UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA / INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TESE DE DOUTORADO N^o 069

ANTÔNIO LÁZARO FERREIRA SANTOS

DATA DA DEFESA: 29/09/2004
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: PROCESSAMENTO DE DADOS EM GEOLOGIA E ANÁLISE AMBIENTAL
ORIENTADOR: Prof.   Geraldo Resende Boaventura (UnB)
EXAMINADORES: Prof. José Affonso Brod (UnB); Prof. Vijayendra Kumar Garg (IF/UnB); Prof. Antônio Fernando de Souza Queiroz (UFBA); Prof. José Domingos Fabris (UFMG)

Palavras-chave:  Compostos de ferro, metais-traço, Manguezais.

RESUMO

O ambiente estuarino é dominado por ecossistemas característicos, capazes de tolerar grandes variações das condições ambientais. O manguezal traduz num ecossistema instável, típico desse ambiente, caracterizado pelo desenvolvimento de vegetação que apresenta poucas espécies de árvores.
A dinâmica dos compostos de ferro em sedimentos marinhos costeiros vem sendo discutida na literatura por sua relação com o metabolismo anaeróbico da matéria orgânica e pela imobilização de metais-traço. Neste estudo, foi avaliada a dinâmica dos compostos de ferro e a distribuição de metais-traço nos sedimentos dos manguezais da ilha da Convivência-RJ.
 A área estudada situa-se no manguezal da ilha da Convivência, no estuário do rio Paraíba do Sul, apresentando superfície de 17 km², localizada no Município de São João da Barra-RJ.
Foram coletados três testemunhos de aproximadamente 7,5 cm de diâmetro e 80 cm de profundidade. Os elementos Fe, Al, Si, Mn, Zn, Ni, Cr e Cu foram determinados por espectrometria de emissão atômica com fonte de Plasma-ICP/AES, cujos resultados analíticos foram monitorados com amostra de referência de sedimento estuarino-1646a do NIST (National Institute of Standards and Technology-USA). Carbono e enxofre total foram determinados usando analisadores da marca LECO, modelos CR-12 e SC-132, respectivamente. A caracterização mineralógica das amostras foi efetuada por difratometria de raio-X e Espectroscopia Mössbauer. No estudo da susceptibilidade magnética, foi utilizado um magneto modelo TCA.
Os resultados do tratamento estatístico das amostras analisadas, mostraram que as correlações positivas significativas apresentadas foram: Cr x Fe (r=0,60); Cr x Zn (r=0,58); Cu x Zn (r=0,57); Cu x Cr (r=0,84); C/S x Fe (r=0,61) e Fe x Zn (r= 0,64). As concentrações médias dos elementos estudados neste trabalho (Fe [2,12 mg/kg], Zn [47,88 mg/Kg], Cr [35,71 mg/kg], Cu [14,08 mg/kg], mostraram-se inferiores às outras utilizadas para as comparações efetuadas (folhelhos padrão e outras regiões de manguezal). As baixas concentrações desses elementos nas estações estudadas podem estar associadas ao enriquecimento de metais em locais de deposição preferencial, a processos de diluição associados à falta de poluição pontual e à precipitação agregada a minerais de sulfetos originados da atividade metabólica das bactérias sulfato redutoras. O quartzo, a caulinita e a gibsita são os minerais mais abundantes. Ocorrendo associações secundárias de muscovita, rutilo, pirita, magnetita, albita, microclina, tremolita, esmectita, ortoclásio, actinolita e halita. Essa paragênese mineral sugere uma derivação a partir das coberturas dos gnaisses constituintes do embasamento cristalino Arqueano e da Cobertura Cenozóica correspondente à Formação Barreiras.
Os espectros Mössbauer estudados nas três estações amostradas são semelhantes. Observando esses espectros constata-se que: pirita, silicatos, argilominerais, óxidos e hidróxidos de ferro são os principais minerais formados. Essas considerações permitiram inferir que, para a estação 1, até os 32 cm iniciais de profundidade e para a  estação 3, até a profundidade de 18 cm do perfil sedimentar, a principal fonte de ferro  para formação da pirita são os óxidos férricos (hematita e/ou maghemita). Em profundidades maiores ocorre a esmectita em associação com a pirita. Esse resultado sugere que a pirita forma-se pela reação do H₂S com íon ferroso localizado na estrutura da esmectita. Utilizando espectroscopia Mössbauer foi possível identificar e avaliar a dinâmica dos compostos de ferro ao longo dos perfis sedimentares.
Recomenda-se continuidade deste trabalho, com o estudo das questões relacionadas a especiação dos elementos químicos analisados, assim como, os estudos hidrodinâmicos que auxiliem na explicação de mecanismos de deposição dos minerais autigênicos (halita e gipsita, principalmente). 

     
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o 069

DATE OF ORAL PRESENTATION: 29/09/2004
TOPIC OF THE THESIS: Data processing in geology and in environmental analysis
SUPERVISOR: Prof.   Geraldo Resende Boaventura (UnB)
COMMITTEE MEMBERS: Prof. José Affonso Brod (UnB); Prof. Vijayendra Kumar Garg (IF/UnB); Prof. Antônio Fernando de Souza Queiroz (UFBA); Prof. José Domingos Fabris (UFMG)

KeyWords:  Iron bearing, trace- metals, Mangrove Swamps

ABSTRACT

The estuarine system is characterized by various ecosystems, which encompass great variations of environmental conditions. The mangrove is one of such estuarine ecosystems, characterized by the development of special vegetation with few species of trees. From a geochemical point of view, the dynamics of iron chemical species in coastal sea sediments has been largely discussed in the scientific literature, particulars with regard to relationships between the organic matter cycle and the immobilization of iron and other trace elements species  in the sediments.
 In this study, the dynamics of iron and other trace elements occurring in the sediments of the mangrove ecosystem of  “Ilha da Convivência” were evaluated. The studied area is located in the mangroves  of the  ”Ilha da Convivencia”,  in the estuary of the Paraíba do Sul River. The studied site covers an area of 17 km², in the Municipal district of São João of the Barra-RJ. Three sediment cores,  approximately 7.5 cm in diameter and 80 cm in depth were collected.
Fe, Al, Si, Mn, Zn, Co, Ni, Cr and Cu were determined using Atomic Emission Spectrometry with Plasma Source  (ICP/AES), and analytical results were checked with Certified Standard Material (Estuarine Sediment Sample 1646a from NIST (National Institute of Standard and Technology-USA). Carbon and total sulfur were determined using LECO analyzers CR-12 and SC-132, respectively. The mineralogical characterization of the samples was made by  X-ray difractometry and Mössbauer spectrometry. Futhermore, the magnetic susceptibility of samples was characterized, using a Magnetic device (TCA model).
The results of the statistical analysis showed that the most significant correlations are obtained for  Cr vs Fe (r=0,60); Cr vs Zn (r=0,58); Cu vs Zn (r=0,57);Cu vs Cr (r=0,84); C/S vs Fe (r=0,61) and Fe vs Zn (r = 0,64). The mean concentrations of trace elements (Fe [2,12mg/Kg], Zn [47,88mg/Kg], Cr [35,71mg/Kg], Cu [14,08mg/Kg], were lower than those reported previously for this type of environment. These low concentrations can be related with (i) a preferential deposition process which led to an enrichment of these elements in some places, (ii) some dilution processes associated with the lack of punctual contamination and (iii) the precipitation mechanisms of sulfide minerals enhanced by the metabolic activity of sulphate-reduced  bacteria activity. The quartz, the kaolinite and gibsite clays are the most abundant minerals. Secondary associations of muscovite, rutile, pyrite, magnetite, albite, microcline, tremolite, smectite, ortoclase, actinolite and halite were also present. This mineral paragenesis suggests  mineral evolution starting from the mineralogical constituents of the gneiss formation occurring in the Archaean crystalline basement  and from the Cenozoic sediments corresponding to the  Barreiras Formation. The Mössbauer results associated with the three studied stations are similar. From these results we verified that:  pyrite, silicates, clay minerals, iron oxides and hydroxides are the main formed minerals. These considerations allowed us to infer that, for the station 1, until the 32 cm initial of depth and for the station 3, until the depth of 18 cm of the sedimentary profile, the main source of iron used for the formation of the pyrite are the ferric oxides (hematite and/or maghemite). At larger depths  smectite is often associated with pyrite. This result suggests that  pyrite is formed by  chemical reaction of H₂S with ferrous ion located in the mineralogical structure of the smectite. Using the Mössbauer spectroscopic technique it has been possible to identify and to evaluate the dynamics of the iron components along the sedimentary profiles.
Continuity of this work is recommended, with the study of the related subjects the speciation of the analyzed chemical elements, as well, the hydrodynamic studies with aid in the mechanisms of explanation of deposition of the authigenic minerals (halite and gypsum, mainly).