DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA E MEIO AMBIENTE ENGENHARIA DE RECURSOS HÍDRICOS E DO MEIO AMBIENTE
LARISSA BORGES NASCIMENTO
RECONSTITUIÇÃO DA PALEOPRODUTIVIDADE DA BAÍA DE GUANABARA DOS ÚLTIMOS 2700 ANOS
NITERÓI 2018
LARISSA BORGES NASCIMENTO
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia de Recursos Hídricos e do Meio Ambiente, da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Recursos Hídricos e do Meio Ambiente.
Orientador:
Profo Dro Renato Campello Cordeiro
Coorientadora:
Profa DraLuciane Silva Moreira
Niterói 2018
N244r Nascimento, Larissa Borges
Reconstituição da Paleoprodutividade da Baía de Guanabara nos últimos 2700 anos / Larissa Borges Nascimento ; Renato Cordeiro, orientador ; Luciane Moreira, coorientadora.
Niterói, 2018. 50 f. : il.
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e do Meio Ambiente)-Universidade Federal Fluminense, Escola de Engenharia, Niterói, 2018.
1. Sedimento. 2. Poluição Ambiental. 3. Reconstituição Histórica. 4. Paleoprodutividade. 5. Produção intelectual.
I. Título II. Cordeiro,Renato, orientador. III. Moreira, Luciane, coorientadora. IV. Universidade Federal Fluminense. Escola de Engenharia. Departamento de Engenharia Agrícola e do Meio Ambiente.
CDD - Ficha catalográfica automática - SDC/BEE
Bibliotecária responsável: Fabiana Menezes Santos da Silva - CRB7/5274
LARISSA BORGES NASCIMENTO
RECONSTITUIÇÃO DA PALEOPRODUTIVIDADE DA BAÍA DE GUANABARA DOS ÚLTIMOS 2700 ANOS
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia de Recursos Hídricos e do Meio Ambiente, da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Recursos Hídricos e do Meio Ambiente.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a minha família, pоr acreditar e investir еm mim, por todo carinho е apoio, nãо medindo esforços para qυе еυ chegasse аté esta etapa dе minha vida. Agradeço a minha mãe, pelo amor, apoio incondicional qυе e todo o incentivo nаs horas difíceis, de desânimo е cansaço. Toda saudade, valeu а pena, tоdо sofrimento, todas аs renúncias. Hоjе estamos colhendo, juntas, оs frutos dо nosso empenho! Esta vitória é nossa!
Аgradeço aоs meus Amigos е colegas, pelo incentivo е apoio, em especial a Lou, pelo carinho, Companheirismo e paciência durante a elaboração do TCC e o Leandro, por toda paciência e ajuda técnica no laboratório.
Agradeço também а todos оs professores qυе mе acompanharam durante a minha vida acadêmica, еm especial ао meu orientador Renato Campello e a minha coorientadora Luciane Moreira pelo suporte, pelo convívio, pеlо apoio, pеlа compreensão е amizade qυе tornaram possível а conclusão desta monografia.
RESUMO
O estudo do material sedimentar de ambientes estuarinos tem apresentado fundamental importância na detecção de poluição antropogênica, devido a sua capacidade de acumulação de elementos e espécies químicas de importância eTOCoxicológica transportados dos continentes para o ambiente aquático. As informações fornecidas pelos testemunhos sedimentares auxiliam no estabelecimento de medidas de recuperação e manejo de áreas já degradadas, sendo fundamental para se entender o comportamento da deposição de matéria orgânica na baia e a evolução da paleoprodutividade, no caso da Baía de Guanabara, relacionadas à mudança do uso da terra e inicio de um grande processo de desmatamento no período colonial e a um grande crescimento populacional com consequente aumento da produção de esgoto urbano no período industrial.
Dessa forma, o presente trabalho buscou obter resultados sobre a qualidade ambiental de um dos pontos da Baía de Guanabara, a partir da análise de Carbono Orgânico Total, Densidade e Teor de água, Granulometria e Pigmentos sedimentares, encontrando resultados não satisfatórios para qualidade das mesmas. Esses resultados indicam uma deterioração desse estuário devido à ação antrópica a partir de metade do século XX.
PALAVRAS – CHAVE: Sedimento, Poluição ambiental, reconstituição histórica.
ABSTRACT
The study of sedimentary material from estuarine environments presents a fundamental relevance in the detection of anthropogenic pollution, especially due to its capacity of accumulating elements and chemistry species with eTOCoxicological value that are transported from the continents to the aquatic environment. The
information provided by the sedimentary records are helpful to establish recovery and management measures for areas that are already degraded, being then fundamental to the understanding of the behavior of organic matter deposition in the bay and also the evolution of paleoproductivity. In the case of Guanabara Bay, those characteristics are mainly related to alterations in land usages and the beginning of a large process of deforestation in the colonial period, as well as a large population growth with the consequent increase in urban sewage during the industrial period.
Thus, the present work reveals some results regarding the environmental quality of one of the Guanabara Bay points, based on the analysis of Total Organic Carbon, Density and Water Content, Granulometry and Sediment Pigments, presenting unsatisfactory outcomes for their quality. These results indicate a deterioration of this estuary due to anthropic actions since the middle of the XX century.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Mapa de localização da Baía de Guanabara e seus usos ... 17
Figura 2- Ecorregiões da Serra do Mar ... 21
Figura 3-Remanescentes florestais da Mata Atlântica no corredor de Biodiversidade da Serra do mar ... 22
Figura 4- Manguezal da APA Guapimirim / ESEC da Guanabara... 24
Figura 5- Rios que deságuam na Baía de Guanabara ... 25
Figura 6- Sub- Bacias da Baía de Guanabara... 26
Figura 7: Localização do Testemunho BG-19 ... 36
Figura 8: Espectro de absorção da clorofila sedimentar mostrando o pico da clorofila e o procedimento de cálculo para a linha de base correspondente. ... 39
Figura 9: Granulometria do testemunho BG-19 ... 41
Figura 10: Perfis verticais de teor de água, densidade,TOC e pigmentos sedimentares ... 43
LISTA DE QUADROS OU TABELAS
Tabela 1: Classificação dos sedimentos ... 31 Tabela 2 – Geocronologia do Testemunho BG 19 ... 40
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
MAS Espectrometria de massa por aceleração APA Área de Proteção Ambiental
BG Baía de Guanabara
CEPERJ Centro Estadual de Estatísticas Pesquisas e Formação de Servidores Públicos do Rio de Janeiro
COMPERJ Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro TOC Carbono Orgânico Total
FEEMA Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente IBGE Instituto Brasileiro Geografia Estatística
ICMBio Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade JICA Japan International Cooperation Agency
PDRH-BG Plano Diretor de Recursos Hídricos da Baía de Guanabara REDUC Refinaria Duque de Caxias
UDPS Unidade de Derivados de Pigmentos Sedimentares UFF Universidade Federal Fluminense
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 13
2. OBJETIVOS ... 15
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO DA LITERATURA ... 16
3.1. ASPECTOS SOCIAIS, ECONÔMICOS E FISIOGRÁFICOS ... 16
3.1.1. CARACTERIZAÇÃO DA BAÍA DE GUANABARA ... 16
3.1.2. BAIA DE GUANABARA E SUA EVOLUÇÃO HISTÓRICA ... 18
3.1.3. CONFIGURAÇÃO SOCIAL E ECONÔMICA ... 19
3.1.4 CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS OU RELEVO ... 20
3.1.5 VEGETAÇÃO ... 21
3.1.6 RECURSOS HÍDRICOS ... 24
3.1.7 CLIMA ... 26
3.2.ASPECTOS METODOLÓGICOS PARA AVALIAÇÃO DA EVOLUÇÃO HISTÓRICA DO SISTEMA ESTUARINO DA BAIA DE GUANABARA ... 27
3.2.1. GEOCRONOLOGIA ... 27
3.2.2. CARACTERIZAÇÃO GRANULOMÉTRICA ... 31
3.2.3. GEOQUÍMICA DA MATÉRIA ORGÂNICA ... 33
3.2.4. PIGMETOS SEDIMENTARES ... 34
4. MATERIAL E MÉTODOS ... 36
4.1 AMOSTRAGEM ... 36
4.2 MÉTODOS DE ANÁLISE ... 37
4.2.1 Geocronologia ... 37
4.2.2 Determinação da densidade e teor de água ... 37
4.2.3 Determinação da composição granulometrica ... 37
4.2.4 Composição elementar e isotópica da matéria orgânica ... 38
4.2.4 Determinação de pigmentos sedimentares ... 38
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 40
5.1 TESTEMUNHO BG-19 ... 40
5.1.1 Geocronologia ... 40
5.1.2 Granulometria ... 40
5.1.3 Densidade e Teor de Água ... 42
5.1.4 Carbono Orgânico Total ... 42
5.1.5 Pigmentos Sedimentares ... 43
1. INTRODUÇÃO
Os estuários são considerados ambientes de relevante interesse científico devido a sua capacidade de retenção de materiais, e como tais, exigem monitoramento e gerenciamento cuidadoso e constante (PERILLO, 1995; FARIA; SANCHEZ, 2000). Dessa forma, os sedimentos costeiros são o principal compartimento de acumulação de diversos materiais transportados dos continentes para o ambiente marinho, como tem sido demonstrado para metais-traço de origem antrópica (SALOMONS; FÖRSTNER, 1984; DE MIRANDA et al.,2002).
Em se tratando de um sistema estuarino, a Baía de Guanabara é um ambiente complexo que apresenta grande variabilidade ambiental, determinada pelo gradiente de salinidade, pelas variações na altura da lâmina d’água e pelo padrão de circulação regido principalmente pelas marés (AMADOR, 1997).
Ainda que localizada em um ambiente de intensa ocupação humana e grande degradação ambiental, a Baía de Guanabara ainda apresenta uma surpreendente beleza cênica e grande produtividade biológica, caracterizada por uma fauna aquática muito rica. Apesar dessa resiliência, é notório e espacialmente desigual, o declínio da qualidade ambiental ao longo dos anos, a qual pode ser exemplificada pela redução da área de manguezais, que chegaram a cobrir 260km² ao redor da baía e que atualmente ocupam apenas 80km² (PETROBRAS, 2012).
Segundo Perin et al. (1997), os testemunhos sedimentares fornecem importantes informações sobre arquivos ambientais de poluição antropogênica passada, sendo fundamentais para se determinar a carga de poluentes presentes e o dimensionamento das ações antrópicas. A análise desse material é de fundamental importância para a reconstrução de condições ambientais passadas, já que os sedimentos estuarinos fornecem registros paleoambientais que podem indicar mudanças que ocorreram em toda a bacia de drenagem ao longo de anos. Dessa forma, os componentes da matéria orgânica nos sedimentos fornecem informações que podem ser usadas para reconstruir mudanças naturais e induzidas pelo homem nos sistemas ambientais locais e regionais (MEYERS, 2003).
Tendo em vista que a deposição de contaminantes de uma forma geral é função da entrada e da qualidade do material que atua como veículo deste no sistema, o presente trabalho irá discutir a origem e qualidade da matéria sedimentar no sistema estuarino da Baia de Guanabara, a partir de análises de indicadore de
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qualidade ambiental, realizadas em laboratório, analisando o processo de uso e ocupação da Baía de Guanabara e relacionando a evolução trófica aos aportes culturais existentes na mesma. Sendo assim, será evidenciado o início do desmatamento ao redor da baía no século XVII devido às plantações de café e de cana-de-açúcar; a lenta expansão das áreas urbanas logo após a colonização europeia; e a acelerada urbanização e industrialização a partir de meados do século XX, à medida que a cidade se expandiu para áreas impróprias para usos urbanos, como zonas húmidas, rios e encostas íngremes e se teve a chegada de diversas indústrias. Durante esses períodos, pôde ser observado um aumento no aporte de matéria orgânica devido ao desmatamento e ao aumento do despejo de efluentes domésticos em consequência de um crescimento desordenado da população e sem saneamento básico adequado.
2. OBJETIVOS
Este trabalho teve por objetivos estudar uma das regiões da Baía de Guanabara e obter informações sobre sua qualidade ambiental, buscando determinar as variações dos parâmetros texturais dos sedimentos, e aportes autóctones e alóctones orgânicos, procurando identificar a ocorrência de fenômenos catastróficos como eventos erosivos associados a chuvas torrenciais e indicadores de contribuições de fontes de efluentes domésticos e industriais.
Por objetivos específicos, destacam-se:
Quantificar as frações granulométricas do testemunho a fim de avaliar mudanças hidrodinâmicas ao longo do tempo;
Determinar a evolução da deposição da matéria orgânica sedimentar através da análise elementar e da sua composição pigmentar;
Determinar a produtividade lacustre a partir da analise de pigmentos sedimentar.
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3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO DA LITERATURA 3.1. Aspectos sociais, econômicos e fisiográficos
3.1.1. Caracterização da Baía de Guanabara
A Baía de Guanabara é um ecossistema costeiro semifechado (AMADOR, 1980), localizado no estado do Rio de Janeiro, entre as latitudes 22°40’ S e 23°00’ S e longitudes 043°00’W e 043°18’ W (BAPTISTA NETO et al., 2016). Ela ocupa uma área de 384 km² e possui uma bacia de drenagem de cerca de 4.080 km² drenada por 45 rios e canais (KJERFVE et al., 1997), no entanto, segundo relatório da JICA (1994), seis dos rios são responsáveis por 85% dos 100 m³ s-1 da descarga anual média total de água doce.
O litoral da baía tem 131 km de extensão e um volume médio de água de 1,87. 109 m3 (AMADOR, 2012). De acordo com Kjerfve et al. (1997) a baía mede 28 km de oeste para leste e 30 km de sul para norte, porém sua entrada é de apenas 1,6 km de largura.
A baía tem uma batimetria complexa, apresentando um canal central relativamente plano de 400 m de largura. Esse canal é definido pela isóbara de 30 m e dentro dele encontra-se o ponto mais profundo da baía, medindo 58 m (KJERFVE et al., 1997; MELO et al., 2014).
Esse estuário também abriga grande quantidade de ilhas, apresentando características diversas, dentre elas destaca-se a Ilha do Governador, com seus mais de 40 km² de área. As mais de 80 ilhas restantes localizam-se na área de fundo da Baía, onde a dinâmica das águas é mais tranquila, sendo algumas delas habitadas, outras servindo como base militar ou com ocupação industrial, e algumas ainda dispostas em arquipélagos (COELHO, 2007).
No período colonial, ocorreram as primeiras mudanças em sua qualidade ambiental decorrente do começo das atividades exploratórias na região, como o processo de implantação da cidade do Rio de Janeiro e a construção do seu porto, o qual exigiu o aterramento de uma faixa da costa da baía. Em consequência disso, a Baía de Guanabara tem apresentado grande importância histórica, ambiental e cultural (PETROBRAS, 2012).
Figura 1 – Mapa da área de estudo (Fonte: INPE)
A região é rodeada por 16 municípios, sendo 6 deles parcialmente incluídos na baía e 10 incluídos totalmente (PDRH-BG, 2005), possui duas refinarias de petróleo responsáveis pelo processamento de 17% do petróleo nacional e cerca de 2000 navios que a cruzam anualmente. Segundo estudos realizados pela Ecologus-Agrar, 2005, aproximadamente 70% da contaminação da bacia hidrográfica proveniente das indústrias era gerada por apenas 55 indústrias e um total de 90% da contaminação era gerada por 455 indústrias de médio, pequeno e grande porte. Além disso, ela é percorrida pela ponte Rio-Niterói, que possui 6 pistas de 13 km de comprimento e abriga também duas bases da marinha, um estaleiro e uma grande quantidade de veículos para transporte marítimo.
Até 1991, apenas 15% de resíduos domésticos e industriais descarregados na baía foram submetidos a algum tipo de tratamento de esgoto (KJERFVE et al.,
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1997) estando em 2014 com cerca de 40% submetido a tratamento (Site Guanabara Limpa in http://agenciabrasil.ebc.com.br/geral/noticia/2014-07/falta-de-saneamento-basico-agrava-poluicao-na-baia-de-guanabara). E segundo o Diagnóstico da Baía de Guanabara (2016), os quinze municípios ao redor, exceto Petrópolis, têm um quantitativo estimado em quase 14.000,00 ton/dia, um número de grande porte, dificultando os objetivos das gestões atuais de minimização e redução do lixo destinado à baía.
Estudos realizados por Ferreira (1995) mostraram que de 18 toneladas dia-¹ de hidrocarbonetos de petróleo que entram na baía, 85% tem sua fonte de escoamento urbano. Ao mesmo tempo, as altas taxas de entrada de nutrientes resultaram na eutrofização das águas da baía (REBELLO et al., 1988; LAVRADO et al., 1991), resultando na diminuição do rendimento pesqueiro que teve um declínio de 10% ao decorrer de três décadas (FEEMA, 1990).
3.1.2. Baia de Guanabara e sua evolução histórica
De acordo com Soares Gomes et al., (2016), o início das mudanças em grande parte da paisagem natural ao redor baía, teve início no final do século XVI, quando foram estabelecidas estruturas portuguesas para processar carne e óleo de baleias caçadas na Baía de Guanabara. No século XVII, as plantações de café e de cana-de-açúcar, foram responsáveis pelo desmatamento dos arredores da baía, e o desenvolvimento da cidade também foi fortemente influenciado pelo ciclo de mineração do país. Embora o Rio de Janeiro não fosse um importante produtor de minerais, o ouro e outros minerais extraídos no interior do país foram transportados para o tribunal português, através das instalações portuárias da cidade.
Logo após a colonização europeia, as áreas urbanas expandiram-se lentamente, e a partir de meados do século XX uma acelerada urbanização foi observada à medida que a cidade se ampliou para áreas impróprias para usos urbanos, como zonas húmidas, rios e encostas íngremes. Neste momento foi observada a mais intensa supressão da floresta tropical do Atlântico que rodeava abundantemente a baía no momento da descoberta (BRANDÃO, 2006).
A partir deste cenário se observa o desenvolvimento desigual da costa do Rio de Janeiro e sua trajetória política conturbada, com a existência de um espaço onde a chegada desordenada de moradores atraídos por empregos e industrialização era evidente. Moradias improvisadas próximas ao litoral foram um problema decorrente
de uma onda de fome, miséria, doenças e políticas de habitação de exclusão (SEDREZ, 2004).
3.1.3. Configuração social e econômica
Atualmente, a região metropolitana do Rio de Janeiro faz parte de um complexo contexto urbano composto por 21 municípios, sendo a maior concentração urbana da região costeira e o segundo maior centro econômico e populacional no Brasil. Esta unidade de planejamento territorial é marcada por alta densidade populacional e grande número de empresas em relação ao restante do estado do Rio de janeiro (SOARES GOMES et al., 2016).
De acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística -IBGE, em 2014 essa região correspondia a 74,3% da população estadual e representava 63,6% da riqueza produzida pelo estado (IBGE, 2014). Dentre os setores responsáveis pela economia, o setor de serviços é um dos maiores geradores de riqueza e empregos.
A atividade portuária desempenha um papel historicamente relevante, esse setor passa por um processo acelerado de mudança, em que se planeja a expansão do porto do Rio e a instalação de equipamentos para operação de contêineres no cais de Caju, e, além disso, tem-se a transformação do cais de São Cristóvão em uma base de suporte para atividades de produção de petróleo e gás. O cais da Gamboa, mais perto do centro, permanece como um terminal de passageiros e sofre uma profunda metamorfose devido ao desenvolvimento de práticas turísticas e culturais, bem como o porto de Niterói, que desenvolve um novo papel a fim de atender às necessidades das atividades relacionadas ao petróleo (SOARES GOMES et al., 2016).
Em 2012, as atividades industriais da região metropolitana representavam cerca de 60,4% do total do estado, com perfil altamente diversificado em tipos e tamanhos, constituindo forte potencial poluidor (IBGE). Desse número, a maioria das empresas está instalada nas bacias hidrográficas da baía de Guanabara, de Sepetiba e de sistemas adjacentes, pois seus sistemas de água são muitas vezes o destino local dos resíduos industriais (SOARES GOMES et al., 2016).
Segundo os mesmos autores, nos últimos anos, a região metropolitana do Rio de Janeiro tem sofrido uma intensa reformulação espacial, em que vários projetos, a
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maioria envolvendo a atividade petrolífera, têm sido postos em prática. Dentre esses projetos destacam-se a expansão das estruturas de gestão e pesquisa na cidade do Rio de Janeiro, a implantação do terminal de gás na Baía, o aumento da capacidade de refinamento na Refinaria Duque de Caxias (REDUC), a implantação do Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro em Itaboraí - São Gonçalo (COMPERJ), dentre outros.
É importante evidenciar o grande contraste encontrado nesta área urbana, em que se têm muitas áreas residenciais de elite, classes médias e, em sua maior parte, populares. Nessa última área, em adição ao centro e municípios periféricos, a falta de saneamento básico é uma realidade notável. Segundo a CEPERJ (2013), aproximadamente 13,9% da população vive em favelas e 48,7% da população vive sem sistema de esgoto na região metropolitana do estado do Rio de Janeiro. A deficiência no descarte e tratamento do lixo urbano também é um fator preocupante, já que resulta em problemas de saúde pública, além de impactos sociais e ambientais causados pela eliminação do esgoto doméstico nos cursos de água
3.1.4 Características Geológicas
De acordo com estudos realizados por Ruellan (1944), a costa sudeste do Brasil possui relevo constituído por cadeias montanhosas denominadas Serra do Mar, que se estendem do Rio de Janeiro ao norte de Santa Catarina. Esta cordilheira costeira é um conjunto de escarpas festonadas com cerca de 1.000 km de extensão, também apresentados como semi grabens, orientados de sudoeste para nordeste, e alinhados com as rochas pré-cambrianas subjacentes restantes. A origem da Serra do Mar tem gerado conflitos entre estudiosos, porém muitos geólogos e geógrafos atribuem-na a processos tectônicos de movimentação vertical realizados no Cenozóico (ASMUS & FERRARI,1978).
A Bacia da Baía de Guanabara está localizada entre o rebordo meridional falhado da serra dos órgãos e os maciços litorâneos, formando uma depressão de ângulo de falha de 30 km de largura (RUELLAN, 1944).
O gráben da Guanabara formou-se no Paleoceno, no interior do Planalto Atlântico, estendendo-se mais para sudoeste, até a Serra do Mar. As serras e morros que constituem os maciços litorâneos, como o da Ilha Grande e de Sepetiba, foram formados devido ao recuo erosivo das escarpas durante meia centena de
milhões de anos, responsável pela sua aproximação com a borda sul do gráben (ALMEIDA, 1998).
Durante o quaternário (KJERFVE, 1997), devido ao rebaixamento generalizado do nível do mar foi desenvolvido um padrão de drenagem no qual ocorreu o escoamento de um rio que passava na atual entrada da Baía de Guanabara para o mar, chamado de rio de janeiro (ALMEIDA, 1998). De acordo com Ruellan (1944) a transgressão Flandriana inundou parte dessa bacia hidrográfica formando a baía de Guanabara, assim como as baías de Sepetiba e Ilha Grande
A figura 2 mostra as ecorregiões do relevo da Serra do Mar.
Figura 2- Ecorregiões da Serra do Mar (Fonte: Instituto Chico Mendes, 2012, pag 42)
3.1.5 Vegetação
Segundo Veloso et al., (1991) a vegetação encontrada na Baía de Guanabara é a floresta tropical, comumente chamada de mata atlântica. Ela abrange vários mosaicos de ecossistemas florestais com estrutura e composição muito diversas, segundo os tipos de solos, a topografia e as características microclimáticas (CARAUTA E OLIVEIRA, 1984). Além disso, na faixa de mata atlântica da costa, encontram-se vários padrões de vegetação associados a ambientes de sedimentação e ao regime de marés atuais. E nas escarpas de terras mais altas
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encontra-se uma floresta tropical de planalto, resultante da existência de um clima úmido, mas com a sazonalidade bem marcada (BARTHOLOMEU et al., 2013).
Dentre os ecossistemas associados a esse bioma, são encontrados na Baía de Guanabara mangues, restingas, matas ciliares, campos e brejos (BARROS E BARTH, 2005). De acordo com Pires (1992), são comuns restos de florestas costeiras marginais em áreas não urbanas (28 km2), manguezais (90 km2), pântanos (75 km2), 47 praias arenosas, 65 ilhas e costas rochosas (3 km2).
É importante salientar que atualmente, devido à ação antropogênica, esta vegetação tem sido bastante reduzida e substituída por espécies da família Poaceae (gramíneas), plantas invasoras e cultivos variados, no processo de ocupação humana na área da bacia da baía. Na transição do continente para o mar, onde são localizadas as áreas alagadas, existiam extensas áreas cobertas por manguezal, hoje restritas ao fundo da Baía (HUECK,1972; AMADOR, 1997).
A figura 3 mostra remanescentes florestais da Mata Atlântica no estado do Rio de Janeiro, sendo a área em verde da imagem representando a mata atlântica, o marrom a restinga, a parte em amarelo, o mangue e a em rosa, as áreas urbanas.
Figura 3-Remanescentes florestais da Mata Atlântica no estado do Rio de Janeiro (Fonte: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2011)
A região menos impactada ambientalmente fica localizada em Guapimirim, onde se encontra a Área de Proteção Ambiental de Guapimirim e a Estação Ecológica da Guanabara, nesses locais a cobertura vegetal é em sua totalidade representada por floresta de manguezal do tipo ribeirinho (ARAUJO & MACIEL, 1979), ocupando áreas inundadas ao longo dos rios e riachos abrangidos em seus limites (ICMBio).
Nessa área três espécies são amplamente registradas, a Rhizophora mangle (mangue vermelho), a Avicennia schaueriana (mangue preto) e a Laguncularia racemosa (mangue branco). A interação entre essas espécies ocorre de acordo com suas exigências fisiológicas e tolerâncias ambientais formando bosques, que podem ser mistos ou apenas com uma espécie (SOARES et al., 2003). Além disso, as características estruturais e funcionais desses manguezais dependem, além das características ambientais, do efeito dos diferentes tensores derivados de atividades antrópicas registradas na área (ICMBio).
Segundo a ICMBio, também são registradas outras espécies vegetais nessa área, sendo observada com certa freqüência espécies invasoras como Hibiscus pernambucensis (algodão do brejo), Acrostichum aureum (samambaia do brejo) e Typha sp., ocupando geralmente regiões de clareira dentro do ecossistema manguezal. Observa-se também a presença de gramíneas da espécie Spartina alterniflora e de ilhas de vegetação conhecidas como “balseiras”, observadas no ambiente aquático, formadas principalmente por Eichornia crassipes (aguapé). E, tem-se ainda a espécies de erva de passarinho (Loranthaceae), hemiparasitas comumente registradas nos galhos de L. racemosa.
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A figura 4 mostra uma área de manguezal na região da APA de Guapimirim.
Figura 4- Manguezal da APA Guapimirim / ESEC da Guanabara.
(Fonte: Mar sem Fim, Disponível em: https://marsemfim.com.br/apa-guapimirim-esec-da-guanabara/ ;. Acesso em set. 2017)
De uma forma geral, a cobertura vegetal da ESEC da Guanabara e APA de Guapimirim está representada em sua totalidade por florestas de manguezal, que abrangem em sua maioria porções de vegetação primária ou secundária em estágio final de regeneração. Representando um dos poucos remanescentes desse ecossistema que mantém certa integridade estrutural e funcional dentro da região da Baía da Guanabara (ICMBio).
3.1.6 Recursos Hídricos
Segundo Coelho (2007), os rios que escoam para a Baía de Guanabara são considerados como de regime torrencial. Eles se originam na Mata Atlântica e descem os abruptos declives da Serra do Mar e montanhas costeiras, com cursos reduzidos, forte poder erosivo e grande energia. A energia é rapidamente dissipada nas baixadas devido a redução das velocidades de escoamento, que fazem com que os rios se espalhem aumentando seus leitos e formando grandes terrenos pantanosos nas planícies, caracterizados por inexpressiva capacidade de drenagem.
Esses rios são distribuídos de forma desigual e drenam diversas áreas em relação ao uso da terra e relevo, contribuindo de diferentes maneiras para a carga do sedimento (SOARES GOMES et al., 2016). Eles podem ser contabilizados em aproximadamente 35 rios principais (COELHO, 2007), em que as principais contribuições ocorrem nos setores leste e nordeste da baía, onde o fundo é superficial e altas taxas de sedimentação ocorrem. Dentre os rios mais importantes destacam-se o Iguaçu, Caceribu, Macacu, Guapimirim, Estrela, Sarapuí e o São João de Meriti, porque estes são os que mais contribuem para o escoamento de águas para a Baía (COELHO, 2007). A maioria desses rios podem ser observados na figura 5.
Figura 5- Rios que deságuam na Baía de Guanabara (Fonte: Pacific Consultants International, 2003.)
A JICA (1994) dividiu a Bacia da Baía de Guanabara em 24 sub-bacias e 5 bacias das ilhas da Baía (PACIFIC CONSULTANTS INTERNATIONAL, 2003). A Figura 6 a seguir mostra as sub-bacias dos rios no sistema hidrográfico da Baía de Guanabara. As sub-bacias com maiores áreas de drenagem, da maior para menor, são as do Guapi-Macacu, Caceribu e Iguaçu/Sarapuí, seguidas das sub-bacias Estrela/Inhomirim/Saracuruna, Guaxindiba/Alcântara, Acari/Pavuna/Meriti, Roncador,
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Suruí, Canal do Cunha, Irajá, Canal do Mangue, Imboassú, Bomba, Iriri e Canal de Magé (IBGE, 2002).
Figura 6- Sub- Bacias da Baía de Guanabara
(Fonte: P01 Diagnostico do estado da Baía de Guanabara, 2016, pág: 26).
3.1.7 Clima
Segundo Kjerfve et at., (1997) devido à localização costeira da baía de Guanabara, o clima predominante é o tropical úmido, com verões quentes úmidos e invernos secos, e com uma forte influência marinha. A temperatura média anual encontrada na baía está entre 20 e 25° C (NIMER, 1989) e a umidade relativa média anual é de 78% ao nível do mar (DENEMET, 1992).
Segundo Amador (1997) a precipitação total anual média varia de 1000 a 1500 mm na Baixada Fluminense. A variação temporal na precipitação resulta em períodos secos, de junho a agosto, e úmidos, de dezembro a abril (KJERFVE et at., 1997). Registros de precipitação média dos últimos 30 anos mostraram uma variação em toda a bacia de drenagem de 291 mm mês-1 nas montanhas para um valor mínimo de 30 mm mês-1 em áreas de baixada (KJERFVE et al., 1997).
De junho a agosto, durante o inverno austral, os sistemas frontais polares vindos do Atlântico sul se propagam para o norte com uma intensidade de 500 km dia-1 e dão origem aos intensos ventos do sul à medida que a frente chega (KJERFVE et al., 1997). A intensidade do vento excede frequentemente 10 m s-1 durante as passagens das frentes (VILELA, 1992), o sistema normalmente passa em
menos de 12-24 h, e os ventos do sul e do sudoeste podem exceder ocasionalmente 25 m s-1 ao longo das praias do oceano. As passagens frontais também ocorrem em outras estações, sendo aproximadamente uniformemente distribuídas durante o ano (KJERFVE et al., 1997).
3.2. Aspectos metodológicos para avaliação da evolução histórica do sistema estuarino da Baia de Guanabara
3.2.1. Geocronologia
Segundo Santos et al (1999), a datação por 14C determina a idade de uma amostra utilizando a concentração residual de 14C contida na mesma. Obtido o valor da concentração, pode-se convertê-lo em idade, que corresponde ao intervalo de tempo em que a amostra deixou de estar em equilíbrio com a atmosfera, desde sua assimilação ao seu decaimento radioativo. O 14C é formado através de raios cósmicos (principalmente prótons e núcleos de Hélio) que interagem com nitrogênio e oxigênio da atmosfera superior (acima de 12 Km), produzindo nêutrons com energia inferior a 10 KeV. Rapidamente uma cadeia de nêutrons secundários é gerada numa larga faixa de energia, devido a sucessivas colisões e à grande seção de choque de captura de nêutrons lentos (1,7 barn), produzindo um grande número de átomos de 14C(cerca de 7,5 Kg por ano). Tal reação pode ser escrita como 14N + n →14 C + 1H;
O 14C encontra-se presente na atmosfera na forma de CO2,devido à reação
dos átomos de carbono com o oxigênio. Dessa forma, os seres vivos obtêm o 14C junto com o carbono estável presente na atmosfera, através da fotossíntese, no caso dos organismos autotróficos, ou por incorporação indireta, pelos organismos heterotróficos, contendo ambos os organismos uma proporção de 14C que esteja em equilíbrio com a atmosfera. No momento em que esse organismo morre, ocorre à interrupção do processo de troca e consequentemente não ocorre mais a incorporação de 14C, existindo apenas o processo de decaimento.
Dessa forma, são realizados os devidos cálculos e procedimentos de conversão em consequência da diferença da escala de tempo de idade do 14C e a do calendário convencional. Podem ser utilizadas duas diferentes escalas de calibração, em que para idades superiores a 11.000 anos AP (antes do presente -
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considerado como 1950 DC), obtida a partir das datações dos anéis das árvores, usa-se a escala dendrocronólogica; e para idades inferiores a 11.000 anos AP, utiliza-se a escala das idades de U-Th obtidas por espectrometria de massa de corais.
Na Baia de Guanabara alguns trabalhos tem mostrado as variações das taxas de sedimentação através de datação radiocarbônica e pela cronologia do 210Pb. O 210Pb é um radioisótopo natural, filho de decaimento da série radioativa do 238U, que possui meia vida de 22,26 anos. Devido seu baixo tempo de meia-vida, o 210Pb é utilizado para determinar taxas de sedimentação na escala de tempo do presente aos últimos 100/150 anos (equivalente a cerca de 5 meias-vidas) de rios, lagos, baías e estuários (APPLEBY; OLDFIELD, 1978; HUSSAIN et al., 1996; REINIKAINEN et al., 1997; ROSALES-HOZ et al., 2003; SOUZA et al., 2007).
As taxas variáveis de acumulação de sedimentos registradas em perfis de sedimentos datados pelo método do radiocarbono na Baía de Guanabara, indicam que a sedimentação da baía começou antes de 6.000 anos atrás e que não foi uniforme ao longo do tempo (FIGUEIREDO et al., 2014). A comparação das taxas de acumulação de sedimentos parece estar associada às flutuações do nível do mar ao longo dos últimos 5500. Em relação à sedimentação recente, perfis datados pelo método do 210Pb indicam que as taxas de acumulação aumentaram de valores aproximados de 0,14 cm.ano-1 até 0,49 cm.ano-1 para o período entre 1922 e 1951 e em torno de 0,60 cm.ano-1 de 1963 a 1993. Até o período de 2004, as taxas de acumulação dobraram, aumentando de 0,60 cm.ano-1 a 1,25 cm.ano-1 (FIGUEIREDO et al., 2014).
Em estudos realizados por Oliveira (2009) na região oeste da baía foram observadas três taxas de sedimentação: 0,14 ± 0,02 cm ano-1 antes de 1926; 0,65 ± 0,03 cm ano-1 entre 1926 e 1960 e 1,00 ± 0,02 cm ano-1 até o período de 2006. No leste da baía a velocidade encontrada foi de 1,43 ± 0,18 cm ano-1 desde 1948 até 2006. No noroeste foram encontradas três velocidades de sedimentação: 0,23 ± 0,01 cm ano-1 antes de 1950; 0,64 ± 0,02 cm ano-1 entre 1950 e 1987; 1,10 ± 0,17 cm ano-1 até 2007.
Monteiro (2012) realizou estudos para três pontos da Baía de Guanabara, o BG-08, BG-14 e BG-28, encontrando para o testemunho BG-08 resultados para a base do testemunho (6380 anos cal AP) à profundidade de 300 cm (5862 anos cal AP), uma taxa de sedimentação média de aproximadamente 0,08 cm/ano; a partir de
300 cm de profundidade ocorreu a diminuição da taxa de sedimentação, passando de 0,08 para 0,03 cm/ano, mantendo esta última relativamente constante até à profundidade de 118 cm (490 anos cal AP). Esse perfil pode ser explicado pela hipótese de que com o nível do mar mais elevado devido à transgressão marinha, os rios que deságuam da Baía de Guanabara tinham menor poder de exportar o material de origem terrígena para o oceano, fazendo com que este material fosse retido dentro da baía. Com a diminuição do nível do mar, os rios passaram a exportar uma quantidade maior de material terrígeno, diminuindo a quantidade de material esTOCado anualmente dentro da baía. Na profundidade de 118 cm (490 anos cal AP) ocorreu aumento na taxa de sedimentação de 0,03 para 0,1cm/ano, mantendo-se relativamente constante até à profundidade de 83 cm (129 anos cal AP). Da profundidade de 83 cm (129 anos AP) até o topo do testemunho ocorreu um grande aumento na taxa de sedimentação, chegando a atingir taxas de aproximadamente 2,0 cm/ano a partir de 43 cm de profundidade (40 anos AP). Esse significativo aumento na taxa de sedimentação da Baía de Guanabara a partir da metade do século XX, foi justificado por Godoy et al. (1998) devido ao aumento da urbanização e industrialização da cidade do Rio de Janeiro e das regiões metropolitanas adjacentes.
Já para o testemunho BG-14, o mesmo autor encontrou entre o intervalo de 430 cm (977 anos cal AP) até 202 cm de profundidade (546 anos cal AP) valores variando de 0,4 cm para 1,0 cm/ano; a partir de 202 cm de profundidade ocorreu uma abrupta tendência de diminuição da taxa de sedimentação, passando de 1,0 para 0,2 cm/ano, e mantendo esta última taxa de sedimentação relativamente constante até à profundidade de 120 cm (197 anos cal AP). Na profundidade de 120 cm (197 anos cal AP) ocorreu um abrupto aumento na taxa de sedimentação, passando de 0,2 a 1,6 cm/ano em 77 cm de profundidade (55 anos cal AP). A partir de 77 até 17 cm de profundidade (13 anos cal AP) a taxa de sedimentação mostrou pequenas oscilações, porém mantendo valor médio de taxa de sedimentação de aproximadamente 1,5 cm/ano e a partir de 17 cm de profundidade até o topo do testemunho é observada a tendência de diminuição da taxa de sedimentação, variando de 1,6 cm/ano para aproximadamente 1,0 cm/ano. Como mostrado para o testemunho anterior, o testemunho BG-14 também apresentou aumento da taxa de sedimentação a partir dos últimos 100 anos e também atingiu o máximo de taxa de sedimentação a partir da segunda metade do século XX, representando o aumento
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da urbanização e industrialização da cidade do Rio de Janeiro e das regiões metropolitanas adjacentes.
Em relação ao testemunho BG-28, a partir da base do testemunho (5541 anos cal AP) à profundidade de 440 cm (5040 anos cal AP), é observado um aumento progressivo da taxa de sedimentação (apresentando mínimo de 0,2 cm/ano e atingindo máximo de 0,6 cm/ano em 5040 anos cal AP); na profundidade de 440 cm até a profundidade de 175 cm (1628 anos cal AP) ocorreu uma progressiva diminuição da taxa de sedimentação (variando de 0,6 para 0,04 cm/ano) e a partir de 175 a 75 cm de profundidade (169 anos cal AP) a taxa de sedimentação variou de 0,04 para 0,1 cm/ano. Pode-se ressaltar que foi observada a mesma tendência no modelo cronológico do testemunho BG08. A partir da profundidade de 75 cm (169 anos cal AP) ocorreu um abrupto aumento da taxa de sedimentação, atingindo 1,9 cm/ano em 20 cm de profundidade (20 anos AP). E de 20 cm de profundidade (20 anos AP) ao topo do testemunho as taxas de sedimentação diminuíram, atingindo 0,9 cm/ano, no topo do testemunho.
Figura 7: Localização de alguns pontos de amostragem na Baía de Guanabara (Fonte: Cordeiro et al., 2017)
3.2.2. Caracterização granulométrica
A determinação da granulometria do material sedimentar permite avaliar as condições da hidrodinâmica do meio no momento em que ocorreu a deposição. Além disso, segundo Hornberger et al. (1999), um dos principais fatores de controle de acúmulo de metais-traço em áreas costeiras é o tamanho dos grãos dos sedimentos. As partículas mais grossas são compostas por minerais como quartzo e feldspatos, em que os metais-traço contidos nesta fração geralmente são encontrados em baixas concentrações, estando, portanto menos disponíveis para a biota, e as partículas mais finas, tais como argila e silte, possuem superfícies com alta capacidade de adsorção e consequentemente desempenham um papel importante no controle da deposição desses metais nessas áreas (MONTEIRO, 2012).
A tabela 1 mostra a classificação dos sedimentos a partir do tamanho de seus grãos.
Tamanho dos Grãos (mm)
Classificação
2 a 1 Areia muito Grossa
1 a 0,5 Areia Grossa
0,5 a 0,25 Areia média
0,25 a 0,125 Areia fina
0,125 a 0,062 Areia muito fina
0,062 a 0,00394 Silte
0,00394 a 0,0002 Argila
Tabela 1: Classificação dos sedimentos (Fonte: Resolução CONAMA Nº 454/2012)
Um estudo realizado por Abreu (2016) mostrou que os tamanhos de partícula das amostras de sedimento coletadas eram bastante homogêneos, com frações de lama (silte + argila) sempre acima de 70%. O tamanho médio dos grãos variou] de 5.07 a 27.5 μm, correspondendo a um sedimento fino. Os valores mais altos de argila foram encontrados em zonas internas da baía, caracterizada por uma baixa energia (BAPTISTA NETO et al., 2006).
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Aguiar (2016) encontrou para as áreas norte e noroeste predominância de sedimentos finos, mais de 99% de silte e argila. Apenas em torno da porção central e sudoeste da baía, foi observada a predominância de sedimentos arenosos.
Baptista Neto (2000) estudou a região de Jurujuba, localizada dentro da Baía de Guanabara e encontrou diferenças sedimentares distintas em sua dinâmica. Sua entrada ocidental é caracterizada por uma influência marinha resultante da ação das ondas e das correntes de maré e os sedimentos são classificados de médios para areias. A parte central é uma transição entre as zonas externa e interna, caracterizada por uma mistura de sedimentos dominados por argilas siltosas. Já a parte oriental é uma área de hidrodinâmica de baixa energia, caracterizada principalmente por argilas. No sudeste, os sedimentos são mais grosseiros e variam de areia a argila siltosa. Esta área é fortemente influenciada pelos fluxos de sedimentos das encostas desmatadas e muito erodidas do Morro da Viracê (Silva e Baptista Neto, 1991, 1992).
A figura 8 representa a distribuição granulométrica da Baía de Guanabara
Figura 8: Caracterização Granulometrica da Baía de Guanabara (Fonte: Marino, 2011)
3.2.3. Geoquímica da matéria orgânica
Segundo MEYERS; ISHIWATARY(1993), a matéria orgânica tem fundamental importância em processos bioquímicos e geoquímicos que ocorrem em sedimentos, sendo, dessa forma, essenciais para nutrição de animais bentônicos e micróbios.
Os diferentes tipos de biota que povoam um lago e sua bacia produzem matéria orgânica com distintas composições bioquímicas. Assim, a matéria orgânica faz parte do registro paleolimnológico preservado nos sedimentos lacustres, em que mudanças na estrutura da comunidade dessas biotas criam variações nas quantidades e tipos de matéria orgânica depositada no lago, em diferentes momentos de sua história (MEYERS; ISHIWATARY,1993).
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Pode ocorrer ainda, durante o processo de deposição no fundo do lago, a alteração da composição da matéria orgânica, como consequência do retrabalho microbiado. Este episódio pode fornecer ainda mais informações sobre o ambiente em estudo, particularmente a quantidade de mistura de coluna de água que ocorreu durante a deposição de sedimentos.
Abreu (2016) analisou as concentrações de Carbono Orgânico Total (TOC) de algumas regiões da baía, para três campanhas, sendo a primeira entre dezembro de 2006 e janeiro de 2007 (estação chuvosa); a campanha 2 em agosto de 2007 (estação seca); e campanha 3 em março de 2008 (estação chuvosa). Foram encontradas porcentagens médias de TOC para a campanha 1 foi de 5,32% ± 0,881%; para a campanha 2, 5,28 % ± 1,11% e para a campanha 3, 5,55% ± 0,975%, não apresentando grandes diferenças entre as campanhas.
Segundo estudos realizados por Aguiar (2016) a partir de duas amostragens de 30 pontos da Baía de Guanabara, as concentrações de TOC determinadas na primeira amostragem, em 1999, alcançaram valores elevados, variando de 0,36 a 7,05%, em que concentrações menores que 1 foram encontradas na parte central da baía. Na segunda amostragem, em 2008, o TOC variou entre 1,8% e 8,2%. Mais de 50% das estações amostradas apresentaram valores de TOC similares aos encontrados na campanha anterior, porém, por se tratar do destino final das águas de alguns corpos hídricos muito poluídos, como os rios Caceribu e Guaxindiba (Aguiar et al., 2011), foi observado um aumento do carbono orgânico na porção nordeste da baía, com valores de TOC entre 6,5% e 8,1. Apesar do fato de ambientes com baixa energia favorecerem o acúmulo de matéria orgânica, os resultados do TOC revelaram forte influência antropogênica, uma vez que os ambientes marinhos naturalmente apresentam concentrações de matéria orgânica em torno de 0,5% (LIBES, 2009)
Outros estudos também relataram as mesmas tendências de distribuição de TOC para a Baía de Guanabara.Baptista-Neto et al., 2006; Fernandez et al., 2005; Carreira et al., 2002, encontraram valores entre 3,21% e 7,49% para as concentrações de TOC no estuário.
3.2.4. Pigmetos sedimentares
As plantas e algas superiores são responsáveis por sintetizar diversos compostos orgânicos pigmentados, principalmente para uso na fotossíntese. Sua
estrutura molecular tipicamente específica confere a esses pigmentos locais para ataque microbiano, tornando esse composto suscetível a alterações diagenéticas. Ainda assim, uma parte da entrada de pigmento em lagos pode se tornar diageneticamente mais estável, devido a alterações estabilizantes como a aromatização completa do anel de clorofila tetrapirrole levando a porfirinas e a hidrogenação de cadeias de carotenóides para formar alcanos isoprenóides.
As clorofilas são os principais pigmentos fotossintéticos usados pelas plantas, sendo a mais comum a clorofila a, que apresenta o álcool diterpeno, fitol, ligado por uma ligação éster. O máximo de eficiência na absorção de energia solar desses pigmentos ocorre na porção vermelha do espectro visível, que são comprimentos de onda que não penetram profundamente na água. Devido a isso, as plantas marinhas apresentam diferentes compostos carotenóides que são utilizados como pigmentos acessórios para ampliar a faixa de comprimentos de onda úteis para a fotossíntese.
Estudos realizados por Gorham e Sanger (1967), mostram que em lagos altamente produtivos, como os de Minnesota, as concentrações de pigmentos sedimentares presentes na matéria orgânica são mais altas. Foi constatado também que pigmentos derivados da terra em geral não chegam aos lagos e até mesmo os pigmentos derivados do lago são rapidamente degradados se não forem transportados rapidamente para o fundo (SANGER, 1988). Sendo o principal fator no aumento da preservação de pigmentos e seus derivados em sedimentos lacustres, o aumento do pastoreio pelo zooplâncton, responsável pela mais rápida sedimentação (Leavitt et al., 1989)
Observa-se que tanto as mudanças de fonte quanto os efeitos da diagênese podem ser registrados no conteúdo pigmentar de lagos. Tem-se como exemplo, Zurichsee, na Suíça, em que 10 diferentes grupos de pigmentos foram utilizados para identificar mudanças nas populações de algas conforme as condições dos lagos mudaram (MEYERS; ISHIWATARY,1993). Sendo assim, apesar da grande reatividade dos compostos, os pigmentos podem ser suficientemente preservados em sedimentos, permitindo o estudo da paleoprodutividade da região.
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4. MATERIAL E MÉTODOS 4.1 Amostragem
Para realização deste estudo, foi coletado um testemunho de sedimento no ano de 2014, na Baía de Guanabara, através do sistema de vibrotestemunhadores. O testemunho BG -19 apresenta 430 cm de comprimento e está localizado próximo a APA de Guapimirim, no setor nordeste da Baía de Guanabara, a uma latitude de 22° 43,5’ S e uma longitude de 43°04,0’ W. Após a coleta, ele foi armazenado em tubo de PVC, previamente lavado e descontaminado com HCl 10%. O ponto de amostragem está indicado de verde na Figura 7.
Figura 9: Localização do Testemunho BG-19
Após a extração do testemunho, ele foi transportado para o laboratório de sedimentologia da Universidade Federal Fluminense, onde foi realizada sua descrição visual, identificando, por exemplo, mudanças de coloração dos sedimentos e a presença de pedaços de conchas e outros materiais. Em seguida, o testemunho foi fatiado de 2 em 2 cm, as amostras foram transferidas para sacos plásticos e armazenados a 4ºC. As partes dos sedimentos próximas às paredes dos tubos de PVC foram descartadas para evitar alteração das características físicas e químicas das camadas sedimentares.
4.2 Métodos de análise
4.2.1 Geocronologia
A datação foi realizada por 14C através de espectrometria de massa por aceleração (AMS) no laboratório da BETA analytics.
A obtenção das idades permitirá o cálculo da taxa de sedimentação (cm ano-1), em que será utilizada uma idade calibrada determinada a partir do software CALIB 6.0. Este software corrigirá as idades 14C considerando que calibram a medida obtida em anéis de crescimento de árvores de regiões temperadas.
4.2.2 Determinação da densidade e teor de água
Para se determinar as densidades das amostras de sedimentos, foram realizadas as secagens de sub- amostras de sedimento úmido a 50°C por 48h, em estufa, para obtenção das massas secas dos sedimentos. Passado este tempo, as amostras foram retiradas da estufa, colocadas em um dessecador para esfriar durante 20 minutos e em seguida foram pesadas. Após esse processo, as amostras voltaram para a estufa e este procedimento foi repetido até que elas obtivessem peso constante. A densidade foi determinada por meio da razão do valor da massa seca obtida e o volume do recipiente utilizado, no caso o volume do cilindro. Para o calculo do volume foi utilizada a formula de volume = π x r2 x h, em que o recipiente apresentou raio de 1,25 cm e altura de 4,7 cm.
4.2.3 Determinação da composição granulométrica
As análises granulométricas das amostras foram realizadas a partir de 2 gramas da amostra úmida. Para a determinação de sua composição, foi realizado um pré-tratamento, em que foi adicionado peróxido de hidrogênio (H2O2) à 70ºC até
o momento em que não fosse mais verificada a eliminação de gás, sendo desta forma eliminada a matéria orgânica presente no sedimento. Após esse procedimento foi adicionado hexametafosfato de sódio com concentração de 40 mg/L, o qual é um agente dispersante químico utilizado para evitar que as partículas que compõem a amostra se aglomerem. Em seguida, as amostras foram deixadas na mesa agitadora por 24 h para realizar a dispersão física das partículas antes de serem analisadas no granulometro. A quantificação das frações granulométricas, entre 0,02 a 500µm, foi
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realizada pelo fenômeno de difração, utilizando o analisador de partículas a laser, modelo Cilas 1064, do laboratório 400 do departamento de Geoquímica da UFF. 4.2.4 Composição elementar e isotópica da matéria orgânica
A composição elementar de carbono do testemunho BG-19 foi realizada no laboratório de biogeoquímica sedimentar do departamento de geoquímica da UFF. Para determinação da fração orgânica de carbono do sedimento as amostras foram previamente tratadas com ácido clorídrico a 1 M, processo responsável pela remoção de carbono inorgânico. O resíduo foi seco e pesado e determinado o conteúdo de carbono em um analisador de Carbono Orgânico Total - TOC-VCPH, da marca Shimadzu.
4.2.4 Determinação de pigmentos sedimentares
A medida da absorbância do extrato foi realizada em espectrofotômetro de varredura Shimadzu UV/VIS UV-1800, com intervalo de 350 a 800 nm. A análise de pigmentos de clorofila em amostras de sedimentos foi feita segundo método de Sanger e Gorhan (1972), adaptado por Cordeiro (1995).
Para a determinação da clorofila sedimentar foram utilizados tubos de centrífuga devidamente protegidos da luz, em que 1 grama de sedimento úmido foi inserido nos tubos, seguidos de 10 ml de acetona 90%. Após esse procedimento, as amostras foram colocadas na mesa agitadora por 20 minutos, em ambiente semi-escuro e depois foram centrifugadas. Este processo foi realizado por três vezes consecutivas, vertendo o sobrenadante para outro tubo. A partir dessa extração foi obtido o produto de degradação da clorofila, o qual é definido como clorofila sedimentar por Vallentyne, (1955).
Pode ocorrer à contribuição por outros compostos na elevação da linha de base e consequentemente interferir nos picos de absorbância na leitura dos derivados da clorofila, por isso foi realizada uma correção através da subtração dos picos de clorofila por uma curva de linha base feita entre 500 nm e 800 nm para eliminar a absorbância de componentes não clorofilados (WETZEL, 1970).
Já que as estruturas e, portanto, as massas atômicas dos produtos de degradação da clorofila não são conhecidas, os resultados não podem ser expressos em peso por unidade de peso do sedimento, mas em termos de unidades arbitrárias. Dessa forma as concentrações de pigmentos são expressas por Unidade
de Derivados de Pigmentos Sedimentares (UDPS) por grama de matéria orgânica (VALLENTYNE,1955).
A figura 8 indica a correção através da subtração dos picos de clorofila, como dito anteriormente.
Figura 10: Espectro de absorção da clorofila sedimentar mostrando o pico da clorofila e o procedimento de cálculo para a linha de base correspondente.
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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1 Testemunho BG-19
5.1.1 Geocronologia
O calculo da idade das camadas sedimentares do Testemunho BG-19 foram calculadas pelo método por datação de 14C. Este isótopo apresenta meia vida de 5.730 anos e o limite de detecção desta técnica permite determinar a idade de até 60.000 anos AC (PESSENDA et al., 2002).
A partir desse método foi obtido o resultado exposto na Tabela 2.
Testemunho Profundidade (cm) Idade 14C Idade calibrada
114 1070 ±30 650
BG19 314 2100 ±30 1750
414 2840 ±30 2700
Tabela 2 – Geocronologia do Testemunho BG 19
O testemunho em estudo pode ser dividido em três fases de acordo com a caracterização do sedimento em cada período. A fase I, entre as profundidades 430 cm a 190 cm, representando o período entre as idades de 2700 anos cal AP e 1100 anos cal AP, a fase II, que ocorre em 190 cm até 100 cm de profundidade, representando entre 1100 anos cal AP e 650 cal AP; e a fase III, entre as profundidades de 100 cm e 0 cm, os últimos 650 anos cal AP.
5.1.2 Granulometria
O testemunho BG-19 apresentou predominância de silte fino e médio. Na fase I, entre as profundidades 430 cm a 190 cm, a porcentagem média de silte grosso foi 16,4%, atingindo pequenos picos de silte grosso em torno de 30,9%. A porcentagem de silte médio foi de 24,0%, a de silte fino de 26,5%, silte muito fino 16,5 e a de argila 15,1%. A fase II, que ocorre em 190 cm até 100 cm de profundidade, apresentou porcentagem média de silte grosso de 21,1%, a de silte médio foi de 25,7%, silte fino de 25,2%, silte muito fino de 14,3% e o de argila 12,7%. Na última fase, entre as profundidades de 100 cm e 0 cm, a porcentagem de silte grosso ficou em torno de 7,7%, em que se percebe uma diminuição em relação à concentração do mesmo em profundidades menores. A porcentagem de silte médio ficou em torno
de 30,6%, onde foi observado um aumento da concentração em relação às outras idades, com uma média foi praticamente constante. A concentração de silte fino foi de 29,2%, a de silte muito fino 16,8% e a de argila 15,4%, ambas seguindo um padrão com pouca alteração. A figura 9 mostra o perfil descrito acima.
Figura 11: Granulometria do testemunho BG-19
As regiões mais internas da Baía de Guanabara, geralmente são caracterizadas como ambientes de muita baixa energia, abrigadas da ação das ondas e correntes de marés, possuem sedimentos, em geral, muito finos, predominando os sedimentos do tipo silte e argila, como registrado pelo testemunho BG-19. Além disso, a área apresenta uma hidrodinâmica muito baixa, e forte influência dos sistemas fluviais adjacentes, ocasionando um ambiente deposicional dominado por águas calmas em que as partículas vão decantando lentamente pela coluna d’água.
Outra questão que está relacionado com essa dinâmica é a localização do testemunho BG-19 próxima a Área de preservação Ambiental de Guapimirim, onde deságuam na baia de Guanabara as bacias dos rios Guapi-Macacu, Macacu/Caceribu e Guaxindiba. Em virtude disso, a área é formada por sedimentos flúvio-marinhos, derivados de deposições em grande parte vindas das regiões serrana, sendo litologicamente constituídos de sedimentos finos, síltico- argilosos ou argilo-sílticos, ricos em matéria orgânica.
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Além disso, a cobertura vegetal da Baia da Guanabara está representada em sua totalidade por florestas de manguezal, que é um ecossistema que apresenta sedimentos de granulometria fina, com predominância de silte e argila (ICMBio), corroborando para o perfil granulométrico registrado no testemunho BG19.
5.1.3 Densidade e Teor de Água
Em relação ao teor de água, observa-se que nas fases I e II não ocorreram grandes oscilações, ficando entre 60% a 68%, a partir de 900 anos cal AP a porcentagem do teor de água aumentou e ficou em torno de 76%. As fases I e II também não apresentaram variação significativa da densidade, com média de 0,44 g/cm3, ocorrendo um decréscimo acentuado na fase III, que apresentou média de 0,27 g/cm3. Na última fase, em que se tem uma granulometria mais fina, representada por uma diminuição na concentração de silte grosso, tem-se altos teores em água e baixa densidade.
É possível observar como os valores do teor de água e da densidade aparente comportam-se de forma oposta, quando a porcentagem de água diminui, a densidade aparente aumenta. Os resultados obtidos a partir dessa análise atestam a conformidade dos valores encontrados com a granulometria, que é de natureza silto-argilosa, o que sugere um ambiente de baixa hidrodinâmica. Os resultados dessas análises são mostrados na figura 10.
5.1.4 Carbono Orgânico Total
Como já mencionado anteriormente, a análise do perfil sedimentar do testemunho BG-19 revela a existência de três fases de sedimentação, em que a caracterização da matéria orgânica está representada pela figura 10.
As médias de TOC encontradas para as fases 1, 2 e 3 são 2,58%, 3,41% e 4,83%, respectivamente. Essas médias crescentes de carbono orgânico total indicam que no período mais recente os registros sedimentares estão recebendo mais aporte de matéria orgânica. Esse fenômeno pode ser explicado pelo aumento da urbanização e industrialização da cidade do Rio de Janeiro e das regiões metropolitanas adjacentes a partir da metade do século XX (GODOY et al.,1998; MONTEIRO et al., 2012) associado a mudança do uso da terra da bacia hidrográfica (BARRETO et al., 2007).
A localização mais interna desse testemunho, responsável por uma hidrodinâmica bastante baixa, também auxilia na presença de altas concentrações de matéria orgânica, além da forte influência dos sistemas fluviais adjacentes.
5.1.5 Pigmentos Sedimentares
Um importante Instrumento para se conhecer a paleoprodutividade de um sistema estuarino é a análise de pigmentos sedimentares. No testemunho BG-19 a concentração de pigmentos sedimentares se apresentou baixa nas fases I e II, que apresentaram media de 9,9 UDPS. Já na fase I, houve um considerável aumento das concentrações de pigmentos sedimentares, que apresentaram valores médios de 57,9 UDPS, representando significativo aumento da produtividade. Esse aumento pode ser explicado devido ao maior aporte de matéria orgânica registrada pelo aumento da concentração de carbono orgânico total. O resultado desta análise é mostrado na figura 10.
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6. CONCLUSÕES
Conforme apresentado neste trabalho, durante os últimos 650 anos AP, a Baía de Guanaraba sofreu uma evidente alteração no seu padrão sedimentar, como registrado pelo testemunho BG-19. Foi observado um acréscimo no teor de TOC e na concentração de pigmentos sedimentares que podem ter sido ocasionadas pelo aumento da intervenção humana na bacia hidrográfica, mesmo antes do intenso processo de urbanização e industrialização ocorrido na região a partir da metade do século XX. Monteiro (2012) também observou alterações no padrão sedimentar quando estudou diferentes testemunhos sedimentares coletados em áreas distintas da Baía.
As médias dos resultados encontrados para o teor de água nas fases I e II foram constantes, ficando entre 60% a 68% e na terceira fase, 76%. Em relação à densidade, as fases I e II apresentaram média de 0,44 g/cm3 e uma média de 0,27 g/cm3 na fase III. Já os valores encontrados na granulometria, demonstram uma redução dos tamanhos dos grãos conforme se tem uma diminuição da profundidade. Dessa forma, na última fase, em que se tem uma granulometria mais fina, representada por uma diminuição na concentração de silte grosso, tem-se altos teores em água e baixa densidade. Esse perfil pode ser explicado pelo testemunho está localizado em um ambiente de muita baixa energia, abrigado da ação das ondas e correntes de marés, sendo responsáveis pela sedimentação fina, predominando os do tipo silte e argila. Além disso, a área é formada por sedimentos flúvio-marinhos, derivados de deposições em grande parte vindas das regiões serranas, sendo litologicamente constituídos de sedimentos finos.
As médias crescentes encontradas de TOC (2,58%, 3,41% e 4,83%) e de clorofila (9,9 UDPS nas fases I e II; 57,9 UDPS na fase III) comprovam que a região do BG-19 vem recebendo mais aporte de matéria orgânica de origem antrópica nos últimos anos. No caso da clorofila, esse aumento durante os últimos 500 anos cal AP torna o ambiente propicio a proliferação de algas e ao aumento da concentração de pigmentos sedimentares.
Neste contexto, a partir de um estudo de caso, o presente trabalho apresentou a importância dos estudos paleoambientais não apenas na região da Baía de Guanabara, mas também em outros sistemas estuarinos, considerando que esses sistemas são responsáveis por reconstruir históricos dos impactos antrópicos
e de processos biogeoquímicos em sedimentos. Além disso, estes estudos permitem analisar como o ecossistema reagiu a essas mudanças, para que seja possível implementar planos de recuperação e monitoramento, além de prevenir futuros danos ambientais.
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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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