Modelagem como ferramenta de monitoramento de microplásticos em praias do Complexo Estuarino de Paranaguá – PR

Abstract

Resumo: Os microplásticos (MPs) têm sido foco de preocupação ambiental, pois esses poluentes potencialmente tóxicos à saúde dos organismos aquáticos podem comprometer ecossistemas costeiros e marinhos. O Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP), sítio RAMSAR de grande importância ecológica, compreende quatro unidades de conservação federais e abriga o segundo maior porto do Brasil e a maior cidade litorânea do Paraná (157 mil habitantes), potenciais fontes de MPs. Neste estudo, MPs na fração de tamanho de 1 a 5 mm foram investigados em 19 praias arenosas do CEP. As amostras de sedimento superficial (0-5 cm) foram coletadas na linha de deixa de marés de sizígia e, em laboratório, processadas por peneiramento e analisadas visualmente quanto ao numero e forma de MPs. Um total de 389 MPs foi encontrado em 16 dos locais de amostragem, destes 63,7% eram espumas, 13,8% fragmentos de plástico rígido, 12,8% fragmentos de tinta, 7,2% pellets de plástico, 1,8% filmes e 0,5% linhas. A maioria das praias da Área de Proteção Ambiental (APA) de Guaraqueçaba apresentou MPs. No CEP, as atividades urbanas e portuárias foram consideradas como as fontes mais prováveis de MPs. A obtenção de dados de campo são uma parte essencial no monitoramento da poluição por MP e de ações eficazes para a gestão e mitigação deste poluente. No entanto, grandes campanhas de amostragem podem ser caras, o que mostra a importância do uso de modelos de rastreamento de partículas, pois eles podem otimizar o monitoramento de MP sem grandes esforços de amostragem. Nesse contexto, também avaliamos um modelo de rastreamento de partículas - o modelo 2D TrackMPD acoplado ao modelo hidrodinâmico MOHID para investigar se essa abordagem poderia ser aplicada para auxiliar no monitoramento de MPs no CEP. Os resultados do 2D TrackMPD mostram que diferentes trajetórias e destinos das partículas são esperados para pontos de liberação de MPs distantes e destacam que os principais pontos de acúmulo de MPs, a partir dos pontos de liberação simulados, situam-se próximos as cidades de Paranaguá e Antonina. Encontramos uma correlação positiva e significativa entre a saída do modelo e os dados observacionais de MPs de praias não urbanizadas, mas correlações negativas e não significativas ao se considerar praias urbanizadas, comprometendo a precisão do modelo. Nossos resultados mostram que o modelo requer uma validação mais robusta para ser aplicado como uma ferramenta de monitoramento e apoio às ações de gestão de unidades de conservação. No entanto, as simulações destacam o movimento transfronteiriço dos MPs entre distintas áreas do CEP, principalmente os liberados na Baía de Paranaguá. A potencial exportação dos MPs para a APA de Guaraqueçaba e a plataforma oceânica adjacente aumenta a preocupação com a poluição dos MPs nesta área. Além disso, nosso trabalho traz informações sobre a dinâmica source-to-sink de MPs neste complexo estuarino, que é importante sob o ponto de vista da poluição por plástico local e também global.

Abstract: Microplastics (MPs) have been the focus of environmental concerns, as these toxic pollutants to aquatic organisms' health may compromise ecosystems. The Paranaguá Estuarine Complex (PEC), a RAMSAR site of great ecological importance, comprises four federal conservation units and harbors the second-largest port in Brazil and the largest coastal city of Paraná, both potential MPs sources. In this study, MPs (size fraction 1 to 5 mm) were investigated on 19 sandy beaches of the PEC. Surface sediment samples (0-5 cm) were collected at the high tide line and, in the laboratory, processed (sieving) and visually analyzed for its MPs content. A total of 389 MPs were found at 16 of the sampling sites. Of these 63.7% were foam, 13.8% hard plastic fragments, 12.8% paint fragments, 7.2% plastic pellets, 1.8% films, and 0.5% lines. The majority of the Guaraqueçaba Environmental Protection Area (EPA) beaches presented MPs. At the PEC, urban and harbor activities are considered the most likely MPs sources. Field data is an essential part of MP's pollution monitoring and sound management and mitigation actions. However, large sampling campaigns can be costly, which showcases the importance of MP particle-tracking models as these may optimize MP monitoring without large sampling efforts. In this context, we also assess a particle-tracking model - the 2D TrackMPD model framework coupled with MOHID Water OGCM accuracy to investigate if this approach could be applied to aid MPs monitoring at the PEC. The 2D TrackMPD outputs show that different particle trajectories and fates are expected for distant MPs release points and highlight that the Paranaguá and Antonina cities surrounding are the main MPs accumulation hotspots within the PEC. A positive and significant correlation was found between the model output and MPs observational data from non-urbanized beaches, but negative and insignificant correlations are observed when considering urbanized beaches, compromising the model accuracy. Our results show that the model requires a more robust validation to be usable as a monitoring tool and to support protected areas management actions. Nevertheless, the simulations highlight a transboundary movement of MPs between different areas on the PEC, mainly the releases on Paranaguá Bay. The export of MPs to the Guaraqueçaba EPA and the adjacent ocean shelf raises MPs pollution concerns for this area. Additionally, our work brings information regarding the source-to-sink dynamic of MPs in this estuarine complex, which has importance from a local and global perspective on plastic pollution.