TÍTULO: AVALIAÇÃO DE RISCO DA ACIDIFICAÇÃO INDUZIDA PELA DIFUSÃO DE CO2 EM AMOSTRAS DE SEDIMENTOS MARINHOS CONTAMINADOS
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO CATEGORIA:
ÁREA: CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E SAÚDE ÁREA:
SUBÁREA: CIÊNCIAS BIOLÓGICAS SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): LETÍCIA FERNANDA DA SILVA AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): AUGUSTO CESAR ORIENTADOR(ES):
COLABORADOR(ES): BANCO SANTANDER, CAPES, CNPQ, DRA. M. DOLORES BASSALLOTE SÁNCHEZ, DRA. MANOELA ROMANO DE ORTE, INSTITUTO DO MAR, PROGRAMA CIÊNCIAS SEM FRONTEIRAS, UNESP, UNIVERSIDAD DE CÁDIZ
1 1 RESUMO
Com o advento da industrialização, o lançamento de gases causadores do efeito estufa, principalmente o dióxido de carbono (CO2), na atmosfera, vêm alcançando níveis de concentrações cada vez maiores. Desta forma, tecnologias para reduzir as emissões de CO2 vêm sendo estudadas e aplicadas. Entre estas tecnologias está a atividade de captura e armazenamento de CO2 (CAC), que consiste em capturar este gás das principais fontes de emissão e armazená-lo em estruturas geológicas, como poços de petróleo e gás esgotados. Apesar de suas vantagens ambientais, o risco de vazamentos do CO2 armazenado pode ser considerável, podendo acarretar danos aos ecossistemas devido à acidificação que interfere diretamente na mobilização e transporte de metais associados a sedimentos. Com vistas a este problema, o objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da acidificação de amostras de sedimentos marinhos contaminados com metais, através da infusão de CO2, a fim de avaliar a toxicidade e biodisponibilidade destes contaminantes, empregando ensaios de toxicidade com ouriços do mar Lytechinus variegatus. Os ensaios para análise do desenvolvimento embriolarval e fertilização foram realizados de acordo com a ABNT-NBR 15350/2006, utilizando-se um range de pH (7.6, 7.0, 6.5 e 6.0), além do pH controle (8.1). Para acidificação, da água e do elutriado preparado com sedimento contaminado e não contaminado, um sistema de injeção automática de CO2 foi utilizado. Os resultados demonstraram efeitos significativos em ambos ensaios. Nos tratamentos com pH mais ácidos, foram observados estágios primários de desenvolvimento embriolarval, bem como anomalias, principalmente em pH 6.5 e 6.0. A presença de metais foi significativa, principalmente a do arsênio que apresentou alta concentração em amostras com elutriado preparado com sedimento não contaminado. Deste modo, os resultados permitiram chegar à conclusão de que a acidificação e a mobilização de metais interfere na fertilização e desenvolvimento desta espécie comprometendo sua sobrevivência.
2 INTRODUÇÃO
Desde a época da Revolução Industrial, os combustíveis fósseis têm sido utilizados como fonte de energia, colaborando para o aumento da concentração de CO2 (dióxido de carbono) na atmosfera. Atualmente, acredita-se que a magnitude das emissões de gases de efeito estufa estejam associadas as alterações climáticas, embora as
2 questões relacionadas ao aquecimento global ainda não estejam bem esclarecidas. Os níveis de CO2 na atmosfera variaram de valores pré-industriais de ~280 ppm para quase 401,30 ppm em 2014 (Tans, 2014) e estima-se que a concentração atual na Terra seja a maior dos últimos 800 mil anos (Luthi et al., 2008). De acordo com o IPCC (2007), reduções nas emissões de gases de efeito estufa em cerca de 50-80% seriam necessárias para estabilizar as concentrações na atmosfera em níveis que evitem interferências críticas com o sistema climático. Deste modo, medidas de mitigação para reduzir as emissões estão sendo estudadas. Dentre estas, incluem-se projetos que estimulam a produção de energia limpa, como a gerada a partir da biomassa, solar ou eólica.
Além disso, projetos que consistem na remoção de carbono na atmosfera, através de sua captura em grande escala e armazenamento, estão sendo analisados.
A atividade de captura e o armazenamento de CO2 (CAC) é considerada por diversos órgãos e convênios internacionais (IPCC, Painel de Expertos na UNESCO para a mudança climática, convênios OSPAR e Londres, entre outros) como uma forma eficaz de diminuir a concentração de CO2 da atmosfera. O relatório especial sobre a captura e armazenamento de CO2, do IPCC (2005), afirma que essa atividade poderia contribuir em 15-55% o esforço de diminuir as emissões deste gás até o ano de 2100. De uma forma resumida, essa tecnologia consiste em obter o gás o mais puro possível, procedente de fontes estacionárias industriais e, posteriormente transportar o gás comprimido, em estado líquido, para ser armazenado numa estrutura geológica adequada. Aparentemente, a estrutura mais adequada, segundo os órgãos internacionais, são os poços de petróleo em estruturas submarinas, devido à sua estabilidade provada ao largo dos séculos para manter um fluido como o petróleo, mais ainda falta comprovar se essas estruturas serão ideais para o novo material (CO2 no estado líquido).
Apesar de essa tecnologia ser considerada relativamente segura, o seu sucesso depende da retenção estável do CO2 dentro das formações geológicas utilizadas como locais de armazenamento. É necessário considerar que existe a possibilidade de vazamentos acidentais do CO2 armazenado sobre sedimentos marinho e água do mar (Ardelan et al., 2009), o que poderia representar grave ameaça para o ambiente na vizinhança do local do acidente (Friedmann, 2007). Embora dados sobre possíveis
3 ricos desta atividade sejam imprescindíveis em estudos de impacto ambiental, esses informações ainda são amplamente desconhecidas (Keating et al., 2011).
Um dos principais efeitos esperados em cenários de fuga de CO2 é a acidificação do meio ambiente, devido a mudanças na química do carbonato. A redução do pH da água do mar, devido a maior concentração de dióxido de carbono, pode resultar em graves impactos nos ecossistema, afetando, por exemplo, processos fisiológicos em organismos marinhos, tais como crescimento, reprodução e equilíbrio ácido-base (Ishimatsu et al, 2004; Kikkawa et al, 2006; Basallote et al, 2012; Widdicombe, 2009). Além disso, alterações geoquímicas também são esperadas, como a mobilização de metais previamente retidos nos sedimentos (Ardelan et al 2009; Ardelan e Steins 2010).
Metais causam efeitos sobre a fertilização e o desenvolvimento embriolarval de ouriços do mar. Essas fases são cruciais para o crescimento normal de tal organismo, sendo, portanto sensíveis à detecção de poluição marinha (Prósperi & Araujo, p.99, 2002).
3 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da acidificação de amostras de sedimento marinho através da infusão de CO2 e respectiva biodisponibilidade de contaminantes empregando ensaios de toxicidade com ouriços do mar Lytechinus variegatus.
3.1 Objetivos específicos
Avaliar a influência da acidificação na fertilização de ouriços do mar da espécie Lytechinus variegatus;
Avaliar a influência da acidificação no desenvolvimento embriolarval de ouriços do mar da espécie Lytechinus variegatus e
Avaliar a influência da acidificação na mobilidade de contaminantes presentes em sedimentos de áreas contaminadas.
4 MATERIAIS E MÉTODOS 4.1 Local de coleta
4 Para a avaliação da biodisponibilidade de metais e efeito sobre a acidificação, foram coletados sedimentos de dois pontos distintos no estuário de Santos, um no Canal de Piaçaguera, próximo ao Pólo petroquímico de Cubatão, e outro na entrada do Canal do Porto de Santos, próximo á Ilha das Palmas.
4.2 Preparação das amostras
Para realização dos experimentos foi empregado um sistema de injeção de CO2 automático, comandado pelo software Aqua Medic AT-Control, que compreende 12 recipientes de vidro com um volume de 1.3 litros onde o CO2 é injetado de maneira controlada, de forma independente em cada um deles, incluindo o controle.
O ensaio foi realizado com água proveniente da praia do Mar Casado (Guarujá-SP), previamente filtrada em membrana Milipore de 0,22 µm e logo após foram inseridos em cada um dos recipientes contendo 750 ml de água. A salinidade também foi ajustada para 30 em todos os tratamentos.
Os ensaios com sedimento, ambos empregando elutriados foram preparados em uma proporção de 1:4 v/v sendo, 200ml de sedimento e 800ml de água do mar filtrada. O processo de agitação do elutriado foi realizado de forma manual, em galões de plástico, agitando-os durante 60 min. Em seguida, foram colocados em repouso por 12 horas para decantação. Após esse período, o sobrenadante foi retirado com uma seringa e inseridos nos recipientes de vidro para acidificação.
Para injeção de CO2 e O2 foram utilizadas mangueiras de silicone e todos os recipientes foram primeiramente fechados com Parafilm e, a seguir, iniciou-se o processo de acidificação até os valores de pH desejados serem atingidos. Com o range definido, com uma seringa, foram retirados 10 ml de água acidificada de cada recipiente, assim como dos controles, e inseridos em recipientes de plástico de 10 ml para realização dos testes de desenvolvimento embriolarval e fertilização. Os tratamentos de pH selecionados para este ensaio foram: controle: 8.01 e os outros tratamentos foram: 7.6 – 7.0 – 6.5 e 6.0, todos realizados em tréplicatas.
4.3 Ensaios de Toxicidade
Os testes com ouriço-do-mar foram realizados segundo NBR 15350 (ABNT, 2006). A temperatura em que foram realizados os ensaios foi de 25 ºC. Todos os indivíduos foram aclimatados antes da realização dos testes.
5 4.4 Análise dos metais e caracterização do sedimento
Amostras dos elutriados preparados e acidificados foram retirados com seringa de 10ml, inseridas em tubos falcon® de 15 ml e enviados à uma empresa acreditada para análise dos metais presentes em cada tratamento. Também foram realizadas análises granulométrica dos sedimentos.
5 RESULTADOS
5.1 Ensaios de toxicidade
Em relação ao teste de fertilização, foi observado que em ambos elutriados houve um decréscimo na taxa de sucesso a partir do pH 7.0, apresentando 20% de sucesso em comparação com ~100% nos pHs controle e 7.6. Já nos pHs mais baixos, a taxa de sucesso foi quase 0%.
Com relação ao desenvolvimento embriolarval, observa-se que, de modo geral, houve uma maior taxa de sucesso nos embriões expostos ao elutriado preparado com sedimento contaminado. Neste caso, efeitos adversos no desenvolvimento foram observados somente nos ensaios mantidos a pH 6.5 e 6.0. Por outro lado, nos testes com elutriado de sedimento limpo, os embriões expostos a pH 7.0 desenvolveram-se principalmente até estágios de gástrula e larva plúteos bem desenvolvidas, enquanto em pH 6.5 observou-se estágios de blástula e gástrula. No tratamento com pH 6.0 observou-se um maior efeito adverso em todos os tratamentos realizados. Em todos os experimentos o pH 7.6 apresentou as maiores porcentagens de taxa de sucesso. (Fig.1).
Fertilização Desenvolvimento Embriolarval
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Figura 1. Taxa de fertilização e desenvolvimento embriolarval nos testes realizados com água do mar
e elutriado de sedimentos limpo e contaminado a distintos valores de pH.
5.2 Sedimentos e Elutriados 5.2.1 Granulometria
Quando comparados o tamanho dos grãos dos dois tipos de sedimentos utilizados para os ensaios, têm-se que em sedimento contaminado os grãos possuíram um tamanho mais reduzido, apresentando maior porcentagem de grãos abaixo de 0.125 mm, em contraposição, em sedimento não contaminado, os grãos possuíram maiores porcentagens em valores acima de 0.125 mm (Tabela 1).
Tabela 1.Porcentagem do tamanho dos grãos nos Sedimentos contaminado e não contaminado
1.0 mm 0.50 mm 0.250 mm 0.125 mm 0.63 mm <0.63 mm
Contaminado 4.09546902 5.4607997 14.8463129 48.7560976 26.8169543 0.02436647
Não contaminado 2.28172963 5.03472926 15.2435259 31.5310349 34.6925361 11.1655277
5.2.2 Biodisponibilidade de Metais
Os metais encontrados nas amostras dos elutriados preparados com ambos os sedimentos, foram o arsênio, cobre, cromo, zinco e níquel. Como observado na figura 2, o arsênio e o cromo apresentaram maiores valores em pHs mais ácidos, já o zinco e cobre não apresentaram um padrão específico. O metal níquel apresentou baixas concentrações (<1,4µg/l) em todas as amostras. Dentre todos os metais, o arsênio foi o que apresentou maiores concentrações.
7 Figuras 2. Concentrações dos metais arsênio,cobre, cromo, níquel e zinco em elutriados preparados
com sedimento contaminado e não contaminado em relação aos valores de pH.
6 DISCUSSÃO
Conforme o esperado, processos de acidificação influenciaram nas taxas de fertilização e desenvolvimento embriolarval do ouriço do mar. Observou-se que o teste de fertilização foi mais sensível que o desenvolvimento embriolarval, já que, no primeiro, as taxas de sucesso foram notoriamente afetadas a partir do pH 7.0 em ambos sedimentos. Por outro lado, os resultados obtidos no ensaio de desenvolvimento embriolarval foram contrários ao esperado, já que os embriões expostos ao sedimento contaminado desenvolveram-se melhor. Este fato poderia ser atribuído a uma maior concentração de nutrientes neste sedimento, já que o sedimento da área contaminada foi caracterizado com uma maior porcentagem de grãos finos, consequentemente espera-se conter uma alta porcentagem de matéria orgânica adsorvida ao sedimento.
Em relação aos metais, sabe-se o processo de acidificação é um dos fatores que leva à grande liberação de metais associados ao sedimento para a coluna d’água, tornando-os biodisponíveis (Elder, 1989; Millero et. al, 2009), como pode ser observado claramente pela remobilização de Cr e As em ambos os ensaio. Neste estudo não pode ser observada uma correlação direta entre a mobilidade de metais e a toxicidade, já que a mobilidade de metais foi observada em ambos os sedimentos,
8 especialmente considerando o metal As. Por esta razão em próximos experimentos a coleta de sedimento limpo deverá ser realizada em outro ponto e além disso, recomenda-se a análise de nutrientes para constatação dos resultados.
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A partir deste trabalho, pôde-se analisar os efeitos do possível escape de CO2 de formações geológicas, como proposto pela tecnologia CCS pela redução do pH e biodisponibilidade de metais sobre o ouriço do mar Lytechinus variegatus. A redução de pH foi o principal fator de efeitos adversos nos organismos, porém a remobilização de metais deve ser considerada, principalmente As. Tais efeitos demonstram a importância de serem realizados mais estudos com relação a este tipo de tecnologia, sendo que compromete tanto a sobrevivência de tal espécie como de outras relacionadas a esta ecologicamente, levando em consideração também questões econômicas e sociais envolvidas.
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