12. Águas Continentais

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Universidade Estadual do Ceará – Química Ambiental – Profa. Dra. Nadja Vasconcelos 
 
Rio Grande, México/USA 1 
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Os 20 Maiores Rios da Terra: 
• Transportam cerca de 40% das correntes continentais 
• Bom diagnóstico da média global da composição química 
2 
Somente o Rio Amazonas transporta cerca de 15% 
Depende de: 
Águas Continentais Naturais: rios, lagos, águas superficiais e 
subterrâneas 
Composição Química: muito variável 
• Constituintes Químicos 
• Processos de Intemperismo 
• Processos Biológicos 
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1. Química da dissolução: dominada por 
2. Conc. de íons em águas continentais < conc. de íons na crosta 
3. Composição de íons dissolvidos: difere muito da crosta continental 
apesar de que, em geral, nas águas os íons se originam do intempe-
rismo. A diferença de composição destaca-se quanto à Al e Fe 
devido ao modo como reagem na água. 
3 
Ca2+, Na+, K+, Mg2+ 
PRINCIPAIS CONSTITUINTES 
Cátion Crosta Continental (mg kg-1) Água de Rios (mg kg-1) 
Al 80,0 0,05 
Fe 35,0 0,04 
Ca 30,0 13,4 (1º) 
Na 29,0 5,2 (2º) 
K 28,0 1,3 (4º) 
Mg 13,0 3,4 (3º) 
d
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s
c
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te
 
> 
< 
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Ca, Mg, Na e K predominam, mas no global a química dos rios 
difere bastante: muitas variações são controladas pelas intem-
péries. 
4 
(Venezuela) (Canadá) (Índia) (México/USA) 
Composição de Íons Dissolvidos em 4 Rios com Diferentes Crostas 
 
 
 
 
 
 
 
 
(Cátion) (Ânion) 
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Solubilidade: considerada em termos da carga z e raio iônico r. 
Figura: representa a relação 
 
 Dissolução de íons: Comportamento Diferente 
5 
material particulado 
material dissolvido 
log versus log (|z|/r) 
 
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Íons com: 
a) z/r baixo: 
 - São muito solúveis 
 - Em solução são 
íons simples. 
b) z/r alto: 
 - São solúveis 
 - Formam oxiânions 
complexos 
6 
c) z/r intermediários: são relativamente insolúveis. A relação 
particulados/dissolvidos é relativamente elevada. 
Ratio of average elemental riverine particulate to dissolved con- 
centrations plotted against the ratio of charge to ionic radius for 
the most abundant ions of those elements. In case of dissolved 
oxyanions, the relevant dissolved species are shown in brackets 
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7 
• Íons menores, mas com carga 
maior: reagem formando 
hidróxidos insolúveis: 
 
 
 
• Íons de carga menor (+1, +2, -1, -2): 
dissolvem-se como cátions e ânions 
simples e interagem pouco apesar 
de serem cercados por moléculas 
d’água. 
 
 
Al3+(aq) + 3H2O(l)  Al(OH)3(s) + 3H
+
(aq) 
 
 
 
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• Íons ainda menores mas com carga maior: reagem e produzem 
íons relativamente maiores e mais estáveis (oxiânions, como 
SO4
= , NO3
-, CO3
=): S(IV)(s) + 4H2O(l)  SO4
=
(aq) + 2H
+
(aq) 
8 
 • Ânions maiores: se dissol-
vem facilmente 
 
Ânions maiores são mais 
solúveis, pois a carga se 
espalha num grande 
perímetro iônico 
Sal BaCl2.2H2O BaBr2.2H2O BaI2.7½ H2O 
Solubilidade g/100g de água (a 20ºC) 35,7 104 203,1 
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 Cálcio 
Em geral: cátion presente em maior 
concentração em águas naturais. 
 
9 
Dolomita Gipsita 
Calcita Aragonita 
Equilíbrio entre CO2 Dissolvido e Minerais de CaCO3: água com alta % 
de CO2 dissolve facilmente carbonatos: 
Fontes Primárias: gipsita (CaSO4.2H2O), 
dolomita (CaMg(CO3)2), calcita e aragonita 
(CaCO3) 
CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O  Ca
2+
(aq) + 2HCO3
- 
 A dissolução ou precipitação de CaCO3 depende da [CO2] 
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Cálcio Dissolvido: o teor de CO2 absorvido em águas em equi-
líbrio com o ar não é suficiente para justificar a [Ca2+]dissolvido, 
sobretudo em águas subterrâneas. Mas: 
 O alto teor de CO2 e HCO3
- deve-se à: 
 1) Respiração de microorganismos 
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O → 6 CO2 + 12 H2O + energia 
 2) Degradação de matéria orgânica na água, sedimentos e 
solo: {CH2O} + O2  CO2 + H2O 
 
 
 
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Dureza Temporária: deve-se à presença de Ca2+ e HCO3
-. 
Eliminada por ebulição da água: 
11 
Ca2+ + 2HCO3
-  CaCO3(s) + CO2(g) + H2O 
Com aumento da temperatura há liberação de CO2 
 
 A reação desloca-se para a direita  forma-se CaCO3 
Alumínio: compostos insolúveis em águas com pH 5 a 9 (carac-
terístico da maioria das águas naturais), mas são solubilizados 
em valores de pH muito altos ou muito baixos. 
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12 
Principais Equilíbrios: envolvem Al3+, Al(OH)3 e Al(OH)4
- 
 Al(OH)3(s) + OH
-
(aq)  [Al(OH)4
-](aq) (complexo solúvel) 
 Al(OH)3(s) + 6 H
+
(aq)  3 H3O
+
(aq) + Al
3+
(aq) (solúvel) 
 Al(OH)3(s)  3 OH
-
(aq) + Al
3+
(aq) (solúvel) 
O controle da solubilidade é importante, pois Al 
solúvel é tóxico à vida aquática e vegetal 
Alumínio em Água Para Consumo Humano: valor máximo per-
mitido 0,2 mg/L (Ministério da Saúde, Portaria nº 518/2004) 
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Acidificação das Águas Naturais: muitas vezes é natural 
a) Águas em solos acidificados: produção de íons H+ a partir da 
decomposição de matéria orgânica; 
13 
{CH2O} + O2  CO2 + H2O 
(H2CO3) 
b) Quando o deslocamento de cátions por H+ é maior que a 
velocidade de fornecimento de íons através do intemperismo. 
Reações de troca iônica: ajudam a tamponar em curtos períodos 
de tempo, mas, em períodos mais longos o suprimento de 
cátions se dá a partir do subsolo. 
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Águas alcalinas são raras. Por que? 
• Absorção de gases atmosféricos ácidos (CO2 e SO2) 
• Decomposição de matéria orgânica (libera CO2) 
Alcalinização das Águas por Processos Antrópicos: ex. é a ex-
tração de Al a partir da bauxita. O ouro é lixiviado com NaOH: 
14 
2 NaOH + 2 Al + 2 H2O  2 NaAlO2 + 3 H2 
Uma das maiores minas 
de bauxita do mundo 
(Trombetas, PA). Bauxita (sobretudo Al2O3) 
Al2O3 – 50 a 70% 
Fe2O3 – 0 a 25% 
H2O – 12 a 40% 
SiO2 – 2 a 30% 
TiO2, V2O3 – traços 
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 
 
15 
Silicato de TitânioVelocidade do Intemperismo: muito lenta 
 
Concentração de Si em muitas águas é baixa 
 
MAS: em solos ou subsolos onde os silicatos são 
as principais espécies, H4SiO4 pode ser encontrado 
em teores significativos. 
 
Silício 
Transportado em águas naturais a partir do intemperismo de 
silicatos minerais sob a forma de ácido silícico, H4SiO4. 
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REGIMES DE INTEMPÉRIES E ÍONS DISSOLVIDOS 
A composição de íons dissolvidos em águas naturais depende: 
1. Composição da água da chuva e da deposição atmosférica 
seca 
2. Da modificação da atmosfera por evapotranspiração 
3. Das contribuições de reações de intemperismo e da decom-
posição de matéria orgânica em solos e rochas 
4. Das retiradas por processos biológicos no solo 
16 
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Rochas Cristalinas ou Solos Tropicais Desgastados: as caracte-
rísticas químicas da água são mais influenciadas pelas condi-
ções atmosféricas: spray marinho, pós, gases antrópicos, etc. 
Regiões Costeiras: a influência de sais marinhos é comum. 
Os sais estão presentes em menores concentrações em águas 
de chuva de áreas continentais centrais distantes do mar. 
Sais marinhos que passam às águas de chuva têm química si-
milar à da água do mar de origem. Portanto: 
17 
Na+ e Cl- podem ser usados como medida da 
entrada de sais marinhos em águas de chuva 
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Águas Marinhas como Fontes de Íons em Águas de Chuvas 
Estima-se a influência computando-se as abundâncias relativas 
de Na+ e comparando-se com a mesma relação no mar. 
 Principais cátions dissolvidos se o intemperismo for 
significativo: 
 
 
18 
Cátions solúveis e derivados de rochas e solos locais. 
Ca+ liberado na dissolução é uma medida do intemperismo 
 
• Água de chuva ou 
• Intemperismo 
. Na+ . 
(Na+ + Ca2+) 
Procedência do Íon: Relação 
A composição de íons 
dissolvidos é classifi-
cada comparando os 
valores da relação com 
o nº total de íons 
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19 
grande contribuição de sais marinhos 
grande contribuição do intemperismo 
b) Íon Ca2+: a relação tende a zero 
 
Se predominar: 
a) Íon Na+: a relação tende a 1 
 
. Na+ . 
(Na+ + Ca2+) 
Relação: 
Classificação Simplificada da Composição de Águas 
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Embaixo à direita: Na+ predomina 
Situam-se rios com baixo teor de 
íons: fluem sobre rochas cristali-
nas de intemperismo lento ou 
sobre solos tropicais que sofre-
ram intenso intemperismo. 
Rio Amazonas: os afluentes 
drenam solos e sedimentos da 
Amazônia Central muito 
desgastados por intempéries. 
20 
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21 
 
 
 
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Afluentes do Rio Amazonas Situados 
nos Andes Peruanos 
Drenam rochas sedimentares erodí-
veis incluindo carbonatos. 
Possuem altos teores de cátions (450-
3000 mol L-1) e SO4
= de Ca, Mg (alta 
força iônica) além de alcalinidade 
Rios grandes como o Rio Amazonas: fluem sobre vários tipos de 
rochas adquirindo espécies dissolvidas devido às intempéries. 
 
 
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µ
 
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* 
* 
* 
Rio Grande*(Texas e México) 
(µ média) 
 
Rio Negro* (µ baixa) 
Rio Jordão* (µ alta) 
22 
 = ½ {  (ci zi
2) } 
Ex1: sol. NaCl 0,1 mol L
-1 
 = ½ (0,1x 12 + 0,1x 12) 
  = 0,1 
Ex2: sol. BaCl2 0,1 mol L
-1 
 = ½[0,1x 22 + (0,1x12)x2] 
  = 0,3 
 
 
 
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Rio Negro: baixa força iônica () e 
baixa concentração de cátions 
 
 
23 
 
Rio Negro 
Rio Solimões 
Rio Solimões 
Rio Negro 
 = ½ {  (ci zi
2) } 
< 200 mol L-1 
 
 
 
 
Principal Cátion: Na+ 
µ
 
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Formado a partir de água glacial fundida. 
É o melhor ex. de meio aquático com: 
 
Rochas metamórficas resultam da transformação de rochas pre-exis-
tentes quando há aumento de T e/ ou P. O fenômeno ocorre no esta-do 
sólido, isto é, as rochas não fundem. Se fundissem originariam um 
magma que ao cristalizar formaria uma rocha ígnea. 
24 
Rio Onyx 
Rio Onyx (maior rio da Antártica): 
baixa   Na+ predomina 
A química é dominada prati-
camente por íons marinhos. 
Mas quando flui sobre rochas meta-
mórficas e ígneas a composição de 
sólidos dissolvidos é maior e a pro-
porção de Ca2+ aumenta. 
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Apresentam tendências dadas 
pela reta AA’: incluem-se os rios 
Ganges e Mackenzie, apesar de 
diferenças geomorfológicas 
 
 
µ
 
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Águas Naturais Originadas em Áreas 
em Processos de Intemperismo 
 
 
 
 Têm maiores teores de íons: 
Ca2+ prevalece em relação a Na+ 
 
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Extremos de Composição: rios ricos em Na em relação ao Ca e 
Mg, mas também com altas concentrações de SiO2 compatíveis 
com o intemperismo de feldspatos. 
Drenam áreas onde as rochas não são facilmente sujeitas ao 
intemperismo e os solos não são totalmente degradados como 
os rios de menores concentrações. 
26 
Feldspatos: pertencem ao grupo de silicatos de alumínio conten-
do potássio, sódio, cálcio e raramente bário. 
(Na.K) AlSi2O3, CaAl2SiO3, BaAlSi2O3 
 
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Áreas Áridas 
Alta Evaporação: afeta as principais 
espécies dissolvidas concentran-
do-as  
 Favorece a precipitação de CaCO3 
E de NaCl? 
Não precipita pois é solúvel 
Formação de CaCO3: remove Ca
2+ 
dissolvido  aumenta o valor da 
relação Na+/(Na+ + Ca2+). 
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A composição de rios in-
fluenciados pela evaporação 
(representados por BB’): 
 
 
 
28 
Tendem para a composição da 
água do mar (Jordão, Rio 
Grande e Colorado ). 
 
 
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29 
Processos Biológicos: Atividade Biológica 
• Em Águas Correntes e Rios Pequenos: a atividade biológica 
tem pouca influência nos processos químicos, pois os efeitos 
podem ser diluídos pelo rápido fluxo. 
• Em Lagos e Rios Maiores: os fluxos são mais lentos e a ativi-
dade biológica pode alterara química da água. 
Fotossíntese: vegetais absorvem luz e a convertem em energia 
química. A energia liberada é usada na conversão de H2O, CO2 
ou HCO3
- e em MO: CO2(g) + H2O(l) 
luz {CH2O}(S) + O2(g) 
A fotossíntese é restrita às camadas superficiais: requer luz. 
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30 
Responsáveis pela fotossíntese em: 
a) Águas naturais superficiais: vegetais superiores e algas mi-
croscópicas (fitoplâncton) 
b) Lagos profundos e oceanos: fitoplâncton é o principal 
 • A quantidade de luz absorvida pelo material em 
suspensão (inclusive fitoplâncton) 
 • Presença de compostos coloridos dissolvidos 
A espessura da região absorvente varia com: 
 • Ângulo da radiação solar  
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31 
Decomposição de MO 
• Quase sempre tem influência bacteriológica 
• Pode ocorrer em qualquer espessura da coluna d’água 
• Consome O2 presente a partir das trocas gasosas na interface 
ar/água e parcialmente pelos produtos da fotossíntese: 
 {CH2O(S)} + O2(g)  CO2(g) + H2O(l) 
O2 Dissolvido em Função da Temperatura 
a 1ºC: 450 mol-1 a 20ºC: 280 mol-1 
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No verão a concentração de O2 é menor. Por que? 
O que ocorre no verão 
• As camadas superficiais se aquecem, tornam-se menos 
densas que as águas profundas mais frias. 
• Há estratificação da densidade o que limita as trocas entre 
águas superficiais oxigenadas e as águas profundas. 
• A matéria orgânica produzida nas águas superficiais penetra 
nas águas profundas onde é oxidada 
  
As concentrações de O2 caem 
32 
{CH2O(S)} + O2(g)  CO2(g) + H2O(l) 
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A velocidade de consumo do gás aumenta devido à: 
 • Demanda de matéria orgânica 
 • Aumento da fotossíntese nas águas superficiais 
 • Descarga direta de resíduos orgânicos 
33 
Desnitrificação (Redução de Nitrato): 
5 {CH2O} + 4 NO3
-  2 N2 + 4 HCO3
- + CO2 + 3 H2O 
O processo é limitado em águas naturais devido ao baixo teor de 
NO3
-, mas aportes antrópicos aumentam os teores e a disponibi-
lidade do íon. 
 
 
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34 
Fe e Mn: presentes como óxidos insolú-
veis de Fe(III) e Mn(IV). São receptores 
de elétrons e em meio redutor podem 
passar a Fe(II) e Mn(II) solúveis. 
Redução de Sulfatos a Sulfetos: não é importante se o teor de 
sulfato dissolvido for baixo, mas em águas marinhas é abundan-
te e a reação é significativa: 
2 {CH2O} + SO4
=  H2S + 2 HCO3
- 
Mas Fe só é solúvel em condições ácidas ou de menor potencial 
redox. {CH2O} + 7CO2 + 4Fe(OH)3  4Fe
2+ + 8HCO3
- + 3H2O 
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Metanogênese (redução): degradação anaeróbica 
de compostos orgânicos em metano e dióxido de 
carbono efetuada por bactérias metanogênicas. 
2 {CH2O}  CH4 + CO2 
35 
Pode ser um processo respiratório importante em águas naturais 
de lagos e sedimentos pantanosos ricos em matéria orgânica. 
CH4 borbulha em terrenos encharcados e aumenta significativa-
mente as reservas atmosféricas do gás. 
archaea 
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Nutrientes Requeridos por Vegetais no Meio Aquático 
 • Mg2+: é abundante. 
 • Compostos nitrogenados e fosforados: essenciais em baixas 
concentrações 
Relação N/P necessária a um ótimo crescimento de algas 
 • Águas Marinhas: 16:1 
 • Águas Doces: a relação é muito variável 
O crescimento de algas pode ser limitado: 
 • Pela disponibilidade de luz 
 • Se a demanda de N e P exceder a disponibilidade 
36 
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Fósforo (P) Inorgânico Dissolvido(DIP): assimilado quando a 
água circula sobre rochas e solos desagregando-os gradualmen-
te. A erosão de rochas desloca DIP para o solo onde é absorvido 
por raízes. 
 Retenção de Fósforo no Solo 
 • Precipitação de fosfatos (Ca, Fe) 
 • Adsorção em hidróxidos de Fe 
 • Adsorção nas partículas de solo 
37 
Ciclo do Fósforo 
Troca Aniônica 
Em águas correntes as 
concentrações do DIP variam 
inversamente ao fluxo 
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Fosfatos nos Sedimentos: sobretudo na forma de FePO4 inso-
lúvel. 
38 
Assimilação de Fósforo e Transporte na Cadeia 
Alimentar: 
• Grande parte é assimilado através dos alimentos e água. 
• Quando dissolvido é absorvido pelo plâncton e organismos 
maiores, que por sua vez são consumidos por peixes e inver-
tebrados aquáticos que são alimentos de pássaros cujos deje-
tos contendo altos teores de PO4
≡ e NO3
- são absorvidos por 
raízes de plantas. 
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Nitrogênio: química complexa, pois pode existir em vários 
estados de oxidação: N2 (0), NH4
+ (-3), NO2
- (+3), NO3
- (+5). 
39 
Ligações fortes 
não são rompidas 
Em processos biológicos é usado no estado -3, presente, sobre-
tudo, em grupos amínicos de proteínas). 
As algas assimilam compostos nesse estado de oxidação. 
Por ex., NH4
+ onde nitrogênio desloca-se na decomposição de 
matéria orgânica. 
N2 dissolvido não pode ser usado como fonte 
nutriente pela maioria das plantas e algas, pois: 
Fontes de NH4
+: chuva, fertilizantes, oxidação de matéria orgâni-
ca no solo ou em resíduos animais. 
 
 
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40 
Adsorção de NH4
+: no solo e água pode ser adsorvido em cama-
das orgânicas de partículas negativamente carregadas ou super-
fícies de argilas minerais. 
 
 
É também captado por plantas ou algas, ou 
oxidado a NO3
- aniônico solúvel não sendo 
retido no solo. 
4 NH4
+ + 6 O2 
Nitrosomonas 4 NO2
- + 8 H+ + 4 H2O 
 4 NO2
- + 2 O2 
Nitrobacter 4 NO3
- 
Na produção e no uso abusivo de fertilizantes à base de NH3 e 
NO3
- o ciclo do nitrogênio e a qualidade da água são alterados 
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Nitratos: estimulam o crescimento de algas e, 
muitas vezes, são transportados para o meio 
aquático por chuvas. 
41 
Desnitrificação: em meios com baixo teor de O2 é o mais impor-
tante processo no qual NO3
- é removido de rios, águas subterrâ-
neas e solos, além e ser requisitado em processos biológicos: 
5 {CH2O} + 4NO3
-  2N2 + 4HCO3
- + CO2 + 3H2O 
Através de processos de lixiviação podem ser transportados para 
águas subterrâneas que podem tornar-se tóxicas se ingeridas 
 Metahebloglobinemia 
Hemoglobina 
Metahemoglobina 
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42 
Desnitrificação: em meios com baixo teor de O2 é o mais impor-
tante processo no qual NO3
- é removido de rios, águas subterrâ-
neas e solos, além e ser requisitado em processos biológicos: 
5 {CH2O} + 4NO3
-  2N2 + 4HCO3
- + CO2 + 3H2O 
 Metahebloglobinemia 
Metahemoglobina 
Nitratos: estimulam o crescimento de algas e, muitas vezes, são 
transportados para o meio aquático por chuvas. Através da lixi-
viação são deslocados para águas subterrâneas e podem torna-
se tóxicos se ingeridos. 
 
Hemoglobina 
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EUTROFIZAÇÃO 
Grande quantidade de algas e cianobactérias 
recobrem a superfície aquática 
43 
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AMBIENTES 
AQUÁTICOS 
EUTROFIZADOS 
44 
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Em água parada e mar fechado um sério problema resulta da 
presença acentuada de nutrientes minerais, sobretudo 
Nitrogenados e Fosforados 
45 
 
Desenvolvimento descontrolado de algas e outros vegetais que 
pode ocasionar total cobertura da superfície do corpo d’água 
 
Prejudica a oxigenação (necessária à vida aquática aeróbia) 
EUTROFIZAÇÃO 
O processo pode ser natural ou a antrópico, comprometendo a 
qualidade da água em virtude de várias alterações: 
 
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1. Elevadas concentrações de nutrientes: algas e cianobactérias 
recobrem a superfície aquática 
2. Menor teor de O2 dissolvido: a) a troca gasosa O2(atm)  O2(aq) 
é dificultada; b) maior demanda de O2 devido ao aumento da 
concentração de matéria orgânica 
3. Redução da penetração da radiação solar: menor penetração 
da luz pelo recobrimento da superfície aquática por uma cama-
da de espécies vegetais  fotossíntese parcialmente impedida 
4. Turvação da água: deve-se ao alto teor de matéria orgânica 
5. Morte de espécies aquáticas: devido à deficiência de O2 
 
 
 
 
 
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Lago Oligotrófico Lago Eutrófico 
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Lake trout = truta do lago 
Sturgeon = esturjão 
Whitefish= pescada bullhead= peixe gato 
catfish = bagre 
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DBO = Demanda Bioquímica de Oxigênio 
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Fitoplâncton e Algas em Águas: na fotossíntese as algas con-
vertem material inorgânico em orgânico, oxigenando a água: 
 
 
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CO2(g) + H2O(l) 
luz {CH2O(S)} + O2(g) 
 
 
Fatores que Influenciam o Crescimento de Algas 
1. Radiação solar 
2. Turbidez e cor da água 
3. Disponibilidade de nutrientes 
4. Temperatura da água 
5. Concentração de material em suspensão na água 
6. Outros (parasitismo de microrganismos, competição no meio 
aquático, etc.) 
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Fertilizantes e Eutrofização 
 
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EUTROFIZAÇÃO 
Vegetais e Animais Afetados 
Contaminação (lençóis subterrâneos, rios,etc) 
Decomposição por 
microrganismos aeróbios 
Recobrimento da 
superfície da água 
Reprodução Desenfreada 
Fitoplâncton Algas Macroscópicas 
Uso Indiscriminado Lixiviação (Chuvas) 
Fertilizantes Nitrogenados e Fosfatados 
Contaminação de Solos 
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Reciclagem Mundial de Alumínio 
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Final do Capítulo