Avaliação da concentração de elementos traço e maiores em perfis de solo do reservatório de Jundiaí, estado de São Paulo.

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ambiental

Autores

Gonçalves, P.N. (IPEN) ; Damatto, S.R. (IPEN) ; Leonardo, L. (CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO E IPEN) ; Souza, J.M. (IPEN)

Resumo

A monitoração de contaminação em dos principais mananciais do estado de São Paulo se faz necessária, uma vez que a crescente urbanização e industrialização podem aumentar a concentração dos variados elementos químicos no meio ambiente. Este trabalho teve por objetivo determinar a concentração dos elementos traço e maiores por meio da técnica de análise por ativação com nêutrons instrumental (AANI). As concentrações dos elementos As, Br e Cd se mostraram elevadas quando comparadas com os valores da crosta continental superior (CCS), entretanto apenas para o Br e Cd foram atribuídos indícios de contaminação antrópica. Os dados obtidos no presente trabalho contribuem para a formação de um banco de dados sobre a distribuição dos elementos traço e maiores no ecossistema brasileiro.

Palavras chaves

Elementos traço e maiores; Geoquímica; Contaminação

Introdução

A industrialização e a crescente urbanização, principalmente em países em desenvolvimento econômico levam, em muitos casos, a um crescimento desordenado, colocando em risco a saúde do homem e do meio ambiente. Os serviços de saneamento básico; distribuição de água, coleta e tratamento de esgoto, disposição final de resíduos, entre outros, são considerados essenciais para a integridade dos habitantes e para a preservação do meio ambiente. A ineficiência na execução desses serviços ocasiona a degradação e poluição do ambiente aquático, terrestre e aéreo (ROCHA, 2012). A água é a substância mais importante para o desenvolvimento da vida e da sobrevivência humana, uma vez que desde os primórdios da vida no planeta Terra e da história da espécie humana, a água sempre foi essencial (RIBEIRO, 2014). Os reservatórios de água ou represas são lagos artificiais formados através da atividade humana sobre os rios. A crescente demanda por água e energia elétrica ocasionou a construção de inúmeros reservatórios de água em território nacional (STRASKRABA; TUNDISI, 2013). A qualidade da água armazenada em um reservatório tornou-se de grande importância nas últimas décadas devido ao aumento da degradação ambiental dos solos desses mananciais. Os poluentes contidos no solo podem chegar aos corpos hídricos por processos de erosão como o deflúvio superficial ou por percolação da água de chuva através do solo, que por escoamento básico atinge o lençol freático (TUNDISI; TUNDISI, 2008). Os poluentes decorrentes de efluentes industriais são provenientes das matérias-primas e dos processos industriais utilizados. A contaminação por agroquímicos é a principal fonte de poluição agrícola. Segundo os dados obtidos no final da década de 90 por GBUREK & SHARPLEY (1997), estimou-se que, nos Estados Unidos, cerca de 50 a 60% da carga poluente de rios e lagos eram provenientes da agricultura. Muitos desses agroquímicos são poluentes perigosos e contêm elementos químicos que contaminam os mananciais. A análise de perfis de solo, quanto à presença de elementos químicos, é uma importante ferramenta para a identificação de poluição do ecossistema, além de contribuir com dados sobre aspectos geoquímicos e geofísicos do solo. De acordo com MORITA (1993) os poluentes perigosos, geralmente, não são removidos nas etapas de tratamento convencional de água. E por esse motivo tem-se dado ênfase na identificação, monitoramento e remoção de todos os tipos de poluentes presentes nas águas destinadas ao abastecimento público. A Tabela periódica conta com mais de cem elementos químicos distintos, entretanto apenas oito constituem 99% da massa da Terra, sendo estes classificados como elementos formadores de rochas ou elementos maiores, onde se incluem o Fe, O, Si, Mg, Al, Ca, Na e K (GROTZINGER et al, 2006). A designação elemento-traço é utilizada para definir metais catiônicos e oxiânions presentes em baixas concentrações no ambiente (<0,1% ou <100 mg.kg-1) (PIERZYNSKI et al, 1994). As pesquisas de análise de risco para os elementos traço no solo e na água simbolizam um grande avanço no que se diz respeito à conscientização sobre o possível impacto negativo que essas substâncias podem proporcionar ao homem e ao ecossistema (GUILHERME et al, 2005). As fontes de elementos-traço no meio ambiente também podem estar relacionadas a fatores naturais - o intemperismo de rochas, as quais contêm esses elementos em sua composição mineralógica, pode ocasionar a formação de um solo rico nesses elementos. A disponibilidade dos metais nos solos depende de fatores como as formas geoquímicas de retenção, que são conduzidas por reações químicas e alguns parâmetros físico-químicos como o pH, capacidade de troca catiônica (CTC) e a constituição mineralógica das rochas que formam o solo (OLIVEIRA; MARINS, 2001). O conteúdo de matéria orgânica no solo também influência na ocorrência desses elementos, uma vez que os íons metálicos se adsorvem na matéria orgânica e formam complexos com substâncias húmicas (MORITA, 1993). Alguns estudos como o de SOUZA (2017) sugerem que a concentração dos elementos metálicos é diretamente proporcional com as frações de granulometria fina das amostras, no caso de solos, com a porcentagem de silte e argila. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a concentração de elementos traço e maiores em perfis de solo do reservatório de Jundiaí, para correlacionar a ocorrência destes elementos com processos naturais ou antropogênicos. A técnica analítica empregada foi a análise por ativação com nêutrons instrumental (AANI) e foram determinados os elementos traço As, Ba, Co, Cr, Cs, Hf, Rb, Sb, Sc, Ta, Cd, U, Th, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb e Lu e os elementos maiores Fe, K e Na; também foram determinados a granulometria, o teor de umidade e a porcentagem de matéria orgânica das amostras. Com os resultados de concentração obtidos foi calculado o Fator de Enriquecimento (FE) para cada elemento na amostra.

Material e métodos

O reservatório de Jundiaí localiza-se a sudeste do Estado de São Paulo (23°40’S e 46°10’W), e parte das águas da bacia hidrográfica do Alto Tietê é revertida para este reservatório por meio do Rio Biritiba-Mirim (LAMPARELLI et al, 1996). De acordo com a Lei Estadual n° 898 de 18/12/75, regulamentada pelo Decreto Estadual n° 1172 de 17/11/76, o reservatório de Jundiaí é enquadrado como de classe 1, sendo considerado como classe especial pela Resolução CONAMA 357/2005 (CONAMA, 2005). Para o presente trabalho, foram coletados dois perfis de solo medindo 1m e 1,5m de profundidade, respectivamente. A amostragem de ambos os perfis foi realizada com base nas distintas litologias que compreendem o local. Utilizaram-se os dados do Serviço Geológico do Brasil (PEIXOTO, 2010) para identificar as litologias. A determinação da matéria orgânica foi realizada pelo método gravimétrico de Perda de Massa por Ignição (PMI). Este método consiste na volatilização do carbono (C) em dióxido de carbono (CO2) utilizando aquecimento em altas temperaturas (SCHULTE; HOPKINS, 1996). A granulometria das partículas foi classificada segundo a NBR 6502/95 (ABNT, 1995). As amostras foram classificadas pelo diâmetro das partículas em: Areia (diâmetro entre 2mm e 0,06mm), Silte (diâmetro entre 0,06mm e 2µm) e Argila (diâmetros inferiores a 2µm). A técnica analítica empregada para a determinação dos elementos traço e maiores foi a Análise por Ativação com Nêutrons Instrumental (AANI). Pesou- se cerca de 200mg das amostras e dos materiais de referência certificado, os quais foram irradiados por um período de 6h, sob um fluxo de nêutrons térmicos de 1012 n.cm-2.s-1 no Reator Nuclear de Pesquisa IEA-R1 do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN). A concentração de cada um dos elementos, em mg.kg-1, foi calculada conforme DAMATTO (2010). Utilizou-se como materiais de referência certificado Lake Sediment – SL-3 da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA), Inorganic Marine Sediment – 2702 e Montana Soil II do NIST. O Fator de Enriquecimento (FE) de cada elemento na amostra foi calculado de acordo com SUTHERLAND (2000) onde: FE<2 enriquecimento baixo; 2<FE<5 enriquecimento moderado; 5<FE<20 enriquecimento significante; 20<FE<40 enriquecimento muito alto; FE>40 enriquecimento extremamente alto. Utilizou- se os valores calculados por WEDEPOHL (1995) para concentração dos elementos traço e maiores na Crosta Continental Superior (CCS) como referência para se estipular o Fator de Enriquecimento. A correlação entre a concentração dos elementos traço e maiores e os parâmetros de análise do solo foi calculada pelo índice de Pearson (r). O coeficiente de correlação de Pearson mede o grau de correlação linear entre duas variáveis quantitativas. Para comprovar a significância da correlação, foi realizado o teste de hipóteses (t de Student) para 99% de nível de confiança sobre todos os coeficientes lineares.

Resultado e discussão

De acordo com PEIXOTO (2010), a área que compreende o primeiro ponto de coleta possuí um domínio geológico ambiental caracterizado por sequências vulcanossedimentares formadas durante o período proterozóico. As rochas estão localizadas em dobras, que podem variar no grau de metamorfização. O ponto de coleta do primeiro perfil de solo localiza-se em uma área com predominância de metassedimentos siltico-argilosos, representados por xistos. Em relação ao segundo ponto de coleta, o domínio geológico ambiental é composto por complexos granitóides das séries sub-alcalinas, representado por ortognaisses graníticos. O mapa de solos brasileiros do IBGE (2001) indica que os tipos de solo para o primeiro e segundo perfil, respectivamente, são o argissolo vermelho eutrófico e o argissolo vermelho-amarelo distrófico. Os resultados das análises granulométricas para ambos os perfis demonstraram que não houve mudança abrupta na textura, isto é, a fração argila não sofreu alterações significantes em pequenas distâncias de profundidade. De acordo com o diagrama de Shepard, descrito por HYPOLITO et al. (2011), a textura do primeiro perfil foi classificada como argilo-arenosa; as médias obtidas de argila, areia e silte foram 45%, 44% e 5%, respectivamente. O teor médio de carbono orgânico foi de 12,6% e a umidade média foi de 16,3% para o primeiro perfil de solo. Para o segundo perfil, obteve-se médias de argila, areia e silte de 28%, 55% e 13%, respectivamente, o que confere ao solo uma textura areia-argilosa, segundo a classificação de Shepard. O teor médio de carbono orgânico foi de 8,6% e a umidade média para o segundo perfil foi de 12,3%. No primeiro perfil de solo, observou-se correlação positiva significante entre o teor de umidade e a concentração dos elementos químicos As, Cr, Fe, Sc e Th (Índices de Pearson > 0,8). O bromo (Br) apresentou forte correlação negativa com o teor de umidade (Índice de Pearson < - 0,8). A correlação entre a porcentagem de silte+argila e a concentração dos elementos químicos foi fortemente positiva para os elementos As, Ce, Cr, Fe, K, Sb, Na, Sc e Th (Índices de Pearson > 0,8); Os demais elementos apresentaram correlações positivas apenas moderada, entretanto foram rejeitados pelo teste de hipóteses. Não houve correlação linear entre a concentração de elementos químicos e o teor de matéria orgânica nas amostras do primeiro perfil. No segundo perfil de solo, a correlação positiva entre o teor de umidade e a concentração dos elementos químicos foi significante para os elementos As, Fe, Sb, Sc, Ta, Th e U (Índices de Pearson > 0,66). A correlação entre a porcentagem de silte+argila e a concentração dos elementos químicos foi fortemente positiva para os elementos As, Fe, Sb, Sc, Th, U e Cd (Índices de Pearson > 0,65); Os demais elementos apresentaram correlações positivas apenas moderada, entretanto foram rejeitados pelo teste de hipóteses. Observou-se correlação linear positiva significante entre a concentração do Co e o teor de matéria orgânica. O As apresentou fator de enriquecimento moderado e significante em todas as profundidades analisadas para os dois perfis coletados. Autores como CAMPOS et al. (2007), que avaliaram a concentração de arsênio em dezessete latossolos brasileiros, estabeleceram uma concentração de arsênio que variou de 1 mg.kg-1 a 40 mg.kg-1 para solos não contaminados. A concentração média de arsênio obtida no primeiro perfil foi de 19,4 mg.kg-1 e no segundo perfil foi de 21,2 mg.kg-1; porém não é possível afirmar que o enriquecimento moderado e significante encontrado em ambos os perfis de solo para este elemento é de origem antrópica. O Br apresentou enriquecimento significante em todas as profundidades de ambos os perfis. A concentração média de bromo para o primeiro e segundo perfil, respectivamente, foi de 29,7 mg.kg-1 e 22,6 mg.kg-1. Esses valores excederam a concentração do elemento na crosta continental superior, que é de 1,6 mg.kg-1. O bromo era comumente utilizado, a partir do composto brometo de metila, como um praguicida. O protocolo de Montreal, assinado em 1987, regulamentou que o uso dessa substância fosse reduzido, pois este composto atua como um dos gases que destroem a camada de ozônio (TANIMOTO et al., 2015). Apesar do Brasil aparentemente ter cumprido o acordo e cessado a produção do brometo de metila, existem outros agrotóxicos que contém o bromo em sua composição, como é o caso da deltametrina, que é um inseticida bastante utilizado em plantações (MAIA et al., 2001). No segundo perfil, o Cd foi detectado até a profundidade de 50cm e a concentração média obtida foi de 2,3 mg.kg-1, cujos valores estão muito acima da concentração média de 0,102 mg.kg-1 na crosta continental superior. O elemento apresentou enriquecimento muito alto nas profundidades entre 20- 30cm e 40-50cm. Nas demais profundidades o mesmo apresentou enriquecimento significante. De acordo com CAMPOS et al. (2005), o cádmio e outros metais são encontrados nas rochas fosfáticas utilizadas como minério para a fabricação de insumos agrícolas. A utilização de produtos da agricultura é considerada a principal fonte de entrada do cádmio no meio ambiente pela atividade antrópica e, o alto enriquecimento encontrado nas camadas superficiais do segundo perfil de solo pode ser um indício de contaminação por esse elemento químico. Os elementos traço Ba, Co, Cr, Cs, Hf, Rb, Sb, Ta, Th, U, Ce, Eu, La, Lu, Nd, Sm, Tb e Yb e os elementos maiores Fe, K e Na apresentaram enriquecimento baixo em todas as profundidades de ambos os perfis de solo coletados. Segundo PEIXOTO (2010), em ambas as áreas de coleta, o potencial metalogenético foi prejudicado pelo alto grau de metamorfismo, o qual dispersou os elementos químicos. O baixo enriquecimento de grande parte dos metais analisados pode estar relacionado com a própria geologia do local. No segundo perfil, observou-se diminuição da concentração de Fe e aumento das concentrações de K e Na em relação ao primeiro perfil. Isso pode estar relacionado ao fato de que as rochas graníticas são félsicas. Ainda assim, tanto sódio quanto potássio estão bem abaixo de seus níveis de concentração na crosta continental superior. A concentração média encontrada para o sódio no segundo perfil foi de 637,5 mg.kg-1 e sua concentração média na crosta continental superior é de 25670 mg.kg-1. A baixa concentração de sais no solo está relacionada com o tipo de clima da região. Os solos das regiões que possuem clima subtropical ou tropical úmido não são ricas em sais, pois estes são mobilizados com facilidade pela ação da água. O baixo enriquecimento dos elementos terras raras em ambos os perfis de solo pode estar relacionado com a constituição mineralógica das rochas parentais. De acordo com FIGUEIREDO (1985), os minerais formadores de rochas possuem coeficientes de distribuição (Kd) distintos para os elementos terras raras. Outro fator que afeta diretamente na concentração desses elementos no solo é a taxa de intemperismo a qual a rocha parental esteve exposta. As amostras foram coletadas em região de clima subtropical úmido, o que proporciona uma taxa de intemperismo considerável, portanto o baixo potencial metalogenético das áreas de coleta pode ter influenciado diretamente na concentração dos elementos terras raras. Segundo FIGUEIREDO (1985), as rochas da crosta continental possuem um elevado teor de terras raras leves (Ce, Eu, La, Sm e Nd) sobre as terras raras pesadas (Lu, Tb, Yb). Os resultados obtidos para a concentração desses elementos nos dois perfis de solo estão de acordo com essa tendência. Isso é um indício de que os processos geoquímicos e geotectônicos atuam de maneira distinta sobre os dois grupos de terras raras. Os resultados obtidos no presente trabalho estão apresentados nas Figuras 1 e 2.

Concentração de elementos traço e maiores em função da profundidade, em cm, e parâmetros de análise do solo do segundo perfil


Concentração dos elementos traço e maiores em função da profundidade, em cm, e parâmetros de análise do solo do primeiro perfil

Conclusões

Os resultados obtidos no presente trabalho reforçam a preocupação com o atual cenário de utilização de agroquímicos em território nacional. O alto fator de enriquecimento para os elementos cádmio e bromo pode ser decorrência da atividade agrícola da região. A poluição do solo do manancial de Jundiaí pode afetar a qualidade da água do reservatório, portanto é necessária uma conscientização em respeito da utilização incorreta dos variados produtos químicos, pois uma vez que presentes na água, os mesmos não serão removidos pelas etapas de tratamento convencional. O baixo enriquecimento dos elementos terras raras reforça a necessidade de uma análise sobre a mineralogia dos solos, pois estes elementos possuem diferentes coeficientes de distribuição para os variados minerais formadores de rochas. As áreas de coleta não possuem um bom potencial metalogenético, e isso foi confirmado pelo baixo grau de enriquecimento para grande parte dos elementos químicos analisados.

Agradecimentos

Ao Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) e a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN)

Referências

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