Comportamento histórico da concentração de metais e não

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Comportamento histórico da concentração de metais e não-metais em sedimentos do
Reservatório Tanque Grande, Guarulhos (SP), a partir do estudo de testemunho
Décio Luis Semensatto-Jr. a *, Antonio Manoel dos Santos Oliveira a, Geórgia Christina
Labuto Araújo b, Claudio da Silva a
a
Centro de Pesquisa e Pós-Graduação (CEPPE), Programa de Pós-Graduação em
Análise Geoambiental, Universidade Guarulhos (UnG). Praça Tereza Cristina, no 1,
Centro, Guarulhos (SP), CEP: 07.023-070. [email protected], [email protected],
[email protected]
b
Escola de Artes, Ciências e Humanidades (EACH), Universidade de São Paulo (USP),
Av. Arlindo Bettio, no 1000, Ermelino Matarazzo, São Paulo (SP), CEP 03828-000.
[email protected]
* Autor correspondente: +55 11 2464 1665. [email protected]
Palavras-chave: metais, sedimento, reservatório, ambientes aquáticos, poluição.
Título abreviado: Metais no Reservatório Tanque Grande
ABSTRACT
The Tanque Grande Reservoir is located at Guarulhos (São Paulo Metropolitan Region)
and it has been target of pressure by the advance of the urban zone towards it. The
concentrations of metals and no-metals in sediments at the reservoir were analyzed from
a core extracted at the delta in the head of the reservoir, with the goal of knowing the
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behavior of some elements during its history. The core was collected with a vibro-corer
and the elements (Ba, Ca, Cd, Cr, Cu, K, Mg, Mn, Ni, P, S e Zn) were analyzed with an
inductively coupled-plasma optical emission spectrometer (ICP OES). The core is 290
cm-deep and revealed three distinct phases, from the bottom to the top: (i) pre-dam,
from 270 to 290 cm, with sediments of coarse sand and gravel and lower concentration
of metals; (ii) earlier post-dam, from 90 to 240 cm, with dark grey mud-sandy
sediments and high concentration of organic matter and metals; and (iii) deltaic, from 3
to 60 cm, with brown mud-sandy sediments and concentration of metals usually equal
or lower than the previous phase. Most of concentrations are lower than the Brazilian
legal limits, but attention may be given to the concentration of Cd, Cu and Pb because it
is between the values of “reference” and “attention”, legally defined by the State of São
Paulo.
RESUMO
O Reservatório Tanque Grande está localizado no município de Guarulhos (Região
Metropolitana de São Paulo) e tem sido alvo de pressão pelo avanço da zona urbana em
sua direção. As concentrações de metais e não-metais em sedimentos do reservatório
foram determinadas em um testemunho localizado no delta da cabeceira da represa, com
a finalidade de se conhecer o comportamento de alguns elementos ao longo da história
do reservatório. O testemunho foi coletado com um equipamento “vibrotestemunhador” e os elementos (Ba, Ca, Cd, Cr, Cu, K, Mg, Mn, Ni, P, S e Zn) foram
analisados por meio de um espectrômetro de absorção atômica com plasma induzido
(ICP OES). O testemunho, com 290 cm de profundidade, revelou três fases distintas: (i)
pré-barramento, entre 270 e 290 cm, com sedimentos de areia grossa e cascalho e baixa
concentração de metais; (ii) pós-barramento inicial, entre 90 e 240 cm, com lama-
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arenosa cinza escura, alta concentração de matéria orgânica e de metais; e (iii) deltaica,
entre 3 e 60 cm de profundidade, com lama-arenosa marrom e concentração de metais
geralmente igual ou inferior à fase anterior. A maior parte dos metais encontra-se em
concentrações inferiores ao limites legais brasileiros, embora atenção deva ser dada
principalmente a Cd, Cu e Pb por se encontrarem entre os valores de referência e
atenção, definidos pela legislação do Estado de São Paulo.
INTRODUÇÃO
Os metais estão amplamente distribuídos nos sistemas aquáticos, presentes em
solução, compondo minerais, ou ainda, adsorvidos a partículas orgânicas e inorgânicas
(e.g., ácidos húmicos, argilas e óxidos ou hidróxidos de Fe e Mn), podendo acumular-se
diretamente nos sedimentos de fundo (Evans et al., 2003). O sedimento pode constituirse como meio depositório de contaminantes e, em função da difusão, bioturbação ou
ressuspensão do sedimento, observa-se a contaminação da coluna d’água e sua queda de
qualidade, além de efeitos geralmente nocivos sobre a biota (CCME, 1999; Crabill et
al., 1999; Van den Berg et al., 1999; Zoumis et al., 2001; An et al., 2002; Mozeto et al.,
2003; Belzile et al., 2004; Bonnet et al., 2008). Considerando ainda a característica de
acumulação, Salomons & Förstner (1984) afirmam que a análise dos sedimentos
constitui-se em uma das ferramentas mais importantes na avaliação da contaminação
dos sedimentos lacustres. Neste contexto, Silva & Rezende (2002) afirmam que o
estudo de testemunhos pode ser aplicado em uma perspectiva histórica que busca
relacionar as mudanças dos ecossistemas adjacentes com as possíveis fontes de emissão
de metais.
Desde 1950, a cidade de Guarulhos tem experimentado um crescimento
populacional vertiginoso, saltando de 35 mil habitantes para pouco mais de 1.2 milhão
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em 2007, de acordo com uma estimativa do IBGE (2009). Tal fenômeno causou intensa
degradação ambiental, caracterizado por um processo de ocupação urbana desordenada.
Nos últimos anos, a mancha urbana tem se expandido em direção a Serra da Cantareira
(Graça, 2007), que concentra importantes mananciais da Região Metropolitana de São
Paulo (RMSP). A bacia do Reservatório Tanque Grande (Figura 1), objeto do presente
estudo e responsável por cerca de 3% do abastecimento público de água do município,
vem sofrendo significativa pressão da expansão imobiliária e do desenvolvimento
atividades econômicas rurais (Saad et al., 2007).
Figura 1. Localização do Reservatório Tanque Grande, município de Guarulhos (SP).
Considerando a importância do Reservatório Tanque Grande para o município
de Guarulhos e as diversas ações de governo e universidades no sentido de melhor
compreender a dinâmica destes sistemas, o presente trabalho objetivou conhecer o
comportamento histórico de diversos metais e não-metais no sedimento do reservatório,
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servindo como referência para o monitoramento, comparações com outros sistemas da
RMSP e subsidiando as ações públicas de conservação e recuperação deste tipo de
ambiente e estudos futuros sobre a bacia.
METODOLOGIA
A coleta de sedimentos foi realizada em 29 de abril de 2009 no ponto
denominado Delta 1, por meio do procedimento do vibro-testemunhador (vibro-corer),
em depósito que ocorre na desembocadura do córrego Tanque Grande na cabeceira do
reservatório (coordenadas UTM 7.414.718 S e 350.671 W). Este depósito do tipo delta
vem avançando para o interior do reservatório desde a época em que o córrego foi
barrado, há cerca de 50 anos.
O procedimento utilizado proporciona a coleta de sedimentos, com pouca
perturbação da coluna estratigráfica, mesmo quando são pouco consolidados e saturados
de água, de acordo com Martin et al. (1995). O vibro-testemunhador permite obter uma
coluna vertical de sedimentos pouco deformados, possibilitando a determinação da
espessura do depósito, a análise das diversas camadas presentes e a coleta de amostras
para diversas análises laboratoriais, físicas, químicas e de datação.
O vibro-testemunhador tem basicamente 3 componentes: um tubo de alumínio
(testemunhador), um mangote vibratório, usado na construção civil para homogeneizar
o concreto, e um motor que o faz vibrar. Para a operação do sistema, o mangote é
conectado ao tubo por meio de uma braçadeira de aço. O tubo coletor é posicionado
verticalmente e é iniciada a vibração. O tubo avança cravando-se no sedimento, sem
esforço adicional se o sedimento for pouco consolidado. A extração do tubo é feita
utilizando-se uma talha presa no topo de um tripé previamente montado para essa
finalidade (Figura 2). Após sua extração, o tubo é nomeado, identificados o topo e a
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base, vedado e transportado ao laboratório para posterior abertura, descrição das
camadas e amostragens para análises laboratoriais específicas.
Figura 2. Coleta do testemunho por meio de equipamento vibro-testemunhador.
Após a abertura do testemunho em laboratório, 11 amostras de sedimento foram
retiradas aproximadamente a cada 30 cm, iniciando-se no topo com 3 cm de
profundidade e chegando-se até a base, com 290 cm de profundidade.
Para cada amostra, separou-se triplicatas de 500 mg de sedimento previamente
seco por 24 horas em estufa a 60°C. A extração dos elementos foi realizada
empregando-se 2 alíquotas de 2 ml de água régia (1HNO3:3HCl) sob aquecimento de
aproximadamente 80°C em banho de areia até a evaporação da mistura extratora. Após
a evaporação da segunda alíquota, adicionou-se 5 ml de HCl e o volume das soluções
foram elevados para 10 ml com água destilada-desionizada. Tal método extrai a fração
de metais associados à matéria orgânica, carbonatos e hidróxidos de Fe e Mn,
considerada potencialmente biodisponível (Preda & Cox, 2002; Teódulo et al., 2003).
Esta fração também reflete a contribuição antropogênica eventualmente repassada para
o meio aquático por processos de dessorção, solubilização e destruição de complexos
(Jesus et al., 2004). Em seguida, as amostras foram analisadas em um espectrômetro de
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absorção atômica com plasma induzido (ICP OES) de visão radial, marca Varian, com
nebulizador V-Groove. Os elementos determinados foram: Ba, Ca, Cd, Cr, Cu, K, Mg,
Mn, Ni, P, S e Zn.
No Brasil não há legislação federal específica que determine os limites máximos
admitidos para a concentração de metais em sedimentos. Assim, para efeito de análise,
utilizaram-se os limites que servem como referência para dragagem e disposição de
sedimentos de rios e reservatórios no Estado de São Paulo (São Paulo, 2004) e o “nível
de efeito provável” (probable effect level – pel, em inglês), acima do qual as
concentrações são altas o suficiente para causar efeitos deletérios sobre os organismos,
estabelecido pela legislação ambiental canadense (CCME, 1999) e adotado por alguns
órgãos ambientais brasileiros, como a CETESB.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os sedimentos coletados no testemunho podem ser divididos em três fases, da
base para o topo. A primeira é a fase pré-barramento, representada pelas amostras 10 e
11, a 270 e 290 cm de profundidade, respectivamente. Do ponto de vista textural, os
sedimentos caracterizam-se por areia grossa e cascalhos, típicos de leitos de ambientes
lóticos com maior energia. A segunda fase é a pós-barramento inicial, com as amostras
04 a 09, entre 90 e 240 cm de profundidade, respectivamente. Nesta fase os sedimentos
são formados por uma lama arenosa cinza escura, com grande concentração de matéria
orgânica advinda do processo de decomposição de plantas que ocorreu logo após o
barramento. A terceira fase é a pós-barramento deltaica, formada pelas amostras 01 a
03, de 3 a 60 cm de profundidade, respectivamente. Os sedimentos caracterizam-se por
uma lama arenosa marrom, provindos principalmente da bacia contribuinte a montante,
com a presença de fragmentos de raízes de macrófitas aquáticas. Como o testemunho
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está posicionado próximo ao extremo do delta, o pacote sedimentar desta fase é pouco
espesso.
Considerando que o reservatório foi construído há 50 anos e que os sedimentos
da fase pós-barramento inicial possuem o limite mais profundo a 240 cm, estima-se que
a taxa de sedimentação deste ponto do reservatório é de 4.8 cm ano-1, embora deve-se
ter em mente que a sedimentação não ocorre de forma regular no tempo (Birch et al.,
2001). No caso do Reservatório Tanque Grande, em que a contribuição das chuvas no
balanço hidrológico é muito maior que de águas subterrâneas, o aporte de sedimentos
para o reservatório ocorre com maior intensidade no período chuvoso de verão.
Contudo, a taxa ora estimada presta-se a algumas aproximações para datação. A fase de
pós-barramento inicial durou cerca de 37 anos (entre 1959 e 1996), sendo que a fase
deltaica iniciou-se neste ponto há cerca de 13 anos (a partir de 1996).
Em relação à concentração de metais, repete-se o padrão das três fases
observadas com a textura dos sedimentos (Figura 3). Em geral, as concentrações da fase
pré-barramento são menores, em comparação com as outras duas fases. Para os metais
ora analisados com concentração máxima determinada pela legislação (Ba, Cd, Cr, Cu,
Ni, Pb e Zn), em todos os casos as concentrações pré-barramento estiveram abaixo dos
limites legais.
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Figura 3. Concentração de metais e não-metais no testemunho. “vr”: valor de referência;
“va”: valor de atenção; “pel”: probable effect level (nível de efeito provável). Os valores
de referência e atenção constam em São Paulo (2004). Os valores de “pel” constam em
CCME (1999).
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A fase pós-barramento inicial apresenta, em geral, as maiores concentrações de
metais do testemunho, principalmente para Cr, Ni e Zn, além de P e S. Maiores
concentrações de metais nesta fase podem ser explicadas pela presença de sedimentos
finos (Silva & Rezende, 2002) com maior concentração de matéria orgânica (Johansson
et al., 1995; Li et al., 2007) e pelas mudanças na dinâmica de sedimentação e uso e
ocupação da bacia contribuinte nos últimos 50 anos. Neste último aspecto, destaca-se o
aumento constante da concentração de K, provavelmente relacionado à intensificação da
atividade de agricultura e piscicultura a montante do reservatório, discutidos por Saad et
al. (2007).
Em comparação com os dados de Silva et al. (2002), que estudaram os
reservatórios Billings, Pirapora e Rasgão, todos na RMSP, as concentrações de metais
ora encontradas são de 5 a 10 vezes menores. Este fato mostra que o reservatório ainda
conserva características naturais relativamente preservadas.
Alguns metais apresentaram concentrações oscilantes ao longo da coluna,
notadamente Cd, Cu e Pb. Estas oscilações podem estar associadas a uma maior
dinâmica de sedimentação, que dificulta o estabelecimento de tendências mais precisas
(Birch et al., 2001). Em estudos realizados na Escandinávia, pesquisadores associaram à
deposição atmosférica o enriquecimento destes mesmos metais em sedimentos (Verta,
et al., 1989; Johansson et al., 1995). Como o Reservatório Tanque Grande está
localizado na região leste da RMSP, caracterizada por ser a mais industrializada, é
possível que haja uma contribuição importante da poluição atmosférica como fonte
destes metais nos sedimentos. Deste modo, é necessária maior atenção a esses metais
porque suas concentrações enquadraram-se sempre entre o valor de referência (vr) e o
valor de atenção (va), podendo constituir-se em um problema ambiental no futuro.
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CONCLUSÕES
Os sedimentos do delta do Reservatório Tanque Grande apresentam três fases
distintas, em que é possível observar variação na textura e concentração de metais e
não-metais comparando-se a fase pré-barramento e as fases pós-barramento inicial e
deltaica. A maior parte das concentrações encontra-se dentro dos limites estabelecidos
pela legislação brasileira, embora alguns metais (Cd, Cu e Pb) estejam em níveis que
demandam maior atenção das autoridades.
Os resultados aqui apresentados representam o primeiro registro da concentração
de metais nos sedimentos deste reservatório, indicando condições de relativa boa
conservação. Além disso, as concentrações constituem-se como referência para o
monitoramento da qualidade ambiental do Tanque Grande, sobretudo em face e das
mudanças no uso e ocupação e da crescente pressão imobiliária de seu entorno.
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AGRADECIMENTOS
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Os autores agradecem ao Laboratório de Geociências da UnG e, especialmente, ao seu
técnico, biólogo Ricardo Feiffer Nunes de Paula pelo apoio na execução das sondagens
de vibro-core. Agradecimentos também são devidos ao GAIA (Grupo de Análise
Instrumental Aplicada), UFSCar/EMBRAPA, pelo apoio na análise de metais.