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Hidrogeoquímica Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Profa. Dra. Marjolly Priscilla Bais Shinzato Revisão Textual: Profa. Dra. Geovana Gentili Santos Composição das Águas • Introdução • Águas Continentais • Águas Costeiras · Apresentar as principais características dos sistemas aquáticos conti- nentais e costeiros; · Identificar variações e diferenciar impactos ambientais provocados nos dois sistemas. OBJETIVO DE APRENDIZADO Composição das Águas Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja uma maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como o seu “momento do estudo”. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo. No material de cada Unidade, há leituras indicadas. Entre elas: artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados. Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discussão, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Composição das Águas Introdução Se você pulou as unidades anteriores a essa, aconselho a você: volte pelo me- nos para ler o item sobre ciclo hidrológico da primeira unidade. Vale a pena para melhorar sua associação das variações na composição das águas. A água é uma substância simples, composta por hidrogênio e oxigênio, carac- terizada por ser um solvente universal. Além disso, possui elevado calor específico, impedindo variações bruscas de temperatura, característica importantíssima para manutenção da vida de organismos aquáticos. Viscosidade e tensão superficial são outras propriedades da água que podem ser aproveitadas para as atividades dos organismos que moram ou se beneficiam de ambientes aquáticos. Calor específico: grandeza física intensiva que define a variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor. Também é chamado de capacidade térmica mássica. Viscosidade: propriedade dos fluidos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Ou seja, quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade em que o fluido se movimenta. Tensão superficial: é um efeito físico que ocorre na interface entre duas fases químicas. Ela faz com que a camada superficial de um líquido venha a se comportar como uma membrana elástica (Figura 1). Esta propriedade é causada pelas forças de coesão entre moléculas semelhantes, cuja resultante vetorial é diferente na interface. Ex pl or Figura 1 – A tensão superficial permite que insetos andem sobre a água, também é responsável pelo formato arredondado de uma gota. Fonte: iStock/Getty Images As águas continentais são as águas formadas, transportadas e alteradas no território continental. Já as águas costeiras são as águas formadas, transportadas e alteradas no litoral e região oceânica. Como principal diferença, as águas continentais são geralmente doces ou salobras e as águas costeiras são salinas. A água é considerada doce quando sua salinidade é inferior a 0,5 ‰, salobra quando é maior que 0,5 ‰ e menor que 30 ‰ e salina quando é maior que 30 ‰. 8 9 Sobre a salinidade, você consegue pensar e encontrar uma explicação do por quê as águas dos mares e oceanos serem salgadas? Uma dica: “Todo mundo sabe que o fl uxo das águas continentais é voltado para as águas costeiras”. Mais adiante volto a comentar sobre isto. Ex pl or Todos devem saber que nosso planeta é abundante em água. Mas como será que é a distribuição dessas águas? Como mostra na Figura 2, a maior parte das águas está nos oceanos. E na pequena porcentagem de água doce, uma parcela menor ainda está prontamente disponível para consumo. Por isso, o crescente interesse sobre a gestão dos recursos hídricos, sobre os conflitos de usos das águas, sobre a preservação da qualidade das águas. Oceanos 97,5% Água Subterrânea 30,1% Solo, Plantas, Animais 13,0% Rios 1,6% Rios 1,6% Lagos Pântano 75,9% Atmosfera 9,5% Água Super�cial 0,4% Água Doce 2,5% 35.200.000 km3 Calotas Polares Geleiras Permafrost 69,5% Figura 2 – Distribuição da água na Terra Águas Continentais As águas continentais disponíveis para uso direto do homem representam menos de 1% do volume total de água no planeta Terra e estão distribuídas em corpos hídricos superficiais (rios, córregos, riachos, ribeirões, lagos e reservatórios) e na atmosfera. As águas dos aquíferos não estão prontamente disponíveis para consumo, mas já existe viabilidade técnica e econômica para sua exploração. As águas continentais participam de uma série de fluxos naturais do meio ambiente, tais como: intemperismo de rochas, ciclo hidrológico, regulação do clima, ciclagem de nutrientes, transporte de materiais etc. Estes processos são diretamente responsáveis pela composição das águas do planeta. Conhecer as características naturais da água doce ou salobra é importante para uma gestão adequada dos recursos hídricos. Se você não sabe como um objeto deveria ser, como saber se ele tem boa qualidade ou se está em bom estado ou se está estragado? Como saber quais metas de qualidade devem ser propostas e atingidas? 9 UNIDADE Composição das Águas Na natureza é quase impossível encontrar água pura, i.e., composta apenas por hidrogênio e oxigênio, como a água destilada obtida em processos físicos para obtenção de água com elevada pureza. A água mais próxima do grau de pureza é a água da chuva. E será que toda água da chuva que cai no Mato Grosso do Sul tem a mesma qualidade da água da chuva que cai em São Paulo? Obviamente que a resposta para esta pergunta é “não”. A chuva que mais se aproximará da água pura é a chuva que é formada e que precipita em regiões não antropizadas. Estas áreas naturais possuem o ar mais puro, sem poluentes atmosféricos lançados pelas atividades humanas, logo a chuva irá arrastar apenas componentes presentes na atmosfera natural. Acompanhou meu raciocínio? Para você entender, as águas continentais neste material foram divididas em águas pluviais, águas lóticas, águas lênticas, águas subterrâneas. E as águas costeiras são tratadas sem divisões. Águas pluviais Figura 3 Fonte: iStock/Getty Images A ocorrência da precipitação depende da convergência de uma série de fatores ambientais. E muitas variáveis podem influenciar a qualidade da água da chuva, dentre as mais significativas estão: a localização geográfica (proximidade do oce- ano, áreas urbanas, rurais, não antropizadas) que irá contribuir diretamente com os componentes da atmosfera; as condições meteorológicas (intensidade, duração, tipo de chuva, regime de ventos); o tempo (pode-se observar uma variação tem- poral da qualidade das águas pluviais, de acordocom a lavagem – precipitação úmida e seca – da atmosfera); e o tipo de superfície receptora (vegetação, calhas, telhados, reservatórios). 10 11 A chuva que cai em regiões próximas a oceanos possui maior probabilidade de se encontrar sódio, potássio, magnésio e cloro (PHILIPPI et al., 2006). Em regiões com áreas não pavimentadas, aumenta-se a probabilidade de se encontrar componentes de origem terrestre, como sílica, alumínio, ferro, nitrogênio, fósforo e enxofre. As águas pluviais possuem baixo pH naturalmente (entre 4 e 5), devido à presença do gás carbônico atmosférico (CO2) (JAQUES, 2005), que em contato com a água forma o ácido carbônico (H2CO3). Este valor de pH pode aumentar ou diminuir de acordo com as concentrações e com os tipos de poluentes presentes na atmosfera. Szikszay (1993) publicou uma compilação de dados de vários pesquisadores sobre a qualidade das águas pluviais em diferentes regiões do Brasil e do mundo. Através da análise destes dados, pode-se visualizar que concentração de sódio e cloreto nas águas pluviais varia bastante conforme o afastamento da região costeira. Quanto mais próximo, pode-se encontrar valores entre 10 a 40 mg/L e quanto mais afastado do mar, pode-se encontrar valores entre 0,1 a 10 mg/L. A concentração de sulfatos e nitratos fica maior em ambientes urbanizados ou industrializados, entre 1 a 14 mg/L, enquanto em regiões não-antropizadas podem ser detectadas concentrações abaixo de 0,5 mg/L. Dados mais específicos sobre a qualidade das águas pluviais podem ser encontrados nos estudos destes pesquisadores: EVANS et al. (2006) na Austrália, PADGETT & MINNICH (2008) nos Estados Unidos, MELO & ANDRADE NETO (2007), JAQUES (2005), ANNECCHINI (2005) e TOMAZ (2003) no Brasil. Existem diversos estudos sobre o levantamento da qualidade das águas pluviais para o seu aproveitamento, principalmente para fins não potáveis ou para usos menos nobres. Além da dissolução de gases atmosféricos ou de partículas em suspensão, as águas pluviais também se misturam com o conteúdo presente na superfície receptora. Logo, a forma e o local de coleta das águas pluviais influenciam os resultados de qualidade dessas águas. A água da chuva é um agente do intemperismo bastante significativo para a constante alteração do relevo e do solo. Alguns exemplos de reações químicas que traduzem este tipo de intemperismo são: hidratação; dissolução e precipitação; oxirredução; hidrólise; acidólise; adsorção; troca iônica. Sobre os componentes do solo que estarão disponíveis para reagir com a água da chuva ou para serem lixiviados ou transportados por ela, deve-se estudar sobre o conteúdo das rochas e tipos de solo e sobre os ciclos biogeoquímicos do nitrogênio, do carbono, do fósforo e do enxofre. Portanto, a qualidade das águas pluviais varia bastante no tempo e no espaço, a princípio com a incorporação de componentes atmosféricos e, logo após, de componentes presentes no solo ou qualquer outra superfície que recebe a chuva. 11 UNIDADE Composição das Águas O ciclo biogeoquímico é a representação simplificada da interação dos elementos com o meio ambiente e os seres vivos. Pesquise e entenda os ciclos biogeoquímicos do nitrogênio, do carbono, do fósforo e do enxofre. Como a ciclagem desses nutrientes acontece nos ambientes ar-água-solo. Águas lóticas Figura 4 Fonte: iStock/Getty Images Águas lóticas são águas correntes, característica presente em rios, córregos e ribeirões. A qualidade dessas águas também varia bastante em função do tempo, do clima e do espaço. Sobre o espaço, as características das bacias hidrográficas serão responsáveis pela composição química das águas de seus rios e córregos, tais como geologia, vegetação, uso e ocupação do solo. Um exemplo que podemos citar é que a salinidade das águas que drenam rochas ígneas e metamórficas (menor que 50 mg/L) é menor que a salinidade das águas que drenam rochas sedimentares (em torno de 50 a 200 mg/L). Salinidades maiores que 200 mg/L podem ser provenientes de poluição antrópica ou de regiões áridas com solos salinos. Aqui entra o caso de bacias urbanizadas, onde existe o lançamento de efluentes e de resíduos nas águas lóticas, principalmente porque o homem já sabe que ambientes lóticos possuem a capacidade de autodepuração. 12 13 Segundo Cunha & Calijuri (2013), a autodepuração é um processo natural de recuperação progressiva dos corpos de água após a ocorrência de um impacto. Processos químicos (oxidação, redução), físicos (diluição, sedimentação) e biológicos (atividades dos microrganismos) concorrem para que um determinado curso de água recupere gradativamente sua condição anterior ao impacto ou, ao menos, atinja uma nova situação de equilíbrio. Na região do corpo hídrico onde este fenômeno acontece, encontram-se quatro regiões bastante características: (1) zona de degradação; (2) zona de decomposição ativa; (3) zona de recuperação; (4) zona de águas limpas. Ex pl or Sobre o espaço e o tempo, é importante relatar que a composição das águas lóticas muda bastante ao longo de um mesmo rio. As águas das nascentes dos rios apresentam composição química mais próxima à composição das águas subterrâneas e, ao longo do rio, componentes são incorporados às águas, alterando bastante sua composição. Devido à entrada de novos afluentes, devido à entrada de resíduos e de águas residuária em bacias urbanas, devido à variação da mata ciliar, devido à mudança das espécies de fauna e flora existentes, devido a processos físicos, químicos e biológicos que acontecem ao longo do rio, diminuindo o tamanho dos sedimentos que chegam à foz dos rios, eliminando algumas substâncias por processos de decomposição, respiração entre outros processos biológicos dos organismos, dissolvendo algumas espécies químicas, precipitando outras, oxidando ou reduzindo compostos químicos, entre outros processos. Certos elementos, traços (cobre e outros metais) diminuem ao longo do curso porque certos microrganismos precisam deles para suas células; o mesmo acontece com o CaCO3 para a formação de carapaças e ossos. Sobre o clima, as chuvas interferem significativamente na qualidade das águas lóticas. Por exemplo, em épocas chuvosas, as águas lóticas de um mesmo corpo hídrico possuem maior turbidez e menor concentração de sólidos totais dissolvidos (STD). Quando chove, ocorre o efeito de diluição da concentração destes sólidos. Quando chove, normalmente, ocorre o efeito de cheias ou enchentes, quando o nível de água ultrapassa a calha do rio, lavando a superfície que essas águas encontram. Quando ocorre em bacias naturais ou pouco antropizadas, é um fenômeno comum que promove a ciclagem de nutrientes. Entretanto, quando ocorre em bacias urbanas, além dos problemas decorrentes com inundações e alagamentos, existe a poluição difusa, já explicada anteriormente. Outro exemplo, regiões úmidas apresentam rios com águas bicarbonatadas e geralmente possuem mais cálcio, por outro lado, regiões áridas apresentam rios com águas cloretadas, sulfatadas e geralmente possuem mais sódio. 13 UNIDADE Composição das Águas Devido a grandes concentrações de ferro e manganês no solo de uma grande parte do território brasileiro, existem significativas concentrações destes elementos nas águas lóticas também, alterando a cor das águas em alguns casos. O nitrogênio é um grande indicador de presença de fontes de poluição antrópica, quanto maior a concentração de amônia ou nitrato, mais perto da fonte poluidora. Ao longo do rio estas concentrações decrescem e aumentam outras espécies de nitrogênio como nitrito. Outros indicadores de fontes de poluição antrópica são coliformes termotolerantes e presença de cafeína. Sobre os demais parâmetros de qualidade da água, os valores variam conforme o enquadramento da classe dos corpos hídricos (Tabela 1). Existem outros parâmetros de qualidade da água na resolução CONAMA vigente, incluindo algumas espécies de contaminantes emergentes, bemcomo valores limites para diferentes classes de águas salobras e águas salinas. Tabela 1 – Alguns valores limites de parâmetros de qualidade da água para diferentes classes de enquadramento de águas doces, segundo resolução CONAMA vigente em maio de 2017* Parâmetro Unidade 1 2 3 4 pH - 6 a 9 6 a 9 6 a 9 6 a 9 OD mg/L ≥ 6 ≥ 5 ≥ 4 ≥ 2 DBO mg/L ≤ 3 ≤ 5 ≤ 10 - NAT** mg/L 0,5 a 8,0 0,5 a 8,0 1,0 a 13,3 - NO3 mg/L ≤ 10 ≤ 10 ≤ 10 - NO2 mg/L ≤ 1,0 ≤ 1,0 ≤ 1,0 - P total*** mg/L ≤ 0,1 ≤ 0,1 ≤ 0,15 - Sólidos totais mg/L ≤ 500 ≤ 500 ≤ 500 - Turbidez UNT ≤ 40 ≤ 100 ≤ 100 - Cor verdadeira mg Pt/L - ≤ 75 ≤ 75 - Fe dissolvido mg/L ≤ 0,3 ≤ 0,3 ≤ 5,0 - Cd total mg/L ≤ 0,001 ≤ 0,001 ≤ 0,01 - Pb total mg/L ≤ 0,01 ≤ 0,01 ≤ 0,033 - Cu total mg/L ≤ 0,009 ≤ 0,009 ≤ 0,013 - Cr total mg/L ≤ 0,05 ≤ 0,05 ≤ 0,05 - Mg total mg/L ≤ 0,1 ≤ 0,1 ≤ 0,5 - Zn total mg/L ≤ 0,18 ≤ 0,18 ≤ 5,0 - Ni total mg/L ≤ 0,025 ≤ 0,025 ≤ 0,025 - Hg total mg/L ≤ 0,0002 ≤ 0,0002 ≤ 0,002 - Al dissolvido mg/L 0,1 0,1 0,2 - Cloreto mg/L 250 250 250 - Fluoreto mg/L 1,4 1,4 1,4 - Sulfato mg/L 250 250 250 - Coliformes termotolerantes nº coliformes/100ml ≤ 200 ≤ 1000 ≤ 2500 - Clorofila a µg/L 10 30 60 - *caso você precise usar valores dos parâmetros para comparação, sempre consulte a resolução CONAMA mais recente, pois os valores estão em constante revisão e alteração **NAT: nitrogênio amoniacal total ***valores válidos apenas para ambientes lóticos 14 15 No Brasil, o sistema de enquadramento por classes de qualidade, previsto em resoluções do CONAMA, faz com que os padrões de qualidade estabelecidos para cada classe sejam formados pelos valores mais restritivos naquela classe, determinando-se assim os usos que são possíveis no corpo d’água. Por exemplo, na Figura 1 é apresentada a relação entre as classes de enquadramento e os usos respectivos a que se destinam às águas doces. Observe que para a classe 4, a que apresenta a pior qualidade da água, os níveis de poluição permitem apenas os usos menos exigentes de navegação e harmonia paisagística. Figura 5 – Classes de enquadramento das águas doces e usos respectivos Fonte: portalpnqa.ana.gov.br Pesquise rios brasileiros que se enquadrem nas classes: especial, classe 1, classe 2, classe 3 e classe 4. É interessante saber a classifi cação dos nossos rios para enriquecer nossos conhecimentos como gestores, pesquisadores e profi ssionais do meio ambiente. Ex pl or Águas lênticas As águas lênticas são águas que possuem fluxo com velocidade reduzida. Esta pequena diferença forma um ambiente de trocas, características e comportamentos completamente diferentes dos ambientes lóticos. Como exemplo de ambientes lênticos, temos pântanos, lagos e represas. O primeiro é uma zona de transição entre ambientes bastante diferentes. Lagos, normalmente, são formados natural- mente e represas são componentes artificiais do sistema de drenagem construído para armazenar água para diferentes usos (irrigação, sistema de abastecimento público, geração de energia, controle de inundações, navegação etc.). 15 UNIDADE Composição das Águas Figura 6 Fonte: iStock/Getty Images Pesquise lagos e represas localizadas no território brasileiro. É interessante identificar e saber diferenciar sistemas aquáticos naturais e artificiais.Ex pl or Você já ouviu falar sobre “estratificação térmica” na água? Então, este termo está bastante relacionado aos ambientes lênticos. A estratificação térmica nada mais é do que um gradiente na coluna de água em relação à temperatura (CUNHA & CALIJURI, 2013). Elevadas temperaturas e menores intensidades de ventos propiciam o aquecimento desigual da água. As camadas superiores da coluna de água possuem temperaturas elevadas (próximas da temperatura ambiente) que não acompanha a temperatura das maiores profundidades. Esta estratificação térmica influencia a distribuição de nutrientes, fases e organismos na coluna d’água. Como já discutido anteriormente, ambientes lênticos são propícios para eutrofização, conforme o aporte de nutrientes lançado nestas águas. Sobre os parâmetros de qualidade da água para águas lênticas, pode-se usar os mesmos valores da Tabela 1 e demais parâmetros da resolução CONAMA vigente, exceto para o parâmetro fósforo total (P total). Em águas lênticas, P total deve ser ≤ 0,02 mg/L para classe 1; ≤ 0,03 mg/L para classe 2 e; ≤ 0,05 mg/L para classe 3. Esta diferenciação é para a prevenção da eutrofização. 16 17 Águas subterrâneas Figura 7 Fonte: iStock/Getty Images As águas que entram em contato com o solo e infiltram são enriquecidas por substâncias provenientes de rochas e da lixiviação dos produtos da superfície. Portanto, as características químicas das águas subterrâneas refletem os meios por onde percolam na zona vadosa e na zona saturada, guardando uma estreita relação com os tipos de rochas drenados e com o uso do solo (CETESB, 2013). Zona vadosa, também chamada de zona de aeração ou zona não-saturada é a região compreendida entre a superfície freática e a superfície do terreno, e nela os poros estão parcialmente preenchidos por gases e por água. Zona saturada é a região da crosta terrestre situada abaixo da superfície freática e, nela, todos os vazios existentes no terreno estão preenchidos com água. A superfície freática é aquela em que a água se encontra submetida à pressão atmosférica. Ex pl or Antes de começar a falar sobre as características dessas águas, é importante enfatizar que o solo age como um eficiente filtro para as águas, contribuindo para a boa qualidade das águas subterrâneas. A exploração e o uso das águas subterrâneas estão em ascensão constante, principalmente porque sua qualidade permite a redução nos custos de tratamento e uma alternativa nova de fonte para abastecimento público e uso industrial e agropecuário. Neste sentido, já existem especulações e hipóteses levantadas sobre o prejuízo que o excesso de explotação e a falta de preservação ambiental estão causando ao sistema subterrâneo. O uso racional das águas, a preservação das matas ciliares, a mitigação da degradação da qualidade dos recursos hídricos superficiais são exemplos de ações relevantes para a sustentabilidade dos recursos hídricos subterrâneos. Dito isto, podemos iniciar a caracterização das águas subterrâneas. 17 UNIDADE Composição das Águas Existem dois principais caminhos de transferência de substâncias para as águas subterrâneas: (1) Transferência sem interação com a matriz por convecção e dispersão materiais e; (2) Interação com a matriz por filtração, adsorção, troca iônica, precipitação, oxidorredução e atividade biológica. A dissolução (um tipo de dispersão) por hidratação e hidrólise se inicia na superfície, mas é mais importante na zona vadosa. Na parte superior do solo, a água pode evaporar e mais profundamente ela é absorvida pelas raízes. Portanto, a predominância da direção de um movimento sobre o outro depende da estação e do clima. Quando o movimento descendente predomina, ocorre a lixiviação dos terrenos. Esses são fatores influenciam tanto na composição química das águas subterrâneas, quanto na formação de diferentes tipos de solo. O solo é caracterizado pela porção alterada da matriz que, normalmente, contém matéria orgânica na parte superior, além de abrigar fauna e flora em constante atividade biológica (influenciada pelos ciclos biogeoquímicos de vários elementos). Os organismos vivos na zona vadosa favorecem a criação e a conexão de espaços vazios, penetração de ar e de água, a produção de CO2, a decomposição de materiais, fabricação de compostos nitrogenados (húmus), complexação e fixação de componentes inorgânicos, ciclagem de nutrientes etc. Portanto, a água encontrada na zona vadosa tem qualidade bastante diferente da água da chuva. As reações não se restringem apenas à zona vadosa. Logo após, essas águas chegam na zona saturada, aumentando seu tempo de detenção hidráulica, o qual influencia no tempo em contato das águas com a matrizdo solo. E a incorporação de elementos químicos da rocha matriz depende bastante do tipo de rocha. Por exemplo, a solubilização de elementos das rochas magmáticas e metamórficas é mais difícil, mas não ausentes, que a solubilização de elementos das rochas sedimentares. Independente disso, enfatiza-se que na zona saturada, as reações de interação também são determinantes para a qualidade das águas subterrâneas. As rochas magmáticas são constituídas principalmente de silicatos. E as rochas metamórficas e sedimentares já possuem um amplo leque de tipos e de elementos constituintes. O teor de silicatos nas águas de rochas sedimentares é bem menor do que as águas de formações magmáticas e metamórficas, pois a circulação da água nestes dois tipos de rocha é mais lenta, aumentando o tempo de contato e a probabilidade de interação com os silicatos. As águas de rochas sedimentares apresentam maiores concentrações de elementos dissolvidos, aumentando assim sua condutividade elétrica e salinidade, em comparação com as outras duas. O pH das águas de rochas sedimentares tende a ser menor que dos demais, podendo inclusive ser ácido, característica que aumenta a mobilização de elementos (por exemplo o ferro e o manganês) que não são mobilizados nas águas de formações magmáticas ou metamórficas. 18 19 Alguns exemplos de águas de rochas sedimentares: (1) águas de formações calcárias possuem elevadas concentrações de CaCO3, baixo teor de SiO2, elevadas concentrações de metais alcalinos terrosos, sulfatos, bicarbonatos e cloretos; (2) águas de argilas possuem menores quantidade de sais. Seus minerais participam de processos como troca iônica e adsorção, fixando algumas espécies químicas das águas; (3) águas de linhitos e carvões são ricas em enxofre, pobres em oxigênio e bastante ácidas. As águas subterrâneas de bacias hidrominerais originam as águas minerais, que são aquelas provenientes de fontes com águas que possuem propriedades terapêuticas particulares. Devido a sais específicos dissolvidos em sua composição, a condutividade elétrica é elevada. Essas águas podem surgir de fontes naturais ou artificiais, com temperaturas diferentes, inclusive com altas temperaturas. Os principais elementos encontrados nessas águas são: Cl-, Br-, SO4 2-, HCO3 -, I-, F-, Na+, K+, Li+, Ca2+, Mg2+, Fe2 +, e mais raramente Ba2+, Sr2+, Al3+, NH4 + e componentes radioativos. Como um dos maiores corpos hídricos subterrâneos do mundo, o Sistema Aquí- fero Guarani (SAG) abrange parte dos territórios da Argentina, do Brasil, do Para- guai e do Uruguai. Segundo OEA (2009), o SAG (Figura 2) representa a unidade hidroestratigráfica mais importante da porção meridional do continente sul-ame- ricano e está associado ao conjunto de rochas sedimentares, predominantemente arenosas da bacia do Paraná (Brasil e Paraguai), bacia Chacoparanaense (Argenti- na) e bacia Norte (Uruguai). As águas do SAG são, de forma geral, potáveis, com baixa condutividade elétrica e baixa velocidade de fluxo. Seus valores de pH variam muito, de 4,5 a 11, mas, na maioria dos casos, estão próximos da neutralidade. Figura 8 – Sistema Aquífero Guarani, um corpo hídrico subterrâneo transfronteiriço: Brasil, Paraguai, Argentina e Uruguai Fonte: Wikimedia Commons 19 UNIDADE Composição das Águas Resumindo, os principais fatores que controlam ou condicionam as reações quí- micas e a composição das águas que circulam nos aquíferos são: temperatura, mis- turas, novas dissoluções, troca de bases, profundidade e pressão, tempo de conta- to, acúmulo de montante para jusante. A qualidade da água subterrânea, portanto, é decorrente de processos físicos, químicos e biológicos que determinam uma grande variedade de substâncias presentes na água, decorrentes dos tipos litológicos e da atividade antrópica, originária principalmente de cargas pontuais domésticas e in- dustriais e de cargas difusas de origem urbana e rural (CETESB, 2013). Os aquíferos são corpos hídricos bastante especiais que devem ser protegidos, monitorados e geridos respeitando-se as limitações de sua recarga e fluxo. Existem diversas pesquisas sobre os impactos ambientais causados em áreas de afloramento de aquíferos, com possíveis prejuízos a qualidade das águas subterrâneas. Pesquise sobre atividades poluidoras em áreas de recarga do Sistema Aquífero Guarani, em São Carlos e em Ribeirão Preto (SP).Ex pl or Águas Costeiras Figura 9 Fonte: iStock/Getty Images Durante o período de formação da Terra, a água que se acumulava na superfície do planeta ajudou no processo de resfriamento da crosta e fluía para as depressões do terreno, dando origem aos oceanos primitivos. Nesse processo de escoamento, a água carreava consigo minerais das rochas e materiais provenientes do manto, liberados sob forma de gases pela atividade vulcânica. A dissolução desses materiais na água tornou-a “salgada”, e essa é a origem da salinidade das águas costeiras. E o carregamento de sais e sólidos que os rios levam até as áreas litorâneas garante a manutenção ou a reposição da salinidade das águas dos mares e oceanos. 20 21 Como parte integrante do ciclo hidrológico, de maneiras diversas as águas circulam até encontrar o mar. Como característica histórica da relação homem e mar, os oceanos sempre foram tratados como uma zona natural de descarte de rejeitos das atividades humanas, principalmente por suas dimensões, que levaram o homem a pensar que as águas costeiras possuíam um poder de autodepuração infinito. Até os dias atuais, existem casos de lançamento de esgoto in natura (sem tratamento) em emissários submarinos (Figura 10). Uma triste realidade. Portanto, a água do mar é uma solução concentrada e extremamente complexa, contendo eletrólitos e mais uma abundância de matéria orgânica viva e morta, elementos que também participam de fluxos naturais do meio ambiente (GIANESELLA & SALDANHA-CORRÊA, 2013). Figura 10 – Emissário submarino da Barra da Tijuca no Rio de janeiro Fonte: iStock/Getty Images Para saber mais sobre os impactos ambientais de emissários submarinos, leia o artigo “Efeitos ambientais da disposição oceânica de esgotos por meio de emissários submarinos: uma revisão” na revista “O mundo da saúde”. Disponível em: https://goo.gl/5hMHf7 Ex pl or A principal característica das águas costeiras é a salinidade, que varia horizon- talmente em superfície e verticalmente em profundidade. A presença de elevadas concentrações de sais dissolvidos nas águas costeiras aumenta sua condutividade elétrica natural. A salinidade da água do mar diminui com a profundidade até apro- ximadamente 1000m, depois torna-se homogênea ou apresenta somente peque- nas variações. A salinidade das águas superficiais do mar varia em função do clima, regiões de menor índice pluviométrico e maior radiação solar, acelera o processo de evaporação, aumentando sua concentração. A concentração de sais trazidas pelas águas continentais de encontro com o mar também é um fator de variação da salinidade das águas costeiras. Segundo Szikszay (1993), a salinidade nas regiões próximas a linha do Equador é baixa e as maiores salinidades podem ser encontra- das nas latitudes 20° e 30°. 21 UNIDADE Composição das Águas Para as águas costeiras, os macroelementos são representados por Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Sr2+, Cl-, Br- e SO4 2-. E os microelementos são representados por CO3 2-, PO4 3-, NO3 - e SiO2. As concentrações de minerais física e quimicamente resistentes são formadas a partir da erosão de corpos mineralizados, liberados pelo intemperismo e acumulados mecanicamente. Esses minerais – incluindo o ouro nativo, a platina, a cassiterita (estanho), o rutilo e a ilmenita (titânio), a magnetita (ferro), o zircão (zircônio), a wolframita (tungstênio), a cromita (cromo), a monazita (cério e tório) e as pedras preciosas – podem permanecer in situ ou ser transportados e concentrados em areias e cascalhos ocorrentes em rios e praias. Algumas espécies químicas são retiradaspor organismos marinhos (algas, diatomáceas, esponjas, corais, conchas dos moluscos, esqueletos, plâncton etc.) ou por processos físicos e químicos que acontecem no ambiente marinho. A temperatura superficial também varia conforme o clima, mas abaixo de 1.000m de profundidade a temperatura é quase 0°C. O pH da superfície varia entre 8 e 8,5, diminuindo com a profundidade para 7,5. As concentrações de oxigênio dissolvido variam conforme a temperatura, a pressão, a salinidade e a presença de organismos fotossintéticos. No oceano Ártico, há maior dissolução de gases, incluindo oxigênio, que os oceanos de regiões tropicais. A composição química das águas costeiras não é o resultado da evaporação das águas continentais trazidas pelos rios, mas é controlada por interações entre constituintes dissolvidos, sedimentos suspensos, trocas gasosas, morte e manutenção da aquática e recepção dos rejeitos das atividades humanas. Assim como existem parâmetros de qualidade da água para águas doces e salobras, existem para águas salinas na mesma resolução CONAMA vigente. 22 23 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Geoquímica de águas subterrâneas: um guia prático de modelagem de sistemas aquáticos naturais e contaminados MERKEL, B.J. Geoquímica de águas subterrâneas: um guia prático de modelagem de sistemas aquáticos naturais e contaminados / Broder J. Merkel, Britta Planer- Friedrich; Darrell Kirk Nodstrom (org.); tradutor: Jacinta Enzweiler – Campinas, SP: Editora da Unicampo, 2012. 245p. Projeto Jurubatuba: restrição e controle de uso de água subterrânea SÃO PAULO, SECRETARIA DE ESTADO DO MEIO AMBIENTE. Secretaria de Estado de Saneamento e Energia. Projeto Jurubatuba: restrição e controle de uso de água subterrânea / Departamento de Águas e Energia Elétrica, Instituto Geológico, Secretaria de Estado do Meio Ambiente. Secretaria de Estado de Saneamento e Energia. – São Paulo: DAEE/IG, 2009. Leitura Conservação de água e energia em sistemas prediais e públicos de abastecimento de água GONÇALVES, R.F. Conservação de água e energia em sistemas prediais e públicos de abastecimento de água/Ricardo Franci Gonçalves (coordenador). PROSAB edital FINEP n.5. Rio de Janeiro: ABES, 2009. 352p. https://goo.gl/NM7w4k Mar e ambientes costeiros CGEE – Centro de gestão e estudos estratégicos. Mar e ambientes costeiros. Brasília: CGEE/MCT. 323p. 2007. https://goo.gl/urb1hA Geoquímica das águas SZIKSZAY, M. Geoquímica das águas. Boletim IG-USP. Série didática. n.5, 1993. 167p. https://goo.gl/FjBNrp 23 UNIDADE Composição das Águas Referências ANNECCHINI, K.P.V. Aproveitamento da água da chuva para fins não potáveis na cidade de Vitória (ES). 2005. 150f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2005. CETESB. Qualidade das águas subterrâneas do estado de São Paulo 2010- 2012 / CETESB - Equipe técnica Rosângela Pacini Modesto... [et al.]. - - São Paulo: CETESB, 2013. 242p. CUNHA, D.G.F., CALIJURI, M.C. Sistemas aquáticos continentais. In: Ashby, M.F. Engenharia ambiental: Conceitos, tecnologia e gestão/Coordenadores Maria do Carmo Calijuri, Davi Gasparini Fernandes Cunha. – Rio de Janeiro: Elsevier, 2013. Cap.8. p161-177. EVANS, C.A; COOMBES, P.J; DUNSTAN, R.H. Wind, rain and bacteria: The effect of weather on the microbial composition of roof-harvested rainwater. Water Research, v.40, p.37-44, 2006. GIANESELLA, S.M.F.; SALDANHA-CORRÊA, F.M.P. Oceanos e áreas costeiras. In: Ashby, M.F. Engenharia ambiental: Conceitos, tecnologia e gestão/ Coordenadores Maria do Carmo Calijuri, Davi Gasparini Fernandes Cunha. – Rio de Janeiro: Elsevier, 2013. Cap.9. p179-214. JAQUES, R.C. Qualidade da água de chuva no município de Florianópolis e sua potencialidade para aproveitamento em edificações. 2005. 102f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2005. MELO, L.R.C.; ANDRADE NETO, C.O. Variação da qualidade da água de chuva em três pontos distintos da cidade de Natal-RN. In: Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 24ed., 2007, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: ABES, 2007. OEA - Organização dos Estados Americanos. Aquífero Guarani: programa estratégico de ação - Edição bilíngue - Brasil; Argentina; Paraguai; Uruguai: Organização dos Estados Americanos (OEA), janeiro 2009. 424p. PADGETT, P.E; MINNICH, R.A. Wet deposition of nitrogenous pollutants and the effect of storm duration and wind direction: a case study from Inland Southern California. Water, air & pollution, v.187, p.337-341, 2008. PHILIPPI, L.S. et al. Aproveitamento da água de chuva. In: GONÇALVES, R.F. (Org.). Uso racional da água em edificações. PROSAB-FINEP Edital 4. Rio de Janeiro: ABES, p.73-152, 2006. SZIKSZAY, M. Geoquímica das águas. Boletim IG-USP. Série didática. n.5, 1993. 167p. Acesso em 03/05/2017. Disponível em: <http://www.revistas.usp. br/bigsd/article/view/45351/48963> TOMAZ, P. Aproveitamento de água de chuva. 2ed. São Paulo: Navegar, 2003. 180p. 24
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