Caracterização Geoquímica de sedimentos do Lago Iraí

IV Seminário do Projeto Interdisciplinar sobre Eutrofização de Águas de Abastecimento
Público na Bacia do Altíssimo Iguaçu, Curitiba-PR, 18 e 19 de novembro de 2003.
CARACTERIZAÇÃO GEOQUÍMICA DE SEDIMENTOS DO LAGO IRAÍ, REGIÃO
METROPOLITANA DE CURITIBA/PR, BRASIL.
GEOCHEMICAL CHARACTERIZATION OF IRAÍ LAKE SEDIMENTS, CURITIBA
METROPOLITAN REGION/PR, BRASIL.
CLEVERSON V. ANDREOLI1, CHARLES CARNEIRO, EDUARDO S. PEGORINI
1
Companhia de Saneamento do Paraná - SANEPAR, Rua Engenheiro Rebouças, 1376, Bairro Rebouças ,
Curitiba, PR. CEP 80.219-900; e-mail: [email protected]
Summary
Irai´s Reservoir, located on Pinhas, Paraná State, Brazil, is responsible for the direct supplying of water
for 20% and indirectly of 30% Curitiba Metropolitan Region population. This work aims to evaluate the
contamination level and seasonal variation of heavy metals in the sediment of the reservoir. Monthly
collections had been carried through May - 2002 and April - 2003 in 4 representative points of the
reservoir. The sediment presented essentially mineral composition, with low contents of C (average of
2.2%). At the middle and deep points the dominant sediment fraction were mud and coarse, while in
shallow and high hydrodynamics points have sand as principal fraction. The average concentration os
elements in the sediment followed the trend: Al>Fe>>Mn>Ba>>Zr>Zn>Pb>Cr>Sr>V>Cu>La>Y>Ni>>Co, in
general with higher concentration compared to river sediments in Curitiba Region. Significant
correlation's were confirmed between Al Fe, Mn, and Pb, Zn and Cu,Pb and Co, Cr and Ni, attributed to
contribution of the basin geologic material. The metal levels in water had been inferior to the detection
limits.
Key words: heavy metal, sediment, geochemical, Irai lake.
Introdução
O reservatório do Iraí, localizado no município de Pinhais (Região Metropolitana de
Curitiba - PR) produz atualmente 40 % da água utilizada para abastecimento público na Região.
Características do lago, como morfometria e período de residência da água, associado ao uso e
ocupação da bacia de drenagem de seus afluentes, com atividades urbanas, agrícolas e de
mineração (extração de areia), tornam este ambiente extremamente susceptível ao acúmulo de
compostos orgânicos e minerais, como nutrientes e metais pesados, na barragem.
O acúmulo destes elementos altera o estado trófico do lago e favorece o surgimento e
proliferação de algas (florações). Contribui ainda para a sedimentação e acúmulo destes
elementos e compostos no sedimento de fundo, que pode contribuir significativamente como
fonte de nutrientes e contaminantes para o meio líquido (ESTEVES, 1998; JACKSON, 1996).
Uma vez no sedimento, estes elementos podem ser liberados para a coluna d´água por
efeito de mudanças de condições físico-químicas, como pH, potencial redox, formação de
complexos orgânicos, força iônica e ressuspenção do sedimento. Este ultimo principalmente em
ambientes lacustres de pouca profundidade e de grande espelho d´água, como o lago do Iraí (em
40 % do lago a profundidade média é inferior a 4m), que se tornam fortemente influenciados
pela ação dos ventos que provocam sua ressuspenção.
Este trabalho teve por objetivo estudar a constituição do sedimento de fundo do lago do
Iraí e avaliar sua variabilidade com ênfase na geoquímica de metais pesados, servindo como
referência para futuros estudos de monitoramento ambiental e gerenciamento do lago.
Materiais e Métodos
O trabalho foi desenvolvido no reservatório Iraí, município de Pinhais/PR. Foram
realizadas coletas mensais ao longo de 01 ano (maio de 2002 a abril 2003) da camada
superficial do material de fundo (≅ 10 cm) e da lâmina d´água em superfície (≅ 0,20 m) em 04
pontos representativos no reservatório (FIGURA 01). As coletas de material de fundo foram
realizadas utilizando-se draga WILDCO® 6" e as amostras de água com frascos de 0,5.
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Público na Bacia do Altíssimo Iguaçu, Curitiba-PR, 18 e 19 de novembro de 2003.
Os parâmetros analisados neste trabalho foram: Al, Fe, Mn, Ba, Zn, Pb, Cr, Cu, Ni, Co,
As, La, Li, Y, V, Sr e Zr. Foi realizada digestão multi-ácida HCl, HNO3 e HClO4 e
determinação em ICP/AES para sedimento e água. O pH (CaCl2) e C foram determinados
através de digestão via seca (PAVAN et al., 1992). Também foi realizada análise mineralógica
do solo através de difratometria de raios-X com auxílio do programa "X'Pert HighScore" para
interpretação dos resultados. Todas as análises geoquímicas foram determinadas na fração
granulométrica total.
Os dados foram analisados estatisticamente através de análise por componentes
principais, diagramas de dispersão e correlações.
Resultados e discussão:
FIGURA 01 - LAGO DO IRAÍ EPONTOS AMOSTRAIS
O lago do Iraí está localizado sobre a
N
bacia Sedimentar de Curitiba, Formação
Guabitotuba,
consistindo
de
depósitos
holocênicos pouco consolidados, litologicamente
constituídos
de
Argilito,
Arcósio
e
secundariamente depósitos rudáceos e margas,
apresentando vertentes alongadas e baixa
PC 509
densidade de drenagem. A rede de drenagem da
bacia hidrográfica se estende até a Serra do Mar,
cuja geologia é constituída basicamente por
Migmatitos, Gnaisse e Granitos, cujos
PC 502
sedimentos são transportados pelos afluentes para
PC 506
PC 507
o lago.
Os ventos norte, nordeste e leste são predominantes na região, configurando o
movimento das águas de superfície no mesmo sentido e em profundidade em sentido contrário.
A análise granulométrica do sedimento apontou diferenças significativas entre os pontos
amostrados. Segundo o diagrama de Shepard, os pontos PC 502 e PC 506 apresentam
constituição mais grosseria (Areia-Siltico-Argilosa e Silte - arenoso, respectivamente) enquanto
os pontos PC 507 e PC 509 frações mais finas (Silte-Argilosa). Os sedimentos mais arenosos
estão localizados portanto nas porções de maior hidrodinâmica, com maior revolvimento do
sedimento (locais rasas e proximos ao vertedouro de fundo), favorecendo o enriquecimento em
frações grosseiras (SANTOS, 2003). Nas regiões de maior estabilidade hidrodinâmica (centrais
e mais profundas) ocorre predominância de sedimentos mais finos. Em relação à dinâmica de
metais estas informações são de grande relevância, uma vez que as partículas finas apresentam
maior potencial de adsorção.
Os teores médios de Carbono dos sedimentos foram de 2,024%, com variação de 0,57 a
13,8%. O ponto PC 509 destacou-se com os teores mais elevados (6,67%), provavelmente
devido à maior proximidade dos tributários, fonte de aporte fluviais e a hidrodinâmica da água.
Corroborando com estes resultados este ponto apresentou a maio relação Sólidos
Voláteis/Sólidos Totais (0,22), demonstrando grande contribuição de elementos orgânicos no
sedimento. Contrariamente, os pontos de maior granulometria apresentaram menores relações
SV/ST (média de 0,07), provavelmente devido a maior hidrodinâmica de fundo com menor
acúmulo. Os baixos teores de Carbono (PC 502, 506 e 507 - médias de 15%, 11% e 18%),
devem-se principalmente a pouca idade do lago, com pouco tempo para a formação de
sedimentos e a facilidade de ressuspensão nas partes rasas (40% do lago).
Os gráficos 1, 2 e 3 apresentam a variação dos elementos metálicos avaliados neste
estudo.
A
ordem
de
concentração
dos
elementos
é:
Al>Fe>>Mn>Ba>>Zr>Zn>Pb>Cr>Sr>V>Cu>La>Y>Ni>>Co. Os elementos Hg, Se, Sc e Mo
não foram observados em níveis superiores aos limites de detecção (0,050; 1,0; 3,0 e 3,0 ppm).
Em comparação com os teores médios dos sedimentos de rios e lagoa da região
(MINEROPAR, 2001), verifica-se teores mais expressivos de Al, Fe, Mn, Ba, Cr, Cu, Ni e Pb,
se aproximando a teores médios de rochas e solos da região, confirmando a formação incipiente
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de lodo no fundo do lago.
Com as descargas de efluentes clandestinos e uso agrícola da bacia é provável que o
sedimento seja enriquecido com os elementos traço (Cu, Zn, Ni, Pb). A interação da água com
as rochas tem grande influência sobre a constituição das partículas transportadas pelos afluentes
e sedimentadas nos lagos. Sobre o lago do Irai observou-se grande variação dos elementos entre
os pontos e entre as coletas sem, contudo, ser possível a identificação de tendências sazonais ou
de distribuição no lago. O gráfico 2 confirma a alta correlação entre os elementos Al e Fe
(r=0,77), constituintes estruturais de partículas minerais, são abundantes na mineralogia dos
solos da região: quartzo, microclinio e albita. Estes elementos, assim como a matéria orgânica,
são considerados carreadores geoquímicos de sedimentos (SANTOS, 2003).
Observou-se variação sazonal em todos os pontos com concentrações iniciais
significativamente superior dos elementos V, Co, Sr e Zr, muito semelhante às variações
observadas para Na e K (ANDREOLI et al., no prelo). Estas tendências foram responsáveis pela
diferenciação sazonal na análise multivariada por componentes principais. Esta variação
peculiar pode estar associada à pouca idade do lago, causando a coleta de material de solo do
fundo ocasionando concentrações elevadas destes elementos. Durante as estações de primavera
e verão, com o aumento das chuvas, provavelmente houve maior arrasto de sedimentos pelos
tributários, acumulando-se no reservatório e reduzindo a coleta de solo mineral nas
amostragens.
Apesar dos maiores teores de carbono orgânico no ponto PC509 não houve variação
significativa na concentração de metais em relação às demais estações amostrais. Também não
foram identificadas tendências de acúmulo destes elementos nas porções onde o sedimento
apresenta granulometria mais fina (PC509 e PC507).
As correlações observadas entre os principais elementos, associam as concentrações de
Al e Fe (r=0,77), Zn e Cu (0,71),Pb e Al (0,70), Pb e Fe (0,57), Mn e Cr (0,75), Pb e Co (0,53),
Cr e Ni (0,75) e menos acentuadamente Cu e Ni (0,44). Devido a pouca idade do lago, estas
correlações apontam a pouca ação industrial na contaminação do lago e estas correlações se
devem a constituição do solo e rochas do fundo do lago e da bacia hidrográfica em geral.
Conclusões
Os lago do Irai apresenta formação ainda incipiente de lodo no fundo, de constituição
essencialmente mineral, representando em grande parte a constituição do solo de base da
barragem. Nos pontos de menor hidrodinâmica o material amostrado apresentou granulometria
mais fina (argila e silte) e maiores teores de C.
Embora existam fonte contaminantes urbano-industriais e agrícolas importantes na
bacia a constituição do material de fundo da barragem aparentemente não foi fortemente
influenciada, provavelmente pelo pouco tempo de enchimento. Nas amostras de água não foram
identificadas em níveis superiores ao limite de detecção nenhum dos elementos avaliados.
Assim, as concentrações de metais identificadas neste trabalho podem ser propostos
como referência para trabalhos de monitoramento futuros na região.
Referências bibliográficas
• ESTEVES, F. A. Fundamentos de Limnologia. Rio de Janeiro: Interciência,. 2 ed, 602 p, 1998.
• PAVAN, M.A.; BLOCH, M.F., ZEMPULSKI, H.C.; MIYASAWA, M.; ZOCOLER, D.C. Manual de
análise química de solo e controle de qualidade, IAPAR, Circular 76, Londrina, 1992.
• MINEROPAR, Minerais do Paraná S.A.. Atlas geoquímico do Paraná. Curitiba: Mineropar. 2001.
80p.
• ANDREOLI,C. V.; CARNEIRO, C; PEGORINI, E. S. Distribuição e Avaliação temporal de cátions
em água e sedimento do lago Iraí, Pinhais, PR. (no prelo)
• SANTOS, I. R. Geoquímica de elementos metálicos e matéria orgânica em sedimentos superficiais da
Lagoa Mirim, RS, Brasil. FURGS, 2003 (Monografia)
• JACKSON,J. Metais pesados e Outras Substâncias Tóxicas Inorgânicas. In:TUNDISI, J. G. (ed.)
Gerenciamento de Substâncias Tóxicas em lagos e reservatórios. São Carlos: ILEC;IIE, 2002. P.71-87
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Público na Bacia do Altíssimo Iguaçu, Curitiba-PR, 18 e 19 de novembro de 2003.
GRÁFICO 01 – DISTRIBUIÇÃO DOS TEORES DE Fe, Al, Mn e Ba EM SEDIMENTO – LAGO IRAÍ – 2002/2003.
8 ,0 0
0 ,2 5
7 ,0 0
0 ,2 0
6 ,0 0
5 ,0 0
0 ,1 5
4 ,0 0
0 ,1 0
3 ,0 0
2 ,0 0
0 ,0 5
1 ,0 0
-
M
J
J
A
S
O
N
D
J
F
M
A
M
J
J
A
P C 507
S
O
N
D
J
F
M
A
M
J
J
A
P C 506
Al
S
O
N
D
J
F
M
A
M
J
J
A
S
P C 509
Fe
Mn
O
N
D
J
F
M
A
P C 502
Ba
GRÁFICO 02 – DISTRIBUIÇÃO DOS TEORES DE Zn, Pb, Cr, Cu, Ni e Co EM SEDIMENTO – LAGO IRAÍ – 2002/2003.
Zn s
200,00
Pb s
180,00
Cr s
Cu s
160,00
Ni s
140,00
Co s
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
M J
J A
S O N D J
PC 5 0 7
F M A
M J
J A
S O N D J
PC 5 0 6
F M A
M J
J A
S O N D J
PC 5 0 9
F M A
M J
J A
S O N D J F M A
PC 5 0 2
GRÁFICO 03 – DISTRIBUIÇÃO DOS TEORES DE V, Sr, Zr, La, Li, Y EM SEDIMENTO – LAGO IRAÍ – 2002/2003.
Vs
250,00
Sr s
Zr s
La s
200,00
Li s
Ys
150,00
100,00
50,00
M J
J A S O N D J
PC 5 0 7
F M A
M
J
J A S O N D J
PC 5 0 6
F M A
M J
J
A S O N D J
PC 5 0 9
F M A
M J
J A
S O N D J
PC 5 0 2
F M A
GRÁFICO 05. GRÁFICOS DE LOADINGS E SCORES DAS COMPONENTES PC2 X PC3.
Cases with sum of cosine square
1,0
6
Ts
5
Factor 3 : 11,82%
Ys
ZnpH
s s
Cu s
Ni s Cr s
Cs
SV (%)
-0,5
c4
c5
c8
c2
c3
a2
c12
a8
a7
a11
a3a4
m9
a1
m1 m11m12 m7 a9 a12
m8
m3 t6
m2
t10a6 m6 a5
m10 a10 m4
m5
t12 t9
t3
t4
t8t2
t11
t7
t1
t5
1
PC 507
0
-1
areia
c7
PC 506
c1
c11
2
SF (%)
(%)
ST
Pb s
argila
c10 c9
3
Mn
Co sFe
Zr s
Al
Vs
Li s
c6
4
Sr s
Ba
,
La s
0,5
0,0
0,00
7
silte
PC 509
-2
PC 502
-3
-4
-1,0
-1,0
-0,5
0,0
Factor 2 : 18,81%
0,5
1,0
-5
-6
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8