A geoquímica multielementar na gestão ambiental : identificação e caracterização de províncias geoquímicas naturais, alterações antrópicas da paisagem, áreas favoráveis à prospecção mineral e regiões de risco para a saúde no estado do Paraná, Brasil

Abstract

Resumo: As respostas geoquímicas do ambiente são controladas, em primeiro lugar, pelos processos naturais, geológicos, pedológicos, climáticos e biológicos. Superpondo-se a essa herança, a presença do homem adquire papel importante pelas possibilidades de alteração que promove no ambiente geoquímico a partir das concentrações urbanas, atividades industriais e agrícolas. Na investigação dos relacionamentos geográficos da distribuição de elementos químicos com as feições naturais e as alterações antropicas, a geoquímica multielementar apresenta-se como um instrumento de grande capacidade de discriminação. A coleta e a analise multielementar da agua e dos sedimentos ativos de fundo de bacias hidrográficas de porte médio - 220 km2 - no Estado do Paraná com uma área de 200.000 km2, propiciou a constituição de uma base de dados geoquímicos para o estudo dos padrões de distribuição dos elementos químicos. Outras variáveis numéricas como a densidade populacional e as áreas plantadas com algodão, café, batata e fumo, consideradas como capazes de caracterizar e quantificar o impacto da ocupação humana, foram agregadas a base de dados. Por outro lado, a taxa de óbitos por câncer de fígado (óbitos/100.000 habitantes) foi selecionada para testar a hipótese de ser um indicador capaz de evidenciar o impacto dos resíduos de agrotóxicos nos seres humanos. O mapa das províncias geologico-geomorfológicas, o mapa geológico simplificado, o traçado dos principais lineamentos estruturais e o contorno de anomalias de magnetismo residual foram também utilizados para a identificação de assinaturas geoquímicas características. Pela diversidade de formatos vetoriais de cada tema - poligonos das bacias hidrográficas, limites municipais e mapa geológico, linhas dos lineamentos estruturais e anomalias magnéticas - a base de dados geoquímicos, geológicos, socio econômicos e sanitários foi homogeneizada pela aplicacao de equações multiquadricas e com a técnica de geoprocessamento de ponto-em-poligono. Dessa forma, os teores das variáveis numéricas e os atributos das qualitativas foram homogeneizados e regularizados numa malha composta por pontos espaçados de aproximadamente 5.000 metros. Assim, assinaturas geoquímicas características foram estabelecidas para descrever diversas situações naturais ou antropicas. Dentre elas, salientam-se as seguintes: - as significativas diferenças entre as duas direções principais dos lineamentos estruturais, com as estruturas de direção NE-SW representadas por uma grande quantidade de elementos o que reflete os processos de granitogenese, de hidrotermalismo e de mineralização a eles associados. - a assinatura geoquímica das águas superficiais associada as anomalias de magnetismo residual da região do Norte Pioneiro, que reforça a hipótese da presença de corpos ou de complexos alcalinos e/ou alcalino-carbonatiticos não aflorantes; - o mapa hidrogeoquímico do fluoreto subsidiou a realização de estudos epidemiológicos que identificaram a ocorrência de fluorose dentaria grave nos moradores, em idade escolar, da região do Norte Pioneiro; - o estabelecimento de um indicador de risco geoquímico para a saúde humana a partir da robusta relação entre os teores de cloretos e brometos nas águas e os municípios com as mais altas taxas de mortalidade por câncer de fígado em seres humanos. Isto poderia indicar o passivo ambiental herdado dos resíduos dos pesticidas clorados e bromados empregados, por muitas décadas, nas culturas de café e algodão do norte do Paraná; - o impacto das atividades garimpeiras - que vem ocorrendo desde 1565 - na região litorânea, e perfeitamente caracterizado pela abundancia relativa de mercúrio e de ouro; - o impacto de atividades industriais de extração de carvão e seu aproveitamento na geração de termo-eletricidade e identificado principalmente pelo sulfato nas águas e pelo cadmio nos sedimentos de fundo, respectivamente. Sob o ponto de vista da industria mineral, algumas áreas relacionadas com as rochas igneas básicas da Bacia do Paraná, demonstraram potencial para a exploração de metais preciosos, principalmente EGP (Elementos do Grupo da Platina) e ouro. Com a aplicação da analise fatorial sobre os dados geoquímicos de águas e sedimentos ativos de drenagem, o território do Estado do Paraná foi compartimentado em anomalias regionais e províncias estatística e geoquimicamente homogêneas, refletindo os ambientes naturais e o impacto da ação humana.

Abstract: The geochemical responses from the environment are controlled, firstly, by natural geologic, pedologic, climatic and biological processes. Superimposed on these natural influences, human activity plays an important role due to the possibilities of alteration of the geochemical environment caused by urban centers, as well as by industrial and agricultural activities. In researching the geographical relationships between the distribution of chemical elements and natural patterns or anthropogenic alterations, the multielemental geochemical surveys show it discriminatory capacity. Sampling and performing multielemental geochemical analysis in stream water and bottom sediments from 220 sq. km catchment basins from the 200,000 sq. km territory of the State of Parana allowed the establishment of a database to support the study of the distribution patterns of chemical elements. Other numerical variables, such as population density and the amount of areas cropped with cotton, coffee, potato and tobacco, deemed to be capable of characterizing and quantifying the impact of human occupation, were aggregated to the database. Besides, the liver cancer death rate (death / 100,000 inhabitants) was selected as an indicator capable to show the accumulation of pesticide residues and its impact on human health. The geologicgeomorphological provinces map, the simplified geologic map, the main tectonic structures, the residual magnetic anomalous boundaries were also used to identify characteristic geochemical signatures. Because of the diversity in the vectorial structure of each theme - polygons for the catchment basins, municipal boundaries and geologic map, arcs for the tectonic structures and residual magnetism anomalies - the geochemical, geologic, social, economical and health databases were standardized by means of multiquadric functions and the point-in-polygon geoprocessing technique. With this procedure, the values of all numerical and atributes of qualitative variables were standardized and regularized in a grid composed by points equally spaced, nearly about 5,000 meters. Then, characteristic geochemical signatures were established to describe several natural and anthropogenetic situations. From that it is possible to point out: - the marked differences between the two main structural directions, showing that NE-SW structures are represented by a wide spectrum of chemical elements reflecting granitogenesis, hydrothermalism and mineralizing processes; - the geochemical signature of the stream waters asssociated with residual magnetism anomalies in the Norte Pioneiro region, which emphasizes the hypotesis of deep seated alcaline rocks intrusions or alcaline-carbonatitic complexes ; - based on the fluoride hydrogeochemical map, epidemiological investigations showed the occurrence of severe dental fluorosis affecting childhood on the Norte Pioneiro region; - the construction of a human health risk index, built from the robust relationship between chloride and bromide contents in stream waters and the municipalities with the highest rates of human death by liver cancer. This fact could indicate the environmental impact heritage related to residues of chlorinated and brominated pesticides applied on coffee and cotton crops, over decades, in the northern region of the State of Parana; - the environmental impact of small mining activities or "garimpos"- occurring since the year of 1565 - in the coast plain region is quite well identified by the relative abundance of mercury and gold; - the environmental impact of industrial activities related to coal mining and its use in the power production is identified mainly by sulphate anomalies in stream waters and cadmium in stream sediments. From the mineral industry point of view, some areas related to the Parana Basin basic igneous rocks, showed potential and favourability for the exploration of precious metals, like PGM (Platinum Group Metals) and gold. With the application of factor analisys on the stream water and sediments geochemical database, the State of Parana's territory was compartmentalized into regional anomalies and provinces, statistically and geochemically homogeneous, reflecting the natural enviroment and the impact of human activities on it.