Metais traço em solos da microbacia hidrográfica do São José na Região Metropolitana do Cariri/CE.

Autores

1Almeida, F.D.P.; 2Gomes, B.L.; 3Gonçalves, F.S.; 4Lopes, W.A.; 5Bacurau, V.P.; 6Abreu, D.S.; 7Menezes, J.M.C.; 8Figueiredo, Y.A.; 9Feitosa, J.H.A.; 10de Paula Filho, F.J.

Resumo

Estudos relacionados à determinação de metais traço em sedimento fornecem informações relevantes para propiciar ações preventivas e corretivas pelos órgãos ambientais em potenciais áreas contaminadas. Sendo assim, este trabalho objetivou realizar a caracterização química de sedimentos coletados na microbacia hidrográfica do São José no Cariri cearense, através da análise granulométrica e da avaliação da concentração de metais traço. A análise granulométrica aponta que os sedimentos em estudo possuem frações predominantemente de areia grossa. Os metais traço avaliados apresentaram concentrações que, em geral, excederam os valores de prevenção dos valores de referencia de qualidade (VRQ) da legislação ambiental brasileira.

Palavras chaves

Solos semiáridos; Metais traço; Microbacia Hidrográfica

Introdução

A microbacia hidrográfica do São José localizada na Região Metropolitana do Cariri cearense, é um importante recurso hídrico para os municípios de Crato, Juazeiro do Norte e Barbalha, municipalidades nas quais está inserida. Devido ao crescimento demográfico e o desenvolvimento econômico dos municípios em questão, o uso e ocupação do solo em torno dessa microbacia está ocorrendo de forma irregular, causando assim, consequências negativas. Ademais, grande parte da população não dispõe de esgotamento sanitário adequado, por esse motivo, a microbacia do São José está sendo alvo de lançamento de efluentes domésticos. Segundo De Paula Filho et al.(2021), os efluentes gerados pelos esgotos domésticos são os principais responsáveis pela má qualidade em que se encontram os mananciais, visto que, são constituídos por contaminantes orgânicos, nutrientes e microorganismos, que podem apresentar potencial patogênico. Sendo assim, é de suma importância realizar o monitoramento da qualidade de água dos recursos hídricos, nos seus parâmetros físicos, químicos e microbiológicos, com a finalidade de obter informações que permitam o controle da degradação. Os efluentes domésticos e industriais são ricos dos principais nutrientes com elevado potencial de eutrofização (nitrogênio total e fósforo total) e carregado de diversos poluentes, como metais traço. Os metais traço têm origem natural, como componentes de rochas e a ocorrência natural desses elementos em solos, depende sobretudo, do material de origem sobre o qual o solo se formou e dos seus processos de formação (FADIGAS et al., 2002). Assim, os processos naturais de solubilização das rochas e sua lixiviação no solo, contribuem para a presença desses elementos contaminantes nos recursos hídricos. De acordo com Araújo et al. (2010) a saúde humana e a biota podem ser afetadas de modo significativo por atividades industriais e agrícolas, tendo em vista que podem apresentar em seus processos metais traço e esses, por sua vez, são considerados bioacumulativos. Apesar de determinados metais traço serem essenciais para alguns seres vivos, as atividades antrópicas têm elevado a quantidade desses elementos no meio ambiente. Dessa maneira, os metais traço contaminam os organismos vivos, por meio da poluição do solo, da água e do ar, e assim devido seu efeito bioacumulativo, podem contaminar toda cadeia alimentar. Vale ressaltar também, que alguns metais traço são essenciais para o desenvolvimento de plantas e outros em pequenas concentrações, apresentam importante papel no metabolismo dos organismos. No entanto, as atividades antrópicas têm elevado a quantidade desses elementos no meio ambiente e tal fato é bastante preocupante, devido a propriedade bioacumulativa dos metais. A bioacumulação transforma concentrações antes consideradas como aceitas, em concentrações altamente tóxicas para a saúde humana e para a biota. Em relação a legislação brasileira, a resolução n° 420/2009 do CONAMA, alterada pela resolução nº 460/2013, dispõe sobre critérios e valores orientadores de qualidade do solo quanto à presença de substâncias químicas e estabelece diretrizes para o gerenciamento ambiental de áreas contaminadas por essas substâncias em decorrência de atividades antrópicas. Essa resolução aborda sobre o Valor de Referência de Qualidade (VRQ), que é baseado em interpretação estatística de análises físico-químicas de amostras de diferentes tipos de solos. Considerando os aspectos apresentados e tendo em vista o crescimento populacional e o desenvolvimento econômico nos municípios da região metropolitana do Cariri, na qual está inserida a microbacia do São José, fica clara a importância do desenvolvimento desse estudo, a fim de avaliar a qualidade da microbacia em questão, proporcionar a divulgação dos resultados para a sociedade e promover a comparação com outros estudos. Diante das prerrogativas listadas anteriormente, o presente trabalho pretende realizar uma avaliação ambiental na microbacia hidrográfica do São José no Cariri cearense, através da caracterização química de sedimentos, indicando a concentração de metais traço. Através dessa pesquisa, será possível fornecer informações que permitam o controle da degradação e contribuam com o desenvolvimento de estratégias de gestão dos recursos hídricos e do meio ambiente. Especialmente devido ao fato que a microbacia em estudo é desprovida de monitoramento contínuo, ou seja, as informações oficiais sobre as concentrações desses contaminantes são escassas.

Material e métodos

A microbacia hidrográfica do São José (MHSJ) encontra-se localizada ao extremo sul do Estado do Ceará, na Região Metropolitana do Cariri e apresenta maior parcela no município de Crato e menor em Juazeiro do Norte e Barbalha. E o seu exutório está situado na zona de conurbação entre Juazeiro do Norte e Crato.Constituinte da bacia hidrográfica do rio Jaguaribe e da sub-bacia do rio Salgado, a microbacia em estudo possui parte de sua área na Chapada do Araripe, e também, na parte de encosta e apresenta uma área de aproximadamente 41 km². Para realizar o estudo, foram coletadas 10 amostras de sedimento superficial, cobrindo toda a extensão da microbacia, no mês de agosto de 2021. As coordenadas geográficas dos pontos foram marcadas através de Sistema de Posicionamento Global (GPS). Para retirada de amostras foi utilizada uma pá, um cano de PVC e um martelo de borracha. Em seguida, as amostras foram etiquetadas e acondicionadas em sacos plásticos e foram levadas para o laboratório da Central Analítica da Universidade Federal do Cariri, onde cada amostra foi seca em estufa a temperatura de 80°C. Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT (1995), as análises de granulometria de um solo são de extrema relevância para representação deste pelas dimensões de suas partículas, e respectivas percentagens em massa. O processo de tamisação das amostras foi realizado no Laboratório de Solos da UFCA, com base na ABNT NBR 7217/87. Foi empregada uma massa de 100g de amostra de solo de cada ponto coletado, onde foi posteriormente adicionada, na sequência de peneiras com aberturas de 2000µm, 1000µm, 500µm, 250µm, 125µm e 63µm, com a fração menor de 63µm sendo coletada no fundo, a qual é utilizada como fração principal para as análises subsequentes, correspondendo as frações Silte+Argila, responsáveis pela maior incorporação dos metais traço presentes no solo. Terminadas as análises, a fração silte+argila foi devidamente acondicionada em recipientes lacrados e previamente etiquetados, com a finalidade de evitar contatos com contaminantes e/ou umidade indesejado. Para quantificar os metais traço presentes nas amostras estudadas, foi utilizado o equipamento de Fluorescência de Raios X (FRX). As leituras de FRX foram realizadas no Laboratório de Caracterização de Materiais da UFCA, com o espectrômetro Épsilon 1 da PANalytical. As condições de operação do equipamento foram pré-estabelecidas pelo fabricante, utilizando um ânodo de prata, ideal para leituras de S e Cl, evitando quaisquer interferências na linha de espectro. O equipamento trabalha com tensão do tubo configurada para 50 keV, o que auxilia na detecção de materiais mais traço. Os valores e critérios usados no trabalho como orientação para qualidade dos solos quanto à apresentação de contaminantes químicos para o gerenciamento ambiental são regulados pela CONAMA 420/2009 (BRASIL, 2009).

Resultado e discussão

A partir dos dados obtidos na etapa de peneiração, foi elaborada uma curva granulométrica para cada amostra, representando a quantidade de material passante em cada peneira em porcentagem, como observado no Figura 1. A análise das curvas de distribuição granulométrica revela que os solos em estudo possuem frações que variam da areia grossa à fração silte+argila, com predominância de areia. Sendo que o P10 apresentou a maior percentagem de silte+argila, ou seja, é o sedimento que possui mais finos e o P9 apresentou a menor percentagem de silte+argila. De acordo com as porcentagens de agregados presentes, o solo da microbacia do riacho São José pode ser considerado arenoso, com uma pequena fração de finos presentes. A porcentagem retida em cada peneira representando cada fração constituinte do solo é representada na Figura 1.A curva representada acima é uma representação média do comportamento granulométrico do solo, no qual observa-se o comportamento arenoso como característico para as amostras estudadas, diante da análise do gráfico apresentado na Figura 1, pode-se listar que acima de 80% dos solos foram retidos nas peneiras de 1000 a 2000 µm caracterizando o solo com predomínio de areia grosseira, enquanto próximo de 10% pode ser considerado com areia fina, restando uma fração inferior a 5,0% da massa total das amostras como Silte+Argila. Com base em análise estatística descritiva dos valores de metais traço e alguns metalóides obtidos por FRX, foram determinadas as faixas, médias e desvio padrão das concentrações como se segue: 2,0-6,0 % (4,2±1,1%) para Alumínio; 13-20% ( 16,7±2,2%) para Silício; 1,2-3,4 (2,1±0,8%) para Potássio; 0,2-2,6 (1,0±0,7%) para Cálcio; 1,4-6,4 (4,3±1,5%) para Ferro; 0,6 – 0,9 (0,7±0,1 mg Ti kg-1); 7,4 -90,4 (64,1±29,2 mg Cr kg-1); 122 – 941 (469±309 mg Mn kg-1); 2,6-547 (391±172 mg Co kg-1); 13 – 98 (58±28 mg Ni kg- 1); 26 – 596 (317 ±158 mg Cu kg-1); 27 – 232 (116 ± 69 mg Zn kg-1). A Figura 2 apresenta os resultados médios de concentração para os metais presentes nos solos da MHSJ. O conhecimento dos teores naturais de uma determinada substância é o mais simples e direto método para o estabelecimento de valores orientadores. Dessa forma, a adoção de valores de referência de qualidade (VRQ) se impõe no contexto como uma excelente ferramenta para identificar áreas contaminadas e contaminantes de interesse, em locais específicos, de modo a fornecer uma orientação quantitativa em estudos de avaliação de riscos, e na tomada de decisão nas questões de prevenção, remediação, reciclagem e disposição de resíduos em solos (PAYE, 2008). Desta forma uma análise individualizada para os principais metais traço de maior potencial contaminante será conduzida considerando os VRQ estabelecidos pela legislação ambiental. Considerando os valores mais restritivos (valores de prevenção) e de intervenção agrícola, temos as seguintes faixas para alguns metais, em mg. Kg-1: Cr (75 – 150), Co (25 -35), Ni (30-70), Cu (60 -200) e Zn (30 – 450). Considerando os metais listados na CONAMA 420/2009, e os resultados compilados no presente estudo é possível verificar que em média o valor de Cromo nos solos da MHSJ foi inverior ao valor de prevenção (75 mg.Kg-1). Em 50% dos pontos de amostragem os valores excederam 75 mg. Kg-1 (prevenção) varinado entre 80 - 91 mg.Kg-1 (P3,P6,P7,P8 e P9). Com exceção de P10, em todos os demais sítios de amostragem o cobalto excedeu o limite de intervenção agrícola (35 mg.Kg-1), sendo em média onze vezes superior. Este fato precisa ser mais bem averiguado uma vez que não há mineralização do metal na litologia local. Os valores para o níquel foram em média duas vezes superiores aquele do limite de prevenção, sendo inferior ao de intervenção agrícola. No entanto em P9 foi verificada anomalia com valor de 98 mg Ni Kg- 1, superando o valor superior de intervenção agrícola (70 mg.Kg-1). O valor médio de cobre nos solos excedeu em duas vezes o limite de intervenção agrícola (200 mg.Kg-1), fato que pode estar relacionado ao uso agrícola da maior parte dos pontos de amostragem. O uso de defensivos agrícolas em diferentes cultivares pode elevar as concentrações superficiais do metal nos solos. Por outro lado, o zinco apresentou valore inferiores ao limite de prevenção, em todos os sítios de amostragem. É importante salientar que os dados obtidos por FRX são obtidos por meio de análise semiquantitativa, o que para alguns elementos traço específicos pode não ser suficiente para garantir a acurácia do método. Nestes casos, para estabelecer valores mais precisos pode ser necessária realizar uma calibração do aparelho com padrões certificados.



Figura 1

Curva granulométrica para os solos da microbacia hidrográfica do São José/CE.

Figura 2.

Concentração de metais em solos da microbacia hidrográfica do São José/CE.

Conclusões

Os solos da microbacia do riacho São José são predominantemente arenosos com terrores de silte e argila inferiores a 5% na maior parte dos sítios da amostragem avaliados. Este aspecto demonstra uma baixa capacidade de retenção de contaminantes e de matéria orgânica. Os resultados obtidos por Fluorescência de Raios-X, demonstraram para a maior parte dos metais avaliados que suas concentrações superam o limite de prevenção preconizados na legislação ambiental. Em alguns pontos específicos superam os limites de intervenção agrícola. Este resultado condiz com o uso urbano e agrícola da microbacia que vem sendo explorada por atividades agropecuárias e de avanço de áreas urbanas por loteamentos, bem como novas rodovias. Os resultados geoquímicos apresentados neste trabalho, podem contribuir para elaboração de uma base de dados para monitoramento ambiental, por se tratar de um ambiente em processo de transformação no uso e ocupação do solo. Os dados compilados podem ser utilizados como background, ou seja, os valores de fundo obtidos para elementos e/ou compostos podem servir de referência para a composição natural dessa localidade, e valores desconformes aqueles identificados como de background podem ser associados a diferentes fontes antrópicas.

Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio financeiro da Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FUNCAP) (Programa BPI processo nº BP4- 00172-00080.01.00/20).

Referências

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7217/87 –Agregados – Determinação da Composição Granulométrica. Rio de Janeiro, ABNT. 1987.
ARAUJO, B.F.; ALMEIDA, M.G.; SALOMÃO, M.S.M.B.; GOBO, R.R.; SIQUEIRA, V.C.; OVALLE, A.R.C.; REZENDE, C.E. Distribuição de Hg total e suas associações com diferentes suportes geoquímicos em sedimentos marinhos da margem continental brasileira: bacia de campos – Rio de janeiro, Quim. Nova, vol. 33, n. 3, p. 501, 2010.
BRASIL, Resolução CONAMA N° 420, DE 28 de dezembro de 2009. Dispõe sobre critérios e valores orientadores de qualidade do solo quanto à presença de substâncias químicas e estabelece diretrizes para o gerenciamento ambiental de áreas contaminadas por essas substâncias em decorrência de atividades antrópicas. Publicado no D.O.U.
DE PAULA FILHO, FJ.; MARINS R.V.; SANTOS, D. V.; PEREIRA JUNIO, R.F.; MENEZES, J. M. C.; GASTAO, F.G.C.; GUZZI, A.; TEIXEIRA, R.N.P. Assessment of heavy metals in sediments of the Parnaíba River Delta in the semi-arid coast of Brazil. ENVIRONMENTAL EARTH SCIENCES (INTERNET), v. 80, p. 167, 2021.
FADIGAS, F. S.; AMARAL-SOBRINO, N. M. B.; MAZUR, N.; DOS ANJOS, L. H. C.; FREIXO, A. A. Estimation of Reference Values for Cadmium, Cobalt, Chromium, Copper, Nickel, Lead, and Zinc in Brazilian Soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis. v. 37, p. 945-959. nov. 2006.
PAYE, H. de Sá. Valores de referência de qualidade para metais pesados em solos no Estado do Espírito Santo. Universidade Federal de viçosa, Dezembro de 2008.

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