XIII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA FÍSICA APLICADA

Título: Concentrações de Metais Pesados em testemunho sedimentar da Baía de Guanabara-RJ. Eixo Temático: Problemas sócio ambientais urbanos e rurais (11) Autores: Carlos Serafim dos Santos1 & José Antônio Baptista Neto2

Titulação: 1Geógrafo, Mestrando em Geologia LAGEMAR/UFF; 2Doutor em Geografia, Professor Adjunto do Departamento de Geologia LAGEMAR/UFF. Instituição: Laboratório de Geologia Marinha (LAGEMAR) – Universidade Federal Fluminense (UFF). Endereço: Av. Litorânea s/n, Gragoatá – Niterói – RJ. Contatos: serafim@igeo.uff.br; jneto@igeo.uff.br

CONCENTRAÇÕES DE METAIS PESADOS EM TESTEMUNHO SEDIMENTAR DA BAÍA DE GUANABARA-RJ.

Carlos Serafim dos Santos - serafim@igeo.uff.br José Antonio Baptista Neto - jneto@igeo.uff.br

RESUMO A Baía de Guanabara e outras baías do mundo têm sofrido os efeitos nocivos da intensa industrialização e

urbanização que a evolução da sociedade gerou nos últimos anos. A Bacia da Baía de Guanabara abrange

dezesseis municípios da região metropolitana do Rio de Janeiro, a segunda maior do Brasil, apresenta no

seu entorno significativo adensamento populacional e industrial, sendo estes fatores responsáveis por

impactos diretos e indiretos que ocorrem na baía e na sua bacia de drenagem. Este trabalho tem como

objetivo quantificar as concentrações de metais pesados na Baía de Guanabara, como uma maneira de

caracterizar os principais impactos antrópicos recentes que esta baía está submetida. ABSTRACT

The Guanabara Bay and other bays in the world have suffered the harmful effects of intense

industrialization and urbanization of the society in recent years. Located around the second largest

metropolitan region of Brazil, this has impacts from the Colonial Period, and was intensified in the last

fifty years according to the variety of urban-industrial activities developed in its boundaries, and its

drainage basin. This work aims to quantify the concentrations of heavy metals in Guanabara Bay, as a way

of characterizing anthropogenic impacts.

Palavras-chave: Baía de Guanabara, Metais pesados, sedimentos.

INTRODUÇÃO

No Brasil, a maior parte da população está concentrada na região costeira e adjacências, devido à sua

ocupação histórica como efeito da colonização a partir do ano de 1500 e, conseqüentemente, ao maior

desenvolvimento destas áreas (Amador 1992). Situada nas proximidades da segunda maior Região

Metropolitana do Brasil e estendendo-se por diversos municípios da Metrópole Fluminense, a Baía de

Guanabara (figura 1) e sua bacia de drenagem sofrem diretamente os efeitos dos processos de

industrialização e urbanização mais efetiva que esta região passou, possuindo no seu entorno um dos

maiores adensamentos populacional e empresarial do Estado.

O reconhecimento e a solução dos problemas relacionados com os sedimentos em áreas urbanas se faz

necessário, se a sociedade deseja um ambiente de qualidade. Os sedimentos podem se tornar poluentes

quando suas taxas de produção são muito aumentadas, preenchendo rapidamente reservatórios, lagos e

estuários; obstruem e entopem os canais fluviais; aumentam a turbidez da água, ou até mesmo

prejudicando o sistema de captação e distribuição de água para a população. Os sedimentos podem ainda

transportar vários poluentes, como pesticidas, metais tóxicos, bactérias, vírus, e outros (Baptista Neto et.

al., 1999). Dentre os inúmeros fatores responsáveis pela contaminação de ecossistemas costeiros,

destacam-se o aporte de resíduos industriais e também os efluentes domésticos sem tratamento prévio.

Que se caracterizam por serem as principais fontes de Matéria Orgânica, Hidrocarboneto e Metais

Pesados, em sedimentos de ambientes de baixa energia.

Segundo Pritchard, (1967), estuários são corpos d’ água costeiros, semiconfinados, onde ocorre a mistura

de água doce, vinda do continente, com água salgada do oceano. São encontrados ao redor do globo em

qualquer condição de clima e maré, sendo mais bem desenvolvidos nas planícies costeiras das médias

latitudes, ao largo de plataformas continentais extensas que sofreram submersão em função da elevação

relativa do nível do mar (Silva al. 2004). Os estuários possuem vida efêmera no Tempo Geológico e são

ecossistemas marinhos e costeiros que se formaram durante a ultima transgressão marinha, quando o nível

do mar se encontrava em torno de 100m abaixo do nível atual, em função da ultima Glaciação. Os

estuários e baías sofrem influência tanto de processos continentais quanto marinhos, fazendo com que

atuem como bacias de sedimentação para o material de origem terrestre e para o que está sendo

transportado ao longo da costa, como sedimentos fluviais, poluentes e nutrientes impedindo parcialmente

o aporte destes á Plataforma Continental. (Dyer, 1997; Schubel & Kennedy, 1984; Fairbridge, 1980; Biggs

& Howell, 1984). Os estuários, e as baías em geral, proporcionam uma gama de atividades para a

sociedade, servindo tanto para o lazer como para a própria subsistência, além de sua habilidade natural de

servir como porto, entreposto, atracadouro, etc (Rebello et al., 1986).

A Baía de Guanabara, localizada no Estado do Rio de Janeiro - Brasil, entre as latitudes de 22º 40’ e 23º

00’ Sul e longitude 43º 00’e 43º 20’ Oeste. É um estuário complexo, situado em uma faixa de depressões

formadas durante o período Terciário denominada Rift da Guanabara (Ferrari, 1990). Segundo Amador

(1997), a baía pode ser definida como um estuário que se originou do afogamento de uma bacia fluvial por

águas marinhas, durante a Transgressão Guanabarina, ocorrida no final do Pleistoceno.

Seu perímetro é de 131 Km, com extensão máxima de 28 Km de Leste a Oeste e cerca de 30 Km de Norte

a Sul (kjerfve et al., 1997), sofrendo um estreitamento em sua barra (entre a Fortaleza de Santa Cruz e o

Forte de São João), onde nessa área a largura da baía se restringe a 1,6 Km (Quaresma et al, 2001).

Com o objetivo de determinar as concentrações de metais pesados e os impactos antrópicos recentes

associados à dinâmica sedimentar na Baía de Guanabara, foi coletado um testemunho (T8)

aproximadamente 1km a Nordeste da Ilha de Paquetá.

Figura: Localização da Baía de Guanabara

MATERIAIS E MÉTODOS

O testemunho foi coletado ao norte da Ilha de Paquetá em 22º44’28’’de Latitude e 43º06’46’’ de

longitude, atingiu 240 cm de profundidade. Foi partido ao meio, tendo sido descrito visualmente e

fracionado em intervalos regulares de 2 cm nos 10cm superiores (topo), em intervalos de 5 cm até 50cm

de profundidade e a partir dos 50 cm em intervalos de 10 centímetros até a sua base. Posteriormente foi

lavado, seco e tratado com H2O2 (peróxido de hidrogênio) para eliminar-se a matéria orgânica, logo após o

material foi analisado granulométricamente.

A separação entre sedimentos grossos e finos ocorreu por peneiramento e pipetagem para a fração grossa e

fina respectivamente. O método de análise granulométrica utilizado foi difração de lazer, utilizando o

equipamento Malvern Mastersizer Microplus, MAF 5001 que tem como princípio o espalhamento de luz

para determinar a distribuição do tamanho das partículas. Este equipamento determina a distribuição de

tamanhos de partículas na faixa de diâmetro entre 0,5-550 m. O resultado da análise é a distribuição

relativa do volume das partículas na faixa das classes de tamanho. A partir deste a estatística da

distribuição é calculada, onde se obtém o valor correspondente à mediana (Ф), da distribuição do volume,

o qual corresponde ao diâmetro médio da amostra.

Amostras dos testemunhos foram datadas pelo método do C14 em intervalo próximo à base. As datações

foram feitas no laboratório Beta Analytic Inc. (Flórida, EUA), utilizando o radiocarbono C14, este isótopo

possui uma meia vida de 5730 anos, sendo considerado o presente o ano de 1950. Medidas e

interpretações foram tomadas por AMS técnica radiométrica e Idade Radiocarbono Convencional (Stuiver

et al., 1998).

As análises geoquímicas tiveram por finalidade identificar e a quantificar os metais pesados (Fe, Mn, Zn,

Cu, Pb, Cr e Ni,) existentes nos sedimentos. Os metais pesados foram determinados na fração pelítica

(<0,062 mm). Foram pesados cerca de 0.1 g. da amostra, que após ter sido colocada em uma bomba de

teflon, sofreu adição de 1 cm3 de água régia e 6 cm3 de ácido fluorídrico. A bomba de teflon foi vedada e

posteriormente aquecida durante 2 horas a uma temperatura de 110 C. Após o aquecimento, foram

adicionados 3ml de ácido bórico e 1 ml de ácido nítrico. A solução foi submetida à evaporação, e a sobra

residual da solução foi lavada em um frasco volumétrico de polietileno de 50 cm3, com água deionizada.

Esta sobra foi transferida para outro recipiente de polietileno, para análises quantitativas dos elementos

Pb, Mn, Zn, Ni, Cr, Cu e Fe pelo método de espectrofotometria de absorção e emissão atômica, em

aparelho Perkin Elmer, modelo AAS 3100.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

a) Granulometria

O testemunho (T8) (figura 2) coletado à nordeste ilha de Paquetá, atingiu a profundidade de 240

centímetros e apresenta em sua maior parte uma sedimentação homogênea constituída por sedimentos

com diâmetro médio tamanho silte, sem biodetritos. Próximo à base (230-230 centímetros) ocorre uma

discordância representada por um contato brusco ou superfície erosiva entre a camada superior de

coloração cinza azulada e a camada inferior de coloração cinza claro mosqueada com marrom ferrugem e

bem endurecida, ocorrendo, também, uma leve mudança granulométrica com uma pequena redução no

diâmetro médio das partículas, aparecendo argilas.

A sedimentação de argila ocorre até próximo a 200 centímetros, onde os sedimentos apresentam coloração

cinza azulado. De 190 a 130 cm os sedimentos são siltosos. Da profundidade de 190 cm até 130 os

sedimentos são arenosos de cor cinza claro esverdeado. Dos 60 cm ao topo do testesmunho voltam

aparecer siltes intercalados com argila apresentando coloração cinza marrom esverdeado.

b) Datação

O testemunho foi datado pelo método do 14C no intervalo entre 220 e 230 cm tendo encontrado uma idade

radiométrica de 4210 +/-40 A.P; sendo considerado o presente o ano de 1950. Esta idade pode ser

correlacionada com a mudança brusca de cor e textura dos sedimentos nesta profundidade, que

possivelmente representa uma discordância ou superfície erosiva, associadas a oscilações pretéritas no

nível do mar neste local.

Figura 2: Testemunho T8

c) Metais Pesados

Nos últimos 30 anos, o estudo vertical em testemunhos, das concentrações de metais pesados em

sedimentos de ambientes estuarino, no intuito de se entender mudanças ambientais, vem se tornando

bastante popular (Ergins, 1990; Baptista Neto et al., 1999). De acordo com Farmer (1991) um aumento

nas concentrações de metais pesados em testemunhos, em geral, representa variações temporais da

deposição atmosférica, escoamento superficial nas bacias de drenagem, e outros tipos de efluentes

associados a atividades antrópicas.

Nas análises geoquímicas dos sedimentos foram determinados os seguintes elementos Fe, Mn, Zn, Cu, Ni,

Pb e Cr (figura 3). Com exceção do Fe e Mn, que são elementos conservativos, os demais metais são

normalmente encontrados em concentrações traço na natureza, mas podem ocorrer também como produto

de atividades antropogênicas. A elevada concentração de elementos como o Zn, Cr, Cu, Pb e Ni,

geralmente é indicador do desenvolvimento de atividades urbana-industrial.

Figura 3: Gráficos dos metais pesados no testemunho (T8). Os resultados obtidos apontam para uma tendência na distribuição, que pôde ser classificada de quatro

categorias: a primeira categoria composta por Fe, Mn, os quais são elementos conservativos na natureza,

não possuindo relação direta com a atividade antrópica, seus teores podem ser variáveis, pois são produtos

das reações de oxidação, portanto, fica difícil estimar em suas concentrações o percentual equivalente à

atividade antrópica.

Enquanto a segunda categoria, composta por Zn, Cu, e Cr apresentam uma tendência de aumentar as

concentrações nas proximidades da superfície. Sendo estas os padrões de curva que mais se identifica com

o histórico de contaminação da Baía ao longo dos anos, apresentando valores crescente em direção ao

topo. Com exceção do Fe e Ni todos os metais analisados apresentam concentrações demasiadamente

elevadas entre as profundidades de 20 e 30cm, quando se compara com as demais partes do testemunho.

Nos valores de Chumbo, terceira categoria, observa-se as concentrações aumentando no sentido do topo

onde apresenta as concentrações mais elevadas, este elemento possui valores bastante significativos nas

profundidades de 50 e 150 cm.

Com relação à concentração de Níquel, quarta categoria, apresenta valores homogêneos por quase toda

sua extensão, excetuando as profundidades entre 200e 150 cm, onde os valores apresentam aumento

significativo. Eliminado esta profundidade mencionada acima, pode-se afirmar que na Baía de Guanabara

a variação de níquel ao longo do tempo é muito pequena.

De acordo com Groot et al. (1976) é muito difícil se fazer uma estimativa quantitativa da extensão da

poluição por metais pesados em muitos dos ambientes poluídos, uma vez que existem muito poucas

evidências das concentrações de metais pesados em sedimentos do período pré-industrial.

d) Índice de Geoacumulação (IGeo)

Para estimar os níveis de contaminação antropogênica por elementos traços que a baía está submetida

utilizou-se o Índice de Geoacumulação (IGeo), utilizado por (Förstner & Wittman,1981). Este índice possui

sete graus, variando de 0 a 6, (tabela 9) onde o índice 6 reflete um enriquecimento de 100 vezes acima dos

valores médios da composição dos folhelhos (Background), para obtenção dos valores de Background

(concentrações naturais) neste trabalho utilizou-se a média aritmética das três ultimas amostras.

IGeo= log2 (Cn / 1,5Bn) Onde: Cn – Concentração do elemento n na fração fina do sedimento. Bn – Concentração média de “Background” em sedimentos argilo-siltosos (folhelho médio padrão) 1,5 – Fator de correção para possíveis variações do “background” causado por diferenças litológicas. Tabela 1: Classificação do (IGeo) Classificação Classe do IGeo IGeo Média (background) Extremamente poluído 6 >5 Fortemente à Extremamente poluído 5 >4 a 5 Fortemente poluído 4 >3 a 4 Moderadamente à Fortemente poluído 3 >2 a 3 Moderadamente poluído 2 >1 a 2 Não Poluído a Moderadamente poluído 1 >0 a 1 Praticamente não Poluído 0 >0

Tabela 2: Índice de Geoacumulação.

Com base nos valores de IGeo (tabela 2) pode-se caracterizar este compartimento da Baía de Guanabara

como Não Poluído a Moderadamente poluído (índices 1 e 2) para níquel, cromo e Chumbo; e Não Poluído

a Moderadamente poluído (índice 1) e Moderadamente à Fortemente poluído (índice 3) para cobre e

zinco. O ferro e o manganês foram feitos apenas para serem utilizados como parâmetros.

Metais Média Classe Fe 0,3-0,9 1 Mn 0,4-3,1 1a 4 Zn 0,2-2,7 1 a 3 Cu 0,3-3 1 a 3 Pb 0,3-1,7 1 a 2 Cr 0,3-1,8 1 a 2 Ni 0,3-1,3 1 a 2

e) Fator de Enriquecimento (FE)

Outra maneira de se avaliar o enriquecimento ou depleção de metal no sedimento é a partir do cálculo do

fator de enriquecimento de elementos conservativos como o ferro (Rule, 1986). Este fator é definido pela

razão do Metal/Fe na amostra dividido pela razão Metal/Fe de um determinado valor de referência

(Background), que neste trabalho será a média aritmética das três ultimas amostras do testemunho. O

cálculo do fator de enriquecimento segue a fórmula abaixo:

(C me / C Fe) sample FE (me) = ________________________

(C me / C Fe) Background Onde: C – Concentrações; me – Metais; Fe – Ferro; FE – Fator de Enriquecimento.

Tabela 3: Fator de Enriquecimento do testemunho.

Em função da variabilidade natural, considera-se que 0,5 ≤ FE ≤ 2 como oriundos de contribuição natural,

enquanto FE > 2 demonstra a contribuição antrópica ou de processos biológicos (Grousset et al, 1995). Os

resultados obtidos de FE (tabela 3) apontam enriquecimento de todos elementos analisados com base nos

valores de referência citados acima, tendo o níquel apresentado os menores fatores e o cobre os maiores,

os quais apresentam uma grande correlação com os resultados do IGeo.

CONCLUSÕES

Com base na correlação de dados, a porção NE da Baía de Guanabara apresenta elevadas concentrações

zinco e cobre, com enriquecimento de duas ordens de grandeza maior do que as naturais. Apresentando

também moderadas concentrações de chumbo, sendo estas consideradas anormais. Enquanto o níquel

apresenta concentrações enquadradas nos parâmetros naturais.

As diversas metodologias empregadas neste trabalho permitem determinar as concentrações de metais

pesados presente nos sedimentos da Baía de Guanabara, bem como inferir sobre os principais impactos

antrópicos decorrentes das atividades urbano-industriais.

Estes dados apresentam valiosas contribuições para descrever as concentrações de metais presentes e os

níveis de background, gerando-se parâmetros para modelar as concentrações futuras, e permitir

Razão FE Fe/Zn 0,83 a 5,56 Fe/Cu 0,82 a 4,22 Fe/Pb 0,72 a 2,67 Fe/Cr 0,85 a 2,34 Fe/Ni 0,85 a 1,43

comparações com as concentrações dos sedimentos superficiais, assim como fortemente contribui para o

projeto de despoluição da Baía de Guanabara.

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