PPGECRN - Doutorado (Teses)

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    Implicações geoambientais para o desenvolvimento da teoria do sistema computacional de suporte à decisão para gestão do território e da erosão dos solos.
    (2018) Teixeira, Marcílio Baltazar; Martins Júnior, Paulo Pereira; Coutinho, Carlos Sidnei; Simão, Fúlvio Rodriguez; Oliveira, Fábio Soares de; Hadad, Renato Moreira; Martins Júnior, Paulo Pereira
    Neste trabalho, foram desenvolvidas uma metodologia e uma teoria de tomada de decisão para a gestão ambiental da Margem B do Município de São Francisco-MG, localizada a noroeste do Estado de Minas Gerais, na região do médio São Francisco. Nessa bacia hidrográfica, devido ao acelerado processo de desenvolvimento agrário e ao contínuo desmatamento da vegetação nativa (cerrado), os impactos ambientais, cada vez mais frequentes e proporcionalmente graves, vêm se tornando um problema cada vez mais recorrente. Processos erosivos e os assoreamentos de córregos, rios e nascentes têm provocado drástica redução da vazão dos rios que constituem afluentes do rio São Francisco. Assim, surgiu a necessidade de se criar uma metodologia de tomada de decisão para gestão ambiental, levando-se em consideração os aspectos geológicos, geomorfológicos, pedológicos e geotécnicos da área em estudo, por meio da tecnologia CommonKADS e do Sistema de Arquitetura de Conhecimentos, na tentativa de solucionar os problemas de instabilidade geológico-geotécnica do terreno, com a proposição de medidas de conservação, avaliação, recuperação e monitoramento ambiental.
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    Estudo ecológico de Metania spinata (Porifera) na Lagoa Verde, Minas Gerais, Brasil, e análise isotópica de oxigênio em espículas, visando interpretação paleoambiental.
    (2015) Matteuzzo, Marcela Camargo; Varajão, Angélica Fortes Drummond Chicarino; Alexandre, Anne; Ribeiro, Cecília Volkmer
    Esponjas de água doce (Porifera, Demospongiae) são produtoras de estruturas de biosílica denominadas espículas, com extraordinário valor taxonômico, e que podem apresentar-se em mais de uma categoria, conforme a espécie, tendo reconhecida utilização como marcadores ambientais. As populações dessas esponjas vivem em condições ambientais específicas e mudanças nestes ambientes provocam respostas que se traduzem na produção das diferentes categorias de espículas. As espículas são depositadas e preservam-se no sedimento de ambiente límnico após a morte da esponja. Quando há grandes concentrações de espículas no sedimento, estes constituem espongilitos. Os depósitos de espongilitos no noroeste de Minas Gerais (Brasil) são extensos, ocorrendo em aproximadamente 80 lagoas circulares ou semicirculares, e ocupam uma área de cerca de 45 Km2. Os espongilitos representam recurso mineral importante na indústria cerâmica. O processo de formação dos espongilitos dessa região ocorre há pelo menos 28 mil anos, havendo ainda hoje populações de esponjas que continuamente contribuem para os depósitos de espículas. Para compreender a formação dos depósitos, é necessário estudar o ciclo de vida dos organismos que os formam. O conhecimento ecológico relacionado às esponjas, bem como a caracterização das diferentes espículas e a sua relação com o ambiente em que se formaram, trazem informações fundamentais sobre as condições paleoambientais de deposição dos sedimentos formadores de espongilitos. Tais informações podem indicar se havia disponibilidade constante de água, ou se ocorriam eventos de estiagem. Biosílicas de diatomáceas e fitólitos têm sido intensamente estudadas através de técnicas de análises de isótopos de oxigênio, que mostram uma relação termodependente com o valor de sua composição isotópica menos o valor da composição isotópica da água em que se formou. Estas técnicas permitem determinar as condições térmicas durante a formação dos depósitos no passado através das biosílicas sedimentadas. Neste sentido, testar a técnica de análise de isótopos de oxigênio em sílica biogênica de esponjas visa à sua validação como marcadora da paleotemperatura se o fracionamento isotópico em espículas ocorre em equilíbrio com a água da sua formação. A Lagoa Verde, no noroeste de Minas Gerais onde a espécie Metania spinata (Carter, 1881) ocorre atualmente em abundância, foi selecionada para este trabalho, sendo esta espécie a que mais contribuiu para a formação dos depósitos de espongilitos. Tanto os estudos ecológicos da esponja nesta região, como as técnicas de isótopos de oxigênio, tiveram por objetivo contribuir para a interpretação paleoambiental durante a formação dos espongilitos. O estudo ecológico de M. spinata, que produz quatro categorias de espículas ao longo do seu ciclo biológico (megascleras alfa e beta, microscleras e gemoscleras) determinou a época de eclosão das gêmulas, o desenvolvimento dos espécimes, a formação das gêmulas e a morte sazonal das esponjas. À partir de um dado momento do ciclo de vida, as esponjas amostradas apresentaram uma sequencia temporal de síntese de diferentes categorias de espículas, relacionadas com a precipitação de chuvas, concentração de silício, nível d’água da lagoa, temperatura d’água e balanço entre a entrada e saída de água no sistema calculada de forma indireta (precipitação – evapotranspiração). As diferentes funções de cada espícula colaboram com as paleointerpretações onde há sedimentos com diferentes composições espiculares. Os testes de análise isotópica de oxigênio nas espículas das esponjas apresentaram resultado inverso (+0,3‰/ºC) aos estabelecidos para diatomáceas e fitólitos (-0,2 a - 0,4‰/ºC). O resultado sugere um fracionamento cinético, de causa biológica. Entretanto, a relação entre a composição isotópica das espículas com a composição isotópica da água do momento da amostragem é diretamente proporcional e incita atenção (R2=0,8, p<0,01). Novos testes se fazem necessários para compreender se após a morte da esponja e consequente depósito das espículas, estas podem sofrer alterações isotópicas com o meio, ou se a assinatura isotópica das espículas é proporcionalmente fiel à composição isotópica da água enquanto houver atividade fisiológica da esponja e, portanto, dependente da ação de enzimas específicas da síntese (silicateína) e remodelamento (silicase) da biosílica.
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    Avaliação da degradação ambiental das Veredas Três Marias com base na caracterização de solos e na fauna de formigas.
    (2013) Milanez, Cinthia Borges da Costa; Ribeiro, Sérvio Pontes
    As veredas são ecossistemas ribeirinhos, do bioma Cerrado, formados em solos arenosos com altas concentrações de turfa, sistema de drenagem superficial regulado pelo regime climático regional, sendo responsáveis pela recarga dos aquíferos. A vegetação é caracterizada por um tapete de gramíneas (capim hidrófilo), vegetação herbácea, com raros arbustos, circundados por Buritis (Mauritia flexuosa L. f.). Apesar de sua importância ecológica e elevado valor de conservação (Área de Preservação Permanente), pouco se sabe sobre os efeitos das perturbações humanas nas comunidades faunísticas nessas áreas, uma vez que muitos animais dependem desse ambiente para sua sobrevivência. Nos últimos quinze anos as veredas ficarão sujeitas à degradação proveniente da agricultura industrial mecanizada, das lavouras de soja, e da prática de monoculturas de eucaliptos. As monoculturas de eucalipto são ambientes pobres em termos de heterogeneidade espacial, ciclagem de nutrientes e espécies de fauna. Sendo assim, este estudo avaliou os impactos ambientais causados pelas plantações de eucalipto nas planícies de inundação e nos cerrados (áreas adjacentes) destas veredas, utilizando as assembleias de formigas como bioindicadoras da perda da heterogeneidade ambiental e das transformações ocorridas no solo. Foram selecionadas quatro veredas independentes, sendo duas impactadas pela monocultura de eucalipto (uma jovem e outra madura) e duas sem plantações vizinhas (consideradas “controle”).
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    Ensaios cinéticos para previsão e prevenção de drenagem ácida : estudo de caso das Indústrias Nucleares do Brasil (INB), Caldas, MG.
    (Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Abreu, Adriana Trópia de; Lena, Jorge Carvalho de
    A drenagem ácida de mina é o resultado do processo de oxidação de rochas que contêm minerais sulfetados. Este processo ocorre quando o material sulfetado é exposto a condições atmosféricas. Nestas condições, sucessivas reações de oxidação dos sulfetos levam à formação de águas ácidas. Isto é agravado quando as rochas existentes no local não têm capacidade de neutralizar o ácido formado. A condição de baixo pH da água drenada acelera o processo de solubilização de materiais sólidos (rochas, solos e sedimentos) e favorece a lixiviação de metais e metalóides tornandoos disponíveis no ambiente podendo comprometer a qualidade dos cursos d’águas adjacentes. Este quadro é muito comum em minas abandonadas onde o material retirado fica exposto como é o caso da mina Osamu Utsumi em Caldas, MG. Trata-se do primeiro complexo mínero-industrial de urânio instalado no Brasil. Este complexo foi inaugurado em 1982 e atualmente está em fase de desativação sob o controle da INB (Indústrias Nucleares do Brasil). Os métodos de controle e tratamento da DAM podem ser divididos em três vias de ação: previsão, prevenção e remediação. Nos métodos de predição ou previsão são utilizados diferentes procedimentos de ensaios estáticos e cinéticos para avaliar a capacidade ou a probabilidade de determinado material gerar ácido e bases sob determinadas condições. Quando a DAM já se encontra instalada, normalmente, são aplicados métodos de prevenção e/ou remediação. Nas metodologias de prevenção tenta-se encontrar maneiras de prevenir a sua geração ou mesmo diminuir a quantidade de ácido gerada. Na remediação são aplicadas técnicas de contenção e/ou tratamento das águas ácidas geradas. O objetivo desse trabalho foi avaliar e comparar diferentes tipos de ensaios cinéticos para previsão e prevenção da geração ácida de amostras de estéril e de rocha da mina Osamu Utsumi. Os ensaios para previsão da DAM foram realizados em colunas de lixiviação e extratores Soxhlet. Já nos ensaios para prevenção da DAM foram estudados e avaliados sistemas de coberturas secas alcalinas contendo como agentes de neutralização a lama vermelha, o calcário e a cal. Além disso, foi realizado um planejamento experimental aplicado ao ensaio de cobertura alcalina utilizando a lama vermelha no sistema de cobertura. Os lixiviados obtidos nos ensaios foram analisados para parâmetros físicoquímicos (pH, Eh, condutividade elétrica e temperatura) e metais e metalóides por ICP OES. Para entender os resultados obtidos nos ensaios cinéticos foi realizada, inicialmente, uma caracterização detalhada (física, química e mineralógica) das amostras de estéril e rocha. Nos dois tipos de ensaios cinéticos avaliados com estéril, colunas de lixiviação e extrator Soxhlet, foi observada uma diminuição nas concentrações da maioria dos elementos maiores e traços com o tempo, exceção foi observada para o Ba. A diminuição progressiva dos elementos avaliados se deve a um processo de esgotamento de sulfetos no estéril que implicam no aumento progressivo do pH. O ensaio com extrator Soxhlet impossibilitou a avaliação de alguns elementos traços, que estiveram abaixo do limite de quantificação da técnica utilizada, devido à quantidade limitada de material utilizada. Duas metodologias de ensaio cinético com extrator Soxhlet foram aplicadas a rocha: sem troca da água (ES1) e com troca diária da água (ES2). Na prática, o efluente mais concentrado gerado na primeira metodologia (ES1), poderia refletir o que ocorre na cava da mina, por exemplo. Neste ensaio foi observado uma diminuição do pH ao longo do ensaio, e como esperado, um aumento das concentrações da maioria dos elementos avaliados com o tempo. Exceções foram observadas para Ba e Fe. Já na segunda metodologia (ES2), foi observado um aumento significativo do pH, que é comparável a resultados de ensaios em colunas. No entanto, avaliação dos elementos traços eluídos ficou comprometida e grande parte deles apresentou resultados abaixo do limite de quantificação da técnica utilizada. Os sistemas de coberturas alcalinas avaliados apresentaram uma eficiência satisfatória quanto à capacidade de neutralização. As misturas realizadas com estéril do BF4 e aditivos alcalinos (cal, calcário e lama vermelha) foram suficientes para gerar águas com pH básico durante o tempo avaliado. Apesar da cobertura com calcário gerar um pH básico, esta condição não foi suficiente para neutralizar a acidez do estéril presente dentro da coluna. Assim, a cal e a lama vermelha possuíram um maior potencial neutralizador. No entanto, estes agentes neutralizantes ofereceram o inconveniente de introduzir material solúvel no lixiviado. Neste ensaio, considerando os parâmetros avaliados, foi demonstrado que o uso de mistura de lama vermelha com estéril poderia ser uma alternativa viável para o controle de geração de DAM associada à reciclagem de resíduos industriais alcalinos. No planejamento experimental aplicado ao ensaio de coberturas alcalinas com lama vermelha foi possível construir uma superfície de resposta que indicou a faixa ótima de pH em função das variáveis estudadas (concentração de lama vermelha e altura da cobertura). Além disso, este estudo tem importância na visualização da robustez do experimento. Isto possibilita alteração de cada uma das variáveis para uma mesma resposta de pH. Também foram construídas superfícies de respostas para a condutividade elétrica e Eh. Para estes parâmetros não foi obtida uma faixa ótima. Os resultados obtidos na análise das superfícies destas respostas mostram que os valores mínimos da faixa ótima de pH parecem apresentar melhores condições para controle de DAM. Os resultados das concentrações dos elementos maiores e traços avaliados nos lixiviados provenientes dos ensaios do planejamento experimental com lama vermelha revelaram que o uso da lama vermelha pode aumentar a concentração da maioria dos elementos químicos em solução, levando a uma diminuição na qualidade do efluente gerado. Isto mostra a importância de estudos que utilizem uma quantidade adequada de lama vermelha que venha limitar adição de metais e metalóides ao lixiviado.
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    Fatores ambientais condicionantes da diversidade florística em campos rupestres quartzíticos e ferruginosos no Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais.
    (Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2011) Messias, Maria Cristina Teixeira Braga; Leite, Mariangela Garcia Praça
    Duas áreas com campos rupestres quartzíticos e ferruginosos no Quadrilátero Ferrífero de Minas Gerais foram estudadas com o objetivo de verificar se a geologia e geomorfologia influenciam a flora dessas comunidades. Os campos rupestres foram estratificados pelas geoformas em três habitats: 1. Áreas inclinadas nos topos das elevações, com campos limpos; 2.Patamares, com campos limpos e 3.Porções mais baixas ou côncavas dos perfis, com campos sujos. Amostraram-se 60 parcelas (10x10m), 10 em cada habitat, alocadas aleatoriamente. Foram realizadas análises químicas, mineralógicas e granulométricas dos solos, além da determinação do teor de umidade e da proporção de rochas aflorantes. Realizaram-se estudos florísticos, fitossociológicos e análise dos espectros biológicos da vegetação, usando as formas de vida de Raunkiaer. Estimou-se o valor de cobertura e calculou-se a frequência, dominância e valor de importância (VI) das espécies. Para cada habitat, calculou-se a diversidade pelo índice de Shannon-Wiener (H’) e equabilidade de Pielou (J’). A similaridade entre os habitats foi avaliada pelo índice de Jaccard e análise de agrupamentos das parcelas. Relações entre solo e vegetação foram averiguadas por análises de correspondência canônica (CCA) entre os dados de cobertura das espécies e variáveis dos solos. Apesar dos solos analisados serem, em geral, arenosos, ácidos, com baixa fertilidade e com alto teor de metais, houve diferenças significativas entre as propriedades físicas e químicas. Os solos sobre quartzito possuem maior proporção de terra fina (grânulos < 2mm) do que aqueles sobre itabirito. No entanto o teor de macro e micronutrientes foi maior nos solos derivados de itabirito, com exceção do teor de S, que foi maior nos quartzitos. Foram inventariadas 160 espécies nos campos ferruginosos e 165 espécies nos campos rupestres quartzíticos, totalizando 263 espécies, pertencentes a 64 famílias. Nos campos rupestres declivosos com afloramentos rochosos de itabirito e nos patamares com cangas Vellozia compacta foi a espécie de maior VI. Nos campos rupestres inclinados com afloramentos de quartzito Lagenocarpus rigidus foi a espécie com maior importância, seguida por algumas fanerófitas, incluindo V. compacta. Echinolaena inflexa foi a espécie de maior VI nos patamares sobre quartzito, seguida por algumas fanerófitas e várias hemicriptófitas. Os campos sujos sobre itabirito foram dominados por E. erythropappus e V. compacta enquanto que os campos sujos sobre quartzito, por Echinolaena inflexa, Eremanthus erythropappus e outras fanerófitas. Os campos sujos foram mais diversos que os campos limpos. Os campos rupestres sobre itabirito apresentaram menor diversidade (H’=2,92) e equabilidade (J’=0,58) do que os que se encontram sobre quartzitos (H’=3,36; J’=0,66). A análise de agrupamentos indicou dois grupos principais constituídos pelas diferentes litologias. Sequencialmente, os campos sobre quartzito foram subdivididos nos diferentes habitats pré-estabelecidos. Os campos limpos ferruginosos (declivosos e em patamares) mostraram-se similares, mas segregando dos campos sujos. Fanerófitas e hemicriptófitas são as formas de vida predominantes. Os habitats estudados apresentaram espectros florísticos similares, no entanto, eles mostraram espectros de frequência e de vegetação significativamente diferentes. A CCA indicou uma clara separação entre os campos rupestres sobre itabirito e quartzito devido principalmente aos teores disponíveis de Ca, Cu, Mg, Mn e S e as características granulométricas – medida de tendência central e grau de seleção, percentagem de silte, terra fina e proporção de afloramentos rochosos. Foi verificada uma alta correlação entre as características dos solos e a cobertura das espécies vegetais. Os resultados evidenciaram a geologia e geomorfologia como determinantes da distribuição de algumas das populações, afetando a composição florística dos campos rupestres.