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GEOQUÍMICA DAS ÁREAS FONTES E DOS SEDIMENTOS EM
SUSPENSÃO NA BACIA DO RIO PIABANHA-RJ
Carla Semiramis Silveiraa, Vitor Schwenck Brandãob, Alfredo Victor Bellido Bernedoc
a
Universidade Federal Fluminense,e-mail: [email protected]; bUniversidade Federal Fluminense ,email: [email protected]; cUniversidade Federal Fluminense,e-mail:
[email protected]
Palavras-chave: Sedimentos em Suspensão; Bacia do Rio Piabanha
Introdução
Os sedimentos em suspensão transportados pelos rios
precisam de estudos que tenham informações confiáveis
sobre suas fontes. Isto se valida pois através desses
sedimentos podemos ter noção e elaborar estratégias eficazes
para acompanhar sedimentos que estejam sendo poluídos e
também para permitir uma melhor compreensão do
transporte e erosão de uma bacia hidrográfica. O estudo das
fontes dos sedimentos em suspensão é muito importante,
pois segundo Walling et. al. (2002), podemos ter uma idéia e
compreender a dinâmica da transferência dos sedimentos da
bacia para a calha fluvial, ou seja, quais áreas serão mais
influenciadas por agentes erosivos, quais terão uma maior
ação antrópica.
A produção de sedimentos em bacias hidrográficas vem
sendo amplamente estudada ao longo dos anos através de
processos erosivos (Costa 2003). Guerra et al. (1999) afirma
que os processos erosivos são originados por agentes, como
águas fluviais e pluviais (erosão hídrica), ventos (erosão
eólica) e ondas que são uma mistura da erosão hídrica com a
eólica.
Segundo Yang (1996) as variáveis que controlam esta
produção são, o índice pluviométrico, o tipo de solo, a
geologia da área, o uso do solo, a topografia, as
características destes sedimentos como a química e a
mineralogia, e o tamanho e alinhamento dos canais de
drenagem.
No presente trabalho, foi proposto o estudo da
mineralogia e da geoquímica dos sedimentos em suspensão
da bacia (MPS) do rio Piabanha-RJ (figura 1), aonde cada
ponto representou uma sub-bacia, juntamente com possíveis
áreas fontes da região, como unidades litológicas, tipo de
solo e uso do solo para compará-los com o MPS. Para
auxiliar na discussão, foram usados métodos estatísticos
multivariados com análise de componentes principais.
A área da bacia do Rio Piabanha, está situada nos
terrenos Ocidental, Oriental e Paraíba do Sul da Faixa
Ribeira, aonde podem ser notadas rochas migmatizadas do
Complexo Rio Negro (Tupinambá et al., 1996), estando
inseridas neste contexto rochas granito-gnáissicas do
Batólito Serra dos Órgãos (Barbosa e Grossi Sad, 1985).
Figura 1: Localização da bacia do rio Piabanha-RJ
Materiais e Métodos
A amostragem do material particulado em suspensão
(MPS) foi feita em paralelo com o trabalho de doutorado da
aluna Renata Barbosa Alvim. Foram coletadas 42 amostras,
sendo dessas 21 no período úmido (fevereiro de 2013) e 21
no período seco (agosto de 2013). Esses pontos foram
escolhidos, pois drenam sub-bacias com diferentes litologias
e diferentes tamanhos. O Material Particulado em Suspensão
foi determinado por medida gravimétrica, segundo a
metodologia descrita em APHA (2001).
Os pontos PB representam o Rio Piabanha, os pontos
PT representam o Rio Preto, o ponto FG representa o Rio
Fagundes, os ponto PS e PN representam um o Rio Paraíba
do Sul e Paraibuna respectivamente, os pontos PQ
representam o Rio Paquequer, os pontos FR representam o
Rio Frades, os pontos BG representam o Rio Bengalas e o
ponto CS corresponde ao Rio Córrego Sujo.
Para a caracterização mineralógica e geoquímica das
rochas, foram coletadas 14 amostras de rocha sã,
considerando as unidades litológicas presentes na bacia.
Foram também usados alguns dados da literatura para efeitos
de comparação. Através da descrição macroscópica das 14
amostras de rocha, 10 foram escolhidas para serem
analisadas. Estas foram moídas através de britagem e
posterior pulverização em moinho de bolas e também
cortadas para a confecção de lâminas petrográficas.
A análise química foi feita através da fluorescência de
raio-x (FRX), mais especificamente num Espectrômetro de
Fluorescência de Raio X com Energia Dispersiva (EDXRF).
A análise mineralógica foi feita através da difração de raios
X tanto o MPS como para as rochas moídas no difratômetro
Bruker D8 Advance.
A interpretação dos resultados obtidos nas análises
mineralógicas foi feita através dos programas PCW23 e
ORIGIN 7 em conjunto com consulta de tabelas de Brindley
& Brown (1980). Os valores obtidos na análise de FRX
foram examinados através do software Statistic 8.0,
utilizando a técnica de análise de componentes principais
(PCA) para as amostras de MPS nos períodos seco e úmido
e para as amostras de rocha.
Ainda foi feito uma caracterização espacial da bacia do
rio Piabanha, através do software Arcgis 10.3 com dados do
CPRM 2012. A análise espacial foi feita para calcular as
áreas das principais litologias, tipo de solo e uso do solo
encontrados nas sub-bacias.
Resultados e Discussão
As rochas das sub-bacias dos pontos PB01 e PB02 são
dominadas pelo Complexo Rio Negro, a dos pontos PB03,
PB04 e PB06 são dominadas pelo Serra dos Órgãos com
contribuição das rochas do Complexo Rio Negro assim
como as sub-bacias do Rio Paquequer (PQ14 e PQ15)
O ponto FG07 é o único ponto que tem um domínio do
Grupo Andrândia e da Unidade Arcádia Areal que são
litologias diferentes dos granitos metamorfizados do Terreno
Oriental, podendo indicar uma assinatura mineralógica e
geoquímica diferente para os seus sedimentos, representando
assim uma sub-bacia com características do Terreno
Ocidental.
As rochas que dominam as sub-bacias do rio Preto
(PT05, PT11, PT12, PT13) são donimadas pelas Suítes
Serra dos Órgãos e Cordeiro. Vale ressaltar que o PT11
apresenta também uma porcentagem considerável do
Complexo Rio Negro e Suíte Nova Friburgo.
Os pontos FR17 e FR18 apresentam uma maior
presença da Suíte Nova Friburgo sendo consideradas as subbacias mais representativas dessa litologia. A sub-bacia do
ponto BG19 é considerada a representativa da Suíte
Cordeiro e Suíte Serra dos Órgãos.
Os resultados da mineralogía do MPS mostraram que a
gibbsita (Al(OH)3), caulinita (Al2Si2O5(OH)4) e quartzo
(SiO2) estão presentes em todas as amotras. Isso pode ser
interpretado pelo fato dos feldspatos, que são minerais
bastante abundantes nas rochas, se intemperizarem mais
facilmente, perdendo elementos como Na, K, Ca, deixando
apenas em sua estrutura o alumínio hidratado e sílica, se
alterando para argilominerais como a caulinita e a gibbsita.
O quartzo é um dos minerais mais resistentes ao
intemperismo por ser um mineral mais estável e ser um dos
últimos na fase de cristalização.
Os minerais do grupo dos feldspatos também são
bastante abundante nas amostras analisadas, mas
especificamente os k-feldspatos (KAlSi3O8) e os
plagioclásios ((Ca, Na)Al (Al,Si)Si2O8 ). Possivelmente isso
ocorre pelo fato das rochas presentes nessa região serem
ricas em feldspatos e também pelo intemperismo nas regiões
que apresentam esses minerais não ser tão intensa quanto nas
que esses minerais não aparecem. A sub-bacia do rio
Fagundes (FG07) tem uma alta taxa de erosão pois não
apresenta nenhum feldspato na sua mineralogia. Já as subbacias PT11, PT12, PQ14 e PQ15 apresentam feldspatos
tanto no período úmido como no período seco, sendo
interpretadas assim com menor taxa de erosão.
De uma forma geral as amostras analisadas no período
seco de agosto de 2013 apresentam uma maior concentração
de feldspatos se compararmos com o período úmido de
fevereiro de 2013, ou seja, no período úmido ocorre uma
erosão maior devido as épocas de chuva.
A figura 2 mostra a análise estatística multivariada dos
casos analisados, para os resultados geoquímicos, aonde os
que estão em vermelho são os do período seco e os que estão
em azul são os do período úmido. Podemos observar dois
grupos distintos aonde o grupo que se encontra no 1º
quadrante é influenciado pelos argilominerais, mais
provavelmente a gibbsita, podendo ser caracterizado como
um sedimento que sofreu mais ação do intemperismo.
O segundo grupo que se encontra no 4º quadrante sofre
uma influência maior da silíca e do k-feldspato,
representando assim um sedimento que não sofreu tanta ação
da erosão.
Considerando a localização do PB02 a jusante da
cidade de Petrópolis, adimite-se que assim como o PQ15, no
período seco, (a jusante da cidade de teresópolis) são os
pontos de maior influência antrópica. Estes apresentam-se
isolados (outliers) em um sub-grupo na análise multivariada.
Os pontos que se encontram no período úmido estão
notavelmente, em sua maioria, a direita dos pontos no
período seco indicando que eles tem maior afinidade com
Al2O3 e SiO2. Isso pode ser considerado pelo fato dos seus
sedimentos serem enriquecidos em minerais mais
intemperizados como a gibbsita, sendo o período seco mais
representativo dos tipos de uso dos solos enquanto que o
período úmido representa a mineralogia e a litologia das
rochas presentes na bacia.
A figura 3 apresenta a distribuição dos elementos
químicos pela análise multivariada. A distribuição de
varáveis, mostra no 1º quadrante principalmente os
elementos Al2O3 e TiO2. Ainda no 1° quadrante podemos
perceber que nele se encontra o grupo com um alto teor de
argilominerais (caolinita) e principalmente a gibbisita, por
causa do alumínio que está ali.
No 2° quadrante podemos observar os elementos ferro,
cromo e arsênio e um pouco mais abaixo entre o 2° e 3°
quadrantes P2O5, MnO e ZnO, que indicam uma fase mais
afetada pela ação antrópica, uma área mais poluída (Von
Sperling 1995). O As2O3 está bem próximo do Fe2O3 pois é
adsorvido por ele (Rankama 1950), contribuindo para um
zona mais poluída. No 3° quadrante notamos o CaO e o
Na2O juntos. Isso se da pelo provável fato do grupo dos
plagioclásios estarem presentes.
O 4° quadrante mostra elementos com o SiO2, o K2O, o
MgO e o Rb2O. A proximidade do K2O com o SiO2 pode ser
explicado pela presença de k-feldspatos no sistema, e o MgO
perto do SiO2 é por causa das biotitas presente nas amostras
de rocha. O Rb2O próximo ao K2O se deve pelo fato dele
substitui-lo, na estrutura dos minerais (Rankama 1950).
Figura 2: Resultado dos casos analisados.
Projection of the variables on the factor-plane ( 1 x 2)
1,0
TiO2
Ga2O3
Al2O3
Fe2O3
Cr2O3
As2O3
Factor 2 : 19,50%
0,5
Br
0,0
Y2O3
CuO
SO3
P2O5
MnO
ZnO
Nb2O5
SnO2
MgO
Agradecimentos
BaO
CaO
Os principais minerais que contribuem para os
sedimentos são os argilominerais, a gibbsita, o quartzo e o
grupo dos feldspatos.
Notavelmente o período úmido é mais representativo
da mineralogia e das litologias encontradas na bacia e o
período seco é mais representativo de efeitos antrópicos.
Esta ação antrópica resulta na geoquímica do MPS
dominada por P2O5, As2O3 e Fe2O3 secundário.
As sub-bacias do rio Paquequer e do rio Piabanha são
bastante influenciadas pela ação antrópica da cidade de
Teresópolis e Petrópolis no período seco, porém no período
úmido, com a diluição do MPS, ele acaba sendo mais
influenciado pelos feldspatos da Suíte Serra dos Órgãos.
As sub-bacias do rio Preto são dominadas por
argilominerais no período úmido, mostrando-se bastante
erodida nesse período e representanda por feldspatos
intemperizados das Suítes Serra dos Órgãos e Cordeiro. No
período seco essas sub-bacias são influenciadas pela área
agrícola.
A sub-bacia do rio Fagundes (FG07) é a bacia mais
diferente sendo bastante influenciada pelos metassedimentos
do Grupo Andrelândia.
As sub-bacias do Frades e do Córrego Sujo, tem sua
fonte nos k-feldspatos da Suíte Serra dos Órgãos
representando assim as sub-bacias que menos são afetadas
pela erosão e o intemperismo.
Os Autores gostariam de agradecer a Fundação CNPq pelo
apoio recebido.
Na2O
ZrO2
-0,5
Rb2O
SiO2
SrO
K2O
-1,0
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
Active
Factor 1 : 36,23%
Figura 3: Resultado das variáveis analisadas
O primeiro quadrante é interpretado como processos
surpegênicos intensos com abundância em caolinita e
gibbsita. O segundo quadrante é dominado por ações
antrópicas com a presença de Fe2O3 e P2O5. O terceiro e o
quarto quadrantes foram considerados o grupo dos
feldspatos aonde mais perto do CaO e do Na2O temos o
domínio dos plagioclásios (3º quadrante) e mais perto do
K2O e da SiO2 temos o domínio dos k-feldspatos (4º
quadrante).
De forma geral o eixo das abscissas, que é o fator um, é
explicado pela ação antrópica que se concentra no lado
esquerdo com elementos como o Fe2O3, o P2O5, o As2O3,
etc. E por uma área dominada por silicatos que se encontra
no lado direito. Como elementos que comprovam isso
podemos citar o SiO2, o Al2O3, o K2O e o MgO.
O eixo das ordenadas, que é o fator dois, pode ser
diferenciado pela parte de cima do eixo aonde se concentram
os argilominerais e a parte de baixo do eixo aonde se
encontram uma concentração maior de feldspatos e quartzo.
Considerações Finais:
A litologia da região tem um papel fundamental na
produção dos sedimentos em suspensão, podendo ser
observado mineralogicamente, que o quartzo e os feldspatos,
principalmente os potássicos, tem forte influência sobre
esses sedimentos. Geoquimicamente os principais elementos
são o SiO2 e o Al2O3 e em áreas com alta malha urbana o
P2O5.
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