DEGEO - Departamento de Geologia
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Item Distribution and assessment of trace elements contamination in sediments of Conceição River Basin, Brazil.(2021) Leão, Lucas Pereira; Costa, Raphael de Vicq Ferreira da; Leite, Mariangela Garcia Praça; Nalini Júnior, Hermínio Arias; Fonseca, Rita Maria FerreiraThe Conceição river basin, in Quadrilátero Ferrífero (Iron Quadrangle), Brazil, has a long mining history which dates back to the late 17th century, with large gold and iron mines. These activities may be associated with river sediment contamination by trace elements, which were evaluated in this paper by the enrichment factor (EF) and contamination factor (CF). Potential ecological risks, assessed by combining sediment quality control guidelines (SQCG) and potential ecological risk indexes (Er and RI), are presented. Anomalous values for As (92.5 mg·kg−1 ), Cd (22.49 mg·kg−1 ), Cr (2582 mg·kg−1 ), Cu (65.9 mg·kg−1 ), Pb (58.6 mg·kg−1 ) and Zn (133.4 mg·kg−1 ) are observed. The EF and CF indexes indicate contamination by Cd, Cr, Fe, Mn, Ni and Zn in at least one site, with the highest values for Fe and Mn downstream of the iron mines, and Cr and Ni close to the gold mines. According to the SQGC and Er, As, Cd, Cr, and Ni are the most probable to result in adverse effects on sediment-dwelling organisms in this study. The results of principal component analysis (PCA) indicate distinct lithological units as sources of the analyzed elements, which, associated with the indexes, made it possible for the first time to delimit and classify the high concentrations of some analyzed elements as contamination in the Conceição river basin.Item Mapeamento geoquímico e determinação de valores de referência do cádmio, chumbo e cromo em sedimentos fluviais da bacia do Rio Maracujá, parte alta da bacia do Rio das Velhas, Minas Gerais, Brasil.(2021) Costa, Raphael de Vicq Ferreira da; Leão, Lucas PereiraA confecção de mapeamentos geoquímicos que envolvem a determinação de valores de referência tem assumido grande importância nos estudos ambientais. Os mapas gerados permitem a visualização da distribuição espacial dos elementos químicos em uma área específica, contribuindo para o reconhecimento de regiões com valores anômalos e possibilitando a identificação de suas principais fontes. Neste trabalho os resultados do mapeamento geoquímico e dos valores de referência da sub bacia do rio Maracujá, porção alta da Bacia do Rio das Velhas são apresentados. Para avaliar as características geoquímicas e determinar valores de referência do cádmio, chumbo e cromo dos sedimentos fluviais da bacia do Rio das Velhas foram coletadas 53 amostras de sedimentos de corrente. Os resultados demonstram que foi possível verificar a presença de anomalias referentes a cádmio, cromo e chumbo em regiões onde não existiam nenhum relato. Com esta pesquisa foi possível uma integração entre dados e litotipos da bacia em questão, obtendo-se valores para referência que poderão ser utilizados em futuros estudos.Item Mapeamento geoquímico do manganês e avaliação da qualidade de sedimentos fluviais e águas superficiais do Quadrilátero Ferrífero, Brasil.(2019) Leão, Lucas Pereira; Costa, Raphael de Vicq Ferreira da; Leite, Mariangela Garcia Praça; Nalini Júnior, Hermínio AriasO manganês é um contaminante natural das fontes de água, podendo ser tóxico em concentrações elevadas, estando associado a neuropatias. No Quadrilátero Ferrífero (QF), em Minas Gerais, o manganês ocorre associado sobretudo ao ferro, sendo que este apresenta ampla distribuição e elevadas concentrações na área de estudo. Neste contexto, foi realizado pela primeira vez um estudo regional da concentração do Mn no QF, sendo analisadas 541 amostras de águas superficiais e sedimentos fluviais, coletadas em trechos de bacias de terceira ordem ao longo de toda a área de estudo. A concentração total de Mn foi determinada nas águas e sedimentos através da técnica de ICP-OES. As concentrações de Mn nos sedimentos fluviais variaram de 0,1 a 28.213 mg.kg1 sendo obtido um valor de background a partir da metodologia do boxplot UIF de 1770 mg.kg-1. Observa-se que as concentrações de Mn nos sedimentos fluviais do QF são muito superiores a outros rios do mundo com comprovada contaminação por metais, como os rios Danúbio, Nilo, Tess e South Plate. Foi realizada a avaliação da qualidade dos sedimentos em relação ao Mn a partir do Fator de Enriquecimento (FE) e Fator de Contaminação (FC), sendo observados 33 amostras com enriquecimento significativo a extremamente alto (FE>10) e 27 com contaminação considerável a elevada (FC>3). Estas amostras estão concentradas nas cidades de Ouro Preto, Mariana, Itabirito, Congonhas e Santa Bárbara. As amostras de águas superficiais apresentaram concentrações de Mn variando de 0,9 a 20.296 mg.L-1, com um valor de Q3 igual a 1770 mg.L-1, que é cerca de 17 vezes maior do que o valor máximo permitido pela legislação nacional vigente de potabilidade de água (padrão organoléptico). Observa-se que as elevadas concentrações deste elemento nas águas e sedimentos estão fortemente relacionadas às litologias do Supergrupo Minas, sobretudo ao Grupo Itabira onde se encontram as grandes minerações de ferro do QF. Essa relação explica a ampla distribuição e as elevadas concentrações de Mn na área de estudo, podendo estas então estarem relacionadas a atividades antrópicas.Item Análise comparativa de metodologias de determinação de valores de referência para sedimentos de corrente.(2019) Costa, Raphael de Vicq Ferreira da; Leão, Lucas Pereira; Leite, Mariangela Garcia Praça; Nalini Júnior, Hermínio AriasA definição de valores de referência em séries de dados geoquímicos tem sido um dos principais desafios nos estudos relativos à geoquímica ambiental. Antigas metodologias eram fundamentadas em parâmetros estatísticos, na construção de tabelas, gráficos e histogramas. Contudo, estas técnicas não definem estes valores de maneira correta ou apresentam valores muito diferentes para a mesma região. Desta forma, o presente trabalho testou diferentes metodologias de determinação de valores de referência para sedimentos de corrente: média +2 desvio padrão, mediana +2 MAD, boxplot UIF, análise fractal, análise espacial com a interpolação pelo modelo IDW e as metodologias associadas, o que foi feito na região do Quadrilátero Ferrífero – Brasil, conhecida mundialmente por sua diversidade de minérios e tipos litológicos. Os resultados indicam que as técnicas mais antigas de determinação de valores de referência, notadamente a “Média + 2x desvio padrão e a Mediana + 2x MAD” demonstraram não serem efetivas para a separação das anomalias, pois superestimam ou subestimam a faixa de referência, podendo causar erros consideráveis quando são discutidos aspectos relativos à legislação ambiental. Já as metodologias “Análise fractal” e “Boxplot UIF” apresentaram, para a grande maioria dos elementos, valores bem próximos, confirmando que o intervalo de referência está correto e, demonstrando que ambas são as mais adequadas para ambientes geológicos complexos. Contudo, foram verificados para alguns elementos (Cu, Fe, Pb e Ti) valores discrepantes de 30 a 46 % entre as metodologias. No entanto, sempre que ocorreram divergências, os valores obtidos via Análise fractal demonstraram ser mais condizentes com a distribuição espacial dos elementos, além de ter apresentado os outliers em locais onde notadamente são observados litotipos ricos no elemento e impactos ambientais capazes de disponibilizá-lo para o meio.Item Geochemical mapping of potentially hazardous elements in surface waters and stream sediments of the Quadrilátero Ferrífero, Brazil.(2018) Costa, Raphael de Vicq Ferreira da; Matschullat, Jörg; Leite, Mariangela Garcia Praça; Nalini Júnior, Hermínio Arias; Leão, Lucas PereiraGeochemical mapping and the determination of baseline concentrations of potentially hazardous elements in the environment receive increasing attention. The need to know regional geochemical background data as well as the spatial allocation of areas with anomalous element concentrations and chances to identify their major sources motivate the interest. Here, results from a geochemical mapping exercise and derived related baseline values are presented. 541 stream sediment and surface waters samples have been collected across the Iron Quadrangle (IQ), Brazil, with a density of 1 sample per 13 km2. Geochemical maps were compiled using the inverse distance weighted (lDW) interpolation method. “Normal” background concentrations were distinguished from anomalies with the separation-by-concentrationrange technique, where positive anomalies were defined by the “boxplot” Upper Inner Fence (UIF) rule. The results demonstrate that more than 70% of the IQ area shows geogenic background concentration ranges for the elements studied. About 20% of the area represent positive anomalies, likely related to both near surface rock types and to human interference. Distinct anthropogenic anomalies, notably from mining activities are identified in 5– 10% of all samples. This first sampling in the IQ allows delineation of the role of lithology on the elemental composition of stream sediments, and to establish baseline values for the main river basins – thus pinpointing localities, cities and fluvial basins that are exposed to environmental risks and need to be protected.Item Geochemical mapping of arsenic in surface waters and stream sediments of the Quadrilátero Ferrífero, Brazil.(2015) Costa, Raphael de Vicq Ferreira da; Leite, Mariangela Garcia Praça; Mendonça, Fellipe Pinheiro Chagas; Nalini Júnior, Hermínio AriasUm estudo regional da concentração do arsênio em águas superficiais e sedimentos fluviais com uma alta densidade de amostragem de uma amostra para cada 13 km2 foi conduzido pela primeira vez no Quadrilátero Ferrífero (Brasil). A região foi dividida em bacias de 3ª ordem, sendo amostrados 512 trechos nessas bacias. A concentração de As foi determinada nas águas e nos sedimentos, após digestão parcial, com o auxílio de um ICP-OES. Os valores de arsênio encontrados nas águas superficiais variaram entre 57.70 e 414 μg.L-1. Já para os sedimentos de corrente, as concentrações oscilaram entre 0.63 e 1691 mg.kg-1, sendo que dos 512 pontos de amostragem 135 (26%) apresentaram concentrações de arsênio acima do limite de detecção, que é de 0,63 mg.kg -1. Também foram encontradas 106 bacias de 3ª ordem com valores acima do 3º quartil (5.09 mg.kg-1). Os resultados mostram que as elevadas concentrações deste elemento estão fortemente relacionadas com a presença de rochas do grupo Nova Lima, que contém minerais ricos em arsênio. Porém, a influência antrópica na existência destas elevadas concentrações não pode ser descartada, já que a região apresenta um histórico de mais de 300 anos de exploração de ouro.Item Mapeamento geoquímico e estabelecimento de valores de referência (background) de sedimentos fluviais do Quadrilátero Ferrífero.(2015) Costa, Raphael de Vicq Ferreira da; Leite, Mariangela Garcia PraçaO mapeamento geoquímico e a determinação de valores de referência vem obtendo uma crescente importância nos últimos anos, pois contribuem para o tripé de desenvolvimento sustentável (saúde, meio ambiente e economia) de um país. A confecção destes mapas contribui para a localização espacial de áreas com anomalias permitindo a identificação das suas prinicipais fontes, ao passo que a determinação dos valores de referência também é fundamental para distinguir os valores considerados padrão para uma determinada área das anomalias, bem como avaliar a extensão da poluição de uma mesma área. Neste trabalho, o mapeamento geoquímico de alta densidade com os respectivos valores de referência são apresentados, ambos com enfoque ambiental. Foram coletadas 541 amostras de sedimentos de corrente em todo o Quadrilátero Ferrífero, proporcionando uma densidade de amostragem de 1 amostra para cada 13 km2. Para determinar os valores de referência foram testadas diferentes metodologias, a saber: média +2 desvio padrão, mediana +2 MAD, boxplot UIF, análise fractal, análise espacial e as metodologias associadas. Para confecção dos mapas geoquímicos foi utilizada a técnica de interpolação denominada inverso da distância ponderada (IDW). Os resultados indicam que as técnicas mais antigas de determinação de valores de referência, a Média + 2x desvio padrão e a Mediana + 2x MAD não são efetivas para a separação das anomalias, pois superestimam ou subestimam a faixa de referência. As metodologias Análise fractal e Boxplot UIF apresentaram, para a grande maioria dos elementos, valores bem próximos, confirmando que o intervalo de referência está correto e, demonstrando que ambas são as mais adequadas para ambientes geológicos complexos. Contudo, o Cu, Fe, Pb e Ti apresentaram valores 30 a 46% discrepantes entre as metodologias. No entanto, observou-se que os valores obtidos via Análise fractal demonstraram ser mais condizentes com a distribuição espacial dos elementos, além de ter apresentado os outliers em locais onde notadamente são observados impactos ambientais significativos ou a presença de litotipos ricos no elemento. Com relação aos mapas geoquímicos, observou-se que 72 a 78% da área do QF não apresenta anomalias para os elementos estudados e estes valores podem ser considerados como o background litológico, cerca de 15 a 24% da área estudada apresenta anomalias que podem ser atribuídas tanto aos tipos de rocha aflorantes quanto à influência antrópica, os quais podem ser enquadrados como altos valores de referência, e 2 – 12% do total da área apresentam valores anômalos que são considerados outliers, sendo relacionados com a a interferência humana, principalmente com a mineração. Este primeiro mapeamento geoquímico da alta densidade feito no QF permitiu delinear um controle efetivo da litologia na composição química dos sedimentos, estabelecer um padrão de comportamento bem definido para cada tipo de rocha, o que permitiu a detecção de anomalias ocorridas em função da ação antrópica. Além disso, demonstrou espacialmente quais comunidades, cidades e bacias hidrográficas estão expostas a riscos ambientais e por isso necessitam ser monitoradas e protegidas.