1

1.2- HIPÓTESES ... 2

1.3- OBJETIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS ... 3

CAPÍTULO 2. A MINERAÇÃO E OS RECURSOS HÍDRICOS ... 5

2.1- A MINERAÇÃO ... 5

2.2- IMPACTOS AMBIENTAIS DA MINERAÇÃO SOBRE OS RECURSOS HÍDRICOS ... 6

2.2.1- Impactos da exploração do ferro ...10

2.2.2- Impactos da exploração do ouro ...12

2.2.3- Impactos da exploração do caulim ...13

2.3- MINERAÇÃO E RECURSOS HÍDRICOS NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO ...14

CAPÍTULO 3. METODOLOGIA ...19

3.1- CONSIDERAÇÕES INICIAIS ...19

3.2- PRODUÇÃO CARTOGRÁFICA ...20

3.2.1- Hidrografia e hierarquização dos canais ...20

3.2.2- Hipsometria e declividade ...20

3.2.3- Processamento digital de imagens de sensoriamento remoto ...21

3.3- ESCOLHA DOS PONTOS DE MONITORAMENTO ...22

3.4- AMOSTRAGEM ...24

3.4.1- Campanhas de coleta de amostras ...24

3.4.2- Determinação da velocidade de fluxo, profundidade e largura do canal ...24

3.4.3- Amostragem das águas ...25

3.4.4- Amostragem dos sedimentos de leito ...26

3.5- ANÁLISES DA ÁGUA E DO SEDIMENTO ...26

3.5.1- Análises da água realizadas in situ ...26

3.5.2- Geoquímica das águas superficiais ...27

3.5.3- Granulometria dos sedimentos de leito ...28

3.5.4- Mineralogia dos sedimentos de leito ...29

3.5.5- Geoquímica dos sedimentos de leito ...29

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CAPÍTULO 4. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ... 33

4.1- LOCALIZAÇÃO E ACESSO ... 33

4.2- CLIMA E HIDROGRAFIA ... 34

4.3- USO, OCUPAÇÃO E COBERTURA VEGETAL ... 38

4.4- GEOMORFOLOGIA ... 41

4.5- GEOLOGIA REGIONAL E LOCAL ... 44

4.6- MINERAÇÕES ... 49

4.6.1 - Mineração Magnesita (caulim) ... 49

4.6.2 - Mineração Herculano (ferro e manganês) ... 50

4.6.3 - Mineração SAFM (ferro e manganês) ... 51

4.6.4 - Mineração Várzea do Lopes – Gerdau (ferro) ... 52

4.6.5 - Mineração de Arêdes (ferro) ... 53

4.6.6 - Sítios arqueológicos da exploração mineral (ouro) ... 54

CAPÍTULO 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 55

5.1- CONTROLE GEOLÓGICO NA GEOQUÍMICA DAS ÁGUAS E DOS SEDIMENTOS NAS NASCENTES ... 55

5.2- INFLUÊNCIA DA MINERAÇÃO DE FERRO NO RIBEIRÃO ARÊDES ... 58

5.2.1- Análise das águas ... 59

5.2.2- Análise dos sedimentos ... 65

5.3- INFLUÊNCIA DA MINERAÇÃO DE FERRO NO RIBEIRÃO DO SILVA ... 73

5.4- INFLUÊNCIA DA MINERAÇÃO DE FERRO NO CÓRREGO BENEVIDES ... 85

5.5- INFLUÊNCIA DA MINERAÇÃO DE CAULIM NO RIBEIRÃO DO SILVA ... 92

5.6- TAMPONAMENTO DO SISTEMA FLUVIAL PELAS FORMAÇÕES FECHO DO FUNIL E GANDARELA ... 104

CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES ... 107

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 109

APÊNDICES ... 115

ANEXOS ... 129

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Lista de figuras

Figura 2.1- Principais estados brasileiros produtores de minérios no ano de 2010 de acordo com o recolhimento da CFEM – Contribuição Financeira pela Exploração de Recursos Minerais ... 6 Figura 2.2- Desenho esquemático das principais estruturas encontradas em uma mina do tipo céu

aberto, evidenciando sua relação com os cursos d’água. Em a) cava; em b) pilhas de estéril, em c) barragem de rejeitos; em d) planta de beneficiamento de minérios; em e) diques de contenção de material fino. Adaptado de Förstner & Salomons (1995). ... 7 Figura 3.1- Fluxograma geral das etapas desenvolvidas ao longo do trabalho.. ... 19 Figura 3.2- Mapa da área de estudo com a hidrografia e os pontos de amostragem. As áreas de

ocupação dos empreendimentos foram extraídas do mapa de uso e ocupação produzido por classificação supervisionada. Em verde as minas em atividade; em vermelho as minas que estão paralisadas.. ... 23 Figura 3.3- Fotografia e desenho esquemático da técnica de integração na vertical para a obtenção

da vazão em uma determinada seção do rio. O trecho na fotografia é uma secção do ribeirão Arêdes. ... 25 Figura 3.4- Fotografias representativas dos aparelhos utilizados para análises. a) multiparâmetro;

b) turbidímetro; c) oxímetro e d) colorímetro. ... 27 Figura 4.1- Mapa de localização da área de estudo, alto curso da bacia do ribeirão Mata Porcos

(montante da comunidade rural de Ribeirão do Eixo).. ... 34 Figura 4.2- Hietograma da precipitação total anual da estação pluviométrica Mina do Pico (latitude

20°22’00’’ S, e longitude 43°29’00’’ W). Adaptado de SAFM (2010).. ... 35 Figura 4.3- Hietograma da precipitação média mensal histórica (outubro de 1990 a setembro de

2009) da estação pluviométrica Mina do Pico (latitude 20°22’00’’ S, e longitude 43°29’00’’ W). Adaptado de SAFM (2010). ... 35 Figura 4.4- Mapa da área de estudo com os principais tributários do alto curso do ribeirão Mata

Porcos hierarquizados conforme Strahler (1957). As cores na rede de drenagem representam as diferentes ordens dos canais. ... 37 Figura 4.5- Ruínas do antigo núcleo minerador de Arêdes, localizado no interior da área de estudo.

a) senzala; b) capela São Sebastião e altar de rocha; c) ruínas de moradia. ... 38 Figura 4.6- Mapa da área de estudo com a delimitação do uso, ocupação e cobertura vegetal. As

classes estão representadas por cores diferentes e foram obtidas por técnicas de processamento digital de imagens de sensoriamento remoto. A descrição encontra-se na tabela 4.1. ... 40 Figura 4.7- Mapa hipsométrico da área de estudo com a delimitação das classes de altitudes. O

mapa exibe em cores, os diferentes intervalos de altitudes obtidos pela realização do modelo digital de terreno. ... 42 Figura 4.8- Mapa de declividades da área de estudo com a delimitação de diferentes classes. O

mapa exibe em cores, os diferentes intervalos de declividade do relevo obtidos pela realização do modelo digital de terreno. ... 43 Figura 4.9- Mapa geológico simplificado do quadrilátero ferrífero. Adaptado de: Alkmim &

Marshak (1998). ... 44 Figura 4.10- Geologia e estratigrafia da área de estudo (Lobato, 2005). ... 47 Figura 4.11- Mapa de localização, fotografia (a) e imagem Google Earth® (b) da Mineração

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Figura 4.12- Mapa de localização, fotografia (a) e imagem Google Earth® (b) da Mineração Herculano (seta amarela). Em negro no mapa, a área aproximada ocupada pelo empreendimento. ... 50 Figura 4.13- Mapa de localização, fotografia (a) e imagem Google Earth® (b) da Mineração

SAFM (seta amarela). Em negro no mapa, a área aproximada ocupada pelo empreendimento. .... 51 Figura 4.14- Mapa de localização, fotografia (a) e imagem Google Earth® (b) da Mineração

Gerdau (seta amarela). Em negro no mapa, a área aproximada ocupada pelo empreendimento. ... 52 Figura 4.15- Mapa de localização, fotografia (a) e imagem Google Earth® (b) da Mineração

Arêdes (seta amarela). Em negro no mapa, a área aproximada ocupada pelo empreendimento. .... 53 Figura 4.16- Mapa de localização, fotografia (a) e imagem Google Earth® (b) de um dos locais de

extração antiga de ouro de aluvião. Em negro no mapa, a área aproximada ocupada com vestígios de cascalhos (rejeitos). ... 54 Figura 4.17- Vestígios da mineração antiga e recente. a) No círculo amarelo: boca de galeria aberta

pela mineração de ouro antiga, desabada em uma encosta; na seta amarela: área de utilização da mineração de ferro atual. b) Nas setas: montes de rejeito (grânulos e cascalhos) da mineração antiga. ... 54 Figura 5.1- Gráfico tipo score plot mostrando a PCA dos elementos químicos nas águas das

nascentes (variáveis) e pontos de coleta (amostras PR05, PR06, PR14, PR15 E PR21)... ... 56 Figura 5.2- Gráfico tipo score plot mostrando a PCA dos elementos químicos nos sedimentos das

nascentes (variáveis) e pontos de coleta (amostras PR05, PR06, PR14, PR15 E PR21). ... 56 Figura 5.3- À esquerda: mapa representando as drenagens e os pontos de amostragem nas

imediações da mineração de ferro SAFM e Arêdes (em vermelho no mapa). À direita: imagem Google Earth® com destaque para o posicionamento dos pontos de amostragem em relação a mina (setas amarelas na foto), vistos em perspectiva. ... 59 Figura 5.4- a): foto da “nascente” do córrego onde se situa o ponto PR10 (tributário do ribeirão

Arêdes). b) fotografia mostrando um detalhe do Pico de Itabirito, onde se localiza o grande complexo minerador de ferro da empresa Vale, chamado Complexo Pico.. ... 60 Figura 5.5- Gráficos apresentando a variação temporal de alguns dos parâmetros aferidos nas

amostras dos pontos PR10, PR11 e PR21 separados por campanha de coleta e parâmetro avaliado. Condutividade elétrica (a); turbidez (b); pH (c); potencial oxi-redução – Eh (d). Notar os valores inferiores do PH em relação ao permitido pela legislação, entre 6 e 8 (tracejado). ... 61 Figura 5.6- Gráficos mostrando a variação da condutividade elétrica (a) e do pH (b) ao longo do

ribeirão Arêdes. Os pontos PR10-PR11-PR13-PR18-PR02 estão organizados de montante para jusante. Notar a condição mais ácida imposta pelas águas no ponto PR10 (a). O aumento de todos os valores nos pontos PR18 e PR02 é coincidente com a ocorrência dos afloramentos de mármores da Formação Fecho do Funil. ... 61 Figura 5.7- Mapa mostrando a ocorrência das formações contendo carbonatos: Gandarela (grupo

Itabira) Fecho do Funil (grupo Piracicaba) na área de estudo. Detalhe para os afloramentos de mármores ao longo do ribeirão do Silva (setas vermelhas), cuja influência geoquímica é percebida nos pontos de coleta PR02, PR08, PR07 e PR16. A legenda dos pontos amostrais está representada sem o prefixo (PR). ... 63 Figura 5.8- Gráficos mostrando a variação dos cátions Ca (a) e Mg (b) ao longo do ribeirão

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Figura 5.9- Gráficos mostrando a concentração dos elementos nas amostras de águas superficiais referentes aos pontos PR10 e PR11 e PR21. Em (a): Fe (µg/L); em (b): Al (µg/L). Notar os teores mais elevados de Fe e Al nas amostras do ponto PR10 em relação aos limites aceitáveis pela legislação (tracejado). ... 64 Figura 5.10- Gráficos mostrando a concentração média dos elementos nas amostras de águas

superficiais referentes aos pontos PR10-PR11-PR13-PR18-PR02 e sua variação junto às medidas de pH. Em (a): Al (µg/L); em (b): Fe (µg/L)... ... 65 Figura 5.11- Dendograma dos elementos químicos (variáveis) e pontos de coleta (amostras PR02,

PR06, PR10, PR11, PR13, PR18 e PR21). ... 67 Figura 5.12- Gráfico do tipo Score Plot da PCA dos elementos químicos (variáveis) e pontos de

coleta (amostras PR02, PR06, PR10, PR11, PR13, PR18 e PR21) para as amostras de sedimentos.. ... 68 Figura 5.13- Gráficos demonstrando a contribuição dos elementos químicos na PC1 para as

amostras do ponto PR10. Foram representadas três campanhas realizadas, com exceção da quarta. Notar as maiores contribuições exercidas pelos elementos Co, Cr, Ti e Y (baixas concentrações em relação aos outros pontos), assinalados na barra do gráfico com uma seta vermelha. ... 69 Figura 5.14- Gráficos demonstrando a contribuição dos elementos químicos na PC2 para as

amostras do ponto PR06. Foram representadas três campanhas realizadas, com exceção da segunda. Notar as maiores contribuições exercidas pelos elementos As, Th e Zr (maiores concentrações em relação aos outros pontos), assinalados na barra do gráfico com uma seta vermelha.. ... 70 Figura 5.15- Mapa representando as drenagens e a concentração do Mn em épocas distintas: 1979

e 2011.. ... 72 Figura 5.16- Mapa representando as drenagens e a concentração do Fe em épocas distintas: 1979 e

2011. ... 72 Figura 5.17- À esquerda: mapa representando as drenagens e os pontos de amostragem nas

imediações da mineração de ferro (em vermelho). À direita: imagem Google Earth® com destaque para o posicionamento dos pontos de amostragem em relação a mina (setas amarelas), vistos em perspectiva.. ... 73 Figura 5.18- Gráficos apresentando a variação temporal de alguns dos parâmetros aferidos nas

amostras dos pontos PR05 e PR08 separados por campanha de coleta e parâmetro avaliado. pH (a); potencial oxi-redução – Eh (b); oxigênio dissolvido (c); turbidez (d).. ... 74 Figura 5.19- Variação da condutividade elétrica (a), da alcalinidade (b) ao longo do ribeirão do

Silva. Os pontos PR15-PR17-PR05-PR08-PR07-PR16 estão organizados de montante para jusante. O aumento nos valores é coincidente com a ocorrência dos afloramentos de mármores da Formação Fecho do Funil. ... 75 Figura 5.20- Fotos dos afloramentos das lentes de mármores e dolomitos pertencentes à Formação

Fecho do Funil (setas amarelas). Em (a) afloramento nas margens do ribeirão Arêdes, ponto PR02; em (b) afloramento nas margens do ribeirão do Silva, ponto PR08. ... 76 Figura 5.21- Gráficos mostrando a variação dos cátions Ca (a) e Mg (b) ao longo do ribeirão do

Silva. Os pontos PR15-PR17-PR05-PR08-PR07-PR16 estão organizados de montante para jusante. O aumento nos valores é coincidente com os mármores da Formação Fecho do Funil, principal contribuição geogênica associada. ... 77 Figura 5.22- Distribuição das frações granulométricas em % dos Grânulos (> 2,0mm), % das

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Figura 5.23- Dendograma dos elementos químicos (variáveis) e pontos de coleta (amostras PR05 e PR08). ... 80 Figura 5.24- Gráfico tipo score plot mostrando a PCA dos elementos químicos (variáveis) e pontos

de coleta (amostras PR05 e PR08).. ... 80 Figura 5.25- Gráficos demonstrando a contribuição dos elementos químicos na PC1 para as

amostras do ponto PR05. Foram representadas três campanhas realizadas, com exceção da primeira. Notar as maiores contribuições exercidas pelos elementos Cr, K e Na (especialmente no ponto PR05-2) seguidos do Al (exceto ponto PR05-2) Th e Zr , assinalados na barra do gráfico com uma seta vermelha. ... 81 Figura 5.26- Gráficos demonstrando a contribuição dos elementos químicos na PC1 para as

amostras do ponto PR08 na estação chuvosa. Foram representadas as amostras 2 e PR08-3. Notar as maiores contribuições exercidas pelos elementos Ba, Fe e Mn, assinalados na barra do gráfico com uma seta vermelha.. ... 82 Figura 5.27- Gráficos demonstrando a contribuição dos elementos químicos na PC2 para as

amostras do ponto PR08 na estação seca. Foram representadas as amostras PR08-1 e PR08-4. Notar as maiores contribuições exercidas pelos elementos Ca, S e Zn, assinalados na barra do gráfico com uma seta vermelha. ... 83 Figura 5.28- Mapa representando as drenagens e a concentração do Fe em épocas distintas: 1979 e

2011. ... 84 Figura 5.29- Mapa representando as drenagens e a concentração do Mn em épocas distintas: 1979

e 2011.. ... 84 Figura 5.30- Imagens Landsat 5 em composição colorida RGB 4-5-3. Em a: cena do ano de 1984.

Em b: cena do ano de 2011. A vegetação arbórea possui tons avermelhados, a vegetação rasteira e o solo possuem tons esverdeados. Notar nas setas amarelas a expansão urbana em tons claros (setas a esquerda do ponto PR08) e o surgimento da mineração em tons arroxeados (setas a direita do ponto PR08).. ... 85 Figura 5.31- À esquerda: mapa representando as drenagens e os pontos de amostragem nas

imediações da mineração de ferro Herculano (em vermelho no mapa). À direita: imagem Google Earth® com destaque para o posicionamento dos pontos de amostragem em relação a mina (setas amarelas na foto), vistos em perspectiva.. ... 86 Figura 5.32- Gráficos mostrando a variação de alguns dos parâmetros aferidos nas águas dos

pontos PR01 e PR04 separados por campanha de coleta e parâmetro avaliado. Condutividade elétrica (a); Turbidez (b); PH (c); potencial oxi-redução – Eh (d). ... 87 Figura 5.33- Distribuição das frações granulométricas em % dos Grânulos (> 2,0mm), % das

Areias (< 2,0mm e > 0,063mm) e % da fração Silte/Argila (< 0,063mm). Em (a) campanha de setembro de 2010; em (b) campanha de dezembro de 2010; em (c) campanha de março de 2011; em (d) campanha de junho de 2011. ... 88 Figura 5.34- Gráficos mostrando a variação na concentração dos elementos nas amostras de águas

superficiais referentes aos pontos PR01 e PR04. Em (a) Ca (mg/L); em (b) Mg (mg/L); em (c) Fe (µg/L) e em (d) Mn (µg/L). Notar os teores mais elevados de Mn nas amostras das diferentes campanhas de dezembro 2010 e março de 2011 no ponto PR04. ... 89 Figura 5.35- Dendograma dos elementos químicos (variáveis) e pontos de coleta (amostras PR01 e

PR04). ... 90 Figura 5.36- PCA dos elementos químicos (variáveis) e pontos de coleta (amostras PR01 e PR04). . 91 Figura 5.37- À esquerda: mapa representando as drenagens e os pontos de amostragem nas

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Figura 5.38- Gráficos mostrando a variação de alguns dos parâmetros aferidos nas águas dos pontos PR14, PR15 e PR17 separados por campanha de coleta e parâmetro avaliado. Condutividade elétrica (a); Turbidez (b); PH (c); potencial oxi-redução – Eh (d). ... 94 Figura 5.39- Gráficos mostrando a concentração dos elementos Ca (mg/L) e Mg (mg/L) nas

amostras de águas superficiais referentes aos pontos PR14, PR15 e PR17. Notar os teores mais elevados de Ca (a) e Mg (b) nas amostras das diferentes campanhas do ponto PR14. Este ponto localiza-se sobre a Formação Gandarela.. ... 95 Figura 5.40- Gráficos mostrando a concentração dos elementos Ba (µg/L) e Mn (µg /L) nas

amostras de águas superficiais referentes aos pontos PR14, PR15 e PR17. Notar os teores mais elevados de Ba (a) e Mn (b) nas amostras das diferentes campanhas do ponto PR17. ... 96 Figura 5.41- Dendograma dos elementos químicos (variáveis) e pontos de coleta (PR14, PR15 e

PR17).. ... 97 Figura 5.42- PCA dos elementos químicos (variáveis) e pontos de coleta (amostras PR14, PR15 e

PR17) ... 98 Figura 5.43- Gráficos demonstrando a contribuição dos elementos químicos na PC1 para as

amostras do ponto PR14. Foram representadas todas as campanhas realizadas. Notar as maiores contribuições exercidas pelos elementos Bi, Ca e Fe, assinalados nas barras do gráfico, com uma seta vermelha. ... 99 Figura 5.44- Gráficos demonstrando a contribuição dos elementos químicos na PC1 para as

amostras do ponto PR15. Foram representadas as três primeiras campanhas realizadas. Notar as maiores contribuições exercidas pelos elementos Cr, K e Mg (especialmente na campanha PR15-2), assinalados nas barras do gráfico com uma seta vermelha.. ... 100 Figura 5.45- Gráficos demonstrando a contribuição dos elementos químicos na PC2 para as

amostras do ponto PR17. Foram representadas todas as campanhas realizadas. Notar as maiores contribuições exercidas pelos elemento Zn (exceção à amostra PR17-1), assinalado na barra do gráfico com uma seta vermelha... ... 101 Figura 5.46- Distribuição das frações granulométricas em % dos Grânulos (> 2,0mm), % das

Areias (< 2,0mm e > 0,063mm) e % da fração Silte/Argila (< 0,063mm). Em (a) campanha de setembro de 2010; em (b) campanha de dezembro de 2010; em (c) campanha de março de 2011; em (d) campanha de junho de 2011. ... 103 Figura 5.47- Mineração de caulim. (a): vista da mina para o ribeirão do Silva, onde não foi

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Lista de tabelas

Tabela 3.1- Classes de declividade segundo metodologia adaptada por Gonçalves (2010). ... 21

Tabela 3.2- Coletas, período e código das amostras. ... 24

Tabela 3.3- Tipos de peneira, tamanho e classificação dos grãos segundo Wentworth (1922). ... 29

Tabela 4.1- Classes de uso e ocupação com nome, descrição e área na bacia. ... 39

Tabela 5.1-Tabela contendo os teores de elementos maiores e traço obtidos por meio da digestão em micro-ondas (EPA, 2007) dos pontos PR05, PR06, PR14, PR15, e PR21, bem como os respectivos limites de quantificação do método empregado. Os valores de concentração estão em mg/kg com exceção do Al, Fe e Mn assinalados com um asterisco, cuja unidade é g/kg. ... 57

Tabela 5.2- Tabela contendo os teores de elementos maiores e traço obtidos por meio da digestão em micro-ondas (EPA, 2007) dos pontos PR02, PR06, PR10, PR11, PR13, PR18 e PR21, bem como os respectivos limites de quantificação do método empregado. Os valores de concentração estão em mg/kg com exceção do Al, Fe e Mn assinalados com um asterisco, cuja unidade é g/kg. ... 66

Tabela 5.3- Tabela contendo os autovetores obtidos na PCA, o p valor obtido na ANOVA e o teste F de Fischer, realizado entre os pontos PR02, PR06, PR10, PR11, PR13, PR18 e PR21 ... 67

Tabela 5.4- Teores de elementos maiores e traço obtidos por meio da digestão em micro-ondas (EPA, 2007) dos pontos PR05 e PR08, bem como os respectivos limites de quantificação do método empregado. Os valores de concentração estão em mg/kg com exceção do Al, Fe e Mn assinalados com um asterisco, cuja unidade é g/kg. Os autovetores extraídos a partir da PCA e o P-valor dos testes T estão representados para cada um dos elementos. ... 79

Tabela 5.5- Teores de elementos maiores e traço obtidos por meio da digestão em micro-ondas (EPA, 2007) dos pontos PR01 e PR04. Os valores de concentração estão em mg/kg com exceção do Al, Fe e Mn assinalados com um asterisco, cuja unidade é g/kg. Os autovetores extraídos a partir da PCA e o P-valor dos testes T estão representados para cada um dos elementos.. ... 90

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Resumo

O presente estudo avaliou a influência de diferentes atividades de mineração na cabeceira da bacia hidrográfica do ribeirão Mata Porcos. Ainda que reconhecidamente uma área em que os empreendimentos minerários possuem elevada significância, a região carece de trabalhos mais aprofundados buscando compreender a relação entre a geologia, as minas e os recursos hídricos.

Para tanto, o monitoramento de parâmetros de qualidade das águas, bem como a concentração de elementos químicos nas águas e nos sedimentos de leito foram avaliados ao longo de quatro campanhas trimestrais, realizadas no período entre setembro de 2010 e junho de 2011. As amostras foram coletadas nos principais cursos d’água na região: ribeirão do Silva, córrego Benevides, ribeirão Arêdes e alguns dos tributários mais importantes.

Os parâmetros físico-químicos determinados nas águas foram: pH, Eh, oxigênio dissolvido, condutividade elétrica, sólidos totais dissolvidos, turbidez, alcalinidade, sulfato e cloreto. Nas águas e nos sedimentos, a concentração de elementos químicos maiores e traço foi analisada por ICP-OES. Os dados foram submetidos às análises estatísticas uni e multivariada, sendo a análise por principais componentes – PCA a principal ferramenta utilizada na discriminação das amostras.

As águas apresentaram-se, na grande maioria dos casos, satisfatórias quanto aos parâmetros legais estabelecidos pela Resolução CONAMA 357/05. Exceção a uma drenagem que recebe águas aduzidas do Complexo de Minas do Pico, cuja condição de acidez (PH = 4,5 em média) foi detectada, aumentando também a concentração do Fe e do Al dissolvidos.

Nos sedimentos, concentrações elevadas de Fe (até 409,7 g/kg) e Mn (até 9,7 g/kg) foram observadas tanto à montante quanto à jusante das minerações, sendo associadas principalmente às fontes litogênicas. Contudo, a avaliação temporal de dados geoquímicos e de sensoriamento remoto sugere que fontes antropogênicas contribuíram para o enriquecimento destes elementos ao longo dos anos.

Assinaturas geoquímicas distintas foram evidenciadas nos sedimentos, as quais refletem a contribuição das diferentes unidades litoestratigráficas do Supergrupo Minas, demonstrando o forte controle exercido pela geologia local.

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Abstract

The study in subject assessed the influence of different mining activities at the headboard of the drainage basin of Mata Porcos stream. Even though acknowledged as a zone where the mineral enterprises hold a high significance, there is a lack of further studies in the area, looking for the comprehension between the geology, the mines and the water resources.

Thus, the monitoring of the quality parameters of the water, as well as the concentration of chemical elements in the water and streambed sediments, were evaluated during four quarterly campaigns, conducted from September 2010 until June 2011. The samples were collected in the major watercourses of the zone: Silva’s stream, Benevides brook, Arêdes stream and some of the most important tributaries.

The physicochemical parameters determined for the waters were: pH, Eh, dissolved oxygen, electrical conductibility, total dissolved solids, turbidity, alkalinity, sulfate and chloride. In the water and sediments, the chemical concentration of major and trace chemical elements were analyzed by ICP-OES. The data were submitted to the uni and multivariate statistical analysis, being the principal components analysis (PCA) the main tool used to discriminate the samples.

The waters were, in most of cases, satisfactory regarding the legal parameters established by CONAMA’s resolution 357/05. Except for one drainage that receives adduced waters from Minas do Pico complex, which acidic condition (PH = 4,5 average) was detected, increasing the concentration of Fe and Al dissolved as well.

In the sediments, high concentrations of Fe (until 409,7 g/kg) and Mn (until 9,7 g/kg) were observed both upstream and downstream of mining, being associated especially to the lithogenic sources. However, the time evaluation of geochemical data and remote sensing suggests that anthropogenic sources contributed to the increase of these elements over the years.

Distinct geochemical signatures were evidenced in the sediments, those which reflect the contribution of the different lithostratigraphic unities of Supergrupo Minas, demonstrating the strong control exercised by the local geology.

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CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1.1- CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Os recursos naturais são fundamentais para sustentar o desenvolvimento humano. A manutenção de sua qualidade é uma questão essencial não só para este desenvolvimento, mas também de sobrevivência, já que estes constituem-se como a base energética que apoia todos os seres vivos, incluindo o homem. Entretanto, o contínuo crescimento populacional e a demanda excessiva por matérias primas apresentam-se como um fator negativo frente à disponibilidade dos recursos naturais. Na indústria da mineração a tecnologia vem se aperfeiçoando no intuito de minimizar esse conflito. As técnicas de exploração e beneficiamento de minérios tem se aprimorado, proporcionando o maior aproveitamento dos bens explorados e a redução dos impactos negativos na natureza. Concomitantemente, as estratégias de prevenção de impactos e monitoramento ambiental evoluíram e vêm sendo aplicadas nas empresas do setor, frente às exigências de mercado e aquelas contidas na legislação ambiental. A manutenção da qualidade dos recursos naturais é, portanto, uma questão de desenvolvimento e sobrevivência, para que a humanidade construa seu caminho de maneira sustentável.

Dentre todos os outros setores, a indústria da mineração destaca-se pela sua intima relação com os recursos hídricos superficiais e subterrâneos, desde as fases iniciais de exploração até o fechamento de uma mina. Apesar das técnicas de exploração e beneficiamento estarem continuamente se aprimorando com vistas a proporcionar o maior aproveitamento dos bens explorados e a redução dos impactos negativos na natureza, estes ainda são muito frequentes. O aumento da turbidez dos rios pela contribuição de material particulado oriundo das lavras, pinhas de estéril, barragens de rejeitos e ainda, a alteração dos parâmetros geoquímicos das águas, dos sedimentos de leito e dos sedimentos em suspensão são algumas das principais contribuições antrópicas que as minas podem provocar nas bacias hidrográficas nas quais estão inseridas (Ripley et al,. 1996, ANA 2006).

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Mendonça, F. P. C. Influência da mineração na geoquímica das águas superficiais e sedimentos...

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A região do Quadrilátero Ferrífero, no centro sul do estado de Minas Gerais, constitui-se como uma importante província mineral que vem sendo explorada desde o final do século XVII, quando da descoberta do ouro na região. Atualmente, destacam-se as jazidas de ferro que contribuem para grande parte da produção nacional, sendo o Brasil o principal exportador mundial deste minério (IBRAM 2010). Como resultado desta intensa exploração, alterações geoquímicas nos cursos d’água de diversas bacias hidrográficas nessa região têm ocorrido ao longo dos últimos séculos, associados a minerações e garimpos. Na atualidade, pesquisas buscam compreender a real dimensão destes impactos e propor ações mitigadoras para os mesmos (Costa 2001, Borba 2002, Parra 2006, Costa 2007, Guimarães Silva, 2007, Mendes 2007, Rhodes 2010). Contudo, para se chegar a inferências a respeito de “impactos ambientais” e “contaminação antrópica” é de suma importância compreender os fenômenos geológico-geoquímicos que atuam na região, pois anomalias naturais são relatadas em várias localidades do Quadrilátero Ferrífero como por exemplo, para o arsênio (Matschullat et al.,2000; Reimann et al., 2009).

Destaca-se desde então a importância do conhecimento geoquímico regional, dado que concentrações anômalas para alguns elementos químicos nem sempre se estão associadas à interferência humana, mas ocorrem como um fenômeno da própria natureza. Tais anomalias, porém, podem ter seu comportamento natural amplificado pela ação do homem, como por exemplo, aumentando drasticamente o aporte de metais e outros elementos químicos no solo e nas águas.

A bacia hidrográfica do ribeirão Mata Porcos insere-se nesse contexto, na medida em que incorpora dentre de seus limites territoriais importantes empreendimentos minerários. Localizada na porção central do quadrilátero, no interior do sinclinal Moeda, a bacia abriga ou abrigou, em razão da sua diversificada geologia, empreendimentos relacionados à mineração de ferro, manganês, caulim, ouro e água mineral. Ainda que reconhecidamente uma área em que a mineração possui elevada significância, a região objeto desse estudo carece de trabalhos mais aprofundados buscando compreender a relação entre a geologia, as minas e os recursos hídricos, com ênfase nas propriedades geoquímicas das águas e sedimentos. A partir disso, faz-se necessário suprir tal lacuna, gerando subsídios para melhorar a gestão dos recursos hídricos na área em questão e em demais áreas em que tais conhecimentos forem aplicáveis.

1.2- HIPÓTESES

A estrutura e o desenvolvimento desse trabalho fundamentam-se principalmente na investigação das seguintes hipóteses:

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Contribuições às Ciências da Terra, série M, volume 71, 131p.

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 A explotação de minérios, bem como seu beneficiamento e transporte, mobilizam material particulado que é carreado para os cursos d’água, elevando a concentração dos sedimentos em suspensão à jusante dos empreendimentos.

1.3- OBJETIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS

O objetivo geral da dissertação reside em avaliar a influência antrópica na qualidade das águas e sedimentos, investigando as que são exercidas pelas diferentes atividades de mineração localizadas na cabeceira da bacia hidrográfica do ribeirão Mata Porcos, buscando atender as seguintes especificidades:

 Delinear o uso e ocupação do alto curso do ribeirão Mata Porcos, em especial as transformações derivadas das atividades minerarias;

 Caracterizar geoquimicamente as águas e os sedimentos de leito no alto curso da bacia do ribeirão Mata Porcos, a partir de pontos selecionados estrategicamente para o monitoramento trimestral;

 Avaliar a contribuição da mineração de ferro, caulim e ouro para a manutenção / alteração da qualidade das águas superficiais e nos sedimentos;

 Compreender as relações estabelecidas entre a geologia, a geoquímica e as atividades humanas na área de estudo;

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CAPÍTULO 2

A MINERAÇÃO E OS RECURSOS HÍDRICOS

2.1- A MINERAÇÃO

Desde os tempos mais remotos, a civilização humana sempre dependeu dos recursos naturais para o seu desenvolvimento. Nesse aspecto, as relações entre os bens extraídos da natureza e as suas funções, facilmente podiam ser percebidas pelo homem primitivo que trabalhava os diferentes materiais para atender as suas necessidades. Na medida em que as civilizações evoluíram, as matérias primas e suas propriedades foram de grande importância para esse processo, atendendo a demanda das sociedades. Atualmente, os bens minerais são empregados nos mais diversificados produtos e aplicações. As substâncias minerais metálicas e não-metálicas, combustíveis fósseis e pedras preciosas passaram a compor parte da nossa existência, aprimorando e mantendo nossa qualidade de vida, sem as quais seria impossível manter a modernidade e a tecnologia que usufruímos (Teixeira et al., 2008, DNPM, 2009).

A mineração é o termo designado para um conjunto de diferentes técnicas e processos, cujo objetivo maior é a retirada de substâncias minerais dos seus depósitos minerais, encontrados naturalmente nas mais diversas rochas que compõem a crosta terrestre. Constituem-se minérios, aqueles corpos minerais e suas associações que podem, em condições economicamente favoráveis, serem trabalhados pela indústria e utilizados pelo homem. Para tanto, os volumes rochosos que se encontram nas reservas minerais são inferidos, indicados e medidos. Quanto mais elevado o grau de concentração da substância de interesse no depósito mineral (teor), mais valiosa será aquela jazida (Press et al., 2006, Freire, 2009).

Para que as substâncias minerais úteis e economicamente viáveis possam ser retiradas das rochas e aproveitadas, é preciso que ocorra uma sequência de eventos para torná-las disponíveis. Em geral, as atividades de mineração ocorrem em seis estágios sucessivos que podem acontecer ou não, dependendo do tipo de minério, da localização da jazida, da tecnologia disponível, do investimento, da energia necessária, da disponibilidade de mão de obra, entre outros. As etapas incluem a pesquisa mineral, o desenvolvimento da mina, a explotação do minério, o beneficiamento, o processo metalúrgico e o descomissionamento (Ripley et al., 1996).

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Em minas a céu aberto, na medida em que as lavras se desenvolvem, as cavas (figura 2.2 – a) se aprofundam acompanhando o mergulho dos corpos minerais. Todo o material que não é aproveitado denominado de estéril (figura 2.2 – b) vai sendo depositado próximo a estas, formando novas feições morfológicas no terreno. De modo semelhante, as barragens de rejeito (figura 2.2 – c) transformam os ambientes fluviais, inundando áreas com a lama proveniente da etapa do beneficiamento a úmido (figura 2.2 – d).

De acordo com Farias (2002), os principais impactos resultantes da atividade de mineração podem ser classificados em: subsidência do terreno, poluição sonora, poluição do ar e poluição das águas. Ao conjunto de efeitos indesejáveis, dá-se o nome de externalidades. Além disso, durante todo o processo de mineração, o relevo natural se altera formando feições antropogênicas na paisagem. Ressalta Salomons (1995) que no caso da mineração, a erosão das pilhas de estéreis, os rejeitos das operações de beneficiamento e a drenagem ácida constituem-se como as fontes responsáveis pela emissão de metais no ambiente. Os processos de desmonte das rochas nas cavas, seu transporte até as usinas de beneficiamento e a etapa de fragmentação da rocha respondem por grande parte das emissões atmosféricas em áreas de mineração (Ripley et al., 1996). As minas não são os únicos meios responsáveis pela disponibilidade de metais, pois outras atividades antrópicas também têm mobilizado grandes quantidades de elementos, desequilibrado os ciclos biogeoquímicos naturais do planeta.

Figura 2.2- Desenho esquemático das principais estruturas encontradas em uma mina do tipo céu aberto, evidenciando sua relação com os cursos d’água. Em a) cava; em b) pilhas de estéril, em c) barragem de rejeitos; em d) planta de beneficiamento de minérios; em e) diques de contenção de material fino. Adaptado de Förstner & Salomons (1995).

a) Cava

b) Pilhas de estéril c) Barragem de rejeitos

d) Planta de beneficiamento

e) contenção de material fino Estruturas das minas:

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Embora existam locais onde as ocorrências geológicas naturais contribuam para um valor alto de “background” geoquímico para determinados elementos, o enriquecimento destes nos corpos d’água e nos sedimentos são claramente potencializados pelas atividades antrópicas, dentre elas, a mineração. É notório que os empreendimentos minerários destacam-se, dentre todos os outros setores, pela sua intima interação com os recursos hídricos superficiais e subterrâneos. As relações das atividades de lavra com a hidrosfera iniciam-se na fase de desenvolvimento da mina e permanecem até o seu fechamento (ANA, 2006). Não obstante, em muitos casos, os parâmetros de qualidade das águas precisam ser frequentemente monitorados até mesmo com o encerramento das atividades da mineração.

Durante o processo de extração e beneficiamento, as águas provenientes da chuva, dos córregos e dos aqüíferos, assim como as utilizadas em todas as operações e setores da mina, são potencialmente passíveis de sofrerem alterações e causarem impactos nos ecossistemas. Na etapa de extração, os efluentes têm sua origem e composição relacionadas ao escoamento superficial das águas pluviais que entram em contato com o material rochoso e mobilizam os produtos da oxidação, redução e dissolução dos minerais, incluindo ácidos, bases e metais; aos óleos e graxas que escorrem dos maquinários e ao esgotamento sanitário das instalações de pessoal. Já no beneficiamento, as águas usadas nas usinas são geralmente encaminhadas a barragens de rejeitos, podendo concentrar elementos maiores, menores e traço (Ripley et al,. 1996; Salomons, 1995).

Nas águas superficiais, além dos problemas químicos, outros efeitos indesejáveis são aqueles relacionados aos fenômenos de erosão e transporte. A remoção da cobertura vegetal torna as encostas e os solos mais expostos, desagregando material que fica disponível para ser levado pelo escoamento superficial. A água, ao entrar em contato com o minério e as rochas associadas, possui a capacidade de carregar consigo o material particulado. Caso estes atinjam os rios ou lagos, efeitos indesejáveis na turbidez e assoreamento do corpo receptor podem ocorrer, causando alterações nos parâmetros de qualidade e efeitos tóxicos nos organismos aquáticos (Ripley et al., 1996).

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A Análise dos sedimentos pode ser utilizada para determinar fontes de poluentes, pois ao serem despejados nas coleções hídricas, muitos elementos químicos não permanecem em solução, pois são agregados ao compartimento sedimentar (Förstner, 2004). Uma ideia da mobilidade relativa dos elementos no ambiente superficial pode ser fornecida com as análises de PH e o potencial oxi-redução – Eh do meio. A fração biodisponível pode ser avaliada por metodologias de extração química sequencial (Quináia et al., 2009, Pereira et al., 2007).

As águas subterrâneas por sua vez, em cavas onde o nível do aquífero é atingido, são bombeadas para fora da área de lavra e podem se apresentar inadequadas para serem lançadas diretamente na rede hidrográfica natural. Comumente, comunidades adjacentes as áreas de mineração necessitam serem abastecidas por estas mesmas águas. O esgotamento de nascentes pelo rebaixamento do aqüífero é outro problema relacionado às interferências nas águas subterrâneas (ANA 2006). Como medida ambientalmente sustentável, muitas minas já reutilizam águas que seriam descartadas como efluentes, reaproveitando-as no próprio beneficiamento e consumo do empreendimento.

A preocupação com a qualidade ambiental em bacias hidrográficas associadas às atividades de exploração mineral é atual e relevante. A melhor forma de assegurar os usos múltiplos desse recurso é através de programas de monitoramento da qualidade das águas e dos sedimentos em bacias hidrográficas. Estes servem ainda como subsídios para o planejamento das ações de manutenção da saúde dos mananciais e das populações que deles se utilizam. Para ABNT (1987), quando é implementando um monitoramento com o objetivo de avaliar as variações dos padrões de qualidade, devem ser escolhidos pontos de amostragem nos locais onde a propabilidade de ocorrência da alteração seja maior, ou seja, a montante e a jusante do lançamento de efluentes e do próprio empreendimento. Diante de tal aspecto, os planos de controle ambiental – PCA de minas devidadmente licenciadas, assumem pontos de controle de parâmetros da qualidade das águas superficiais e subterrâneas em nascentes e poços, a montante e a jusante dos seus empreendimentos (Gerdau Açominas, 2009; SAFM Mineração, 2010a; Vale, 2010).

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monitoramento. No Vale do rio Gyama, localizado na região oeste do Tibet, por exemplo, Huang et al.

(2010) avaliaram a qualidade química dos mananciais através da análise das águas e dos sedimentos na região onde existem minas de cobre e ferro. Os autores demonstraram por meio de um índice de risco ambiental que as altas concentrações de Cu, Pb, Zn, Mn, Fe e Al nas águas superficiais e nos sedimentos de fundo das partes altas e médias do vale, representam um risco para o meio ambiente local. Os dados sugerem que as contaminações aparentam ser de origem natural, e ainda, potencializadas pela contribuição das atividades minerárias. Outro exemplo de impactos dessa magnitude foi demonstrado por Loredo et al. (2010) que, ao monitorarem a qualidade das águas em Austurias no noroeste da Espanha, observaram a presença de anomalias hidroquímicas na bacia do rio Caudal, cujas águas drenam minas de mercúrio. Através do monitoramento de parâmetros físico-químicos e da concentração de elementos maiores e traço nas águas, os autores utilizaram a análise estatística multivariada (cluster, análise discriminante e outras) comparando pontos localizados a montante e a jusante do principal distrito metalúrgico na região. Foi demonstrado que nas drenagens das minas e nos produtos da lixiviação de montes de rejeito podem ocorrer condições de grande acidez contendo arsênio, causando a contaminação dos tributários do rio Caudal.

Diante do exposto, a geoquímica ambiental por meio da análise de qualidade das águas e sedimentos é uma excelente ferramenta na investigação das reações e processos que afetam a distribuição e a circulação de espécies químicas nos ambientes fluviais. Já as ferramentas estatísticas são os meios pelos quais os dados são agrupados, comparados e interpretados (Vasconcelos et al., 2009).

2.2.1- Impactos da exploração do ferro

O ferro é um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre. Sua presença como componente essencial, é marcada em vários minerais e rochas. Entretanto, apenas alguns minerais possuem o ferro em concentrações mais altas, como por exemplo: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), goethita (FeOOH) e siderita (FeCO3). Os itabiritos constituem-se como as rochas com os maiores depósitos desse mineral. A principal aplicação é a fabricação de aço e ferro fundido pelas indústrias do setor (DNPM 2009).

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processo. Estas águas podem conter elementos maiores, menores e traço que, se dispostos inadequadamente, são mobilizados para rios, aqüíferos, sedimentos e solos (Ripley et al. 1996).

Apesar do rejeito gerado pelo processo de beneficiamento do minério de ferro ser classificado como inerte ou de baixa toxicidade pela ABNT (2004), foi demonstrado que o efluente produzido é capaz de provocar doenças em peixes (Payne et al., 2001). O estudo realizado por estes autores consistiu em examinar trutas em uma lagoa influenciada por rejeitos advindos do beneficiamento do ferro (magnetita e hematita) no Canadá. Os teores de Fe na água da lagoa chegam até 279 µg/L. Foram observados danos no material genético (oxidação do DNA), bem como deficiência na produção da vitamina A destes animais quando comparada com peixes da mesma espécie em outra lagoa, com níveis menores do mesmo efluente. Para os mesmos autores, a evidência desta patologia pode indicar às agências reguladoras do meio ambiente, que níveis para o limite toxicidade dos rejeitos do minério de ferro podem ser menores do que se acredita. Resíduos de mineradoras de ferro em barragens foram avaliados por Basílio (2005) na região leste-sudeste do Quadrilátero Ferrífero, cuja comparação entre teores dos metais encontrados nos sedimentos com os teores dos minérios, demonstrou enriquecimento de metais no material das barragens. Tal acréscimo, sugere o potencial de contaminação deste material para o ambiente adjacente. O impacto da mineração de ferro em uma bacia hidrográfica tropical foi demonstrado no estudo desenvolvido por Krishnaswamy et al. (2006), ao avaliarem a resposta da carga sedimentar em suspensão nos monitoramentos realizados no rio Bhadra e seus tributários, sudoeste da Índia. Os resultados apontam que mais de 50% dos sedimentos vêm dos territórios influenciados pela mina de ferro, além de sugerir, por meio de dados históricos secundários, que o rio tem transportado muito mais sedimentos após a implantação do empreendimento do que antes da sua existência. As evidências foram observadas pela instalação de pontos de monitoramento a montante e a jusante da mina, sendo que a jusante, foram sempre observados valores de concentração superiores na carga sedimentar em suspensão transportada pelo rio.

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2.2.2- Impactos da exploração do ouro

O ouro é um dos poucos metais na natureza que pode ser encontrado no seu estado nativo (Au). Nos depósitos minerais ele se apresenta denso, com uma cor amarela e brilhante. Suas propriedades o tornam maleável e dúctil. Sendo assim, emprega-se a composição de ligas, normalmente expressa em quilates, o que indica a quantidade do ouro em um total de 24 partes de metal. Uma liga muito utilizada na fabricação de jóias é o ouro 18 quilates, formado por 75% de ouro, 10% a 20% de prata e 5% a 15% de cobre (DNPM 2009).

A extração e beneficiamento do ouro destacam-se por duas formas bem distintas na atualidade: a produção formal realizada por grandes empresas do setor e a de caráter mais informal, realizada por garimpeiros e com técnicas rudimentares (DNPM 2001). Na produção formal, as lavras desenvolvem-se tanto em minas subterrâneas quanto em cavas a céu aberto. A preparação inicial do minério envolve a explotação, britagem, peneiramento, moagem e a classificação. A etapa de beneficiamento do ouro tem como objetivo fundamental a recuperação do metal, pois este ocorre em baixas concentrações. De uma maneira geral, o beneficiamento compreende processos gravíticos, hidrometalúrgicos por lixiviação, seguidos por recuperação de ouro em soluções contendo cianeto, além dos processos de concentração por flotação, que consistem em separar o ouro por flutuação, por meio da afinidade iônica do metal com os reagentes utilizados. Os principais problemas desta atividade se relacionam com a grande quantidade de estéril produzida (relação de gramas de minério por tonelada de material estéril), pela possibilidade de gerar drenagens ácidas (oxidação dos sulfetos), pela liberação de arsênio, quando presente em rochas ricas em sulfetos (pirita, arsenopirita, etc.), e pelo efluente rico em compostos químicos (Ripley et al., 1996; Trindade et al., 2002). Nos garimpos, é empregado o uso do mercúrio para a recuperação do ouro. A formação de uma amálgama, devido à grande afinidade entre os dois elementos, forma compostos intermetálicos. A decomposição da amálgama é feita pelo aquecimento com tochas para volatizar o mercúrio, formando uma esponja de ouro. O aumento da turbidez nos cursos d’água, a contaminação dos solos, sedimentos e águas e a exposição dos trabalhadores às condições insalubres, constituem-se como os impactos mais significativos dessa atividade (Trindade et al,. 2002).

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significativas na morfologia dos canais explorados e no próprio relevo. Era comum o desvio dos cursos originais dos córregos para se explorar os sedimentos do leito com mais eficácia. As catas desenvolviam-se como cavas a céu aberto, geralmente em planícies e terraços aluviais com pouca ou nenhuma tecnologia, aprofundando-se em forma de funil produzindo verdadeiros buracos no terreno, o que deu origem a processos erosivos. O decapeamento das áreas de lavra compreendia a completa retirada da cobertura vegetal e a remoção da canga ou do solo, o que pode ter originado o desnudamento de vertentes inteiras. A adução da água para a lavra era fundamental no processo de desmonte e beneficiamento; para tanto, canais eram construídos acompanhando curvas de nível para levar a água às regiões mais elevadas, uma vez que findo o ouro nos aluviões, galerias eram abertas para retirar o ouro dos veios nas rochas (Martins, 1989; Guimarães; 2010).

A contaminação histórica por mercúrio derivada da exploração artesanal de ouro foi demonstrada por Tinôco (2008) em Minas Gerais, quando trabalhadores rurais do município de Descoberto relataram a presença do elemento aflorando na superfície do solo. A autora sugere que a contaminação ocorreu por antigos garimpos que existiram na região durante o século XIX. A análise das águas e sedimentos demonstrou a contaminação por mercúrio nas amostras, em níveis não preocupantes. No córrego Rico, região noroeste do estado de Minas Gerais, atividade garimpeira histórica vêm sendo desenvolvida desde o século 18. Recentemente, nos anos 80, nova atividade de garimpo se desenvolveu no fundo do córrego com o grande aporte de trabalhadores em busca de ouro. Contudo, a avaliação geoquímica das águas e dos sedimentos desenvolvidas por Gurgel (2007) apresentou valores dos cátions cálcio, magnésio, ferro manganês e potássio nas águas, dentro dos limites estabelecidos pela legislação brasileira. Acréscimos nos valores obtidos na época de seca foram relacionados com os garimpos e lançamento de esgotos. Nos sedimentos, anomalias de Cu e Zn foram relatadas e associadas a contribuição antrópica. Para o Hg, este apresentou concentração uniforme, exceto em algumas áreas pontuais de desenvolvimento de atividade garimpeira. O autor relata que os fatores de contaminação estudados encontram-se abaixo do valor controle, sendo que os índices de geoacumulação classificaram os sedimentos como não poluídos a moderadamente poluídos.

2.2.3- Impactos da exploração do caulim

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O caulim tem muitas aplicações industriais e novos usos estão sendo constantemente pesquisados e desenvolvidos. Suas principais aplicações são na indústria de papel e na fabricação de pastas cerâmicas. Em menor escala, o caulim é usado na fabricação de materiais refratários, fertilizantes, e outros. Os principais produtores de caulim do Brasil são os Estados do Pará e Amapá, representando 70% da produção nacional. O restante se divide entre São Paulo, Espírito Santo, Santa Catariana e Minas Gerais (Silva et al., 2001).

As principais consequências ambientais da extração do caulim e de outras argilas referem-se aos distúrbios superficiais causados por minerações a céu aberto, a alteração dos sistemas de drenagens natural e a produção excessiva de material particulado. Os sedimentos ficam disponíveis para sofrerem a ação dos agentes de transporte, seja a água ou o vento. O assoreamento de cursos d’água e a erosão das encostas configuram-se como os principais problemas dessa atividade (Ripley et al., 1996; Picarelli et al., 2008).

O beneficiamento do caulim é necessário para retirar as impurezas que estão associadas ao minério. Durante o tratamento, substâncias químicas contendo metais pesados são utilizadas para promover a retirada do ferro e o clareamento do produto. Os efluentes gerados são ricos em Fe, Al, Zn e Cd que ao serem dispostos sem tratamento prévio, podem atingir os corpos d’água superficiais alterando a qualidade das águas. Quando o teor de Fe ultrapassa os limites que comprometem a qualidade do caulim, o Zn é utilizado para a remoção excesso (Silva et al., 2001).

Anomalias geoquímicas associadas aos elementos alumínio, ferro, manganês, zinco e sulfato foram relatadas em uma área de mineração de caulim no município de Mogi das Cruzes no estado de São Paulo, conforme apresentado no trabalho de Terrell (2007). A autora avaliou a qualidade das águas subterrâneas na área da mina, sugerindo que a disposição inadequada dos rejeitos foi a responsável por contaminar o aquífero e lagoas artificiais com o sulfato e o zinco. Embora o ferro o manganês e o alumínio serem próprios da geologia regional, a produção de efluentes ácidos pode favorecer a mobilização destes metais.

2.3- MINERAÇÃO E RECURSOS HÍDRICOS NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO

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principais causadores das não conformidades ambientais na cabeceira do rio das Velhas conforme relatado no seu Plano Diretor de Recursos Hídricos (Camargos, 2005).

Estudos na região do Quadrilátero Ferrífero têm demonstrado que existe a relação entre atividades antrópicas, incluindo a mineração, e a alteração de padrões de qualidade em mananciais. Serão apresentados em sequencia, os alguns dos diversos trabalhos que foram desenvolvidos em bacias hidrográficas da região.

No final dos anos 70 a pesquisa por halos geoquímicos anômalos de elementos calcófilos foi realizada em todo o território do Quadrilátero Ferrífero, em especial nos horizontes estratigráficos do Supergrupo Minas (Oliveira et al,. 1979). Cerca de 1550 amostras obtidas a partir de diferentes matrizes, tais como: rochas, solos e sedimentos de leito foram coletadas. Concentrações de As, Au, Cu, Fe, Mn, Pb, Sb e Zn nas frações finas dos sedimentos foram determinadas por meio de Absorção Atômica. Embora de caráter prospectivo para minérios, o estudo fornece hoje uma importante fonte de avaliação do “background” regional, contribuindo significativamente para estudos ambientais. Tal fato representa o reflexo da época das coletas (ano de 1978), onde muitas das minas na região não haviam sido abertas ou estavam na fase inicial de operação. Semelhantemente, o adensamento urbano e as interferências antrópicas eram bem menores.

No rio Gualaxo do Norte (bacia do Rio Doce), o trabalho desenvolvido por Costa (2001) demonstrou por meio do estudo das águas e dos sedimentos que as características geoquímicas da bacia sofrem interferências das minas de ferro (Timbopeba, Samarco e Samitri) e dos garimpos de ouro (Antônio Pereira e Paracatu de Baixo). Valores anômalos de alcalinidade, sulfato, sódio, condutividade elétrica e sólidos totais dissolvidos, assim como altos teores de ferro e manganês, estão associados ao arcabouço geológico da região e influenciados pelas emissões antropogênicas de elementos químicos. Em análise mais recente deste mesmo rio, Rhodes (2010) demonstrou que existem teores consideráveis de mercúrio (0,14 – 0,53 mg/kg) e arsênio (8,6 – 82,4 mg/kg) nos sedimentos, mesmo com a diminuição das atividades de garimpo de ouro. A presença da goethita como um dos maiores componentes no sedimento do rio, demonstra que este também vem sofrendo com a influência das minas de ferro, conforme já relatado no trabalho de Costa (2001). Para Rhodes (2010), as águas mantiveram a maioria dos parâmetros analisados dentro dos valores máximos para a classe I e II1 estabelecidos pela legislação (CONAMA, 2005).

As bacias hidrográficas do rio das Velhas, rio do Carmo e rio Conceição também já foram investigadas em relação a concentração de arsênio nos sedimentos. Este elemento foi disponibilizado para o ambiente ao longo dos mais de trezentos anos de mineração, desenvolvida em importantes

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distritos auríferos destas bacias (Borba 2002). A concentração de As em sedimentos chega a ultrapassar 4.000 mg/kg em alguns locais e, estima-se que mais de 390.000 toneladas tenham sido mobilizadas nesses três séculos no Quadrilátero Ferrífero. O autor sugere o monitoramento das águas superficiais e subterrâneas como prevenção ao consumo de águas contaminadas. O estudo demonstra que o arsênio se apresenta como uma anomalia natural presente nas rochas da região, sendo liberado pela oxidação da arsêniopirita.

Em outro estudo no rio Conceição, Parra (2006) demonstrou que existem não só elevadas concentrações de As, mas também de Zn e Cu em sedimentos. Estas concentrações foram observadas à montante do rio, sendo associadas pelo autor com minerações de ouro. As águas apresentaram concentrações dentro dos parâmetros legais para a classe I e II (CONAMA, 2005) na maioria dos locais amostrados no estudo, exceto para três pontos com concentrações elevadas dos metais dissolvidos Fe, Ni, Pb e Cr, as quais foram relacionadas pelo autor com às atividades minerarias.

Na bacia do rio Caraça, um dos tributários do rio Conceição, Mendes (2007) classifica a bacia em três compartimentos distintos, conforme sugerido pelos dados geoquímicos analisados no seu estudo. Na área mais preservada, a contribuição das litologias nas características geoquímicas é a mais expressiva, tendo uma única anomalia relacionada ao teor de alumínio. Já nas áreas ocupadas por minerações, o aumento nas concentrações de ferro e manganês foram observados e se relacionam com minas de serpentinito, dunito e a barragem de rejeitos da mina de ouro Córrego do Sítio.

A avaliação de sedimentos das planícies de inundação e dos terraços aluviais no ribeirão do Carmo realizada por Costa (2007) demonstrou a existência de formas químicas de As, Cu e Zn que podem ser facilmente solubilizadas e disponibilizadas para os organismos vivos. Os elementos As, Cd, Cu e Zn respondem pelo maior fator de risco ambiental em sedimentos finos e grosseiros da região. De acordo com a autora, a concentração de As, Cd, Cr, Cu, Li e Zn encontrados nas planícies de inundação estão em níveis preocupantes, uma vez que estas podem se constituir como fontes secundárias de contaminação do rio.

Grande parte do Quadrilátero Ferrífero é hoje reconhecida pelo poder público como uma Área de Proteção Ambiental denominada de APA Sul. Sua nomenclatura faz referência à localização geográfica em relação a capital do Estado de Minas Gerais, Belo Horizonte. Em seus 162.532 ha de área, Machado & Cunha (2005) avaliaram amostras de águas superficiais e sedimentos de leito nas bacias do rio das Velhas, Paraopeba e Piracicaba. Os autores verificaram altas concentrações de Fe e Mn dissolvidos nas águas, além de pontos com valores acima dos permitidos pela legislação brasileira para os elementos As, Cu e Ni e íons sulfato e fosfato. Os sedimentos de leito analisados no estudo também apresentaram concentrações elevadas de As, Cd, Cr, Cu, Fe e Mn sugerindo contribuições antrópicas e anomalias naturais relacionadas às ocorrências geológicas do local. Valores de

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de concentração foi recuperada da base de dados analíticos da Companhia de Pesquisa e Recursos Minerais – CPRM, especialmente a partir do trabalho desenvolvido por Oliveira et al. (1979).

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