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Title: Intemperismo químico e influência antropogênica em uma bacia tropical granito-gnáissica situada na Região Serrana - RJ
Authors: Costa, Amanda Cristine Santos da
metadata.dc.contributor.advisor: Silveira, Carla Semiramis
metadata.dc.contributor.advisorco: Mello, William Zamboni de
metadata.dc.contributor.members: Maddock, John Edmund Lewis
Horbe, Adriana Maria Coimbra
Stríkis, Nicolás Misailidis
Issue Date: 20-Sep-2017
Abstract: importante sistema de drenagem da Região Serrana do estado do Rio de Janeiro. É caracterizada por clima tropical de altitude úmido com pluviosidade média anual de 2300 mm e temperatura média anual de 19ºC. A geologia local é definida por granitos e gnaisses representativos da região sudeste brasileiro com domínio de quatro principais unidades litoestratigráficas: suíte Serra dos Órgãos (53%), complexo Rio Negro (14%), suíte Cordeiro (13%) e suíte Nova Friburgo (7%). A área é predominantemente florestada, porém há interferência antropogênica como atividades de agricultura, pastagem e ocupação urbana. Amostras de água foram coletadas em Fevereiro e Agosto de 2013 em 21 pontos selecionados de forma a contemplar as variações litológicas e de formas de uso do solo. Uma alíquota foi filtrada e acidificada para posterior análise de cátions e para a análise de ânions as amostras foram filtradas e congeladas. Os elementos Na+, Mg2+, Ca2+, K+, SiO2 foram analisados por ICP-OES, o elemento Al3+ por ICP-MS e PO4 3-, Cl- e SO4 2- por cromatografia iônica. Dados secundários foram levantados complementando as análises realizadas (litogeoquímica, concentração de compostos fosfatados e nitrogenados, parâmetros físico-químicos e composição da chuva). Uma análise estatística de agrupamentos separou as sub-bacias de acordo com as formas de uso do solo, mostrando forte influência sobre a qualidade das águas. Para a análise dos processos intempéricos foi selecionada uma sub-bacia de cabeceira situada em uma unidade de conservação cuja floresta encontra-se em seu clímax de maturidade, livre de influência antrópica direta. Foram reunidas informações de mineralogia essencial da subbacia, índices de saturação (PHREEQC), composição química da chuva e fluxo de elementos maiores para definir as principais reações de intemperismo atuantes e quantificar o processo de intemperismo. O plagioclásio foi identificado como principal mineral intemperizado, sendo consumido em uma taxa de 649 mol ha-1 ano-1 formando os minerais caulinita e gibbsita, e contribuindo com a liberação de no mínimo 818 e no máximo 1491 mol ha-1 ano-1 de silício no rio (valor medido). Para explicar todo este fluxo de silício medido, o solo deveria ser composto por 14% de caulinita e 86% de gibbsita em percentual relativo às duas fases minerais. Com relação à qualidade das águas superficiais foi proposta a razão Na:Si como uma alternativa simples e eficiente de avaliação da influência antrópica sob as condições de toda a bacia. Razões acima de 0,6 indicariam um ambiente afetado por atividade antrópica. Verificou-se uma boa correlação do proxy sugerido com outros compostos indicadores de poluição, com razão Na:Si mínima de 0,4 e máxima de 0,6 para pontos de cabeceira. Baixas razões de Na:Si, porém com concentrações mais elevadas de compostos nitrogenados e fosfatados foram associadas a áreas agrícolas. Para áreas onde é observada a influência de atividade antrópica urbana (esgotos domésticos), a razão apresentou valores elevados com máximo de 5,1.
metadata.dc.description.abstractother: The Piabanha basin is part of the Paraíba do Sul River system. It is an important drainage in the Rio de Janeiro mountainous region. It is characterized by humid altitude tropical climate with 2300mm of annual rainfall and 19ºC of average annual temperature. The local geology is defined by granites and gneisses representative of the Brazilian southeast region with the dominance of four main lithostratigraphic units: Serra dos Órgão suite (53%), Rio Negro complex (14%), Cordeiro suite (13%) and Nova Friburgo suite (7%). The area is mainly forested, however there are anthropogenic interference such as agricultural activities, pasture and urban area. Water samples were collected in February and August 2013 at 21 selected points. They were chosen to cover lithological variations and land use patterns. One aliquot was filtered and acidified for further cation analysis. Another sample aliquot was filtered and frozen to anion analysis. The elements Na+, Mg2+, Ca2+, K+, SiO2 . were analyzed by ICPOES the element Al3+ by ICP-MS and PO4 3-, Cl- and SO4 2- by ionic chromatography. Data from literature were collected (litogeochemistry, phosphate and nitrogen compounds concentration, physico-chemical parameters and rain composition). The statistical cluster analysis classified the sub-basins according to land use patterns, due to the strong influence on water quality. To the weathering processes analysis, a headwater sub-basin was selected. It is located in a conservation unit with a climax forest, free of direct anthropogenic influence. Information on this sub-basin’s essential mineralogy, saturation indexes, rain chemical composing and major elements flow were gathered so the main weathering reactions were defined in order to quantify the weathering process. The plagioclase was identified as the main weathered mineral, being consumed at a rate of 649 mol ha-1 year-1 forming the minerals kaolinite and gibbsite and contributing to the liberation of 818 at least and 1491 mols maximum ha-1 year-1 of silicon on the river (measured value). In order to explain all this measured silicon flow, the soil should be composed by 14% of kaolinite and 86% of gibbsite in percentage relative of the two mineral phases. Regarding the water quality, the Na:Si ratio was proposed as a simple and efficient way to evaluate the anthropogenic influence. Ratios above 0,6 would indicate an environment affected by anthropogenic influence. There was a good correlation of the suggested proxy with other pollutants indicator compounds, with a ratio of Na: Si minimum of 0,4 and maximum of 0,6 for headwater points. Low ratio values of Na:Si related with high concentration of N and P compounds are associated with agricultural areas because of the use of fertilizers. Areas with high urban anthropic activity showed the highest ratio values with a maximum value of 5,1.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/4586
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