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PALOMA KACHEL GUSSO
CARACTERIZAÇÃO FLUORIMÉTRICA DA MATÉRIA ORGÂNICA DISSOLVIDA E
SUA RELAÇÃO AUTÓCTONE/ALÓCTONE NA BAÍA DE PARANAGUÁ.
CURITIBA
2008
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i
PALOMA KACHEL GUSSO
CARACTERIZAÇÃO FLUORIMÉTRICA DA MATÉRIA ORGÂNICA DISSOLVIDA E
SUA RELAÇÃO AUTÓCTONE/ALÓCTONE NA BAÍA DE PARANAGUÁ.
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Ecologia e Conservação
da Universidade Federal do Paraná como
requisito à obtenção do título de Mestre em
Ecologia e Conservação.
Orientadora: Profa. Dra. Ana Teresa
Lombardi
CURITIBA
2008
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ii
Y sólo quiero cinco cosas,
cinco raices preferidas.
Una es el amor sin fin...
Lo segundo es ver el otoño...
Lo tercero es el grave invierno...
En cuarto lugar el verano...
La quinta cosa son tus ojos...
No quiero dormir sin tus ojos,
no quiero ser sin que me mires:
yo cambio la primavera
para que tú me sigas mirando.”
(Pablo Neruda)
iii
AGRADECIMENTOS
À minha orientadora Prof. Dr. Ana Teresa Lombardi, por toda confiança depositada
em mim, e por fazer possível mesmo à distância que esta pesquisa fosse concluída.
Agradeço também por tantos anos de amizade e conselhos (que por sinal não foram
poucos).
Ao CNPq pelo financiamento do projeto.
Á Prof. Dr. Eunice Machado por ceder tão gentilmente seu laboratório para as
análises de nutrientes.
Ao pessoal do Seu laboratório (Biogeoquímica Marinha- CEM), especialmente a
Liciane pela imensa ajuda e claro por escutar todos os meus lamentos.
À minha colega de projeto e de análises no laboratório Carla, nossa foram vários e
vários finais de semana de parceria, brigas com a coluna de cádmio... Nem acredito
que conseguimos terminar.
Ao Prof. Dr. Armando Vieira do laboratório de ficologia da UFSCar por também
emprestar seu laboratório para minhas análises de fluorescência.
As meninas de seu laboratório que me acolheram com carinho e bom humor neste
período.
Aos professores da Pré-Banca e Banca Ciro Ribeiro e Eunice Machado pelas
correções e comentários extremamente importantes para o fechamento deste
estudo.
Ao Prof. Maurício Camargo pelas correções e pela paciência até que pudéssemos
entender como fazer as análises estatísticas corretas deste trabalho.
À todos os professores da Pós Graduação em Ecologia e Conservação.
iv
À nossa secretária Marli por sempre me ajudar diante das minhas dúvidas e
problemas.
Aos meus amados colegas da turma de 2006 (Cris (colega Jurete), Rafael, Kelly,
Ana, Denílson, André, Michel, Marcão, Cibele, Adriana, Manu, Renata) por tudo que
passamos juntos inclusive nos dias de confinamento na reserva do Salto Morato
(BBB PPJeca), essa é uma experiência que eu nunca vou esquecer.
À Alessandra uma pessoa que eu conheci por acidente (ela teve que me hospedar
em sua casa) e que hoje considero uma grande amiga. Obrigada pelas risadas,
caminhadas, conselhos e conversas no frigorífico.
À Silviane pela nossa irmandade e a todos meus amigos de Pontal do Sul, Curitiba e
Paris (minhas portuguesas!! Não sei o que eu teria feito sem vocês o pá!).
À nova velha família que agora faço parte os Brasil Choueri (Sol, Carol, Vó, Tia
Soninha, Tia Sandra, Tia Magda…), tenho muita sorte por ter vocês em minha vida.
À minha irmã Fer e meu cunhado Marcelo que estão sempre presentes em minha
vida, amo muito vocês dois.
Aos meus pais, os melhores que alguém pode ter, Dona Sandra e Seu Olivir não sei
o que faria sem vocês, sempre me apoiando em tudo, mas tudo mesmo.
Ao Rodrigo, meu marido, amigo, professor. Foram tantas aventuras nestes anos de
convivência. Poder estar com você é sempre maravilhoso mesmo quando temos que
passar longos finais de semana em casa discutindo estatísticas. Te admiro tanto e
sei que sem sua ajuda não conseguiria ter terminado esta tese.
v
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS........................................... ..................................................viii
LISTA DE TABELAS........................................... ...................................................x
LISTA DE ABREVIAÇÕES........................................... ..........................................xi
RESUMO.................................................................. ............................................xii
ABSTRACT............................................................... ...........................................xiii
1. Introdução........................................................................................................1
2. Considerações teóricas.................................................................................8
2.1 Teoria simples da absorção da luz por moléculas............................................8
2.2 O fenômeno da fluorescência molecular.........................................................10
2.3 Instrumentação para medição da fluorescência.............................................12
2.4 Medidas de Fluorescência molecular nas substâncias húmicas....................13
3. Objetivos........................................................................................................15
4. Material e Métodos........................................................................................17
4.1 Área de estudo ...............................................................................................18
4.1.1 Caracterização geral....................................................................................18
4.1.2 Clima............................................................................................................19
4.1.3 Características hidrológicas.........................................................................19
4.1.4 Bacia Hidrográfica do Rio Nhundiaquara.....................................................20
4.1.5 Zona de Máxima Turbidez...........................................................................20
4.2 Amostragem....................................................................................................21
4.3 Análise das amostras......................................................................................22
4.3.1 Parâmetros físico-químicos..........................................................................22
4.3.2 Espectroscopia de fluorescência.................................................................23
4.4 Análises estatísticas........................................................................................25
5. Resultados e Discussão.................................................................................27
5.1 Abordagem geral.............................................................................................28
5.2 Emissão..........................................................................................................28
5.2.1 Assinaturas da MOD do Estuário de Paranaguá.........................................29
5.2.1.1 Primeira classe de fluoróforos ( B
ex
B=350nm).............................................29
5.2.1.2 Segunda classe de fluoróforos ( B
ex
B=450nm)............................................30
5.2.2 Alterações na MOD do Estuário de Paranaguá...........................................31
5.2.3 Análise de componente principais (PCA).....................................................34
5.2.3.1 Primeira classe de fluoróforos ( B
ex
B 350nm)..............................................34
vi
5.2.3.1.1 Fator 1 (F1)............................................................................................36
5.2.3.1.1.1 Correlação negativa entre comprimento de onda e salinidade...........37
5.2.3.1.1.1 Correlação negativa entre comprimento de onda e clorofila com os
nutrientes..............................................................................................................40
5.2.3.1.2 Fator 2 (F2)............................................................................................41
5.2.3.2 Segunda classe de fluoróforos ( B
ex
B 450nm)............................................42
5.2.3.2.1 Fator 1 (F1)............................................................................................44
5.2.3.2.2 Fator 2 (F2)............................................................................................46
5.2.3.3 Análise de similaridade (Cluster) e MDS para os comprimentos de onda
de emissão............................................................................................................46
5.2.3.3.1 Primeira classe de fluoróforos ( B
em
B 350nm)...........................................46
5.2.3.3.2 Segunda classe de fluoróforos (450 nm)...............................................49
5.3 Excitação convencional...................................................................................51
5.4 Excitação Sincronizada...................................................................................51
5.4.1 Materiais proteicos recém formados ( B
em
B= 307±3nm).................................53
5.4.2 Material recém formado de origem biológica ( B
em
B= 500 ±3nm)......................55
5.4.3 Proteínas: ( B
em
B= 310 a 350 nm)...................................................................56
5.4.4 Compostos de 3 ou 4 anéis aromáticos ( B
em
B=329 ±3 nm e 373 ±3nm).......58
5.4.5 Naftaleno e seus conjugados ( B
em
B=348 ±3nm)............................................58
5.4.6 Ácido fúlvico terrestre ( B
em
B =360 ±3nm).......................................................60
5.4.7 Compostos de 5 anéis aromáticos ( B
em
B = 381 ±3 nm e 418 ±3nm).............61
5.4.8 Material associado à produção fitoplanctônica ( B
em
B = 380 a 420 nm).........61
5.4.9 Ácidos húmicos e similares ( B
em
B = 420 a 480 nm).......................................63
5.4.10 Compostos com 7 anéis aromáticos ( B
em
B = 440 ±3nm e 478 nm±3nm)....64
5.4.11 Ácido fúlvico (solo) ( B
em
B = 509 ± 3nm).......................................................64
5.4.12 Efluente doméstico ( B
em
B = 512 a 531 nm)..................................................65
5.4.13 Ficoeritrina ( B
em
B = 584 ±3nm).....................................................................66
5.4.14 Fluoróforos não classificados.....................................................................66
6.Conclusões........................................................................................................68
7.Considerações Finais......................................................................................71
8. Referências Bibliográficas.............................................................................74
9. Anexos.............................................................................................................87
vii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Parte do espectro magnético com destaque para os comprimentos de
onda da luz visível…….................………………..………………………………………10
FIGURA 2 - Representação do estado fundamental e dos estados excitados singleto
e tripleto…..........................……………….…………………………………..…………..11
FIGURA 3 - Esquema de um sistema de fluorescência semelhante ao utilizado neste
estudo……......................………………………………………………………..…………12
FIGURA 4 - Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP)……..........………...………..18
FIGURA 5 - Mapa do eixo L do complexo estuarino da Baía de Paranaguá com
destaque para os pontos de amostragem……............…………………………………21
FIGURA 6 - Assinatura da MOD característica da primeira classe de fluoróforos
(espectros de emissão fixados em λB
ex
B 350 nm). MOD autóctone refere-se à amostra
de água do estuário, enquanto MOD alóctone à amostra de água do Rio
Nhundiaquara…...................………………………………………………………..……..29
FIGURA 7 - Assinatura da MOD característica da segunda classe de fluoróforos
(espectros de emissão fixados em λB
ex
B 450 nm). MOD autóctone refere-se à amostra
de água do estuário, enquanto MOD alóctone à amostra de água do Rio
Nhundiaquara …....................………………………………..………..………………….31
FIGURA 8 - Variação do comprimento de onda médio obtidos a partir dos espectros
de emissão em relação às amostras. a) Representa primeira classe de fluoróforos
(350nm) e b) representa segunda classe de fluoróforos (450nm). As barras
delimitam o 90º (acima) e 10º percentil (abaixo); as caixas delimitam o 75º (acima) e
25º percentil (abaixo). Os pontos negros representam dados outliers…..………......32
FIGURA 9 - Autovetores e Factor Scores estimados através do rearranjo de 12
variáveis da matriz original dos dados representados em um sistema gráfico
bidimensional. A variável comprimento de onda corresponde aos valores de emissão
da primeira classe de fluoróforos (350nm). Escala do Fator: 1,68. QV = Quadratura
Verão; QI = Quadratura Inverno; SV = Sizígia Verão; SI = Sizígia
Inverno……..............……………………………………………………………...………..36
FIGURA 10 - Autovetores e Factor Scores estimados através do rearranjo de 12
variáveis da matriz original dos dados representados em um sistema gráfico
bidimensional. A variável comprimento de onda corresponde aos valores de emissão
viii
da primeira classe de fluoróforos (450nm). Escala do Fator: 1,80. QV = Quadratura
Verão; QI = Quadratura Inverno; SV = Sizígia Verão; SI = Sizígia
Inverno………...........……………………………………………………..………………..44
FIGURA 11 - Escalonamento multidimensional de dados de comprimento de onda
de emissão de 350nm………......................………………………………..……………47
FIGURA 12 - Análise hierárquica de agrupamento dos valores de emissão da
primeira classe de fluoróforos (350nm) de todas as amostras. A letra „s‟ corresponde
às amostras de superfície e „f‟ corresponde às amostras de fundo. SV= sizígia verão,
QV= quadratura verão, SI= sizígia inverno, QI= quadratura
inverno………............………………………………………………………………..…….48
FIGURA 13 - Escalonamento multidimensional de dados de comprimento de onda
de emissão de 450nm………….....................……..……………………………...……..49
FIGURA 14 - Análise hierárquica de agrupamento dos valores de emissão da
primeira classe de fluoróforos (450nm) de todas as amostras. A letra „s‟ corresponde
às amostras de superfície e „f‟ corresponde às amostras de fundo. SV= sizígia verão,
QV= quadratura verão, SI= sizígia inverno, QI= quadratura
inverno………............………………………………………………………………………50
FIGURA 15 - Exemplo de um espectro de excitação sincronizada obtido a partir da
excitação da MOD dulcícola ( = 18 nm)................. …………………………………..51
FIGURA 16 - Exemplo de um espectro de excitação sincronizada obtido a partir da
excitação da MOD estuarina ( = 18 nm)…………............... ……………..…………..52
ix
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Factor loadings estimados através do rearranjo de 12 variáveis da
matriz original dos dados. Os valores relacionados ao comprimento de onda se
referem à emissão da primeira classe de fluoróforos (350nm). Apenas valores
maiores ou iguais a 0,40 são apresentados. Os fatores estão numerados
consecutivamente em ordem decrescente de explicação da variância……..........…35
TABELA 2 - Factor scores extraídos para cada amostra em relação ao total de
amostras sobre as 12 variáveis da matriz original dos dados. A variável λ (nm)
corresponde aos valores de emissão da 1P
a
P
classe de fluoróforos (λB
Ex
B= 350 nm).
Valores positivos apresentados em negrito...............................................................88
TABELA 3 - Factor loadings estimados através do rearranjo de 12 variáveis da
matriz original dos dados. Os valores de comprimento de onda correspondem à
emissão da segunda classe de fluoróforos (450nm). Apenas valores maiores ou
iguais a 0,40 são apresentados. Os fatores estão numerados consecutivamente em
ordem decrescente de explicação da variância..……………………………………….43
TABELA 4 - Factor scores extraídos para cada amostra em relação ao total de
amostras sobre as 12 variáveis da matriz original dos dados. A variável λ (nm)
corresponde aos valores de emissão da 2P
a
P
classe de fluoróforos (λB
Ex
B450nm).
Valores positivos apresentados em negrito............…………………………….…..…..89
TABELA 5 - Principais componentes fluorescentes encontrados em águas
naturais…...................................................................................................................53
TABELA 6 - Composição da FMOD em cada amostra (a marca X indica a presença
do fluoróforo específico)………………………............…………………………….…….90
TABELA 7 - Origem e ocorrência dos fluoróforos na Baía de Paranaguá .......…….92
x
LISTA DE ABREVIAÇÕES
CEP – Complexo Estuarino de Paranaguá
ZMT – Zona de Máxima Turbidez
SH – Substância Húmica
MO – Matéria Orgânica
MOP – Matéria Orgânica Particulada
MOD – Matéria Orgânica Dissolvida
COD – Carbono Orgânico Dissolvido
COP – Carbono Orgânico Dissolvido
FMOD – Matéria Orgânica Dissolvida Fluorescente
EFS - Espectrocopia de Fluorescência Sincronizada
B
ex
B – Comprimento de Onda de Excitação
B
em
B- Comprimento de Onda de Emissão
MS – Maré de Sizígia
MQ – Maré de Quadratura
xi
Resumo
Os estuários localizam-se na interface continente-oceano e por isso apresentam características de
ambos os ambientes. O conhecimento da origem da matéria orgânica encontrada nos estuários, bem
como a quantificação da contribuição das fontes marinha e/ou continental são essenciais para o
entendimento do papel da circulação estuarina como elemento de transferência de material na zona
costeira. O objetivo deste estudo foi investigar a composição e o comportamento da Matéria Orgânica
Dissolvida (MOD) no Sistema Estuarino de Paranaguá e apontar a contribuição da MOD alóctone
(Rio Nhundiaquara) nas águas estuarinas. Para tanto foi usada a técnica de espectroscopia de
fluorescência empregando-se os espectros de emissão, excitação simples e excitação sincronizada.
Para a emissão de fluorescência foram avaliadas duas classes de fluoróforos, uma excitável entre
310 - 390 nm e outra entre 410 - 470 nm. Inicialmente, com os comprimentos de onda de emissão,
foram determinadas as assinaturas características de cada ambiente (estuarino e dulcícola), e
constatou-se que apenas a primeira classe de fluoróforos possui uma assinatura característica para
cada ambiente. Observou-se emissão em comprimentos de onda mais curtos para as amostras de
água salgada em relação às do rio Nhundiaquara. Com estas assinaturas foi possível traçar o
comportamento da MOD no estuário bem como as alterações sofridas pela MOD alóctone quando
esta atinge a zona de mistura e, assim, inferir que a MOD alóctone que entra no estuário não está
somente sujeita as alterações físico-químicas impostas pelo novo meio (água salgada), mas também
o fotobranqueamento e a degradação bacteriana são determinantes na transformação destes
materiais. Isto tem por conseqüência a redução no comprimento de onda de emissão. Dados físico-
químicos da água do estuário também foram coletados e com o auxílio de uma análise de
componentes principais (PCA) foi possível estabelecer quais forçantes estariam correlacionadas às
alterações de comprimento de onda de emissão. Para a primeira classe de fluoróforos as análises
apontaram uma relação positiva entre os comprimentos de onda emitidos e as concentrações de
clorofila a. Também foi observada uma correlação negativa entre estas variáveis, a salinidade e as
concentrações de POT, NOT, NOB
2
B, NOB
3
B e NHB
4
B. Para a segunda classe observou-se uma correlação
positiva entre os valores de comprimentos de onda de emissão, salinidade, POT, NOT, NOB
2
B, NOB
3
B e
NHB
4
B. A análise também aponta uma correlação negativa entre estas variáveis e os resultados de
clorofila a. Para as duas classes foi possível determinar que as correlações são mais pronunciadas
durante a estação seca, provavelmente porque durante a estação chuvosa existe um aumento nas
fontes contribuidoras de MOD, o que dificultaria a verificação destas correlações. A metodologia de
excitação simples foi ineficaz para o rastreamento da MOD, o que nos leva a sugerir que não seja
aplicada com este objetivo. Já os espectros obtidos com a técnica de excitação sincronizada
possibilitaram a determinação das fontes, sumidouros e do comportamento da matéria orgânica
dissolvida fluorescente (FMOD). A partir destas determinações foi possível afirmar que o aporte de
materiais alóctones é determinante na composição da MOD do Complexo Estuarino de Paranaguá.
Foi verificada também uma alta produtividade de compostos autóctones recentes, o que pode dar-se
tanto via bactérias como via fitoplâncton. No entanto foi apontado também que a MOD tanto alóctone
quanto autóctone sofrem impacto antrópico, uma vez que foi detectada a presença de naftaleno,
grande concentração de compostos proteicos, além da contaminação por efluentes domésticos no
estuário.
Palavras-chave: Fluorescência; Substâncias húmicas; MOD marinha; Ácido fúlvico; Espectroscopia
de fluorescência sincronizada
xii
Abstract
Estuaries are located at the ocean-continent interface and consequently they present characteristics
of both environments. Knowing the source of the estuarine organic matter, as well as quantifying the
contribution of each (marine and/or continental) is essential to understand the role of estuarine
circulation as a transference element of coastal zone material. The aim of this study was to investigate
the Dissolved Organic Matter‟s (DOM) composition and behaviour in the Paranaguá Estuarine System
and demonstrate the contribution of allochthonous (Nhundiaquara river) DOM to the estuarine waters.
To do so, fluorescence spectroscopy technique with emission spectrum, simple and synchronised
excitation was employed. Two classes of fluorophores were assessed with the fluorescence emission:
one was excitable within the range of 310 – 390nm and the other 410 – 470nm. Initially, the
characteristic signature of each environment (fresh and estuarine waters) was determined by
measuring their emission wave-length; it was observed that only the first class of fluorophores has a
typical signature of each environment. Shorter wave-lengths were detected in salt-water samples in
relation to Nhundiaquara river samples. These signatures made it possible to trace DOM‟s behaviour
in the estuary as well as the alterations of the allochthonous DOM‟s when it reaches the mixture zone.
Based on that, it was suggested that allochthonous DOM which reaches the estuary is not only
subjected to physical-chemical changes between continental and marine environments, but the
photobleaching process and bacterial degradation are also determinant in the transformation of these
material. The consequence of such processes is the reduction on the emission wave-length.
Additionally, by means of a Principal Component Analysis (PCA), physical-chemical data of estuarine
water were used to verify which environmental variables were correlated to alterations on emission
wave-length. The results showed, for the first class of fluorophores, a positive correlation between the
wave-lengths emissions and the concentrations of a-chlorophyll. Still in this group of fluorophores, a
negative correlation between this group of variables (wave-lengths emissions and a-chlorophyll) and
salinity, concentrations of TOP, organic-N, NOB
2
B, NOB
3
B, and NHB
4
B. The PCA results for the second class
of fluorophores showed a positive correlation between wave length emissions, salinity, TOP, organic-
N, NOB
2
B, NOB
3
B, and NHB
4
B. Negative correlations were found between this group of variables and
concentrations of a-chlorophyll. For the two classes of fluorophores, the correlations have more weight
during dry season, probably because during the rainy season occurs an increasing on the DOM‟s
sources, which would make it difficult to verify such correlations. In this study, it was also verified that
the methodology of simple excitation was unable to track the DOM in the estuary. In the other hand,
the spectra obtained with the synchronised excitation technique made possible the determination of
the sources, sinks, and the behaviour of fluorescent dissolved organic matter (FDOM). From these
determinations, it was possible to affirm that the input of allochthonous materials is determinant in the
composition of the DOM in the Paranaguá Estuarine System. In addition, a high productivity of fresh
autochthonous material was observed, which it may be a result of bacterial of phytoplankton
production. It was also suggested that both allochthonous and autochthonous DOM are influenced by
anthropogenic impacts, since the presence of naphthalene, high concentration of protein-based
substances, as well as domestic effluents contamination was detected in the estuarine waters.
Key words: Fluorescence; Humic substances; Marine DOM; Fulvic acid; Synchronous fluorescence
spectroscopy
1
1. Introdução
2
Embora os rios sejam comumente considerados como as “artérias do
continente” (Degens et al., 1991), ou seja, transportadores passivos de materiais
orgânicos e minerais provenientes do continente em direção aos oceanos, eles são
também, ao lado dos estuários associados, os elos que unem sistemas hidrológicos
e biogeoquímicos oceânicos e continentais (Mc Callister et al, 2006).
A matéria orgânica natural encontrada em sistemas aquáticos é tipicamente
composta por organismos vivos, seus produtos de excreção e restos após a morte,
podendo-se caracterizá-la como particulada (MOP) ou dissolvida (MOD). Esta
diferenciação é arbitrária e baseada no diâmetro do poro do filtro utilizado no
processo de amostragem e/ou filtração. Utilizando-se filtros de 0.2 ou de 0.5 μm de
diâmetro de poro, o material retido no filtro é considerado como matéria orgânica
particulada (MOP) ou carbono orgânico particulado (COP), e o restante, aquilo que
passou através dele, é considerado como matéria orgânica dissolvida (MOD) ou
carbono orgânico dissolvido (COD) (Lombardi, 1995).
A matéria orgânica dissolvida (MOD) é onipresente nos sistemas aquáticos e
possui uma vasta variedade de massas moleculares e estruturas químicas, o que
lhes proporcionam um papel multifuncional nos ambientes. As alterações em sua
composição podem afetar os processos químicos, físicos e biológicos dos
ecossistemas, bem como mudanças no ciclo do carbono orgânico (Zepp, 1997).
As substâncias húmicas (SH) constituem uma fração significativa da MOD.
Esta denominação é aplicada a uma mistura heterogênea de uma variedade de
compostos orgânicos, consistindo em grupos funcionais aromáticos, alifáticos,
fenólicos e quinólicos, que possuem diferentes tamanhos e massas moleculares, e
consequentemente, distintas propriedades. O tamanho, composição química,
estrutura e grupos funcionais podem variar grandemente dependendo da origem e
idade do material Chin et al., 1998). No entanto, pouco é entendido sobre os
processos que de fato controlam sua distribuição.
Estima-se que anualmente cerca de 10P
14
P
g de MOD terrestre sejam carreadas
em direção aos oceanos (Raymond & Bauer, 2001). Segundo Williams & Druffel
(1987), os rios carregam MOD suficiente para suportar a ciclagem de COD nos
oceanos. A MOD alóctone geralmente possui uma composição química que indica
que sua principal origem é material derivado de solos (Hedges et al., 1994). Ainda,
de acordo com Coble et al. (1998), as substâncias húmicas terrestres constituem
3
uma das maiores fontes de matéria orgânica dissolvida fluorescente (FMOD) – um
dos principais componentes da MOD – para águas estuarinas. Este aporte,
associado às fontes de MOD autóctones, i.e o fitoplâncton, a MOD derivada de
manguezais e regiões pantanosas, são responsáveis pela formação da FMOD
estuarina e costeira (Moran et al., 1991; Mueller & Ayukai, 1998; Del Castillo et al.,
2000; Dittmar et al., 2001; Hernes et al., 2001).
Uma vez que os mecanismos de formação da MOD afetam sua composição
química e reatividade, é esperado que a MOD alóctone possua características
distintas da autóctone. Assim sendo, a MOD fluvial (alóctone), quando alcança
águas estuarinas, está sujeita a uma série de alterações em sua composição, as
quais oferecem ao sistema estuarino múltiplas formas potenciais de FMOD. A
variedade de FMOD em sistemas estuarinos é ainda complementada pela produção
autóctone destes compostos.
A matéria orgânica terrestre que entra no estuário pode ser modificada de
diversas formas: (1) quimicamente a partir da fotodegradação (Mopper et al., 1991;
Vodacek et al.,1997; Moran et al.,1999; Ziegler & Benner, 2000), (2) biologicamente
através da produção autóctone (Raymond & Bauer, 2001), degradação heterotrófica
(Amon & Benner, 1996a, 1996b; Moran et al., 1999; Tranvik, 1993, Mc Callister et al.,
2004), e respiração (Moran et al., 1999) e, (3) fisicamente através da
homogeneização de fontes espacialmente distintas (Cloern et al., 2002), floculação,
processos de troca, mobilização e sedimentação (Prahl et al., 1994). A alteração
pode variar dependendo da proximidade da origem desta MOD e da exposição a
processos degradativos.
Uma das principais feições sedimentares dentro de um estuário é a zona de
máxima turbidez (ZMT) que, quando comparada a zonas localizadas à sua jusante e
montante, caracteriza-se pela alta concentração de sedimentos em suspensão. Na
ZMT ocorrem reações químicas e físicas significativas para os processos bio-
geoquímicos; por exemplo, nesta região, o pH pode variar entre 1 e 8 (Dyer, 1989).
Desta forma, os materiais orgânicos dissolvidos que passam das águas continentais
para o estuário encontram condições diferentes daquelas das águas doces, além
das condições particulares da ZMT, podendo sofrer uma série de transformações.
Sabe-se que uma parcela da MOD poderá precipitar-se e formar agregados
orgânicos, que em seguida sofrerão colonização microbiana, reciclando nutrientes e
4
outros materiais. Outra parcela seguirá como material orgânico dissolvido (MOD),
porém com características distintas das originais. Observa-se uma alteração no
máximo de emissão de fluorescência, o que significa alteração nas características
estruturais da MOD que permanece no ambiente estuarino (Bricaud e
Sathyendranath, 1981; De Souza-Sierra, 1992; Lombardi, 1995; Lombardi & Jardim,
1999; Stedmon et al, 2003; Jaffe et al, 2004).
A eficiência dos estuários em reter e transformar MOD terrestre é
determinante para o entendimento do ciclo global do carbono (Stallard, 1998).
Existem vários estudos que indicam que grande parte da MOD terrestre é formada
por compostos húmicos naturais e estão sujeitos a uma mistura conservativa através
dos estuários (Ittekkot, 1988); a alta concentração de polímeros condensados e
cromofóricos naturais da MOD alóctone em sistemas estuarinos e fluviais, além dos
inúmeros estudos da baixa labilidade da MOD, têm perpetuado esta visão (Moran et
al., 1999; Raymond & Bauer, 2000). Porém a falta de assinatura dos compostos
terrígenos no oceano aberto sugere que estes materiais não persistem nos oceanos
(Opsah & Benner, 1997). Esta aparente duplicidade gera uma necessidade de traçar
o perfil da MOD terrestre a partir do momento que esta entra no estuário e
determinar que transformações estão ocorrendo e como se comportam estes
compostos.
A fração opticamente ativa da MOD é chamada matéria orgânica dissolvida
fluorimétrica (FMOD) e pode ser usada como traçador para dinâmicas e
características da MOD total. A FMOD usualmente consiste em uma mistura de
compostos orgânicos complexos (substâncias húmicas e fúlvicas, ácidos orgânicos
hidrofilicos, ácido carboxil, aminoácidos e carboidratos) e suas características
fluorescentes refletem informações sobre sua estrutura, grupos funcionais,
conformação, homogeneidade e massa molecular (Candler et al., 1998; Lanxiu et al.,
2006). Os dois maiores componentes da MOD que fluorescem são os materiais
húmicos e as frações proteicas (Mopper & Schultz, 1993; Coble, 1996).
Medidas de fluorescência vêm sendo utilizadas com o propósito de determinar
as diferentes origens de MOD nos sistemas de água doce, estuarinos e costeiros
(Cabaniss & Shuman, 1987; Mopper & Schultz, 1993, De Souza-Sierra et al., 1994,
1997; Coble, 1996; Nieke et al., 1997; Battin, 1998; Lombardi & Jardim, 1999;
Mounier et al., 1999; Del Castillo et al., 2000, McKnight et al., 2001; Clark et al.,
5
2002). A espectroscopia de fluorescência molecular pode ser usada para
investigações sobre a natureza e origem da MOD uma vez que esta possui
compostos orgânicos de estrutura aromática, cromatóforos conjugados e cadeias
alifáticas insaturadas, variando sua energia em amplitudes de transições π →π*.
Uma das vantagens na utilização da espectroscopia de fluorescência é sua
alta sensitividade, possibilitando o uso de pequenos volumes amostrais e uso da
amostra in natura, sem pré-concentração prévia. Grande parte dos métodos
tradicionais de caracterização da MOD demandam grandes volumes amostrais e
também longos e complexos processos de manuseio da amostra, aumenta a
possibilidade de contaminação e/ou alteração química do material (Coble, 1996). A
necessidade de amostras de grande volume também impede a coleta de um maior
número de amostras, diminuindo-se a possibilidade de detecção de variações
espaço-temporais. Além disso, este processo demanda um alto custo econômico.
Desta forma, uma alternativa rápida, com pequeno esforço amostral e com maiores
benefícios em relação aos custos, é a determinação das propriedades ópticas da
MOD.
Avanços recentes em espectroscopia de fluorescência resultam em rápida
detecção (aproximadamente 1 minuto nos dias atuais, comparado aos 20 minutos
nos anos 90 e a cerca de 1 dia nos anos 80), possibilitando a análise de um número
maior de amostras, além de permitir que estas sejam verificadas considerando-se
uma larga amplitude de excitação (Coble, 1996).
As bandas de emissão de fluorescência diferenciam-se mediante a variação
no comprimento de onda de excitação empregado. A variação de respostas dentro
de uma certa banda de emissão indica a presença de várias classes de moléculas,
que absorvem e emitem luz em um comprimento de onda específico (fluoróforos). O
comprimento de onda emitido também indica a complexidade das moléculas e
permitem distinguir as diferentes origens da MOD. A MOD terrestre apresenta
predominância de compostos aromáticos produzidos por vegetais superiores, tais
como ligninas e taninos, enquanto a marinha, é constituída por compostos alifáticos
produzidos por vegetais inferiores, tais como as algas. A variedade de composições
da MOD resulta em diferenças nos espectros de fluorescência que podem ser
usadas como traçadores, com o objetivo de acompanhar o caminho percorrido pela
MOD dentro de estuário. Além disso, através da análise de fluorescência, é possível
6
caracterizar a variabilidade temporal e espacial, concentração e origem da MOD nos
diversos ambientes onde são encontradas (Parlanti et al., 2000; McKnight et al.,
2001).
A caracterização da influência da MOD terrestre na MOD estuarina é
importante para entender seu papel no funcionamento dos ecossistemas (Benner,
2002). Sua concentração e composição podem influenciar diferentes aspectos dos
ecossistemas aquáticos, de forma direta ou indireta: (i) biológicos (ecologia do
plâncton e microbiana) (Williamson et al., 2001); (ii) químicos (mobilização de
poluentes orgânicos e inorgânicos) (Xiaoying, 2001), especiação e transporte de
metais pesados (Berault et al., 1996); toxicidade de hidrocarbonetos policiclícos
aromáticos (PAHs) (Diamond et al., 2000); (iii) físicos (propriedades ópticas) (Bricaud
et al., 1981), além de afetar o tratamento de água (Watts et al., 2001) e reservas de
carbono (Freeman et al., 2001).
Atualmente a situação da MOD terrestre nos oceanos está sendo
significativamente alterada, segundo um estudo recente (Freeman et al., 2001), no
qual foi observado um acréscimo de 65% nas concentrações de COD nos ambientes
de água doce nos últimos 12 anos. Este aumento é atribuído ao mau uso da terra
através de processos de estímulo e exportação de COD de áreas agrícolas (Worrell
et al., 2003). Somando-se a isso, o aumento da temperatura global tende a amplificar
a taxa de movimentação da MOD alóctone, o que pode resultar em alterações-chave
na realocação e no estoque de carbono terrestre nos oceanos (Baker & Spencer,
2004). Desta forma o entendimento da MOD nos estuários, bem como seu
acompanhamento em longo prazo, tornam-se vitais para quantificar os efeitos do
aquecimento global sobre os estuários e, obviamente, sobre os oceanos.
Deve-se ainda salientar que a maioria dos sistemas estuarinos mundiais está
sendo submetida a um acréscimo de pressão por forças antropogênicas (Callahan et
al., 2004). Este fato é observado também na região do Complexo Estuarino da Baía
de Paranaguá (CEP), onde coexistem atividades urbanas, portuárias (fertilizantes,
estocagem de produtos químicos e granéis), dragagens, industriais, entre outras.
Estas atividades, além de incrementar a concentração de carbono orgânico no
estuário, têm acrescentado aos sedimentos grandes quantidades de metais pesados
nos últimos anos (Sá, 2003). A MOD é fundamental na interação e transporte de
muitos contaminantes orgânicos ou inorgânicos e também pela ciclagem de
7
nutrientes pelo ecossistema (LeBoeuf & Weber, 2000a, b). Sua caracterização
detalhada química e física é particularmente importante para estudar estas reações e
processos. Mais especificamente, um melhor entendimento das propriedades
estruturais e funcionais auxilia na compreensão dos mecanismos responsáveis pela
complexação, redução, biodisponibilidade e mobilização ou imobilização de metais e
compostos orgânicos. Assim sendo, o conhecimento da MOD em um sistema
permite predizer o comportamento da MOD frente a um ambiente contaminado
(Chen et al., 2003).
Atualmente, poucos estudos estão sendo conduzidos com objetivo de
determinar a concentração e a ciclagem do carbono orgânico no estuário de
Paranaguá e nenhum estudo foi publicado caracterizando a distribuição e assinatura
da FDOM nesta região. Desta maneira, a caracterização da influência da MOD
alóctone no Complexo Estuarino de Paranaguá vem contribuir para o
aprofundamento dos conhecimentos no referido estuário. Neste trabalho a MOD no
Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP) (25º16‟ – 25º34‟ S; 48º17‟ – 48º42‟ O) foi
caracterizada antes de sua entrada no estuário e durante sua passagem pela Zona
de Máxima Turbidez (ZMT). Desta maneira, foi possível acompanhar o processo de
transformação da MOD no CEP através da avaliação da fluorescência da MOD na
zona de máxima turbidez (ZMT), assim como à sua montante, permitindo inferir-se
sobre a contribuição de MOD alóctone para o ambiente estuarino.
8
2. Considerações teóricas
9
2.1 Teoria simples da absorção da luz por moléculas
A luz, em seu aspecto ondulatório, consiste de campos elétricos e magnéticos
que são mutuamente perpendiculares e oscilam senoidalmente à medida que se
propagam pelo espaço.
Outro comportamento exibido pela luz é como um feixe de partículas, ou seja,
fótons. Quando uma onda eletromagnética encontra uma molécula, ela pode ser
espalhada (sua direção de propagação muda) ou pode ser absorvida (sua energia é
transferida à molécula). A ocorrência de cada processo depende de propriedades
intrínsecas de cada molécula.
Uma molécula fica excitada ou em um estado excitado quando absorve
energia eletromagnética. Uma molécula ou parte de uma molécula que pode ser
excitada pela absorção é chamada de cromatóforo.
Esta energia de excitação é usualmente convertida em calor (energia cinética)
pela colisão de moléculas excitadas com outras moléculas. Com algumas moléculas
esta energia é reemitida como fluorescência.
Uma molécula excitada possuirá níveis transicionais de energia, o nível
eletrônico mais inferior é chamado de estado fundamental e os superiores são
estados excitados.
A mudança entre níveis de energia é chamada de transição. Uma transição
entre níveis eletrônicos de energia representa a energia requerida para mover um
elétron de uma órbita a outra (Stedmon et al., 2003).
Para a maioria das moléculas, os comprimentos de onda correspondentes as
transições entre o estado fundamental e qualquer nível vibracional do primeiro
estado excitado estarão no intervalo da luz ultravioleta e da luz visível (figura.1).
Transições de baixa energia, na faixa do infravermelho, também são possíveis entre
níveis vibracionais no interior de um mesmo nível eletrônico.
10
Figura 1: Parte do espectro magnético com destaque para os comprimentos de onda da luz visível.
2.2 O fenômeno da Fluorescência molecular
O fenómeno da luminescência molecular consiste na emissão de radiação
eletromagnética resultante de moléculas que foram excitadas. Uma molécula
excitada apresenta a elevação de elétrons de valência de um orbital menos
energético para um orbital de maior energia.
A luminescência molecular divide-se em fluorescência e fosforescência, sua
classificação depende da natureza do estado excitado envolvido no processo. Caso
o estado excitado envolvido seja singleto, onde o spin do elétron no orbital excitado
mantém sua orientação original, tem-se a fluorescência, caso tripleto, onde a
orientação do elétron que foi promovido ao estado excitado é invertida,
fosforescência (Figura 2).
A fluorescência possui a retenção da orientação original, e seu retorno do
estado excitado para o estado fundamental é rápido e “permitido” (diferente da
fosforescência), essas características tornam o procedimento experimental
fluorimétrico bastante simples.
11
Figura 2: Representação do estado fundamental e dos estados excitados singleto e tripleto.
A fluorescência é a base da fluorimetria, e é um conjunto de técnicas
analíticas baseadas na detecção dos fótons emitidos por moléculas excitadas de
caráter singleto quando estas retornam para o estado fundamental.
O tipo e o grupo de substituinte no anel aromático das moléculas afetam a
intensidade e o comprimento de onda de emissão de fluorescência. Assim, o
comportamento fluorimétrico é resultante de um processo acumulativo que depende
dos vários componentes estruturais presentes na molécula, e o espectro observado
consiste na somatória dos espectros individuais dos vários fluoróforos presentes na
molécula (Lombardi, 1999). Desta forma o formato e a posição de uma banda de
emissão de um espectro de fluorescência são dependentes da estrutura molecular
da substância.
Embora seja difícil prever teoricamente se uma molécula exibirá
luminescência sem o prévio conhecimento da diferença de energia relativa entre o
estado excitado singleto e o fundamental, pode-se, de um modo geral, se observar
alguns requisitos.
Primeiramente, moléculas relativamente rígidas e ricas em elétrons π (como
no caso das moléculas aromáticas), contendo ou não heteroátomos em sua cadeia
principal, são potencialmente fluorescentes.
Uma estrutura molecular plana também favorece a fluorescência, pois
aumenta a interação e conjugação entre o sistema de elétrons π. A fluorescência
advém de transições π *→ π (entre orbital pi anti-ligante e orbital pi ligante) e em
menor escala π *→ n (entre orbital pi anti-ligante e orbital não-ligante).
12
A presença de grupos substituintes na molécula também é fator importante,
pois afeta a intensidade e o tipo de luminescência, sendo que a presença de grupos
hidroxi (-OH), metoxi (-OR), amino (-NR2), cianeto (-CN) e sulfônico (-SOB
3
BH) têm
tendência em amplificar a fluorescência.
Por outro lado, grupos cetônicos (-C=O) carboxílicos (-COOH) e halogênios (-
X) favorecem o cruzamento intersistemas, trocando a multiplicidade da população
excitada (S1 Tn) e por conseqüência diminuindo à fluorescência.
2.3 Instrumentação para Medição da Fluorescência
Um feixe de luz de alta intensidade passa através de um monocromador para
a seleção de um comprimento de onda de excitação (um comprimento de onda
eficientemente absorvido pelo fluoróforo). O feixe de luz de excitação passa através
de uma célula contendo a amostra. A luz emitida (fluorescência) passa através de
um monocromador para a análise do comprimento de onda e depois vai para um
detector fotossensível (tubo fotomultiplicador) (Figura 3).
Atualmente programas de computador varrem automaticamente os
comprimentos de onda detectados e apresentam espectros de intensidade de
fluorescência (em unidades arbitrárias) versus λ.
Figura 3: Esquema de um sistema de fluorescência semelhante ao utilizado neste estudo
(www.chemkeys.com).
13
2.4 Medidas de Fluorescência molecular nas substâncias
humicas (SH)
As técnicas convencionais de fluorescência (excitação em comprimentos de
onda fixos, para componentes individuais) são aplicáveis em diversos estudos que
objetivam o estudo da MOD natural (De Souza-Sierra et al., 1994; Coble, 1996;
Lombardi & Jardim, 1999; Peuravuori et al., 2002; Blough & Del Vecchio, 2002).
Porém estas técnicas podem não fornecer dados refinados sobre os componentes
estruturais dos compostos, uma vez que as substâncias húmicas possuem uma
complexidade química e estrutural.
Em estudos que objetivam uma classificação mais detalhada da SH a técnica
de espectrocopia de fluorescência sincronizada (EFS) é ideal (Lombardi & Jardim
1999).
A espectrometria de fluorescência sincronizada fornece um guia da estrutura
química, complexidade, grau de humificação e peso molecular da FMOD (Peuravuori
et al., 2002; Kowalczuk et al., 2003): Moléculas de baixo peso molecular fluorescem
quando excitadas em baixo comprimento de onda e representam MOD autóctone, as
moléculas de peso molecular médio representam componentes mais complexos
como os ácidos fúlvicos que geralmente possuem origem alóctone (Retamal et al.,
2006).
Um espectro de emissão é obtido através do registro da intensidade de luz
emitida em função do comprimento de onda, com a excitação realizada em
comprimento de onda fixo. Já um espectro de excitação é obtido quando a amostra
é excitada com uma variedade de comprimentos de onda e a intensidade de luz
fluorescente emitida é registrada em comprimento de onda fixo.
A excitação sincronizada é uma técnica bidimensional fornece os dados de
comprimento de onda de emissão (λB
em
B) e excitação(λB
ex
B) paralelamente durante as
análises, uma vez que, os monocromadores de excitação e emissão são
escaneados sincronizadamente e um intervalo de comprimentos de onda constante
é mantido, (δ=λB
em
B-λB
ex
B) (Lombardi & Jardim, 1999).
14
Um dos maiores problemas na detecção de componentes das SH naturais é
sua complexidade, desta forma a escolha entre o intervalo de comprimentos de onda
para a varredura é determinante.
Lloyd (1971), sugeriu que o intervalo entre os comprimentos de onda de
emissão e excitação deveria estar entre 20 e 30 nm para compostos condensados
aromáticos. Porém estudos posteriores provaram experimentalmente que a
diferença constante de 18 nm otimiza a resolução do sinal sincronizado para as SH
naturais de diferentes soluções (Senesi & Miano, 1991, Lombardi & Jardim, 1999,
Peuravouri et al., 2002).
15
3. Objetivos
16
I. Avaliar a contribuição da matéria orgânica alóctone na Baía de Paranaguá;
II. Caracterizar qualitativamente a matéria orgânica alóctone na Baía;
III. Verificar as assinaturas características da MOD para cada ambiente (marinho
e dulcícola)
IV. Verificar as transformações sofridas pela matéria orgânica terrestre durante
sua passagem pela zona de mistura;
V. Determinar as influências das variáveis físico-químicas da água sobre a
composição e origem da MOD.
17
4. Material e Métodos
18
4.1 Área de estudo
4.1.1 Caracterização geral
O Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP) (figura 4) localiza-se no estado
do Paraná, região sul do Brasil, e apresenta dois eixos: um de direção L – O, onde
se situam as baías de Paranaguá e Antonina, e outro na direção NE – SO, onde
situam-se as baías de Laranjeiras, Guaraqueçaba e Pinheiros. Possui uma área
superficial de 601 kmP
2
P
com volume de 2 x 10P
9
P
mP
3
P
(Knoppers et al., 1987) e
caracteriza-se como um estuário de planície costeira (Mantovanelli, 1999). Recebe
cerca de 70% da drenagem da Bacia hidrográfica Atlântica, com área de 2188 kmP
2
P
e
descarga de água doce de 178 mP
3
P
sP
-1
P
no período chuvoso (verão) e de 47 mP
3
P
sP
-1
P
no
período seco (inverno) (Mantovanelli, 1999). Geograficamente é considerada uma
baía e oceanograficamente um estuário.
Figura 4. Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP).
As baías de Paranaguá e de Antonina localizam-se no eixo leste – oeste do
complexo estuarino, têm área de 258,4 kmP
2
P
, volume de 1,4 x 10P
9
P
mP
3
P
, e extensão
longitudinal de 50 km (Knoppers et al., 1987). A circulação das águas nas duas
baías é regida pelas correntes de marés com influência sazonal do aporte fluvial
(Knoppers et al., 1987). A onda de maré percorre a distância entre a Ilha da Galheta
19
e Antonina em 1,3 a 1,5 horas durante a quadratura e entre 1,0 a 1,1 horas durante
a sizígia (Marone e Jamiyanaa, 1997). Os ventos apresentam um importante papel
na geração de marés meteorológicas durante a passagem de frentes frias, quando
podem causar uma elevação no nível da água dentro da Baía de Paranaguá de até
0,80 m (Camargo & Harari, 1994; Marone & Camargo, 1994). Os rios Cachoeira,
Faisqueira, Nhundiaquara e o Guaraguaçu desaguam nessas Baías. A conexão do
Complexo Estuarino da baía de Paranaguá com o Oceano Atlântico ocorre através
de três canais principais, um canal menor e um canal artificial.
4.1.2 Clima
O clima do CEP é subtropical úmido mesotérmico, com duas estações bem
definidas: chuvosa no verão e seca no inverno (Bigarella et al., 1978). O período
chuvoso tem início no final da primavera e permanece durante a maior parte do
verão, sendo que em fevereiro ocorre maior precipitação. O período seco tem início
ao final do outono e permanece até o final do inverno (junho, julho e agosto).
4.1.3 Características hidrológicas
A geometria de corpos estuarinos, a salinidade da água e a circulação da
região costeira adjacente exercem influência sobre a circulação dos estuários
(Miranda, 1996). No caso do CEP as correntes de maré, com influência sazonal do
aporte fluvial (Knoppers et al., 1987) são os fenômenos que mais influenciam sua
circulação.
A porção leste, mais externa do Complexo Estuarino da Baía de Paranaguá, é
dominada por águas da plataforma continental adjacente, enquanto que a porção
oeste sofre maior influência fluvial. O maior aporte de rios está localizado na
margem sul e nos setores internos da baía. A descarga média anual de água doce é
de 150 mP
3
P
sP
-1
P
, alcançando valores mais elevados no período de intensa precipitação
(janeiro – fevereiro).
20
O Estuário apresenta uma micromaré (Marone & Jamiyanaa, 1997)
predominantemente semidiurna com desigualdades diurnas, sendo a amplitude
média de 1,4 m na quadratura e 1,7 m na sizígia.
O eixo L, escolhido para a amostragem da MOD neste estudo, sofre a maior
influência do aporte de água doce de sua bacia de drenagem em relação ao eixo N –
S, apresentando resposta mais rápida e intensa aos processos relacionados à
estratificação da coluna d‟água, intrusão salina, aporte de sedimentos fluviais e
formação da zona de máxima turbidez. Outra característica hidrológica importante é
o tempo de residência da água, que é de 3,49 dias para o Complexo Estuarino da
Baía de Paranaguá (Sá, 2003).
4.1.4 Bacia Hidrográfica do Rio Nhundiaquara
A Bacia Hidrográfica do Rio Nhundiaquara (25 40‟55” e 49 37‟45”S e
48 40‟55” e 49 00‟41”W) compõe uma área de 739,36 KmP
2
P
(Bassfeld, 2001) e
compreende os rios São João, Mãe Catira, Ipiranga, Marumbi, Rio do Pinto, Passa
Sete, Sagrado, Sambaqui, São Joãozinho, Sepetanduva, entre outros pequenos
tributários, além do próprio Nhundiaquara. O rio desagua em forma de delta na Baía
de Paranaguá entre as cidades de Paranaguá e Antonina e sua bacia hidrográfica
resulta principalmente da integração das micro-bacias do Rio São João, Mãe Catira
e a do Rio Ipiranga (Lombardi, 2006).
4.1.5 Zona de Máxima Turbidez
Estudos anteriores identificaram a presença de uma Zona de Máxima
Turbidez na região entre as entre as Ilhas de Gererês e o Porto de Paranaguá,
migrando longitudinalmente durante o ciclo de maré semi diurna característica desse
estuário (Mantovanelli, 1999; Noernberg, 2001; Mantovanelli et al., 2004).
Relacionado à ocorrência dessa zona tem-se a geometria do corpo estuarino, a
intensidade das correntes de maré e a estratificação da coluna d‟água.
21
4.2 Amostragem
As estações de amostragem localizaram-se na desembocadura do Rio
Nhundiaquara e na zona de máxima turbidez da Baía de Paranaguá (figura 5).
Figura 5. Mapa do eixo L do complexo estuarino da Baía de Paranaguá com destaque para os pontos
de amostragem.
Como a ZMT possui um carácter migratório, antes das amostragens realizou-
se um transecto longitudinal através da baía determinando-se os valores de turbidez
da água. Após encontrada a maior concentração de sedimentos em suspensão,
definia-se a presença da zona de máxima turbidez, onde foram feitas as coletas.
R
R
i
i
o
o
N
N
h
h
u
u
n
n
d
d
i
i
a
a
q
q
u
u
a
a
r
r
a
a
Z
Z
o
o
n
n
a
a
d
d
e
e
M
M
á
á
x
x
i
i
m
m
a
a
T
T
u
u
r
r
b
b
i
i
d
d
e
e
z
z
22
Foram efetuadas quatro amostragens na ZMT, duas no verão (Dezembro/2005),
onde a influência da estação chuvosa é maior, e duas no inverno (Agosto/2006),
onde a influência da estação seca é maior. Em cada estação foram coletadas
amostras nas marés de sizígia e quadratura, para que a influência das diferentes
marés no estuário sobre a fluorescência da MOD fosse determinada. A maré de
sizígia corresponde aos períodos de lua nova e cheia, e apresenta maiores
variações nas amplitudes de maré que as que ocorrem na maré de quadratura. As
marés de quadratura ocorrem nas luas crescente e minguante.
Cada coleta na ZMT teve a duração de 12 horas, ou seja um ciclo completo
de maré. As amostras de água eram coletadas de 2 em 2 horas, o que possibilitou a
correlacionar a fluorescência com as variações de maré. Em cada amostragem
foram coletadas água de fundo e superfície com o auxílio de uma garrafa de Niskin.
Algumas propriedades físico-químicas das amostras, tais como salinidade,
temperatura, zona eufótica e turbidez foram determinadas imediatamente após a
coleta, ainda em campo.
Para se caracterizar a matéria orgânica dissolvida de origem terrestre que
estaria entrando no estuário, uma amostragem foi efetuada no Rio Nhundiaquara
próximo à sua desembocadura. Apenas uma amostragem foi efetuada, pois a
composição da MOD fluorescente neste tipo de ambiente costuma não ser variável.
Em campo, as amostras coletadas para a determinação da fluorescência,
nutrientes inorgânicos (N-Total, P-total, NOB
2
B, NOB
3
B, NHB
4
B, POB
4
B, Si), seston e clorofila
foram mantidas em temperatura ambiente. As amostras de oxigênio dissolvido foram
fixadas imediatamente após a coleta e estocadas no escuro dentro de um isopor e
mantidas em temperatura da água até o retorno ao laboratório.
4.3 Análise das amostras
4.3.1 Parâmetros físico-químicos
Em laboratório as amostras de nutrientes inorgânicos foram filtradas em filtros
Schleicher & Schuell (GF-52C 1,2 m diâmetro de poro), acondicionados em frascos
de polietileno e conservadas sob refrigeração (4 ºC), até o momento da análise. As
concentrações de nutrientes inorgânicos dissolvidos, nitrogênio e fósforo total, pH,
23
oxigênio dissolvido, clorofila-a, feopigmentos, alcalinidade e seston foram
determinadas. A metodologia de análise laboratorial seguiu o procedimento descrito
em Strickland & Parsons (1972), com modificações propostas por Carmouze (1994)
e Grasshoff et al. (1983). As determinações foram realizadas no laboratório de
Biogeoquímica do Centro de Estudos do Mar da Universidade Federal do Paraná
(CEM – UFPR).
4.3.2 Espectroscopia de fluorescência
A contribuição continental quanto à entrada de material orgânico dissolvido e
o comportamento desse material no Complexo Estuarino de Paranaguá foram
investigados através da técnica de espectroscopia de fluorescência. A contribuição
alóctone da MOD foi verificada em amostras obtidas na desembocadura fluvial (Rio
Nhundiaquara) e na região da ZMT. Baseando-se nas diferenças entre os máximos
de emissão de fluorescência característicos da MOD continental e marinha, pode-se
avaliar a contribuição de cada origem no total de MOD do ambiente estuarino. A
técnica também foi utilizada para investigar as transformações às quais a MOD está
sujeita na ZMT. Para tanto, foram empregados espectros de emissão de
fluorescência, excitação simples e excitação sincronizada.
As amostras que seguiram para análise de fluorescência foram filtradas em
filtros de membrana com 0,22 μm de diâmetro de poro (Sartorius), previamente
lavados com HNOB
3
B 1,0 mol.LP
-1
P
(24 h) para remoção de possíveis elementos
metálicos, que poderiam causar alteração qualitativa e quantitativa do sinal
fluorimétrico (Lombardi e Jardim, 1999). A filtragem foi realizada em ambiente estéril
em uma cabine de fluxo laminar vertical e o filtrado foi estocado em frascos
previamente esterilizados por autoclavagem. Em seguida, as amostras foram
guardadas a 4 P
o
P
C, no escuro até o momento de análise. Uma das vantagens da
utilização da técnica de espectroscopia de fluorescência molecular é que as
amostras podem permanecer estocadas por até um ano sem que haja alterações
estruturais na amostra.
As análises de fluorescência foram realizadas utilizando-se um
espectrofluorômetro JASCO (FP 6500, Japão), equipado com uma lâmpada de
xenônio de 150 W como fonte de luz. O instrumento inclui em sua configuração
24
interna correção automática para variações de intensidade da fonte de luz além de
características espectrais, tanto da fonte de luz como do monocromador de
excitação.
Para todas as análises, o monocromador de excitação foi ajustado em 5 nm
de amplitude de banda, enquanto o de emissão em 10 nm. Um monocromador de
excitação tem por finalidade estabilizar a fonte de luz de excitação e possibilitar seu
controle quanto ao comprimento de onda fixado. A velocidade de varredura foi
ajustada para 200 nm.minutoP
-1
P
para ambos os monocromadores.
Os espectros de emissão de fluorescência foram registrados com a amplitude
de varredura de 370 – 600 nm com comprimentos de onda de excitação fixos, cada
um deles equivalentes a uma classe de fluoróforos pertencentes à MOD natural.
Para a primeira classe de fluoróforos a amostra foi excitada em comprimento de
onda 350 nm (primeira classe de fluoróforos) e em 450 nm (segunda classe de
fluoróforos). Espectros nas mesmas condições, porém realizados com água Milli-Q
(branco) foram subtraídos das amostras com a finalidade de eliminação do pico
Raman da água.
Os espectros de excitação foram obtidos com uma amplitude de varredura de
300 – 550 nm e a emissão da radiação foi registrada em comprimento de onda fixo
em 560 nm.
Os espectros de excitação sincronizada foram quantificados através da
varredura simultânea de 300 a 600 nm dos comprimentos de onda de excitação e
emissão, mantendo-se constante em 18 nm a diferença entre os comprimentos de
onda de emissão e excitação (δ=18 nm). Nesse espectro, o pico Raman da água
Milli-Q encontra-se fora da amplitude de varredura (Lombardi, 1995). No entanto, as
mesmas condições foram aplicadas ao branco que foi subtraído da amostra.
Os comprimentos de onda utilizados neste trabalho foram escolhidos de
acordo com o sugerido em bibliografia especializada (Miano et al., 1988; Ryan e
Weber, 1982b; Ventry et al., 1991; Lombardi & Jardim, 1999). Todas as medidas de
fluorescência foram feitas em pH variando entre 6.0 e 7.5 e a temperatura ambiente
foi mantida em 21 ± 1P
o
P
C. Apesar do pH ser uma variável que pode afetar o sinal
fluorimétrico, a variação apresentada foi testada nas próprias amostras e mostrou-se
insignificante frente às condições do equipamento. A força iônica das amostras não
foi ajustada, optando-se pela manutenção da salinidade natural do material, uma vez
25
que a salinidade foi uma das variáveis consideradas.
4.4 Análises estatísticas
As análises multivariadas são aplicadas para tratar matrizes complexas
contendo dados variados, permitindo a comparação das variáveis e acrescentando
informações que permitam conclusões adicionais em relação às metodologias
estatísticas básicas. No presente trabalho foram empregadas três técnicas dentro da
estatística multivariada: análise de agrupamento (Cluster), escalonamento
multidimensional (MDS) e a análise de componentes principais (PCA). No primeiro,
averiguou-se o agrupamento das amostras em relação aos comprimentos de onda
de emissão para as duas classes de fluoróforos; com a análise MDS objetivou-se
observar graficamente possíveis similaridades, dissimilaridades ou regularidades nos
resultados de comprimento de onda de emissão; já com a análise de componentes
principais buscou-se definir as relações entre as variáveis físico-químicas
(salinidade, clorofila a, seston, N-Total, P-Total, NOB
2
B, NOB
3
B, NHB
4
B, POB
4
B, Si) e os
comprimentos de onda de emissão, e desta forma saber quais são as variáveis
significativas para o comportamento da MOD na Baía de Paranaguá.
Para a análise de cluster e MDS, uma matriz de similaridade foi calculada em
base a distância euclidiana sobre a matriz de dados de ambos os comprimentos de
onda de emissão (350 e 450 nm). Baseado nas matrizes de similaridade de cada
comprimento de onda de emissão, o escalonamento multidimensional foi realizado e
os resultados apresentados graficamente. Para a análise de cluster, ainda executou-
se uma análise de agrupamento hierárquico por grupos médios (hierarquical
aglomerative cluster) para em sequencia se produzir um ordenamento hierárquico
aglomerativo (dendograma). As análises foram realizadas por meio do programa
PRIMER 5 for Windows (PRIMER-E Ltda, 2001, versão 5.2.0).
Dentre as análises multivariadas, as Análises de Componentes Principais está
entre as ferramentas de ordenação de dados mais exploradas (Persson & Wedborg,
2001). As PCAs são fundamentadas em correlações entre as variáveis da matriz de
dados original. Baseado nestas correlações, uma matriz de semelhanças é formada
e desta se estabelece um conjunto de eixos perpendiculares entre si, chamados
componentes. Em seguida são calculados os autovetores, ou seja, a projeção de
26
cada variável em cada eixo, o que permite ordená-las em ordem crescente para
cada eixo. Quanto mais próximo de 1.0 o valor do autovetor, mais correlacionado
está a variável em relação ao eixo; valores negativos significam que as variáveis
estão negativamente correlacionadas ao eixo. Para este estudo foram interpretadas
as variáveis que apresentaram resultados iguais ou superiores a 0,10, que
representa uma boa associação entre uma variável e um fator (eixo). Cada eixo
explica uma porcentagem das variâncias e, ao final relaciona-se os eixos que
explicam a maior parte das variâncias. Desta forma a PCA produz como resultado
uma nova matriz, de tamanho reduzido, e um gráfico mostrando as relações entre as
variáveis e entre variáveis e amostras, facilitando a análise dos dados.
Neste estudo o emprego da análise de componentes principais sobre as
matrizes de dados ambientais do Sistema Estuarino de Paranaguá foi precedido por
um teste de colinearidade entre as variáveis; variáveis altamente correlacionadas
interfeririam na análise de componentes principais e, portanto, apenas uma das
variáveis colineares deve integrar a PCA. A análise de colinearidade e a PCA foram
realizadas com o uso do programa MVSP 3.11 (Copyright Kovach Computing
Services).
27
5. Resultados e Discussão
28
5.1 Abordagem geral
Os estuários constituem os únicos ecossistemas onde ocorre a interação entre
as águas doces, as águas marinhas, o sistema terrestre e a atmosfera (Day et al.,
1989). São ambientes dinâmicos que respondem a forças físicas em escalas de
tempo que variam desde semi-diurnas (marés), quinzenais (sizígia e quadratura) até
sazonais (descarga dos rios) (Goni et al., 2005). Esta volubilidade, somada à
combinação de múltiplas fontes de MOD, tais como águas fluviais, pluviais,
vegetação, manguezais, alagados, fitoplâncton, influência antrópica, história de
exposição solar, transformação diagenética, além de processos de degradação, faz
com que a dinâmica da MOD em estuários seja bastante variável, caso que se aplica
ao Complexo Estuarino da Baía de Paranaguá.
5.2 Emissão
As substâncias húmicas possuem pelo menos duas classes de fluoróforos,
uma excitável entre 310 - 390 nm e outra entre 410 - 470 nm (Lombardi & Jardim,
1999), desta forma as análises foram feitas englobando estas duas categorias de
fluoróforos. Cada uma dessas classes são constituídas por uma ampla variedade de
compostos fluorescentes. Como conseqüência tem-se que o pico de máxima
emissão de fluorescência dos materiais de natureza húmica, tal qual a MOD natural
varia conforme varia-se o comprimento de onda da excitação aplicada. Outra
conseqüência da mistura complexa de fluoróforos é a base larga presente nos picos
de emissão e a ausência da imagem especular Ex/Em normalmente observada para
compostos puros. Apesar dessas variáveis complicadoras para a análise de
fluorescência, esta tem sido usada com sucesso como rastreador de MOD em
ecossistemas aquáticos (Lombardi, 1995). Assim, variações obtidas nos máximos de
emissão para a primeira e segunda classe de fluoróforos mantendo-se fixas as
excitações são consideradas como sendo o resultado de variações naturais da MOD
como sendo influenciada pelos diversos aspectos ambientais. Com tal fundamento,
os comprimentos de onda de máxima emissão obtidos neste estudo permitiram
29
traçar assinaturas e inferir sobre as origens, sumidouros e composição da MOD do
Complexo Estuarino de Paranaguá.
Assinaturas da MOD do Estuário de Paranaguá
Para caracterização da assinatura de cada ambiente (marinho ou terrestre)
foram identificados os comprimentos de onda característico de cada ambiente
envolvido neste estudo (marinho ou terrestre). Foi definida como a assinatura
marinha o comprimento de onda de emissão referente às amostras de maior
salinidade, ou seja, aquelas de maior influência marinha; para a assinatura terrestre,
foi considerado o comprimento de onda de emissão obtido nas amostras coletadas
no Rio Nhundiaquara.
5.2.1.1 Primeira classe de fluoróforos (λB
em
B=350nm)
As intensidades de fluorescência correspondentes à primeira classe de
fluoróforos obtidas neste estudo apontam assinaturas distintas para a MOD alóctone
e autóctone do Estuário de Paranaguá. Constatou-se que existe uma tendência de
emissão em comprimentos de onda mais curtos para as amostras de água salgada
em relação às amostras coletadas no rio Nhundiaquara (figura 6).
Figura 6: Assinatura da MOD característica da primeira classe de fluoróforos (espectros de
emissão fixados em λB
ex
B 350 nm). MOD autóctone refere-se à amostra de água do estuário, enquanto
MOD alóctone à amostra de água do Rio Nhundiaquara.
30
Ao comparar-se os valores de emissão em situações de alta salinidade, uma
diferença de 12 nm foi verificada entre os dois ambientes ( B
ex
B / B
em
B 350/437 ±2 nm
para a MOD autóctone (estuário) e B
ex
B / B
em
B 350/449 ±2 nm para a MOD alóctone
(Rio Nhundiaquara)).
A diferença de emissão entre os ambientes estuarinos e de água doce foi
descrita anteriormente por diversos autores (De Souza-Sierra et al., 1994; Coble,
1996; Lombardi & Jardim, 1999). O deslocamento dos comprimentos de onda de
máxima emissão, mantendo-se fixa a excitação, relaciona-se à massa molecular e
aromaticidade da MOD. Quando o deslocamento dá-se em sentido à região do
vermelho (red shifted), que são comprimentos de onda mais longos, significa
segundo Baker & Spencer (2004), que tanto maior deverá ser a massa molecular e
aromaticidade da MOD. Por outro lado, se o deslocamento dá-se em sentido aos
comprimentos de onda mais curtos como os marinhos (blue shifted), significa que,
tanto menor será a massa molecular dos constituintes daquela MOD.
Coble (1996) atribuiu a emissão verificada em comprimentos de onda mais curtos
para as amostras marinhas em comparação com as de água doce a um acréscimo
da diferença entre as energias do estado excitado e não excitado, resultantes de
mudanças estruturais (queda no número de anéis aromáticos e pontes conjugadas
ou eliminação dos grupos carbonila e hidroxila). Sabe-se que os constituintes da
MOD marinha possuem componentes estruturais de menor aromaciticidade (mais
alifáticos), com menor massa molecular, menor grau de policondensação e menores
níveis de cromatóforos conjugados (Benner, 1998, Chen et al., 2003). Essas
características da MOD marinha foram confirmadas através dos resultados obtidos
nesta pesquisa ao compararmos o máximo de emissão de fluorescência para a
primeira classe de fluoróforos.
5.2.1.2 Segunda classe de fluoróforos (λB
em
B=450nm)
As intensidades de fluorescência emitidas pela segunda classe de fluoróforos
observadas neste estudo sugerem que os constituintes fluorescentes da MOD
alóctone e autóctone possuem assinaturas similares (figura 7). Ou seja, os
comprimentos de onda emitidos por esta classe são comuns em ambos os
31
ambientes (λB
ex
B/λB
em
B 450/516 ±2 nm para a MOD autóctone e λB
ex
B /λB
em
B 450/518 ±2nm
para a MOD alóctone). Estes resultados concordam com a literatura (De Souza-
Sierra et al., 1994; Lombardi & Jardim, 1999).
Segundo Clark et al. (2002) parte da MOD fluorescente (FMOD) de rios contém
fluoróforos similares à marinha. Acredita-se também que substâncias pertencentes a
esta classe são mais resistentes aos ataques microbianos, o que lhes dá um caráter
mais conservativo durante a mistura das águas (Boyd & Ousburn, 2004).
Figura 7: Assinatura da MOD característica da segunda classe de fluoróforos (espectros de emissão
fixados em λB
ex
B 450 nm). MOD autóctone refere-se à amostra de água do estuário, enquanto MOD
alóctone à amostra de água do Rio Nhundiaquara.
5.2.2 Alterações na MOD do Estuário de Paranaguá
A variedade de comprimentos de onda de emissão encontrada na MOD das
águas estuarinas de Paranaguá (figura 8) quando comparados à assinatura
característica dos ambientes dulcícola e marinho apontam para uma alteração na
conformação da MOD alóctone a partir do momento em que esta atinge a zona de
mistura e passa a ser parte da MOD estuarina. Este estudo sugere que as
alterações físico-químicas da água do estuário são primariamente responsáveis
pelas mudanças observadas na MOD alóctone. Após estas alterações acredita-se
32
Amostras
b)
que a fotodegradação e a biodegradação passam a ser determinantes na
transformação da MOD cromofórica.
Figura 8: Variação do comprimento de onda médio obtidos a partir dos espectros de emissão em
relação às amostras. a) Representa primeira classe de fluoróforos (350nm) e b) representa segunda
classe de fluoróforos (450nm). As barras delimitam o 90º (acima) e 10º percentil (abaixo); as caixas
delimitam o 75º (acima) e 25º percentil (abaixo). Os pontos negros representam dados outliers.
Margens continentais são ambientes importantes para a ciclagem biogeoquímica
do carbono orgânico nos oceanos. Como são ambientes transicionais, tal qual as
margens continentais, os estuários possuem um papel importante na regulação do
ciclo do carbono e materiais associados entre a costa e o oceano. Os estuários
recebem matéria orgânica (MO) de múltiplas fontes, as quais incluem plantas
vasculares, matéria orgânica derivada do solo, e restos de algas e microorganismos
(Raymond & Bauer, 2000; Leithold & Blair, 2001; Canuel, 2001). Uma vez que estes
compostos entram no estuário as transformações dessas diferentes formas de MO
vão depender de propriedades físico-químicas inerentes e do tempo de residência.
Sabe-se que as propriedades fluorescentes de uma substância são dependentes
primariamente da sua estrutura molecular, porém o ambiente em que a substância
está presente influencia diretamente os fluoróforos uma vez que fatores como
a)
33
temperatura, solvente, pontes de hidrogênio, íons metálicos e a presença de outros
solutos podem alterar a conformação molecular e portanto a fluorescência das
moléculas (Coble, 1996).
Há dois tipos conhecidos de mudanças estruturais que podem gerar um blue shift
de emissão. O primeiro tipo é a redução na extensão dos sistemas de π elétrons
através de: i) um decréscimo no número de anéis aromáticos , ii) redução de pontes
conjugadas na cadeia estrutural, iii) conversão de um sistema de anéis lineares para
um sistema de anéis não lineares e o segundo tipo é a eliminação de certos grupos
funcionais como carbonil, hidroxil, e amina (Senesi et al., 1990, Coble, 1996).
As mudanças decorrentes da exposição a radiação solar incluem perda na
absorção e eficiência de fluorescência (fotobranqueamento), queda na média da
massa molecular, produção de componentes biológicos lábeis, incluindo gases
carbônicos inorgânicos e orgânicos, baixa massa molecular dos componentes
carbonila orgânicos e produção de componentes de alta massa molecular não
característicos (Coble et al., 1998).
A fotodegradação da MOD fluorescente (FMOD) também produz compostos de
carbono orgânico voláteis que são transferidos na fronteira entre mar e atmosfera,
participando de reações futuras que poderão impactar a atmosfera local. Outros
produtos fotoquímicos incluem espécies reativas que reagem com outras
substâncias como metais (ex. ferro) e outras substâncias no oceano em uma
complexa série de reações redox secundárias e reações fotoquímicas que afetam a
biota marinha (Clark et al., 2002). Desta forma a FDOM participa de um centro de
ciclagem fotoquímica que pode impactar criticamente o ambiente marinho.
A ZMT é uma zona transeunte comum em muitos estuários e, nela, o tempo de
residência das partículas é ampliado. Isso decorre do fato de que as partículas são
aprisionadas por processos físico-químicos e então ressuspendidas pela força da
maré (Herman & Heip, 1999). Tais características fazem com que a degradação do
material alóctone seja intensa, bem como a produção de novo material fluorescente
(Klinkhammer et al., 2000). Outra característica exibida pela ZMT é sua condição de
anoxia. Esta zona apresenta uma condição mais anaeróbica do que outras regiões
do estuário.
As bactérias de um dado ambiente degradam a MOD até que nenhuma energia
ou carbono estejam disponíveis. Porém quando a MOD muda de ambiente, como é
34
o caso da MOD amostrada neste trabalho que passa do ambiente dulcícola para o
estuarino, a alteração na força iônica faz com que novos sítios se tornem disponíveis
para a degradação. Nesse cenário a MOD alóctone é degradada preferencialmente
sobre a autóctone e suas propriedades fluorescentes são alteradas fazendo com
que sua emissão ocorra em comprimentos de onda mais curtos (Boyd & Osbourn,
2004). Atualmente, acredita-se que a atividade microbiana é um caráter
determinante na transformação da MOD, retirando das águas estuarinas cerca de
10% do input de MOD de água doce (Raymond & Bauer, 2001).
Estas transformações são particularmente importantes em sistemas que contém
altos índices de MOD antropogênica (Callahan et al., 2004) como é o caso do
estuário de Paranaguá (Lombardi, 2006).
A matéria orgânica terrestre que entra no estuário de Paranaguá sofre a ação
antrópica e desta forma é modificada. Tais modificações interferem diretamente na
dinâmica do carbono nos estuários, uma vez que o material alóctone que entra no
estuário chega ao mar aberto completamente alterado.
De maneira geral, tem sido reportado que o aumento das temperaturas no verão
e das chuvas em decorrência do aquecimento global facilitam a quebra da MOD
pelas bactérias, além de aumentar a incidência de raios UV que são os principais
causadores da fotodegradação. Além disso, a dragagem do sedimento do canal
interfere diretamente nos processos de transporte e ressuspensão da MOD, e o
impacto antrópico enriquece a água com proteínas.
5.2.3 Análise de componente principais (PCA)
5.2.3.1 Primeira classe de fluoróforos (350nm):
Os dois fatores principais extraídos da matriz de dados originais pela PCA
correspondem a 56% da variância total dos dados. Na tabela 1 são apresentados
apenas os autovetores das variáveis que possuem valor igual ou superior a 0,10.
Estas 2 novas variáveis apresentam as correlações de dados descritas abaixo. Na
tabela 2 (em anexo) estão descritos os valores de Factor Scores para cada amostra.
35
A figura 9 apresenta os resultados da PCA (autovetores e Factor Scores) de forma
gráfica.
Tabela 1. Factor loadings estimados através do rearranjo de 12 variáveis da matriz original dos
dados. Os valores relacionados ao comprimento de onda se referem à emissão da primeira classe de
fluoróforos (350nm). Apenas valores maiores ou iguais a 0,40 são apresentados. Os fatores estão
numerados consecutivamente em ordem decrescente de explicação da variância.
Como os objetivos deste estudo visam a caracterização e a contribuição da MOD
no ecossistema de Paranaguá, factor scores que não englobam relações diretas
com comprimento de onda não serão discutidos.
Variável
Fator 1
Fator 2
% Variância
41,7
14,2
λ
-0,34
------
Salinidade
0,36
0,24
Clorofila
-0,26
0,13
Seston
------
------
OD
-0,11
0,27
POT
0,30
------
NOT
0,36
------
POB
4
B
------
-0,62
NOB
2
B
0,35
0,11
NOB
3
B
0,38
------
Si
-0,20
0,57
NHB
4
B
0,37
0,30
36
Figura 9. Autovetores e Factor Scores estimados através do rearranjo de 12 variáveis da matriz
original dos dados representados em um sistema gráfico bidimensional. A variável comprimento de
onda corresponde aos valores de emissão da primeira classe de fluoróforos (350nm). Escala do
Fator: 1,68. QV = Quadratura Verão; QI = Quadratura Inverno; SV = Sizígia Verão; SI = Sizígia
Inverno.
5.2.3.1.1 Fator 1 (F1)
Este é o fator principal da matriz, que responde por mais de 41,73% das
correlações. F1 apresenta uma correlação positiva entre os comprimentos de onda
emitidos e as concentrações de clorofila a. Também indica uma correlação negativa
entre as variáveis citadas acima e a salinidade, as concentrações de P-Total, N-
Total, NOB
2
B, NOB
3
B e NHB
4
B. As correlações entre cada amostra e as novas variáveis
(factor scores) são apresentadas na tabela 2 (em anexo). Os valores de factor score
37
estimados para cada amostra revelaram que estas correlações são mais fortes
preferencialmente na estação seca.
5.2.3.1.1.1 Correlação negativa entre comprimento de onda e
salinidade
Estação seca
Os resultados da PCA deste estudo indicaram que os espectros de fluorescência
da primeira classe de fluoróforos, quando correlacionados à salinidade, mostraram
que o estuário não só é influenciado pela MOD terrestre como também esta é
transformada quando entra na zona de mistura.
A intensidade de emissão na região de 450–480 nm (primeira classe de
fluoróforos) pode ser utilizada para indicar a presença ou ausência de compostos de
alta massa molecular e húmicos poli-condensados. Um aumento na emissão de
fluorescência nesta região pode ser resultante de um acréscimo de material de alta
massa molecular, portanto de origem principalmente alóctone (Chen et al., 2003).
Quando comprimentos de onda mais longos são emitidos significa que a amostra
possui uma maior quantidade de moléculas fluorescentes conjugadas e que os
fluoróforos responsáveis pela fluorescência são mais aromáticos e possuem mais
grupos funcionais. Segundo Stedmon et al., (2003) tais características são relativas
a MOD alóctone que é mais complexa, oriunda de vegetação superior rica em
taninos e ligninas.
Sabe-se que quando a MOD alóctone entra no estuário vivencia transformações
em sua constituição, o que pode afetar seu material fluorescente. Tais
transformações podem estar relacionadas à mistura de fluoróforos e a alterações na
massa molecular causados pelas diferentes condições encontradas neste novo meio
(água salgada). Dentre as alterações mais comuns estão a floculação, a
fotodegradação e a biodegradação (De Souza-Sierra, 1994). Estes processos geram
alterações na conformação da molécula cromofórica e alteram a assinatura
(comprimento de onda característico) bem como a composição (massa molecular)
38
da MOD alóctone fazendo com que estas emitam a fluorescência em comprimentos
de onda mais curtos (blue shifted). Essa queda no comprimento de onda de emissão
é geralmente atribuída a uma maior diferença de energia entre o nível não excitado
e o nível mais excitado (Coble, 1996). Senesi (1990) também atribuiu estes efeitos à
grande proximidade entre os cromatóforos aromáticos e consequentemente à
grande probabilidade de desativação dos estados excitados por redução do sinal
fluorimétrico (quenching) interno em móleculas de alto massa molecular.
Dessa forma os resultados desta pesquisa confirmaram informações da
literatura quanto à ocorrência de uma correlação negativa entre salinidade e
comprimento de onda de emissão. Isso decorre pois, quanto maior for a salinidade,
maior deverá ser a influência da zona de mistura e assim maior o efeito sobre os
fluoróforos terrestres, bem como será tanto maior a frequência do material autóctone
na composição da MOD.
Estação chuvosa
Sabe-se que a composição cromofórica da MOD não é constante (Nelson &
Siegel, 2002), sua flutuação espacial e temporal reflete os balanços entre a
produção, transformação e remoção dos ambientes aquáticos (Boehme & Wells,
2006). Dessa forma existe um interesse no entendimento das alterações não
conservativas das propriedades fluorescentes da MOD durante sua passagem pela
zona de mistura estuarina (De Souza-Sierra et al., 1997).
Da mesma forma que vários estudos reportam apenas a presença de uma
mistura conservativa da FMOD em águas estuarinas, outros autores descrevem que
em um mesmo estuário também podem ser detectadas misturas com tendências
não conservativas (De Souza-Sierra et al., 1997; Del Castillo et al., 2000), fato este
também observado no presente estudo.
Os espectros de emissão de fluorescência obtidos sugerem que a MOD
coletada durante a estação chuvosa não apresenta uma mistura conservativa. Sabe-
se que apesar da correlação negativa entre FDOM e salinidade, há também a
influência de variações sazonais como demonstrado neste trabalho e corroborado
pelos dados de Chen et al. (2002).
39
O período chuvoso do complexo estuarino de Paranaguá ocorre durante o
verão, sendo que esta estação é caracterizada por um aumento das temperaturas
da água, bem como da incidência de radiação. Essas situações podem acarretar
uma aceleração nos processos de degradação bacteriana e também uma maior
fotodegradação da MOD, tanto alóctone como autóctone e, consequentemente
causar o branqueamento dos fluoróforos.
Uma hipótese bem discutida é que a emissão em comprimentos de onda mais
curtos pode ser resultante da entrada de material alóctone envelhecido nas zonas
costeiras, ou seja, tais fluoróforos permaneceriam por longos períodos nos
ecossistemas dulcícolas expostos a fatores degradativos (fotoquímica ou
bioquímica) e então entrariam no estuário apresentando uma emissão menor que a
característica (Benner, 1998). É também de comum acordo que rios próximos de
locais agrícolas e urbanizados, como é o caso dos rios que chegam ao estuário, são
mais largos e expostos à eventos atmosféricos do que rios florestados, o que
poderia expor a MOD a maiores níveis de irradiação e também a maior degradação
gerando uma FMOD de menor massa molecular (Kelton et al., 2007).
Uma das características da zona de máxima turbidez (ZMT) é o aumento do
tempo de residência das partículas, aumentando a exposição aos fatores físico
químicos e à probabilidade da MOD em sofrer processos de perda de material
fluorescente. Além disso, a concentração de material autóctone na ZMT tende a ser
acumulada mais facilmente do que em outras regiões do estuário. Esta zona
também possui altas taxas de mistura, podendo resultar em remobilização e
suspensão da MOD que decantou, voltando esta a integrar a coluna d‟água (esta
MOD emite fluorescência em comprimentos de onda mais curtos), em períodos de
marés mais dinâmicas como as que ocorrem durante o período chuvoso. Isto resulta
em máximos de emissão em comprimentos de onda, interferindo, portanto, sobre o
comportamento conservativo da MOD (Coble et al., 1998).
As mudanças não conservativas podem também ser indicativas de que fontes
adicionais de FMOD estariam atuando nos estuários (Clark et al., 2002; Boyd &
Osburn, 2004). O estuário de Paranaguá possui vários ecossistemas distintos que
vêm, ao final, influenciar a composição de sua MOD (Lana et al., 2001). Durante o
verão, possivelmente pelo aumento da vazão e também pelo aumento na dinâmica
do sistema em relação ao inverno, é possível que a contribuição dessas fontes no
40
estuário seja ampliada. Com isso ter-se-ia uma MOD menos complexa emitindo em
comprimentos de ondas mais curtos.
A baixa intensidade de emissão de fluorescência também pode ser atribuída à
quebra de compostos aromáticos e polifenólicos e ao enriquecimento da MOD
autóctone por carboidratos não fluorescentes. Como durante o período chuvoso
(verão) há um aumento da população na região litorânea devido ao turismo,
aumenta também a entrada de compostos orgânicos diversos no estuário, bem
como na água do rio Nhundiaquara. Essa MOD recém produzida seria a responsável
pela emissão em comprimentos de onda mais curtos do espectro.
Uma outra explicação para a emissão em comprimentos de onda mais curtos é a
possibilidade de alta produtividade de materiais orgânicos excretados pelo
fitoplâncton. Estes materiais são, em sua maioria, compostos alifáticos, ácidos
orgânicos, carboidratos, e outros compostos de utilização e degradação rápida,
podendo resultar em emissão do material fluorescente em comprimentos de onda
mais curtos (Parlanti et al., 2000).
5.2.3.1.1.1 Correlação negativa entre comprimento de onda e
clorofila com os nutrientes.
Estação seca
Durante o período seco, correspondente ao inverno, os comprimentos de
onda emitidos pela MOD de Paranaguá foram relativamente mais curtos que os
observados no período chuvoso. Assim sendo a MOD demonstrou ser composta
predominantemente por compostos menos complexos e mais relacionados à SH
marinha. As concentrações de clorofila a para este período também foram mais
baixas, denotando menor quantidade de organismos fitoplanctônicos.
Sabe-se que na estação seca (inverno) o aporte de águas dulcícolas,
carreadoras de MOD com características mais aromáticas e, portanto, fluorescentes
em comprimentos de onda mais longos, é reduzido devido ao menor volume dos
rios. Isso poderia levar ao predomínio de máximos de emissão em comprimentos de
onda mais curtos nas amostras do estuário.
41
Outra correlação obtida neste trabalho é que a concentração de clorofila a
aumenta com a redução da concentração dos nutrientes essenciais ao crescimento
fitoplanctônico, isto ecologicamente pode ser explicado pelo fato de que esses
nutrientes estão sendo consumidos pelo fitoplâncton e por isso são encontrados em
menores concentrações.
Várias observações da literatura mostram que o comprimento de onda emitido
por uma amostra pode não ter relações com os valores de clorofila a (Tranvik &
Bertilsson, 2001; Rochelle-Newall & Fisher, 2002; Chen et al., 2002), ou seja, não se
deve, de fato, esperar que altos valores de clorofila a impliquem em comprimentos
de onda mais curtos (compostos mais alifaticos). Isto decorre do fato de que o
fitoplâncton não produz FMOD diretamente, existindo um espaço de tempo entre a
produção primária e a formação do material fluorescente.
Estação chuvosa
A ZMT é uma zona onde a mineralização e nitrificação são favorecidas, o que
pode estar relacionado ao longo tempo de residência das partículas. Tais processos
podem disponibilizar nutrientes ao sistema e, desta forma, intensificarem a produção
de material autóctone (compostos mais alifáticos e com emissão em comprimentos
de onda menores). Durante o verão, a correlação negativa entre comprimento de
onda e clorofila a versus nutrientes não foi observada, provavelmente por se tratar
de uma estação dinâmica e turbulenta. As chuvas carream materiais e detritos para
o sistema, as correntes ficam mais fortes, a ressuspensão é maior, o aporte de água
doce também cresce. Estas características provavelmente introduzem ao sistema
uma grande quantidade de fontes de material fluorescente fazendo com que os
comprimentos de onda observados não apresentem um padrão característico.
5.2.3.1.2 Fator 2 (F2)
Este fator responde por cerca de 14,23% das correlações obtidas nos
cruzamentos das variáveis e descreve que as amostras apresentaram uma
42
correlação positiva entre comprimento de onda, clorofila a e silicato e negativa
entre estas variáveis e os valores de POB
4
B.
Os resultados desta pesquisa indicaram que quanto mais longo o
comprimento de onda emitido, maiores foram as concentrações de silicato e
clorofila a. A partir destes resultados pode-se inferir que quanto mais influência
alóctone maiores serão as concentrações de clorofila a e silicato.
Quanto às correlações negativas entre comprimento de onda de emissão e
fosfato (POB
4
B) os resultados mostraram que quanto menor a concentração de
fosfato na água, maior o comprimento de onda emitido (mais aromático).
Novamente deve-se salientar que a ZMT é uma zona que impõe aos materiais
um longo tempo de residência. Isso faz com que a degradação seja processada
e nutrientes sejam disponibilizados, tal condição pode acarretar em um aumento
nas concentrações de fosfato. Isso por sua vez poderia levar à intensificação da
produção de material autóctone ( B
max
B emissão mais curtos). Ou seja, as
concentrações do nutriente durante o período de seca foram determinantes para
que a emissão no período fosse predominantemente marinha e desta forma a
correlação fosse apontada.
5.2.3.2 Segunda classe de fluoróforos ( Ex 450nm):
A Análise de Componentes Principais aplicada sobre a matriz de dados originais
novamente representada por dois fatores corresponde a 52,3% da variância total
dos dados. Na tabela 3 são apresentados apenas os autovetores das variáveis que
possuem valor igual ou superior a 0,10. Estas 2 novas variáveis apresentam as
correlações de dados descritas abaixo. Na tabela 4 (em anexo) estão descritos os
valores de Factor Scores para cada amostra. Na figura 10 estão representados
graficamente os vetores e Factor Scores.
43
Tabela 3. Factor loadings estimados através do rearranjo de 12 variáveis da matriz original dos
dados. Os valores de comprimento de onda correspondem à emissão da segunda classe de
fluoróforos (450nm). Apenas valores maiores ou iguais a 0,40 são apresentados. Os fatores estão
numerados consecutivamente em ordem decrescente de explicação da variância.
Como os objetivos deste estudo visam a caracterização e a contribuição da MOD
no ecossistema de Paranaguá factor scores que não englobam relações diretas com
comprimento de onda não serão discutidos.
Variável
Fator 1
Fator 2
% Variância
38,5
13,8
λ
0,181
------
Salinidade
0,384
0,197
Clorofila
-0,267
0,118
Seston
------
-0,117
OD
-0,115
0,359
POT
0,311
------
NOT
0,372
------
POB
4
B
------
-0,586
NOB
2
B
0,373
------
NOB
3
B
0,402
------
Si
-0,181
0,599
NHB
4
B
0,393
0,277
44
Figura 10. Autovetores e Factor Scores estimados através do rearranjo de 12 variáveis da matriz
original dos dados representados em um sistema gráfico bidimensional. A variável comprimento de
onda corresponde aos valores de emissão da primeira classe de fluoróforos (450nm). Escala do
Fator: 1,80. QV = Quadratura Verão; QI = Quadratura Inverno; SV = Sizígia Verão; SI = Sizígia
Inverno.
5.2.3.2.1 Fator 1 (F1):
Este fator responde por 38,5% das correlações obtidas no cruzamento de
dados da matriz original. F1 apresenta uma correlação positiva entre os valores de
comprimentos de onda de emissão, salinidade, P-Total, N-Total, NOB
2
B, NOB
3
B e NHB
4
B. A
análise do fator também aponta uma correlação negativa entre estas variáveis e os
resultados de clorofila a. Os valores de factor score estimados para cada amostra
revelaram que estas relações são encontradas preferencialmente na estação seca
(tabela 4).
45
Como verificado acima as assinaturas da MOD autóctone (estuário) e da
MOD alóctone (rio) aparentemente não apresentaram uma diferença significativa. No
entanto quando utilizada uma análise multivariada uma relação positiva entre
comprimento de onda emitido e salinidade foi verificada. Como a alteração no
comprimento de onda é pequena, a correlação entre salinidade e comprimento de
onda só foi detectada durante o período de seca. Durante esta estação existe uma
redução na quantidade de fontes adicionam de MOD em ambos os sistemas, o que
facilitaria o traçamento da MOD e assim a ocorrência de uma correlação com a
salinidade.
A presença da correlação positiva entre o comprimento de onda de emissão
da MOD e a salinidade da Baía de Paranaguá relativos à segunda classe de
fluoróforos ( Ex 450 nm) diferem dos resultados obtidos para a primeira classe ( Ex
350 nm). Nessa classe (segunda), foi verificado que há uma tendência de emissão
em comprimentos de onda mais curtos pelo material alóctone, e como mencionado
acima, o inverso para o material autóctone. Isto pode ser decorrente da agregação
molecular e formação do material particulado na ZMT resultante da alteração de
salinidade. Tal processo de floculação é, portanto, seletivo e resulta no
deslocamento do máximo de emissão como observado. Portanto, os resultados
obtidos para a segunda classe de fluoróforos não seguem o padrão de alteração do
máximo de emissão de fluorescência típico comumente observado para a primeira
classe. Tal padrão assume que a MOD dulcícola perde material aromático da 1P
a
P
classe, passando este da fase dissolvida para a particulada ao passar através da
ZMT e, como conseqüência, tem-se o deslocamento do máximo de emissão para
comprimentos de onda mais curtos.
Estudos anteriores indicam que existe um ligação entre a produção de FDOM
e a atividade bacteriana baseada em correlações positivas entre a fluorescência e a
concentração de nutrientes (Chen & Bada., 1992, Hayase & Shinozuka., 1995; Coble
et al 1998). Acredita-se que em períodos com maiores concentrações de nutrientes
é provável que a degradação bacteriana aumente e produza mais material
fluorescente marinho e que também degrade a FMOD alóctone mais facilmente.
Isso ocorre, pois as bactérias, ao fazerem a liberação dos nutrientes
dissolvidos na coluna d‟água, liberam pequenas moléculas cromofóricas que podem
ser solubilizadas e então fazer parte da MOD fluorescente.
46
Geralmente espera-se uma correlação positiva entre o comprimento de onda
e a clorofila a. TNo entanto, neste estudo verificou-se que os resultados relativos à
segunda classe de fluoróforos apontaram uma relação inversa entres estas duas
variáveisT. Misic et al. (2006) sugere que tal correlação mostra que a formação de
compostos húmicos fluorescentes nesta situação é creditada aos organismos
fitoplanctônicos e que o input via rio talvez não seja suficiente para alterar a MOD do
estuário. Ou seja, os compostos fluorescentes relativos à segunda classe, apesar de
demonstrarem correlações na PCA novamente demonstram não possuir um
comportamento conservativo, sugerindo que o efeito das condições físico-químicas
do estuário sobre a MOD alóctone seja maior do que a contribuição da MOD
dulcícola sobre a marinha na ZMT.
5.2.3.2.2 Fator 2 (F2)
Este fator responde por cerca de 13,8% das correlações obtidas nos
cruzamentos das variáveis e não engloba o comprimento de onda emitido em
suas correlações, portanto não será discutido.
5.2.3.3 Análise de similaridade (Cluster) e MDS para os
comprimentos de onda de emissão
5.2.3.3.1 Primeira classe de fluoróforos ( Ex 350nm):
Os agrupamentos dos comprimentos de onda emitidos e análise de MDS para
a primeira classe de fluoróforos seguem uma tendência similar à sua separação por
amostragem (figura 11 em anexo e figura 12, respectivamente).
Tal fato provavelmente ocorre, pois, nestas amostragens as características
físico-químicas da água não variaram suficientemente para alterar os comprimentos
de onda de máxima emissão.
47
Figura 11: Escalonamento multidimensional de dados de comprimento de onda de emissão de
350nm.
48
Figura 12. Análise hierárquica de agrupamento dos valores de emissão da primeira classe de fluoróforos (350nm) de todas as amostras. A letra
„s‟ corresponde às amostras de superfície e „f‟ corresponde às amostras de fundo. SV= sizígia verão, QV= quadratura verão, SI= sizígia inverno, QI=
quadratura inverno
49
5.2.3.3.2 Segunda classe de fluoróforos (450 nm):
Os agrupamentos dos comprimentos de onda emitidos e análise MDS para a
segunda classe de fluoróforos concordam com os agrupamentos obtidos na primeira
classe e seguem uma tendência similar à sua separação por amostragem, ou seja,
uma sazonalidade (figura 13 em anexo e figura 14, respectivamente). É provável que
nesse caso, as características físico-químicas da água não tenham variado
suficientemente para alterar os comprimentos de onda de emissão.
Figura 13: Escalonamento multidimensional de dados de comprimento de onda de emissão de
450nm.
50
Figura 14. Análise hierárquica de agrupamento dos valores de emissão da primeira classe de fluoróforos (450nm) de todas as amostras. A letra „s‟
corresponde às amostras de superfície e „f‟ corresponde às amostras de fundo. SV= sizígia verão, QV= quadratura verão, SI= sizígia inverno, QI=
quadratura inverno.
51
5.3 Excitação convencional
Os espectros de excitação convencional (simples) obtidos neste estudo foram
incapazes de apontar diferenças estruturais entre as amostras alóctones e autóctones.
Resultado similar foi obtido por Lombardi & Jardim (1999).
5.4 Excitação Sincronizada
A análise através da excitação sincronizada (figuras 15 e 16) mostrou que a
composição da FMOD da Baía de Paranaguá é semelhante à MOD estuarina descrita
anteriormente por outros autores (De Souza-Sierra et al., 1994; Coble, 1996; Lombardi
& Jardim, 1999; Peuravouri et al., 2002; Blough e Del Vecchio, 2002; Jaffe´ et al., 2004).
Figura 15. Exemplo de um espectro de excitação sincronizada obtido a partir da excitação da MOD
dulcícola ( = 18 nm).
52
Figura 16. Exemplo de um espectro de excitação sincronizada obtido a partir da excitação da MOD
estuarina ( = 18 nm).
Os picos de emissão observados nos espectros de excitação sincronizada das
amostras da Baía de Paranaguá foram relacionados aos fluoróforos correspondentes
seguindo-se a identificação descrita em trabalhos anteriores (tabela 5).
Determinados fluoróforos da MOD estuarina na Baía de Paranaguá apresentaram
variação em função da maré, da profundidade e da sazonalidade. A assinatura de cada
amostra, ou seja, os componentes formadores da FDOM está descrita nas tabelas 6 e 7
(em anexo).
53
Tabela 5. Principais componentes fluorescentes encontrados em águas naturais.
Fluoróforo
λB
em
B
Referência
Material recém-formado I
307±3nm
Mopper & Schultz, 1993; de Souza-Sierra et al., 1997;
Del Castillo, 1998; Del Castillo et al., 1999, 2000
Proteínas
310 e 350nm
Mopper & Schultz, 1993; De Souza-Sierra et al., 1997;
Del Castillo, 1998; Del Castillo et al., 2000
Compostos de 3 ou 4
anéis aromáticos
329 ±3nm e 373 ±3nm
Lombardi & Jardim, 1999; Peuravuori et al.,2002
Naftaleno e seus
conjugados
348 ±3nm
Peuravuori et al., 2002
Ácido fúlvico terrestre
360 ±3nm
Ghosh & Schnitzer, 1980 apud Lombardi, 1995
Composto de 5 anéis
aromáticos
381 ±3 nm e 418 ±3nm
Lombardi & Jardim, 1999; Peuravuori et al., 2002
SH marinha associada ao
fitoplâncton
380 a 420 nm
Coble et al., 1998; Parlanti et al. 2000; Stedmon et al.,
2003
Ácidos húmicos e
similares
420 a 480 nm
Mopper & Schultz, 1993; De Souza-Sierra et al., 1994;
Determann et al., 1994; Coble, 1996; Parlanti et al.,
2000; Stedmon et al., 2003
Compostos aromáticos
de 7 anéis benzênicos
440 ±3nm e 478 nm±3nm
Lombardi & Jardim, 1999; Peuravuori et al.,2002
Material recém-formado II
500 ±3nm
Lombardi & Jardim, 1999
Ácido fúlvico (solo)
509 ±3nm
Coble, 1996; Blough & Del Vecchio, 2002; Stedmon et
al., 2003
Efluente doméstico
512 a 531nm
Galapate et al., 1998
Ficoeritrina
584 ±3nm
Lombardi & Jardim, 1999
Não classificados
545 (±3nm), 566 (±3nm) e
595 (±3nm)
Jaffé et al., 2003
5.4.1 Materiais proteicos recém formados (λB
em
B= 307±3nm)
Sabe-se que a fluorescência de materiais protéicos é emitida em comprimentos
de onda mais curtos (Mopper & Schultz, 1993; de Souza-Sierra et al., 1997; Del Castillo,
54
1998; Del Castillo et al., 1999, 2000). Esta característica, associada à sua presença
mais frequente na estação seca, sugere que este fluoróforo relaciona-se a materiais
proteicos recém formados originados de manguezais e marismas. Este fluoróforo foi
verificado no espectro de excitação sincronizada da MOD alóctone, sugerindo que
materiais proteicos recém formados podem ser oriundos de ambientes continentais, no
caso, o Rio Nhundiaquara. Na ZMT da Baía de Paranaguá este fluoróforo foi encontrado
apenas em uma amostra durante o período chuvoso na MOD superficial da maré de
quadratura. Portanto, não foi regularmente detectado durante esta estação. Durante o
período seco, os materiais recém formados de origem proteica foram frequentemente
observados nos espectros, especialmente nas águas de fundo. Nas amostras
superficiais este fluoróforo é apenas verificado em altas salinidades, e assim mesmo,
sem muita frequência. Tal fluoróforo também é predominante em condições de maré
astronômica de sizígia (MS).
A baía de Paranaguá é margeada por manguezais, os quais constituem uma
importante fonte de detritos para o sistema (Rebello & Brandini, 1990). Lana et al.
(2001) citam que no estuário de Paranaguá, durante a estação seca, a maior
contribuição de MOD recém produzida são os detritos dos manguezais e também dos
alagados. A partir dos resultados obtidos no presente trabalho, acredita-se que os
compostos relativos a esta banda de fluorescência pertençam a tais ambientes, uma vez
que foram predominantemente registrados na estação seca, assim como em eventos de
MS, quando as águas marinhas entram em maior contato com ambientes mais internos
do estuário. Considerando que sua principal zona de localização são as águas de fundo,
supõe-se que estes materiais possam ter origem heterotrófica. Tal suposição é
corroborada por dados da literatura que confirmam que as comunidades microbianas de
fundo são responsáveis por transformar os componentes não cromofóricos em materiais
fluorescentes (Nelson et al., 1998; Rochelle-Newall & Fisher, 2002 a,b; Callahan et al.,
2004), disponibilizando desta forma material ao sistema.
55
5.4.2 Material recém formado de origem biológica (λB
em
B= 500
±3nm)
Lombardi & Jardim (1999), a partir do uso da mesma diferença entre os
comprimentos de onda de emissão e excitação ( =18 nm), relatam este mesmo pico
para as amostras de água doce e salgada, e o associam à presença de material recém-
formado de origem biológica.
Ao contrário do que foi verificado para o pico descrito anteriormente (307 nm),
também relativo a materiais recentes, este pico (500 nm) ocorre preferencialmente
durante a estação chuvosa. Tais substâncias foram encontradas na MOD do Rio
Nhundiaquara, além de serem detectadas na ZMT, o que sugere que a produtividade
alóctone pode ter contribuído para a alta ocorrência deste pico nas amostragens de
verão. Isso é explicado pela maior contribuição fluvial e de drenagem continental ao
estuário, resultado da maior precipitação neste período. Além disso, a produtividade
primária é incrementada devido ao maior aporte de nutrientes de origem continental e
devido ao aumento de temperatura. Segundo Lana et al. (2000), na estação chuvosa, a
MOD recente encontrada no estuário é derivada da produção fitoplanctônica e da
contribuição do microbentos.
A produção destes compostos é menor durante o período seco. A maior
ocorrência do fluoróforo nesta estação é na maré de quadratura (MQ) e nas amostras
de fundo, o que indica que este material recém-formado é produzido principalmente por
heterotrofia. Mesmo que na ZMT exista uma baixa produtividade primária em relação a
outros locais no estuário devido à limitada penetração da luz (Herman & Heip, 1999),
uma alta taxa de mortalidade planctônica provê MOD fresca nesta zona, o que termina
também por incentivar o crescimento bacteriano (Goosen et al., 1999; Muylaert &
Sabbe, 1999). Na Baía de Paranaguá, somada à degradação de material
fitoplanctônico, ocorre também a degradação bacteriana de material alóctone derivado
de manguezais e marismas, fazendo com que a produção de novo material fluorescente
via heterotrofia seja intensificada durante o período seco (Klinkhammer et al., 2000).
56
5.4.3 Proteínas: (λB
em
B= 310 a 350 nm)
A emissão entre 310 e 350 nm foi descrita inicialmente por Coble (1996) e
posteriormente utilizada por diversos autores (Mopper & Schultz, 1993; De Souza-Sierra
et al., 1997; Del Castillo, 1998; Del Castillo et al., 2000) como referência a materiais
proteináceos. Tais materiais estiveram presentes em quase todas as campanhas de
amostragem e são comuns tanto à MOD estuarina como à MOD de água doce. Este
fluoróforo também esteve presente em todas as amostragens efetuadas na MS (período
seco, chuvoso, superfície e fundo). As diferenças de ocorrência se restringiram à maré
de quadratura.
A ocorrência da banda λB
em
B= 310 a 350 nm nas amostras é indicativa da presença
de material derivado de fontes alóctones, mas também autóctones contribuindo com
componentes proteínaceos que posteriormente integram a MOD estuarina (De Souza-
Sierra et al., 1994; Ferrari & Mingazzini, 1995; Lu et al., 2003). Segundo Peuravuori et
al. (2002), as proteínas que fluorescem nesta banda do espectro geralmente são
compostas por aminoácidos aromáticos e outros ácidos voláteis .
Apesar de pertencer a ambientes marinhos e continentais, como verificado neste
estudo, este fluoróforo é predominantemente encontrado em águas marinhas (De
Souza-Sierra et al., 1994; Kowalczuk et al., 2003), uma vez que estas são zonas típicas
de enriquecimento biológico (Baker & Spencer, 2004). Nestas águas sua produção é
associada à produtividade primária microbiana (Mopper & Schultz, 1993, De Souza-
Sierra et al., 1994; Lombardi & Jardim, 1999) e à degradação de material proveniente de
manguezais, marismas e do perifiton (Lu & Jaffé, 2001). Atualmente acredita-se que as
proteínas sejam provenientes da liberação de componentes celulares durante o
crescimento celular fitoplanctônico, além da pastagem zooplanctônica (Baker &
Spencer, 2004). Desta forma sua ocorrência frequente nas amostras de água do
estuário de Paranaguá poderia ser esperada.
O complexo estuarino de Paranaguá apresenta uma grande diversidade de
ambientes, incluindo planícies de maré, baixios, ilhas, costões rochosos, marismas, rios
de maré (gamboas) e manguezais (Lana, 1986). Estas fontes acrescentam uma grande
57
quantidade de material orgânico ao sistema, que, ao encontrar as águas do estuário, é
metabolizado e convertido nos materiais proteínaceos encontrados nas amostras deste
estudo. As ausências de proteináceos verificadas durante a maré de quadratura, de
menor amplitude, são provavelmente devido ao menor contato das águas do estuário
com estas fontes contribuidoras (Lu et al., 2003; Jaffé et al., 2004).
Além das fontes naturais, o enriquecimento orgânico de origem antrópica pode
estar também contribuindo com a alta ocorrência de proteínaceos no sistema. Baker &
Spencer (2004) relatam uma maior ocorrência de proteínas em regiões com influência
antrópica. Desta forma, as áreas de ocupação antrópica nas margens do CEP, através
da produção de efluentes domésticos e do despejo sem controle de resíduos
domésticos, podem também ser fonte de proteináceos no estuário.
Além desta diversidade de contribuidores de proteináceos, a grande abundância
deste material nas amostras também pode ser sustentada, pois na ZMT partículas
orgânicas são submetidas a processos físico-químicos, depositadas ao fundo e então
ressuspendidas pela força da maré. Este processo disponibiliza grande quantidade de
material sustentando uma atividade biológica intensa (Herman & Heip, 1999).
A abundância de compostos proteináceos nas camadas superficiais está
relacionada aos altos índices de atividades biológicas nas zonas fóticas (Mopper &
Schultz, 1993, Parlanti et al., 2000). Desta forma, a grande frequência de proteináceos
nas amostragens realizadas neste estudo sugere uma alta produção fitoplanctônica na
camada superficial do estuário. Por outro lado, estes compostos também foram
frequentemente encontrados em camadas mais profundas; nesta zona, a atividade
heterotrófica do fundo pode ser a maior via de liberação de moléculas (Mayer et al.,
1999, Chen et al., 2003). Sendo assim, especula-se que, durante as amostragens, havia
uma grande produtividade heterotrófica no ambiente. Como no CEP os materiais
proteináceos foram encontrados na superfície e no fundo, tanto na estação seca quanto
na chuvosa, acredita-se que a produtividade primária neste estuário seja sustentada por
diferentes vias (autotrófica e heterotrófica) e estas vias são constantes sazonalmente.
58
5.4.4 Compostos de 3 ou 4 anéis aromáticos (λB
em
B=329 ±3 nm e
373 ±3nm)
Estes dois picos de emissão foram descritos anteriormente por Lombardi &
Jardim (1999) e Peuravuori et al. (2002), a partir do uso da mesma diferença entre os
comprimentos de onda de emissão e excitação (δ=18 nm) no espectro de excitação
sincronizada.
Ácidos húmicos marinhos possuem uma menor concentração de carbono
aromático em relação às substâncias húmicas de ambientes de água doce (Benner,
1998) e, portanto as amostras marinhas tendem a fluorescer em comprimentos de onda
mais curtos do que as de origem continental. De fato, neste estudo, não foi detectada
fluorescência relativa a compostos com 3 ou 4 anéis aromáticos nas amostras de
origem continental.
As análises das amostras demonstraram que este composto é
predominantemente encontrado em situações de maré de quadratura, sendo registrada
apenas uma ocorrência em maré de sizígia. Sua presença é mais frequente durante a
estação chuvosa, podendo ser encontrado tanto no fundo como na superfície, o que
sugere que sua distribuição seja constante ao longo da coluna d‟água.
5.4.5 Naftaleno e seus conjugados (λB
em
B=348 ±3nm)
Peuravuori et al. (2002) descrevem este pico em seu estudo e afirmam ser
relativo à presença de naftaleno e seus conjugados na amostra. Neste estudo, o
fluoróforo (λB
em
B=348 ±3nm) foi encontrado preferencialmente durante o período chuvoso,
podendo tanto estar relacionado à maré de sizígia (MS) quanto à de quadratura (MQ).
Durante o período seco os espectros de excitação sincronizada demonstram que o
naftaleno e seus conjugados são verificados exclusivamente na MS, ou seja, em marés
de maior amplitude, o que indica uma maior influência terrestre. Outra característica
verificada neste estudo é que em baixas salinidades o composto esteve geralmente
presente nas amostras superficiais, enquanto que em altas salinidades sua ocorrência é
59
maior nas amostras de fundo. O naftaleno foi também verificado nas amostras
provenientes do Rio Nhundiaquara, ou seja, nos espectros de excitação sincronizada
representativos da MOD alóctone.
O naftaleno possui em sua estrutura 2 ou 3 anéis aromáticos, sendo desta forma
uma substância de baixa massa molecular. Sua presença no ambiente pode tanto ser
derivada de fontes naturais, como ter origem antrópica. Em fontes naturais este grupo
de compostos é sintetizado e liberado por bactérias, fungos e outros organismos
aquáticos. Fontes antrópicas significativas destes compostos incluem efluentes
industriais e esgotos domésticos, incineração de lixo, derramamentos de petróleo (óleo
crú contém de 0,2 a 7% de PAHs), produção de asfalto, óleo creosoto e queima de
combustíveis fósseis (Fúlfaro et al., 2001). No CEP a zona de máxima turbidez localiza-
se próxima ao porto de Paranaguá, local susceptível a contaminações, e a MOD
alóctone também sofre influências antropogênicas. Portanto, neste estuário, tanto fontes
naturais quanto antrópicas acrescentam este composto ao sistema. No entanto, sabe-se
que a maior parte do naftaleno presente nos ambientes aquáticos seja acrescentada ao
sistema por atividades antrópicas (Fúlfaro et al., 2001), resultado de lixiviação do solo
urbano, das terras agrícolas, e das águas subterrâneas. Em períodos chuvosos estas
deposições são acentuadas. Tal fato foi observado no CEP, pois nesta zona a maior
frequência de naftaleno é obtida em situações de maior influência continental (período
chuvoso). Outra possível fonte deste contaminante detectado neste estudo poderia ser
originário do petróleo relacionado à ruptura do oleoduto Araucária-Paranaguá da
Petrobrás, em Fevereiro de 2001. Neste incidente, segundo a companhia,
aproximadamente 50 mil litros de petróleo bruto foram vertidos nos rios Sagrado, Meio,
Neves e Nhundiaquara (TUhttp://petrobrasri.infoinvest.com.br/UT). Ainda que a empresa
negasse, a imprensa à época noticiou que técnicos do Instituto Ambiental do Paraná
(IAP) detectaram visualmente a presença deste óleo nas águas da baía de Paranaguá e
manguezais que margeiam a baía (Folha do Paraná, 19/02/2001). Uma vez que se trata
de uma substância orgânica persistente, é possível que o naftaleno detectado no
presente estudo seja remanescente do petróleo vazado relativo a este acidente.
Em amostras de baixas salinidades este material esteve presente principalmente
na camada superficial, o que indica origem alóctone, uma vez que foi encontrado em
60
situações de maior aporte de águas continentais. Em amostras de maior salinidade, ou
seja, de maior influência marinha, a maior ocorrência de naftaleno e seus conjugados foi
obtida nas amostras de fundo, o que pode ser decorrente da afinidade desses
compostos pelo sedimento e material particulado.
5.4.6 Ácido fúlvico terrestre (λB
em
B=360 ±3nm)
Independentemente da origem do ácido fúlvico investigado, todos exibem uma
banda característica próxima de 360 nm (Ghosh & Schnitzer, 1980; apud Lombardi,
1995). Esta classe de fluoróforos, que pode caracterizar o ácido fúlvico não foi verificada
nos espectros de MOD do Rio Nhundiaquara, sugerindo que seu aporte ao estuário seja
a partir de outra fonte. Nas amostras coletadas na ZMT, este fluoróforo foi mais
freqüente no período de seca, principalmente em períodos de maré de sizígia; nesta
fase sua distribuição é controlada pela salinidade: durante baixas salinidades, este pico
é encontrado apenas na camada superficial, enquanto que em altas salinidades, sua
ocorrência é restrita à camada de fundo. Já durante o período chuvoso, sua distribuição
na coluna d‟água foi restrita à camada superficial, tanto em maré de sizígia quanto de
quadratura.
Os ácidos fúlvicos continentais são em sua maioria derivados de plantas e
resíduos de árvores que contém uma maior concentração de componentes orgânicos
fenólicos e ligno-derivados (Chen et al., 2003). A MOD trazida dos manguezais e
alagados possuem emissão característica destes componentes de alta massa molecular
(taninos). Desta forma, neste trabalho, como não foi observado esse tipo de ácido
fúlvico derivado de vegetais superiores nas amostras do Rio Nhundiaquara, conclui-se
que a fonte deste material para o CEP sejam os manguezais e os alagados.
61
5.4.7 Compostos de 5 anéis aromáticos (λB
em
B= 381 ±3 nm e 418
±3nm)
Estes dois picos de emissão foram relatados anteriormente a partir do uso da
mesma diferença entre os comprimentos de onda de emissão e excitação (δ=18 nm)
nos espectros de excitação sincronizada (Lombardi e Jardim, 1999, Peuravuori et al.,
2002). Tais picos estão relacionados a substâncias que apresentam em sua composição
química 5 anéis aromáticos.
Estas substâncias fluorescentes não foram verificadas na MOD alóctone. Nas
amostras da ZMT, sua presença é acentuada no período chuvoso. Durante este período
sua distribuição na coluna d‟água não possuiu padrão definido, sendo verificado tanto
na superfície quanto no fundo. Já na estação seca sua distribuição foi controlada pela
salinidade: em altas salinidades, os compostos de 5 anéis aromáticos foram apenas
encontrados nas águas de fundo; nas baixas salinidades, foram exclusivos de águas
superficiais. Durante o período chuvoso sua principal ocorrência foi em situações de
maré de sizígia, enquanto que no período seco, este composto, encontrado em apenas
uma amostra de MS, passou a ser dominante na MQ.
5.4.8 Material associado à produção fitoplanctônica (λB
em
B= 380 a
420 nm)
Esta banda foi amplamente descrita a partir de espectros de excitação simples
(Coble et al., 1998; Parlanti et al. 2000; Stedmon et al., 2003). Em excitação
sincronizada, foi utilizada por Parlanti et al. (2000) com uma diferença entre os
comprimentos de onda de emissão e excitação de 30nm. Sua origem é exclusivamente
marinha e provavelmente é relacionada com a produtividade primária fitoplanctônica
(Parlanti et al., 2000). Este fluoróforo não foi detectado nas amostras representativas da
MOD alóctone, o que poderia ser esperado, pois a produção fitoplanctônica em aguas
correntes é, em geral, pequena. A presença de material associado à produção
fitoplanctônica foi constante nos períodos seco e chuvoso nas águas da ZMT. Sua
62
ocorrência no período chuvoso, fase de maior aporte de nutrientes e também de
temperaturas mais altas, não apresenta padrão, uma vez que esteve igualmente
presente na coluna d‟água e também nas duas marés astronómicas (MQ e MS).
Durante o período seco sua ocorrência foi mais significativa na MOD da MS, em
situações de baixa salinidade e exclusivamente nas amostras de superfície.
A literatura apresenta duas explicações para a ocorrência deste material no
sistema: primeiramente, ele seria derivado da queda do comprimento de onda do
fluoróforo relativo aos ácidos húmicos e similares para amostras estuarinas. Essa
tendência de emissão em comprimentos de onda mais curtos é característica em
estuários, e é indicativa da perda dos comprimentos de onda mais longos, além da
conseqüente queda da sua aromaticidade (Coble, 1996). Quando este fluoróforo passa
a emitir comprimentos de onda curtos, ele deixa de ser relacionado a ácidos húmicos e
similares para ser classificado como material associado à produção fitoplanctônica (M),
ou seja, um fluoróforo de ocorrência exclusivamente marinha (Baker & Spencer, 2004).
Segundo Baker & Spencer (2004) tal redução na aromaticidade geralmente é causada
por processos degradativos como, por exemplo, a fotodegradação e a biodegradação.
Esta hipótese sugere que a grande frequência de ocorrência deste fluoróforo nas
amostras de água da ZMT são derivadas da intensa fotodegradação e biodegradação
dos fluoróforos na Baía, fato também constatado a partir dos espectros de emissão da
primeira classe de fluoróforos apresentados por este estudo.
A segunda hipótese é que o fluoróforo M é de origem marinha e caracteriza a
atividade fitoplanctônica recente (Coble et al., 1998).
Quando há crescimento do fitoplâncton e este é pastado pelo zooplâncton, uma
nova SH com ácidos húmicos é formada, esta SH emite em comprimentos de onda mais
curtos que os outros húmicos e é, segundo Coble et al., (1998) determinada como M
(Material associado à produção fitoplanctônica). A maioria das amostras marinhas deste
estudo apresentaram o pico M, sugerindo que a produtividade primária fitoplanctônica é
alta na ZMT.
Como constatado em outros estudos, neste trabalho a presença do fluoróforo M
esteve associada à banda correspondente a materiais proteínaceos (310 – 350 nm)
sugerindo uma atividade biológica recente. Estes dois fluoróforos foram observados
63
juntos como se um complementasse o outro em várias situações (Mopper & Schultz,
1993; Determann et al., 1994, 1998; Seritti et al., 1994).
As altas taxas de produção primária, freqüentemente registradas para estuários,
estão diretamente relacionadas ao aumento da concentração de nutrientes inorgânicos
dissolvidos, podendo estes serem de origem natural ou antrópica (Boynton et al., 1982;
Mallin et al., 1993; Abreu et al., 1995). Como já citado anteriormente neste estudo, o
estuário de Paranaguá possui grande diversidade de ambientes que, ao lado da
atividade antrópica no CEP fazem com que o aporte de nutrientes seja elevado e
sustentem uma alta produção primária.
5.4.9 Ácidos húmicos e similares (λB
em
B= 420 a 480 nm)
Este pico foi descrito anteriormente a partir de espectros de excitação simples
(Mopper & Schultz, 1993; De Souza-Sierra et al., 1994; Determann et al., 1994; Coble
1996; Parlanti et al., 2000; Stedmon et al., 2003). Sua presença é comum em ambos os
ambientes, sendo que quanto mais complexa for a molécula, ou seja, mais próximo de
480 nm, maior é a possibilidade de sua origem ser terrestre (Stedmon et al., 2003).
Neste trabalho este fluoróforo foi detectado em ambos os ambientes (continental
e marinho). Foi também constatada uma maior frequência de componentes que
apresentavam comprimentos de onda de emissão mais longos (“red-shifted”). Estes
picos “red-shifted” são característicos de fluoróforos com sistemas de π-eletrons mais
extensos ou com mais grupos funcionais (Baker &Spencer, 2004). Sendo assim conclui-
se que a grande frequência de comprimentos de onda mais longos caracterizam
novamente a forte influência alóctone no estuário.
Porém sabe-se que estas SH que emitem em comprimentos de onda mais longos
não são apenas adicionadas ao CEP por via fluvial, mas também por outras fontes
potenciais geradoras de uma fluorescência deslocada para comprimentos de onda mais
longos, tais como águas dos lençóis freáticos, a contribuição de manguezais e
marismas, e a própria produção na coluna d‟água (Klinkhammer et al., 2000).
64
5.4.10 Compostos com 7 anéis aromáticos (λB
em
B= 440 ±3nm e 478
nm±3nm)
Estes dois picos de emissão foram relatados anteriormente em espectros de
excitação sincronizada (δ=18 nm) (Lombardi e Jardim, 1999; Peuravuori et al., 2002) e
estão associados a comprimentos de onda de emissão de substâncias com 7 anéis
aromáticos em sua composição química. Os compostos terrestres possuem uma maior
concentração de estruturas aromáticas policondensadas (Chen et al., 2003). Desta
forma acredita-se que estes compostos tenham origem continental, uma vez que neste
estudo sua ocorrência foi detectada na amostra de MOD alóctone.
Este fluoróforo foi encontrado em toda a coluna d‟água, preferencialmente no
período chuvoso, ou seja, é característico de grande aporte de MOD alóctone. Na bacia
do rio Nhundiaquara a flutuação da vazão aumenta com o aumento da precipitação, o
que é esperado (ordinário) no processo chuva-vazão, acarretando um maior aporte de
material terrestre ao sistema.
Sua presença durante a estação chuvosa é pronunciada em condições de maré
astronômica de sizígia, maré que possui maior contato com fontes continentais. Durante
o período seco, este maior aporte via sizígia deixa de ser representativo e o composto
foi encontrado também durante a maré de quadratura.
5.4.11 Ácido fúlvico (solo) (λB
em
B= 509 ± 3nm)
Este pico foi descrito anteriormente a partir de espectros de excitação simples
(Coble 1996, Blough & Del Vecchio, 2002, Stedmon et al., 2003) e sua ocorrência é
descrita apenas em situações de influência com substratos terrestres.
Neste estudo, este fluoróforo esteve presente em duas amostragens, durante o
período chuvoso. Como o mesmo não foi detectado na amostra de MOD alóctone,
acredita-se que este fluoróforo chegou ao estuário via lixiviação, uma vez que aportes
médios de água doce provenientes da drenagem continental são superiores durante o
verão (período chuvas) em função do maior excedente hídrico e também pelo potencial
65
de erosividade pela chuva observados neste período em relação ao inverno (período
seco) (Mantovanelli, 2000).
Durante o período seco esse pico foi detectado apenas em um espectro de
excitação sincronizada da MOD da ZMT.
5.4.12 Efluente doméstico (λB
em
B= 512 a 531 nm)
Galapate et al., (1998) compararam diferentes espectros de excitação
sincronizada com o objetivo de detectar a banda de emissão característica dos efluentes
domésticos e concluíram que sua localização no espectro está entre 512 e 531 nm.
Estes autores sugerem que esta análise pode ser muito eficaz na determinação da
qualidade de água dos corpos d‟água, uma vez que é um método rápido e preciso.
As análises efetuadas através de excitação sincronizada na MOD do Rio
Nhundiaquara detectaram um pico de emissão relacionado a esta banda, o que leva a
concluir que apesar das amostragens terem sido efetuadas longe do centro urbano, o rio
ainda recebe aporte de MOD antropogênica, fato confirmado por determinações de
coliformes (Lombardi, 2006).
Outras duas amostras de água superficial da Baía apresentaram o mesmo pico,
as duas em período chuvoso (uma na quadratura e outra na sizígia), sugerindo que este
efluente chegou ao estuário via rio. A influência antropogênica é ainda restrita a
pequenos setores afetados pelas descargas de efluentes domésticos das cidades de
Paranaguá, Antonina e Guaraqueçaba (Knoppers et al., 1988). Contudo, as atividades
do Porto de Paranaguá e arredores representam uma fonte de impacto crescente para o
ecossistema da baía.
66
5.4.13 Ficoeritrina (λB
em
B= 584 ±3 nm)
A ficoeritrina é um pigmento fotossintético de natureza proteica encontrado
geralmente em algas vermelhas e cianofíceas, e seu comprimento de onda de emissão
está localizado próximo a 584 nm (Lombardi e Jardim, 1999).
O pigmento característico desta banda de emissão é produzido somente por
espécies que habitam o ambiente marinho. Esta observação foi confirmada neste
estudo, uma vez que esse pigmento não esteve presente na MOD alóctone. Neste
trabalho a variável que mostra ser determinante na distribuição da ficoeritrina é a maré
astronômica, uma vez que durante a maré de quadratura o mesmo se torna mais
frequente.
Durante a temporada chuvosa o pigmento esteve presente nas amostras de
baixas salinidades apenas nas camadas superficiais. Somente com o aumento da
salinidade, a ficoeritrina passou também a ser verificada nas camadas mais profundas.
Quando a quantidade de chuvas e a temperatura da água tendem a diminuir, a
ficoeritrina aparece mais frequentemente, sugerindo que o aporte de materiais e
nutrientes via alóctone não contribui para a presença de microalgas responsáveis pela
produção deste pigmento.
5.4.14 Fluoróforos não classificados
Este estudo constatou a presença de 3 fluoróforos pertencentes às bandas de
emissão de 545 (±3nm), 566 (±3nm) e 595 (±3nm). Tais fluoróforos constituem a MOD
autóctone da ZMT uma vez que não são detectáveis na MOD alóctone (aporte
continental). Esses compostos não foram previamente classificados por outros autores,
porém, em uma classificação ampla descrita por Jaffé et al. (2003), tem-se que tais
fluoróforos integram a classe dos ácidos húmicos e outras substâncias húmicas. Os
autores classificaram suas amostras utilizando a mesma técnica de excitação
sincronizada, porém com uma diferença entre os comprimentos de onda de emissão e
excitação de 65 nm, e sugerem que esses fluoróforos apresentam comprimentos de
onda de emissão maior ou igual a 460 nm.
67
566 ±3nm
Este fluoróforo foi observado preferencialmente nas amostras coletadas durante o
período chuvoso e nesta fase sua ocorrência demonstra estar associada a situações de
alta salinidade.
545 ±3nm
Este fluoróforo foi principalmente encontrado durante o período chuvoso. Já na
estação seca se tornou menos frequente e mais ligado à maré lunar, sendo mais
frequente na MS.
595 ±3nm
Este fluoróforo apresentou um comportamento contrário aos fluoróforos emitidos
nas bandas de 586 nm (ficoeritrina), pois geralmente quando um fluoróforo é constatado
o outro não aparece na mesma amostra. O fluoróforo 586 nm aparece mais na maré de
quadratura, enquanto o 595 nm é dominante na maré de sizígia.
68
6. Conclusões
69
Este estudo mostrou que é possível caracterizar a MOD na Baía de Paranaguá e
distinguir suas diferentes fontes através da espectroscopia de fluorescência. Cada
análise sincronizada obtida neste estudo representou uma grande quantidade de
informações espectrocópicas pertencentes à composição química das amostras.
Os espectros de excitação sincronizada obtidos neste trabalho sugerem que a
MOD na Baía de Paranaguá é uma mistura complexa de material terrestre, substâncias
húmicas de origem marinha, e matéria orgânica de origem antrópica. Constatou-se
também que esta mistura é altamente susceptível a sazonalidade e que o aporte
terrestre pode ser determinante para sustentar a produtividade na baía.
Neste estudo foram detectadas diferentes tendências de ocorrência de fluoróforos
nos períodos seco e chuvoso, marés de sizígia e quadratura e, marés enchente e
vazante. A contribuição alóctone nas águas da ZMT do estuário de Paranaguá foi
presente durante todo o período amostral deste estudo.
Nenhuma banda de emissão mostrou ser exclusiva à MOD terrestre. Todas as
bandas pertencentes a esta estiveram relacionadas à composição da MOD estuarina.
A grande diversidade de fluoróforos continentais presentes na água da Baía
também foi explicada pelo fato de que rios que se originam perto de manguezais e
cidades tendem a ter uma maior concentração de fluoróforos, sendo este o caso dos
rios que compõem o estuário de Paranaguá.
Concluiu-se também que qualquer pequena variação no rio pode demonstrar um
comportamento não conservativo, ou seja, a contribuição da MOD terrestre sobre o
estuário também se altera.
Sabe-se que no estuário de Paranaguá as correntes e a estratificação de
salinidade apresentam uma acentuada variação entre os ciclos de sizígias e de
quadraturas. A ressuspensão do material depositado no sedimento é mais pronunciada
nas marés de sizígia, enquanto nas marés de quadratura existe o predomínio da
advecção. Desta forma em termos de produtividade primária a maré de sizígia atuaria
como uma incrementadora do fitoplâncton e a maré de quadratura agiria como
facilitadora da atividade comunidade heterotrófica de fundo. A atividade do fitoplâncton é
demonstrada pelos resultados de fluorescência, como mostrado através da análise do
70
espectro de excitação sincronizado. A influência das marés na atividade dos
microorganismos foi confirmada pela análise fluorimétrica.
Os resultados deste estudo fornecem informações sobre a MOD estuarina e a
contribuição terrestre/dulciaquícola para o Sistema Estuarino de Paranaguá, uma vez
que foram investigadas sua composição química, comportamento e interações no
ambiente marinho. São escassos os estudos que examinam, de fato, a MOD terrestre
como sendo um material que atravessa a plataforma continental e entra no oceano. A
maioria dos estudos envolvendo a translocação de MOD de ecossistemas terrestres
para marinhos o fazem sob o aspecto das assinaturas características da MOD de cada
área. Esta pesquisa distingue-se pelo enfoque dinâmico relativo à contribuição sazonal
da MOD e os efeitos de diversas variáveis ambientalmente importantes, tais como
marés, salinidade e nutrientes.
71
7.Considerações Finais
72
A presença de impacto antrópico (i.e. grande quantidade de proteínas, o
branqueamento da MOD, a presença de efluentes domésticos) detectada neste estudo
através de sinais de fluorescência da MOD, fornece informações sobre a situação do
Estuário de Paranaguá e gera a necessidade de um melhor manejo da área buscando-
se reduzir a contaminação orgânica da água, não só estuarina como também de água
doce.
A melhoria nas técnicas de manejo mostra-se urgente uma vez que o Complexo
Estuarino de Paranaguá possui grande importância ecológica, patenteada pelas 16
unidades de conservação regulamentadas em sua área, além da definição pela
UNESCO como Reserva da Biosfera (Decreto de 1995). O CEP possui também
relevância econômica, visto que neste estuário localiza-se o principal porto exportador
de grãos da América do Sul, o Porto de Paranaguá. Além disso, apresenta privilegiada
vocação turística, tanto devido à presença de cidades históricas como Antonina e
Morretes, como de balneários recreativos como Pontal do Paraná e Ilha do Mel.
Poucos estudos examinam a MOD terrestre sob um enfoque dinâmico, como um
material que sofre transformações ao cruzar a plataforma continental e entrar no
oceano; raros são os estudos que avaliam sua contribuição sazonal no estuário.
Geralmente os objetivos dos estudos são restritos à obtenção das assinaturas
características de cada região, limitando a compreensão do comportamento destes
compostos em ambientes aquáticos. Além disso, acredita-se que apenas 25% da MOD
de ambientes naturais é bem caracterizada. Esta parcela compreende aminoácidos,
ácidos nucléicos, carboidratos, hidrocarbonetos, ácidos graxos e compostos fenólicos
(Thomas, 1997; Baker & Spencer, 2004). Os estudos sobre a fluorescência da MOD são
desencontrados quanto aos comprimentos de onda de excitação utilizados para
classificar as substâncias húmicas, dificultando as comparações entre os estudos e a
obtenção de conclusões com menor grau de incerteza. A necessidade da harmonização
das técnicas espectrocópicas e consequentemente a formulação de um protocolo se
torna urgente.
As respostas encontradas neste estudo provêm um guia de informações da MOD
estuarina neste importante ecossistema, uma vez que se obtiveram informações sobre
sua composição química, comportamento e interações no ambiente marinho. Porém
73
para uma maior compreensão serão necessários estudos prolongados acompanhando a
MOD anualmente. Um monitoramento deste tipo, mais longo e detalhado, pode ajudar a
compreender melhor o impacto das atividades antrópicas na região e assim contribuir
para uma melhor gestão ambiental. Ainda, estudos de longo prazo podem esclarecer o
papel deste estuário no seqüestro de carbono atmosférico e sua contribuição na
amenização dos efeitos do aquecimento global.
74
8. Referências Bibliográficas
75
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87
9. Anexos
88
Tabela 2. Factor scores extraídos para cada amostra em relação ao total de amostras sobre as 12
variáveis da matriz original dos dados. A variável (nm) corresponde aos valores de emissão da 1P
a
P
classe de fluoróforos ( Ex 350 nm). Valores positivos apresentados em negrito.
Amostra
Fator 1
Fator 2
1f quadratura verão
-0,037
-0,083
1s quadratura verão
-0,13
-0,617
2f quadratura verão
0,09
-0,486
2s quadratura verão
0,038
-0,152
3f quadratura verão
-0,135
-0,314
3s quadratura verão
-0,146
-0,287
4f quadratura verão
-0,252
-0,301
4s quadratura verão
-0,266
-0,259
5f quadratura verão
-0,067
-0,188
5s quadratura verão
0,022
-0,218
6f quadratura verão
-0,057
-0,227
6s quadratura verão
-0,249
-0,211
1f quadratura inverno
0,254
-0,045
1s quadratura inverno
0,12
0,231
2f quadratura inverno
0,3
0,006
2s quadratura inverno
0,166
0,149
3f quadratura inverno
0,181
-0,003
3s quadratura inverno
0,249
0,171
4f quadratura inverno
0,248
0,004
4s quadratura inverno
0,17
0,13
5f quadratura inverno
0,293
0,03
5s quadratura inverno
0,156
0,19
6f quadratura inverno
0,277
-0,03
6s quadratura inverno
0,219
0,125
1f sizígia verão
-0,459
0,181
1s sizígia verão
-0,421
0,053
2f sizígia verão
-0,421
0,088
2s sizígia verão
-0,473
0,113
3f sizígia verão
-0,41
0,168
3s sizígia verão
-0,616
0,344
4f sizígia verão
-0,475
0,099
4s sizígia verão
-0,471
0,083
5f sizígia verão
-0,582
0,214
5s sizígia verão
-0,404
0,119
6f sizígia verão
-0,404
0,021
6s sizígia verão
-0,343
0,055
1f sizígia inverno
0,45
0,104
1s sizígia inverno
0,324
0,132
2f sizígia inverno
0,309
0,106
2s sizígia inverno
0,21
0,027
3f sizígia inverno
0,143
0,131
3s sizígia inverno
0,215
0,059
4f sizígia inverno
0,591
0,067
4s sizígia inverno
0,46
-0,013
5f sizígia inverno
0,405
0,063
5s sizígia inverno
0,25
0,071
6f sizígia inverno
0,436
0,002
6s sizígia inverno
0,246
0,098
89
Tabela 4. Factor scores extraídos para cada amostra em relação ao total de amostras sobre as 12
variáveis da matriz original dos dados. A variável (nm) corresponde aos valores de emissão da 2P
a
P
classe de fluoróforos ( Ex 450nm). Valores positivos apresentados em negrito.
Amostra
Fator 1
Fator 2
1f quadratura verão
-0,037
-0,097
1s quadratura verão
-0,152
-0,577
2f quadratura verão
0,041
-0,35
2s quadratura verão
0,058
-0,152
3f quadratura verão
-0,149
-0,304
3s quadratura verão
-0,152
-0,327
4f quadratura verão
-0,258
-0,321
4s quadratura verão
-0,277
-0,239
5f quadratura verão
-0,066
-0,191
5s quadratura verão
-0,055
-0,17
6f quadratura verão
-0,094
-0,245
6s quadratura verão
-0,246
-0,249
1f quadratura inverno
0,197
-0,084
1s quadratura inverno
0,203
0,256
2f quadratura inverno
0,273
-0,058
2s quadratura inverno
0,174
0,145
3f quadratura inverno
0,123
-0,034
3s quadratura inverno
0,239
0,156
4f quadratura inverno
0,24
0,05
4s quadratura inverno
0,168
0,149
5f quadratura inverno
0,236
-0,007
5s quadratura inverno
0,234
0,157
6f quadratura inverno
0,167
-0,019
6s quadratura inverno
0,248
0,109
1f sizígia verão
-0,449
0,147
1s sizígia verão
-0,402
0,066
2f sizígia verão
-0,412
0,085
2s sizígia verão
-0,441
0,139
3f sizígia verão
-0,384
0,138
3s sizígia verão
-0,623
0,475
4f sizígia verão
-0,433
0,081
4s sizígia verão
-0,44
0,11
5f sizígia verão
-0,472
0,192
5s sizígia verão
-0,404
0,135
6f sizígia verão
-0,37
0,046
6s sizígia verão
-0,318
0,057
1f sizígia inverno
0,413
0,041
1s sizígia inverno
0,354
0,124
2f sizígia inverno
0,326
0,084
2s sizígia inverno
0,19
0,053
3f sizígia inverno
0,185
0,104
3s sizígia inverno
0,271
0,066
4f sizígia inverno
0,581
0,024
4s sizígia inverno
0,391
0,027
5f sizígia inverno
0,426
0,015
5s sizígia inverno
0,205
0,099
6f sizígia inverno
0,424
-0,01
6s sizígia inverno
0,268
0,104
90
Tabela 6. Composição da FMOD em cada amostra (a marca X indica a presença do fluoróforo específico).
Material
Recém
formado
Proteínas
Compostos
de 3 ou 4
anéis
aromáticos
Naftaleno
e seus
conjugados
Ácido
Fúlvico
Terrestre
Composto
de 5 anéis
aromáticos
Ácidos
húmicos e
similares
SH marinha
associada
ao
fitoplâncton
Compostos
de 7 anéis
aromáticos
Material
recém
formado
Ácido
Fúlvico
(solo)
Efluente
doméstico
Ficoeritrina
Não-
classificado
Não-
classificado
Não-
classificado
Rio
X
X
X
X
X
X
X
1f Quadra. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
X
1sQuadra. verão
X
X
X
X
X
X
X
2f Quadra. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
2sQuadra. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
3fQuadra. verão
X
X
X
X
X
X
3sQuadra. verão
X
X
X
X
X
X
X
4fQuadra. verão
X
X
X
4sQuadra. verão
X
X
X
X
X
X
X
5fQuadra. verão
X
X
X
X
X
X
5sQuadra. verão
X
X
X
X
X
X
X
6fQuadra. verão
X
X
X
X
X
X
6sQuadra. verão
X
X
X
X
X
1f Quadra. inverno
X
X
X
X
X
1sQuadra. inverno
X
X
X
X
X
X
X
X
2f Quadra. inverno
X
X
X
X
X
X
2sQuadra. inverno
X
X
X
X
X
X
3fQuadra. inverno
X
X
X
X
3sQuadra. inverno
X
X
X
X
X
X
X
4fQuadra. inverno
X
X
X
X
X
X
X
4sQuadra. inverno
X
X
X
X
X
X
5fQuadra. inverno
X
X
X
X
X
X
5sQuadra. inverno
X
X
X
X
X
X
X
6fQuadra. inverno
X
X
X
X
X
X
X
X
6sQuadra. inverno
X
X
X
X
X
1f Sizi. verão
X
X
X
X
1s Sizi. verão
X
X
X
X
X
X
2f Sizi. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
X
2s Sizi. verão
X
X
X
X
X
X
X
3f Sizi. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
91
Tabela 6. Continuação.
Material
Recém
formado
Proteínas
Compostos
de 3 ou 4
anéis
aromáticos
Naftaleno
e seus
conjugado
Ácido
Fúlvico
terrestre
Composto
de 5 anéis
aromáticos
Ácidos
húmicos e
similares
SH marinha
associada
ao
fitoplâncton
Compostos
de 7 anéis
aromáticos
Material
recém
formado
Ácido
Fúlvico
(solo)
Efluente
doméstico
Ficoeritrina
Não-
classificado
Não-
classificado
Não-
classificado
3sSizi. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
4f Sizi. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
4s Sizi. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
5f Sizi. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
5s Sizi. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
X
6s Sizi. verão
X
X
X
X
X
X
6s Sizi. verão
X
X
X
X
X
X
X
X
X
1f Sizi. inverno
X
X
X
X
X
X
X
X
1sSizi. inverno
X
X
X
X
X
2f Sizi. inverno
X
X
X
X
2s Sizi. inverno
X
X
X
X
X
X
X
X
X
3f Sizi. inverno
X
X
X
X
X
X
X
3s Sizi. inverno
X
X
X
X
X
X
X
4f Sizi. inverno
X
X
X
X
X
X
X
X
4s Sizi. inverno
X
X
X
X
5f Sizi. inverno
X
X
X
X
X
5s Sizi. inverno
X
X
X
X
X
X
X
X
6f Sizi. inverno
X
X
X
X
X
X
X
X
X
6s Sizi. inverno
X
X
X
X
X
X
X
X
92
Tabela 7. Origem e ocorrência dos fluoróforos na Baía de Paranaguá.
Fluoróforo
Origem da FMOD
Estação
Maré
Distribuição na coluna
d’água
Material recém-formado I
Manguezais, marismas e
perifíton
Mais frequente durante
período seco
Sizígia
Preferencialmente em águas
de fundo
Proteínas
Atividade microbiana,
fitoplanctônica e
zooplanctônica; manguezais,
marismas, perifíton e origem
terrestre; relacionada à
atividade antrópica
Seca e chuvosa
Sizígia e quadratura
Superfície e fundo
Compostos de 3 ou 4 anéis aromáticos
Marinha
Mais frequente durante
período chuvoso
Quadratura
Superfície e fundo
Naftaleno e seus conjugados
Antrópica
Seca (exclusivamente em
marés de sizígia) e chuvosa
(em marés de sizígia e
quadratura)
Sizígia e quadratura
Superfície (em baixas
salinidades) e fundo (altas
salinidades)
Ácido fúlvico terrestre
Derivado de vegetais e
resíduos com altas
concentrações de orgânicos,
fenólicos e ligno-derivados
Seca e chuvosa
Sizígia e quadratura
Superfície (exclusivamente
durante período chuvoso) e
fundo (período seco e
chuvoso)
Composto de 5 anéis aromáticos
Marinha
Seca e chuvosa
Mais frequente na sizígia
Superfície e fundo
93
Tabela 7.Continuação.
Fluoróforo
Origem da FMOD
Estação
Maré
Distribuição na coluna
d’água
SH marinha associada ao fitoplâncton
Marinha, associada à
produtividade biológica
recente
Seca e chuvosa
Sizígia e quadratura
Superfície e fundo
Ácidos húmicos e similares
Marinha e terrestre
Seca e chuvosa
Sizígia e quadratura
Superfície e fundo
Compostos aromáticos de 7 anéis benzênicos
Terrestre
Chuvosa
Sizígia
Superfície e fundo
Material recém-formado II
Derivados do fitoplâncton
Chuvosa
Quadratura
Preferencialmente em águas
de fundo
Ácido fúlvico (solo)
Lixiviação, erosão
Chuvosa
Sizígia e quadratura
Superfície e fundo
Efluente doméstico
Antrópica
Chuvosa
Sizígia e quadratura
Preferencialmente em águas
superficiais
Ficoeritrina
Algas vermelhas e
cianofíceas
Preferencialmente em
períodos secos
Quadratura
Superfície e fundo
Não classificados
Desconhecida
Chuvosa
Sizígia
Superfície e fundo
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