Hidrogeoquímica multielementar : gerenciamento ambiental e exploratório de bacias hidrográficas

Abstract

Resumo: O estudo hidrogeoquímico multielementar em bacias hidrográficas, associado a análises estatísticas e geoprocessamento, possibilita relacionar as variáveis físico-químicas detectadas com os constituintes das rochas e/ou com ações antrópicas decorrentes dos diferentes tipos de uso e ocupação do solo (indústrias, urbanização, florestas preservadas). Neste aspecto, a hidrogeoquímica multielementar abre um leque de possibilidades de estudos e aplicações. O objetivo geral desta tese é elaborar uma rotina de tratamento de dados que caracterize, regionalmente, assinaturas hidroquímicas de fontes naturais (interação água-rocha) e/ou antrópicas. Foram utilizadas análises físico-químicas que representam 119 pontos de amostragens, localizados no exutório de bacias hidrográficas no Paraná. As 119 amostras de águas superficiais foram analisadas por cromatografia iônica (CI) e Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). O tratamento de dados consistiu na identificação das variáveis válidas, cartografia dos estimadores estatísticos, transformação das unidades ?g L-1 e mg L-1 para meq L-1, análise da correlação, análise fatorial e espacialização do somatório das assinaturas ambientais e exploratórias identificadas. O estudo hidrogeoquímico multielementar na gestão ambiental focou na qualidade da água para consumo humano, na detecção de assinaturas antrópicas, e na identificação de possíveis fontes de poluição. Neste estudo é proposto o Índice Relativo de Risco (IRR), a partir da divisão das concentrações detectadas nos laudos analíticos pelos respectivos valores orientadores ou valores máximos permitidos (VMP). A partir do somatório dos quocientes de cada ponto amostrado foram hierarquizadas as bacias hidrográficas mais favoráveis e menos favoráveis à captações destinadas ao consumo humano. Os resultados indicam que as bacias com maiores coberturas florestais e pouco urbanizadas representam as bacias com as melhores condições físico-químicas para abastecimento, com destaque para as sub-bacias do Parque Nacional do Iguaçu e do Parque Estadual das Lauráceas (Vale do Ribeira). Outra abordagem na área de gestão ambiental de bacias hidrográficas foi realizada nas sub-bacias que drenam a formação Serra Geral, utilizando o nitrato como "farejador de contaminação". Este método identificou associações multielementares que indicam a presença de efluentes antrópicos nos recursos hídricos. As possíveis fontes de contaminação foram investigadas e caracterizadas mediante observações de imagens orbitais. Foi realizada uma análise multitemporal onde foi observado que as maiores e menores concentrações mantiveram-se nas mesmas regiões, em ambos os levantamentos (intervalo de 13 anos). A distribuição dos parâmetros físico-químicos em mapas possibilitou a observação de uma estrutura hidroquímica de direção NE-SW em sub-bacias que drenam as rochas do Permiano superior, indicando uma fonte geológica para esta estrutura. Já o estudo hidrogeoquímico de cunho exploratório visou estabelecer modelos exploratórios para a prospecção mineral. As aplicações exploratórias foram realizadas a partir de 42 variáveis, detectadas em oito pontos de coleta localizados na Região do Vale do Rio Ribeira de Iguape (Região Metropolitana de Curitiba). Este estudo resultou na determinação modelos hidrogeoquímicos exploratórios, de depósitos Cu-Pb-Zn do tipo Perau, Panelas, bem como, Elementos Terras Raras (ETR). A aplicação da hidrogeoquímica multielementar em estudos ambientais e exploratórios, permite que gestores de recursos hídricos identifiquem áreas favoráveis a captação para o consumo humano, evitando expor usuários a riscos toxicológicos, assim como, em projetos de prospecção mineral, permitirá identificar modelos exploratórios de interesse econômico, contribuindo com o desenvolvimento geológico e social regional. Por fim esta pesquisa contribui para o uso dos recursos hídricos de maneira sustentável, princípio fundamental na gestão de bacias hidrográficas.

Abstract: The multielement hydrogeochemical study in watersheds associated with statistical and GIS analyzes, allows to relate the physicochemical variables detected with the constituents of rocks and / or human actions resulting from different types land use and occupation (industry, urbanization, forest preserved). In this aspect, the hydrogeochemical multielement opens a range of possibilities for studies and applications. The main objective of this thesis is to develop a routine to processing data, hydrochemical signatures of natural sources (water-rock interaction) and / or anthropogenic sources. Physicochemical analyzes representing 119 sampling sites, located in watershed at Paraná State. The 119 surface water samples were analyzed using ion chromatography (IC) and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). Data processing consisted in the identification of valid variables, mapping statistical estimators, correlation analysis, factorial analysis and spatial distribution. The hydrogeochemical study in environmental management focused on water quality for human consumption, detection of anthropogenic signatures, and the identification of sources of pollution. In this study was proposed the Relative Index Risk (IRR), by dividing the concentrations detected in the analytical reports by their guiding values. The quotients from each sampled (watersheds) were ranked and identified the most favorable and least favorable to human consumption. The results indicate that the watersheds with forest coverage and little urbanized areas represents the best physicochemical conditions for human supply, emphasis on watersheds located at the Iguaçu National Park and the State Park of Lauráceas (Ribeira Valey). Another environmental approach was performed in watersheds that drain the Serra Geral Formation, using nitrate as an indicator of anthropogenic contamination. This method identified multielement associations that indicate the presence of anthropogenic effluents on water resources. Possible sources of contamination were investigated and characterized by observations of orbital images. Multitemporal analysis observed that the highest and lowest concentrations remained in the same regions in both surveys (range of 13 years). The distribution of physico-chemical parameters on maps identified a NE-SW hydrochemistry trending on rocks with Permian ages, indicating a geological source for this structure. The hydrogeochemical exploratory study identified mineral prospecting models for Cu-Pb-Zn deposits (Perau and Panelas type), and for Rare Earth Elements (REE). The application of hydrogeochemical multielement on environmental studies allows water managers to identify favorable watersheds to human consumption. At exploration studies, is possible to identify mineral prospecting models, that improve the geological knowledge and social development. Finally this research contributes to sustainable management of water resources in watersheds.