UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE QUÍMICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS - GEOQUÍMICA ALESSANDRA ABEL AUGUSTO FORMAS DE SÍLICA EM ÁGUAS FLUVIAIS E ESTUARINAS DA BAÍA DE GUANABARA, RJ NITERÓI 2014 ALESSANDRA ABEL AUGUSTO FORMAS DE SÍLICA EM ÁGUAS FLUVIAIS E ESTUARINAS DA BAÍA DE GUANABARA, RJ Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Geociências da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre. Área de concentração: Geoquímica Ambiental. Orientadora: Prof. Dra. Carla Semiramis Silveira NITERÓI 2014 A923 Augusto, Alessandra Abel. Formas de sílica em águas fluviais e estuarinas da Baía de Guanabara, RJ / Alessandra Abel Augusto. – Niterói : [s.n.], 2014. 98 f. : il. ; 30 cm. Dissertação (Mestrado em Geociências - Geoquímica Ambiental) - Universidade Federal Fluminen se, 2015. Orientador: Profª Drª Carla Semiramis Silveira. 1.Intemperismo. 2. Sílica. 3. Mineralogia. 4. Baía de Guanabara (RJ). 5. Produção intelectual. I. Título. CDD 551.372 Dedico este trabalho ao meu pai, Ricardo da Silva Augusto (in memorian), que mesmo nos seus ú ltimos dias de vida não deixou de se preocupar comigo e me incentivou a terminar o mestrado. Seu amor me deu força...eu consegui! AGRADECIMENTOS Quando se tem uma meta, obstáculo vira degrau. Não foi nada fácil, muitos foram os momentos que pensei em desistir. Felizmente tive em meus caminhos, muitas pessoas que direta ou indiretamente me ajudaram a levantar e seguir em frente, fica aqui registrado o meu carinho e gratidão. Acima de tudo: Deus. Obrigada por ter me dado forças, me amparado nos momentos de tristeza, por enxugar minhas lágrimas, por ter guiado os meus passos e iluminado minhas decisões. Vó Zelinda, tias Lúcia, Inês e Cristina: obrigada por terem desempenhado por muitos anos o papel de pai e mãe, sem os valores passados por vocês, não seria a pessoa que sou hoje, Agradeço o amor, carinho, preocupação e respeito às minhas decisões. André, obrigada pelas dicas e incentivo. Thamires e Viviane, obrigada pelo carinho e amizade. Professora Carla Semiramis, obrigada pela orientação, ajuda e paciência na elaboração deste trabalho. Professora Denise Araripe, obrigada pela amizade e ajuda com as análises no ICP. Professores Renato Campello, Bastiaan Knoppers e Weber Friederichs, por terem aceito o convite para membros da banca e pelas considerações feitas que contribuíram para a melhoria do trabalho. A todos os professores do Departamento de Geoquimica, pelos conhecimentos compartilhados. À minha amiga Christiane Monte, o maior presente que o mestrado me deu. Obrigada pela parceria e por cada momento que compartilhamos desde 2012. Uma vez você me falou: “Depois da neblina, sempre abre um céu azul”. Obrigada por ter sido um raio de luz nos meus dias mais cinzentos. Renata Barbosa, o que seria da minha vida sem você me lembrando de tudo e quebrando varias árvores para mim? Obrigada pela amizade! Anna Paula Soares, Ana Paula Rodrigues, Manuel Moreira: obrigada pela agradável convivência. Niva Brandini e Junior Cotovicz. obrigada pela ajuda nas coletas e no laboratório. Aos funcionários Leandro e Ludmila, pela ajuda no laboratório; ao Chicão, pelo transporte e ajuda nas coletas. Aos meus queridos amigos de sempre: Fernanda Feiteira, Sorraine Castro, Vanessa Loback, Katharina Malafaia e Isabel Argolo, pelo apoio e por compreenderem as minhas ausências. “Desista, mas desistas aos poucos para não dar tempo de desistir” (Autor desconhecido) RESUMO O silício é o elemento mais abundante da crosta terrestre, originando-se do intemperismo de rochas. Em águas fluviais e costeiras é encontrado na forma dissolvida (ácido silícico) ou particulada (sílica litogênica ou biogênica). É um importante nutriente, pois é constituinte da carapaça de organismos planctônicos tais como diatomáceas, sendo responsável por uma grande parte da produção primária fitoplanctônica. Este estudo foi realizado na Bacia da Guanabara, localizada no Estado do Rio de Janeiro, cuja rede de drenagem apresenta cerca de 4800 Km² e é composta por 55 rios. Esta área engloba a Baía de Guanabara, um dos mais importantes estuários da Costa Brasileira. A metodologia do trabalho consistiu na amostragem em quatro rios da bacia, nos meses de inverno (junho, julho, agosto) e em três perfis na Baía de Guanabara, com medição in situ da salinidade, temperatura e condutividade. No laboratório, as amostras foram filtradas e separadas alíquotas para a análise da mineralogia do material em suspensão, quantificação de clorofila-a, material particulado, sílica dissolvida e particulada. Para analisar a influência do ambiente nas concentrações desses parâmetros, foram determinadas através de SIG as áreas espaciais dos parâmetros fisiográficos de geologia, uso do solo, vazão, declividade, pluviosidade e geomorfologia das bacias. A concentração do material particulado em suspensão nos rios apresentou uma média de 9 mg/L. O valor médio de sílica dissolvida foi mais elevado em rios (211 μM) do que nas amostras da Baía (10 μM). As concentrações de sílica litogênica em rios e na baía foram próximas, respectivamente 63 e 62 μM; evidenciando a origem fluvial das mesmas. As concentrações de sílica biogênica apresentaram média de 13 μM nos rios e 41 μM nas amostras de estuário. Em relação aos minerais encontrados, verificou-se que o quartzo e a caulinita foram os mais abundantes nas amostras de rio. No ponto BG05 a grande concentração de sílica litogênica está relacionada à presença de quartzo, feldspato, mica e caulinita. No outro extremo, o ponto BG09 com mineralogia dada apenas por quartzo e gibbsita apresenta as menores concentrações de sílica litogênica. Sugere-se que a grande quantidade de gibbsita que alcança a Baía de Guanabara está provavelmente sendo transformada em minerais secundários, como caulinita e argilo-minerais 2:1. Palavras-chave: Intemperismo. Sílica. Mineralogia. Rio. Baía de Guanabara. ABSTRACT Silicon is the most abundant element of the crust. It comes from weathering of rocks. In river and coastal samples, it is found dissolved as silicic acid or as particle (lithogenic or biogenic silica). It’s an important nutrient because it takes part of siliceous skeletal material of plankton such as diatom which are usually responsible for a great part of the phytoplankton primary production. This study was done in Guanabara Basin located in Rio de Janeiro State, Its drainage network is about 4800 km2 and has 55 rivers. This area includes the Guanabara Bay, one of the most important estuaries of the Brazilian Coast. Four river were sampled during Brazilian winter months (June, July, August). Samples were also done along three profiles of the Guanabara Bay. During sampling salinity, temperature, and conductivity were measured in situ. In laboratory, the samples were filtered. Aliquots were decanted for mineralogical analysis of the suspended material. Quantification of chlorophyll-a, particulate material and particulate silica were done in the filter. Dissolved silica was also analyzed. To understand the control of physiographic characteristics in the concentrations of these parameters a GIS analysis was done. Geology, land use, discharge, slope, rainfall and geomorphology were spatially quantified. The concentration of the particulate material in suspension in the rivers showed an average of 9 mg/L. The average value of dissolved silica was higher in rivers (211 μM) than in the Bay (10 μM). Lithogenic silica concentrations in rivers were similar to the Bay, 63 and 62 μM respectively; highlighting the fluvial origin of LSi in the Bay. Average biogenic silica concentrations were 13 μM in rivers and 41 μM in estuary’s samples. Quartz and kaolinite were the most abundant minerals in river samples. In river sampling point BG05, the great lithogenic silica concentration is related to the presence of quartz, feldspar, mica and kaolinite. On the other side the sampling point BG09 showed the smallest lithogenic silica concentration due to a poor mineralogy assemblage made only of quartz and gibbsite. This study suggests that the great amount of gibbsite that reaches Guanabara Bay is probably being transformed into secondary minerals, as kaolinite and 2:1 clay. Key words: Weathering. Sílica. Mineralogy. River. Guanabara Bay. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Ciclo biogeoquímico do silício no ambiente aquático. .............................. 17 Figura 2 - Diagrama de estabilidade de alguns minerais. ......................................... 21 Figura 3 - Gráfico da solubilidade da sílica (mmol/L) em função do pH. .................. 22 Figura 4 - Diatomáceas e suas frústulas destacadas. .............................................. 23 Figura 5 - Curva de diluição teórica de componentes dissolvidos em função da salinidade durante a mistura estuarina. ..................................................................... 25 Figura 6 - Curva de diluição observada no estuário do rio Rodano. ......................... 25 Figura 7 - Rede hidrográfica da Bacia da Guanabara (RJ) destacando as sub-bacias dos rios Iguaçu/Sarapuí, Inhomirim/Estrela, Guapimirim e Caceribu, as mais importantes da região e a Baía de Guanabara (em azul). ......................................... 28 Figura 8 - Médias mensais de temperatura e pluviosidade verificadas na Estação Aterro do Flamengo, do Instituto Nacional de Meteorologia, entre os anos de 1961 a 1990 na Baía de Guanabara. .................................................................................... 32 Figura 9 - Mapa geológico da Bacia da Guanabara. ................................................ 33 Figura 10 - Mapa hidrológico com a localização dos quatro pontos amostrados nos rios Guapimirim, Santo Aleixo, Suruí e Inhomirim nos meses de inverno (junho a agosto) de 2013 e dos perfis EST, BG/IGSG, coletados na Baía de Guanabara nos meses de novembro de 2012 e março de 2013, respectivamente. ........................... 38 Figura 11 - No sentido horário, do alto, à esquerda: rios Guapimirim (BG05), Santo Aleixo (BG06), Suruí (BG07) e Inhomirim (BG09). .................................................... 39 Figura 12 - Resumo do método proposto por Ragueneau para a digestão e posterior quantificação da sílica litogênica e biogênica no material particulado em suspensão de amostras de água de rio e costeiras. ................................................................... 44 Figura 13 - Linha temporal de 1982 a 2012 para a precipitação mensal verificada na estação Rio de Janeiro, do Instituto Nacional de Meteorologia, localizada próxima à Baía de Guanabara. A barra representa os valores mensais da mesma estação para 2013, ano da coleta. .................................................................................................. 48 Figura 14 - Variação temporal da pluviosidade na Estação Rio de Janeiro, do Instituto Nacional de Meteorologia, para as datas de coleta nos pontos de rio (junho a agosto de 2013). .................................................................................................... 49