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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA
MICHEL LOPES GRANJEIRO
CONTRIBUIÇÃO DOS ISÓTOPOS AMBIENTAIS E HIDROQUÍMICA PARA
O CONHECIMENTO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS NA BACIA DE LAVRAS
DA MANGABEIRA
FORTALEZA - CE
Fevereiro/2008
MICHEL LOPES GRANJEIRO
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CONTRIBUIÇÃO DOS ISÓTOPOS AMBIENTAIS E HIDROQUÍMICA PARA O
CONHECIMENTO DAS ÁGUAS SUBTERR ÂNEAS NA BACIA DE LAVRAS DA
MANGABEIRA
Dissertação submetida à Coordenação do
Curso de Pós-Graduação em Física da
Universidade Federal do Ceará como
requisito parcial para obtenção de grau de
Mestre em Física.
Orientadora: Prof
a
Dr
a
Maria Marlúcia
Freitas Santiago
FORTALEZA-CE
Fevereiro/2008
ii
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MICHEL LOPES GRANJEIRO
CONTRIBUIÇÃO DOS ISÓTOPOS AMBIENTAIS E HIDROQUÍMICA PARA O
CONHECIMENTO DAS RESERVAS HÍDRI CAS SUBTERRÂNEAS NA BACI A DE
LAVRAS DA MANGABEIRA
Dissertação submetida à Coordenação do
Curso de Pós-Graduação em Física da
Universidade Federal do Ceará como
requisito parcial para obtenção de grau
de Mestre em Física.
Apresentada em: 15/02/2008
BANCA EXAMINADORA
______________________________________________
Profa Dra Maria Marlúcia Freitas Santiago (Orientadora)
Universidade Federal do Ceara
_______________________________________________
Profa Dra Carla Maria Salgado Vidal Silva
Universidade Federal do Ceara
_______________________________________________
Prof. Dr José Geilson Alves Demétrio
Universidade Federal de Pernambuco
iii
AGRADECIMENTOS ESPECIAIS
Agradeço a Deus por ter me dado força para superar cada
dificuldade que apareceu ao longo desta caminhada.
iv
AGRADECIMENTOS
À minha orientadora, Profª. Dr.ª Maria Marlúcia Freitas Santiago, pela
orientação segura e dedicada, pelo modo gentil com que sempre me tratou e pelo apoio
incondicional durante o desenvolvimento deste trabalho.
Ao Professor Dr. Josué Mendes Filho, pela indispensável e valiosa colaboração
para realização deste trabalho.
À coordenação de Pós-Graduação do Departamento de Física da UFC, na pessoa
de seu coordenador, Prof. Paulo de Tarso Cavalcante Freire.
À Profª. Dr.ª Carla Maria Salgado Vidal Silva, pelos momentos de
companheirismo, ensinamentos e amizade.
Ao Professor Dr Horst Frischkorn pela disponibilidade que foi mostrada sempre
que solicitado.
Ao Laboratório de Física Nuclear Aplicada (LFNA) da Universidade Federal da
Bahia, pelas análises de Oxigênio-18 e Deutério.
Aos meus pais Orlaneudo e Jean Claudete, aos meus avós paternos José e Maria
e à minha avó materna Ana Granjeiro, principais responsáveis pela minha formação
moral.
Aos meus tios Ozamy, Regino e Francisco e às minhas tias Neuza, Lina, Neuda,
e em especial tia Meuda, pela ajuda financeira que me foi dada sempre que precisei.
Ao meu irmão Marcelo e à minha irmã Micheline que sempre estiveram ao meu
lado nessa vitoriosa batalha. Aos meus primos Régis e Rafael e às minhas primas
Kathleen, Ericka e Leila pelo carinho por mim demonstrado nas horas de lazer.
v
Aos professores Josué, Paulo de Tarso, Marlúcia, Raimundo, Renan, Murilo,
Carlos Alberto, Eloneid, Parente, Newton Teófilo, que fizeram parte da minha formação
acadêmica. Agradeço a todos os professores do Departamento de Física que de alguma
maneira participaram na realização d este trabalho.
À técnica Maria do Carmo Germano (Carminha), do Laboratório de Carbono-
14, pela convivência amigável, atenção demonstrada e valiosa colaboração.
Aos meus amigos da Graduação e da Pós Graduação: Damasceno, Júlio César,
Sara, Rogelma, Luís Carlos, Erivelton, Luciana, Arley, Hudson, Namor, Lucilene,
Aparecida, José Silva, Nizomar, Euzenil, Teresa, Erneson, Gardênia, João Cláudio,
Pascoal, Sérgio, JJ, Eduardo, Acrísio, Márcio, Apiano, Nuno e Lena. Minhas sinceras
desculpas a quem eu tenha esquecido.
Aos amigos Bastinho, Denise, João Batista, Geraldo, Feijó, Ronald, Ricardo,
Baraka, Hélio, Kelson, Kênio, Lorena, Betiane, Kerlianne, Alana, Sirlane, Liliane,
Aninha, Régis, Rogers, Renata, Wellington, Mazé, Marisa, Meiriane, Monalisa, Felipe,
Daniel, Ranielle, Letícia, Andressa, Alex, Ana Paula, Oséas, Daniele, Débora, Emanuel,
Davi. Perdão a quem tenha esquecido.
Às secretárias da Pós-Graduação Rejane Coelho e Ana Cleide pela presteza.
Ao pessoal da Secretaria do Departamento de Física: Creusa, Vera, Cosmo e
D. Luiza, sempre dispostos a ajudar no que for possível.
Ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico)
pelo apoio financeiro através da bolsa.
À FUNCAP (Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e
Tecnológico) na pessoa de seu Diretor Científico Prof. Erivan de Abreu Melo pela
disponibilidade de recursos financeiros para o Departamento de Física da UFC.
À FINEP (Financiadora de Estudos e Projeto) pelo apoio financeiro desta
pesquisa através do projeto Rede Cooperativa de Pesquisa: Comportamento de Bacias
Sedimentares da Região Semi-Árida do Nordeste Brasileiro dentro do subprojeto
Hidrogeologia da Bacia Sedimentar de Lavras da Mangabeira.
vi
RESUMO
Águas subterrâneas nas duas sub-bacias, a do Riacho do Rosário e a do Riacho
Meio, na Bacia Sedimentar de Lavras da Mangabeira foram estudadas utilizando
medidas de isótopos ambientais, oxigênio-18, deutério e carbono-14, medidas
hidroquímicas, e análises bacteriológicas. Os valores de δ
18
O estão na faixa de –3,1 a
–0,2‰ e os de δD de –17,9 a –3,6‰ e mostram que as águas sofreram processo de
evaporação indicando provável recarga feita através dos riachos de cada sub-bacia. As
águas nas duas sub-bacias são armazenadas na Formação Serrote do Limoeiro e na
Formação Iborepi, onde estão as águas menos salinas. Com exceção do poço P01, as
águas têm baixa salinidade e são potáveis quanto a hidroquímica. Predominam águas
dos tipos bicarbonatadas mistas e bicarbonatadas sódicas. As análises de carbono-14
feitas nas amostras da sub-bacia Riacho do Meio mostraram que as águas não são
modernas, possuindo tempos de permanência da ordem de 3900 anos resultantes da
mistura de diferentes contribuições de recarga. Análises bacteriológicas mostraram que
as águas não são potáveis apresentando, algumas delas, elevada presença de coliformes
totais e de E. Coli.
vii
ABSTRACT
Groundwaters from two sub-basins, one of the Riacho of Rosário and the other
of the Riacho do Meio, in the Sedimentary Basin of Lavras da Mangabeira were studied
using measurements of the environmental isotopes oxygen-18, deuterium and carbon-
14, and hydrochemistry and bacteriological analyses. δ
18
O values range from -3,1 to -
0,2 ‰ and δD, from -17,9 to -3,6 ‰, indicating that the waters suffered evaporation and
that recharge is probably through the respective river of each sub-basin. The waters in
both sub-basins are stored in the Formations Serrote do Limoeiro and Iboperi, with
those of less salt concentration in F. Iboperi. Except for the well P01, the waters have
low salinity and are potable with respect to hydrochemistry. Waters of the types
mixed/bicarbonate and sodium/bicarbonate prevail. Carbon-14 analyses on samples
from the Riacho do Meio sub-basin revealed that these waters are not modern, but show
equivalent residence times of the order of 3900years, most probably resulting from
mixing of different recharge contributions. Bacteriological analyses showed that the
waters are not potable due to the elevated number of coliforms and of E. Coli.
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Localização da Bacia Sedimentar de Lavras da Mangabeira..............................8
Figura 2.2 – Mapa Geológico das bacias sedimentares de Lavras da Mangabeira...............11
Figura 2.3 – Pluviometria de um posto meteorológico em Lavras da Mangabeira de
abril de 2005 a fevereiro de 2007......................................................................17
Figura 3.1 – Esquema para a mudança de estado físico de um sistema................................24
Figura 3.2 – Reta Meteórica Mundial para águas que não sofrem evaporação.....................28
Figura 3.3 – Processo de decaimento radioativo...................................................................35
Figura 4.1 – Esquema de um diagrama Piper para a classificação das águas.......................50
Figura 6.1 – Condutividade elétrica em função do tempo....................................................58
Figura 6.2 – pH em função do tempo para os principais poços em Lavras da
Mangabeira........................................................................................................60
Figura 6.3 – Temperatura em função do tempo para os poços de Lavras da
Mangabeira........................................................................................................61
Figura 6.4 – Diagrama de Piper em Lavras da Mangabeira com dados de dezembro de
2005...................................................................................................................65
Figura 6.5 – Diagrama de Piper em Lavras da Mangabeira com dados de fevereiro de
2007...................................................................................................................65
Figura 6.6 - Concentração dos cátions versus data para amostras d´água no poço P01,
na Formação Serrote do Limoeiro....................................................................66
Figura 6.7 - Concentração dos cátions versus data para amostras d´água no poço P02,
na Formação Serrote do Limoeiro...................................................................67
Figura 6.8 - Concentração dos cátions versus data para amostras d´água no poço P03,
na Formação Serrote do Limoeiro...................................................................67
Figura 6.9 - Concentração dos cátions versus data para amostras d´água no poço P04,
na Formação Serrote do Limoeiro............................................................... ...68
Figura 6.10 - Concentração dos cátions versus data para amostras d´água no poço P08,
na Formação Serrote do Limoeiro...................................................................68
Figura 6.11 - Concentração dos cátions versus data para amostras d´água no poço P09,
na Formação Iborepi...................................................................................... 69
ix
Figura 6.12 - Concentração dos cátions versus data para amostras d´água no poço P10,
na Formação Iborepi........................................................................................69
Figura 6.13 - Concentração dos ânions versus data para amostras d´água no poço P01,
na Formação Serrote do Limoeiro...................................................................71
Figura 6.14 - Concentração dos ânions versus data para amostras d´água no poço P02,
na Formação Serrote do Limoeiro.................................................................. 71
Figura 6.15 - Concentração dos ânions versus data para amostras d´água no poço P03,
na Formação Serrote do Limoeiro..................................................................72
Figura 6.16 - Concentração dos ânions versus data para amostras d´água no poço P04,
na Formação Serrote do Limoeiro.................................................................. 72
Figura 6.17 - Concentração dos ânions versus data para amostras d´água no poço P08,
na Formação Serrote do Limoeiro.................................................................. 73
Figura 6.18 - Concentração dos ânions versus data para amostras d´água no poço P09,
na Formação Iborepi....................................................................................... 73
Figura 6.19 - Concentração dos ânions versus data para amostras d´água no poço P10,
na Formação Iborepi......................................................................................74
Figura 6.20 - Variação da dureza no período de outubro de 2005 a fevereiro de 2007
em amostras de Lavras da Mangabeira............................................................ 75
Figura 6.21 - Variação dos nitratos com o tempo nas amostras da sub-bacia Riacho do
Rosário............................................................................................................76
Figura 6.22 - Variação dos nitratos com o tempo nas amostras da sub-bacia Riacho do
Meio.................................................................................................................76
Figura 6.23 - Concentração de cloretos versus concentração de sódio.................................77
Figura 6.24 - Condutividade elétrica versus concentração de cloretos.................................78
Figura 6.25 - δD versus δ
18
O para as amostras de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira.......................................................................................................80
Figura 6.26 - δD versus condutividade elétrica em amostras de águas subterrâneas em
Lavras da Mangabeira......................................................................................81
Figura 6.27 - δ
18
O versus condutividade elétrica em amostras de águas subterrâneas em
Lavras da Mangabeira......................................................................................81
Figura 6.28 - Distribuição espacial das concentrações de coliformes totais e de
Escherichia Coli...............................................................................................84
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 – Alguns isótopos usados na hidrologia como traçadores ambientais..........22
Tabela 3.2 – Variações de α
D
e de α
18
O
com atemperatura............................................25
Tabela 4.1 – Valores máximos permitidos (VMP) de acordo com o Ministério da
Saúde........................................................................................................39
Tabela 4.2 – Qualidade da água de acordo com o SAR.................................................42
Tabela 4.3 – Classificação das águas quanto ao grau de dureza....................................49
Tabela 6.1 – Identificação dos poços tubulares amostrados em Lavras da
Mangabeira............................................................................................... 55
Tabela 6.2 – pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P01 durante as seis coletas...........................................................56
Tabela 6.3 – pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P02 durante as seis coletas...........................................................56
Tabela 6.4 – pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P03 durante as seis coletas..........................................................57
Tabela 6.5 – pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P04 durante as seis coletas.........................................................57
Tabela 6.6 – pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P08 durante as seis coletas......................................................... 57
Tabela 6.7 – pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P09 durante as seis coletas.........................................................57
Tabela 6.8 – pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P10 durante as seis coletas..........................................................58
xi
Tabela 6.9 – Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 1 em outubro de 2005..............................................62
Tabela 6.10 – Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 2 em dezembro de 2005..........................................62
Tabela 6.11 – Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 3 em abril de 2006...................................................63
Tabela 6.12 – Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 4 em junho de 2006.................................................63
Tabela 6.13 – Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 5 em outubro de 2006..............................................63
Tabela 6.14 – Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 6 em fevereiro de 2007............................................64
Tabela 6.15 – Variação da dureza nos poços de Lavras da Mangabeira durante o
período de amostragem............................................................................64
Tabela 6.16 – Valores de δD e δ
18
O de águas subterrâneas em Lavras da
Mangabeira.............................................................................................79
Tabela 6.17- pH, Condutividade elétrica (CE) e porcentagem de carbono moderno
(pMC) e idade convencional em amostras d´água subterrânea em
Lavras da Mangabeira................................................................................82
Tabela 6.18 - Resultados das análises bacteriológicas de águas subterrâneas da
Bacia Sedimentar de Lavras da Mangabeira............................................83
xii
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO................................................................................................................1
1.1 - Generalidades............................................................................................................1
1.2 - Objetivos.....................................................................................................................4
1.2.1 – Objetivo Geral .......................................................................................................4
1.2.2 – Objetivos Específicos.............................................................................................4
1.3 – Alguns Trabalhos Desenvolvidos em Áreas Sedimentares do Ceará...................5
2. ÁREA DE ESTUDO........................................................................................................8
2.1 – Localização Geográfica.............................................................................................8
2.2 – Aspectos Socioeconômicos........................................................................................8
2.3 – Climatologia...............................................................................................................9
2.4 – Hidrologia..................................................................................................................9
2.5 – Vegetação.................................................................................................................10
2.6 – Solos..........................................................................................................................10
2.7 – Geologia....................................................................................................................11
2.8 – Litoestratigrafia......................................................................................................12
2.9 – Hidrogeologia..........................................................................................................15
2.10 – Contexto Hidrogeológico da Área de Estudo.....................................................16
2.11 – Pluviometria..........................................................................................................16
2.12 – Trabalhos Anteriores Desenvolvidos na Área...................................................17
3. ISÓTOPOS AMBIENTAIS..........................................................................................20
3.1 – Os Isótopos Estáveis Oxigênio-18 e Deutério.......................................................21
3.1.1 – Razão Isotópica...................................................................................................23
3.1.2 – Valor δ......... ........................................................................................................25
xiii
3.1.3 – Padrões.................................................................................................................26
3.1.4 – Relações Entre as Concentrações de D e
18
O em Águas Meteóricas.................27
3.1.5 – Fatores que Afetam as Concentrações Isotópicas das Precipitações.................29
3.2 – O Isótopo Instável Carbono 14...............................................................................32
4.HIDROGEOQUÍMICA.................................................................................................39
4.1 – Cálcio.......................................................................................................................40
4.2 – Magnésio..................................................................................................................40
4.3 – Sódio.........................................................................................................................41
4.4 – Potássio....................................................................................................................42
4.5 – Cloretos...................................................................................................................43
4.6 – Sulfatos....................................................................................................................44
4.7 – Bicarbonatos e Carbonatos....................................................................................44
4.8 – Amônia, Nitrito e Nitrato.......................................................................................45
4.9 – pH.............................................................................................................................46
4.10 – Condutividade Elétrica.........................................................................................47
4.11 – Dureza....................................................................................................................48
4.12 – Diagrama de Piper................................................................................................49
5. METODOLOGIA..........................................................................................................51
5.1 – Trabalho de Campo................................................................................................51
5.2 – Trabalho de Laboratório........................................................................................51
5.2.1 – Medidas Isotópicas...............................................................................................51
5.2.2 – Análises Hidroquímicas.......................................................................................52
5.3 – Análise Bacteriológica..............................................................................................53
5.3.1 – Medidas pelo Método Colilert..............................................................................54
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES.................................................................................55
6.1 – A Hidrogeoquímica.................................................................................................55
xiv
6.1.1 – Condutividade Elétrica.......................................................................................58
6.1.2 – pH..........................................................................................................................60
6.1.3 – Temperatura.........................................................................................................61
6.1.4 – Concentração dos Íons Maiores..........................................................................62
6.2 - Caracterização Isotópica.........................................................................................79
6.2.1- Oxigênio-18 e Deutério..........................................................................................79
6.2.2 – Carbono-14........................................................................................................ 82
6.3 - Análise Bacteriológica.......................................................................................... 82
7. CONCLUSÕES..............................................................................................................85
7.1 - Perspectivas Futuras..............................................................................................87
8. REFERÊNCIAS BIBIOGRÁFICAS...........................................................................88
xv
1. INTRODUÇÃO
Este trabalho foi desenvolvido no âmbito do projeto Rede Cooperativa de
Pesquisa: Comportamento de Bacias Sedimentares da Região Semi-Árida do Nordeste
Brasileiro dentro do subprojeto Hidrogeologia da Bacia Sedimentar de Lavras da
Mangabeira com financiamento da FINEP.
Esta dissertação está organizada em oito capítulos. O capítulo 1 trata de
generalidades relativas à água, dos objetivos desse trabalho e foi feita uma revisão
bibliográfica, onde estão alguns dos trabalhos que já foram desenvolvidos em áreas
sedimentares do Ceará. No capítulo 2 foi descrita a área em estudo, sob os aspectos da
climatologia e da geologia da região. O capítulo 3 trata do uso e aplicações dos isótopos
ambientais estáveis, oxigênio-18 e deutério e do isótopo radioativo carbono-14 na
Hidrologia. No capítulo 4 está a Hidrogeoquímica onde falamos dentre outras coisas,
sobre os íons mais abundantes dissolvidos na água. No quinto capítulo, fez-se uma
discussão sobre os métodos utilizados para a interpretação dos resultados obtidos,
ressaltando o embasamento teórico para tal interpretação. No capítulo 6 estão os
resultados das análises das águas coletadas com interpretações e discussões. No capítulo
7 estão as conclusões obtidas e no oitavo capítulo estão as referências bibliográficas.
1.1 - Generalidades
Nosso planeta ganhou o título de Planeta Água devido a inconfundível
predominância dessa substância armazenada na sua superfície, em forma de oceanos,
mares e rios, como gelo nos pólos e espalhada na atmosfera em forma de vapor d´água.
Mas, embora exista muito desse líquido no planeta, a quantidade de água doce é
relativamente pouca e, parte dessa água, está armazenada nas calotas polares e geleiras,
sendo inacessível com a tecnologia que hoje possuímos.
Talvez porque as águas superficiais estejam ao nosso alcance visual somos
levados a pensar que elas existam em maior quantidade que as águas subterrâneas.
Entretanto, a maior parte de toda a água disponível para o consumo da humanidade está
na forma de água subterrânea. Apesar de abundante, a água subterrânea não é um
recurso inesgotável e como qualquer outro recurso natural, tem que ser usada
adequadamente para assegurar a disponibilidade para as gerações futuras.
1
A escassez de água doce e potável poderá tornar-se a grande ameaça ao
desenvolvimento econômico e à estabilidade política do mundo nas próximas décadas.
As disputas pelo uso da água poderão, até, desencadear conflitos e guerras em escala
imprevisível.
Por isso, é importante o completo conhecimento do ciclo hidrológico, o que
permite uma correta avaliação da disponibilidade dos recursos hídricos de uma
determinada região.
O Brasil é altamente privilegiado em termos de disponibilidade hídrica; porém a
distribuição dessa água é bastante irregular. Apesar da grande quantidade de água há
escassez no Nordeste, principalmente durante os anos de seca. Esse problema vem se
manifestando em outras partes do país por influência dos fatores climáticos e pela
cultura do desperdício.
Para diminuir o problema da falta de água durante os meses sem chuvas,
condições naturais do Nordeste do Brasil, grandes reservatórios superficiais são
construídos com a finalidade de captar e estocar água durante o período chuvoso.
Porém, em anos que ocorre o fenômeno das secas, não chove o bastante para estocar
água suficiente para suprir o período sem chuvas e a pouca água armazenada, diminui
drasticamente por efeito da alta taxa de evaporação que reduz o nível de água dos
açudes.
como agricultura, indústria e urbanização podem degradar sua qualidade através da
recarga com águas poluídas. Quando ocorre contaminação, a poluição é de mais difícil
tratamento devido ao fluxo lento da água.
No Brasil, essa água já é bastante explorada; estima-se que 15,6% dos
domicílios utilizam exclusivamente água subterrânea, 77,8% usam rede de
abastecimento de água e 6,6% usam outras formas de abastecimento (IBGE, 2002a).
Devido a sua posição geográfica e ao clima semi-árido, as águas encontradas no
Estado do Ceará em geral têm problemas tanto de quantidade como de qualidade. As
chuvas que caem na região são praticamente limitadas aos cinco primeiros meses do ano
e a pouca água que cai é má distribuída tanto em relação ao tempo como ao espaço.
Outra questão preocupante é o fato de longos períodos de estiagem serem freqüentes na
região causando efeitos catastróficos. Essas condições climáticas acabam interferindo na
economia do Estado causando sérios prejuízos principalmente para a população rural e
gerando um grande problema social.
Outro aspecto importante é que o Estado do Ceará encontra-se em cerca de 75%
de sua área, em rochas cristalinas com água de concentração salina elevada que pode
tornar seu uso inviável. Além disso, essas rochas possuem baixa vocação para o
armazenamento de água; nelas, a água é armazenada em descontinuidades representadas
pelas fraturas abertas devido ao movimento tectônico e que se constituem no meio de
baixa transmissão e armazenamento de água, isso porque as interligações não
possibilitam uma circulação fácil. Geralmente, as fraturas possuem pouca ou nenhuma
conectividade entre si; devido a esse fato, águas de poços bem próximos podem
apresentar grandes diferenças no valor da salinidade (BRITO et al., 2004).
Nos 25% de área restante no Estado, encontram-se terrenos sedimentares, onde a
água é transmitida através da intercomunicação entre os espaços vazios, entre os grãos
de tamanhos variados que a compõe. Estes terrenos sedimentares encontram-se ao longo
do litoral, nas Dunas e Formação Barreiras, e no interior destaca-se como a Bacia
Sedimentar do Cariri, a maior bacia do Ceará, a Bacia Potiguar, e pequenas bacias
sedimentares como a de Iguatu e de Lavras da Mangabeira.
Embora sendo de pequena dimensão, a Bacia Sedimentar de Lavras da
Mangabeira por estar localizada em uma das poucas regiões sedimentares do Estado,
3
tem grande importância, por se tratar de uma área potencial para o armazenamento de
água subterrânea. No entanto, o conhecimento existente no que diz respeito à
hidrogeologia do local, não é satisfatório, embora a Bacia já seja explotada. Por isso,
além do conhecimento da quantidade de água é preciso que sua qualidade também seja
conhecida para indicação de um consumo adequado.
O município de Lavras da Mangabeira tinha, em 2003, uma população de 31 360
habitantes, sendo 16 730 localizados na zona urbana e 14 630 localizados na zona rural
(IBGE, 2003). O abastecimento de água é realizado pela Companhia de Água e Esgoto
do Ceará, CAGECE, que utiliza água do Açude Extrema, principal recurso hídrico
disponível, que tem uma capacidade de armazenamento de 500 000 m
3
atendendo a
100% da população urbana. A população da zona rural se abastece com água
subterrânea.
1.2 - Objetivos
1.2.1 - Objetivo Geral
O presente trabalho tem por objetivo avaliar os recursos subterrâneos do
município de Lavras da Mangabeira, no Estado do Ceará, utilizando medidas dos
isótopos ambientais oxigênio-18, deutério e carbono-14 e medidas hidroquímicas, sob o
aspecto de recarga, processos de salinização e qualidade das águas.
1.2.2 - Objetivos Específicos
- Utilizar medidas dos isótopos ambientais, oxigênio-18, deutério e carbono-14
para identificar as condições de recarga das duas microbacias de Lavras da Mangabeira.
- Analisar parâmetros hidroquímicos e bacteriológicos para identificar a
qualidade das águas armazenadas nestas microbacias.
- Monitorar estes parâmetros durante o período seco e período chuvoso para
identificar possíveis variações na qualidade das águas armazenadas.
4
1.3 – Alguns Trabalhos Desenvolvidos em Áreas Sedimentares do Ceará
A Bacia Sedimentar do Cariri foi estudada por SANTIAGO et al. (1988) sob o
aspecto da origem das águas subterrâneas através da caracterização isotópica e química
das águas da região, realizando medidas hidroquímicas em poços e fontes no Cariri, sul
do Estado do Ceará. Os resultados obtidos mostraram a evolução da composição
química através de processos de dissolução e hidrólise durante a infiltração das águas.
As águas mais velhas e profundas apresentaram as maiores concentrações salinas,
indicando que a dissolução no aqüífero dá uma contribuição significativa para a
salinização dessas águas e que existe uma estratificação nos aqüíferos. Os autores
concluíram então que as águas analisadas pertencem a três grupos distintos, mostrando
assim, a variabilidade espacial da salinidade das águas estudadas.
Os armazenamentos de água subterrânea nos sistemas aqüíferos Dunas e
Dunas/Barreiras foram estudados por AGUIAR et al. (2000) sob o aspecto de
salinidade, na região costeira do município de Caucaia. Os autores mostraram que as
águas desse sistema são de baixa a média salinidade, possuindo condutividade elétrica
na faixa de 157 μS/cm a 885 μS/cm. Já as águas dos poços perfurados em rochas
cristalinas existentes na área, tinham salinidade bastante alta com a condutividade
elétrica variando de 1000 μS/cm a 4630 μS/cm. Das formações geológicas distribuídas
na área de estudo, as dunas mostraram ser o melhor aqüífero podendo contribuir para o
abastecimento de água. As medidas dos isótopos ambientais
18
O e
2
H mostraram que
não há presença significativa de água do mar nos aqüíferos, isto é, os cloretos
encontrados nas águas amostradas são provenientes dos aerossóis marinhos ou “sea
spray”, e não da contribuição direta da água do mar, não havendo, portanto,
contaminação dos aqüíferos costeiros pela intrusão da cunha marinha.
Um estudo hidroquímico das pequenas bacias sedimentares de Iguatu foi feito
por RIBEIRO et al. (2000) nos municípios de Iguatu, Quixelô, Orós e Icó, localizados
no Estado do Ceará. Para caracterizar a qualidade das águas subterrâneas na área
estudada e correlacioná-la com a unidade aqüífera produtora, realizaram análises físico-
químicas em 47 pontos escolhidos, coletando água em parceria com o Departamento
Nacional de Produção Mineral - DNPM e interpretando os resultados das análises feitas
pelo Laboratório da Companhia de Água e Esgoto do Ceará – CAGECE. Dos 47 pontos
escolhidos para coleta de água, 43 são poços e 4 são armazenamentos superficiais. Os
5
autores concluíram que hidroquimicamente as águas das bacias do Iguatu são
semelhantes e com predominância do tipo cloretada sódica. Os dados do trabalho
indicam que os processos de salinização dos diferentes aqüíf eros são os mesmos.
FRISCHKORN & SANTIAGO (2000) estudaram os mecanismos de salinização
no nordeste do Brasil usando a condutividade elétrica como um dos parâmetros. Com as
análises de
14
C obtiveram a idade das águas estudadas e com a concentração de
18
O em
Maio de 1997. Usando os isótopos ambientais
18
O e
2
H e análises físico-químicas (Ca
++
,
Mg
++
, Na
+
, K
+
, Cl
-
, SO
4
--
, HCO
3
-
, pH e condutividade elétrica) constataram diferentes
mecanismos de recarga para os poços que fazem uso do fluxo do Rio Jaguaribe. Poços
localizados na parte sudoeste da ilha são alimentados constantemente pelo rio, que
possui fluxo contínuo produzido pelo açude Orós. Já os poços localizados no interior da
ilha possuem água de eventos torrenciais, pois não ficam conectados aos rios durante o
período de seca devido à presença de uma forte fratura tectônica que muda o nível
estático da superfície durante o período de estiagem.
7
2. ÁREA DE ESTUDO
2.1 - Localização Geográfica
Este trabalho foi desenvolvido na Bacia Sedimentar de Lavras da Mangabeira,
localizada no município de mesmo nome, e como mostra a Figura 2.1, encontra-se na
porção sudeste do Estado do Ceará, Nordeste do Brasil.
Ela faz parte das cartas topográficas da SUDENE Cedro (SB. 24-Y-B-VI) e
Cajazeiras (SB. 24-Z-A-IV) e têm posição geográfica entre os paralelos 06° 46’ 00” e
06
o
51’ 00” de Latitude Sul e os meridianos 39
o
10’ 00” e 38
o
56’ 00” de Longitude
Oeste de Greenwich.
Figura 2.1 – Localização da Bacia Sedimentar de Lavras da Mangabeira.
(Fonte: CPRM, 2007 ).
2.2 - Aspectos Socioeconômicos
A principal atividade econômica é a agricultura de subsistência, através das
culturas de feijão, milho e mandioca, além de monoculturas de algodão, banana,
abacate, cana-de-açúcar, castanha de caju e frutas diversas. Outras atividades são a
pecuária extensiva com a criação de bovinos, ovinos, caprinos, suínos e aves e o
extrativismo vegetal com a fabricação de carvão vegetal, extração de madeiras diversas
para lenha e construção de cercas, além de atividades com oiticica e carnaúba. Os
8
recursos minerais na área são ocorrências de ouro, citadas na literatura geológica, como
possíveis depósitos e a extração de rochas ornamentais, rochas para cantaria, brita,
placas para fachadas, pisos e revestimentos, representa atividades francamente viáveis.
(IPECE, op.cit.)
2.3 - Climatologia
Três sistemas sinóticos geradores de precipitação regem a circulação atmosférica
no Estado do Ceará: as Frentes Frias, formadas originalmente no pólo Sul; a Zona de
Convergência Intertropical, que oscila dentro da faixa de trópicos e; um Centro de
Vorticidade Ciclônica, com tempo de atuação variável dentro do período de chuvas;
além desses, outros sistemas de menor escala atuam na região (SRH, 1992). A Zona de
Convergência Intertropical é a de maior importância, se desloca nos dois hemisférios,
atuando no Nordeste provocando chuvas.
O Estado do Ceará apresenta um regime pluviométrico do tipo tropical,
caracterizado pela irregularidade das chuvas no tempo e no espaço. No tempo, se
caracteriza pela existência de dois períodos distintos: um chuvoso e outro seco. No
espaço, pela irregular distribuição das chuvas de um ano para o outro em áreas
diferentes e, sobretudo, num mesmo ano e numa mesma área. O período chuvoso
começa no verão e atinge o máximo na transição verão-outono. No município de Lavras
da Mangabeira os máximos mensais ocorrem entre fevereiro e março, com precipitação
anual média de 724 mm (SRH, op. cit.).
O regime térmico do Estado do Ceará é estável em decorrência da incidência
quase vertical dos raios solares durante o ano, o que estabiliza a temperatura e impede a
diferenciação térmica das estações. As temperaturas médias variam pouco, somente
entre 25 e 28 °C e amplitude térmica inferior a 5 °C. As médias diurnas têm máximas de
33 e mínimas de 23 °C. (IPLANCE, 1997).
2.4 - Hidrologia
O município de Lavras da Mangabeira está inserido na bacia hidrográfica do rio
Salgado, que é o principal curso d’água na área. Os principais riachos são Unha de
Gato, Extremo de Cima, São Lourenço, do Meio, do Machado, das Pombas.
9
2.5 - Vegetação
Três tipos de vegetação são encontrados no município de Lavras da Mangabeira:
Caatinga Arbustiva Densa, Caatinga Arbustiva Aberta e Floresta Mista Dicotilo-
Palmácea (Mata Ciliar), IPLANCE (1997).
A caatinga é um tipo de vegetação xerófila que ocorre no semi-árido do
Nordeste do Brasil e cobre cerca de 80% do Estado do Ceará. A Caatinga Arbustiva
surge da degradação da Caatinga Arbórea e o seu crescimento é acelerado pelo homem,
através de processos globais de degradação ambiental favorecidos pelos períodos
críticos de semi-aridez acentuada. Caracteriza-se por apresentar árvores de porte mais
baixo (10 m) e folhas que caem totalmente na época seca; os caules retorcidos e
esbranquiçados. A densidade maior ou menor dos indivíduos componentes da
comunidade é que determina a Caatinga Arbustiva Densa e a Caatinga Arbustiva
Aberta.
A Floresta Mista Dicotilo-Palmácea ou Mata Ciliar, ocorre nos baixos cursos
dos rios, com pouca declividade onde os processos de sedimentação são maiores que os
de erosão. Nessas planícies aluviais encontra-se o hábitat da carnaúba dominante entre
as demais espécies arbóreas; ocorrem também mulungu, juazeiro e oiticica.
2.6 - Solos
O estudo realizado pelo IPLANCE (1997) na região identificou três classes de
solos: Podzólico Vermelho-Amarelo Eutrófico, Bruno Não-Cálcico e Litólicos
Eutróficos.
O solo Podzólico Vermelho-Amarelo Eutrófico é profundo, com textura
variando de média a argilosa, cores entre vermelha/amarela, amarela e vermelha.
Apresenta potencial elevado para agricultura, com restrições quanto ao relevo; tem alta
suscetibilidade à erosão e deficiência hídrica, necessitando de adubação complementar.
Estes solos podem ser utilizados para as culturas de milho, feijão, mandioca, algodão e
pastagem.
O solo tipo Bruno Não-Cálcico é raso, apresentando alta capacidade de troca de
cátions, alta saturação de bases e alta soma de bases trocáveis; eles são utilizados no
cultivo de algodão mocó e na pecuária extensiva. A falta de água, a pedregosidade e a
10
suscetibilidade à erosão representam as limitações mais acentuadas para a utilização
agrícola deste tipo de solo.
O solo tipo Litólico Eutrófico apresenta forte restrição quanto à profundidade
efetiva, presença de rocha, deficiência hídrica, grande suscetibilidade à erosão e
declividade elevada (> 25%). Pode ser utilizado para culturas de milho, feijão e
algodão.
2.7 - Geologia
A Bacia Sedimentar de Lavras da Mangabeira compreende uma área total de
60,2 km
2
, e como mostra a figura 2.2, é constituída por três pequenas sub-bacias: a
maior delas é a Bacia do Riacho do Meio, com uma área aproximada de 33,2 km
2
; em
seguida, a Bacia do Riacho do Rosário, com cerca de 24,8 km
2
; e a menor delas, a Bacia
do Iborepi com 2,2 km
2
(PONTE et al., 1990).
P03
P07
P04
P02
P08
P01
P09
P06
P05
P10
Figura 2.2 – Mapa geológico das bacias sedimentares de Lavras da Mangabeira
(Fonte: CPRM, 2007 ).
11
2.8 - Litoestratigrafia
O Complexo do Embasamento das bacias de Lavras da Mangabeira, (CAMPOS
et al., 1979), comporta duas unidades litoestratigráficas: o Grupo Ceará e o Complexo
Caicó. SANTOS et al. (1981, apud SANTOS e BRITO NEVES, 1984). Na área, este
complexo é formado por três unidades litoestratigráficas: (1) uma seção inferior
composta por gnaisses com intercalações de máficas; (2) uma seção intermediária
formada de micaxistos, com intercalações de quartzitos e mármores dolomíticos e (3)
uma seção superior composta por filitos com níveis grafitosos.
O termo Grupo Lavras da Mangabeira é empregado para designar os pacotes de
estratos sedimentares, intercalados por um derrame basáltico que ocorre nas bacias
sedimentares de Lavras da Mangabeira. Ele inclui três unidades litoestratigráficas
distintas: (1) uma unidade sedimentar inferior, a Formação Iborepi; (2) uma unidade
sedimentar superior a Formação Serrote do Limoeiro e (3) intercalada entre elas, uma
camada de rochas efusivas basálticas, o Basalto de Lavras da Mangabeira.
O Grupo Lavras da Mangabeira engloba dois sistemas deposicionais distintos,
separados por uma camada de rochas efusivas basálticas. Na parte inferior, ocorre um
sistema fluvioaluvial, composto de leques aluviais coalescentes e de depósitos fluviais
anastomosados (braided), com a designação de Formação Iborepi. A parte superior é
formada por um sistema deposicional lacustre raso, com planícies de inundação fluvial,
denominada de Formação Serrote do Limoeiro.
A área de ocorrência do grupo restringe-se às três pequenas bacias sedimentares
que formam o conjunto de bacias de Lavras da Mangabeira: a bacia do Riacho do Meio,
a bacia do Riacho do Rosário e a minibacia de Iborepi.
As seções mais completas e mais espessas do Grupo Lavras da Mangabeira
acham-se expostas na bacia do Riacho do Meio, da ordem de 400 metros. CAMPOS et
al. (1979) calcularam, para este pacote, uma espessura aproximada de 350 metros e
PRIEM et al. (1978) estimaram a espessura máxima do preenchimento sedimentar da
bacia em apenas 80 metros.
A unidade superior, Serrote do Limoeiro, é formada por depósitos de planícies
fluviais e lacustres rasos constituídos por arenitos de coloração vermelha, de granulação
12
média a fina, classificação regular a boa, friáveis, com ocorrência freqüente de grãos de
feldspato caulinizados. É bem estratificada em acamamento variável de médio a
espesso. Estratificações cruzadas de pequeno porte são freqüentes nos bancos de
arenitos de granulação média.
Intercalam-se arenitos muito finos, siltitos e argilitos de coloração vermelha e
também leitos delgados de folhelhos cinza-esverdeados, localmente fossilíferos
(conchostráceos). As estruturas sedimentares, aliadas à coloração vermelha dos
sedimentos são indicativas de ambientes lacustres rasos, com águas arejadas, e
ambientes subaéreos de bordas de lagos e planícies fluviais.
A Formação Serrote do Limoeiro ocorre nas bacias do Riacho do Meio e do
Riacho do Rosário. Aparecem nas localidades de Flores, Limoeiro, Serrote do Limoeiro,
Carnaubinha e Oitis. Estima-se uma espessura de 300 a 320 metros, na bacia do Riacho
do Meio.
A Formação Serrote do Limoeiro repousa sobre o basalto de Lavras da
Mangabeira, enquanto sua parte superior encontra-se com grande parte exposta à
erosão, sendo parcialmente recoberta por depósitos aluvionares cenozóicos que
pavimentam os vales dos principais riachos da região. Admite-se, como hipótese mais
provável, que esta unidade seja correlacionável com a Formação Mosquito (Juro-
Triássico) da bacia do Parnaíba.
O basalto de Lavras da Mangabeira constitui-se de uma camada de rochas
básicas interpostas entre as formações Iborepi e Serrote do Limoeiro, com distribuição
aparentemente contínua ao longo das áreas de afloramento do contato das duas
formações citadas. Sua atitude aparenta ser concordante com a dos estratos sedimentares
onde se aloja. Sua espessura em dois afloramentos ultrapassa o valor máximo de 8
metros estimado por PRIEM et al. (l978).
Estes autores estudaram seis amostras dessas rochas, descrevendo-as como
basalto de textura subofítica, tendo como componentes principais plagioclásio e augita,
em proporções aproximadamente iguais e hematita e magnetita como componentes
secundários.
13
As datações radiométricas, pelo método do K-Ar, efetuadas pelos mencionados
autores, indicaram idade absoluta de 175 ± 4 M.a. (Jurássico Inferior a Médio),
considerada como a idade aproximada da extrusão. MIZUSAKI (1987) descreveu uma
amostra, como uma rocha com textura diabásica fina onde os cristais de plagioclásio
têm comprimento entre 0,2 e 0,7 mm. Augita e magnetita são os outros componentes
mineralógicos identificados. A datação pelo método K-Ar, efetuada em rocha total,
indicou 214 ± 8 M.a. (Triássico Superior a Jurássico Inferior).
A faixa de idade do basalto de Lavras da Mangabeira permite correlacioná-lo
com as efusivas basálticas da Formação Mosquito, da bacia do Parnaíba, de idade juro-
triássica. GOMES et al. (1981) a correlacionam com as rochas vulcânicas que ocorrem
na borda leste da bacia do Parnaíba, entre Picos e Conceição do Canindé, incluídas no
vulcanismo Rio Ceará Mirim, de idade absoluta entre 160 a 180 M.a.
A Formação Iborepi é a unidade litoestratigráfica basal do Grupo Lavras da
Mangabeira. O nome deriva da vila de Iborepi, situada à margem esquerda do rio
Salgado, na parte sul do Estado do Ceará, onde aflora uma das melhores seções dessa
formação, que constitui a minibacia de Iborepi.
Essa unidade basal é formada por depósitos de leques aluviais e bancos de
arenitos fluviais anastomosados, carreados das áreas de embasamento para dentro da
bacia, por correntes de água de forte competência de transporte. Litologicamente é
composta por arenitos grosseiros, brancos a branco-amarelados, mal classificados,
friáveis, com acamamentos de espessura irregular, normalmente espessa a muito
espessos, com estratificações cruzadas. Localmente, níveis de conglomerados, com
seixos rolados de quartzo intercalam-se nos arenitos. Eventualmente, delgadas camadas
de siltitos e argilitos, de coloração avermelhada, podem ser encontradas, entremeadas na
parte superior da unidade.
A Formação Iborepi aflora nas bordas meridionais de todas as três bacias de
Lavras da Mangabeira, e também no bloco norte da bacia do Riacho do Rosário,
podendo ser observada nas localidades de Unha de Gato, Caixa d’água e Sítio das
Varas, e na bacia do Riacho do Rosário. Sua espessura é bastante irregular, estimando-
se que não ultrapasse de 60 a 80 metros.
14
Os estratos basais da Formação Iborepi assentam-se, em discordância litológica,
sobre as rochas metamórficas do Complexo Lavras da Mangabeira, de idade eo-
proterozóica.
As rochas sedimentares constituídas pelas formações Serrote do Limoeiro e
Iborepi podem representar na região um domínio hidrogeológico com potencial para a
ocorrência de água subterrânea, entretanto, essa propriedade decresce em importância
devido a sua restrita área de ocorrência e ao desconhecimento total de suas
características hidrodinâmicas.
Os sedimentos cenozóicos indivisos, sem denominação estratigráfica própria,
são constituídos por depósitos aluvionares inconsolidados de idade supostamente
quaternária. Litologicamente incluem areias, siltes, argilas e localmente bancos de
cascalheiras. Ela distribui-se em estreitas faixas, nos vales dos rios e riachos principais.
Estas faixas alargam-se sobre as bacias sedimentares, onde os cursos de água encontram
rochas de menor resistência para escavar leitos mais amplos.
2.9 - Hidrogeologia
BARROS (1969) realizou uma campanha de prospecção elétrica
(Schlumberger) nos sedimentos recentes (aluviões e arenitos) dos municípios de Lavras
da Mangabeira e Várzea Alegre, visando a complementação do abastecimento de água
nessas cidades. Na sede do município de Lavras da Mangabeira, os estudos geofísicos
determinaram 5 metros de espessura para as aluviões que repousam sobre o
embasamento cristalino. Essas mesmas sondagens evidenciaram a presença de falhas,
tipo gravitacional de direção NW-SE e NE-SW, formando o gráben, mascaradas pelas
aluviões.
No trabalho de CRUZ & FRANÇA (1970) as bacias sedimentares de Lavras da
Mangabeira estão inseridas na bacia do Iguatu. A estimativa das reservas de água
subterrânea e os demais aspectos hidrogeológicos foram principalmente extraídos de
GASPARY et al., (1967). ALBUQUERQUE (1970) também considera que as bacias
sedimentares de Lavras da Mangabeira estão inseridas na bacia do Iguatu.
Em 1998, a CPRM - Serviço Geológico do Brasil (CPRM, 1998) executou o
Programa Recenseamento de Fontes de Abastecimento por Água Subterrânea no
15
Estado do Ceará. Com o objetivo básico de levantar as condições atuais de todos os
pontos d’água (poços tubulares, poços amazonas e fontes naturais), fornecendo
subsídios e orientação técnica às comunidades, gestores municipais e órgãos
governamentais na tomada de decisões, para o planejamento, execução e gestão dos
programas emergenciais de perfuração e recuperação de poços. Foram cadastrados
77 poços no município de Lavras da Mangabeira.
2.10 - Contexto Hidrogeológico da Área de Estudo
As bacias sedimentares de Lavras da Mangabeira (bacia do Riacho do Meio e
bacia do Riacho do Rosário) apresentam uma litologia caracterizada por seqüências
alternadas de arenitos finos, siltitos e argilitos de coloração vermelha e também leitos
delgados de folhelhos cinza esverdeados, localmente fossilíferos (conchostráceos),
podendo alcançar uma espessura da ordem de 300 a 320 metros, na bacia do Riacho do
Meio. A minibacia de Iborepi é composta por arenitos grosseiros, brancos a branco-
amarelados, mal classificados, friáveis, com acamamentos de espessura irregular,
normalmente espesso a muito espesso. Sua espessura é bastante irregular, não
ultrapassando a 80 metros.
As rochas sedimentares constituídas pelas formações Serrote do Limoeiro e
Iborepi talvez até representem na região um domínio hidrogeológico com potencial para
a ocorrência de água subterrânea. Pouco se conhece sobre suas características
hidrodinâmicas. Os únicos dados que se conhecem são das bacias próximas como do
Iguatu, Malhada Vermelha, Lima Campos, Iço e as do Rio do Peixe. GASPARY et al.
(1967) atribuem para as bacias do Iguatu os seguintes dados: T = 10
-6
m
2
/s, K = 2,4x10
-6
m/s e reservas acumuladas para bacia do Iguatu e aluviões de 30x10
6
m
3
, e para bacia
do Icó e aluviões de 15x10
6
m
3
. Na área, especificamente, as informações que se
conhecem são os dados construtivos incompletos de 124 poços onde somente 2 estão
perfurados nos sedimentos, com valores médios de profundidade igual a 64 m, vazão de
700 L/h e condutividade elétrica igual a 1126 μS/cm.
2.11 – Pluviometria
O histograma das precipitações mensais nos anos de 2004 até abril de 2006 é
apresentado na Figura 2.3. De acordo com a FUNCEME (2007), em 2004, a
precipitação máxima mensal ocorreu em janeiro e totalizou 969,8 mm anuais; em
16
2005 o máximo mensal ocorreu em março, totalizando 591,3 mm anuais, e em 2006
o máximo ocorreu em fevereiro, totalizando até o mês de abril, 895,5 mm. De acordo
com IPLANCE (1997), os índices pluviométricos mensais máximos ocorrem entre os
meses de fevereiro e março e a precipitação anual média de 724 mm.
Lavras da Mangabeira
0
100
200
300
400
abr/05
jun/05
ago/05
out/05
dez/05
fev/06
abr/06
jun/06
ago/06
out/06
dez/06
fev/07
Pluviom etria
(
mm
)
Figura 2.3 - Pluviometria de um posto meteorológico em Lavras da Mangabeira
de abril de 2005 a fevereiro de 2007 (Fonte: FUNCEME, 2007).
2.12 - Trabalhos Anteriores Desenvolvidos na Área
A maioria dos autores que estudaram as pequenas bacias sedimentares do
Nordeste, desde CRANDALL (1910), e depois MORAES (1924), MORAES et al.
(1962), BEURLEN e MABESOONE (1969), BRAUN (1969), DANTAS (1974),
PRIEM et al. (1978), CAMPOS et al. (1979), GOMES et al. (1981),
SCHOBBENHAUSS et al. (1984), ALMEIDA et al. (1988), entre outros, admite que
elas sejam relacionadas entre si e com as demais camadas basais da bacia do Araripe,
constituindo prováveis remanescentes da extremidade setentrional da paleobacia do
Araripe. COSTA & MELO (1965), apud CARVALHO, (1989) consideraram as rochas
sedimentares das bacias de Lavras da Mangabeira, correlacionáveis com aquelas das
bacias do Rio do Peixe.
17
São poucos os trabalhos geológicos específicos sobre a área de Lavras da
Mangabeira. São eles os de: COSTA e MELO (1965), PRIEM et al. (1978) e
CARVALHO (1989). Os textos explicativos dos principais mapas geológicos regionais
que registram as bacias sedimentares de Lavras da Mangabeira (MORAES et al., 1962:
DANTAS, 1974; CAMPOS et al., 1979; GOMES et al., 1981; SCHOBBENHAUSS et
al., 1984), são poucos informativos. Além disso, estes mapas são em sua maioria
discordantes, quanto à caracterização litoestratigráfica e posição cronoestratigráfïca das
rochas que constituem o preenchimento sedimentar dessas bacias.
No Mapa Geológico do Estado do Ceará, CAVALCANTE & FERREIRA
(1983), atribuíram às áreas sedimentares de Lavras da Mangabeira à Formação Cariri a
idade siluro-devoniana. MORAES et al. (1962), no "Reconhecimento Fotogeológico da
Região Nordeste do Brasil (Folha Iguatu - SB.24-0)," mencionam as pequenas áreas
sedimentares situadas a leste e a oeste da estrada que liga Quintaús a Lavras da
Mangabeira, como remanescentes da bacia do Iguatu. O texto explicativo da Carta
Geológica do Brasil ao Milionésimo (Folha Jaguaribe - SB.24 e Folha Fortaleza -
SA.24), DANTAS (1974), também inclui a região de Lavras da Mangabeira, entre as
áreas de ocorrência do Grupo Iguatu e a mesmo conclusão foi obtida por
SCHOBBENHAUSS et al. (1984).
O Projeto Rio Jaguaribe, CAMPOS et al. (1979) atribui ao Grupo Rio do Peixe
"todas as áreas sedimentares, distribuídas por diversas bacias isoladas, no interior do
Nordeste, incluindo a de Lavras da Mangabeira e Quintaús, além de ocorrências
menores, com perfil incompleto, ao sul de Iborepi e na área do Rio dos Bastiões". Os
autores também identificaram, ao sul de Lavras da Mangabeira, rochas básicas
extrusivas sobre estratos cretáceos do Grupo Rio do Peixe, com idade terciária inferior,
correlacionando-as ao vulcanismo Cabugi.
No Mapa Geológico do Projeto RADAM BRASIL (Folhas Jaguaribe /Natal -
SB.24/25), GOMES et al. (1981), adotaram a denominação de Grupo Rio do Peixe,
como propuseram CAMPOS et al. (1979) incluindo as bacias isoladas de Iguatu, Lima
Campos, Icó, Lavras da Mangabeira, Quintaús, Souza. Pombal e Brejo das Freiras e
também os restos sedimentares ao sul de Iborepi e da área do rio dos Bastiões.
18
PRIEM et al. (1978) dataram seis amostras da camada basáltica entre Picos e
Conceição do Canindé, intercalada na base da coluna sedimentar da bacia de Lavras da
Mangabeira pelo método K-Ar, achando idade de 175 ± 4 M.a. (Jurássico Inferior a
Médio). Em termos litoestratigráficos, denominaram a seqüência sedimentar de Grupo
Lavras, correlacionando-o, com os "membros basais" do Grupo Araripe (Formação
Missão Velha) e do Grupo Iguatu (Formação Quixoá).
19
3. ISÓTOPOS AMBIENTAIS
Os isótopos de um elemento químico são caracterizados pelo mesmo número
atômico e diferente número de massa. Essa diferença no número de massa faz com que
esses elementos apresentem propriedades físicas diferentes, mas comportamentos
químicos semelhantes.
Os isótopos que são encontrados naturalmente no meio ambiente e em
quantidades que permitem seu uso como traçadores cronológicos são chamados de
isótopos ambientais. O emprego desses isótopos é muito difundido a nível mundial
constituindo, nos dias de hoje, uma ferramenta de grande importância no meio técnico
hidrogeológico (FRITZ & FONTES, 1980).
Os dados convencionais somados a essas técnicas permitem que tenhamos
acesso a informações que não são obtidas por outros métodos ou, então, que são de
difícil obtenção. Essas técnicas não se aplicam apenas aos recursos hídricos
subterrâneos, podendo ser usadas nos recursos superficiais e bem como nas interações
entre estes.
Os isótopos podem ser instáveis, ou também conhecidos como radioativos, e
estáveis. Nem todos os isótopos ocorrem na natureza em proporções significativas.
Dentre os que são radioativos, por exemplo, alguns são produzidos artificialmente,
sendo obtidos somente em laboratório.
Isótopo instável ou radionuclídeo é aquele que em algum momento vai se
transformar em outro que pode ser estável ou radioativo como ele. Por estar,
estatisticamente, relacionado com o tempo, o fenômeno da radioatividade pode ser
usado para a determinação do tempo de permanência, “idade”, de um traçador
radioativo no aqüífero.
Isótopo estável não se transforma em outro por decaimento radioativo ou por
qualquer outro processo. Sendo assim, eles podem ser usados como excelentes
traçadores para acompanhar a água no ciclo hidrológico a partir da formação das chuvas
até a chegada ao aqüífero, fornecendo informações sobre a permanência da água em
superfície, e o processo de infiltração no aqüífero (CLARK & FRITZ, 1997).
20
Neste trabalho, são usadas medidas dos isótopos estáveis do oxigênio,
18
O, e do
hidrogênio
2
H ou D, juntamente com o isótopo radioativo do carbono,
14
C. Para utilizar
os resultados das medidas isotópicas no estudo da dinâmica da água subterrânea é
preciso conhecer definições e princípios, assim como, suas possíveis contribuições.
Essas definições e princípios são discutidos a seguir.
3.1 - Os Isótopos Estáveis Oxigênio-18 e Deutério
É observado na natureza que os isótopos de um elemento sempre se apresentam
nas mesmas proporções. Este fato é conhecido como Regra das Proporções Constantes.
Assim, qualquer amostra terá sempre determinado isótopo em certa proporção.
Em alguns casos, a ação do homem favorece o aumento da abundância dos
isótopos ambientais, como no caso do
2
H,
3
H,
13
C,
14
C após os testes nucleares nas
décadas de 1950 e 1960. No hemisfério sul, após esses testes, houve um aumento da
concentração de
3
H na atmosfera, relacionado com os resíduos dessas bombas. Como as
explosões foram principalmente no hemisfério norte, no hemisfério sul a abundância
desses isótopos foi pequena em relação à do hemisfério norte (GAT & GONFIANTINI,
1981).
Em geral, um dos isótopos é dominante em relação aos demais, que aparecem
apenas como traços. Por exemplo, o oxigênio, elemento químico mais abundante na
crosta terrestre, possui três isótopos estáveis,
16
O,
17
O e
18
O, tendo respectivamente, as
seguintes abundâncias, 99,763 %, 0,0375 % e 0,1995 % (GARLICK & WEDEPOHL,
1969).
O oxigênio é um dos formadores da molécula da água da qual faz parte também
o hidrogênio, que possui apenas dois isótopos estáveis,
1
H com abundância de 99,9844
%, e
2
H ou D, chamado de Deutério, com 0,0156 % de abundância (WAY et al, 1950).
O hidrogênio possui ainda outro isótopo, o
3
H ou T, chamado de Trício, que é instável
com meia-vida de 12,4 anos e abundância muito pequena, cerca de 10
-16
para águas
jovens e é praticamente inexistente em águas antigas, devido a sua meia-vida
relativamente curta.
Os isótopos estáveis do carbono são
12
C, com abundância de 98,9%, e
13
C com
1,1% de abundância. O
14
C, é o isótopo radioativo do carbono, com meia-vida de 5730
21
anos e uma abundância de 10
-16
% (ver Tabela 3.1). Na Tabela 3.1 encontram-se
algumas informações sobre os isótopos
2
H,
3
H,
13
C,
14
C e
18
O.
Tabela 3.1 - Alguns isótopos usados na hidrologia como traçadores am bientais
(Fonte: MOSER, 1980).
Nuclídeo
Meia-vida Componente
químico principal
Concentração em águas
naturais (10
-6
)
2
H ou D estável
1
H
2
HO
2
H/
1
H: 90 - 170
3
H ou T 12,35 anos
1
H
3
HO
3
H/
1
H: 0 - 110
13
C estável H
13
CO
2
;
13
CO
2
13
C/
12
C: 10500 - 11300
14
C 5.730 anos H
14
CO
2
;
14
CO
2
14
C/
12
C: 0 - 1,2x10
-6
18
O estável H
2
18
O
18
O/
16
O: 1880 - 2010
Desprezando os isótopos,
17
O
que normalmente não é usado em hidrologia por
ter uma pequena abundância em relação ao
16
O, e o
3
H que normalmente é raro, e
usando D em lugar de
2
H, a água é composta principalmente pelas seguintes moléculas:
H
2
16
O, H
2
18
O, HD
16
O, D
2
16
O, HD
18
O, D
2
18
O
Medidas realizadas com água do mar dão, para as moléculas de água mais
abundantes, as seguintes proporções médias (DANSGAARD, 1961; 1964; GARLICK,
1969):
H
2
16
O: H
2
18
O: HD
16
O
99,7% : 0,2% : 0,032%
Em águas de origens diversas (plantas, chuvas, lagos, etc), estas concentrações
sofrem variações e acaba por não obedecer à Regra das Proporções Constantes. Isso
ocorre em decorrência, principalmente, de mudanças de fase ao longo do ciclo
hidrológico.
A mecânica quântica dá uma explicação simples para os efeitos isotópicos
através da energia de ponto zero de uma molécula. Para isótopos de um mesmo
elemento, as energias eletrônica, translacional e rotacional são iguais, mas as vibrações
moleculares diferem dando origem aos efeitos isotópicos.
22
3.1.1 - Razão Isotópica
Do fato da água sofrer processos físicos de mudança de fase, como evaporação e
condensação, decorre variação na abundância dos isótopos estáveis; processos
biológicos e o processo de troca produzem menores variações.
Usa-se a razão entre duas espécies isotópicas, R, para descrever a influência
destes processos. Esta razão é definida como o quociente entre o número de átomos do
isótopo menos abundante, N
1
, pelo número de átomos do isótopo mais abundante, N
2
,
ou seja:
1
2
N
R
N
=
(3.1)
Assim, as concentrações isotópicas médias do oxigênio-18 e do deutério em
águas naturais, em termos da razão isotópica, são dadas respectivamente por:
18
16
0, 204
0, 002045
99, 75
O
R
O
== =
(3.2)
1
0, 016
0, 00016
99, 984
D
R
H
== =
A razão isotópica é um conceito que se aplica não apenas aos isótopos do
oxigênio ou do hidrogênio, podendo ser usada também para outras famílias de isótopos,
como por exemplo, os isótopos do carbono, onde o menos abundante é o
13
C e o mais
abundante é o
12
C.
A razão isotópica não é uma propriedade de certa espécie isotópica, pois muda
de valor por efeito de fracionamento; ela apenas traduz a abundância entre diferentes
espécies isotópicas em um dado instante.
Seja um sistema que se encontra em um estado físico 1 com razão isotópica R
1
e
que através de um processo de separação como evaporação, condensação, difusão ou
23
cristalização, ele passa para um estado 2 tendo razão isotópica R
2
, como está esboçado
na figura 3.1.
Figura 3.1 - Esquema para a mudança de estado físico de um sistema.
Nos casos de mudanças de fase, ocorre o processo de fracionamento isotópico
que é de especial interesse para a Hidrologia. As razões isotópicas R
1
e R
2
podem ser
relacionadas definindo o coeficiente de separação α, da seguinte maneira:
1
2
R
R
α
=
(3.3)
Somando e depois diminuindo R
2
ao numerador, a fração não muda e se obtém
um coeficiente novo:
112212
22 2
2
2
R
RRR RR R
R
RR
α
R
−
+−
== = +
1
α
ε
=+
Ou seja,
1
ε
α
=− (3.4)
O coeficiente ε assim obtido é chamado de coeficiente de enriquecimento. Como
normalmente seus valores são muito pequenos, costuma-se expressá-los em diferenças
por mil, simbolizado por ‰, multiplicando sua expressão por 1000:
3
(‰) ( 1).10
εα
=− (3.5)
24
Na mudança de fase líquido/vapor o coeficiente de fracionamento α para os
isótopos oxigênio-18 e deutério depende da temperatura. A tabela 3.2 mostra valores
experimentais desses coeficientes obtidos para o intervalo de temperatura entre -20 °C e
100 °C, sob pressão normal e quando o vapor d´água e o líquido remanescente se
separam.
Tabela 3.2 - Variações de α
D
e de α
18
O
com a temperatura (Fonte: [1]
MAJOUBE, 1971; [2] MERLIVAT et al., 1963; [3] ZHAVORONKOW et al., 1965).
Temperatura ºC α
D
α
18
O
100 1,029 [2] 1,0033 [3]
80 1,037 [2] 1,0045 [3]
60 1,046 [2] 1,0058 [3]
40 1,060 [2] 1,0074 [3]
20 1,084 [1] 1,0098 [1]
0 1,111 [1] 1,0117 [1]
-10 1,123 [2] 1,0123 [3]
-20 1,146 [2] 1,0135 [3]
Estes coeficientes são frequentemente determinados através da razão entre as
diferentes pressões de vapor exercidas pelas diferentes espécies isotópicas que
constituem as moléculas da água.
3.1.2 - Valor δ
A evaporação e a condensação são as mudanças de fase que mais influenciam o
processo de fracionamento isotópico da água. Isso porque durante a evaporação, as
moléculas mais leves da água (H
2
16
O) evaporam mais facilmente do que as moléculas
de maior peso atômico (H
2
18
O e HD
16
O). E à medida que a evaporação continua, a água
remanescente torna-se cada vez mais enriquecida em isótopos pesados, e o vapor
relativamente mais leve.
Por outro lado, durante o processo de condensação das nuvens, são as moléculas
mais pesadas que voltam para o solo com maior facilidade, devido a influência da
gravidade. À medida que a condensação continua, o vapor d´água residual torna-se cada
25
vez mais pobre em isótopos pesados, e a fase líquida mais rica em isótopos dessa
natureza.
Embora a concentração de um isótopo seja bem pequena, com um espectrômetro
de massa é possível separar e determinar as abundâncias isotópicas com bastante
precisão. Porém é muito difícil medir a concentração absoluta de D ou de
18
O.
Felizmente, para as aplicações práticas, a razão isotópica absoluta não tem muita
importância. Assim, é preferível medir o enriquecimento ou o empobrecimento de um
isótopo qualquer na amostra em relação a um padrão convenientemente adotado.
Seja R a razão isotópica de uma amostra, por exemplo,
18
O/
16
O ou D/H, e seja
R
0
a razão isotópica do padrão. O valor δ é definido pela relação matemática:
0
0
R
R
R
δ
−
=
(3.6)
Como normalmente os valores delta são muito pequenos, da ordem de 0,001,
costuma-se expressá-los em diferenças por mil, chamado de “delta por mil” e
simbolizado por ‰, multiplicando sua expressão por 10
3
:
3
0
(‰) ( 1).10
R
R
δ
=−
(3.7)
Percebe-se que, se na definição do coeficiente de enriquecimento isotópico ε
(Equação 3.4), o estado 2 for tomado como sendo o padrão, δ e ε tornam-se idênticos.
Valores positivos de δ significam que a amostra em estudo é mais rica em
espécies isotópicas pesadas do que o padrão. E valores negativos de δ indicam que a
amostra é mais pobre em espécies isotópicas pesadas do que o padrão.
3.1.3 - Padrões
O primeiro padrão usado internacionalmente foi água do oceano. O SMOW
(abreviatura em inglês para Standard Mean Ocean Water), foi escolhido por CRAIG
(1961 a) por serem os oceanos os maiores reservatórios de água, e por isso, sua
composição isotópica representa quase a média da composição mundial, sendo
aproximadamente constante e independente do lugar, da profundidade e do tempo. Na
26
prática, o SMOW corresponde a uma água hipotética com razões isotópicas do oxigênio
e do hidrogênio iguais à média das razões isotópicas das águas dos oceanos. Este padrão
é utilizado desde 1961.
Porém, atualmente usa-se outro padrão, chamado de V-SMOW (abreviatura em
inglês para Vienna Standard Mean Ocean Water). Esse padrão é uma mistura sintética
de H
2
16
O, H
2
18
º e HD
16
O, que imita o SMOW original, distribuído pela IAEA (Agência
Internacional de Energia Atômica) em Viena, Áustria. Essa mistura é preparada nos
laboratórios do “Bureau of Standards” dos Estados Unidos; ela é independente de uma
amostra natural porque na natureza sempre existe a possibilidade de imprevistos como
mudanças climáticas ou mesmo mudanças provocadas por testes nucleares. Na prática,
o V-SMOW é uma amostra de água obtida pela mistura de água destilada do oceano,
coletada do Oceano Pacífico na latitude 0° e longitude 180° em julho de 1967, com
pequenas quantias de outras águas para ajustar as razões isotópicas do oxigênio e do
deutério aos valores pretendidos, ou seja, igual à média das razões isotópicas das águas
dos oceanos (GONFIANTINI, 1981).
Um outro padrão de amostra natural utilizado em medidas de
18
O e de
13
C é o
PDB, Belemnitella Americana da Formação Peedee do Cretáceo de Carolina do Sul. O
PDB é uma belemnita de um calomar pré-histórico numa formação geológica no vale de
Peedee nos Estados Unidos (nome científico belemnitella americana). Até 1961, usou-
se o PDB como padrão para o carbono-13 e para o oxigênio-18. Ainda usa-se esse
padrão para o carbono-13 porque ele é muito próximo de calcários marinhos.
3.1.4 - Relação Entre as Concentrações de D e
18
O em Águas Meteóricas
Em 1961, Harmon Craig publicou os resultados da análise da concentração de
18
O e D em cerca de 400 amostras de água de chuva e águas superficiais, coletadas
mundialmente (CRAIG, 1961 b). Ele observou que a concentração desses dois isótopos
varia em termos de δ‰, de acordo com a equação linear mostrada a seguir:
SMOW (3.8)
18
8DO
δδ
=+10
Essa equação é de primeiro grau em δ
18
O e seu gráfico, Figura 3.2, é conhecido
como Reta Meteórica Mundial, GMWL (abreviatura em inglês para Global Meteoric
Water Line) porque se baseia em amostras de grande variação de condições climáticas,
27
sendo válida de uma maneira geral para todo o globo, servindo então como referência
para o entendimento da origem e movimento das águas.
O termo meteórica se aplica a águas que estiveram recentemente na circulação
atmosférica; são águas de rios, lagos, geleiras e de precipitações. Os oceanos, embora
recebam continuamente águas de rios, lagos e de precipitações, não tem suas águas
consideradas como de natureza meteórica (HOEFS, 1973).
Figura 3.2- Reta Meteórica Mundial para águas que não sofrem evaporação.
ROZANSKI et al. (1933) analisando águas meteóricas em relação ao padrão
VSMOW, conseguiu uma reta ainda mais precisa. Em termos de δ‰, a relação entre
deutério e
18
O encontrada pelo autor foi:
18
8,17 ( 0, 07 ) 11, 27 ( 0, 65)DO
δδ
=± + ± VSMOW (3.9)
Águas que sofreram pequeno grau de evaporação apresentam uma relação linear
entre D e
18
O, mas seus parâmetros de reta, coeficiente angular e linear, são diferentes
daqueles da reta meteórica (CRAIG & GORDON, 1965). Este fato foi mostrado por
SALATI et al. (1971) através de análises realizadas em águas do Nordeste brasileiro. Os
autores encontraram a equação de reta meteórica:
SMOW (3.10)
18
7, 6 9, 7 (‰)DO
δδ
=+
28
Comparando a equação da Reta Meteórica Mundial (equação 3.8), com a
equação obtida por SALATI et al. (1971), (equação 3.10), observa-se que os parâmetros
linear e angular decresceram em relação à Reta Mundial. Isso acontece porque águas
continentais que sofrem evaporação com redução significativa de seu volume
apresentam relação entre D e
18
O diferente das equações da Reta Meteórica. No caso
das águas da região Nordeste do Brasil, o coeficiente angular é sempre menor que 8,
porque em regiões de clima seco ocorre evaporação durante a queda da chuva. Esse
efeito foi mostrado também por SANTIAGO et al. (1975) quando estudaram as águas
armazenadas no açude Santo Antônio de Russas, no Estado do Ceará.
3.1.5 - Fatores que Afetam as Concentrações Isotópicas das Precipitações
Fatores geográficos e meteorológicos influenciam bastante a concentração
isotópica de oxigênio-18 e deutério das águas de chuva. Em geral, essas concentrações
dependem das ações combinadas dos seguintes efeitos: efeitos da evaporação, efeitos da
distância à costa, efeitos da temperatura, da quantidade de chuvas, da altitude
orográfica, da latitude e efeitos sazonais. São discutidos, a seguir, esses efeitos.
i) Efeito da Evaporação
Durante o processo de evaporação, as moléculas mais leves da água (H
2
16
O)
evaporam mais facilmente do que as moléculas de maior peso atômico (H
2
18
Estando a água sujeita à evaporação, esta equação descreve o seu progressivo
enriquecimento em isótopos pesados. Dessa maneira, águas que sofreram evaporação
são reconhecidas pelo δ elevado em relação a água de origem.
Esse efeito permite fazer a separação das perdas por evaporação das perdas por
percolação, uma vez que a percolação reduz o volume de um reservatório sem alterar a
sua composição isotópica.
ii) Efeito Continental
O efeito Continental descreve o decréscimo dos valores de δ na chuva quando a
distância ao mar cresce. O vapor d’água originário dos oceanos forma as nuvens que
avançam em direção ao interior do continente. Durante esse avanço, podem ocorrer
sucessivas precipitações, que acabam tornando as nuvens mais pobres em isótopos
pesados, devido à precipitação preferencial desses isótopos.
O efeito continental foi verificado em diversos trabalhos. GONFIANTINI
(1986) analisou o comportamento isotópico das chuvas em regiões tropicais e concluiu
que as estações meteorológicas interiores são mais empobrecidas em isótopos pesados
do que as regiões costeiras. O efeito continental foi verificado também por SANTIAGO
(1984), ao analisar a mudança na concentração de oxigênio-18 (∆δ
18
O) nas chuvas
ocorridas de Fortaleza à Paramoti, a cerca de 75 km do oceano, com a distância à costa.
A autora verificou que para cada quilômetro de distância à costa, o valor de δ
18
O
mudava de -0,019‰. Neste caso, o efeito de continentalidade é expresso por:
18
0, 019‰
x
O
Km
δ
Δ
Δ=−
(3.13)
iii) Efeito da Temperatura
Após analisar vários dados produzidos na IAEA (Agência Internacional de
Energia Atômica), DANSGAARD (1964) mostrou que a temperatura é o principal
parâmetro que determina os valores isotópicos das precipitações. A composição
isotópica da precipitação depende da temperatura na qual a água do oceano é evaporada
e da temperatura de condensação na qual as nuvens e a chuva (ou neve) são formadas.
Observando os valores da tabela 3.2, vê-se que quanto maior for a temperatura menores
são os valores dos coeficientes α
D
e α
18
O. Assim sendo, vapores formados sob baixas
30
temperaturas são mais pobres em isótopos pesados do que aqueles produzidos em
temperaturas altas.
Essa dependência com a temperatura da atmosfera permite identificar a presença
de águas subterrâneas derivadas de chuvas formadas em temperaturas diferentes,
podendo ser aproveitada também para a determinação da temperatura atmosférica em
tempos passados analisando a composição isotópica das águas antigas, as paleoáguas
(DANSGAARD, 1964). Estas águas são identificadas por radiocarbono, cuja
metodologia está explicada na seção 4.2.
iv) Efeito da Quantidade Pluviométrica
Durante o processo de condensação, o vapor remanescente fica
progressivamente empobrecido em isótopos pesados e com ele, também fica a água
produzida. Dessa maneira, chuvas de maiores intensidades têm menores valores de δ.
Assim, a chuva no início de um evento é mais pesada do que no final, e chuvas
menos intensas são mais ricas em isótopos pesados do que chuvas abundantes. Em
lugares onde ocorrem pequenas variações na temperatura, o efeito de quantidade é
responsável por cerca de 76% da variação sazonal no valor δ
18
O.
v) Altitude Orográfica
A concentração de isótopos pesados em uma massa de ar úmida que ascende
numa elevação orográfica decresce com a altitude (FRIEDMAN et al, 1964; MOSER &
STICHLER, 1970). Isso acontece porque devido à precipitação preferencial das
moléculas pesadas, uma nuvem acaba por causar chuvas mais ricas em isótopos pesados
na base de uma montanha. À medida que as nuvens se elevam e a precipitação continua,
a nuvem torna-se mais leve, provocando chuvas pobres em isótopos pesados no topo da
elevação.
Para esse efeito, contribuem os efeitos de temperatura, de quantidade de chuvas
e a evaporação durante a queda das gotas numa atmosfera seca. Apesar da
complexidade do fenômeno, os valores encontrados em diferentes locais mostram a
mesm a tendência.
31
Diversos trabalhos já foram feitos explorando esse efeito. Dentre eles destaca-se
os de FRISCHKORN et al. (1990) que observaram o efeito de altitude na Chapada do
Araripe-CE e mostraram que existe uma relação entre a variação na concentração de
oxigênio-18 e a variação de altitude, expressa por:
18
0, 2‰
100
O
hm
δ
Δ
=−
Δ
(3.14)
vi) Efeito de Latitude
Para grandes valores de latitude, a diminuição na temperatura é considerável.
Isso acaba por tornar o fracionamento isotópico mais intenso .
vii) Efeito Sazonal
Este efeito nos diz que os valores das concentrações isotópicas diminuem nas
mudanças de estação de verão para o inverno; ele foi verificado por FRIEDMAN et al.
(1964) e por MOSER & STICHLER (1970).
A variação sazonal na concentração de chuva foi utilizada por FRISCHKORN
(1984) para determinar o tempo de residência da água do lençol freático do município
de Fortaleza.
3.2 - O Isótopo Instável Carbono 14
O carbono-14 ou radiocarbono, simbolizado por
14
C, é o isótopo radioativo
natural do elemento carbono, recebendo esta numeração porque apresenta massa
atômica 14. Este isótopo apresenta dois nêutrons a mais no seu núcleo que o isótopo
estável
12
C.
Nosso planeta sofre uma constante incidência de radiação cósmica de alta
energia vinda do Sol ou de mais longe. Esta radiação é constituída de 91% de prótons,
8% de partículas α e cerca de 1% de núcleos mais pesados, com massa atômica até 30.
Das colisões dessas partículas com os átomos na atmosfera são liberados núcleos que
interagem com outros núcleos. À medida que esses núcleos penetram na atmosfera,
forma-se uma cascata de núcleos na qual os numerosos nêutrons presentes pr ovoca m
reações nucleares dos vários tipos.
32
Como a quantidade de nêutrons que atinge a atmosfera é muito grande, não é
raro um raio cósmico colidir com outro átomo na atmosfera e criar um raio cósmico
secundário na forma de um nêutron energizado, e que esses nêutrons energizados por
sua vez, acabem colidindo com átomos de nitrogênio
. Forma-se, assim, o
14
C nas
camadas superiores da atmosfera quando os átomos de
14
N são bombardeados por
nêutrons contidos nos raios cósmicos. A principal reação de formação do carbono-14 é:
7
N
14
+
0
n
1
→
6
C
14
+
1
H
1
(3.15)
Reagindo com o oxigênio do ar, o carbono-14 forma dióxido de carbono
14
CO
2
,
cuja quantidade permanece constante na atmosfera. Este
14
CO
2
, juntamente com o
12
CO
2
normal, é absorvido pelos animais e vegetais sendo, através de mecanismos
metabolicos, incorporados à estrutura destes organismos. Como os animais e humanos
comem plantas, acabam também ingerindo o carbono 14. A relação carbono-
12/carbono-14 no ar e em todos os seres vivos mantém-se constante durante quase todo
o tempo. Cerca de um em cada trilhão de átom os de carbono é um átomo de carbono 14.
É impossível predizer qual núcleo de um isótopo radioativo irá decair a um dado
instante, pois o decaimento de qualquer um dos núcleos tem igual probabilidade de
ocorrer sendo o decaimento de um único átomo radioativo um fenômeno aleatório. Há
núcleos que terão um longo tempo de vida e outros que terão vida curta.
O carbono-14 é radioativo com uma meia-vida de cerca de 5700 anos. Um
nêutron do núcleo desse isótopo se desintegra produzindo um próton que permanece no
núcleo aumentando o número atômico de 6 para 7 com emissão de uma partícula β
-
(elétron). Assim, ele se transforma no isótopo estável do nitrogênio
14
N, atingindo uma
condição de equilíbrio. A quantidade de carbono-14 produzido naturalmente é
aproximadamente constante. A trans formação do C
14
em
14
N acontece segundo a reação:
6
C
14
→
7
N
14
+ β
-
(3.16)
Não só o carbono-14 como também o trício é formado nestes processos. Esses
nuclídeos ultimamente tem sido de grande utilidade em estudos do meio ambiente e na
Hidrologia. Particularmente na Hidrologia se pode tirar valiosas conclusões através do
conhecimento dos teores desses dois radioisótopos. Eles fornecem dados sobre a
33
estrutura estratigráfica de aquíferos, relações entre águas superficiais águas
subterrâneas, infiltração, tempo de residência da água e condições de fluxo.
Embora não fazendo parte da molécula de água, o carbono nas suas três espécies
isotópicas
12
C,
13
C e
14
C, está presente nas águas naturais na forma de bicarbonato e de
CO
2
dissolvido. É a concentração percentual (em relação ao material “vivo”) de
radiocarbono nestas espécies químicas que é usada para caracterização de águas
subterrâneas e sua datação.
A idade de um certo material pode ser determinada com base na taxa de
decaimento de um isótopo radioativo. Um exemplo da aplicação deste processo é a
datação de materiais através do decaimento do carbono-14. A transformação radioativa
sofrida pelo carbono-14 obedece a uma lei estatística simples: quanto maior for o
número N de núcleos radioativos, maior será a taxa de transformação (dN/dt).
Matematicamente:
~
dN
N
dt
(3.17)
Para retirar o sinal de proporcionalidade introduz-se a constante λ, chamada de
constante de decaimento, que é uma característica de cada núcleo; ela tem dimensão de
s
-1
e caracteriza a fração de núcleos que decaem na unidade de tempo, isto é, determina
a taxa de decaimento radioativo. O sinal menos indica que o número de núcleos
radioativos diminui com o decaimento.
dN
N
dt
λ
=− (3.18)
A equação 18 pode ser facilmente integrada fornecendo:
0
()
t
Nt Ne
λ
−
=
(3.19)
onde, N
0
é o número inicial de núcleos no instante t = 0, e λ precisa ter unidade de
segundo
-1
para que o produto λ . t seja admensional na exponencial.
34
Chama-se atividade, A, o número de desintegrações que ocorrem em uma dada
amostra por unidade de tempo. Multiplicando os dois membros da equação 19 por λ e
sendo A = λ N, pode-se escrever também:
0
()
t
A
tAe
λ
−
=
(3.20)
Define-se meia-vida de um elemento radioativo, T
1/2
, como o tempo necessário
para que a quantidade de material tenha se reduzido à metade. Então, quando decorrer
uma meia-vida a atividade do material será igual à metade da que tinha originalmente:
0
1/ 2
()
2
A
AT = (3.21)
Assim, substituindo t por T
1/2
na expressão da atividade encontra-se:
1/ 2
ln 2
T
λ
= (3.22)
Dessa maneira, a lei do decaimento radioativo, equação 3.19, é escrita como:
1/ 2
ln 2
0
()
t
T
At Ae
−
= (3.23)
O gráfico da equação 3.23 é mostrado na Figura 3.3:
Figura 3.3 - Processo de decaimento radioativo.
35
O cálculo da idade é feito isolando o tempo na equação 3.23:
1/ 2 0
ln
ln 2
TA
t
A
=
(3.24)
Usando ln 2 = 0,693 e para a meia-vida o valor de 5567 anos, a chamada meia-
vida “convencional”, (LIBBY, 1952), a idade de uma amostra é então dada por:
0
( ) 8033 ln
A
t anos
A
= (3.25)
O valor 5567 se refere à primeira determinação da meia-vida do
14
C, feita por
Libby (1952), que em medidas mais precisas é 5730 anos, mas que foi conservado para
efeito de comparação de resultados.
LIBBY (1952) sugeriu usar carbono-14 para datação de plantas e animais
enquanto que MÜNNICH (1957) foi quem, pela primeira vez, propôs o uso desse
isótopo radioativo para datação de águas subterrâneas.
Dessa forma, em amostras de material orgânico, medindo A, a atividade do
material coletado, e conhecendo A
0
, a atividade da amostra na data de sua morte (que é
a mesma da atmosfera naquela época), calcula-se há quanto tempo o organismo deixou
de respirar, ou seja, quando foi cortada a absorção de
14
C.
O grande problema na datação reside no fato do conhecimento correto da
atividade inicial A
0.
Considerando-se A
0
independente da idade da amostra, deve-se
supor que a taxa de produção de carbono-14 ficou constante durante pelo menos duas
vezes a idade máxima detectável de 50.000 anos (isso significa que o fluxo da radiação
cósmica, o momento dipolo magnético da Terra e a atividade solar ficaram constantes) e
que a distribuição de
14
C nos três reservatórios oceanos, biosfera e atmosfera, ficou
constante durante os últimos 10
5
anos.
Ultimamente a atividade específica do carbono recente tem se afastado de 13,6
dpm/g de carbono, devido a dois motivos:
- A partir de 1850, iniciou-se o processo de industrialização e com ele grande
quantidade de CO
2
foi transferida para a atmosfera devido à queima de carvão e
petróleo. Como esses combustíveis são fósseis, praticamente não contêm mais
36
nada de carbono-14 por causa de sua idade avançada. Esse fato acabou
provocando uma diminuição na concentração do radiocarbono na atmosfera
local em torno de 4%, pois os oceanos absorvem a maior parte do CO
2
. Esse
fenômeno passou a ser conhecido como Efeito Suess (SUESS, 1955).
- Os testes com bombas nucleares na atmosfera, entre 1952 e 1962, poluíram a
mesma com grande quantidade de
14
C, tendo duplicado o nível natural nos anos
1963/64. Desde 1964, após a moratória dos testes na atmosfera, a atividade
específica de
14
C está diminuindo; porém, irá demorar cerca de 12.000 anos para
que ela volte ao mesmo valor antes dos testes nucleares.
Por estes motivos, a atividade atual da atmosfera não serve como valor inicial
para a datação na faixa de 500 – 50 000 anos. Por isso, usa-se a atividade medida em
árvores de 1950 como valor inicial (que é igual à atividade da atmosfera naquele ano),
corrigida pelo Efeito Suess. Dessa maneira a atividade inicial é:
0
(1950)AA= (3.26)
Para fins práticos, A
0
(1950) é produzido a partir de um padrão de ácido oxálico
fornecido pela IAEA, Agência Internacional de Energia Atômica. Assim, com este
padrão não há necessidade de cada laboratório ter disponível uma madeira padrão de
1950.
A técnica do carbono-14 foi descoberta nos anos quarenta por Willard F. Libby.
Depois da produção em laboratório da reação discutida pela equação 3.15, Libby supôs
que o mesmo processo deveria ocorrer na alta atmosfera e calculou que haveria uma
produção de
14
C que leva a uma atividade específica de 18 dpm por grama de carbono
em todo material orgânico vivo, isto é, que interage com o CO
2
da atmosfera. Quando
foi medida a atividade na atmosfera, encontrou-se uma atividade específica de 13,6 dpm
por grama de carbono. Libby percebeu que a quantidade de carbono-14 dos tecidos
orgânicos mortos diminui a um ritmo constante com o passar do tempo.
Como a desintegração radioativa é um processo estatístico e aleatório, a taxa de
contagem medida está sujeita a erros, os quais são independentes da técnica de medida.
Correções nas medidas devem ser feitas devido à radiação de fundo e a eficiência do
contador.
37
Os átomos de carbono-14 estão sempre decaindo, mas são substituídos por
novos átomos através das reações na alta atmosfera, sempre em uma taxa constante.
Enquanto o animal ou vegetal permanecer vivo a relação quantitativa entre o carbono-
14 e o carbono-12 permanece constante. No entanto, quando o vegetal ou animal morre,
cessa a absorção de CO
2
com carbono radioativo rompendo esse equilíbrio, pois o
radioisótopo não é mais reposto, e devido ao decaimento, a quantidade de carbono-14
no organismo tende a diminuir de acordo com a equação 3.16.
Pode-se, então, dizer que a partir do momento da morte do ser vivo foi acionado
um relógio radioativo, pois a velocidade com que o
carbono-14 decai é bem conhecida.
Aproximadamente em 5.730 anos, metade do
carbono-14 já se transformou em
nitrogênio-14; em mais 5.730 anos, metade do que restou decai; e assim por diante.
Desta forma, se, por exemplo, a concentração de
carbono-14 em uma amostra de osso é
um quarto da esperada, pode-se dizer que o animal dono daquele osso morreu há cerca
de 15.460 anos. Esse método não é aplicado para a datação de fósseis com idades na
casa dos milhões de anos, devido à meia–vida relativamente curta do carbono-14.
A técnica de datação utilizando carbono-14 tem outras limitações. Pode-se usá-la
em amostras que contenham
carbono, tais como objetos de madeira, carvão, ossos,
tintas que derivam de plantas etc. Ela é capaz de datar objetos com até 50 mil anos. A
partir disso, a radiação remanescente do
carbono-14 torna-se muito baixa para poder ser
detectada com precisão suficiente. Abaixo de 300 anos, por outro lado, a diminuição do
carbono-14 pelo decaimento é muito pequena, e também não é possível determinar a
variação na sua concentração.
As medidas de carbono-14 nas amostras são expressas em percentagem do
carbono moderno, em relação ao padrão ácido oxálico distribuído pelo NBS e que
corresponde à atividade da atmosfera não poluída em 1950, ou seja,
0
A
pMC
A
=
(3.27)
onde, A é atividade da amostra e A
o
é a atividade do padrão.
As medidas de carbono-14 podem também ser expressas em idade não
convencional dada pela equação 3.25.
38
4. HIDROGEOQUÍMICA
Esse capítulo foi em parte extraído do Manual de Análises Hidroquímicas e
Bacteriológicas do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará, feito por
SANTIAGO & SILVA (2000).
A água contém naturalmente íons dissolvidos, sendo os mais abundantes
(elementos maiores) os cátions cálcio (Ca
++
), magnésio (Mg
++
), sódio (Na
+
), e potássio
(K
+
), e os ânions, cloreto (Cl
-
), bicarbonato (HCO
3
-
) e sulfato (SO
4
--
). Alguns íons,
como os de ferro e alumínio e outros como nitrito, nitrato e amônia, podem estar
presentes naturalmente em concentrações mais baixas.
Os íons mais abundantes dissolvidos na água são discutidos a seguir quanto às
suas variações naturais e quanto aos danos mais prováveis quando as concentrações são
excessivas. As discussões se baseiam principalmente em dados de DAVIS & De
WIEST (1966), RICHTER & NETTO (1991), SALES & GOUVEIA (1997) e
FUNASA (2004).
A adequação ao consumo humano das águas aqui estudadas foi julgada com
base nas normas do Ministério da Saúde que coloca limites para os valores de
concentração e para parâmetros hidroquímicos. Estes limites estão indicados na Tabela
4.1.
Tabela 4.1 - Valores máximos permitidos (VMP) de acordo com o Ministério da
Saúde (Fonte: FUNASA, 2004).
Parâmetro VMP (mg/L) Parâmetro VMP (mg/L)
Sódio 200 Cloreto 250
Nitrato 45 Sulfato 250
Alumínio 0,2 STD 1000
39
4.1 - Cálcio
O cálcio é o metal alcalino terroso mais abundante na natureza. Ele está presente
nos minerais mais comuns nas rochas, é essencial para todas as formas de vida animal e
vegetal e é também um dos componentes mais abundantes nas águas naturais em
regiões semi-áridas. É encontrado em sistemas aquosos naturais por ser um dos sólidos
mais solúveis e também participa da troca de cátions de aluminosilicatos com outros
mine ra is.
O processo de troca de cátions nos aqüíferos foi observado em 1925 por
RENICK (1925). O autor chamou a atenção para o abrandamento natural das águas
salinas no solo através da troca de cátions. Em geral, as águas trocam cálcio por sódio,
mas o processo inverso também pode acontecer.
Os íons de cálcio em águas subterrâneas em contato com rochas sedimentares de
origem marinha são provenientes da dissolução da calcita, dolomita e gipsita. Eles são
desde moderadamente solúveis a muito solúveis e são muito fáceis de precipitar como
carbonato de cálcio.
Nas águas doces as concentrações de Ca
++
variam de 10 a 250 mg/L. Grandes
quantidades de cálcio podem provocar formação de pedras nos rins, hipercalcemia. No
uso industrial, nos sistemas de refrigeração podem produzir entupimento através da
produção de incrustações. O cálcio contribui para o aumento da dureza na água.
4.2 - Magnésio
O magnésio tem grande importância na química das águas, pois é essencial à
nutrição das plantas.
Sob alguns aspectos, como nas propriedades de dureza, o íon magnésio tem
propriedades similares às do íon cálcio, porém é mais solúvel e difícil de precipitar.
Embora o íon magnésio seja a forma predominante encontrada em solução na água
natural, outras formas complexas podem ser encontradas, tais como MgOH
+
e
MgSO
4
(aq) (SILLEN E MARTELL, 1964).
Devido sua solubilidade, o magnésio é geralmente encontrado em águas
naturais, mas em concentrações menores do que o cálcio, ou seja, de 1 a 40 mg/L.
40
Águas armazenadas em rochas ricas em magnésio têm concentrações que podem atingir
até 100 mg/L. Concentrações maiores que 100 mg/L são raramente encontradas, exceto
em águas do mar e salmouras.
O excesso de magnésio reduz a freqüência cardíaca em pessoas com problemas
do coração; no entanto, em dosagens adequadas, trata tensão pré-menstrual e a
hipertensão, previne cálculos renais e biliares e ajuda os músculos a trabalhar. O
magnésio também contribui para a dureza da água.
4.3 - Sódio
O sódio é o mais abundante dos metais alcalinos, apresenta o estado de oxidação
Na
+
, e em rochas ígneas é levemente mais abundante do que o potássio. O íon sódio nas
rochas apresenta solubilidade muito elevada e é muito difícil de precipitar.
As quantidades de sódio retidas em sedimentos, resultantes da evaporação, e em
solução no oceano são bastante significativas. O sódio é retido por adsorção na
superfície dos minerais, especialmente por aqueles que possuem alta capacidade de
troca de cátions, como as argilas. Ele é facilmente encontrado no solo, onde existe
abundância de feldspatos plagioclásios, e em águas superficiais e subterrâneas em
contato direto com este tipo de rocha.
A concentração de sódio precisa ser determinada na água a ser utilizada na
indústria, agricultura e uso doméstico, pois em grandes quantidades ele é bastante
prejudicial. Para ser utilizada na agricultura a água deve satisfazer alguns níveis
padrões. Em 1954 o U. S. Salinity Laboratory definiu a Razão de Adsorção de Sódio
(SAR), relacionando a concentração iônica do sódio com a concentração dos íons de
cálcio e magnésio, através da equação seguinte.
2
rNa
SAR
rCa rMg
+
++ ++
=
+
(4.1)
41
De acordo com o valor do SAR, a água é classificada usando a tabela 4.2. Um
alto SAR implica em um perigo de adsorção de sódio, substituindo o cálcio e o
magnésio, uma situação extremamente perigosa para o solo, tornando-o duro,
prejudicando assim o desenvolvimento das plantas.
Tabela 4.2 - Qualidade da água de acordo com o SAR (Fonte: LOGAN, 1965).
SAR Qualidade
0 - < 10 Excelente
10 - < 18 Boa
18 - < 26 Regular
> 26 Ruim
Em água doce, a concentração de sódio varia de 1 a 150 mg/L e nas salmouras
naturais pode chegar a 10.000 mg/L.
Concentrações de sódio elevadas nas águas podem
ser prejudiciais às plantas por reduzir a permeabilidade do solo, principalmente se as
concentrações de Ca
++
e Mg
++
forem baixas.
4.4 - Potássio
O potássio é o elemento mais abundante nas rochas sedimentares. Embora seja
um elemento abundante e seus sais altamente solúveis, ele raramente ocorre em alta
concentração águas naturais, onde geralmente sua concentração é muito menor que a do
sódio.
Em geral a concentração de potássio é baixa por causa da alta estabilidade do
potássio nos minerais aluminossilicatos. Como o íon de potássio é substancialmente
maior que o íon de sódio, ele é normalmente adsorvido menos fortemente nas reações
de troca iônica.
O íon potássio apresenta solubilidade similar à do sódio. É facilmente afetado
por troca de base e é absorvido de forma pouco reversível pelas argilas em formação
para fazer parte de sua estrutura, o que o diferencia do íon sódio. Em água doce sua
concentração varia de 0,1 a 10 mg/L.
42
Ao contrário do sódio, o potássio é um elemento vital para o crescimento das
plantas e é um dos constituintes de fertilizantes agrícolas. Íons de potássio assimilados
por plantas, tornam-se disponíveis quando as plantas morrem, perdem suas folhas ou
outras partes. É o que ocorre na reciclagem natural nas florestas, sendo este potássio
incorporado ao solo pelas chuvas (HEM, 1985).
4.5 - Cloretos
Do grupo dos halogênios, o cloro é o elemento mais abundante. Mais de três
quartos da quantidade total de cloro presente na crosta terrestre, atmosfera e hidrosfera
estão em solução no oceano. Embora ocorra em vários graus de oxidação, a forma mais
significativa é o íon Cl
-
.
Os íons de cloro movem-se na água através da maioria dos solos com menos
atraso ou perdas que qualquer outro traçador. Também, a concentração de cloro nas
águas naturais é, na maioria das vezes, baixa. As exceções ocorrem em rios que
recebem influência de rejeitos industriais ou são afetados por marés oceânicas.
Águas das chuvas próximas ao oceano contêm várias dezenas de miligramas de
cloro por litro, mas a concentração diminui drasticamente à medida que ocorre a
interiorização no continente. A presença de alta concentração de cloro no interior dos
continentes é justificada por FISHER (1968) em parte devido à atividade humana.
SANTIAGO (1984), analisando água de chuva de quatro postos meteorológicos
em fortaleza, na costa, e os demais adentrando o continente até 90 km, encontrou uma
relação entre a concentração de cloretos nas chuvas e a distância (x) à costa:
0 ,019
(/)5,29
x
K
m
Cl mg L e
−
−
= (4.2)
Os cloretos são muito solúveis, são estáveis em solução e de difícil precipitação;
não sofrem oxidação nem redução em águas naturais e estão, em geral, associados aos
íons de sódio, na proporção molar 1:1, principalmente, em águas salinas.
Os padrões de potabilidade, geralmente, limitam o teor de cloreto em 250 mg/L,
pois quando esse valor é ultrapassado confere um sabor salgado à água. Os cloretos
podem funcionar como indicadores de poluição por esgotos sanitários ou por intrusão
43
salina em aqüíferos costeiros. Águas com alto teor de cloreto são prejudiciais às plantas,
são corrosivas e atacam estruturas e recipientes metálicos.
4.6 - Sulfatos
A concentração de sulfatos nas chuvas continentais, geralmente excede 1 mg/L,
sendo consideravelmente maior que o do cloro. Este comportamento se deve ao efeito
da poluição do ar, especialmente à contribuição da queima de combustíveis que é
responsável por 30% do sulfato contido nas chuvas (JUNGE, 1960). O sulfato também
vem da oxidação do enxofre das rochas ígneas, metamórficas e sedimentares, sendo
reduzido pelas bactérias, em ambientes com abundância de matéria orgânica
precipitando-se freqüentemente como CaSO
4
.
Os
sulfatos (SO
4
=
) são desde moderadamente solúveis a muito solúveis,
formados por oxidação de sulfitos. Os mais importantes depósitos de sulfato são
encontrados em sedimentos evaporados como gipsita, anidrida e sulfato de sódio.
Nas águas naturais, as concentrações de sulfato variam de 0,2 mg/L a 2.700
mg/L. As menores concentrações estão em águas de chuva, neve e águas superficiais
sujeitas à redução de sulfato. As maiores concentrações estão em salmouras de sulfato
de magnésio. Em águas potáveis, as concentrações de sulfato não devem exceder 250
mg/L; acima deste valor, ele confere à água um sabor amargo e pode causar efeitos
laxativos quando em níveis elevados.
4.7 - Bicarbonatos e Carbonatos
A maioria dos íons bicarbonatos (HCO
3
-
) e carbonatos (CO
3
=
) em águas
subterrâneas são derivados do dióxido de carbono na atmosfera e no solo, e de soluções
de rochas carbonatadas. Águas bicarbonatadas sódicas podem ser concentradas nos
solos produzidos por evaporação, mas se muito cálcio estiver presente, o bicarbonato é
retirado da água através da precipitação de carbonato de cálcio. Outra fonte importante
de bicarbonato é o metamorfismo das rochas carbonatadas.
A concentração de bicarbonato em águas subterrâneas varia de 10 a 800 mg/L,
sendo mais comuns concentrações entre 50 e 400 mg/L. Existe uma forte relação entre o
pH da água e as concentrações do gás carbônico (CO
2
), dos bicarbonatos (HCO
3
-
) e dos
carbonatos (CO
3
=
). Estes íons definem a alcalinidade das águas.
44
As propriedades de alcalinidade ou acidez da água avaliam o potencial da
solução para neutralizar ácidos e bases fortes, e com isso averiguar os processos nas
interações água-rocha ou da água com materiais orgânicos.
4.8 – Amônia, Nitrito e Nitrato
Amônia (NH
3
-
) e nitrito (NO
2
-
) são produzidos por microorganismos quando
estes estão presentes na água. Esses dois íons juntamente com o nitrato (NO
3
-
), em uma
amostra de água, indicam que uma análise bacteriológica dessa água é necessária, pois
são indicativos de contaminação.
A quantidade de nitrogênio na água pode indicar uma poluição recente ou
remota. O nitrogênio pode estar presente sob as suas diversas formas compostas:
orgânica, amoniacal, nitrito e nitratos ele segue um ciclo desde o organismo vivo até a
mineralização total, onde está presente sob a forma de nitrato.
Assim, é possível avaliar o grau e a distância a uma fonte de poluição através
das concentrações e das formas dos compostos nitrogenados presentes na água. Águas
com predominância de nitrogênio orgânico e amoniacal são poluídas por descargas de
esgotos próximos. Águas com concentrações de nitrato predominantes sobre nitrito e
amônia indicam uma poluição remota, porque os íons nitratos são produtos finais de
oxidação do nitrogênio.
Os nitratos são muito solúveis, e por isso, dificilmente precipitam. Eles tendem a
estabilidade em meios redutores, podendo passar a N
2
ou NH
+
4
e excepcionalmente a
nitrito (NO
-
2
). Esta redução é um fenômeno principalmente biológico produzido pelas
bactérias Nitrossomas. A maioria dos compostos nitrogenados passa a NO
-
3
em meio
oxidante, enquanto a amônia (NH
+
3
) pode transformar-se em parte para N
2
. O solo pode
fixar nitrato (NO
-
3
), em especial através da vegetação.
A nitrificação é um processo de oxidação que ocorre em dois estágios e através
dele a amônia é convertida em nitrito e depois em nitrato.
NH
3
+ 3/2 O
2
+ bactéria → NO
2
-
+ H
+
+ H
2
O (4.3)
HNO
2
+ ½ O
2
+ nitro bactéria → NO
-
3
+ H
+
(4.4)
45
As concentrações de nitrato nas águas naturais estão na faixa de 0,1 a 10 mg/L;
porém, em águas muito poluídas podem chegar a 200 mg/L, e em alguns casos de áreas
influenciadas por aplicações excessivas de fertilizantes, as concentrações podem ser
maiores que 600 mg/L. Independente da sua origem, que também pode ser mineral, os
nitratos em concentrações acima de 45 mg/L, provocam em crianças a cianose ou
metahemoglobinemia, condições mórbidas associadas à descoloração da pele, em
conseqüência de alterações no sangue.
4.9 - pH
A concentração de íons de hidrogênio (H
+
) podia ser expressa nas mesmas
unidades que as outras espécies dissolvidas, em miligramas por litro ou em moles por
litro. No entanto ela é tão baixa em solução aquosa, que é conveniente expressa-la em
unidades logarítmicas, com abreviação pH. O pH é a medida da concentração do íon
hidrogênio ou de sua atividade, e é definido como o logaritmo negativo da concentração
de íons de hidrogênio.
log[ ]
p
H
+
=− H (4.5)
Por causa da concentração iônica das águas, o pH se encontra na faixa de 0 a 14.
A classificação da água quanto ao pH é feita utilizando os seguintes critérios:
pH < 7 – água ácida;
pH = 7 – água neutra; (4.6)
pH > 7 – água básica.
O pH determina a capacidade da água atacar os minerais e rochas por hidrólise e
hidratação, o seu valor na água pura a 25°C é 7,0 e nas chuvas de regiões sem poluição
é 5,6. Nos sistemas de abastecimento público de água, o pH está entre 6,5 e 9,5.
De um modo geral, águas de pH baixo tendem a ser corrosivas ou agressivas a
certos metais, paredes de concreto e superfícies de cimento-amianto, enquanto que
águas de alto pH tendem a formar incrustações na maior parte das águas naturais, o pH
é controlado pelo sistema de equilíbrio do gás carbônico – bicarbonatos – carbonatos.
46
4.10 - Condutividade Elétrica
A condutividade elétrica expressa quantitativamente a capacidade da água
conduzir corrente elétrica, depende da concentração total das substâncias dissolvidas
ionizadas e de sua mobilidade que, por sua vez, depende da temperatura na qual a
medida é realizada.
A unidade de medida da condutividade elétrica é o Siemens por centímetro,
S/cm. Em geral, os valores da condutividade elétrica são muito pequenos, então se usa o
múltiplo
μS/cm nas medidas. Para o consumo humano, é importante que a água possua
uma condutividade entre 50 e 1500
μS/cm (FUNASA, 2004).
A composição geológica é um dos principais fatores responsáveis pela
salinização das águas, mas existem outros processos que intervêm na concentração
salina da água que são a evaporação, a dissolução, a troca de íons, os aerossóis e a
contaminação humana.
A evaporação atua principalmente em águas superficiais, que são a principal
fonte de captação para uso domiciliar no Estado do Ceará. A evaporação tem como
principal característica o aumento da concentração iônica, mantendo a razão entre os
íons.
As condições ambientais como clima, temperatura e pluviosidade são
responsáveis pela dissolução das rochas, causando uma variação na concentração salina
nas águas subterrâneas.
A adsorção química é fundamental para o processo de troca iônica. Na troca
iônica, um íon na rocha troca sua posição com um outro íon dissolvido na água,
tornando, portanto a modificação da razão entre os íons a principal característica desse
processo.
Os aerossóis são formados por poeiras continentais, exalações industriais e
vulcânicas, poluição em geral e sais oceânicos (EISENREIZH, 1981) constituídos
principalmente pelos íons Cl
-
e Na
+
, são transportados pelos ventos a altas regiões
atmosféricas, sendo capazes de modificar a composição química das águas. Essa
composição varia rapidamente das áreas costeiras para o interior dos continentes, onde
47
os elementos de origem marinha são substituídos por elementos de origem continental,
dependendo de vários fatores, entre eles a interceptação pela vegetação, intensidade e
direção dos ventos.
A condutividade elétrica é considerada como um bom critério na avaliação do
grau de mineralização da água, contribuindo para o estudo do efeito de diversos íons
sobre o equilíbrio químico, sobre o sistema fisiológico das plantas e animais e sobre a
taxa de corrosão, além disso, servindo para verificar o grau de pureza das águas
destiladas e deionizadas.
A determinação da condutividade elétrica dá uma estimativa do conteúdo de
sólidos totais dissolvidos em uma amostra. Pode-se estimar os sólidos totais dissolvidos
(STD) em mg/L, utilizando a equação seguinte:
0, 65
STD CE= (4.7)
4.11 - Dureza
A dureza da água mede o grau de impedimento da ação do sabão e pode ser
expressa como dureza temporária, dureza permanente e dureza total. A dureza
temporária ou dureza de carbonatos é causada pelos íons de cálcio e de magnésio que se
combinam com o bicarbonato e o carbonato, podendo ser eliminada com a ebulição da
água.
A dureza permanente ou dureza não carbonatada é a dureza que persiste após a
fervura da água. Ela é produzida pelos íons de cálcio e de magnésio que se combinam
com os íons de sulfato, cloreto nitrato e outros. A dureza total é a soma da dureza
temporária com a dureza permanente e é usualmente expressa em termos de carbonato
de cálcio (CaCO
3
) equivalente. As águas podem ser classificadas em termos do grau de
dureza de acordo com a Tabela 4 3.
Tabela 4.3 - Classificação das águas quanto ao grau de dureza (Fonte: FNS,
1999).
Dureza de CaCO
3
(mg/L) Classificação
0 – 50 Mole
Moderadamente dura
>50 – 150
Dura
>150 – 300
> 300 Muito dura
48
4.12 - Diagrama de Piper
Para fazer a classificação das águas e comparar distintos grupos de águas com
relação aos íons dominantes foi usado o Diagrama de Piper; este diagrama hidroquímico
representa graficamente o resultado de análises químicas e é bastante utilizado quando o
número dessas análises é elevado.
Neste tipo de diagrama os valores dos cátions e dos ânions são representados em
dois triângulos separados, entre eles há um losango onde são representados pontos que
são obtidos a partir da projeção dos pontos obtidos nos dois triângulos. A figura 4.1
representa o esquema de um Diagrama Piper. Neste diagrama, os valores das
concentrações são expressos em miliequivalente por litro (meq/L). Cada vértice de um
triângulo corresponde a 100% de um cátion ou de um ânion.
O triângulo da esquerda diz respeito aos cátions; assim, as águas localizadas nos
triângulos 5, 6 e 7 são classificadas respectivamente como magnesianas, cálcicas e
sódicas e no triângulo 8 as águas são ditas mistas. O triângulo da direita diz respeito aos
ânions; as águas localizadas nos triângulos 9, 10 e 11 são classificadas respectivamente
como sulfatadas, bicarbonatadas e cloretadas e no triângulo 12 as águas também são
ditas mistas. A classificação das águas através do losango é feita da seguinte maneira:
águas pertencentes ao losango 1 são classificadas como sulfatadas e/ou cloretadas,
cálcicas e/ou magnesianas. Águas situadas no losango 2 são classificadas como
bicarbonatadas cálcicas e/ou magnesianas. No losango 3 são classificadas como
sulfatadas ou cloretadas sódicas. No quarto losango são chamadas de bicarbonatadas
sódicas.
49
Figura 4.1 - Esquema de um diagrama Piper para a classificação das águas.
50
5. METODOLOGIA
A metodologia científica empregada para a interpretação dos resultados obtidos
está discutida a seguir; ela inclui o trabalho de campo e as medidas em laboratório.
5.1 - Trabalho de Campo
A atividade de campo teve a finalidade de coletar amostras de água em dez
poços tubulares em duas sub-bacias de Lavras da Mangabeira, Riacho do Rosário e
Riacho do Meio. A ausência de poços na sub-bacia do Iborepi deu-se em virtude dos
poços encontrados nela estarem desativados ou locados na zona de contato com as
rochas do embasamento cristalino.
Dos dez poços estudados, seis estão localizados na Sub-bacia Riacho do Rosário
e em cinco poços dessa Sub-bacia foram feitas análises isotópicas. Os outros quatro
poços estão localizados na Sub-bacia Riacho do Meio e em apenas um deles foi feita
análise dos isótopos, oxigênio-18 e deutério.
A coleta de água foi realizada em seis datas: outubro de 2005, novembro de
2005, abril de 2006, julho e outubro de 2006 e em fevereiro de 2007. Utilizando GPS,
as coordenadas geográficas de cada poço foram medidas. No local de coleta foram feitas
medidas de condutividade elétrica (em μS/cm), o pH e a temperatura de cada amostra
(em °C). A temperatura é um dos fatores importantes das condições ambientais sendo
responsável pela velocidade das reações químicas.
As amostras coletadas e guardadas em vasilhames plásticos de capacidade 2000
mL foram usadas para as análises fisico-químicas e as amostras destinadas a análise de
oxigênio-18 e deutério foram acondicionadas em frascos de 20 mL, sendo estes cheios e
vedados para evitar o fracionamento isotópico pelo contato com o ar.
5.2 - Trabalho de Laboratório
5.2.1 - Medidas Isotópicas
As medidas dos desvios relativos δ com relação ao padrão V-SMOW, das
concentrações isotópicas de oxigênio-18 e deutério, foram realizadas no Laboratório de
Física Nuclear Aplicada do Centro de Pesquisa em Geofísica e Geologia da
51
Universidade Federal da Bahia, com erro analítico de
± 1,0 ‰ para o δD e de ± 0,1 ‰
para o
δ
18
O, utilizando a Espectrometria de Massa.
A espectroscopia de massa é um método utilizado para identificar os diferentes
átomos que compõem uma substância. Essa técnica utiliza o movimento de íons em
campos elétricos e magnéticos para classificá-los de acordo com sua relação massa-
carga. Neste equipamento, a amostra é bombardeada com elétrons para produzir íons.
Esses íons atravessam um campo magnético que curva suas trajetórias em raios
diferentes, dependendo de suas massas. O espectrômetro de massa é utilizado para a
determinação das abundâncias relativas dos diferentes isótopos, como por exemplo,
18
O/
16
O e D/H.
Os métodos utilizados para análises isotópicas da água requerem etapas
especiais, uma vez que não se pode analisar água diretamente em um espectrômetro,
pois o vapor d´água se deposita nas paredes do aparelho formando uma camada fina de
água bem estável sendo difícil a retirada por causa do momento dipolo da molécula;
isso acaba por causar o chamado “efeito memória”. Também não é possível analisar
oxigênio diretamente porque esse elemento ataca as superfícies metálicas formando
óxidos causando o mesmo efeito. Por isso, as amostras precisam ser preparadas
convenientemente.
5.2.2 - Análises Hidroquímicas
As análises hidroquímicas foram realizadas no Laboratório de Hidroquímica do
Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará, onde foram determinadas as
concentrações iônicas dos cátions Ca
++
, Mg
++
, Na
+
, K
+
e dos ânions HCO
3
-
, Cl
-
, NO
3
-
, e
SO
4
=
. Estes íons são os principais componentes inorgânicos nas águas subterrâneas. Os
métodos utilizados para efetuar as análises foram (APHA, 1992):
Ca
++
- Determinação complexiométrica em presença do indicador eriocromo
com a titulação feita com EDTA de normalidade 0,025 N. A virada de cor acontece do
róseo para o azul.
Mg
++
- Medido de maneira indireta através da dureza.
Na
+
- Leitura direta usando fotometria de chama.
52
K
+
- Leitura direta usando fotometria de chama.
HCO
3
-
- Determinação por acidimetria com HCl 0,01N após determinação de
carbonato em presença de alaranjado de metila a 1 % ocorrendo a virada da cor que se
dá do azul para o amarelo.
Cl
-
- Determinação volumétrica com AgNO
3
como solução titulante usando
K
2
Cr
2
O
4
como indicador. A virada de cor se dá do amarelo para telha.
NO
3
-
– Determinação pelo método espectrofotométrico do NITRAVER.
SO
4
=
- Determinação por turbidimetria usando o BrCl
2
e leitura após agitação
por 1.5 minutos feita em um espectrômetro em 420 nm.
As curvas de calibração, elaboradas para os diferentes tipos de determinação,
tanto fotométricas como espectrofotométricas, mostraram coeficientes de correlação da
ordem de 0,99, enquanto as análises titulométricas foram realizadas sempre em
duplicata, com diferença de valores na faixa de 0-5%. Os resultados das análises, que
têm erros de balanço iônico da ordem de até 6,0%, estando, portanto, numa faixa bem
abaixo daqueles admissíveis pela literatura (10%), indicam que as análises físico-
químicas e químicas têm características de alta precisão, estando de acordo com o perfil
de qualidade exigida pela Organização Mundial de Saúde (OMS, 1998).
5.3 - Análise Bacteriológica
Além das análises fisico-químicas e químicas das águas para consumo humano,
é preciso pesquisar a presença de microorganismos patogênicos através de análise
bacteriológica. Microorganismos provenientes de materiais fecais podem produzir uma
série de doenças infecciosas causadas por bactérias, por protozoários ou por vírus,
representando um risco para a saúde humana.
Estas análises devem ser feitas se as águas são utilizadas para beber ou para a
produção, lavagem ou mesmo o cozimento de alimentos. A contaminação da água pode
ser direta ou indireta, por águas de esgotos ou por excrementos de animais. Águas com
microorganismos patogênicos são responsáveis pela ocorrência de epidemias,
principalmente em países onde a infra-estrutura, os cuidados sanitários e os cuidados de
higiene pessoal são insuficientes ou inexistentes.
53
O "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater" (APAHA,
2005) define o grupo coliforme como: "todas as bactérias aeróbias ou anaeróbias
facultativas, gram negativas, não esporuladas e na forma de bastonete", as quais
fermentam a lactose com formação de gás dentro de 48h a 35
º
C. Neste grupo incluem-se
organismos que diferem nas características bioquímicas, sorológicas e no seu habitat.
Podem ser classificadas em:
Escherichia, Aerobacter, Citrobacter, Klebsiella e outros
gêneros que quase nunca aparecem em fezes, como a
Serratia.
A presença de coliformes totais e
E. Coli nas amostras da Bacia Sedimentar de
Lavras da Mangabeira foi determinada no Laboratório de Análise Bacteriológica do
Departamento de Física da UFC por meio da técnica do Colilert em cartela através da
qual foi detectada a presença quantitativa de coliformes totais e de
E. Coli.
5.3.1 - Medidas pelo Método Colilert
As amostras são coletadas em recipientes assépticos de 100 mL de água. Após a
coleta, ela é manuseada na presença de fogo usando um bico de Bunsen até que a
amostra seja selada; adiciona-se o reagente (Colilert) ao frasco com água que é agitado
até a completa dissolução dos grânulos. A solução é colocada em uma cartela composta
de quarenta e nove cúpulas maiores e quarenta e oito cúpulas menores; a cartela é
colocada em uma seladora, a solução é distribuída igualmente e incubada a 35
º
C em
estufa por 24 horas.
A leitura para coliformes totais é feita a olho nu observando-se a coloração
amarela para resultado positivo ou ausência de coloração, para resultado negativo. A
leitura para
E. coli é feita na presença de uma lâmpada ultravioleta; o resultado é
positivo quando a coloração amarela se apresentava fluorescente. Os resultados são
expressos de acordo com a tabela NPM (número mais provável em 100 mL de água).
Quando as amostras apresentam resultado positivo há necessidade de esterilizar
as cartelas usando autoclave, antes de descartá-las. Na autoclave, as amostras
permanecem por no mínimo 15 minutos a uma pressão de 1 kgf/cm
2
e uma temperatura
de 120
o
C.
54
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES
6.1 - A Hidrogeoquímica
Na Tabela 6.1 estão dados referentes aos poços tubulares amostrados: a
numeração adotada, as coordenadas, a localidade, a Formação Geológica onde cada
poço está localizado e a profundidade em metros. As profundidades dos poços estão na
faixa de 60 m e 80 m com exceção somente de um poço, o P07, que tem profundidade
de 155 m.
Tabela 6.1- Identificação dos poços tubulares amostrados em Lavras da Mangabeira.
RR: Riacho do Rosário, RM: Riacho do Meio, NE: nível estático, ND: nível dinâmico,
Q: vazão.
Poço
UTMN UTME Localidade
Prof.
(m)
NE
(m)
ND
(m)
Q
(m
3
/h)
P01 9246709 487539 Sitio Angico - RR 60 - -
P02 9248351 498650 Sítio Calabaço - RM 70 4 24,0 1,9
P03 9250367 502177 Sitio Logradouro - RM 62 - - 6,8
P04 9250516 498827 Sítio Barro Branco - RM 60 - - 10,5
P05 9245579 489986 Varas 1 - RR 80 15 55,3 1,3
P06 9246684 491657 Tabuleiro Alegre - RR 64 - - -
P07 9250452 504236 Ass. Sítio Logradouro - RM 155 - -
Nas Tabelas 6.2 a 6.8 estão as medidas realizadas no momento da coleta: o pH, a
condutividade elétrica (CE) em μS/cm e a temperatura (T) em °C, para sete dos dez
poços estudados. Nos outros três poços, P05, P06 e P07 foram feitas poucas coletas: no
poço P05 duas coletas; na primeira delas, feita em julho de 2006, obteve-se pH igual a
7,2 condutividade elétrica de 840
μS/cm e 29,7 °C de temperatura. A segunda coleta foi
realizada em Fevereiro de 2007 com as seguintes medidas: 7,6 para o pH, condutividade
elétrica de 1033 μS/cm e 33,4 °C para a temperatura.
No poço P06 foi feita apenas uma coleta, em julho de 2006, com as seguintes
medidas: 7,1 para o pH, condutividade elétrica 964 μS/cm e temperatura de 28 °C. No
poço P07 duas coletas foram realizadas, uma em julho de 2006 e outra em fevereiro de
2007. Na primeira obteve-se 7,2 para o pH, condutividade elétrica de 412 μS/cm e
temperatura de 30,1 °C e na segunda o pH foi mantido de 7,2, a condutividade elétrica
mudou para 346 μS/cm e a temperatura aumentou para 32,3 °C.
Tabela 6.2- pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P01 durante as seis coletas.
Coleta pH CE
(μS/cm)
T
(°C)
Coleta 1 7,7 1741 -
Coleta 2 7,2 1917 30,8
Coleta 3 7,5 1909 31,1
Coleta 4 6,9 1111 29,8
Coleta 5 7,1 1293 31,3
Coleta 6 7,4 1423 31,5
Tabela 6.3- pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P02 durante as seis coletas.
Coleta pH CE
(μS/cm)
T
(°C)
Coleta 1 - - -
Coleta 2 7,4 1114 31,3
Coleta 3 7,3 1111 31,2
Coleta 4 7,4 1095 31,6
Coleta 5 8,3 1105 31,1
Coleta 6 8,2 1072 29,5
56
Tabela 6.4- pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P03 durante as seis coletas.
Coleta pH CE
(μS/cm)
T
(°C)
Coleta 1 - - -
Coleta 2 7,8 903 30,5
Coleta 3 7,3 909 29,4
Coleta 4 7,7 914 27,8
Coleta 5 7,7 880 30,3
Coleta 6 7,8 889 31,2
Tabela 6.5- pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P04 durante as seis coletas.
Coleta pH CE
(μS/cm)
T
(°C)
Coleta 1 - - -
Coleta 2 7,7 888 31,9
Coleta 3 7,1 606 29,1
Coleta 4 7,3 743 29,5
Coleta 5 7,3 853 -
Coleta 6 7,5 874 29,2
Tabela 6.6- pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P08 durante as seis coletas.
Coleta pH CE
(μS/cm)
T
(°C)
Coleta 1 6,7 490 -
Coleta 2 6,4 495 31,1
Coleta 3 6,8 397 29,5
Coleta 4 6,5 476 29,5
Coleta 5 6,1 558 31,3
Coleta 6 - - -
Tabela 6.7- pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P09 durante as seis coletas.
Coleta pH CE
(μS/cm)
T
(°C)
Coleta 1 5,8 144 -
Coleta 2 5,8 138 28,3
Coleta 3 5,8 145 31,9
Coleta 4 5,8 133 32,3
Coleta 5 5,6 134 31,9
Coleta 6 5,9 238 31,6
57
Tabela 6.8- pH, condutividade elétrica (CE) e temperatura em amostras de água
do poço P10 durante as seis coletas.
Coleta pH CE
(μS/cm)
T
(°C)
Coleta 1 6,3 158 -
Coleta 2 6,2 150 29,5
Coleta 3 6,0 152 31,2
Coleta 4 6,1 210 32,3
Coleta 5 6,2 154 32
Coleta 6 6,4 164 32
6.1.1- Condutividade Elétrica
A medida da condutividade elétrica da água representa sua capacidade de
conduzir eletricidade a uma determinada temperatura. A Figura 6.1 mostra como varia a
condutividade elétrica nas duas principais sub-bacias de Lavras da Mangabeira.
5/8/
20
05
5
/
11/2005
5/2/2006
5/5/2006
5/
8/2006
5/11/2006
5/2/
20
07
0
500
1000
1500
2000
2500
P1
P10
P9
P8
P4
P3
P2
CE (μS/cm)
Data da coleta
Figura 6.1- Condutividade elétrica em função do tempo (Símbolos laranja representam
amostras da sub-bacia Riacho do Rosário e símbolos verdes amostras da sub-bacia
Riacho do Meio).
58
Observa-se no gráfico a variabilidade espacial da salinidade das águas da região
principalmente na sub-bacia do Rosário onde são encontrados tanto valores baixos
quanto valores altos de condutividade elétrica. Isso sugere uma dependência dos
diferentes sedimentos constituintes das sub-bacias de Lavras da Mangabeira.
Analisando as medidas de todos os poços da sub-bacia Riacho do Rosário,
observa-se predominância de valores abaixo de 600
μS/cm. Valores próximos a 1000
μS/cm foram encontrados nos poços P05 e P06, e acima deste valor somente no poço
P01.
Nos poços P01 e P09, ambos localizados na sub-bacia Riacho do Rosário, foram
encontrados respectivamente, o maior e o menor valor para a condutividade elétrica. O
poço P01 é o mais salino dentre todos os poços estudados na região, possuindo em
média uma condutividade elétrica de 1560
μS/cm, indicando água com alto teor de
sólidos totais dissolvidos, não sendo adequada ao consumo por ter uma alta
concentração de sais. O poço P09 possui uma condutividade elétrica relativamente
baixa, 155
μS/cm em média, indicando água com menos sólidos dissolvidos.
Uma explicação para isso é o fato desses dois poços estarem situados em
Formações Geológicas diferentes, separadas por basalto (ver Figura 2.2). O poço P01
encontra-se na Formação Serrote do Limoeiro, que é constituída por arenitos muito
finos, siltitos e argilitos, com águas arejadas, em ambientes subaéreos de bordas de
lagos e planícies fluviais, o que faz com que a água tenha um fluxo lento, facilitando a
dissolução das rochas e contribuindo para aumentar a sua salinidade. Já o poço P09,
encontra-se na Formação Iborepi que é formada por bancos de arenitos fluviais, com
correntes de água de forte competência de transporte, que faz com que a água tenha um
fluxo maior, e em conseqüência disso, uma salinidade menor.
A qualidade da água não sofreu grande modificação nos poços P02, P03, P08,
P09 e P10, pois a condutividade elétrica não teve grandes alterações. Entretanto no poço
P01, a condutividade elétrica variou bastante, de um valor mínimo de 1111
μS/cm a um
máximo de 1917
μS/cm; nas amostras do poço P04, coletadas durante o período
chuvoso, a condutividade elétrica diminuiu pouco, indicando recarga de chuva recente.
Passado o período chuvoso, a condutividade elétrica da água desse poço aumentou
gradativamente, como já era esperado, através do processo de dissolução de rochas.
59
Nas medidas de todas as águas dos poços da sub-bacia Riacho do Meio, observa-
se que apenas dois valores de amostras do poço P04 são abaixo de 800
μS/cm,
indicando águas com uma maior concentração salina; valores acima de 1000
μS/cm
foram encontrados somente em amostra do poço P02 que teve em média 1100
μS/cm.
As amostras poço P07 possuem os menores valores, em média 360
μS/cm.
6.1.2- pH
Com relação ao potencial hidroiônico, vê-se que as amostras pertencentes à sub-
bacia Riacho do Rosário (P01, P08, P09 e P10) apresentam caráter ácido, pH < 7, as
águas dos poços P08, P09 e P10 e caráter básico, pH > 7, as águas do poço P01. As duas
medidas realizadas no poço P05 e a única medida feita no poço P06 revelaram também
que a água desses poços possui um caráter básico. O poço P09 apresentou a água mais
ácida da área estudada. A Figura 6.2 mostra como o pH da área variou durante o período
de coleta para os sete principais poços.
5
/
8/
2
005
5/
1
1/
2
005
5/2/
2
006
5/5/
2
006
5/
8
/2
0
06
5/
1
1/
2
006
5/2/
2
007
5
6
7
8
9
pH
Data
P
0
P
0
P
0
P
0
P
0
P
0
P
Figura 6.2- pH em função do tempo para os principais poços em Lavras da Mangabeira
(Símbolos laranja representam am ostras da sub-bacia Riacho do Rosário e símbolos
verdes amostras da sub-bacia Riacho do Meio).
As medidas de pH efetuadas nas amostras da sub-bacia Riacho do Meio (P02,
P03 e P04) revelaram que em todos os poços apresentam caráter básico com pH > 7.
60
Nas duas medidas feitas no poço P07 o pH manteve-se em 7,2 denotando também água
básica. O poço P02 possui a água mais básica da área de estudo.
Observa-se no gráfico que em alguns poços, P01, P02, e P10, após o mês de
Junho, quando praticamente já tinha acabado o período das chuvas, houve um aumento
no pH, tornando a água dos dois primeiros poços mais básica, e a água do último poço
menos ácida. Essa mudança ocorreu devido à chegada da água da chuva.
6.1.3- Temperatura
A temperatura é um dos fatores que condicionam as modificações ambientais,
sendo responsável pela velocidade das reações químicas. Por esse motivo, são adotados
valores padrões de temperatura para medidas como pH, condutividade elétrica,
solubilidade e muitas outras grandezas.
A Figura 6.3 mostra como variou a temperatura da água dos sete principais
poços da região durante o período de coleta; na bacia do Rosário estão os poços P01,
P08, P09 e P10 e na bacia do Meio os poços P02, P03 e P04.
5/8/200
5
5
/
1
1/2005
5
/
2
/2006
5/5/2006
5/8/2006
5/11/200
6
5/2/2007
26,0
26,5
27,0
27,5
28,0
28,5
29,0
29,5
30,0
30,5
31,0
31,5
32,0
32,5
33,0
T (
0
C)
Data
P01
P02
P03
P04
P08
P09
P10
Figura 6.3- Temperatura em função do tempo para os poços de Lavras da Mangabeira
(Símbolos laranja representam am ostras da sub-bacia Riacho do Rosário e símbolos
verdes amostras da sub-bacia Riacho do Meio).
61
A temperatura das águas da sub-bacia Riacho do Rosário variou de 28° C a 33,4
°C, sendo a mínima registrada no poço P06, onde foi feita apenas uma medida, e a
máxima registrada no poço P05, onde duas coletas foram feitas. Nas águas da sub-bacia
Riacho do Meio a temperatura variou de 27,8 °C a 32,3 °C, com a mínima registrada no
poço P03, e a máxima medida no poço P07, onde apenas duas coletas foram realizadas.
6.1.4- Concentração dos íons maiores
As Tabelas 6.9 a 6.15 mostram as concentrações dos íons Ca
++
, Mg
++
, Na
+
, K
+
,
Cl
-
,
SO
4
=
, HCO
3
-
e NO
3
-
presentes em amostras d’água coletadas nos poços da área, e a
Tabela 6.16 mostra como variou a dureza durante o período de coleta.
Tabela 6.9- Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 1 em outubro de 2005.
Poço Concentração (mg/L)
Ca
++
Mg
++
Na
+
K
+
Cl
-
SO
4
=
HCO
3
-
NO
3
-
P01
109,8 59,3 96,0 72,9 240,1 35,6 299,4 105,7
P08 19,6 40,3 24,6 3,5 53,6 2,8 252,0 19,2
P09 4,2 4,1 13,8 14,1 17,4 0,6 44,5 2,8
P10 9,0 7,9 14,7 10,1 10,6 4,2 86,0 12,1
Tabela 6.10- Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 2 em dezembro de 2005.
Poço Concentração (mg/L)
Ca
++
Mg
++
Na
+
K
+
Cl
-
SO
4
=
HCO
3
-
NO
3
-
P01 132,7 66,0 115,4 46,0 291,3 35,9 284,6 107,5
P02 25,6 31,6 198,7 3,5 87,5 11,7 640,4 0,0
P03 34,1 42,4 108,4 14,8 57,7 17,1 560,3 0,0
P04 33,5 18,4 144,2 6,9 92,3 0,3 421,0 17,3
P08 19,4 40,1 24,6 3,5 60,6 2,8 231,2 0,0
P09 3,9 3,3 11,3 16,3 18,3 0,7 41,5 0,0
P10 7,8 7,5 11,9 10,1 11,5 1,0 77,1 0,0
62
Tabela 6.11- Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 3 em abril de 2006.
Concentração (mg/L)
Poço
Ca
++
Mg
++
Na
+
K
+
Cl
-
SO
4
=
HCO
3
-
NO
3
-
P01 131,9 67,9 108,4 50,1 290,3 17,5 307,1 338,8
P02 25,6 34,9 172,7 3,5 45,2 1,1 686,5 22,1
P03 31,8 45,7 108,4 3,5 57,7 12,6 596,2 8,3
P04 32,6 17,0 76,1 3,5 45,2 1,1 337,2 22,1
P08 14,0 31,6 26,0 1,7 32,7 2,0 174,6 45,9
P09 3,9 5,2 14,4 19,2 23,1 1,1 39,1 15,4
P10 6,2 7,5 14,4 11,6 16,3 6,2 75,3 26,5
Tabela 6.12-
Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 4 em junho de 2006.
Concentração (mg/L)
Poço
Ca
++
Mg
++
Na
+
K
+
Cl
-
SO
4
=
HCO
3
-
NO
3
-
P01 73,7 35,8 82,2 30,0 157,2 29,1 183,7 179,2
P02 23,5 32,5 194,2 3,5 83,1 8,1 695,3 4,6
P03 33,7 47,1 115,4 3,5 57,0 16,9 596,2 0,5
P04 32,9 18,4 110,7 3,5 69,6 0,6 379,4 25,5
P08 18,0 40,1 28,9 3,5 54,1 1,9 231,8 16,8
P09 4,7 2,4 15,1 19,2 22,2 0,4 36,1 11,6
P10 6,3 7,1 17,7 11,6 15,5 4,7 72,3 32,4
Tabela 6.13- Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 5 em outubro de 2006.
Concentração (mg/L)
Poço
Ca
++
Mg
++
Na
+
K
+
Cl
-
SO
4
=
HCO
3
-
NO
3
Tabela 6.14- Resultados de análise química de água subterrânea em Lavras da
Mangabeira. Coleta 6 em fevereiro de 2007.
Concentração (mg/L)
Poço
Ca
++
Mg
++
Na
+
K
+
Cl
-
SO
4
=
HCO
3
-
NO
3
-
P01 96,6 47,6 78,1 37,1 195,8 19,1 157,5 227,5
P02 53,1 16,8 185,5 5,1 83,8 8,0 694,0 6,9
P03 90,3 15,4 103,8 6,8 61,2 14,6 580,2 0,0
P04 56,2 5,8 125,0 6,8 92,3 0,8 419,9 28,9
P09 4,8 1,4 20,4 16,3 21,7 0,4 46,7 9,7
P10 15,8 1,4 21,8 13,2 18,8 1,3 81,6 2,3
Tabela 6.15- Variação da dureza nos poços de Lavras da Mangabeira durante o
período de amostragem.
Poço Concentração (mg/L)
P01 518,1 602,9 608,8 331,3 437,1
P02 - 193,9 207,5 192,4 201,7
P03 - 259,8 267,5 278,0 288,9
P04 - 159,2 151,4 157,9 164,2
P08 27,4 23,3 31,1 21,6 17,7
P09 214,6 213,3 165,0 210,0 -
P10 54,9 50,4 46,3 44,9 45,2
Considerando os valores limites das concentrações iônicas indicadas pelo
Ministério da Saúde para a potabilidade das águas, apresentados na Tabela 4.1, observa-
se que para os parâmetros analisados, as águas são consideradas potáveis. A única
exceção é o poço P01, pois em todas as coletas realizadas a concentração de nitrato, um
indicativo de contaminação, mostrou estar bem acima do limite permitido, e a
concentração de cloretos, na segunda e terceira coletas, estava acima do recomendado.
Para termos uma idéia geral da hidroquímica das sub-bacias e fazer a
classificação das águas quanto à predominância dos íons mais abundantes, apresenta-se
na Figura 6.4, o diagrama de Piper para a segunda coleta, e na Figura 6.5, o diagrama de
Piper para a última coleta. Os pontos na cor azul representam as águas dos poços
pertencentes à Formação Serrote do Limoeiro e os pontos em vermelho as águas dos
poços da Formação Iborepi.
64
Figura 6.4- Diagrama Piper em Lavras da Mangabeira com dados de dezembro de
2005.
Figura 6.5-
Diagrama Piper em Lavras da Mangabeira com dados de fevereiro de
2007
.
65
Com base na Figura 6.4, com amostras de dezembro de 2005, vê-se que as águas
da Formação Serrote do Limoeiro são classificadas como bicarbonatadas sódicas,
magnesianas ou mistas. Uma única amostra retirada de um poço não instalado, portanto
não representativa do aqüífero, era cloretada mista. As águas da Formação Iborepi são
classificadas como bicarbonatadas sódicas ou mistas.
A Figura 6.5, com amostras de fevereiro de 2007, permite classificar as águas da
Formação Serrote do Limoeiro como bicarbonatadas sódicas e mistas e as águas da
Formação Iborepi são classificadas como bicarbonatadas sódicas. O poço P1, não
instalado, continua a ter água do tipo cloretada mista.
As Figuras 6.6 a 6.10 apresentam a variação da concentração dos cátions em
função do tempo, em cinco poços da Formação Serrote do Limoeiro, e as Figuras 6.11 e
6.12 mostram como varia a concentração dos cátions em função do tempo em dois
poços da Formação Iborepi.
0
20
40
60
80
100
120
140
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago/06 out/06 dez/06 fev/07
Data
Cátions (mg/L)
Ca++
Mg++
Na+
K+
Figura 6.6- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no poço
P01, na Formação Serrote do Limoeiro.
66
0
30
60
90
12 0
15 0
18 0
210
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago /06 o ut/06 dez/06 fev/07
Data
Cátions (mg/L)
Ca+
+
Mg+
+
Na+
K+
Figura 6.7- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no poço
P02, na Formação Serrote do Limoeiro.
0
20
40
60
80
10 0
12 0
14 0
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago /06 out/06 dez/06 fev/07
Data
Cátions (mg/L)
Ca++
Mg+
+
Na+
K+
Figura 6.8- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no poço
P03, na Formação Serrote do Limoeiro.
67
0
30
60
90
12 0
15 0
18 0
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago/06 out/06 dez/06 fev/07
Data
Cátions (mg/L)
Ca++
Mg+
+
Na+
K+
Figura 6.9- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no poço
P04, na Formação Serrote do Limoeiro.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
out / 05 dez/ 05 f ev/ 06 abr/ 06 jun/ 06 ago/ 06 out / 06 dez/ 06 f ev/ 07
Dat a
Cátions (mg/L)
Ca++
Mg+
+
Na+
K+
Figura 6.10- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no
poço P08, na Formação Serrote do Limoeiro.
68
0
5
10
15
20
25
30
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago/06 out/06 dez/06 fev/07
Data
Cátions (mg/L)
Ca++
Mg++
Na+
K+
Figura 6.11- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no
poço P09, na Formação Iborepi.
0
5
10
15
20
25
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago/06 out/06 dez/06 fev/07
Data
Cátions (mg/L)
Ca++
Mg++
Na+
K+
Figura 6.12- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no
poço P10, na Formação Iborepi.
69
Observa-se que em abril de 2006, quando choveu cerca de 250 mm, uma
pluviosidade relativamente elevada para a região, houve recarga rápida e a diluição dos
sais produziu diminuição no valor da concentração dos cátions das águas do poço P01.
Esta concentração voltou a aumentar à medida que as chuvas diminuíram. Comparando
as concentrações medidas em dezembro de 2005 e em fevereiro de 2007, verifica-se que
todos os cátions tiveram sua concentração reduzida no poço P01.
Na Formação Serrote do Limoeiro, observa-se pelas Figuras 6.6 a 6.10, que o
íon K
+
apresentou os menores valores e as menores variações. O sódio mostrou ser o íon
mais abundante nas águas dos poços P02, P03 e P04, com as maiores concentrações e as
maiores variações na concentração. O íon cálcio pouco variou nas águas desses três
poços. A concentração de Ca
++
apresentou um aumento entre dezembro de 2006 e
fevereiro de 2007, quando teve início o período chuvoso na região.
O íon magnésio teve também pouca variação nas amostras de água dos poços
P02, P03 e P04. Quando iniciou a estação chuvosa, esse íon apresentou comporta mento
inverso ao do íon cálcio, diminuindo o valor da concentração em todas as águas desses
poços.
No período de observação, outubro de 2005 a fevereiro de 2007, vê-se na Figura
6.10 que a concentração de Ca
++
teve pequena variação nas amostras do poço P08 e a
concentração de K
+
também pouco mudou.
Comparando as concentrações medidas em dezembro de 2006 e e m fevereiro de
2007, verifica-se que nos poços da Formação Iborepi, P09 e P10, houve um acréscimo
na concentração de Ca
++
e Na
+
e uma redução do íon
Mg
++
. A concentração do íon K
+
diminuiu nestes poços neste período.
As Figuras 6.13 a 6.17 mostram como varia a concentração dos ânions em
função do tempo, nas águas de quatro poços da Formação Serrote do Limoeiro, e as
Figuras 6.18 e 6.19 como varia a concentração dos ânions em função do tempo em dois
poços da Formação Iborepi.
70
0
50
10 0
15 0
200
250
300
350
400
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago/06 out/06 dez/06 fev/07
Data
Ânions (mg/L)
Cl-
SO4-
HCO3
Figura 6.13- Concentração dos ânions versus data para amostras d’ água no
poço P01, na Formação Serrote do Limoeiro.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
out / 05 dez/ 05 f ev/ 06 abr / 06 j un/ 06 ago/ 06 out / 06 dez/ 06 f ev/ 07
Data
Ânions (mg/L)
Cl -
SO4-
HCO3
-
Figura 6.14- Concentração dos ânions versus data para amostras d’água no poço
P02, na Formação Serrote do Limoeiro.
71
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
out/ 05 dez/ 05 f ev/ 06 abr / 06 j un/ 06 ago/ 06 out / 06 dez/ 06 f ev/ 07
Data
Ânions (mg/L)
Cl-
SO4-
HCO3-
Figura 6.15-
Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no
poço P03, na Formação Serrote do Limoeiro.
0
15
30
45
60
75
90
out / 05 dez/ 05 f ev/ 06 abr/ 06 jun/ 06 ago/ 06 out / 06 dez/ 06 f ev/ 07
Data
Ânions (mg/L)
Cl-
SO4-
HCO3
-
Figura 6.16- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no
poço P04, na Formação Serrote do Limoeiro.
72
0
50
10 0
15 0
200
250
300
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago /06 o ut/06 dez/06 fev/07
Data
Ânions (mg/L)
Cl-
SO4-
HCO3-
Figura 6.17- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no
poço P08, na Formação Serrote do Limoeiro.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago /06 o ut/06 dez/06 fev/07
Data
Cl-
SO4-
Figura 6.18- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no
poço P09, na Formação Iborepi.
73
0
15
30
45
60
75
90
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago/06 out/06 dez/06 fev/07
Data
Ânions (mg/L)
Cl-
SO4-
HCO3-
Figura 6.19- Concentração dos cátions versus data para amostras d’água no
poço P10, na Formação Iborepi.
Observa-se nas Figuras 6.13 a 6.19 que o íon SO
4
=
apresentou os menores
valores de concentração dentre os ânions e as menores variações tanto no Serrote do
Limoeiro como no Iborepi. No poço P04 a concentração de sulfato atingiu valores
baixíssimos de até 0,3 mg/L.
O íon HCO
3
-
mostrou ser o mais abundante apresentando as concentrações mais
elevadas e as maiores variações na concentração em todos as águas de todos os poços,
indicando que as águas da região são recentes e portanto, ricas em bicarbonatos. Dentre
todos os poços estudados, os maiores valores de concentração para esse íon foram
encontrados nas amostras dos poços P02 e P03.
Observa-se na Figura 6.13 que no poço P01, a concentração de cloretos tem
valores elevados, um pouco acima da concentração de bicarbonato, na coleta de
dezembro de 2005, final do período seco. O íon cloreto apresentou variação na
concentração semelhante à do magnésio, nas águas dos poços P01 e P09: dimi nuindo
com a maior recarga no mês de abril de 2006 e aumentando com o final do período
chuvoso. Observa-se ainda que a partir do mês de dezembro de 2005, a concentração de
cloretos segue a mesma tendência que a concentração de magnésio para as amostras de
água do poço P08.
74
Como mostra a Figura 6.15, as concentrações dos cloretos praticamente não
sofreram variação no poço P03. No mês de abril de 2006, com a infiltração das chuvas,
ocorreu uma diminuição na água do poço P04 (Figura 6.16). O poço P02 apresentou
comportamento inverso, aumento na concentração de cloretos após o mês de abril de
2006 (Figura 6.14).
Com os dados de dureza, na Tabela 6.15, construiu-se a Figura 6.20. Tomando
como base os valores apresentados na Tabela 4.3, as águas dos poços P08 e P10 são
classificadas como moderadamente duras, as águas dos poços P02, P03, P04, e P09
classificadas como duras e a água do poço P01 como muito dura.
0
10 0
200
300
400
500
600
700
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago /06 out/06 dez/06 fev/07
Data
Dureza (mg/L)
P01
P02
P03
P04
P08
P09
P10
Figura 6.20- Variação da dureza no período de outubro de 2005 a fevereiro de 2007
em amostras de Lavras da Mangabeira.
Na Figura 6.21 está mostrada a variação na concentração do íon nitrato para as
amostras d´água dos poços da sub-bacia Riacho do Rosário, durante o período de
amostragem, e na Figura 6.22 está mostrada a variação desse íon para as amostras
d’água dos poços da sub-bacia Riacho do Meio.
75
0
50
100
150
200
250
300
350
400
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago/06 out/06 dez/06 fev/07
Data
NO
3
-
(mg/L)
P01
P08
P09
P10
Limite para água potável.
Figura 6.21- Variação dos nitratos com o tempo nas amostras da sub-bacia
Riacho do Rosário.
0
5
10
15
20
25
30
35
out/05 dez/05 fev/06 abr/06 jun/06 ago/06 out/06 dez/06 fev/07
Data
NO3- (mg/L)
P02
P03
P04
Figura 6.22- Variação dos nitratos com o tempo nas amostras da sub-bacia
Riacho do Meio.
76
Observa-se na Figura 6.21 com amostras do Riacho do Rosário que a
concentração do íon NO
3
-
no poço P01 atingiu valores altíssimos, sempre acima do
limite permitido pelo Ministério da Saúde que é de 45 mg/L, indicando contaminação e
conseqüentemente, uma água de má qualidade. Esse poço encontra-se desativado e não
está vedado, o que contribui para tornar sua água suja. Nas águas dos outros poços da
região, verifica-se que, em geral, os nitratos têm concentração baixa. Some nte na coleta
efetuada no mês de abril de 2006, a água do poço P08 tinha concentração de 45,9 mg/L,
um pouco acima do limite para água potável, mas cai para 16,8 mg/L na coleta
seguinte.
Observa-se na Figura 6.22 com amostras do Riacho do Meio que todos os
valores das concentrações de nitrato dessa sub-bacia estão abaixo do limite permitido. A
maior concentração do íon NO
3
-
foi 28,9 mg/L, encontrada no poço P04 nas duas
últimas coletas realizadas.
Nas águas das duas principais sub-bacias de Lavras da Mangabeira, a
concentração de cloretos variou com a concentração de sódio (Figura 6.23).
0123456789
1
2
3
4
5
6
7
8
9
rCl
-
rNa
+
P1
P2
P3
P4
P8
P9
P10
Figura 6.23- Concentração de cloretos versus concentração de sódio (Símbolos
Laranja: amostras da sub-bacia Riacho do Rosário e Símbolos Verdes: amostras da sub-
bacia Riacho do Meio).
77
A Figura 6.23 mostra dois grupos distintos de água, sugere que o cloro
encontrado pode ter origem em processos diferentes em cada sub-bacia e reforça a idéia
de que a qualidade da água armazenada depende dos sedime ntos de cada sub-água. O
gráfico indica também que diferentes processos, como a evaporação e/ou a dissolução
das rochas que dependem dos sedimentos, podem contribuir para tornar as águas das
sub-bacias diferentes sob o aspecto de salinidade.
A Figura 6.24 mostra que a condutividade elétrica das amostras é diretamente
proporcional à concentração de cloretos.
0 50 100 150 200 250 300 350
0
500
1000
1500
2000
P1
P10
P9
P8
P7
P6
P5
P4
P3
P2
CE (μS/cm)
Cl
-
(mg/L)
Figura 6.24- Condutividade elétrica versus concentração de cloretos. (Símbolos laranja
representam amostras da sub-bacia Riacho do Rosário e símbolos verdes
amostras da sub-bacia Riacho do Meio).
A existência de uma relação linear entre a condutividade elétrica e a
concentração de cloretos é um indício de que o processo de evaporação dá maior
contribuição para a salinidade das águas da região do que a dissolução das rochas no
aqüífero. Isso porque quando ocorre evaporação a concentração dos íons aumenta de
maneira proporcional, enquanto que a dissolução das rochas durante a permanência da
água no aqüífero favorece o aumento de um ou outro íon.
78
Vê-se também na Figura 6.24 que as amostras produzem retas com coeficientes
diferentes para cada sub-bacia indicando que a evaporação das águas na região depende
dos tipos de sedimentos que são encontrados em cada sub-bacia.
6.2- Caracterização Isotópica
6.2.1- Oxigênio-18 e Deutério
Na Tabela 6.16 estão os resultados das medidas isotópicas de δ
18
O e de δD em
relação ao SMOW em amostras da quarta coleta, efetuada no mês de junho de 2006,
com erro analítico de
± 1,0 ‰ para o δD e de ± 0,1 ‰ para o δ
18
O.
A análise foi realizada em amostras de um poço da sub-bacia Riacho do Meio,
P03, e cinco poços da sub-bacia Riacho do Rosário, P01, P06, P08, P09 e P10. Os
resultados apresentaram uma faixa de variação de –0,2‰ a –3,1‰ para o oxigênio-18 e
de -3,6‰ a –17,9‰ para o deutério.
Considerando que as precipitações atuais da região têm valores médios de
δ
18
O = –3,2 ‰, o valor de δ
18
O médio de –2,2‰ nas amostras de água subterrânea é
menos negativo, indicando águas levemente evaporadas, mostrando que a recarga
acontece através de riachos de cada sub-bacia nos poços próximos de aluvião ou que as
águas infiltram lentamente nos poços localizados na Formação Serrote do Limoeiro.
Tabela 6.16-
Valores de δD e δ
18
O de águas subterrâneas em Lavras da
Mangabeira
δ
18
O
Poço
Sub-bacia
δD
(‰) (‰)
P 01 - 3,1 - 17,9 Riacho de Rosário
P 03 - 0,2 - 3,6 Riacho do Meio
P 06 - 2,2 - 12,7 Riacho de Rosário
P 08 - 2,2 - 13,7 Riacho de Rosário
P 09 - 3,0 - 17,1 Riacho de Rosário
P 10 - 2,6 - 14,5 Riacho de Rosário
79
A Figura 6.25 relaciona
δ
18
O com δD e comprova que as águas da região
sofreram evaporação antes de infiltrarem. Vê-se nesta figura que a relação entre
δD e
δ
18
O para as amostras de água em estudo é uma reta com um coeficiente angular 4,8,
bem diferente da Reta Meteórica Mundial (GMWL). Para uma melhor comparação, está
representada no gráfico também a GMWL com coeficiente angular igual a 8 para águas
que não sofreram evaporação.
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
-30
-20
-10
0
10
δ D (
o
/
oo
)
δ
18
O (
o
/
oo
)
δD = 4,8 δ
18
O - 2,6
P03
P01
P09
P10
P08
P06
Figura 6.25- δD versus δ
18
O para as amostras de água subterrânea
em Lavras da Mangabeira.
O ponto mais afastado dos demais é a medida da amostra do poço P03 na sub-
bacia Riacho do Meio. Provavelmente a recarga desse poço é feita através de águas
superficiais que estão sujeitas à evaporação intensa; ele está localizado próximo de área
aluvionar (Figura 2.2).
Quando se relaciona a condutividade elétrica medida na quarta coleta com as
medidas de
δD e δ
18
O, Figura 6.26 e Figura 6.27, o poço P3 também se separa dos
demais poços da região.
80
0 200 400 600 800 1000 1200
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
δD (
o
/
oo
)
CE (μS/cm)
P03
Figura 6.26-
δD versus condutividade elétrica em amostras de águas subterrâneas em
Lavras da Mangabeira
0 200 400 600 800 1000 1200
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
δ
18
O
o
/
oo
CE (μS/cm)
P03
Figura 6.27-
δ
18
O versus condutividade elétrica em amostras de águas subterrâneas
em Lavras da Mangabeira
81
6.2.2- Carbono-14
A Tabela 6.17 fornece o pH, a condutividade elétrica e os resultados das análises
de carbono-14 expressos em percentual do carbono moderno e em idade convencional
nas águas coletadas em julho de 2006, nos poços P04 e P07, localizados na sub-bacia
Riacho do Meio. Estes foram os únicos poços com condições de amostragem para estas
medidas.
Os resultados de carbono-14 juntamente com os dados de pH e condutividade
elétrica mostram que as águas da sub-bacia Riacho do Meio recebem localmente
diferentes contribuições de recarga, produzindo águas resultantes de diferentes razões
de misturas, caracterizadas por tempos de permanência pouco diferentes.
Tabela 6.17- pH, Condutividade elétrica (CE) e porcentagem de carbono moderno
(pMC) e idade convencional em amostras d´água subterrânea em Lavras da Mangabeira
Poço pH CE
(µS/cm)
pMC Idade convencional
(anos)
P04 7,3 743
64,3
± 0,5 3543 ± 59
P07 7,2 412
61,9
± 0,5 3849 ± 59
6.3- Análise Bacteriológica
A presença de nitratos nas amostras estudadas é um indício de contaminação por
microorganismos. Por isso, foi feita uma análise bacteriológica para verificar a
potabilidade das águas da região. A Tabela 6.18 fornece o resultado dessas análises para
quatro amostras de água de poços da sub-bacia Riacho do Rosário e de um poço da sub-
bacia Riacho do Meio, nos meses julho de 2006 e fevereiro de 2007.
A primeira coleta foi feita no final do período chuvoso de 2006 e a segunda no
início do período chuvoso de 2007. Os resultados mostram que todas estas águas não
são potáveis, pois apresentam coliformes totais e
Escherichia Coli nas duas coletas.
Observa-se na Tabela 6.18 que com a chegada das chuvas (segunda coleta) a quantidade
82
de
Escherichia Coli diminuiu e que os coliformes totais somente não dimi nuíram nas
águas do poço P01.
Tabela 6.18- Resultados das análises bacteriológicas de águas subterrâneas da Bacia
Sedimentar de Lavras da Mangabeira. C.T: coliformes totais,
E. Coli: Escherichia Coli; MPN: número mais provável em 100 mL.
Poço
C.T. (MPN) E. Coli (MPN)
N
o
07/2006 02/2007 07/2006 02/2007
P01
> 2419,6
> 2419,6
> 2419,6
365,4
P04
2419,6
80,9
240,0
6,3
P08
> 2419,6
2,0
1,0
< 1,0
P09
2,0
81,3
< 1,0
25,6
P10
228,2
8,5
1,0
< 1,0
A quantidade de bactérias em uma amostra não é diretamente proporcional à
concentração de nitrato que depende principalmente da transformação de amônia em
nitrito e do nitrito em nitrato através de processos envolvendo bactérias.
Pode haver também redução no número de bactérias e aumento na concentração
de nitrato. Esse comportamento foi observado nas águas da sub-bacia de Lavras da
Mangabeira. Em dois poços, P01 e P04, embora a concentração de nitrato aumentou de
uma coleta para outra e a quantidade de bactérias diminuiu, enquanto que no poço P09
observa-se comportamento inverso, a concentração de NO
3
-
diminuiu e a quantidade de
bactérias aumentou.
A Figura 6.28 com a distribuição espacial das concentrações de coliformes totais
e de Escherichia Coli, mostra que há contaminação em todas as áreas das duas sub-
bacias.
83
LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
Barro Branco Logradouro
Log. Associ.
Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
Angico
QUITAIÚS
IBOREPI
LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
Barro Branco Logradouro
Log. Associ.
Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
Angico
QUITAIÚS
IBOREPI
Coletas:
Outubro 2006
Fevereiro 2007
LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
Barro Branco Logradouro
Log. Associ.
Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
Angico
QUITAIÚS
IBOREPI
LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
Barro Branco Logradouro
Log. Associ.
Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
Angico
QUITAIÚS
IBOREPI
Coletas:
Outubro 2006
Fevereiro 2007
LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
Barro Branco Logradouro
Log. Associ.
Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
Angico
QUITAIÚS
IBOREPI
LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
Barro Branco Logradouro
Log. Associ.
Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
Angico
QUITAIÚS
IBOREPI
LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
Barro Branco Logradouro
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Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
Angico
QUITAIÚS
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LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
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Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
Angico
QUITAIÚS
IBOREPI
LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
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Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
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LAVRAS DA MANGABEIRA
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Calabaço 2
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Varas 1
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LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
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Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
Angico
QUITAIÚS
IBOREPI
LAVRAS DA MANGABEIRA
Limoeiro
Barro Branco Logradouro
Log. Associ.
Calabaço 2
Tb. Alegre
Varas 1
Varas 2
Areias
Angico
QUITAIÚS
IBOREPI
Coletas:
Outubro 2006
Fevereiro 2007
Figura 6.28- Distribuição espacial das concentrações de coliformes totais e de
Escherichia Coli.
84
7. CONCLUSÕES
Com os resultados das análises, hidroquímicas, isotópicas e bacteriológicas,
feitas nas amostras d´água subterrânea, coletadas em dez poços tubulares em seis etapas
de campo na Bacia Sedimentar de Lavras da Mangabeira, no período de outubro de
2005 a fevereiro de 2007, pôde-se concluir que:
- Sob o aspecto temporal, todos os parâmetros analisados variaram durante o
período de amostragem. A variabilidade espacial da salinidade das águas da região foi
constatada nas duas sub-bacias. A condutividade elétrica variou em uma larga faixa; nas
águas da sub-bacia Riacho do Rosário de 133
μS/cm a 1917 μS/cm, e nas do Riacho do
Meio de 346
μS/cm a 1114 μS/cm. Embora a condutividade elétrica tenha apresentado
uma variação maior nas águas da mi crobacia Riacho do Rosário, as águas da sub-bacia
Riacho do Meio são as mais salinas.
- A água do poço P01 é a mais salina das águas de todos os poços estudados na
região, enquanto que as águas do poço P09, localizado na mesma sub-bacia, tinham
condutividade elétrica baixa. Estes dois poços estão situados respectivamente nas
Formações Geológicas, Serrote do Limoeiro e Iborepi, separadas por basalto. A
Formação Serrote do Limoeiro é constituída por arenitos muito finos, siltitos e argilitos,
com águas arejadas, em ambientes subaéreos de bordas de lagos e planícies fluviais, o
que faz com que a água tenha um fluxo lento, facilitando a dissolução das rochas e
contribuindo para aumentar a sua salinidade, enquanto que a Formação Iborepi é
formada por bancos de arenitos fluviais, com correntes de água de forte competência de
transporte, que faz com que a água tenha um fluxo maior, e em conseqüência disso, uma
salinidade menor.
- Com relação ao pH, as amostras da sub-bacia Riacho do Rosário apresentaram
caráter ácido nos poços P08, P09 e P10 e caráter básico, no poço P01. O poço P09 teve
a água mais ácida das amostras estudadas. Na sub-bacia Riacho do Meio todas as
amostras d´água analisadas apresentaram caráter básico; o poço P02 teve a água mais
básica nessa sub-bacia.
85
- Na Formação Serrote do Limoeiro, as concentrações iônicas determinaram,
quanto aos cátions, águas do tipo sódicas e magnesianas e em uma amostra de um poço
não instalado, do tipo água mista, e quanto aos ânions foram bicarbonatadas e, cloretada
neste poço.
- Na Formação Iborepi as águas eram dos tipos sódica e mista, em relação aos
cátions, e quanto aos ânions são bicarbonatadas.
- Considerando os valores limites das concentrações iônicas indicadas pelo
Ministério da Saúde para a potabilidade das águas, pelos parâmetros hidroquímicos, as
águas analisadas são consideradas potáveis. A única exceção é o poço P01, pois em
todas as coletas realizadas a concentração de nitrato esteve acima do limite permitido,
indicando água de má qualidade, e as concentrações de cloretos na segunda e terceira
coletas também estavam acima do recomendado
.
- A relação linear entre a condutividade elétrica e a concentração de cloretos das
amostras, mostrou que a salinidade das águas é decorrente principalmente da
evaporação que predomina sobre os processos geoquímicos ocorridos durante a
permanência da água no aqüífero.
- As águas da região mostraram efeito da evaporação. Isso significa que a
recarga da Bacia Sedimentar de Lavras da Mangabeira ocorre através de águas que
evaporam antes da infiltração no aqüífero, com contribuição moderada de processos
geoquímicos para a salinização das águas durante sua permanência no aqüífero.
- As análises de
δD e δ
18
O mostraram também que a água do poço P03 na sub-
bacia Riacho do Meio apresentou características diferentes das águas dos poços da sub-
bacia Riacho do Rosário.
- Embora as variações com o tempo das concentrações iônicas mostrem o efeito
da recarga no período chuvoso, isto é, recargas recentes, as suas salinidades não são
baixas (como acontece na maioria dos poços na vizinha Bacia Sedimentar do Cariri) por
causa da evaporação. Portanto, a evaporação se mostra um processo importante pa ra a
salinidade das águas armazenadas na Bacia Sedimentar de Lavras da Mangabeira.
- As duas medidas de carbono-14 juntamente com os dados de condutividade
elétrica mostraram que as águas da sub-bacia Riacho do Meio não são recentes (como se
86
poderia esperar em aqüíferos livres), elas são misturas de água com diferentes tempos
de residência, com média de 3900 anos.
- As análises bacteriológicas feitas nas águas de cinco poços da região, em julho
de 2006 e em fevereiro de 2007, mostraram que, sob este aspecto, elas não eram
potáveis, por apresentarem presença de coliformes totais e de
E. Coli.
- As águas de recarga interferem rapidamente nas concentrações iônicas durante
o período chuvoso e se constata a ação antrópica tornando algumas águas não
apropriadas para o consumo humano. Para que a população possa receber água
apropriada para o consumo é preciso antes de qualquer ação, o monitoramento
hidroquímico e bacteriológico para detectar a influência de fontes poluidoras e propor
ações corretivas.
7.1 - Perspectivas Futuras
Aumentar o número de locais de coleta de amostras de água subterrânea e incluir
também amostras de águas superficiais, para análises isotópica e químicas, para ampliar
o conhecimento sobre a recarga em toda extensão das sub-bacias.
Identificar as reações geoquímicas que contribuem para a mudança na
composição química da água através da Modelagem Geoquímica Inversa. Por isso, é
importante fazer um estudo geoquímico utilizando o programa PHREEQC, para tentar
entender as reações químicas bem como os processos de transporte de sais nas águas
para avaliar as mudanças químicas que podem ocorrer com uma água ao longo do seu
caminho de fluxo.
87
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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