COMISSO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR INSTITUTO DE RADIOPROTEO E DOSIMETRIA MESTRADO EM RADIOPROTEO E DOSIMETRIA

TATIANE ROCHA PEREIRA

A INFLUNCIA DA ADUBAO ORGNICA NOS MECANISMOS DE SORO DO 241Am EM SOLOS TROPICAIS.

ORIENTADORA Dra. Maria Anglica Vergara Wasserman

CO-ORIENTADORA: Dra. Elaine R. R. Rochedo

RIO DE JANEIRO

2009

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TATIANE ROCHA PEREIRA

A INFLUNCIA DA ADUBAO ORGNICA NOS MECANISMOS DE SORO DO 241Am EM SOLOS TROPICAIS.

Dissertao submetida ao programa de Ps-

Graduao em Radioproteo e Dosimetria

do Instituto de Radioproteo e Dosimetria

da Comisso Nacional de Energia Nuclear

como parte dos requisitos necessrios para

obteno do grau de Mestre em

Radioproteo e Dosimetria.

RIO DE JANEIRO, RJ BRASIL

Instituto de radioproteo e Dosimetria Comisso Nacional de Energia Nuclear

Coordenao de Ps-Graduao

2009

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Ficha Catalogrfica

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Tatiane Rocha Pereira

A INFLUNCIA DA ADUBAO ORGNICA NOS MECANISMOS DE SORO DO 241Am EM SOLOS TROPICAIS.

Rio de Janeiro, 27 de fevereiro de 2009

_______________________________________________________

Presidente: Dra. Maria Anglica Vergara Wasserman IRD/CNEN

_______________________________________________________

Dr. Ana Cristina de Melo Ferreira IRD/CNEN

_______________________________________________________

Dr. Erika Flavia Machado Pinheiro IA/ UFRRJ

_______________________________________________________

Dr.Wanderson de Oliveira Sousa IRD/CNEN

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Dedicatria

I want one moment in time When I'm more than I thought I could be

When all of my dreams Are a heart beat away

And the answers are all up to me

(Whitney Houston One Moment in Time)

Dedico este trabalho a Deus, por me conceder a vida, colocar em meu caminho minha famlia e me cercar de pessoas especiais.

vi

AGRADECIMENTOS

CNEN pela concesso da bolsa de estudo.

Aos meus pais, Antonio e Jandira Pereira, que sempre se ensinaram a lutar com

dignidade e acima de tudo a respeitar s pessoas. Pelo exemplo de vida, amor, compreenso

e apoio incondicionais; e aos meus irmos pelo incentivo constante, dedicao e amizade.

minha orientadora e professora Maria Anglica Vergara Wasserman agradeo a

oportunidade, a confiana no meu trabalho, o incentivo, amizade, orientao e compreenso

incondicionais ao longo do curso de mestrado.

minha co-orientadora Elaine Rochedo pela contribuio para o desenvolvimento

deste trabalho.

minha afilhada Gabrielle Gianizelli, minha esperana de um futuro bom, pelos

momentos de pureza e felicidade que sua presena causa.

Ao Wanderson e Ana Cristina Ferreira, agradeo por me ajudarem na determinao

dos meus resultados analticos, pois sem eles este trabalho no seria concludo.

Erika Pinheiro e aos funcionrios do Departamento de Solos da Universidade

Federal Rural do Rio de Janeiro, agradeo bastante pelo apoio nas anlises de matria

orgnica e pelas instrues.

Agradeo grande arte, chamada msica, e a seus grandes compositores pela

capacidade de despertar diversas emoes, principalmente, a de acalmar, tranquilizar e

relaxar uma estudante de mestrado.

Aos meus tios e tias pelo carinho e incentivo.

Aos funcionrios do IRD, pela amizade e carinho.

vii

Aos bolsistas do SEAIA, Michele, Mrcio, Vitor, Victor, Bruno, Lilian, Diogo,

Fernanda, Luciana, Isabel, Fernando, Guilherme, Luna, Esa, Guilherme Augusto e de

maneira bem especial, Flavinha, que me deu apoio no momento que eu mais precisava.

Muito obrigada!

Aos meus colegas de turma e de maneira especial s minhas amigas Luana, Mirtha e

Sane pelo apoio, companheirismo e amizade.

Aos amigos Alessandra Lima, Mrcia Pereira, Alexandre da Costa Pereira,

Jamaican Tavares, Fernando Arajo, Livia Paiva, Bruno Cardoso, Patricia Oliveira,

Michele Silva e famlia, Willian e Eliane Martins e Suzel Arcanjo pelo apoio nos

momentos alegres e tristes.

Aos mestres que contriburam para o meu desenvolvimento profissional,

especialmente ao mestre Luiz Tauhata pelos grandes ensinamentos tanto de Fsica quanto

de vida, amizade e carinho.

viii

RESUMO

Neste trabalho foram investigados os mecanismos envolvidos na soro do 241Am em

funo das propriedades fsicoqumicas de alguns tipos de solo brasileiros e das mudanas

promovidas nestas propriedades pela adubao orgnica. Este estudo experimental foi

conduzido em rea controlada, onde vasos contendo diferentes tipos de solos (Latossolo

Vermelho Amarelo, o Nitossolo e o Organossolo) e com diferentes doses de adubo

orgnico (0; 2 kg m-2 e 4 kg m-2) foram contaminados artificialmente pela rega com soluo

radioativa contendo 241Am. Nestes solos, com e sem adubo orgnico, foram realizados

estudos de migrao: o coeficiente de distribuio (Kd), biodisponibilidade e matria

orgnica . A biodisponibilidade efetiva foi avaliada atravs do cultivo de rabanete

(Raphanus sativus, L.) nesses vasos e da posterior medida da concentrao dos

radionucldeos nas razes. Os principais resultados revelaram que o 241Am possui uma

grande afinidade com a matria orgnica do solo e que a adubao orgnica em solos

tropicais reduz a dessoro do radionucldeo estudado. Atravs deste estudo foram obtidos

valores de coeficiente de distribuio (Kd) para 241Am, e estes encontraram-se abaixo que

os encontrados para solos de clima temperado. Foram encontrados valores abaixo do limite

mnimo de deteco para 241Am em rabanete, sendo assim, no foi possvel obter valores de

transferncia solo/planta. Foram feitos os fracionamentos fsico e qumico da matria

orgnica .

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ABSTRACT

In this work the mechanisms involved in the sorption of 241Am were investigated depending

on the physicochemical properties of some Brazilian soils and on alterations promoted by

organic amendment. This experimental study was conducted in a controlled area, where

pots containing different kinds of soils (Histisol, Ferralsol and Nitisol), with different

organic amendment doses (without amendment; 2 kg m-2 and 4 kg m-2) were artificially

contaminated by radioactive solution water, which contained 241Am. Migration studies,

distribution (or partition) coefficient (Kd), bioavailability and organic matter were carried

out in these soils, with or without organic amendment. In order to evaluate the effective

bioavailability of radionuclides, radish (Raphanus sativus L.) was cultivated in these pots,

and later the concentration of 241Am in radishs roots was measured. The main results show

that 241Am tends to be strongly attached to organic matter and that organic amendment in

tropical soils minimizes the radionuclide studied desorption. Also, distribution (or partition)

coefficient (Kd) values for 241Am were generated and these values are smaller than those

ones determinated for soils from temperate zones. Physical and chemical fractionings of

organic matter were carried out.

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SUMRIO

1. INTRODUO .......................................................................................................... 1 2. OBJETIVOS ............................................................................................................... 7 3. FUNDAMENTOS TERICOS ................................................................................. 8

3.1. O Solo .................................................................................................................... 8 3.1.1 Formao e Constituio do Solo ................................................................. 9 3.1.2 Os Componentes dos Solos ........................................................................ 10

3.2. A Contaminao e o Destino dos Radionucldeos no Sistema Solo Planta....... 17 3.3 Processos Envolvidos na Dinmica de Poluentes em Solos .............................. 21

3.3.1 Adsoro e Dessoro ................................................................................... 23 3.3.2. Precipitao e Dissoluo ............................................................................. 27 3.3.3. Solubilidade em gua. ................................................................................. 30

3.4. O Am 241 .............................................................................................................. 30 3.5.O Coeficiente de distribuio - Kd ........................................................................ 37

4. MATERIAIS E MTODOS .................................................................................... 39 4.1. O Experimento ..................................................................................................... 39 4.2. Descrio dos Solos Usados no Experimento ..................................................... 42 4.3. Contaminao dos vasos ...................................................................................... 46 4.4. Cultura utilizada no experimento ........................................................................ 47 4.5.. Processamento e Abertura de Amostras ............................................................. 48

4.5.1.. Para o rabanete: ........................................................................................... 48 4.5.2. Para os solos: ................................................................................................ 49

4.6 Tratamento Estatstico dos Dados ........................................................................ 60 4.7 O Fator de Transferncia solo planta (Ft) .......................................................... 60

5. RESULTADOS E DISCUSSO ............................................................................. 62 5.1. Propriedades Fsico-qumicas dos Solos ............................................................. 62 5.2. Migrao do 241Am nas Camadas dos Solos ....................................................... 64 5.3.Valores de coeficiente de distribuio (Kd) .......................................................... 69 5.4.Evoluo do Carbono Orgnico do Solo .............................................................. 71 5.5.O Fracionamento Qumico da Matria Orgnica do Solo .................................... 73 5.6. O Fracionamento Fsico da Matria Orgnica do Solo ....................................... 74

x

106

5.7. Fator de Transferncia ......................................................................................... 75 5.8. Associao matria orgnica ............................................................................ 76 5.9. Biodisponibilidade Potencial do 241Am ............................................................... 77

6. CONCLUSES ......................................................................................................... 79 7 ANEXOS .................................................................................................................... 81

7.1. Atividade nos Solos dos Vasos da rea Experimental ....................................... 81 7.2. Planilha de Campo ............................................................................................... 82 7.3 Valores do Kd para cada tipo de Solo ................................................................... 83 7. 4. Fracionamento Qumico da Matria Orgnica ................................................... 84 7.5. Avaliao da associao do 241 Am matria orgnica lbel ............................. 85

8 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................... 86

xi

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LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1: Representao dos horizontes dos solos ........................................................ 9 Figura 3.2: Representao das Argilas de Mineral do tipo 2:1 e do tipo 1:1. ................ 13 Figura 3.3. Fatores que afetam a dinmica de radionucldeos no sistema solo-planta. .. 19 Figura 3.4: Interaes qumicas entre as fases slida e lquida do solo. ........................ 23 Figura 4.1: rea experimental IRD/SEAIA ................................................................... 39 Figura 4.2: Montagem dos vasos. ................................................................................... 40 Figura 4.3: Latossolo Vermelho Amarelo ...................................................................... 43

Figura 4.4: Nitossolo ...................................................................................................... 44

Figura 4.5: Organossolo ................................................................................................. 45 Figura 4.6: Contaminao dos vasos atravs de rega. .................................................... 46 Figura 4.7: Solo coberto para evitar a deposio foliar. ................................................. 47 Figura 4.8: Plntulas de rabanete .................................................................................... 48 Figura 4.9: Protocolo de Extrao Seqencial proposto por WASSERMAN et al.

(2005). .................................................................................................................... 53 Figura 5.1: Perfil da concentrao do 241Am no Latossolo Vermelho Amarelo. ........... 64 Figura 5.2: Perfil da concentrao do 241Am em Nitossolo. ........................................... 65 Figura 5.3: Perfil da concentrao do 241Am em Organossolo ....................................... 66 Figura 5.4: Perfil da concentrao do 241Am em Latossolo Vermelho Amarelo com

acrscimo de 2 kg m-2 de composto orgnico......................................................... 67 Figura 5.5: Perfil da concentrao do 241Am em Latossolo Vermelho Amarelo com

acrscimo de 4 kg m-2 de composto orgnico. ........................................................ 67 Figura 5.6: Perfil da concentrao do 241Am em Nitossolo com acrscimo de .............. 68 2 kg m-2 de composto orgnico. ...................................................................................... 68 Figura 5.8: Valores de Kd para 241Am nos solos. ........................................................... 70 Figura 5.9: Teores de carbono (g kg-1) observado depois da adubao orgnica (2003) e

aps 5 anos da adubao orgnica (2008). ............................................................. 72 Figura 5.10: Fracionamento qumico observado nos solos 5 anos aps a adubao

orgnica. ................................................................................................................. 73

Figura 5.11: Fracionamento fsico da matria orgnica ................................................. 74 Figura 5.12: Biodisponibilidade Potencial do 241Am ..................................................... 78

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LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1: Delineamento experimental ......................................................................... 41 Tabela 5.1: Propriedades fsico qumicas do Latossolo Vermelho Amarelo, Nitossolo e

Organossolo. ........................................................................................................... 62 Tabela 5.2 Valores de Kd para 241Am (L kg-1) encontrados para solos franceses e os

valores padro de acordo com a IAEA. .................................................................. 71 Tabela 5.3 Coeficientes de correlao entre os valores do fracionamento qumico com

os valores de Kd. .................................................................................................... 75

xiii

1

1. INTRODUO

Elementos radioativos esto presentes na Terra desde a sua formao. Essa

radioatividade natural devida principalmente s cadeias radioativas naturais do

Urnio, do Trio e do Actnio; radiao csmica oriunda do espao; radiao

cosmognica e outros radionucldeos naturais alm daqueles oriundos das sries

supracitadas, como por exemplo, o 40K, o 87Rb, o 113Cd e o 138La entre outros

(FRIEDLANDER et al.,1981). Elementos radioativos produzidos pelo homem

comearam a ser introduzidos no meio ambiente a partir do sculo XX devido s

liberaes e posterior disperso de material radioativo originrio dos testes nucleares, de

acidentes em instalaes nucleares como, por exemplo, o acidente de Chernobyl, em

1986, na Ucrnia (AARKROG, 2001, DUNSTER et al., 2007) e o acidente de

Windscale, em 1957, na Inglaterra (UNSCEAR,2000) e, ainda, atravs de liberaes

rotineiras a partir de alguns tipos de instalaes radioativas e nucleares, por exemplo,

indstrias de reprocessamento de combustvel nuclear.

Em mdia, a radiao de origem artificial no chega a contribuir com 1 % da

radioatividade total a qual o homem exposto (IAEA, 1994); no entanto, prximo s

reas de testes atmicos ou reas afetadas por liberaes acidentais, esta contribuio

pode ser significativa, o que justifica o estudo e a avaliao de fluxos de elementos

radioativos artificiais em ambientes urbanos, agrcolas e florestais.

Muitos estudos radioecolgicos foram conduzidos na Europa aps o acidente

nuclear em Chernobyl (SHAW & BELL, 1991; BARCI-FUNEL et al. 1995, HASS &

MULLER, 1995; MCGEE et al. 2000; FOGH & ANDERSON, 2001, HERRANZ et al.,

2001). Esses estudos foram utilizados para vrios propsitos, por exemplo, estudar o

transporte e a distribuio de radionucldeos nas plantas, melhorar a compreenso do

comportamento dos radionucldeos a longo prazo em ecossistemas agrcolas, e

2

desenvolver modelos que possam prever as concentraes nas plantas atravs da

concentrao no solo. Muitos desses estudos se focaram em elementos como o 137Cs e o

90Sr, que alm de possurem elevada meia-vida fsica, possuem similaridades qumicas

com macronutrientes (K e Ca, respectivamente) e elevada mobilidade destes elementos

no ciclo hidrolgico, o que favorece sua absoro por plantas (IAEA, 1989).

Nos ltimos anos, trabalhos especficos tm sido conduzidos com o objetivo de

melhorar a compreenso dos mecanismos que governam a mobilidade dos elementos

transurnicos no ambiente, enfatizando as particularidades associadas ao

comportamento destes radioelementos no solo. Embora o solo possa atuar como barreira

fsica e geoqumica na reteno de radionucldeos liberados na atmosfera e

posteriormente depositados em sua superfcie, mudanas nas condies fsico-qumicas

dos solos, que podem ocorrer em funo do uso da terra, de prticas agrcolas ou da sua

evoluo edafo-climtica, podem alterar o destino dos radionucldeos: seja favorecendo

sua dessoro e liberao para a soluo do solo, possibilitando assim sua migrao para

camadas mais profundas ou sua assimilao biolgica, seja favorecendo a reteno do

material radioativo nos vrios componentes dos solos (WASSERMAN et al. 2007).

Alm das condies fsico-qumicas as quais os solos esto sujeitos (pH, Eh e

fora inica), algumas propriedades dos solos so bastante relevantes para determinar a

maior ou menor mobilidade qumica dos radionucldeos nos solo: a capacidade de troca

catinica (CTC), a quantidade de matria orgnica e a mineralogia predominante.

Vrios autores tm evidenciado a importante afinidade do 137Cs por argilominerais

apresentando menor mobilidade em solos ricos em argilas, do que nos demais tipos de

solos. (LUX et al., 1995, BERGAOUI et al., 2005, EL-TAHAWY & SHAMKY., 1999,

CHIU et al., 1999),

3

O acidente de Chernobyl contribuiu com o conhecimento do comportamento de

radionucldeos artificiais em solos de clima temperado, fornecendo informaes

consistentes gesto de reas agrcolas contaminadas. Entretanto, estudos

radioecolgicos realizados em reas tropicais ainda so raros apesar de 20% dos

reatores nucleares existentes no mundo, em operao ou em construo, se encontrarem

em reas de clima Tropical ou Subtropical. Em solos de clima temperado com elevado

teor de matria orgnica, observou-se maior mobilidade dos radionucldeos, tornando-os

disponveis para a absoro da planta e para ciclagem solo-planta por um perodo mais

longo do que quando comparado com a reteno efetuada por argilominerais (SALBU

et al. 1994, COLLE & ROUSSEL-DEBET, 2000). Em solos brasileiros vrios estudos

tambm relatam a influncia da matria orgnica no comportamento geoqumico do

137Cs (PORTILHO, 2005; WASSERMAN et al., 2007), s que a matria orgnica

nestes solos teria um papel efetivo na reteno do 137Cs, a ponto de reduzir, de modo

significativo, a transferncia deste elemento do solo para as plantas. Os estudos

realizados em solos brasileiros possibilitaram detectar as classes de solos mais

vulnerveis contaminao radioativa, alm de fornecer informaes que possibilitam

otimizar o planejamento de aes de emergncia em reas rurais e a gesto de solos

contaminados principalmente por 137Cs, 60Co e 90Sr (WASSERMAN et al 2008). No

entanto, devido complexidade fsica, qumica e biolgica dos diferentes cenrios, o

estudo do comportamento biogeoqumico de outros radionucldeos nos solos mais

representativos das reas agrcolas brasileiras permitir avanar ainda mais no

entendimento do comportamento desses elementos, principalmente aqueles de interesse

para a gesto de rejeitos radioativos.

Elementos transurnicos (U, Pu, Am e Np) e produtos de fisso (Sm, Xe, Sr, I,

Cs) so os mais preocupantes no que se refere gesto de rejeitos, devido elevada

4

atividade especfica e meia vida relativamente longa destes elementos. O

comportamento de radionucldeos presentes nos rejeitos radioativos em solos tropicais

ainda tem sido pouco estudado, principalmente a avaliao do efeito desses nas

propriedades pedolgicas destes solos. Dentre os elementos presentes nos rejeitos

radioativos, o 241Am e o 243Am, o 239,240,241Pu, 129I, 238U e o 99Tc encontram-se entre os

menos estudados em solos brasileiros, enquanto o 90Sr, o 137Cs e o 60Co j foram

estudados de modo coordenado com outros pases de clima tropical (WASSERMAN et

al.,2008), permitindo, assim, a validao de comportamentos universais e a

identificao de aspectos regionais que interferem no comportamento destes

radionucldeos no sistema solo/planta.

No Brasil, a adubao orgnica tem sido uma das prticas agrcolas

recomendadas para culturas de subsistncia, pois melhora, a baixo custo, as

propriedades fsicas e qumicas dos solos. Esta prtica tem sido incentivada pela

expanso comercial da agricultura orgnica, indicada como uma das tecnologias mais

apropriadas para a agricultura sustentvel. Alm disso, a adio de matria orgnica

uma prtica recomendada como contramedida para solos contaminados com 137Cs

(IAEA, 1994). Efetivamente, substncias hmicas exercem um papel importante no

comportamento de transporte de uma larga escala de ctions, e, especialmente,

actindeos trivalentes podem formar complexos fortes com substancias hmicas (MAES

et al., 2002). A complexao desses actindeos, com a matria orgnica pode ter dois

efeitos opostos. Se complexada pela matria orgnica imvel, isto , substncias

hmicas, sua migrao ser reduzida. Por outro lado, se complexos estveis so

formados com a matria orgnica mvel (ou lbil ou frao leve), o transporte de

radionucldeos pode ser aumentado (MAES et al., 2002). A absoro de radionucldeos

do solo em plantas depender ento da forma qumica do elemento, das propriedades do

5

solo e seu manejo, alm das caractersticas fisiolgicas e metablicas da espcie vegetal

(SKARLOU et al., 1996; WASSERMAN & BELM, 1996; PAPASTEFANOU et al.,

1999).

Neste estudo optou-se por estudar o comportamento do Amercio em solos

brasileiros sob o efeito da adubao orgnica, devido a importante contaminao deste

elemento observada em solos que foram contaminados acidentalmente por Plutnio e

devido importncia de compostos orgnicos para seu transporte.

A maioria do 241Am presente atualmente no meio ambiente teve sua origem nos

testes de armas nucleares entre as dcadas de 50 e 60, e em acidentes como os areos

ocorridos em Palomares na Espanha, e em Thule, na Groenlndia (IAEA 2001) e o

acidente de Chernobyl. Em todos estes acidentes, a presena de amercio se deve,

principalmente, ao decaimento radioativo de plutnio disperso no meio ambiente,

embora traos de amercio costumam estar presentes como contaminao de plutnio,

utilizado tanto em armas nucleares quanto em fontes de gerao de energia, por

exemplo, em satlites artificiais. Cabe ainda ressaltar que acidentes como aquele

ocorrido em Palomares e em Thule, envolvendo a queda de um avio carregando armas

nucleares, poderia acontecer em qualquer lugar. A formao de amercio em reatores

ocorre por absoro de nutrons, sendo mais significativa em reatores rpidos, que

podem ser utilizados tanto para gerao de energia quanto para a obteno de plutnio,

sendo de menor relevncia em reatores trmicos, como o caso dos reatores PWR em

uso no Brasil. Devido grande disperso usual em contaminaes atmosfricas,

somente quantidades muito pequenas de amercio so encontradas nos solos, plantas e

guas (VARGA et al., 2007, JIMNES-RAMOS et al., 2006; SOKOLIK et al., 2004).

O amercio tambm pode contaminar o ambiente se as fontes industriais

(principalmente as portteis) forem perdidas, roubadas e abertas, ou quando detectores

6

de fumaa so abandonados em aterros, porm estes ltimos so fontes menores de

contaminao ambiental (ALEXAKHIN & KROUGLOV, 2001). Nas situaes de

contaminao do meio ambiente, o pblico pode ficar exposto radiao gama atravs

do contato com o solo contaminado e s radiaes alfa e gama, por inalao de poeira

contaminada ou por ingesto de gua e alimentos contaminados.

O baixo contedo de matria orgnica em solos tropicais ocasionado por sua

rpida mineralizao e lixiviao. No entanto, devido ao seu papel relevante na

dinmica de nutrientes e poluentes em solos, espera-se que solos tropicais com baixo

teor de matria orgnica apresentem comportamento de radionucldeos diferenciado do

observado em solos onde a matria orgnica conservada. Assim, o estudo do

comportamento do 241Am, em solos tropicais, bem como a avaliao do efeito de

prticas agrcolas de adubao orgnica, comumente realizada nestes solos poder

contribuir para a compreenso de processos e para a definio de critrios para o

gerenciamento de resduos, para o estabelecimento de critrios de proteo radiolgica

ambiental e para a recuperao de reas contaminadas. Alm disso, estes estudos podem

otimizar a previso realizada por modelos usados na avaliao de risco radiolgico,

atravs da substituio de valores de parmetros genricos, obtidos em sua maioria em

solos de clima temperado, por valores obtidos regionalmente. Esse conhecimento

permitir avaliar a eficincia regional de contramedidas normalmente recomendadas em

caso de acidente radiolgico em reas rurais, e propor outras mais adaptadas ao local

resultando em benefcios para a sociedade brasileira.

7

2. OBJETIVOS

Esta dissertao tem como objetivo investigar a mobilidade qumica potencial

do 241Am em funo de variaes edafolgicas ocorridas em Latossolo Vermelho

Amarelo e em Nitossolo que receberam diferentes doses de adubo orgnico (sem

adio; com adio de 2 kg de adubo por m2 de solo e com adio de 4 kg de adubo por

m2 de solo).

A influncia do aporte orgnico na mobilidade do 241Am ser avaliada tambm

pela comparao com o comportamento do 241Am observado em Organossolo. A

biodisponibilidade potencial destes elementos e a absoro radicular observada em

condies de equilbrio qumico sero discutidas em funo do contedo de matria

orgnica e de outras propriedades qumicas dos solos.

Mais especificamente este trabalho tratar de:

Determinar a capacidade de adsoro do 241Am em solos tropicais e avaliar a

influncia da adubao orgnica no processo de adsoro.

Avaliar a biodisponibilidade 241Am em solos tropicais atravs da aplicao da

primeira fase do mtodo de extrao qumica seqencial seguindo protocolo especfico

para solos cidos.

Avaliar a associao do 241Am fase orgnica dos solos estudados, atravs da

aplicao da terceira fase do mtodo de extrao qumica seqencial, seguindo protocolo

especifico para solos cidos.

Determinar o Coeficiente de distribuio (Kd) para o 241Am em solos tpicos de reas

agrcolas brasileiras; e,

Determinar o Fator de transferncia solo/planta (Ft) para 241Am em rabanete cultivado

em reas experimentais.

8

3. FUNDAMENTOS TERICOS

3.1. O Solo

O solo hoje reconhecido em diversas cincias no apenas como uma superfcie

inconsolidada que recobre as rochas e mantm a vida animal e vegetal na Terra, mas

tambm como um corpo dinmico que pode ser compreendido pelo estudo de sua

natureza fsica, qumica, mineralgica e biolgica. Os solos so constitudos pelas fases

slidas, lquidas e gasosas sendo tridimensionais e dinmicas. A fase mineral

constituda por materiais minerais e orgnicos, contendo matria viva e ocupando a

maior poro do manto superficial das extenses continentais do planeta (EMBRAPA,

1999). Em seu significado mais simples, o solo atua como um meio natural de suporte

para as plantas, para a produo de alimentos e de fibras. Um solo com alta qualidade

aquele que se mostra apto para garantir uma alta produo agrcola e a sustentabilidade.

O solo no somente um componente, mas sim a base dos ecossistemas, cujas funes

mais importantes incluem: suportar plantas, animais e o homem; controlar ciclos

biogeoqumicos dos elementos e da energia nos diferentes compartimentos do ambiente;

atuar como portador de aqferos subterrneos e de depsitos minerais; atuar como

recurso base para a produo de alimentos, fibras e biomassa de qualquer natureza; e

atuar como depsito gentico, na medida em que mantm a biodiversidade

(ALLOWAY, 1990).

A humanidade depende de ar puro, gua pura e de solos continuamente produtivos

para que possa continuar a viver. A perda da produtividade e a eroso dos solos

causaram a queda de civilizaes; no obstante, os solos continuam sendo utilizados

como meio para descarte e disposio de materiais considerados poluentes ou

9

continuam sendo mal gerenciados, o que compromete sua sustentabilidade para futuras

geraes.

3.1.1 Formao e Constituio do Solo

Estudos realizados em vrias regies do globo comprovaram que a existncia de

diferentes tipos de solos decorrente da ao combinada de cinco principais fatores:

clima, organismos, material de origem, relevo e tempo (JENNY, 1941; LEPSCH, 2002).

Em alguns casos, um desses fatores exerce maior influncia sobre a formao do solo

do que os outros. Assim, sob a ao de agentes biolgicos, fsicos e qumicos, o solo

comea a formar-se a partir de uma rocha, organizando-se em uma srie de camadas

sobrepostas de aspecto e constituio diferentes. Essas camadas, denominadas

horizontes, so paralelas superfcie e possuem caractersticas fsicas e qumicas

bastante diferenciadas entre si (figura 3.1).

Figura 3.1: Representao dos horizontes dos solos

10

Como representado na Figura 3.1, o horizonte mais prximo da superfcie o

horizonte O1, constitudo pelo material orgnico depositado recentemente. J o

horizonte orgnico O2 est relacionado matria orgnica em estado de decomposio

mais avanado. O horizonte A constitudo por uma mistura de material mineral e

orgnico, o que confere uma colorao escura massa de solo. O horizonte A o

horizonte mais rico em nutrientes. Por sua vez, o horizonte E se refere ao horizonte

onde ocorrem perdas de argilas e xidos de ferro e alumnio, alm de apresentar elevada

concentrao de quartzo. Este horizonte normalmente apresenta cor clara, devido

mxima eluviao. J o horizonte B o horizonte de acmulo de argilas e xidos de

ferro e alumnio. Este horizonte possui caractersticas especiais que auxiliam na

classificao dos solos (horizonte de diagnstico). O horizonte C se refere ao material

rochoso pouco intemperizado, e o horizonte R, se refere rocha de origem (PRADO,

2003). importante salientar que os solos no possuem, necessariamente, essa

seqncia de horizontes,

3.1.2 Os Componentes dos Solos

A proporo das fases slida, gasosa e lquida pode variar de um solo para outro,

podendo tambm variar dentro do mesmo solo, de horizonte para horizonte (JENNY,

1941; LEPSCH, 2002). Em uma concepo ideal de solo para a produo agrcola, a

fase slida ocuparia cerca de 50% do volume do solo, sendo constituda por minerais

(45%) e material orgnico decomposto (5%). Esta fase constituda por partculas de

diferentes tamanhos: argila, silte e areia. A fase lquida e a fase gasosa ocupam o

volume restante (~ 50% do volume total do solo). Normalmente sua distribuio em

11

funo do regime hdrico, relevo e de propriedades como textura, porosidade e contedo

de matria orgnica. Assim, podem ocorrer situaes nas quais os poros so ocupados

por gua a maior parte do tempo, em detrimento da fase gasosa, como por exemplo, nos

solos hidromrficos (BRADY, 1989). A fase lquida do solo constituda por gua

contendo minerais e compostos orgnicos dissolvidos. Esta fase denominada por

soluo do solo.

Os minerais

As partculas minerais do solo podem ser classificadas tanto pelo seu tamanho,

como pela sua origem e composio.

Em relao origem, existem dois tipos: minerais primrios e minerais

secundrios. Os minerais primrios existentes na maior parte dos solos so aqueles

componentes das rochas mais resistentes ao intemperismo qumico e, por isso,

permanecem mais tempo no solo, mantendo sua composio original, mas podendo

fragmentar-se pela ao do intemperismo fsico. Os minerais secundrios provm da

decomposio dos minerais primrios, que so mais suscetveis de se alterarem

(JENNY, 1941; LEPSCH, 2002)

medida que ocorre o intemperismo dos minerais primrios e secundrios, ons

de diversos elementos, tais como: sdio, potssio, alumnio, ferro e silcio so liberados.

Os ons mais solveis geralmente so lixiviados no solo, enquanto outros podem se

recristalizar formando minerais insolveis (BRADY, 1989).

As partculas minerais do solo tambm podem ser classificadas em argila, silte e

areia, conforme a dimenso de suas partculas. O tamanho das partculas tem influncia

direta nas propriedades fsicas e qumicas do solo. Normalmente as partculas menores

so as mais ativas. Por isso, a proporo dos componentes de tamanho menor (argila e

12

silte) em solo argiloso e maior (areia e cascalho) em solo arenoso, juntamente com seu

arranjo em agregados ir determinar no solo algumas caractersticas bastante

importantes, como tamanho e quantidade de poros, permeabilidade gua, grau de

plasticidade, facilidade de trabalhos com mquinas e resistncia eroso (JENY, 1941;

LEPSCH, 2002).

A argila, ao contrrio da areia, bastante ativa quimicamente. A grande atividade

dessa frao deve-se ao pequeno tamanho de suas partculas, o que faz com que tenham

propriedades coloidais. A mais importante propriedade coloidal da argila a afinidade

pela gua e por elementos qumicos nela dissolvidos. Essa afinidade devido,

principalmente, vasta superfcie especfica e existncia de cargas eltricas nessa

superfcie (JENY, 1941; LEPSCH, 2002). Sendo assim, a frao argilosa do solo

responsvel pela reteno de nutrientes, que so ctions metlicos essenciais para as

plantas, evitando que eles se percam por lixiviao para camadas mais profundas.

Em relao composio, encontram-se entre os minerais secundrios as argilas

silicatadas e os xidos e oxi-hidrxidos comumente de ferro e alumnio.

Os minerais de argila silicatados apresentam em sua estrutura tetraedros de silcio

e octaedros de alumnio. O mineral de argila que possui uma lmina de tetraedro de

slica e uma lmina de octaedro de alumnio do tipo 1:1, o que significa que possuem

apenas a superfcie externa exposta, tornando-as menos ativa (ex.: caulinita, haloisita),

mas quando ocorrem duas lminas de tetraedro de slica e uma de octaedro de alumnio,

o mineral do tipo 2:1, o que significa que possuem superfcies interna e externa

expostas, tornando-as mais ativas (ex.: montmorilonita, ilita, vermiculita) (Figura 3.2).

Os solos altamente intemperizados, tpicos de clima tropical, so constitudos

predominantemente por mineralogia oxdica e caulintica, o que pode conferir

caractersticas distintas daquelas dos solos com argilo-minerais do tipo 2:1, nas reaes

13

que controlam a disponibilidade de radionucldeos no sistema (ZHU & SHAW, 2000,

WASSERMAN et al., 2002a).

Figura 3.2: Representao das Argilas de Mineral do tipo 2:1 e do tipo 1:1.

Os xidos de ferro, alumnio, mangans e titnio constituem importantes

componentes dos solos, principalmente dos solos mais intemperizados, como os solos

tropicais de reas com relevo mais suave e superfcies geomrficas mais antigas

(BRADY, 1989). Estes xidos possuem importante papel nas propriedades fsico-

qumicas dos solos, influenciando nas reaes que controlam a disponibilidade de

elementos trao no sistema. No caso dos xidos, as cargas negativas da superfcie so

geradas pela complexao do OH- da soluo do solo ou pela dissociao de H+ da

superfcie, enquanto que as cargas positivas so geradas devido complexao do H+ ou

dissociao de OH- da superfcie. Estas cargas so chamadas de dependentes, pois

podem ser alteradas pelo pH, fora inica da soluo e pela valncia do on

predominante. Em solos cidos, as cargas positivas predominam e aumentam a

capacidade de adsoro de nions. Os xidos de ferro mais comumente encontrados nos

solos so a goetita e a hematita. Alguns metais, como Co, Cu, Ni, Zn e Pb, possuem

grande afinidade com os xidos de Mn (SILVEIRA, 2002).

14

A atividade das argilas, ou seja, sua capacidade de trocar ctions (CTC), funo

de sua estrutura e rea especfica, assim a caulinita, de estrutura mais simples (1:1), com

rea especfica de 10-20m2 g-1 e CTC de 3-15cmol kg-1, apresenta menor atividade do

que a ilita, de estrutura mais complexa (2:1), com rea especfica de 70-120 m2 g -1 e

CTC de 10-40 cmol kg -1, a vermiculita (2:1), com rea especfica de 300-500 m2 g -1 e

CTC de 100-150 cmol kg -1, e a montmorilonita (2:1), com rea especfica de 700-800

m2 g-1 e CTC de 60-150 cmol kg -1 (REZENDE et al., 2007). Os xidos de Fe, Al so

ainda menos ativos do que a caulinita, no que se refere sua CTC.

Os compostos orgnicos

Apesar de compor menos de 5% na maioria dos solos, a matria orgnica do solo

um componente chave em qualquer ecossistema terrestre, e a variao em sua

distribuio, contedo e qualidade tm importante efeito nos processos que ocorrem

dentro de um sistema (S, 2001).

A matria orgnica do solo (MOS) se apresenta como um sistema complexo de

substncias que tem sua dinmica governada pela adio de resduos orgnicos de

diversas naturezas e por uma transformao continua sob ao de fatores biolgicos,

qumicos, fsicos, climticos e do uso e manejo da terra. No obstante, os fatores de

formao dos solos (e.g., clima, vegetao, topografia, material de origem e tempo,

associados aos processos de decomposio, mineralizao, humificao e estabilizao)

podem participar na dinmica da matria orgnica do solo (STEVENSON, 2006;

FONTANA, 2006).

A compreenso de processos e reaes que envolvem a matria orgnica

fundamental para a manuteno da qualidade de um solo, tanto porque estes processos e

reaes influenciam na fertilidade de um solo e no fornecimento de nutrientes para as

15

plantas, como tambm porque estes afetam a dinmica de poluentes no meio ambiente

(SILVEIRA, 2002). Desde as civilizaes mais antigas, o hmus do solo utilizado

como referncia ao solo frtil, sendo chamado tambm de terra gorda, onde a palavra

gorda tem a conotao de fertilidade e reservas de nutrientes (WASKMAN, 1936).

Na dinmica da MOS, a estabilidade um dos principais critrios da qualidade da

MOS, pois detritos de plantas frescas so convertidos gradualmente a formas mais

estveis e esta estabilizao envolve uma variedade de processos qumicos, fsicos,

microbianos e a fauna do solo. A MOS pode ser estabilizada pela interao com

minerais, principalmente com argila, em ons de Ca, formando um complexo de elevada

estabilidade (OADES, 1988). Os xi-hidrxidos de Fe, Al e Mn tambm exercem papel

importante na dinmica de MOS de muitos solos de clima tropical, tais como Latossolos

e Argissolos pela interao entre as cargas positivas destes minerais com os radicais

orgnicos de carga negativa (ZECH et al., 1997).

O fracionamento qumico da matria orgnica, utilizando-se cidos e bases,

permite classific-la em funo de sua solubilidade em trs fraes principais com

distintas caractersticas fsico-qumicas (GRI, 2000):

Humina: frao insolvel em qualquer faixa de pH;

cidos Hmicos: material orgnico que pode ser extrado do solo e

solvel apenas em meio alcalino; e,

cidos Flvicos: material orgnico que permanece solvel em qualquer

pH.

As substncias hmicas so consideradas como polieletrlitos de cido fraco,

apresentando capacidade de reagir na soluo do solo dentro de uma ampla faixa de

pH (STEVENSON, 1994). Os cidos flvicos e hmicos atuam como cidos de

Lewis devido ocorrncia na sua estrutura de grupos com insuficincia de eltrons,

16

tais como O-H, N-H e S-H. A presena de carga negativa dependente de pH confere

s substncias hmicas a capacidade de participarem de inmeras reaes do solo

(CANELLAS et al., 1999).

Complexos solveis, em geral, envolvem os cidos flvicos, os quais se ligam

com os metais em uma larga faixa de pH. Na forma de complexos solveis os metais

so disponveis s plantas, enquanto que nos complexos insolveis os metais so

imobilizados (SILVEIRA, 2002).

AL-OUDAT et al., (2006) observaram que a absoro de 137Cs pelas plantas

proporcional ao aumento da matria orgnica do solo, enquanto que para o 90Sr, a

absoro diminui. WASSERMAN et al., (2008) observaram que em solos tropicais a

adio de compostos orgnicos reduz de modo significativo a transferncia de 137Cs e

60Co para o rabanete.

A importncia dos cidos hmicos se deve ao fato de participar da maioria das

reaes que ocorrem no solo, tais como: agregao e estabilidade dos agregados pela

formao de complexos organo-minerais; solubilizao de P e diminuio da energia de

fixao dos xidos; adsoro de metais pesados; tampo do solo e influencia nas cargas

das partculas, alm de servir como reserva de nutrientes s plantas e microorganismos

(STEVENSON, 1982; FONTANA, 2006). A formao de agregados pode ser atribuda

s substncias hmicas, que, devido qualidade de agentes cimentantes persistentes,

podem, ao se ligarem com ctions polivalentes como Al3+, Fe3+ e Ca2+, promover a

formao de microagregados, que so pouco influenciados pelas mudanas no contedo

de matria orgnica e pelo manejo do solo e com isso aumentam a capacidade de

armazenar gua (STEVENSON, 1982; FONTANA, 2006).

O baixo contedo de formas mveis observado para os elementos transurnicos

em solos aparentemente causado pelo fato destes formarem complexos de baixa

17

solubilidade com componentes moleculares de alto peso molecular da frao hmica e

complexos organos-minerais com Fe, Al e Ca. (SOKOLIK et al., 2001)

Para atenuar problemas como degradao do solo, baixa estocagem de carbono e a

perda de fertilidade dos solos, a adio de fertilizantes orgnicos, tais como esterco,

compostos orgnicos, vinhaa, resduos urbanos e adubos verdes, minimizam a

aplicao de produtos qumicos, atenuando, com isso, os problemas ambientais (DE

POLLI et al., 1988).

3.2. A Contaminao e o Destino dos Radionucldeos no Sistema Solo-Planta

Os radionucldeos possuem as mesmas propriedades qumicas que seus

homlogos estveis, exceto pela pequena desigualdade de massa atmica. Desta

maneira, quando um radionucldeo introduzido no sistema solo-planta ele tende a se

comportar de maneira similar ao seu homlogo estvel j presente no sistema.

Existem diversas possibilidades para a entrada de radionucldeos no sistema solo-

planta. Liberaes atmosfricas ou aquticas rotineiras relacionadas operao normal

de uma instalao, ou acidentais, previstas ou no em projeto, podem se dispersar no

meio ambiente e atingir o sistema solo-planta. Na avaliao das conseqncias de

liberaes atmosfricas para o meio ambiente duas etapas so consideradas. A primeira

etapa o momento de liberao do material que sofre processos de disperso no meio

ambiente. A segunda etapa a deposio do material no solo e em outros

compartimentos do meio ambiente. Tal deposio pode ser seca (quando ocorre em

ausncia de chuvas) ou mida (em presena de chuvas) (Figura 3.3). As liberaes

aquticas podem contaminar os solos por ocasio da captao de guas de rios para a

irrigao de culturas.

18

A contaminao do vegetal poder ocorrer por processos de absoro radicular

do material radioativo presente no solo ou atravs da absoro foliar, devido

deposio de materiais presentes no ar e na gua, sobre a superfcie externa das plantas,

o que possibilita sua absoro e posterior translocao para outras partes da planta,

conforme ilustrado na figura 3.3 (NOORDIJK et al., 1992, SABBARESE et al., 2002).

Alguns fatores climticos como precipitao e vento podem alterar o mecanismo da

contaminao superficial dos vegetais (ROCHEDO & WASSERMAN, 2003). A

contaminao das plantas tambm pode ser alterada por mudanas nas condies fsico-

qumicas dos solos (pH, Eh e fora inica), que podem ocorrer devido prticas

agrcolas, como adubao, calagem, irrigao ou drenagem, uma vez que tais prticas

podem modificar os mecanismos de soro dos radionucldeos e metais (EHLKEN &

KIRCHNER, 2002, WASSERMAN et al., 2002, FRISSEL et al., 2002), favorecendo ou

no a sua mobilidade na zona radicular ou para fora desta, conforme ilustrado na figura

3.3.

19

Figura 3.3. Fatores que afetam a dinmica de radionucldeos no sistema solo-planta.

Segundo EHLKEN & KIRCHNER (2002), outros fatores esto ainda governando a

absoro radicular, entre eles o fator tempo, atravs de processos irreversveis de fixao

que podem ocorrer, deixando o elemento indisponvel para a absoro radicular. A meia-

vida do radionucldeo tambm pode interferir na concentrao geral do produto no

momento da colheita, como observado por NOORDIJK et al. (1992), em relao ao 137Cs e 134Cs, que tm meia-vida de 30 anos e 754,2 dias respectivamente.

A acumulao de radionucldeos pela planta tambm est diretamente relacionada

com a sua fisiologia (ZHU & SHAW, 2000, ENTRY et al., 1999). Os radionucldeos,

aps serem absorvidos pelas razes, podem ou no ser distribudos para os frutos e

20

outros rgos das plantas em funo de sua solubilidade na seiva, da funo do

elemento no metabolismo da planta e da idade da planta.

A incorporao de material radioativo presente no solo s plantas,

microorganismos e animais permite sua remoo do sistema solo-planta por ocasio da

colheita, movimento ou abate de animais.

O radionucldeo depositado na superfcie do solo pode tambm migrar para

camadas mais profundas, por processos de lixiviao ou por infiltrao, transporte de

partculas coloidais e finas, migrao ao longo do sistema de razes de plantas, entre

outros, ficando fora do alcance do sistema radicular das plantas, porm tornando-se uma

fonte inicial de contaminao para guas subterrneas e/ou superficiais (ROCHEDO,

2003; BUNZL et al., 1992). O arraste de camadas superficiais dos solos em reas

sujeitas a eroso elica ou hdrica, pode favorecer a contaminao de ecossistemas

vizinhos, tanto terrestres, como aquticos. Por processos de ressuspenso o material

radioativo depositado no solo anteriormente, pode voltar para a atmosfera,

redistribuindo a contaminao inicialmente depositada conforme ilustrado na figura 3.3.

No estudo feito por SOKOLIK et al. (2001), aps o acidente em Chernobyl, foi

verificado que 90% do amercio ficou localizado nas camadas superficiais entre 0 5

cm, mas que, a distncias diferentes, o Am migrou para camadas mais profundas,

significando uma correlao na sua redistribuio com suas formas fisico-qumicas.

Segundo BUNZL et al. (1992), a mobilidade de Pu e Am do fallout global em solos

florestais temperados baixa, sendo inferior a 1 cm por ano.

21

3.3 Processos Envolvidos na Dinmica de Poluentes em Solos

Os avanos industriais e urbanos das ltimas dcadas fizeram com que houvesse

um aumento da preocupao quanto contaminao e poluio de solos e aquferos.

Isto se deve, principalmente, a no ter havido, no passado, uma preocupao quanto

quantidade de resduos gerados e seu descarte indiscriminado no ambiente, causando

muitas vezes danos irreversveis ou de difcil recuperao. A maior parte dos poluentes

radioativos artificiais liberados na atmosfera se deposita na superfcie do solo e tende a

permanecer na camada arvel do solo, ficando, portanto, potencialmente disponvel para

ser assimilado pelas razes das plantas. Assim como outros metais pesados, os

radionucldeos, quando adicionados aos solos, sofrem inmeras reaes, que produzem

diferentes espcies qumicas e determinam sua maior ou menor mobilidade qumica. No

entanto, diferentemente dos metais, ainda que o radionucldeo permanea indisponvel

para processos qumicos e biolgicos, sua presena no meio ambiente em concentraes

elevadas pode provocar exposio radioativa ao homem.

Para avaliar o possvel risco da contaminao de solos por radionucldeos,

necessrio conhecer a mobilidade e a biodisponibilidade destes no solo, as quais esto

relacionadas com a forma qumica e a solubilidade dos elementos (GRI, 2000), alm

dos fatores que interferem na distribuio dos elementos qumicos entre as fases slida e

lquida deste solo (DESMET et al, 1990; McBRIDE et al. 1997; SALAM & HELMKE,

1998). Uma vez em soluo, o poluente pode migrar para qualquer compartimento no

sistema solo-planta, inclusive sair do sistema terrestre e contaminar ambientes aquticos

vizinhos ou as guas subterrneas.

Os solos apresentam grande capacidade de reteno de materiais que podem ser

potencialmente prejudiciais ao ambiente se, ao invs de reter e acumular nutrientes,

esses solos acumularem resduos e rejeitos txicos (BOLAN et al, 1999). Devido

22

capacidade de reter alguns elementos e compostos, os solos tambm atuam como um

filtro para vrios elementos, o que evita, por exemplo, a migrao de poluentes

inorgnicos e a contaminao de lenis freticos. A eficcia desse filtro est ligada a

caractersticas do solo, tais como a quantidade de matria orgnica, a biota do solo, e ao

tipo e quantidades de argila presentes no solo (MANZATTO et al, 2002). Felizmente,

em muitos casos, os minerais ou os microorganismos do solo funcionam no s como

agentes capazes de filtrar e imobilizar, mas tambm como agentes capazes de tamponar,

degradar e desintoxicar os diversos poluentes orgnicos e inorgnicos dos solos

(SOARES, 2004).

A presena de matria orgnica e de xidos de ferro, alumnio e mangans

possibilitam a complexao e reteno de diversos metais e molculas orgnicas,

impedindo a sua percolao no perfil do solo. Os mais importantes processos qumicos

que afetam o comportamento e biodisponibilidade de metais em solos so aqueles

relacionados adsoro de metais da fase lquida pela fase slida conforme

esquematizado na figura 3.4. Estes processos controlam as concentraes de ons

metlicos e complexos na soluo do solo e exercem influncia na absoro destes

metais pelas razes das plantas. As condies do solo que favorecem a precipitao ou a

adsoro tendem a reduzir a mobilidade de ons metlicos, enquanto aquelas que

favorecem as reaes de dissoluo ou dessoro aumentam esta mobilidade, conforme

ilustrado na figura 3.4 (MEURER, 2004).

23

Figura 3.4: Interaes qumicas entre as fases slida e lquida do solo.

3.3.1 Adsoro e Dessoro

SPOSITO (1982) define adsoro como acmulo de uma substncia ou material

na interface entre uma superfcie slida e uma soluo. um importante fator que

controla os mecanismos de metais em corpos d'gua e em solos (McBRIDE et al., 1997)

como tambm o processo qumico mais importante para o comportamento de metais

em solos (SPARKS, 1995).

Alguns radionucldeos so predominantemente adsorvidos na argila, enquanto

outros se ligam preferencialmente matria orgnica, como observou PORTILHO

(2005).

A maioria dos principais processos de adsoro ocorre na superfcie das argilas e

dos materiais hmicos, os quais tm grande superfcie especfica por unidade de rea.

Estes processos so realizados por mecanismos de reaes de troca inica, ligaes

qumicas especficas e reteno superficial em stios ativos (FRANKLIN, 2001,

VANDECASTEELE, 2004). A adsoro controla a concentrao de ons e complexos

24

na soluo do solo, exercendo grande influncia na sua absoro pelas razes das

plantas, uma vez que a planta absorve facilmente elementos presentes na soluo do

solo. Tanto a mobilidade de poluentes quanto a formao de depsitos de minrios so

influenciados pelo acmulo de elementos de solues insaturadas na superfcie dos

minerais, ocasionados pelo processo de adsoro (KARASYOVA et al.,1999).

Vrios fatores influenciam a adsoro de radionucldeos no solo: o tipo e a

concentrao dos solutos na soluo do solo; o tipo e a quantidade de minerais de argila;

a quantidade de matria orgnica do solo; o pH; a temperatura; e, o composto especfico

envolvido. Alm destes, o tipo de ction que est saturando a argila (Fe, Ca ou H), a

capacidade de troca de ctions (CTC) e a superfcie especfica tambm so importantes

(CAMARGO et al. 2001). GARCIA (2006) verificou que, em Nitossolo, a dessoro de

Ca, K e Mn apresentou correlao positiva e significativa com a dessoro de 60Co,

sugerindo que os mesmos fatores que governam o comportamento do 60Co no Nitossolo

podem estar controlando os mecanismos de soro destes elementos, principalmente os

divalentes, como Ca e o Mn.

Sendo assim, o impacto dos radionucldeos no ambiente resultante da interao

entre a molcula (regida por suas propriedades fsico-qumicas) com as propriedades

fsico-qumicas do meio onde eles so introduzidos.

Adsoro no especfica

A adsoro no-especfica ou de esfera-externa ocorre como resultado da ao

de foras eletrostticas entre ctions metlicos presentes na soluo do solo e a

superfcie carregada, com as cargas negativas dos colides. Estas interaes

eletrostticas ocorrem quando um on carregado entra no campo de influncia de uma

superfcie slida com carga lquida superficial de sinal contrrio. Esse tipo de adsoro

25

de baixa energia, ou seja, os metais encontram-se em equilbrio dinmico com a

soluo do solo. Nos complexos de esfera externa a valncia do ction considerada

como o principal fator determinante da seletividade de imobilizao na superfcie dos

colides (BOLT, 1991). A adsoro no-especfica altamente dependente do balano

de cargas eltricas na superfcie coloidal, uma vez que se fundamenta na ao

eletrosttica.

Adsoro especfica

A ocorrncia de adsoro especfica ou de esfera interna se deve a elevada

afinidade existente entre a superfcie adsorvente e os ctions livres em soluo. Neste

tipo de adsoro, os ons atingem a estrutura do tomo e ligam-se por meio de ligaes

covalentes ou inicas com os grupos O e OH da superfcie do solo. Este mecanismo de

adsoro explica a razo pela qual o solo adsorve determinados ons em concentraes

superiores sua capacidade de troca catinica. Os principais fatores que interferem

nessa afinidade so a relao entre a valncia e o raio inico do ction e a polaridade do

ction. Os principais tipos de ligaes qumicas envolvidas entre os tomos na adsoro

especfica so: ligao covalente, onde ocorre o compartilhamento de eltrons de ambas

as espcies inicas envolvidas; e, ligao covalente-coodernada, onde o

compartilhamento ocorre somente por uma das espcies envolvidas. A adsoro

especfica mostra-se pouco dependente da carga superficial do colide, embora o

aumento das cargas negativas dos colides facilite a aproximao e a reao entre os

ctions metlicos e os grupos funcionais dos colides (MELLIS, 2006).

Em solos de regies tropicais altamente intemperizados, com predominncia de

cargas variveis, o pH o principal fator determinante do balano de cargas no solo e a

sua elevao determina aumento de cargas negativas por meios de desprotonao de H+

26

ou ligao de OH- superfcie coloidal. A reduo de pH, por outro lado, leva ao

aumento das cargas positivas por meio de protonao de H+ ou remoo do on OH- do

colide. A maioria dos elementos estveis ou radioativos tem a sua disponibilidade s

plantas acentuada em meio cido e reduzida pela elevao do pH (RAIJ, 1991).

Os cidos hmicos podem retardar a mineralizao de alguns compostos com o

aumento da adsoro. A adsoro pode reduzir a velocidade e a extenso da degradao,

mas no impede que esta ocorra. Molculas adsorvidas podem ser utilizadas como

fontes de energia pela microbiota do solo e os compostos serem transformados

lentamente (LEE, 2000).

Dessoro

O processo de dessoro o inverso do processo de adsoro, ou seja, a liberao

de um elemento qumico retido na interface slido-lquido. A liberao inica da

superfcie do solo para a soluo to importante quanto o acmulo. Assim, a

velocidade de dessoro tem um papel to significativo quanto velocidade de

adsoro, apesar de ser menos estudada. A dessoro de metais depende do teor livre do

elemento na soluo do solo, do pH do solo, da temperatura, da quantidade do elemento

adicionado e do tempo de contato entre o solo e a soluo. O abaixamento do pH

favorece a dessoro de metais, pois os ons H+ podem remover para a soluo parte dos

metais adsorvidos. Devido histerese (tendncia de um material ou sistema conservar

suas propriedades na ausncia de um estmulo que as gerou), a liberao por dessoro

ocorre de modo mais lento (SPOSITO, 1984).

O processo de dessoro revela informaes importantes para que sejam

implantadas tcnicas de remediao dos solos contaminados, bem como para a

avaliao sobre a possibilidade de contaminao de ambientes aquticos.

27

Complexao

Quando um on ou molcula presente na soluo do solo reage com um grupo

funcional de superfcie (orgnico ou inorgnico), forma-se um complexo de superfcie.

Conforme a energia de ligao do on com a superfcie da partcula, os complexos

formados podem ser classificados como de esfera-externa ou de esfera-interna

(MEURER, 2004). Os complexos de esfera-externa so formados com a interposio de

uma ou mais molculas de gua entre o grupo funcional de superfcie e o on, formando

apenas uma atrao eletrosttica entre eles (MEURER, 2004). Os ons adsorvidos desta

forma so trocveis, porque podem ser deslocados dos stios de adsoro por outros ons

presentes na soluo do solo (MEURER, 2004). Nos complexos de esfera-interna os

ons ligam-se diretamente ao grupo funcional de superfcie, sem a presena de

molculas de gua, formando ligaes inicas ou covalentes (MEURER, 2004).

Normalmente este processo de complexao mais lento e irreversvel, sendo desejvel

para poluentes presentes nos solos, pois uma forma de reduzir a sua mobilidade no

meio ambiente (MEURER, 2004).

3.3.2. Precipitao e Dissoluo

As reaes de precipitao e dissoluo so importantes componentes para guiar a

atividade dos elementos na soluo do solo. Quando certas solues de eletrlitos so

misturadas, o on positivo de uma soluo combina-se com o on negativo da outra

soluo podendo formar um slido insolvel (MASTERTON & SLOWINSKI, 1978).

Assim, muitos elementos metlicos formam xidos no solo. A formao e a estabilidade

dos xidos de ferro e de mangans podem ser citadas como exemplo. Essa precipitao

pode ocorrer com outros minerais, como os minerais de argila, e tm papel importante

28

na solubilidade no s do ferro e mangans, bem como de outros elementos que se co-

precipitam com eles, ficando ocludos.

As reaes de hidrlise, o pH e as condies de oxi-reduo so fatores que

tendem a alterar, s vezes sensivelmente, o equilbrio das reaes de

dissoluo/precipitao.

Gases dissolvidos na soluo tambm tm efeito marcante na

dissoluo/precipitao de muitos elementos. Diversos ons como fosfato, sulfato,

sulfito e carbonato podem interferir nas relaes de solubilidade dos elementos

metlicos, formando, muitas vezes, precipitados muito pouco solveis, diminuindo a

concentrao de ons na soluo do solo e conseqentemente, a reduo da absoro

destes ons por plantas (FERREIRA et al., 2001).

Oxidao e reduo

O estado redox de um solo um importante parmetro ambiental no destino de

radionucldeos. O potencial redox determina a relao entre a atividade dos compostos

oxidados e reduzidos no equilbrio. As variaes que ocorrem na composio qumica

do ar do solo modificam as reaes qumicas e processos biolgicos que ocorrem neste

ambiente (LUCHESE, 2001). Numa concentrao maior de oxignio criam-se as

condies de um ambiente mais oxidante, onde se desenvolvem os processos aerbicos

e consequentemente as espcies qumicas tendem a encontrar-se em suas formas

oxidadas (LUCHESE, 2001). No entanto se ocorrer uma reduo do teor de oxignio

criam-se condies de um ambiente anaerbico, com propriedades redutoras, em que as

espcies qumicas tendem a encontrar-se em suas formas reduzidas (LUCHESE, 2001).

O estado de maior ou menor reduo do solo pode ser medido atravs do potencial

redox (Eh). Quanto mais baixo for o seu valor, maior ser o estado de reduo do solo

29

(MEURER, 2004). Os valores tpicos de Eh em solos bem aerados esto entre 0,8 a 0,4

V; em solos moderadamente reduzidos os valores se encontram entre 0,4 e 0,1 V; em

solos reduzidos, estes valores se encontram em torno de 0,1 V. Os solos altamente

reduzidos tm Eh entre 0,1 e 0,3 V e esta situao pode ser observada, por exemplo,

em solos inundados (MANZATTO et al. 2002).

O tipo e a concentrao dos compostos passveis de reduo so importantes

fatores na determinao da seqncia da reduo. Como as reaes de oxi-reduo

acompanham uma sequncia termodinmica relacionada facilidade em receber

eltrons, um composto de menor afinidade ser reduzido apenas depois que a

concentrao do composto de maior afinidade for baixa (MEURER, 2004). Assim,

como a seqncia de reduo nitrato, xidos de mangans, xidos de ferro e sulfato,

ocorrer reduo de quantidades significativas de mangans apenas depois que o nitrato

for reduzido quase que totalmente (MEURER, 2004).

Alguns ctions como potssio, clcio e magnsio, tm a solubilidade aumentada

nestas reaes de oxi-reduo, pois so deslocados para a soluo do solo pelo

mangans e, principalmente, pelo ferro, que ocupa proporo considervel dos stios de

troca em funo de sua alta concentrao (MEURER, 2004). COLLE et al., (1996)

afirmam que o cobalto presente no solo tem muita afinidade aos xidos, principalmente

ao de mangans, o que explica a sua grande mobilidade em ambiente redutor.

Estas interaes influenciam a partio de poluentes na fase lquida e slida do

solo e so responsveis pela sua mobilidade e biodisponibilidade no sistema.

30

3.3.3. Solubilidade em gua.

A solubilidade em gua a quantidade mxima do produto que se dissolve em

gua sob uma determinada temperatura e pH. Esta caracterstica tambm determina a

mobilidade e o destino do produto no ambiente. dada em funo da temperatura, pH,

fora inica e matria orgnica do solo. A presena de matria orgnica dissolvida,

como cidos flvicos, pode aumentar a solubilidade de vrios radionucldeos associados

a estes compostos.

3.3.4. Meia-vida

A meia-vida de um radioistopo o intervalo de tempo, contado a partir de certo

instante, necessrio para que metade dos tomos radioativos decaiam (TAUHATA et

al. 2001). Os valores de meia-vida so importantes para o entendimento do potencial

de impacto do ambiente. Por exemplo, se um elemento altamente txico tem meia-vida

grande, a permanncia deste no solo ser longa e o impacto deste no ambiente poder

ser aumentado por alteraes a longo prazo que afetem sua mobilidade e

disponibilidade no ambiente.

3.4. O Am 241

O amercio pertence srie dos actindeos, no possui istopos estveis e um

metal artificial de nmero atmico 95. Foi descoberto por Glen Seaborg, Ralph James,

Albert Ghioso e Ieon Morgan em 1944, e isolado em 1945, por B.B. Cunningham com

241Am no Am (OH)3, tendo recebido esse nome em homenagem ao continente

americano (SCHULZ,1976; ATSDR, 2004). Possui meia-vida de 432,7 anos e foi

obtido pela primeira vez por meio de bombardeamento por nutrons do 239Pu, de acordo

31

com as seguintes reaes (SCHULZ,1976; CLAIN, AQUINO & DOMINGUES, 1999;

MIRANDA & VICENTE, 1999).

O Amercio-241 obtido em reatores de potencia como produto de decaimento do

241Pu. Como a meia-vida do 241Pu de 14 anos, o 241Am se forma durante o perodo de

resfriamento do combustvel. As reaes envolvidas na produo so descritas a seguir:

O amercio um metal radioativo, pertence ao grupo III da tabela peridica.

Possui diferentes istopos, e todos so radioativos, sendo o 241Am o mais importante,

com meia vida de 432,7 anos. O 241Am sofre decaimento alfa com subseqente emisso

de raios X e gama de baixa energia, convertendo-se em 237Np. A radiao gama mais

freqente possui energia de 59,54 keV.

Como o urnio empregado no elemento combustvel dos reatores est na forma de

xido, UO2, h a formao do xido de amercio (AmO2). Este xido de cor preta

solvel em cidos, possui densidade de 11,68 g cm3 e estrutura cbica. (SCHULZ,

1976; ATSDR, 2004).

As partculas alfas resultantes do processo de decaimento oferecem pouco risco de

exposio por irradiao externa, pois tm alcance mximo no ar de 4 cm e, no tecido

do corpo humano, apenas alguns milsimos de milmetro. Quanto radiao gama

32

emitida no decaimento do amercio, por ser de baixa energia, 2 a 3 cm de tecido do

corpo humano, so suficientes para reduzir metade o nmero de ftons (MIRANDA &

VICENTE, 1999). No entanto, o 241Am classificado como de radiotoxicidade muito

alta (CNEN, 1984) quando ingerido ou inalado. A classificao leva em considerao,

alm do tipo de emisso, a meia-vida e os rgos crticos, que, para o caso do amercio

so o pulmo, o fgado, os ossos e os ndulos linfticos. Alm disso, os efeitos do

amercio sobre o sistema reprodutor e no desenvolvimento da placenta, so mais

danosos que os efeitos do 239Pu (WANG & MERRY-LIBBY, 1986).

A distribuio do amercio pelo corpo humano pode ocorrer das seguintes formas:

Exposio por inalao: O pulmo o local de exposio inicial, havendo

redistribuio para o fgado e, posteriormente, para os ossos e msculos

esquelticos. Os dois ltimos iro conter a maior frao da carga de amercio

sistmico aps longa exposio (ATSDR, 2004; MIRANDA & VICENTE,

1999).

Exposio por ingesto: embora tenha sido demonstrada a absoro pelo

trato gastrointestinal, a distribuio sistmica por essa via foi moderadamente

caracterizada. No entanto, sugerido que a distribuio do amercio absorvido

pela circulao a partir do trato gastrointestinal semelhante da inalao

(ATSDR, 2004).

Exposio por absoro cutnea: informaes sobre a absoro de amercio

pela pele em humanos e animais so extremamente limitadas. No entanto, sua

distribuio pelo corpo deve ser semelhante exposio por inalao e

ingesto. (ATSDR, 2004).

33

Ocorrncia do amercio no meio ambiente

O amercio foi largamente empregado em pra-raios, pois se acreditava que a

ionizao do ar causada pela radiao aumentava a eficcia do artefato. No Brasil, os

dispositivos foram comercializados a partir da dcada de 70, mas em 80, um parecer

tcnico emitido pelo Instituto de Eletrotcnica da Universidade de So Paulo,

desaconselhou a utilizao de pra-raios radioativos para proteo de uma rea superior

quela especificada para captores convencionais. Assim, em 1989, a Comisso Nacional

de Energia Nuclear (CNEN), por meio de uma resoluo publicada no Dirio Oficial da

Unio (CNEN, 1989), proibiu a fabricao e determinou o recolhimento, dos pra-raios

radioativos aos Institutos da CNEN. Devido baixa taxa de recolhimento deste material

desde a publicao da resoluo (cerca de 20%), supe-se que grande parte esteja sendo

descartada em aterros sanitrios. No entanto, o risco de exposio nestes casos baixo e

localizado, embora permanea uma questo relacionada sua permanncia a longo

prazo no meio ambiente, devido elevada meia-vida do amercio e incertezas

associadas ao uso futuro do local.

Os dados sobre formas fisico-qumicas e migrao de radionucldeos apontam um

baixo grau de descontaminao natural do material depositado no solo. Na maioria dos

casos, os radionucldeos permanecem localizados no horizonte sub-superficial (B).

Devido presena, a longo prazo, de radionucldeos no horizonte B, o risco de

contaminao da planta permanecer por um longo perodo de tempo. O coeficiente de

acumulao (taxa de concentrao das atividades do radionucldeo na planta e no solo)

de diferentes espcies de plantas se localizam em escalas amplas 241Am (0,01-0,09).

Desta forma, no caso de uma contaminao, a baixa intensidade de descontaminao

natural de solos sugere uma necessidade por uma remediao antropognica ativa dos

solos e pela elaborao de novos mtodos de gerenciamento no tradicionais.

34

Os seguintes acidentes e testes com artefatos nucleares contendo Plutnio levaram

contaminao do meio ambiente por amercio:

Palomares

Durante uma operao de reabastecimento em vo, um bombardeiro americano

B-52 e um avio-tanque de reabastecimento KC-135 colidiram no ar sobre a aldeia de

Palomares na Espanha no dia 17 de janeiro de 1966. O B-52, que carregava 4 msseis

nucleares, caiu na costa da Espanha. Das quatro armas termonucleares, duas foram

recuperadas intactas e duas foram destrudas no impacto. A destruio da arma liberou

aerossis contaminados com istopos de plutnio sobre os arredores da aldeia de

Palomares. Embora a rea afetada (aproximadamente 226 ha) tenha passado por uma

operao de limpeza total, ainda permanece a contaminao das camadas superiores da

superfcie do solo com plutnio. Uma camada de 10 cm do topo do solo foi removida

aps o acidente, mas algumas reas permaneceram parcialmente contaminadas por

plutnio e amercio. Segundo ESPINOSA et al (2001) a redistribuio da contaminao

ainda continua por ressuspenso de partculas contaminadas como resultado de

atividades agrcolas

Estudos de migrao vertical em solos de clima temperado indicaram a presena

do 241Am e sua localizao em horizontes superficiais mesmo 42 anos aps o acidente

areo em Palomares e 22 anos aps o acidente em Chernobyl (BUNZL et al 1992 e

JIMNES-RAMOS et al, 2006), enaltecendo a importncia do estudo da migrao do

radionucldeo em relao do tempo de contaminao.

O comportamento do plutnio no solo foi observado ser diferente em reas sem

cultivo, onde 99% dos traos de plutnio permanecem na camada de 5 cm do topo do

35

solo, em relao s terras cultivadas, onde ocorreu uma migrao mais acentuada para

camadas mais profundas. reas da vizinhana exibem concentraes variadas de

atividade de plutnio devido heterogeneidade na disperso do poluente (MONTERO

& SNCHEZ, 2001). Alguns estudos concluram que a concentrao de atividade de

Amercio continuaria aumentando at 2032, i.e. 73 anos depois do acidente; calcula-se

que o Amercio ir contribuir com at 93% da exposio externa total devido ao

acidente (ARAGN et al 2001). Chuvas pesadas na regio seguida por inundaes

lavaram uma poro da terra contaminada no continente. Anlise de sedimento no

perodo 1985 a 1991 na rea marinha perto de Palomares tambm mostrou nveis

aumentados de transurnicos derivados do acidente (IAEA 2001).

Thule

No dia 21 de janeiro de 1968, um bombardeiro de B-52 se chocou com o gelo

perto da base area de Thule na Groenlndia. O bombardeiro carregava quatro armas

nucleares, que foram destrudas, esparramando plutnio sobre uma rea grande do gelo.

A contaminao foi principalmente limitada ao ambiente marinho. Aproximadamente

10 TBq de plutnio foi recuperado na camada de superfcie da neve (UNSCEAR, 2000).

Monitoramentos durante quatro expedies entre 1968 e 1979 mostraram que a maioria

da atividade liberada, incluindo 241Am, ficou limitada a sedimentos e ambiente de

bentos, dentro de um raio de 50 km em torno do local da queda do avio (ERIKSSON et

al., 2004).

Testes nucleares

Os locais utilizados em testes atmicos apresentam contaminao por Plutnio e

Amercio. As concentraes residuais que permanecem no solo e outros meios

36

ambientais variam muito, refletindo as diferenas no tipo e quantidade de dispositivos

nucleares detonados. Alguns dos locais foram contaminados por plutnio por testes de

segurana, onde os dispositivos foram explodidos por bombas convencionais. Apesar

destes testes no gerarem energia nem produtos de fisso, levaram disperso do

material da bomba (urnio e/ou plutnio) no local dos testes. No Atol de Bikini as

atividades de 239+240Pu e 241Am so baixas. Os resultados de estudos de ressuspenso

determinam valores muito baixos para os fatores de ressuspenso, na faixa de 10-10 a 10-

11 m

-1. Por conseguinte a contribuio esperada para doses devido a exposio

radiao pela via de inalao insignificante (IAEA, 1998a). Nas ilhas Johnston, os

EUA lanaram 12 testes a alta altitude, no comeo de testes nucleares, em 1958. Todos

os testes foram planejados como atmosfricos, mas trs resultaram em destruio no-

nuclear no intencional dos artefatos, o que conduziu a contaminao do atol com

resduos radioativos, incluindo quantidades considerveis de urnio e/ou de plutnio

fissionvel (SIMON &. BOUVILLE, 2002).

Em Semipalatinsk, no Cazaquisto, foram realizados 456 testes nucleares,

incluindo 86 atmosfricos e 30 testes de superfcie. Cinco dos testes de superfcie no

tiveram xito e resultaram em disperso de plutnio no ambiente (IAEA 1998c). Em In-

Ecker, Arglia, foram realizados 13 testes subterrneos. Quantidades pequenas de

plutnio foram espalhadas neste local em testes de segurana que s envolveram

explosivos convencionais (IAEA 2005).

O amercio e a matria orgnica

conhecido que a frao orgnica do solo influencia o estado de reteno e

mobilidade de elementos transurnicos de vrias maneiras, dependendo da razo entre a

frao de cidos hmicos, flvicos e humina. Por um lado, no resultado de formao de

37

complexos flvicos solveis, a soro de 241Am pelos solos decresce. Por outro lado, a

formao de huminas de alto peso molecular e seus outros complexos qumicos

promovem a transformao de radionucldeos em formas pouco mveis. (SOLOLIK et

al., 2001)

A baixa solubilizao que ocorre provavelmente devido formao de

complexos e/ou a formao de colides. Dois outros fatores parecem limitar a

solubilizao desses elementos: somente uma pequena frao de plutnio e amercio

parece ser realmente solvel e h, aparentemente, um baixo valor de saturao desses

elementos em gua e em cidos flvicos (CLEVELAND & RESS, 1976).

3.5. O Coeficiente de distribuio - Kd

Quanto concentrao de radionucldeos em solos, a maioria dos valores

encontrados em literatura referem-se a seus teores totais, mas a avaliao do potencial

de risco e da toxicidade requer a avaliao da proporo que mvel e, possivelmente,

disponvel. Alguns parmetros numricos tm sido utilizados para tomadas de decises

e para direcionar estratgias de preveno ou de remediao de reas contaminadas. O

Coeficiente de distribuio slido-soluo (Kd), definido como a relao entre as

concentraes adsorvida e em soluo, permite a comparao de elementos em

diferentes sistemas. Devido adsoro de radionucldeos ser dependente de muitas

propriedades do solo, a modelagem do destino destes elementos no ambiente requer

determinaes experimentais do coeficiente Kd (SOARES, 2004). No entanto, o uso de

valores genricos de Kd encontrados em referncias bibliogrficas que, por terem sido

gerados a partir de condies distintas daquelas existentes em uma determinada rea,

por exemplo, da regio tropical, podem levar a estimativas de risco incorretas. A

38

obteno de valores de Kd valida estas estimativas de contaminao e possibilita

estratgias de interveno para reas j contaminadas. (KNOX et al., 2000).

39

4. MATERIAIS E MTODOS

4.1. O Experimento

O trabalho experimental desta dissertao foi desenvolvido no campo e no

laboratrio. O experimento de campo foi desenvolvido na rea experimental do Instituto

de Radioproteo e Dosimetria (IRD/CNEN) (Figura 4.1) e os experimentos em

laboratrio foram desenvolvidos no Laboratrio de Radioecologia Experimental ambos

localizados no Servio de Avaliao de Impacto Ambiental (SEAIA/IRD/CNEN).

O experimento foi realizado em vasos de 0,25 m2 contendo Latossolo Vermelho

Amarelo, Organossolo e Nitossolo provenientes de um experimento em vasos preparados

em 2003 para se avaliar o efeito da adubao orgnica na mobilidade de radionucldeos,

dispostos em suportes de concreto da rea experimental controlada do Instituto de

Radioproteo e Dosimetria (IRD/CNEN) conforme ilustrado na Figura 4.1.

Figura 4.1: rea experimental IRD/SEAIA

40

Os vasos foram preparados colocando-se no fundo uma camada de brita e areia

com cerca de 5 cm de altura para facilitar a drenagem da gua de irrigao. Cerca de 40

cm da mistura de solo foi adicionada aos vasos. Este solo foi fisicamente isolado do

material de drenagem com tela plstica com malha de 0,5 cm (ver Figura 4.2). Na base

dos vasos foi colocado um prato equipado com um dreno para facilitar a coleta da gua

de drenagem.

Figura 4.2: Montagem dos vasos.

Em seguida, vaso por vaso, foram feitas as misturas das amostras de solo com diferentes doses de composto orgnico. Assim, o Latossolo e o Nitossolo receberam os seguintes tratamentos: composto orgnico na dose recomendada para o rabanete (2 kg m-2, segundo DE POLLI et al., 1988), o dobro da dose recomendada (4 kg m-2), e sem adio de composto, conforme apresentado na Tabela 4.1. O Organossolo foi selecionado como referncia para solos sem adio de composto orgnico, por ser naturalmente rico na matria orgnica. A matria orgnica presente no Organossolo

diferente da adicionada no Latossolo Vermelho Amarelo e Nitossolo.

41

Aps a mistura dos solos com o adubo orgnico estes solos foram ento

contaminados com 241Am.

Tabela 4.1: Delineamento experimental

Tipo de solo Dosagem do composto orgnico

adicionado (kg m-2) Latossolo Vermelho Amarelo 0 Latossolo Vermelho Amarelo 2 Latossolo Vermelho Amarelo 4

Nitossolo 0 Nitossolo 2 Nitossolo 4

Organossolo 0

Neste estudo foi utilizado o composto orgnico resultante da varredura de folhas

das ruas do municpio de Pinheiral, realizada pela Unidade de Compostagem do

Material Orgnico de Pinheiral (UCEMOP) e em convnio com o Colgio Agrcola

Nilo Peanha. Este material foi incorporado aos vasos em Maro de 2003.

Durante os perodos sem cultivo, os vasos foram cobertos com saco plstico para

proteg-los de possveis perdas de solos contaminados (respingos e ressuspenso)

devido a intempries.

42

4.2. Descrio dos Solos Usados no Experimento

A coleta de amostras de Latossolo e Nitossolo ocorreu em fevereiro de 2003 no

municpio de Pinheiral, localizado no Estado do Rio de Janeiro, na regio do Mdio Vale

do Paraba Fluminense entre as latitudes 222903 N e 223527 S e as longitudes

435449 L e 440405 W, com uma altitude mdia de 421 metros.

Os Latossolos foram formados pelo processo de latolizao, anteriormente

denominado de laterizao e tem como principal agente de formao o clima e o relevo.

A latolizao um processo pedogentico tpico de regies quentes e midas,

localizadas nos trpicos e subtrpicos, onde a slica e os ctions (Ca+2, Mg+2, K+ etc.)

so lixiviados, ocasionando concentraes de xidos de ferro e alumnio. A constante

ocorrncia de chuvas possibilita o processo de hidrlise dos minerais silicatados,

formando os argilo-minerais e os sesquixidos de ferro e alumnio. As altas

temperaturas aceleram tais processos possibilitando a ocorrncia de profundas camadas

de solos com horizonte B evoludo (Latossolos).

Com isso, mais de 95% dos Latossolos so cidos e distrficos, com pouco

minerais primrios e pouca reserva de nutrientes para as plantas (DE-POLLI et

al.,1988).

Os Latossolos so solos resultantes de enrgicas transformaes do material

originrio ou oriundos de sedimentos pr-intemperizados onde predominam, na frao

argila, minerais nos ltimos estgios de intemperismo (caulinitas e xido de ferro e

alumnio), sendo a frao areia dominada por minerais altamente resistentes ao

intemperismo. So de textura varivel, de mdia a muito argilosa, geralmente muito

profundos, porosos, macios e permeveis, apresentando pequena diferena no teor de

argila em profundidade e, comumente possui baixa fertilidade natural. Os xidos de

43

ferro mais abundantes na frao argila dos Latossolos so a goetita que proporciona

uma colorao amarelada devido presena de ferro reduzido e a hematita que

proporciona uma colorao avermelhada devido presena de Fe na forma oxidada (ver

Figura 4.3). So os solos mais representativos do Brasil, ocupando 38,7% da rea total

do pas e distribuem-se em todo o territrio nacional (EMBRAPA, 1999).

Figura 4.3: Latossolo Vermelho Amarelo

44

Os Nitossolos so solos de textura argilosa ou mais fina que apresentam pouco ou

nenhum incremento de argila em profundidade. Anteriormente eram conhecidos como

Terra Roxa Estruturada e so originados de rochas vulcnicas (NBREGA et. al.,

2003). Este solo normalmente ocupa setores com declividade forte, so geralmente

profundos, com espessura de aproximadamente 200 cm e sua ocorrncia est associada

ao Latossolo Roxo. Por este motivo, sua colorao arroxeada (ver Figura 4.4). Os

Nitossolos so bem drenados, apresentam uma estrutura prismtica, teores de argila

maiores que 60% e porosidade do tipo fissural (NBREGA et al., 2003).

Na frao argila dos Nitossolos encontra-se, em maior quantidade, a caulinita e

altos teores de xido de ferro. Na frao areia aparece o quartzo, a magnetita e a

ilmenita (EMBRAPA, 2004).

Em geral, so moderadamente cidos, com saturao por bases de baixa a alta,

argila de atividade baixa e s vezes contendo elevados contedos de alumnio extravel

(EMBRAPA,1999).

Figura 4.4: Nitossolo

45

Os Organossolos so solos pouco evoludos, constitudos por material orgnico

proveniente da acumulao de restos vegetais com grau varivel de decomposio, em

ambientes mal drenados, ou em ambientes midos de elevada altitude, saturados com

gua durante os poucos dias do perodo de alta pluviosidade (EMBRAPA, 1999).

Apresentam coloraes pretas, cinzentas muito escuras ou marrons, e elevados teores de

carbono orgnico (superior a 20%), enquanto que os demais solos possuem cerca de

5%). Comumente apresentam horizonte H ou O hstico, com grande proporo de

resduos vegetais em decomposio. Normalmente so solos bastante cidos,

apresentando alta capacidade de troca de ctions e baixa saturao por bases, com

espordicas ocorrncias de saturao mdia ou alta (EMBRAPA, 1999). Estes solos

normalmente se encontram em reas baixas de vrzeas, depresses e locais ressurgentes

(EMBRAPA, 1999). A distribuio dos Organossolos no contexto dos solos brasileiros

pequena se comparada com a distribuio dos Latossolos e dos Nitossolos, mas de

fundamental importncia quando se considera como parmetros tanto o potencial

agrcola quanto o econmico para algumas regies do pas. As amostras de Organossolo

foram coletadas em Santa Cruz, zona oeste do municpio do Rio de Janeiro, tambm em

fevereiro de 2003 (ver Figura 4.5).

Figura 4.5: Organossolo

46

4.3. Contaminao dos vasos

Em Junho de 2006 fez-se a contaminao via rega por Amercio em cido ntrico

nos vasos (Figura 4.6). Cada vaso recebeu cerca de aproximadamente 640 Bq L-1 de 241Am, atravs da rega com um litro da soluo radioativa.

importante salientar que os valores referentes dose, equivalentes de dose, dose

equivalente efetiva se encontram dentro de limites aceitveis.

Figura 4.6: Contaminao dos vasos atrav