GEOQUÍMICA E DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DE METAIS PESADOS EM SOLOS DO CERRADO NA REGIÃO DE UNAÍ, PARACATU E VAZANTE, MG
Diego Lang Burak1, Thierry Becquer2, Éder de Sousa Martins3, Maurício Paulo Ferreira Fontes1, Sergio Pinton Pavanelli1, Leonardo Lessa Pacheco1 (1Universidade Federal de Viçosa, Dep de
Solos e Nutrição de Plantas,CEP 36570-000, Viçosa, MG,2 Institut de Recherche pour le
Développement 3Embrapa Cerrados, BR 020, Km 18, Caixa Postal 08223, 73010-970 Planaltina,
DF. e-mail: dlburak@hotmail.com
Termos para indexação: variabilidade espacial, metais pesados, níveis de qualidade,
pedogeoquímica.
Introdução
A distribuição dos metais pesados durante a evolução da paisagem deve ser analisada tendo por base os conceitos da geoquímica de superfície como a abundância de elementos, dispersão, fluxos e barreiras geoquímicas. A geomorfologia e, principalmente, a hidrologia facilitam a dispersão e os fluxos de metais no ambiente. Adicionalmente, no entendimento dos processos de dispersão de um metal deve-se levar em consideração sua especificidade físico-química, seu comportamento geoquímico, e fatores como mineralogia, presença de óxidos, competição de metais, textura, presença de matéria orgânica entre outros. Alguns estudos na região do Cerrado revelam teores elevados de elementos traços metálicos nos solos (Ker, 1995 citado por Burak, 2008). Especificamente na região de Unaí-Paracatu-Vazante são encontrados diversos depósitos minerais (Monteiro et al., 2006 citado por Burak, 2008) tornando esta região a maior área de mineração de Zn–Pb da America Latina. Dito isto, em razão do contexto geológico, a região torna-se naturalmente propensa a ocorrência de elevados teores de metais pesados nos solos formados sobre as rochas de embasamento dessa região. No entanto, apesar de diversos estudos sobre a geologia da região, são escassos os estudos abordando a geoquímica e a ocorrência de metais pesados nos solos, onde ocorrem as interações litosfera e biosfera. No monitoramento de metais pesados em uma região, o conhecimento da distribuição espacial dos teores em uma região é uma importante ferramenta para compreensão dos fatores controladores dos seus valores anômalos, tais como: geologia, geomorfologia, tipos de solos e fatores antrópicos como atividades urbanas, agrícolas, industriais e mineradoras. O objetivo do presente trabalho foi avaliar os padrões de distribuição espacial dos metais Co, Cu, Ni, Pb e Zn de origem natural, relacionando-os a geologia, geoquímica e geomorfologia da região.
Material e Métodos
Na região de estudo podem-se destacar as seguintes unidades geológicas (Figura 1A): Formação Vazante; Grupo Paranoá; Formação Paracatu; Grupo Canastra. A área de estudo compreende parte das bacias dos rios Paracatu, Preto e Entre Ribeiros, constituindo um sistema de drenagem que flui em direção leste e deságuam na grande bacia do rio São Francisco (Figura 1B). Nesta região se situam os municípios de Unaí, Paracatu, Vazante e outros. Geomorfologicamente, ocorrem pediplanos á altitudes de 800 a 1100 metros correspondendo aos extensos remanescentes da superfície Sul-Americana (Figura 2) e a região de depressão intermontanhas em altitude de 480 a 650 m, com as regiões em menores atlitudes evoluídas de processos de deposição fluviais, ou seja, terraços, várzeas e planícies fluviais são de maior expressão nestas superfícies.
Figura 1. Geologia da região (A) Modelo Digital de Elevação (B), depósito minerais (Fagundes,
Ambrósia, Morro Agudo e Vazante), cidades (Unaí, Paracatu, Vazante, Lagoa Grande e Guarda-Mor) e rios principais (Paracatu, Preto e Entre Ribeiros)
A amostragem foi feita na classe dos Latossolos, numa densidade aproximada de 1 ponto para 54 km2 em grade irregular perfazendo 210 pontos georreferenciados em duas profundidades.
Coletaram-se amostras nas camadas de 0-20 cm e de 60-80 cm. Amostras de TFSA, depois de trituradas, foram submetidas à digestão com água-régia em triplicata. Com os resultados dos teores de Al, Fe, Ti, Mn, Mg, Co, Cu, Ni, Pb e Zn, foram feitas análises estatísticas descritivas das
# # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante Vazante Lagoa Grande Paracatu Unaí Guarda Mor 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W 18°0'0"S 18°0'0"S 17°30'0"S 17°30'0"S 17°0'0"S 17°0'0"S 16°30'0"S 16°30'0"S Vazante Rio Par acat u
Rio Entre Ribeiros Rio Preto Lagoa Grande Paracatu Unaí Guarda Mor 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W 46°0'0"W 46°0'0"W 18°0'0"S 18°0'0"S 17°30'0"S 17°30'0"S 17°0'0"S 17°0'0"S 16°30'0"S 16°30'0"S 16°0'0"S 16°0'0"S 480 m 1040 m Altitude 7 6 5 4 3 2 1 GEOLOGIA DESCRIÇÃO LEGENDA (1)Coberturas detritico-lateriticas, detriticas e/ou aluvionares em superficie de aplainamento; (2) Depositos coluvionares, aluvionares e de terracos e/ou Coberturas detritico-lateriticas, detriticas e eluvionares em superficie de aplainamento (3) Formação Paracatu (filitos carbonosos ou nao e quartzitos) (4) Grupo Vazante (ardosias, fosforitos e quartzitos); (5) Grupo Vazante (dolomitos, chertes, metapelitos e fosforitos); (6) Grupo Paranoá (quartzitos, pelitos, calcarios, dolomitos, chertes e conglomerados)
(7) Grupo Canastra (quartzitos e filitos);
amostras. A variabilidade espacial dos teores de metais foi avaliada por modelos (exponenciais, esféricos e gaussianos) ajustados ao semivariogramas experimentais. Posteriormente, geraram-se mapas geoestatísticos utilizando-se a krigagem ordinária como interpolador.
Resultados e Discussão
As análises estatisticas descritivas dos teores de metais obtidos da extração em água-régia em duas profundidades são apresentadas na Tabela 1. Os valores de referência de qualidade dos solos quanto à presença de metais utilizados para comparação com os solos do presente estudo, foram aqueles estabelecidos pela CETESB (2005). Todos os metais pesados estudados, com exceção do Co, apresentaram uma pequena percentagem das amostras com teores acima dos valores de prevenção (Tabela 1). O Pb e o Zn apresentam amostras com teores acima do valor de intervenção. No monitoramento de metais pesados, teores acima do valor de prevenção caracterizam a existência de uma alteração na qualidade do solo e um possível risco à saúde humana, caso haja a introdução adicional de metais pesados. A área com teores acima dos valores de intervenção já é considerada de risco potencial à saúde humana sendo necessária uma abordagem investigativa do potencial tóxico dos metais pesados no solo (CETESB, 2005).
Tabela 1. Estatistica descritiva dos teores de metais
Al Fe Ti Mg Mn Pb Zn Cu Ni Co Parâmetros -- g/kg - mg/kg --- - --- ---Média 100,3 61,3 0,717 0,633 0,19 40,34 44,97 35,66 22,16 5,40 Minimo 5,6 4,5 0,134 0,076 0,01 1,99 6,75 7,71 3,41 1,23 Máximo 229,7 145,4 2,206 2,194 1,86 465,32 556,26 157,67 66,88 23,50 CV (%) 49,3 36,1 55,2 57,6 114,6 107,3 173,8 61,3 40,7 59,6 Valor Prevenção (%)(1) ---- ---- ---- ---- ---- 7,14 2,38 6,19 17,62 0,00 Valor Intervenção (%)(2) ---- ---- ---- ---- ---- 2,38 1,90 0,00 0,00 0,00
(1) Percentagem das amostras acima dos valores de prevenção de: 72 mg kg-1 para o Pb; e 300 mg kg-1 para o Zn; 60 mg kg-1 para o Cu; 30 mg kg-1 para o Ni; 25 mg kg-1 para o Co. (2) Percentagem das amostras acima valores de intervenção de: 180 mg kg-1 para o Pb; e 450 mg kg-1 para o Zn; 200 mg kg-1 para o Cu; 70 mg kg-1 para o Ni; 35 mg kg-1 para o Co.
Na Tabela 2 são mostrados os parâmetros dos semivariogramas teóricos e a avaliação do qualidade do ajuste por meio da validação cruzada. O efeito pepita foi analisado por meio de sua percentagem no patamar com o objetivo de melhor comparação do grau de dependência espacial dos metais estudados (Quadro 3), indicando que nenhum metal estudado apresentou baixo grau de dependência espacial. O alcance informa o limite onde termina a variabilidade das amostras em função da distância. Assim, pode-se obter uma idéia do grau de dispersão dos elementos, uma vez que nos
processos de dispersão a partir de uma região mais rica em metais, gradualmente ocorre o decréscimo dos teores com o aumento da distância. O Al e Fe apresentaram maior valor de alcance, possivelmente pela abundância desses elementos nos mais variados tipos de rochas. Dentre os metais pesados, o Cu, Pb e Zn apresentaram o menor valor de alcance em comparação ao Ni e o Co, sugerindo uma maior capacidade de dispersão desses dois últimos metais.
Tabela 2. Modelos teóricos e parâmetros estimados dos semivariogramas experimentais e
estatísticas da autovalidação das variáveis em estudo.
Parâm etro s (1)
Va lid aç ão Cr uzad a(3)
E lem en to M o delo Co Co + C1 Co/(Co + C1)(2) a Variância Mé d ia Al esfé rico 5,6 9 28 ,9 19,7 96 ,1 1 , 015 -0,0012 Fe exp onencial 1,3 1 5,93 22,1 91 ,7 1 , 034 0,0034 T i esfé rico 1,1 6 8,23 14,1 54 ,8 0 , 941 0,0041 M g esfé rico 0,4 4 1,53 28,8 49 ,8 1 , 049 0,0058 M n(4) exp onencial 0,2 7 0,62 43,5 63 ,3 0 , 988 -0,0023 P b(4) esfé rico 0,2 9 0,5 11 56,8 48 ,5 1 , 386 -0,0404 Z n(4) exp onencial 0,0 1 0,6 44 1,6 47 ,6 1 , 008 0,0098 Cu esfé rico 85,9 53 3 16,1 33 ,7 0 , 983 0,0085 Ni exp onencial 27,3 93 ,5 29,2 84 ,6 0 ,97 -0,0083 Co gaussiano 7,6 4 14 ,4 53,1 79 ,2 1 , 074 -0,0119 (1) Co = efeito pepita; Co+C1= patamar; a = alcance; (2) Autovalidação feita com a média do erro reduzido e a variância do erro reduzido; (3) Grau de dependência espacial em percentagem, sendo classificado em: <25% = forte; entre 25 e 75 % = moderada e > 75% = fraca. (4) Para os elementos Mn, Zn e Pb foi utilizada a transformação logarítmica dos teores.
Com relação aos mapas geoestatísticos (Figura 1), o Zn, Pb e Mn apresentaram padrões semelhante de distribuição espacial, e as regiões de maiores teores tendem a ocorrer na unidade metapelítica-dolomítica do Formação Vazante. Particularmente próximos aos afloramentos de calcários dolomíticos na porção central dessa Formação são encontrado teores acima do valor de intervenção da CETESB (2005) para o Pb e Zn. A origem do Pb, Zn e Mn na região está relacionada aos eventos hidrotermais ricos em sulfetos que se encarregaram pelo enriquecimento dos dolomitos nesses metais (Monteiro et al. 2006 citado por Burak, 2008). Maiores teores de Ni e Co são encontrados dentro da Formação Vazante, uma vez que esses metais são também associados aos sulfetos, embora em menor intensidade quando comparado ao Pb e Zn. Maiores teores de Cu e Fe são encontrados nos solos sobre a Formação Paracatu em menor altitude (700 a 600 m). Esta Formação é composta de filitos carbonosos. Estas rochas sedimentares de textura mais finas freqüentemente apresentam teores de metais intermediários entre rochas eruptivas básicas e rochas ácidas. Após a sedimentação, o Cu e o Fe encontraram condições físico-químicas favoráveis à sua precipitação em sedimentos químicos e terrígenos relacionados à Formação Paracatu. Com isto, maiores teores de Cu e Fe são encontrados em solos desenvolvidos sobre esta Formação (Figura 2).
Figura 2. Distribuição dos teores de Al, Fe, Ti, Mg, Mn, Pb, Zn, Cu, Ni e Co, localização dos
afloramentos dos calcários dolomíticos, localização dos depósitos minerais e curvas de níveis (cotas de 900m, 750m e 550m). GC (grupo Canastra), FP (Formação Paracatu), GV (Grupos Vazante), CDL (Cobertura Detrítica Laterítica), CLAC (Cobertura Detritica Lateritica/Depósitos aluvionares e coluvionares).
Após a formação do arcabouço geológico dessa região, o intenso intemperismo, tipico de regiões tropicais, conduz à formação de profundos saprolitos, importantes para a formação das superfícies aplainadas em altitudes de aproximadamente 1000 m segundo a teoria da echtiplanação. Minerais detríticos, emriquecidos em metais de menor mobilidade, são encontrados nas superfícies de maior
# # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante GC FP FP FV CDL CLAC CLAC CDL FV FP GP 900 m 750 m 550 m FV 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W S 18°0'0"S S 17°30'0"S S 17°0'0"S S 16°30'0"S # # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante GC FP FP FV CDL CLAC CLAC CDL FV FP GP 900 m 750 m 550 m FV 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W S 1 S 1 S 1 S 1 # # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante GC FP FP FV CDL CLAC CLAC CDL FV FP GP 900 m 750 m 550 m FV 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W S 18 S 17 S 17 S 16 # # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante GC FP FP FV CDL CLAC CLAC CDL FV FP GP 900 m 750 m 550 m FV 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W 18°0'0"S 1 17°30'0"S 1 17°0'0"S 1 16°30'0"S 1 # # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante GC FP FP FV CDL CLAC CLAC CDL FV FP GP 900 m 750 m 550 m FV 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W "S 18 "S 17 "S 17 "S 16 # # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante GC FP FP FV CDL CLAC CLAC CDL FV FP GP 900 m 750 m 55 0 m FV 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W S 1 S 1 S 1 S 1 # # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante GC FP FP FV CDL CLAC CLAC CDL FV FP GP 900 m 750 m 55 0 m FV 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W "S 1 "S 1 "S 1 "S 1 # # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante GC FP FP FV CDL CLAC CLAC CDL FV FP GP 900 m 750 m 55 0 m FV 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W 18°0'0"S 1 17°30'0"S 1 17°0'0"S 1 16°30'0"S 1 # # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante GC FP FP FV CDL CLAC CLAC CDL FV FP GP 900 m 750 m 55 0 m FV 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W S S S S # # # # Fagundes Ambrosia Morro Agudo Vazante GC FP FP FV CDL CLAC CLAC CDL FV FP GP 900 m 750 m 55 0 m FV 47°0'0"W 47°0'0"W 46°30'0"W 46°30'0"W S 18°0'0"S S 17°30'0"S S 17°0'0"S S 16°30'0"S 1,0 - 2,0 0,8 - 1,0 0,6 - 0,8 0,5 - 0,6 0,4 - 0,5 Ti - g/kg 150 - 210 120 - 150 90 - 120 60 - 90 20 - 60 Al - g/kg 60 - 100 40 - 60 30 - 40 20 - 30 10 - 20 Cu - mg/kg 80 - 130 70 - 80 60 - 70 30 - 60 15 - 30 Fe - g/kg 0,50 - 0,85 0,30 - 0,50 0,20 - 0,30 0,12 - 0,20 0,03 - 0,12 Mn - g/kg 1,2 - 1,7 0,8 - 1,2 0,5 - 0,8 0,2 - 0,5 0,1 - 0,2 Mg - g/kg 30 - 42 25 - 30 20 - 25 15 - 20 9,0 - 15 Ni - mg/kg 120 - 237 72 - 120 30 - 72 15 - 30 10 - 15 Pb - mg/kg 300 - 548 60 - 300 30 - 60 20 - 30 6 - 20 Zn - mg/kg 8,0 - 12,3 6,0 - 8,0 4,0 - 6,0 2,5 - 4,0 1,5 - 2,5 Co - mg/kg Limite Geologia
Afloramento Calcários Dolomíticos Curvas de Nível
Depósitos Minerais
altitude resultando em maiores teores de Al e Ti em altitudes superior a 750 metros (Figura 1). Segundo Marques et al (2004), as antigas superfícies geomorfológicas em altitude aproximada de 1000 m do Planalto Central do Brasil sob o Cerrado são enriquecidas em metais menos móveis com valência de 3 ou mais (Ti, Cr, La, V). Em geral, a afinidade dos metais pesados aos óxidos do solo segue a seqüência: Cu>Pb>Zn>Cd>Co>Ni (Ross, 1994 citado por Burak, 2008). O Pb e Zn apresentam um padrão de distribuição espacial de maior abundância próximo a sua fonte (Figura 1). Isto ocorre pela menor mobilidade desses metais em conseqüência da maior afinidade aos óxidos. O Cu segue o mesmo comportamento do Pb e Zn, e a maior afinidade desse metal aos óxidos de Fe resulta em maior abundância próximos a sua fonte. O Ni e o Co apresentam-se mais disperso na região em conseqüência dos fluxos direcionado pela geomorfologia e hidrologia, e, conseqüentemente, maiores teores ocorrem em zonas de acumulo de sedimentos (Figura 1). Isto ocorre pela menor capacidade de adsorção do Ni e Co aos óxidos do solo e maior mobilidade na paisagem.
Conclusões
Os estudos geoquímicos nos solos formados sobre a Formação Vazante apontam teores máximos acima dos valores de intervenção para o Pb e Zn. Apesar do efeito dispersivo no intemperismo tropical, o Cu, Pb e Zn apresentaram maiores teores próximos a suas fontes, devido principalmente a participação de óxidos de Fe e Mn como barreiras geoquímicas também presentes nas fontes desses metais. Já o Ni e o Co, apresentam-se mais disperso na região com maiores teores em zonas de acumulação de sedimentos devido a menor capacidade de adsorção desses metais aos componentes do solo.
Referências bibliográficas
CETESB. Decisão de diretoria nº 195-2005-e - Aprovação dos Valores Orientadores para Solos
e Águas Subterrâneas no Estado de São Paulo – CETESB, São Paulo, 2005.
BURAK, D.L. Geoquímica e distribuição de metais pesados em solos da região de Unaí,
Paracatu e Vazante, MG. 2008. 160p Tese (Doutorado em Solo e Nutrição de Plantas),
Universidade Federal de Viçosa.
MARQUES, J. J.; SCHULZE, D. G.; CURI, N.; MERTZMAN, S. A. Trace element geochemistry in Brazilizan Cerrado soils. Geoderma, v. 121, p. 31–43, 2004
