UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA CURSO DE GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA
ERICK MÁRCIO DE OLIVEIRA PEREIRA
APLICAÇÃO DO MAPEAMENTO GEOQUÍMICO PARA A AVALIAÇÃO DE CONTAMINAÇÕES AMBIENTAIS NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO - MG
FORTALEZA 2018
ERICK MÁRCIO DE OLIVEIRA PEREIRA
APLICAÇÃO DO MAPEAMENTO GEOQUÍMICO PARA A AVALIAÇÃO DE CONTAMINAÇÕES AMBIENTAIS NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO - MG
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado Departamento de Geologia da Universidade Federal do Ceará, como pré requisito para matrícula na disciplina obrigatória de Trabalho de Conclusão de Curso, para a obtenção do título de Bacharel em Geologia.
Orientador: Prof. Dra Ana Rita
Gonçalves Neves Lopes Salgueiro
Co-orientador:Geol.Dr.Eduardo Duarte
Marques
FORTALEZA 2018
Gerada automaticamente pelo módulo Catalog, mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
P49a Pereira, Erick Márcio de Oliveira.
Aplicação do mapeamento geoquímico para a avaliação de contaminações ambientais no Quadrilátero Ferrífero - MG / Erick Márcio de Oliveira Pereira. – 2018.
128 f. : il. color.
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências, Curso de Geologia, Fortaleza, 2018.
Orientação: Profa. Dra. Ana Rita Gonçalves Neves Lopes Salgueiro. Coorientação: Prof. Dr. Eduardo Duarte Marques.
1. Geoquímica Ambiental. 2. Análise Multivariada. 3. Quadrilátero Ferrífero. I. Título. CDD 551
ERICK MÁRCIO DE OLIVEIRA PEREIRA
APLICAÇÃO DO MAPEAMENTO GEOQUÍMICO PARA A AVALIAÇÃO DE CONTAMINAÇÕES AMBIENTAIS NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO - MG
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado Departamento de Geologia da Universidade Federal do Ceará, como pré requisito para matrícula na disciplina obrigatória de Trabalho de Conclusão de Curso, para a obtenção do título de Bacharel em Geologia.
Área de concentração: Geoquímica Ambiental, Geoestatística
Aprovada em: ___/___/______.
BANCA EXAMINADORA
________________________________________
Prof. Dra Ana Rita Gonçalves Neves Lopes Salgueiro (Orientadora) Universidade Federal do Ceará (UFC)
_________________________________________ Prof. Dr. Christiano Magini (Convidado)
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_________________________________________ Pesq. Msc. Bruno Oliveira Calado (Convidado)
À minha querida Avó. (in memorian) O Norte da bússola que me orientou.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, gostaria de agradecer à Universidade Federal do Ceará que me forneceu através do Departamento de Geologia e seu corpo docente de extrema competência, um ensino de qualidade e a minha manuntenção financeira na cidade de Fortaleza, através dos seus programas assistenciais via PRAE, me permitindo realizar o sonho de me tornar Geológo, portanto registro aqui a minha imensa gratidão à esta instituição que me acolheu como uma mãe, saiba que representarei com muito carinho e orgulho o seu nome por onde for.
Agradeço também a Companhia de Recursos Minerais: Serviço Geológico do Brasil (CPRM) lar dos geólogos, ambiente substancial para aprendizagem da Geologia, pelo fornecimento dos dados utilizados para a execução deste trabalho
Expresso também a minha gratidão a Prof.Dra Ana Rita Salgueiro que confiou em mim e aceitou o desafio de me orientar. Muito obrigado por suas críticas construtivas ao trabalho, discussões técnicas durante as madrugadas, seus conselhos diários e toda atenção. Muito obrigado por tudo, você foi mais que uma orientadora e tenha certeza que serei um Geológo e ser humano muito melhor por ter tido o simples, porém enorme, prazer de conhecê-la! Ao meu querido co-orientador o Senhor Eduardo Duarte Marques, não tenho palavras capazes de descrever o quão grato sou pela sua ajuda e agora amizade, essa que foi se construindo através da nosso tempo juntos na CPRM-BH. Você foi meu professor, meu ídolo, meu amigo, meu mestre tenho em você um exemplo de ser humano e torço pela sorte de um dia ser ao menos 50% do Geólogo que você é.
Agradeço também ao Prof.Dr Christiano Magini e ao Pesq. Msc. Bruno Calado da CPRM- Residência de Fortaleza, por aceitarem de bom grado a função de contribuir para o enriquecimento deste trababalho como banca avaliadora.
A minha avó, meu agradecimento mais saudoso. Apesar de não estar mais presente em nosso meio físico,saiba que além do céu a senhora ocupa grande parte do meu coração e que posso senti-la em cada sorriso e ato de bondade que ainda vejo corriqueiramente nesse mundo. Obrigado por ter sido a luz no início do meu túnel, túnel esse que chega ao fim agora junto com a minha formatura, mesmo com todos contra a senhora acreditou em mim e no meu julgamento, quando ainda com medo decidia vir morar em Fortaleza para estudar. Nunca irei esquecer o que a senhora disse no dia em que nos despedíamos, que o
importante era eu estar feliz e não quantos quilômetros isso me afastaria de você. Estou muito feliz Vó, portanto obrigado!
Quero agradecer também aos meus pais pela força e incentivo por sempre batalharem pelos meus objetivos, bem como terem me dado total suporte para que este sonho pudesse ter sido realizado. Vocês são de onde venho e quem eu sou, hoje e sempre! Amo muito vocês! Aos meus irmãos Bruno e Joel por acreditarem em mim, por serem pacientes e por “segurarem a barra” em Minas Gerais enquanto estive ausente, obrigado. Agradeço também aos meus irmãos de outros pais em especial a Bruna Silva minha companheira dos tempos de UFMG, o meu estimado amigo azul Higor Ferreira, o meu incentivador e exemplo profissional Marcus Vinícius, ao Rafael Modesto meu caçulinha e apoio nos momentos de dificuldade durante a execução deste trabalho e a minha amiga Jéssica Matos sempre presente. Agradeço diariamente a Deus por tê-los, vocês são anjos que me confortam nos meus mais íntimos sofrimentos, podemos não ter o mesmo sangue, mas temos a mesma alma, obrigado por tudo.
A toda a minha família e em especial a minha Tia Evandra e ao Senhor Joel Lima, por terem sido meus professores e por ter me motivado a cursar Geologia.
Aos meus queridos amigos da Geologia em especial Fábio Garofo (Pará), Sara Ferreira, Narjara Maria, Claudia Estefani ,Jérsica Bezerra, Douglas Amaral, Ian Cerdeira e Marcelo Mendonça a faculdade sem vocês não teria sido a fase mais feliz da minha vida, obrigado por tudo que fizeram por mim me tornei melhor com vocês e para vocês. Agradeço também aos meus amigos e parceiros Paulo Robson, Maria Cecília, Josué Fernandes, Marisa Lima e Dácia Simao, sem vocês essa jornada teria sido impossível vocês foram a minha família de Fortaleza e os motivos dos meus sorrisos ao aterrisar nesta terra. Amo vocês!
À GeoCapta, empresa júnior que eu tive a honra de ajudar a fundar e a todos meus amigos queridos que hoje cuidam dela e torcem por mim, meu muito obrigado! Vocês e esse projeto mudaram a minha vida e espero que mude a de muitas outras pessoas que estão por vir e irão integrar este time, tenho muito amor e gratidão por vocês.
E para todos os outros que, de alguma forma, direta ou indireta, colaboraram na realização deste trabalho, embora não citados aqui, não deixam de merecer o meu agradecimento. Obrigado a todos vocês!
“A natureza é racional e revelará seus segredos àqueles que aprenderem a ler e
a entender sua linguagem.” (Conde de Buffon)
RESUMO
Os processos naturais e as atividades humanas estão modificando continuamente a composição química de nosso ambiente, por isso é importante determinar a atual concentração e distribuição espacial dos elementos químicos na superfície. Este trabalho, versa o mapeamento geoquímico com enfoque ambiental das folhas Belo Horizonte, Ouro Preto e Igarapé de escala 1:100.000, localizadas na região do Quadrilátero Ferrífero que foi escolhido para realização desta pesquisa, devido seu potencial geológico-mineral,agrícola,biológico,hídrico e social. O objetivo deste trabalho, foi determinar o background regional de alguns elementos de importância ambiental que foram selecionados e mapear pontos com concentrações anômalas para os mesmos na região. Foram utilizadas 731 amostras de sedimentos ativos de corrente coletadas durante projeto “Geoquímica do Quadrilátero Ferrífero e seu Entorno” efetuado pela CPRM – Serviço Geológico do Brasil. Foram realizados tratamentos estatísticos uni-bi e multivariados dos resultados analíticos e produzidos 6 mapas fatoriais com assinaturas geoquímicas regionais e 7 unielementares para os elementos selecionados caracterizando suas distribuições, backgrounds e pontos com valores anômalos que foram comparadas a padrões internacionais de qualidade para sedimento. Conclui-se que para região estudada que o principal fonte de enriquecimento é geogênica possuindo naturalmente backgrounds elevados para os elementos analisados, quando comparado às médias globais, portanto é necessário atenção e cuidado especial ao se definir contaminações na área, tendo em vista de que valores e padrões regionais base são diferentes. Foi possível inferir com este mapeamento, que a existência de atividades antropogênicas, pontualmente, podem realmente estar corroborarando para as anomalias geoquímicas obtidas, porém é necessário pesquisas mais aprofundada para que essas hipóteses sejam comprovadas.
ABSTRACT
The natural processes and human activities are continuously changing the chemical composition of our environment, therefore it is important to determine the current concentration and spatial distribution of the chemical elements on the surface. The following work deals with the geochemical mapping of the leaves Belo Horizonte, Ouro Preto and Igarapé, scale 1: 100,000, located in the Quadrilátero Ferrífero region that was chosen for this research, due to its geological-mineral, agricultural, biological, water and social potential. The objective of this work was to determine the regional background of some elements of environmental importance that were selected and mapping points with anomalous concentrations for them in the region. A total of 731 active current sediment samples collected during the project "Geochemistry of the Quadrilátero Ferrífero and its surroundings" was carried out by CPRM - Geological Survey of Brazil. The uni-bi and multivariate statistical treatments of the data were performed and 6 factorial maps with regional geochemical signatures and 7 unielemental ones were produced for the selected elements characterizing their distributions, backgrounds and points with anomalous values that were compared to international quality standards for sediment. It is concluded that for the studied region that the main source of enrichment is geogenic having naturally high backgrounds for the analyzed elements, when compared to the global averages, therefore special attention and care is necessary when defining contaminations in the area, considering that values and regional base standards are different. It was possible to infer from this mapping that the existence of anthropogenic activities, in a timely manner, may actually be corroborating for the geochemical anomalies obtained, but more in-depth research is necessary for these hypotheses to be proven.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Mapa de Localização do area do Mapeamento Geoquímico do Quadrilátero Ferrífero e seu entorno. Destaque em vermelho para as folhas SE-23-Z-C- VI, SF-23-X-A-III e SF-23-A-II que compõem a área de estudo, tais quais: Belo horizonte,
Ouro Preto e Igarapé ... 19
Figura 2- Mapa das zonas climáticas com destaque em vermelho para a area do projeto ... 20
Figura 3- Mapa das unidades geomorfológicas do Quadrilatero Ferrífero com destaque em vermelho para a àrea do projeto ... 23
Figura 4-Mapa tipos de solos do Quadrilatero Ferrífero com destaque para área do projeto ... 25
Figura 5- Mapa das Bacias Hidrográficas no Quadrilatero Ferrífero com destaque em vermelho para a àrea do projeto ... 27
Figura 6- Mapa de Vegetação do Ferrífero com destaque em vermelho para a àrea do projeto ... 29
Figura 7- Mapa de Uso do Solo com destaque em vermelho para a àrea do projeto 31 Figura 8- Gráfico de proporções do Uso do Solo. ... 32
Figura 9- Coluna Estratigráfica do Quadrilátero Ferrífero ... 33
Figura 10- Mapa Geológico Região de estudo no Quadrilátero Ferrífero ... 35
Figura 11- Modelo de Histograma ... 51
Figura 12- Modelo de Box Plot ... 51
Figura 13- Modelo de Matriz de Correlação ... 52
Figura 14-Representação da simbologia das faixas de concentração em mapas de pontos baseados em gráficos Box Plot. ... 57
Figura 15- Fluxograma Metodológico Geral ... 60
Figura 16- Gráfico do tipo Scree para determinação da quantidade de fatores relevantes para a análise (Critério de Kaiser – Autovalor >1) ... 71
Figura 17- Mapa Geológico das principais litologias da área do projeto ... 72
Figura 18- Distribuição espacial do Fator 1 para sedimentos de corrente ... 74
Figura 19- Distribuição espacial do Fator 2 para sedimentos de corrente ... 75
Figura 20- Distribuição espacial do Fator 3 para sedimentos de corrente ... 76
Figura 21- Distribuição espacial do Fator 4 para sedimentos de corrente ... 77
Figura 22- Distribuição espacial do Fator 5 para sedimentos de corrente ... 79
Figura 23- Distribuição espacial do Fator 6 para sedimentos de corrente ... 80
Figura 24- Mapa de Distribuição Unielementar do Arsênio ... 82
Figura 25- Mapa Geoquímico do Arsênio ... 83
Figura 26- Mapa de Distribuição Unielementar do Cádmio ... 84
Figura 27- Mapa Geoquímico do Cádmio ... 85
Figura 28- Mapa de Distribuição Unielementar do Cromo ... 86
Figura 29- Mapa Geoquímico do Cromo... 87
Figura 30- Mapa de Distribuição Unielementar do Níquel ... 88
Figura 31-Mapa Geoquímico do Níquel ... 89
Figura 32- Mapa de Distribuição Unielementar do Chumbo ... 90
Figura 33- Mapa Geoquímico do Chumbo ... 91
Figura 34- Mapa de Distribuição Unielementar do Zinco ... 92
Figura 35- Mapa Geoquímico do Zinco ... 93
Figura 36- Mapa de Distribuição Unielementar do Fósforo ... 94
Figura 37-Mapa Geoquímico do Fósforo ... 95 Figura 38- Box Plots de distribuição para os elementos As, Cd, Cr, Ni, P, Pb e Zn nas unidades 5 principais unidades geológicas da área Complexo Bação (BA), Complexo
Bonfim (BN), Supergrupo Minas (SGM), Supergrupo Rio das Velhas (SGRV), Complexo Belo Horizonte (BH) A linha contínua que se encontra em cada gráfico representa a concentração média da crosta (UCC-Upper Crust Continental / Reimann & Caritat, 1998.) a linha tracejada representa o Background da área total do projeto (ATP – Área Total do Projeto / Autor ) e a linha de pontos e traços os
valores referentes a PEL- Probably Effect Level / MacDonald et.al, 2000). ... 99
Figura 39 - Mapa do uso e ocupação de solo na região ... 104
Figura 40- Imagem de satélite com a localização dos pontos visitados em campo (imagem de base obtida do Google Earth em 2017 ... 106
Figura 41- Mapa do Entorno do Ponto ED-0309 ... 107
Figura 42- Mapa do Entorno do Ponto JV-0519 ... 108
Figura 43- Ponto de Coleta LG-0055... 109
Figura 44- Foto da Mina no Entorno da Bacia de Coleta ... 109
Figura 45- Mapa do Entorno do Ponto LG-0055 ... 110
Figura 46- Ponto de Coleta LG-0056... 111
Figura 47- Sítios nas áreas proximais do ponto de coleta ... 111
Figura 48- Mapa do Entorno do Ponto LG-0056 ... 112
Figura 49- Ponto de Coleta LG-0057... 113
Figura 50- Entrada da Planta de Tratamento e Produção de Ácido Sulfúrico ... 113
Figura 51- Mapa do Entorno do Ponto LG-0057 ... 114
Figura 52- Ponto de Coleta LP-0495 ... 115
Figura 53- Frente de Lavra do Serpentinito na área de Influência ... 115
Figura 54- Mapa do entorno ponto LP-495... 116
Figura 55- Foto na estrada indicando proximidade com o ponto LP-0650ª ... 117
Figura 56- Visão Geral da área do ponto LP-650ª ... 117
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Elementos analisados e seus respectivos limites inferiores e superiores de detecção. ... 48 Tabela 2-Classificação do Fator de Enriquecimento (FE) ... 59 Tabela 3-Sumário Estatístico dados distribuição log (Estatística Univariada) ... 63 Tabela 3-Sumário Estatístico dados distribuição log (Estatística Univariada): Continuação ... 64 Tabela 4-Matriz de Correlação de Spearman (Estatística Bivariada) ... 66 Tabela 5- Autovalores e suas respectivas porcentagens de variância para cada fator. (Estatística Multivariada) ... 69 Tabela 6- Autovalores e suas respectivas porcentagens de variância para cada fator e associação geoquímica. (Estatística Multivariada) ... 70 Tabela 7- Relação de todos os Pontos Anômalos para os elementos selecionados (As,Cd,Cr,Ni,P,Pb e Zn) ... 96 Tabela 8 -Concentrações dos Backgrounds globais (UCC- Upper Crust Continental)e regionais para os elementos selecionados e valores guias de qualidade de sedimento de metais-traço em sedimentos adotados pela NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) ... 98 Tabela 9- Fator de Enriquecimento para os elementos As, Cd, Cr, Ni, P, Pb e Zn para área total do projeto (ATP) e nas 3 unidades geológicas da área com ocorrência de anomalias, Complexo Bação (BA), Supergrupo Minas (SGM), Supergrupo Rio das Velhas (SGRV). ... 103 Tabela 10 - Fator de Contaminação para os elementos As, Cd, Cr, Ni, P, Pb e Zn para área total do projeto (ATP) e nas 3 unidades geológicas da área com ocorrência de anomalias, Complexo Bação (BA), Supergrupo Minas (SGM), Supergrupo Rio das Velhas (SGRV). ... 103
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística NBR Norma Brasileira Regulamentar
CFEM Compensação Financeira pela Exploração de Recursos Minerais COPASA Companhia de Saneamento de Minas Gerais
CPRM Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais: Serviço Geológico do Brasil DEGEO Departamento de Geologia
DIGEOQ Divisão de Geoquímica MG Minas Gerais
QF Quadrilátero Ferrífero
RMBH Região Metropolitana de Belo Horizonte SUREG Superitendência Regional
UFC Universidade Federal do Ceará
FEAM Fundação Estadual do Meio Ambiente de Minas Gerais BA Complexo Bação
BN Complexo Bonfim
BH Complexo Belo Horizonte SGRV Supergrupo Rio das Velhas SGM Supergrupo Minas
UCC Upper Crust Continental ( Concentração Média da Crosta) PEL Probable Effect Level ( Provável Nível de Efeito)
ATP Área Total do Projeto
UNESCO Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura PGE”s Platinum Group Elements
ACP Análise de Componentes Principais (ou, Principais Componentes) CLR Central Log Ration (Razão Log Centralizada)
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 14
2- CARACTERIZAÇÃO GEOAMBIENTAL ... 18
3 – MAPEAMENTO GEOQUÍMICO E AVALIAÇÃO AMBIENTAL ... 36
3.1 Generalidades ... 36
3.2 Projeto Mapeamento Geoquímico do Quadrilátero Ferrífero (CPRM) ... 38
3.3 Geoquímica dos Sedimentos Ativos de Corrente ... 39
3.4 Cartografia Geoquímica ... 39
3.5. Contaminação Ambiental o a Geoquímica dos Metais Pesados e Fósforo ... 40
3.5.1 Arsênio (As) ... 41 3.5.2 Cádmio (Cd) ... 42 3.5.3 Cromo (Cr) ... 43 3.5.3 Níquel (Ni) ... 43 3.5.5 Chumbo (Pb) ... 44 3.5.6 Zinco (Zn) ... 45 3.5.7 Fósforo (P) ... 46 4 - MATERIAIS E MÉTODOS ... 46
4.1 Obtenção dos dados ... 46
4.2 Tratamento Estatístico dos Dados ... 49
4.3 Estatística Univariada ... 50
4.4 Estatística Bivariada ... 52
4.5 Estatística Multivariada ... 53
4.5.1 Análise Fatorial (AF) ... 53
4.5.2 Análise de Componentes Principais (ACP) ... 54
4.6 Construção e Interpretação dos Mapas Geológicos e Geoquímicos de Anomalias ... 56
4.7 Avaliação de elementos potencialmente contaminantes ... 58
4.7.1 Fator de Enriquecimento ... 58
4.7.2 Fator de Contaminação ... 59
4.8 Atividades de Campo ... 60
4.9 Fluxograma Metodológico Geral ... 60
5 – RESULTADOS ... 61
5.1 Sumário Estatístico ... 62
6.2 Análise de Correlação (Estatística Bivariada) ... 65
6.3 Análise Fatorial - Método de Extração Principais Componentes (Estatística Multivariada) ... 68
6.4 Mapas Geoquímicos dos Fatores... 71
6.5 Mapas Geológicos e Geoquímicos de Anomalias Unielementares ... 80
6.6 Backgrounds e Fatores de Enriquecimento e Contaminação ... 97
6.7 Avaliaçao Ambiental de Campo ... 104
6.7.1 Ponto ED-0309 ... 106 6.7.2 Ponto JV-0519 ... 107 6.7.3 Ponto LG-0055 ... 108 6.7.4 Ponto LG-0056 ... 110 6.7.5 Ponto LG-0057 ... 112 6.7.6 Ponto LP-0495 ... 114 6.7.7 Ponto LP-0650A ... 116 5 DISCUSSÕES ... 118 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 121
1 INTRODUÇÃO 1.1 Apresentação
Esta atividade objetiva o cumprimento das normas curriculares da disciplina Trabalho de Conclusão de Curso, vinculado a Graduação em Geologia do Departamento de Geologia do Centro de Ciências da Universidade Federal do Ceará, visando à obtenção do título de Bacharel.
O trabalho foi desenvolvido por Erick Márcio de Oliveira Pereira aluno do curso de Geologia, com orientação da Prof. Dra. Ana Rita Gonçalves Neves Lopes Salgueiro vinculada ao corpo docente do Departamento de Geologia da UFC e do senhor Dr. Eduardo Duarte Marques, Geólogo pesquisador do quadro funcional da CPRM (Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais - Serviço Geológico do Brasil) vinculado a Superitendência de Belo Horizonte (SUREG-BH ) da divisão de Geoquímica (DIGEOQ). Este estudo geológico teve como linha de pesquisa a área de Geoquímica Ambiental à qual foram aplicadas técnicas estatisticas, com ressalte para análise multivariada de dados , e foi realizado no município de Belo Horizonte- MG e adjacências, especificamente nas cidades pertecentes as folhas Igarapé, Ouro Preto e Belo Horizonte localizadas no Quadrilátero Ferrífero (QF).
1.2 Enquadramento
Como os processos naturais e as atividades humanas estão modificando continuamente a composição química de nosso ambiente, é importante determinar a atual concentração e distribuição espacial dos elementos químicos na superfície da Terra de modo mais sistemático que o executado até hoje, Darnley et al., (1995). A realização de mapeamentos geoquímicos tem sido cada vez mais praticada, principalmente pelos países da América do Norte, Oceania e Europa, pois são uma eficiente ferramenta no “conhecimento da concentração e distribuição dos elementos e compostos químicos nos ambiente e podem ser aplicados com diferentes objetivos,por exemplo, na prospecção de minérios, avaliação de substâncias contaminantes em solos e recursos hídricos”, conforme explicado por Larizzatti et al., (2014). Isto é possível porque os elementos químicos apresentam variações específicas em função de fatores geológicos, processos biológicos,
ambientais e antrópicos que regionalmente podem alterar os backgrounds elementares.
Em ambientes sem influência das atividades humanas, a geoquímica do solo se relaciona quase que exclusivamente à fatores geogênicos, em zonas urbanas, os parâmetros geológicos se somam a diversificados agentes antropogênicos, produzindo um quadro geoquímico mais complexo, neste contexto o mapeamento geoquímico dos solos, dos sedimentos e das águas permitem, entre outros produtos, definir zonas anômalas (áreas enriquecidas e/ou empobrecidas) para um elemento ou de um conjunto deles (metais pesados, por exemplo) e inferir ou até mesmo identificar os agentes causadores, permitindo a estruturação de métodos remediadores.
Metais pesados, tais como: As, Pb, Zn, Ni, Hg, Cu, Cd e Cr, são extremamente tóxicos para o ser humano e em excesso degradam a qualidade ambiental, podem ser introduzidos no ambiente urbano por inúmeros agentes e processos, embora sejam geralmente adsorvidos por coloides, ou matéria orgânica. Os metais pesados podem entrar no ciclo biológico por diferentes meios cuja a absorção e reatividade, dentre outros, dependerá das condições do entorno (a presença de água, temperatura, pH e Eh ( Albanese et al.,2008).
Os sedimentos são componentes fundamentais em estudos ambientais de uma bacia hidrográfica, pois além de se caracterizarem como depósitos geoquímicos de metais tóxicos, controlam também a disponibilidade e o transporte destas substâncias para a hidrosfera, atmosfera e a biota. Nesse contexto os sedimentos de corrente são fundamentais para os estudos geoquímicos, especialmente por possuírem uma grande capacidade de concentrar elementos traços, gerando uma assinatura geológica/geoquímica da região. No entanto, segundo Reimann e Garrett (2005), a ação antrópica pode alterar esta composição geoquímica.
De acordo com Kamenov et al. (2009) a urbanização, industrialização, mineração e a agricultura têm sido responsáveis pela liberação de elementos traços para o ambiente, como por exemplo, Pd e Pt em catalisadores de automóveis; gerando concentrações em níveis bem acima do esperado nos sedimentos.
A região do Quadrilátero Ferrífero (QF) foi escolhida para o estudo por diversos fatores, dentre eles em concordância com o que foi citado por Vicq (2015),
se deve aos aspectos naturais e geológicos, já que é conhecido mundialmente por sua diversidadede de minérios, tais como, Ouro, Prata, Ferro, Manganes, Grafita, etc... Tratando-se de uma região com imenso patrimônio geoambiental. Além disso, também se constitui como uma das áreas de maior concentração populacional do Estado e um dos pilares econômicos de Minas Gerais e do Brasil.
A coexistência dos aglomerados populacionais e as atividades econômicas na região intensifica o conflito entre recursos naturais e o espaço, tais conflitos evidenciados na região do Quadrilátero Ferrífero, podem ser melhor compreendidos e controlados à partir da utilização do mapeamento geoquímico, o qual este trabalho se propõe em realizar.
1.2 Objetivos
O objetivo geral deste trabalho consistiu em relacionar a distribuição e o comportamento de 44 elementos químicos em sedimentos ativos de corrente com as características geológicas da área de estudo o Quadrilátero Ferrífero. Tal análise permitiu a determinação do background regional dos elementos, o que subsidia a uma avaliação ambiental fidedigna, considerando-se características naturais tais como a geologia, geomorfologia, vegetação e tipo de solo, além das atividades antrópicas, que podem, por exemplo, ser representadas pelo uso e manejo do solo. Este procedimento permitiu a inferência de zonas anômalas passíveis de vulnerabilidade ambiental na região estudada.
Os objetivos específicos da presente foram:
- Apresentação dos dados com as assinaturas geoquímicas obtidas através da
amostragem e análise realizada pela CPRM na região do Quadrilátero Ferrífero;
- Aplicação de ferramentas da estatística uni, bi e multivariada para tratamento dos
dados e seleção de elementos chaves;
- Correlação das assinaturas geoquímicas com o ambiente e a geologia local;
- Caracterização dos padrões quando possível das assinaturas geoquímicas
presentes na área;
- Mapeamento de pontos com concentrações anômalas para os elementos tóxicos
- Identificação quando possível do tipo de influência antrópica presente nos pontos
identificados como anômalos.
1.3 Justificativa
O interesse em realizar este trabalho na região da Província Mineral Quadrilátero Ferrífero – (PMQF) no Estado de Minas Gerais se deve à diversas razões dentre elas algumas serão abaixo citadas.
Os recursos hídricos superficiais são os principais responsáveis pelo abastecimento da Região Metropolitana de Belo Horizonte (RMBH). A exemplo disso, desde 1973, as águas do Rio das Velhas, principal corpo hídrico da área proposta para o estudo, é responsável por 40% do escoamento de base da captação para o abastecimento de aproximadamente 65% da população da RMBH (3º mais populosa do país), correspondendo à 2,4 milhões o número de pessoas que são abastecidas, se incluído os demais mananciais dentro da região do Quadrilátero Ferrífero, são 5,2 milhões pessoas que dependem dos recursos hídricos locais que são afetados pelas ações antrópicas que teem criado graves conflitos e degradado a qualidade das águas o que afeta diretamente no bem estar e saúde da população. COPASA (2012).
As características geológicas peculiares fizeram da região do Quadrilátero Ferrífero uma ecorregião única do ponto de vista da diversidade de formações geológicas, espécies animais e vegetais, além de uma região extremamente visada para a extração mineral, atividade historicamente importante para o desenvolvimento econômico do Brasil e do estado, porém potencialmente agressiva ao equilíbrio ecológico e a preservação deste ambiente de importância biológica ímpar, sendo necessário o desenvolvimento de trabalhos que visem o monitoramento de possíveis influências antrópicas intensificadas nas áreas do projeto, já que o estado de Minas Gerais é o principal produtor de bens minerais do Brasil, com mais de 50% da arrecadação da Compensação Financeira pela Exploração de Recursos Minerais – CFEM, provindo boa parte deles dos municípios e das extrações localizados na região do QF.
A área de estudo visada neste projeto foi escolhida por reunir um conjunto de características que a tornam única, devido seu potencial geológico-mineral,
agrícola, biológico e hídrico, aliado à sua localização ímpar na região metropolitana de Belo Horizonte um dos grandes polos socioeconômico do país, com grande densidade populacional que acarreta um uso e ocupação do solo bastante diversificado, caracterizando a região como uma zona de grande interesse científico e bastante vulnerável para contaminações ambientais e antrópicas.
2- CARACTERIZAÇÃO GEOAMBIENTAL 2.1 Área de Estudo e seu Entorno
De acordo com Nunes et al. (2012), a região centro-sul do Estado de Minas Gerais começou a ser chamada de Quadrilátero Ferrífero à partir de 1950, quando se iniciaram as grandes descobertas de minérios metálicos e gemas em todo seu entorno. O Quadrilátero Ferrífero é umas das províncias geológicas e geomorfológicas mais importantes do Brasil, tal importância fez com que esta região tenha sido objeto de vários estudos dentre eles um de grande relevância para a região o Mapeamento Geoquímico realizado pelo Serviço Geológico do Brasil, utilizado como base para a realização deste trabalho.
De acordo com Larizzatti et al. (2014), o projeto Mapeamento Geoquímico Do Quadrilátero Ferrífero e Seu Entorno, utilizado como base para o desenvolvimento deste trabalho, cobre uma área de 45.000 km2 e está localizado na região centro-sul do estado de Minas Gerais, abrangendo em toda a sua extensão a região metropolitana da grande Belo Horizonte. Os limites da área foram estabelecidos de forma a incluir a Província Mineral do Quadrilátero Ferrífero (PMQF), bem como regiões adjacentes do Cráton do São Francisco e da Província Geotectônica Mantiqueira, formando um quadrilátero balizado pelas coordenadas 19°30’S/21°00’S e 42°30°W/45°00°W, como demonstrado na Figura 1.
O Quadrilátero Ferrífero é uma estrutura geológica cuja forma se assemelha a um quadrado, perfaz uma área de aproximadamente 7000 km2 e estende-se da antiga capital de Minas Gerais, Ouro Preto à sudeste, e Belo Horizonte, a nova capital à noroeste conforme citado por Roeser e Roeser (2010). A área de estudo foco desta proposta está circunscrita nas folhas: Belo Horizonte (SE-23-Z-C- VI), Igarapé (SF-23-X-A-III) e Ouro Preto (SF-23-A-II) todas na escala de 1:100.000, totalizando uma área de 8.700Km2,é importante ressaltar que as folhas destacadas
em vermelho nos mapas apresentados ao longo deste tópico se referem à área alvo deste trabalho, sendo portanto o foco das discussões. O mapa de localização regional com destaque às folhas geológicas da área se encontra na Figura 1.
Figura 1 Mapa de Localização do area do Mapeamento Geoquímico do Quadrilátero Ferrífero e seu entorno. Destaque em vermelho para as folhas SE-23-Z-C- VI, SF-23-X-A-III e SF-23-A-II que compõem a área de estudo, tais quais: Belo horizonte, Ouro Preto e Igarapé
Fonte: Adaptado de Larizzatti et al. (2014)
De acordo com dados do censo de 2010 do IBGE, a região do Quadrilátero Ferrífero integra total, ou parcialmente, 35 municípios: Barão de Cocais, Belo Horizonte, Belo Vale, Betim, Brumadinho, Caeté, Catas Altas, Congonhas, Conselheiro Lafaiete, Ibirité, Igarapé, Itabira, Itabirito, Itatiaiaçu, Itaúna, Jeceaba, João Monlevade, Mariana, Mário Campos, Mateus Leme, Moeda, Nova Lima, Ouro Branco, Ouro Preto, Raposos, Rio Acima, Rio Manso, Rio Piracicaba, Sabará, Santa Bárbara, Santa Luzia, São Gonçalo do Rio Abaixo, São Joaquim de Bicas e Sarzedo com uma população estimada em 4.135.951 pessoas, Silva (2007).
2.2 Clima
Segundo Butt e Zeegers (1992), o clima é o fator de maior relevância na definição dos processos de dispersão geoquímica na evolução do perfil de um solo. A variação do clima com o tempo causa mudanças no intemperismo e nos processos de dispersão, mas apenas os episódios climáticos mais novos e intensos ou antigos e muito duradouros, deixam registros significativos, Larizzatti et al. (2014).
O clima da região do Quadrilátero Ferrífero é afetado diretamente pelas serras que a compõem, pois atuam como barreiras que impendem a movimentação das massas de ar, gerando pequenos núcleos morfoclimáticos regionais.
Segundo IBGE (2006), a área de estudo se insere na zona de “Clima Tropical Brasil Central”, com zonas apresentando diferentes características climáticas.
A região reúne vários tipos climáticos, tais como mesotérmico brando semi-úmido a semi-úmido, com temperaturas médias entre 10 e 15ºC e 3 a 5 meses secos; subquente– semi-árido a úmido, com temperaturas médias entre 15 e 18ºC e 1 a 6 meses secos; e quente –semi-úmido, com temperaturas médias superiores a 18ºC durante todo o ano e 4 a 5 meses secos. Os períodos secos se concentram no inverno e os úmidos no verão.
A área deste trabalho demarcado em vermelho conforme demonstrado na Figura 2 abarca 3 tipos de zonas climáticas: Mesodérmico Brando-Úmido, Mesordérmico Brando Semi-Úmido e Subquente Semi-Úmido.
Fonte: Adaptado de Larizzatti et al. (2014). 2.3 Geomorfologia
A região definida como Quadrilátero Ferrífero apresenta grandes diferenças em suas elevações e as cotas mais altas guardam correspondência com as litologias mais resistentes ao intemperismo, de acordo com Barbosa e Rodrigues (1967) a àrea apresenta relevo dobrado em anticlinais e sinclinais, no qual as anticlinais foram denudadas e agora ocupam a porção inferior do relevo, enquanto as sinclinais protegidas em suas abas por litotipos mais resistentes permaneceram suspensas. A existência da erosão diferencial no Quadrilátero Ferrífero se deve ao gradiente de resistência das suas litologias na qual: (i) quartzitos e itabiritos são as rochas mais resistentes; (ii) xistos-filitose granitos-gnaisses apresentam resistência mediana e; (iii) as rochas carbonáticas compõem os litotipos mais frágeis,Salgado et al. (2008). As cotas mais elevadas são encontradas na serra do Caraça, onde as cristas de quartzito atingem os 2000 metros, o Quadrilátero Ferrífero é cercado pelas
seguintes serras, Curral a norte, Moeda a oeste, Ouro Branco a sul e Caraça e Gandarela a leste, o seu entorno encontra-se em cotas mais baixas devido o inteperismo mais intenso e a menor resistência das rochas nestas regiões o que resulta em altitudes menores variando de 800 à 1000 metros, chegando a 300 metros nas porções orientais vinculadas à região da bacia hidrográfica do Rio Doce. Cabe complementar, que o clima reinante na área de estudo nos últimos 70 milhões de anos levou à formação das crostas lateríticas (cangas) que também oferecem estabilidade das unidades frente aos processos intempéricos e protegendo litologias mais friáveis e erodíveis do regolito Larizzatti et al., (2014).
De acordo com dados do IBGE (2006), a região do QF está compartimentada por nove unidades de relevo representadas à seguir na Figura 3, com destaque para as quatro que ocorrem na área deste trabalho.
a) Serras do Espinhaço Meridional b) Serras da Mantiqueira e Caparaó c) Serras do Quadrilátero Ferrífero d) Planalto Campo das Vertentes e) Planalto Centro-Sul Mineiro f) Planícies Fluviais
g) Depressão do Alto-Médio Rio São Francisco h) Depressão do Rio Doce
Figura 3- Mapa das unidades geomorfológicas do Quadrilatero Ferrífero com destaque em vermelho para a àrea do projeto
Fonte: Adaptado de Larizzatti et al. (2014). 2.4 Solos
A pedogênese, ou seja, o processo de formação do solo é o resultado da transformação do substrato rochoso, do saprólito preexistente ou outro material do regolito na interface com a atmosfera Lucas e Chauvel (1992). A natureza desta transformação depende do balanço entre três processos principais: (1) intemperismo dos minerais; (2) transporte em solução ou como sólidos; e (3) autigênese de minerais secundários estáveis. Estes processos resultam do equilíbrio termodinâmico controlado pelas mudanças físico-químicas que existem no perfil do solo em comparação com o material parental.
O intemperismo intenso imposto nas regiões tropicais induz à formação de regolitos compostos por minerais secundários mais estáveis (kaolinita, gibbsita e óxidos de ferro) e por minerais primários mais resistentes (quartzo e acessórios tais
como cromita e zircão) Kronberg et al., (1979), estudando solos brasileiros sob condições similares às encontradas neste trabalho, concluíram que o intemperismo intenso atuante no Brasil leva à produção de solos essencialmente portadores de SiO2-Al2O3-Fe2O3-H2O, sendo seus principais minerais: quartzo, kaolinita, gibbsita, goethita e hematita.
De acordo com a Fundação Estadual do Meio Ambiente de Minas Gerais - FEAM (2011) predominam latossolos e argissolos vermelhos e/ou amarelos, enquanto na área do Quadrilátero Ferrífero propriamente dito, com arcabouço geológico muito mais complexo, formado por rochas metavulcânicas e metassedimentares de natureza diversa, os solos são principalmente do tipo cambissólico háplico, localmente observando-se argissolos vermelho-escuros e solos litólicos.
Conforme citado por Varajão et al. (2009) os sedimentos coluvionares que foram registrados previamente em solos argilosos, seriam oriundos dos perfis de solo desenvolvidos sob condições de clima quente e úmido (Neo-Eoceno ao Eoceno). A Figura 4 apresenta o mapa com a distribuição dos tipos de solo na região do Quadriátero Ferrífero, na areado trabalho ocorrem 5 tipos pedológicos que serão citados à seguir Argissolo Vermelho-Amarelo, Argissolo Vermelho, Cambissolo Háplico, Latossolo Vermelho, Latossolo Vermelho-Amarelo
Figura 4-Mapa tipos de solos do Quadrilatero Ferrífero com destaque para área do projeto
Fonte: Adaptado de Larizzatti et al. (2014). 2.5 Hidrografia
O Quadrilátero Ferrífero em toda sua extensão se prolonga por seis bacias hidrográficas principais, são elas a Bacia do Rio Doce, Bacia do Rio Piracicaba, Bacia do Rio das Velhas, Bacia do Rio Paraopeba, Bacia do Rio Pará e Bacia do Rio Paraná. Os limites da área de estudo compreendida na área de estudo possui 5 das 6 bacias, excetuando-se apenas a Bacia do Rio Paraná no extremo sudoeste da região do QF.
“O rio das Velhas forma uma malha com disposição de sul para norte-noroeste, constituindo o principal captador na região do QF. Tem suas nascentes na conjunção das serras de Ouro Branco e Caraça, quase na porção central da área, as quais, juntamente com a serra de Gandarela, são seus
principais divisores em relação à bacia do rio Doce, localizada a leste. A serra da Moeda, por sua vez, é seu principal marco divisor a oeste, separando-a da bacia do rio Paraopebas. A bacia do rio das Velhas, em relação às demais bacias, apresenta nitidamente maior controle estrutural da sua malha, com vales relativamente mais encaixados e estruturalmente mais controlados.”, Larizzatti et al. (2014).
A Bacia do Rio Doce, com dois dos seus principais formadores, os rios Piranga e Carmo, configura uma malha com disposição sudoeste-nordeste, com fluxo de suas drenagens em sentido nordeste. O rio Paraopebas tem sua malha de captação alinhada de SSE para NNW, grosso modo, em paralelo a bacia do Rio das Velhas, acompanhando a serra da Moeda, de onde partem vários afluentes pela margem direita.
Os rios Doce e Paraopebas são os mais extensos, formando as bacias mais expressivas na área de estudo. A Bacia do Rio Pará, afluente da margem direita do Rio São Francisco, apresenta drenagens correndo, tendo como principais contribuintes os rios São João e do Peixe Larizzatti et al., (2014)
Em relação ao Potencial Hidrogeológico, no Quadrilátero Ferrífero, este encontra-se principalmente nas drenagens associadas a duas das mais importantes bacias hidrográficas de Minas Gerais, a do Rio Doce e a do Rio São Francisco (Rio das Velhas e Rio Paraopeba). O potencial hídrico subterrâneo no Quadrilátero Ferrífero é conhecido desde os primórdios da ocupação humana da região, devido à abundância e qualidade das águas das nascentes. No século XIX, este foi um dos fatores que qualificaram Belo Horizonte como a futura capital do estado, em substituição a Ouro Preto.
As folhas que contemplam a área deste projeto são ocupadas por 5 Bacias Hidrográficas as principais são elas: Bacia do Rio das Velhas e Paraopebas, conhecidas pelo seu potencial de abastecimento e em menor escalas as Bacias do Rio Piracicaba, Doce e Pará.
Na Figura 5 está representada a divisão das diferentes Bacias Hidrográficas na região do Quadrilátero Ferrífero.
Figura 5- Mapa das Bacias Hidrográficas no Quadrilatero Ferrífero com destaque em vermelho para a àrea do projeto
Fonte: Adaptado de Larizzatti et al., (2014) .
2.6 Vegetação
Os sistemas rochosos constituem geoformas muito antigas, geralmente sustentando uma flora relictual edaficamente controlada e caracterizada pelo elevado número de endemismos. Ao discutir o panorama da produção do conhecimento sobre a vegetação associada aos afloramentos rochosos, Scarano (2007) destaca a necessidade urgente de acelerar estudos nesses ambientes, em especial nas áreas de cangas. Estas áreas constituem um dos sistemas menos conhecidos, onde a principal causa de perda de habitat e degradação deve-se à abertura de dezenas de cavas de extração de minério de ferro.
A vegetação associada às formações ferríferas comuns no Quadrilátero Ferrífero em Minas Gerais foi denominada Campos Ferruginosos. Estes estão entre os ecossistemas mais ameaçados e menos estudados de Minas Gerais.
O Quadrilátero Ferrífero está localizado em uma área de transição entre dois grandes domínios morfoclimáticos brasileiros, confrontando em sua borda oste com o Domínio do Cerrado e em sua borda leste com o Domínio dos Mares de Morros florestados, transição em relação aos biomas Cerrado e Mata Atlântica.
Segundo IBGE (2006), a área de estudo originalmente era formada por três tipos de vegetação, as quais classificadas como áreas de Savana, Tensão Ecológica e Floresta Estacional Semidecidual, hoje já bastante modificadas em função da intensa atividade antrópica que extinguiu grande parte da vegetação primitiva, substituída por pastagens, atividades agrícolas, zonas edificadas ou mesmo degradadas devido à mineração e ao desmatamento para extração de madeira. As áreas definidas como de “tensão ecológica” ou de contato entre tipos de vegetação correspondem às faixas de transição entre savana e a floresta estacional. Nas áreas elevadas, tais como as serras de Ouro Branco, Caraça, Moeda e Itacolomi predominam vegetação arbustiva de pequeno porte com muitas gramíneas e vegetação classificada como “campo”. Nas encostas e fundos de vale predomina mata fechada, em função da maior úmidade nos solos. Crostas ferruginosas são observadas nas áreas de vegetação de cerrado, que caracteriza as regiões de savana.
Na Figura 6 é apresentado o mapa da região do Quadrilátero Ferrífero dividido pela vegetação que o compõe em suas diferentes áreas.
Figura 6- Mapa de Vegetação do Ferrífero com destaque em vermelho para a àrea do projeto
Fonte:Adaptado de Larizzatti et al., (2014).
2.7 Uso do Solo
O início da ocupação do Quadrilátero Ferrífero se deu pela descoberta do ouro no século XVII e muitas vilas/arraiais se formaram devido à mineração do metal e um pouco posterior à isso , porém ainda no mesmo século iniciou-se na região a industria siderúrgica com processos rudimentares de produção.
Até meados do século XIX de acordo com Vieira (2003) destacavam-se a economia mercantil de gêneros de primeira necessidade e a cafeicultura além da indústria têxtil, que se expandiu no final deste mesmo século, todos estes setores industriais mencionados foram se desenvolvendo à partir da mão-de-obra escrava. A mineração na região teve, e ainda tem, papel fundamental na ocupação e uso do solo, além de implicações sócio-êconomicas de extrema importância, o que também acarretou na chegada de outras atividades industriais vinculadas a extração
dos minerais, tornando a região uma dos maiores polos metal-siderúrgico do país. De acordo com Lobato et al., (2001), o Quadrilátero Ferrífero foi a maior província aurífera do Brasil até a década de 70 do século XX, correspondendo a 40% da produção nacional deste bem, além de ser também, até hoje, uma das maiores províncias de minério de ferro do mundo, sendo a segunda maior reserva nacional, ultrapassada pela província de Carajás no estado do Pará, porém ainda a maior produtora responsável por 60% do minério de ferro brasileiro.
A região é também sede de diversas áreas de uso controlado com objetivo de proteção ambiental e de diversas categorias de unidades de conservação da mata nativa, destacando-se a Área de Proteção Ambiental das Andorinhas, o Parque Estadual do Itacolomi, a Floresta do Uaimii, o Parque Estadual do Rola-Moça e a Estação Ecológica do Tripuí, devido a suas peculiaridades ambientais e por abrigar as cabeceiras de duas das principais bacias brasileiras, a do Rio das Velhas e a do Rio Doce, que abrigam enorme quantidade de e espécimes além da importância de abastecimento. Geopark Quadrilátero Ferrífero (2015).
Atualmente, a agropecuária urbana e periurbana na região do quadrilátero é realizada por meio do cultivo de hortaliças, frutas, frangos, ovos, plantas medicinais e plantas não convencionais, criação de animais, entre outros. Parte da produção é destinada para o autoconsumo e parte para comercialização, sendo também bastante disseminada e presente no que condiz ao uso do solo no Quadrilátero Ferrífero (Figura 7).
Segundo IBGE (2010), a área de estudo apresenta uso diversificado do solo sendo a atividade agropecuária a mais intensa,seguindo-se a vegetação nativa, composta por florestas e matas, distribuída de forma descontinuada, os núcleos urbanos ou, edificados com destaque para a região metropolitana de Belo Horizonte. E as áreas de mineração somam apenas 3% do uso do solo, devendo ser salientado que nelas também estão contabilizadas áreas com vegetação nativa preservadas nos entorno das minas.
Figura 7- Mapa de Uso do Solo com destaque em vermelho para a àrea do projeto
Fonte: Adaptado de Larizzatti et al.,(2014).
Na Figura 8 são demonstrados, a partir do gráfico pizza, as proporções do uso e ocupação do solo com base nas atividades existentes na região
Figura 8- Gráfico de proporções do Uso do Solo.
Fonte: IBGE (2010)
2.8 Geologia do Quadrilátero Ferrífero
Localizado na borda sul do Cráton do São Francisco, o Quadrilátero Ferrífero é uma unidade geotectônica de idade Brasiliana cercada por cinturões orogenéticos vergentes para seu interior Dorr (1969). Representa parte da exposição do substrato do Cráton São Francisco Meridonal e foi palco de vários eventos geodinâmicos que ocorreram durante o Arqueano e Proterozóico. O Cráton São Francisco é compreendido, de acordo com Alkimim et al., (1998), como a porção continental que restou estável a partir de uma grande placa litosférica neoproterozóica que passou por processos de subducção e colisão. Caracteriza-se pelo arranjo grosseiramente quadrangular de sinclinais, sendo as principais estruturas as sinclinais Moeda, Dom Bosco, Gandarela, Ouro Fino, Santa Rita, Itabira e Monlevade, Vargem do Lima; a Serra do Curral e o arqueamento Rio das Velhas. O seu contorno é delineado por estas estruturas sinclinais que são preenchidas por sedimentos.
No contexto estratigráfico o Quadrilátero Ferrífero é caracterizado por três grandes conjuntos de rochas: complexos metamórficos de rochas cristalinas arqueanas, sequências do tipo greenstone belt arqueana representada pelo Supergrupo Rio das Velhas e, sequências metassedimentares paleo a mesoproterozóicas representadas pelo Supergrupo Minas, Grupo Sabará, Grupo Itacolomi e Super Grupo Espinhaço. Na Figura 9 está representado um esquema do contexto estratigráfico das litologias presentes no Quadrilátero Ferrífero, segundo Rosière e Chemale Jr. (2000).
Figura 9-Coluna Estratigráfica do Quadrilátero Ferrífero
Fonte: Rosiere, C.A e Chemale, JR,F. (2000)
O embasamento da região e áreas circunvizinhas são compostos de gnaisses tonalítico-graníticos de idade arqueana (> 2.7 bilhões de anos). De acordo com Roeser & Roeser (2010) acima deste embasamento cristalino encontram-se três unidades.
A primeira trata-se de uma sequência vulcano-sedimentar Arqueana do Quadrilátero Ferrífero foi definida originalmente como Série Rio das Velhas. As
rochas vulcânicas compreendem, komatiítos com textura spinifléx, basaltos toleíticos, rochas vulcanoclásticas e vulcânicas, Schorscher et al., (1982).
O Supergrupo Rio das Velhas é considerado por Schorscher et al. (1982) como uma sequência do tipo greenstone belt. O Grupo Nova Lima é a unidade basal do Supergrupo Rio das Velhas sendo constituído por filitos, filitos grafitosos, clorita-xistos, sericita-clorita-xistos, metagrauvacas, rochas máficas e ultra-máficas, formações ferríferas do tipo algoma, metacherts e metadolomitos. O Grupo Maquiné é a unidade do topo do Supergrupo Rio das Velhas e tem ocorrência restrita à porção centro-leste do Quadrilátero Ferrífero. É dividido por Dorr (1969) nas formações, da base para o topo: Palmital, construída por quartzitos sericíticos, filitos quartzosos e filitos; e Casa Forte, originalmente definida por Gair (1962) constituída por quartzitos sericíticos, cloríticos a xistosos e filitos.
O Supergrupo Minas foi originalmente denominado de “Série’’ Minas por Derby (1906) e sua organização estratigráfica, em essência, permanece a mesma desde de então, sendo dividido em três Grupos: Caraça, Itabira e Piracicaba, Dorr (1969). Esta unidade é constituída por um conjunto de rochas xistosas que recobrem discordantemente às rochas dos complexos metamórficos e Supergrupo Rio das Velhas em contato tectônico.
Conforme discorrido por Souza (2017) a base da unidade é o grupo Caraça que apresenta as Formações Moeda, inferior, e Batatal, superior. A Formação Moeda é constituída por quartzitos com intercalações de filito e níveis conglomeráticos. Na formação Batatal, predominam filitos sericíticos, por vezes carbonosos ou ferruginosos. A unidade intermediária é o Grupo Itabira constituído por uma sequência de metassedimentos químicos iniciada pela formação Cauê seguida da formação Gandarela. A formação Cauê é composta por itabiritos convencionais e dolomíticos a dolomíticos silicosos. A unidade de topo é o Grupo Piracicaba com as seguintes formações da base para o topo: Cercadinho, Fecho do Funil, Taboões e Barreiro. Com base em estudos geocronológicos, utilizando isótopos Pb em carbonatos, Babinski et al., (1991) conclui que a deposição do Supergrupo Minas ocorreu entre 2,4 e 2,1 Ga, sendo então indicada uma idade Paleoproterozóica para o mesmo
O Grupo Sabará corresponde à formação Sabará (Dorr, 1969) elevada à categoria de Grupo por Renger et al., (1994). É constituído por clorita xistos e filitos, metagrauvacas, metaconclomerados, quartizitos e raras formações ferríferas. Suas
rochas afloram praticamente em todo o Quadrilátero Ferrífero, exceto no Sinclinal Moeda.
O Grupo Itacolomi é restrito às porções sudeste e sul do Quadrilátero Ferrífero, sendo constituído por quartizitos, quartizitos conglomeráticos e lentes de conglomerados com seixos de itabirito, filito, quartzitos e quartzo de veio, Souza (2017).
O Supergrupo Espinhaço ocorre na porção nordeste, representado pelo pacote quartzitico da Serra de Cambotas. Para Crocco-Rodrigues et al., (1991), a posição estratigráfica desta unidade, inicialmente correlacionada ao Grupo Tamanduá de Simmons e Maxwell (1961), foi controversa, por incluir pacotes de rochas distintos, tectonicamente justapostos.
Abaixo a Figura 10 apresenta o Mapa Geológico Simplificado da região do Quarilátero Ferrífero.
Figura 10- Mapa Geológico Região de estudo no Quadrilátero Ferrífero
3 – MAPEAMENTO GEOQUÍMICO E AVALIAÇÃO AMBIENTAL 3.1 Generalidades
Mapeamentos geoquímicos auxiliam no conhecimento da concentração e distribuição dos elementos e compostos químicos nos ambientes geológicos, e podem ser utilizados em aplicações diversas,como por exemplo, na prospecção de minérios e na avaliação de substâncias contaminantes em solos e recursos hídricos. A distribuição e concentração dos elementos químicos apresentam grande variação, e são determinadas por fatores geológicos, processos biológicos e outras variáveis, como por exemplo, atividades antrópicas, Larizzatti et al., (2014).
O mapeamento geoquímico tem sido desde tempos históricos uma das ferramentas mais importantes para o conhecimento, sobrevivência e evolução da humanidade. Segundo Smith et al., (2012), nos EUA, a grande evolução da geoquímica parece estar ligada à agricultura (análise de solos), ao meio ambiente e à saúde (análise de água), mas é interessante notar que nos países com tradição mineira antiga (Alemanha, França, Inglaterra), a geoquímica teve raízes mais profundas do que em nações sem essa tradição.
Caritat et al., (2007) realizaram um mapeamento geoquímico em três estados da Austrália, descrevem que o conhecimento dos padrões das concentrações naturais dos elementos químicos ao longo de todo um país, bem como sua representação espacial, podem contribuir de forma significativa para o tripé de crescimento de um país (economia, ambiente e desenvolvimento social), pois a partir desse conhecimento podem ser descobertas novas áreas para exploração mineral e podem ser estabelecidos valores de background seguros para que a população não fique exposta a riscos, bem como direcionar políticas ambientais reguladoras.
Apesar da importância econômica e ambiental dos mapas geoquímicos, os primeiros movimentos para a produção concreta destes mapas a nível global surgiram nos anos 40, no entanto o objetivo era produzir um mapa geológico da Terra, o qual foi publicado em 1989, de acordo com Vicq (2015). Contudo um
mapa geológico não substitui o mapa geoquímico, pois a informação litológica é geralmente, indicadora da distribuição dos elementos maiores, mas as inferências que podem ser concluídas acerca dos elementos menores e principalmente, dos elementos em traço são praticamente nulas, embora muitos destes elementos apresentem um enorme potencial tóxico, Vicq (2015).
No Brasil, o emprego do mapeamento geoquímico em largas escalas ocorreu a partir do final da década de 60, mas principalmente na década de 70 até o início dos anos 80 primariamente com o apoio do USGS e depois como parte dos trabalhos do Plano Mestre Decenal para Avaliação de Recursos Minerais do Brasil, 1965-1974, o qual procurou integrar os levantamentos geológicos na escala de 1:250.000 em todas as regiões brasileiras.
De acordo com o CPRM a base geoquímica de dados contém análises químicas e mineralógicas em mais de 356 mil amostras coletadas em 407 projetos executados pela CPRM desde 1972.
Assim como o Brasil, muitos outros países enfrentam os mesmos problemas com os seus dados geoquímicos advindos da coleta de amostras e procedimentos analíticos diferenciados. Cada país tem a sua metodologia de trabalho e forma de apresentação dos dados geoquímicos, e outros há que não possuem qualquer base de informação geoquímica. Entre as bases de dados existentes verificam-se diferenças quanto a preparação, meios e métodos de amostragem e com a integração de dados e comparação entre eles.
De acordo com os autores Reimann e Garrett (2005), além de uma base de dados geoquímicos é importante a criação de produtos cartográficos, com a distribuição de teores dos elementos químicos em sedimentos de corrente ou solos, águas, aerossois, dentre outros, principalmente em países em desenvolvimento, cuja parte da população pode estar exposta a riscos ambientais. Plant et al., (2001), confirma esta necessidade ressaltando que estes mapas georreferenciados permitem a localização de elementos químicos em abundância, contribuindo para o planejamento da exploração mineral, bem como a detecção de valores anômalos que possam causar danos à saúde da população e preconiza ainda a importância de se produzir mapas em escalas mais detalhadas.
De acordo com Lins (2004), entre os materiais de amostragem indicados para a obtenção de dados geoquímicos, devem estar incluídos sedimentos de corrente,
sedimentos de planície de inundação, solos e água, no entanto, conforme relatam Plant et al,. (2001), a montagem de um banco de dados geoquímicos que proporcione um mapeamento geoquímico consistente, depende da padronização das inúmeras metodologias verificadas nos trabalhos desenvolvidos até então, pois o que se verifica com frequência é uma imensa variação dos tipos de materiais coletados, uma falta de padronização na densidade de amostragem, bem como dos locais de coleta dentro da bacia.
3.2 Projeto Mapeamento Geoquímico do Quadrilátero Ferrífero (CPRM)
O projeto Mapeamento Geoquímico do Quadrilátero Ferrífero e Seu Entorno utilizado como base para este trabalho foi executado com a pretensão de fornecer à comunidade científica e empresarial dados geoquímicos que auxiliem no mapeamento geológico e na escolha de áreas para intensificação da exploração mineral, porém estes dados também são importantes bases para implantação de políticas públicas de caráter ambiental, sanitário e de uso e ocupação do solo.
O mapeamento geoquímico do Quadrilátero Ferrífero e seu entorno é uma das muitas ações realizadas pela CPRM – Serviço Geológico do Brasil, sob a coordenação do Departamento de Recursos Minerais (DEREM). O projeto teve suporte financeiro do Plano de Aceleração do Crescimento – PAC.
Para atender aos objetivos propostos, o levantamento geoquímico realizado através da amostragem de solos e sedimentos de corrente propõe caracterizar a distribuição de 43 elementos químicos no solo e nos sedimentos aluviais, avaliados através do estudo de uma base de dados geoquímicos consistente.
Conforme citado por Larizzatti et al., (2014) ao todo foram coletadas 875 amostras de solo, 3662 amostras de sedimento ativo de corrente (fração <80#) e 1026 amostras de concentrado de bateia, perfazendo um total de 5563 amostras coletadas. Para a área total do projeto, que abrange 15 folhas na escala de 1:100.000 - perfazendo uma área de 45.000 km2 - foram produzidos 43 mapas geoquímicos unielementares para solo e sedimento de corrente. Também foram produzidos 13 mapas multielementares para solo e 12 mapas multielementares para sedimento de corrente através da Análise de Principais Componentes.
3.3 Geoquímica dos Sedimentos Ativos de Corrente
A matriz amostral utilizada para extração dos resultados usados neste trabalho, foram os sedimentos ativos de corrente coletados em toda a extensão da área do projeto, a escolha deste meio de amostragem se justifica pela existência de uma maior densidade amostral em relação a outras matrizes utilizadas no projeto Mapeamento Geoquímico do Quadrilátero Ferrífero e Seu Entorno.
A geoquímica de um determinado local de drenagem é função de um complexo relacionamento entre uma gama de fatores incluindo a Geologia, tamanho da captação, dinâmica do fluxo, processos de intemperismo e geoquímica redox, esses fatores têm um impacto espacial e temporal e variam significativamente entre diferentes amostras. Uma avaliação também é feita sobre a validade do uso de sedimentos como uma eficaz ferramenta de mapeamento geoquímico devido a distribuição em escala regional dos elementos maiores e traços .
Conforme citado por Abreu et al., (2015) os sedimentos de corrente configuram um meio de amostragem bastante útil em cartografia geoquímica, uma vez que permitem investigar áreas extensas e pouco conhecidas com custos relativamente baixos. Essa matriz pode ser utilizada como referência para trabalhos de cartografia geológica, prospecção mineral, estudos metalogenéticos de maior detalhe e ainda de vulnerabilidade ambiental. O presente trabalho representa um tributo a nível regional, fazendo uso da geoquímica de sedimentos de corrente para um número de elementos úteis à inferência de zonas com alterações elementares prejudiciais a saúde humana e equilíbrio ambiental com base na distribuição espacial da concentração dos elementos selecionados e dos índices geoquímicos obtidos em função da natureza particular dos principais sistemas geológicos, pretende-se delimitar zonas anômalas passíveis de vulnerabilidade ambiental.
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3.4 Cartografia Geoquímica
A cartografia geoquímica foi desde a antiguidade uma ferramenta intensamente utilizada para a prospecção mineral, conforme Lag (1991), a mesma também se aplica à Geologia Médica responsável por estudar a relação entre fatores ambientais e a distribuição geográfica de problemas patológicos e nutricionais na saúde humana e animal, causados principalmente por excesso de
elementos químicos vinculados a fatores geológicos. Segundo Vicq (2015), a UNESCO afirma no relatório de pesquisa do Projeto IGCP 259 : “É melhor prevenir do que remediar", defendendo o mapeamento geoquímico como a ferramenta que permitiria a antecipação de potenciais situações de risco e auxiliaria na resolução de problemas de salubridade ambiental.
Outro fator a ser considerado, quando se trata de base cartográfica para sedimentos de drenagem (cujas bacias de captação têm tamanhos diferentes) é a representação dos resultados, neste caso mapas de contorno não são a melhor opção sendo indicados mapas com círculos com diâmetros (ou símbolos, ou cores) variando em função do valor numérico do atributo representado, sendo estes últimos aplicados a metodologia deste trabalho, cujo o desenvolvimento será melhor descritos nos próximos parágrafos.
A confecção de mapas geoquímicos proporciona uma concentração de informações que permite a fácil interpretação, subsidiando o estabelecimento de políticas públicas para gestão ambiental, de forma a contemplar a utilização adequada de recursos naturais e garantir melhoria na qualidade de vida (De Vivo et al., 2003). De acordo com Vicq (2015) uma base de dados geoquímicos bem como sua representação espacial, sob a superfície terrestre é uma ferramenta de grande importância para auxiliar os gestores ambientais nos processos de manejo dos recursos naturais.
3.5. Contaminação Ambiental o a Geoquímica dos Metais Pesados e Fósforo
Os elementos químicos libertados do ambiente geoquímico primário (rochas, mineralizações, etc.) dispersam-se no ambiente secundário, ou seja, nos solos, nas águas e nos sedimentos. Os processos através dos quais se dá a transferência dos elementos entre o ambiente primário e o ambiente secundário são diversos, desde processos de meteorização à atividade humana.
De acordo com Quináia e Plestch (2010), a determinação de metais-traço em sedimentos permite quantificar o estoque mobilizável de um determinado contaminante em um local específico, e assim, detectar o grau de contaminação a que a água e os organismos bentônicos estão sujeitos ao longo do tempo. Por esta razão, é necessário contar com ferramentas de avaliação e controle que permitam
