CARACTERIZAÇÃO MAGNÉTICA, PEDOLÓGICA E GEOQUÍMICA DE SOLOS NA PERIFERIA DE COIMBRA, PORTUGAL CENTRAL MAGNETIC, PEDOLOGIC AND GEOCHEMICAL CARACTERIZATION OF SOILS IN THE COIMBRA AREA, CENTRAL PROTUGAL 1*
2
3
Ana Maria Lourenço , Helena Sant’Ovaia , Eugénio M. Sequeira , Celeste Gomes 1
1
CGUC, DCT, Universidade de Coimbra, Largo Marquês de Pombal, 3000 - 272 Coimbra, Portugal, *
[email protected] 2
Centro de Geologia da U. Porto, DGAOT, FCUP, R. Campo Alegre, 4169-007 Porto, Portugal 3
ex- Estação Agronómica Nacional, Dep.to de Pedologia, Oeiras, Portugal
Resumo O solo é a base de toda a vida terrestre e pode ser um recurso perecível. Na área envolvente de Coimbra os solos são explorados fundamentalmente para a agricultura, pelo que importa caracterizá-los no sentido de contribuir para uma melhor utilização e gestão sustentável. No presente trabalho pretende-se efectuar a caracterização magnética, pedológica e geoquímica dos solos na área envolvente da cidade de Coimbra. Foram analisadas amostras de solos superficiais e amostras colhidas ao longo de perfis, em profundidade, num total de 206 amostras. Foram determinados os seguintes parâmetros magnéticos: susceptibilidade magnética específica de massa (c), magnetização remanescente natural (MRN), magnetização remanescente isotérmica (MRI) a 1 tesla (T), -300 mT, -100 mT, -25 mT e as S-ratios (S-300 e S-100); nas amostras colhidas nos perfis de solos foram determinados os seguintes parâmetros + + + +) pedológicos: matéria orgânica, pH, K assimilável e catiões de troca (K , Ca , Na , Mg ; para um conjunto seleccionado apresenta-se a caracterização geoquímica por espectrofotometria de absorção atómica para os seguintes metais tóxicos Pb, Zn, Cr, Cu, Co e Ni. Foram estudadas as relações entre os diversos parâmetros analisados e identificadas as principais fontes de contaminação. Palavras chave: Coimbra, geoquímica, magnetismo, poluição, solos
Abstract Soil is the basis of all terrestrial life and it is important to characterize them as best as possible in order to contribute to a better use and sustainable management. The main goal of this study is to charatherize the soil in the area surrounding the city of Coimbra about is magnetic properties and geochemistry. We analyzed 206 soil samples. The following magnetic parameters were determined: mass specific magnetic susceptibility (c), natural remanent magnetization (NRM), isothermal remanent magnetization (IRM) and the S-ratios; for the samples collected in the profiles soil the + + + + following parameters were determined: organic matter, pH, K2O, K , Ca , Na , Mg . A selected set of samples was analyzed by atomic absorption spectrophotometry for the following toxic metals Pb, Zn, Cu, Cr, Cd and Ni. We studied the relationship between the parameters analyzed and identified the main sources of contamination. Keywords: Coimbra, geochemistry, magnetism, pollution, soils
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para as análises magnéticas, moídas e crivadas a 180 µm para as análises químicas (Lourenço, 2003; Lourenço et al., 2004). A c foi obtida numa balança de susceptibilidade magnética Kappabridge, modelo KLY-4S. Para determinar a MRN, a MRI a 1 T, -25 mT, -100 mT e -300 mT foram usados um magnetómetro rotativo do tipo “flugate” e um magnetizador, ambos Molspin. As análises químicas foram feitas após ataque triácido num espectrómetro de absorção atómica Perkin-Elmer 2380 com chama de aracetileno (Lourenço, 2003). Para visualização, exploração e análise da informação recorreu-se ao programa informático ArcGis (versão 9.2). Os coeficientes de correlação de Spearman foram calculados no programa SPSS v.18.
Introdução 2
A área de estudo abrange cerca de 400 km e nela afloram de este para oeste: metassedimentos ante-Mesozóicos, rochas areno-conglomeráticas com idades desde o Triásico superior ao Jurássico inferior, formações essencialmente carbonatadas e dolomíticas, de idades do Liásico inferior ao Aaleniano inferior a que segue um conjunto arenoconglomerático (Cretácico e Terciário); na zona mais a oeste afloram ainda depósitos de natureza arcosarenítica a conglomerática (Paleogénico) e depósitos quaternários representados por fácies arenoconglomeráticas, terraços e aluviões. Os solos nesta área pertencem ao grupo dos fluvissolos, cambissolos e podzois (classificação da FAO, 2006). Neste trabalho pretende-se adquirir elementos que permitam conhecer as características destes solos e estabelecer sempre que possível correlações entre as várias propriedades estudadas, no sentido de obter implicações ambientais. O uso de parâmetros magnéticos tem-se mostrado bastante promissor na sua utilização como “proxies” da contaminação/poluição dos solos. O seu aumento nas camadas superficiais do solo está normalmente associado à presença de partículas magnéticas antropogénicas, produzidas em processos que utilizam a queima de combustíveis fósseis (indústria, produção de energia, tráfego rodoviário). Este aumento superficial pode também indicar a presença de metais tóxicos, dada a capacidade destas partículas poderem adsorver este tipo de metais (Heller et al., 1998).
Resultados e conclusões O resumo estatístico das análises magnéticas e químicas é apresentado no quadro 1. Tabela 1 – Resumo estatístico determinações magnéticas e químicas.
das
n
Mín.
Máx.
Média
c -6 3 -1 (10 m kg )
207
0.05
12.487
1.23
MRN (mA/m)
32
0.62
143.10
17.94
32
0.59
107.40
18.23
32
0.38
1.03
0.80
32
0.48
1.10
0.91
Zn (mg/kg)
39
73.60
699.40
386.50
Ni (mg/kg)
39
2.60
60.60
48.30
Co (mg/kg)
39
2.60
31.60
17.10
Métodos
Cr (mg/kg)
39
21.20
60.80
41.00
A amostragem geral fez-se em malha quadrada 1 kmx1 km tendo-se optado, nalguns locais por usar uma malha de 500 m x 500 m e de 1 m x 1 m. (Fig. 1).
Cu (mg/kg)
39
19.60
136.80
78.20
Pb (mg/kg)
39
47.20
183.00
115.10
MRI 1T -3 2 -1 (10 Am kg ) S-100 (MRI-100mT/MRI1T) S-300 (MRI-300mT/MRI1T)
Foi analisada a variação espacial da c e verificou-se que revela valores tendencialmente mais elevados na proximidade do centro urbano, junto a vias de comunicação, linhas de água e particularmente junto à fábrica de cimento de Souselas (Fig. 2). Os valores mais elevados também mostram estar relacionados com a natureza do background geológico, especialmente na zona mais a este da área de estudo, constituído por rochas metamórficas.
Fig. 1 - Localização amostragem.
dos
pontos
As S-ratios podem ser utilizadas para obter informação sobre a mineralogia magnética (e.g. Bloemendal et al., 1992). Valores próximos de 1 indicam a presença de grãos ferrimagnéticos. No presente estudo, os valores médios da S100 e S-300 são -0.8 e -0.9, respectivamente, confirmando assim a presença de estruturas ferrimagnéticas do tipo magnetite “soft”.
de
As amostras foram colhidas à superfície e em profundidade, nos locais onde foram executados os perfis pedológicos. Em laboratório, as amostras foram secas a 40 ºC (Maher, 1986), desagregadas, quarteadas e crivadas a 2 mm
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Estudou-se a relação entre o teor em metais tóxicos e a c. Os coeficientes de correlação são apresentados na tabela 2. As correlações significativas verificam-se para o Cr e o Cu (para 99% e 95% de probabilidade, respectivamente).
na tabela 3. Os solos estudados pertencem ao grupo dos cambissolos e têm texturas médias a ligeiras. Muitas propriedades importantes do solo dependem da matéria orgânica (M.O), nomeadamente a retenção e o movimento da água, a adsorção e troca de catiões e a capacidade para o fornecimento de nutrientes às plantas. Tabela 3 – Parâmetros pedológicos.
-6
3
-1
Fig. 2 – Variação da c (10 m kg ) à superfície.
Uma correlação semelhante, entre c e o Co, foi encontrada também por Kapička et al., 1999. Tabela 2 – Correlação entre a c e o teor em metais tóxicos. n=39
c
c
1
Zn
0.163
Zn
Ni
Co
Cr
Cu
Pb
0.163 -0.026 -0.179 0.413** 0.349* 0.180 1
Ni -0.026 0.409**
0.409** 0.177 0.325 0.140 0.210 1
Co -0.179 0.177 0.519**
0.519** 0.067 -0.010 -0.316 1
Cr 0.413** 0.325 0.067 -0.004
-0.004 -0.196 -0.219 1
Cu 0.349* 0.140 -0.010 -0.196 0.147
0.147 0.182 1
Pb 0.180 0.210 -0.316 -0.219 0.182 0.219
Ref.ª
Mat . Org .%
pH (H2O)
K2 O
K
1A
1.54
8.3
>200
0.88
0.04
15.1
6.4
P1Bc
0.38
8
>200
0.48
0.12
17.9
8
P1Bb
0.69
8.3
>200
0.49
0.09
18.2
8
P1C1
0.31
8.5
87
0.19
0.04
25.95
4.08
P1C2
0.12
8.7
71
0.14
0.03
25.52
3.12
P2A1
8.54
5.8
191
0.4
0.06
11.5
2.64
P2A2
1.75
4.8
58
0.1
0.06
2.45
1.12
P2B
1.31
5.7
88
0.17
0.14
6.55
3.28
P2C
0.62
5.5
41
0.07
0.11
4.35
2.8
P3A
0.8
5.1
51
0.08
0.04
1.33
0.41
P3B
0.39
5.5
44
0.07
0.04
1.49
0.38
P3C1
0.21
5.6
46
0.06
0.06
1.37
0.36
P3C2
0.28
5.8
54
0.08
0.17
2.31
0.64
P4A1
1.44
5.1
107
0.2
0.03
2.64
0.78
P4A2
0.85
5.1
45
0.07
0.03
1.85
0.62
P4B
0.56
4.9
46
0.08
0.03
3.02
0.88
P4B/C
0.43
5
22
0.03
0.08
0.6
0.26
P4C
0.11
4.8
19
0.02
0.02
0.27
0.14
+
Na
+
Ca
+
Mg
+
mg/kg
Nos solos analisados, a percentagem de matéria orgânica é baixa a muito baixa. Apenas o horizonte A1 do perfil 2 apresenta valores na ordem dos 8.54% (Alta). Contudo, o perfil 3 destaca-se do conjunto por apresentar, em média, valores ainda mais baixos. Fogos florestais ou práticas agrícolas podem estar na origem da destruição da matéria orgânica. No entanto, e porque se trata de um terreno que já não é cultivado há muitos anos, e porque os fogos florestais que deflagraram na periferia da cidade de Coimbra em 2005 também atingiram esta área, pensamos ser esta a hipótese mais provável para justificar estes valores. A ocorrência de fogos florestais pode induzir a formação de minerais ferrimagnéticos (Le Borgne, 1960) e contribuir para o aumento superficial da c, o que pode explicar o padrão de variação deste parâmetro no perfil 3 (Fig. 3), uma vez que este se situa em plena floresta, afastado de fontes de poluição.
0.299 1
** Significativo para o nível 0.01 * Significativo para o nível 0.05
A existência de várias fontes de poluição, sobretudo fontes de poluição difusa, pode afectar o grau de correlação entre metais tóxicos antropogénicos e parâmetros magnéticos (Kapička et al., 2008). No entanto, no caso do Cr e do Cu, o mapeamento da c pode ser utilizado como um método rápido e “low-cost” para monitorizar o teor destes elementos nos solos superficiais. Os resultados das análises às amostras colhidas ao longo dos perfis de solo para estudo dos parâmetros pedológicos são apresentados
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Do estudo efectuado, verificou-se que as amostras de solos que se localizam junto a estradas, algumas linhas de água, estação de caminho-de-ferro e unidades fabris apresentam, em média, valores mais elevados para a c, o que mostra uma contribuição antrópica, reafirmando assim as potencialidades dos métodos magnéticos para mapear e monitorizar os níveis de poluição nos solos, nomeadamente a contaminação por metais tóxicos como o Cu e
Kapička, A., Petrovský, E., Ustjak, S., Macháčková, K. 1999. Proxy mapping of fly-ash pollution of soils around a coalburning power plant: a case study in the Czech Republic. J. Geochem. Explor. 66, 291-297. Le Borgne, E. 1960. Influence du feu sur les propriétés magnétique du sol et sur celles du schiste et du granit. Ann. Geophys. 16, 159-195. Lourenço, A.M. 2003. Parâmetros magnéticos de solos na periferia da área urbana de Coimbra. Dissert. Mest. F.C.T., Univ. Coimbra, 154p. Lourenço, A.M., Gomes, C.R., Rey D., Pratas, J. 2004. Parámetros magnéticos de los suelos de la periferia de Coimbra (Portugal). VI Congreso Geológico de Espanha, Zaragoza, 12-15. Maher B.A. 1986. Characterisation of soils by mineral magnetic measurements. Phy. Earth Plan. Int. 42, 76-92.
Fig.4 – Variação da c em profundidade no perfil 3 (cambissolo).
Cr. Deve, no entanto, acautelar-se a contribuição de outros factores para o aumento do sinal magnético tais como a ocorrência de fogos florestais e o próprio sinal do background. A análise das S-ratios permitiu-nos concluir que a fracção ferrimagnética (magnetite/maghemite) predomina sobre os restantes componentes ferromagnéticos s.l.
Referências Bibliográficas Bloemendal J., King J. W., Hall F. R., Doh S.-J. 1992. Rock magnetism of Late Neogene and Pleistocene deep-sea sediments: Relationship to sediment source, diagenetic processes, and sediment lithology. Jour. Geoph. Res. 97, 4361-4375. FAO. 2006. World reference base for soil resources. World soil resources Reports, Food and Agriculture Organisation of the United Nations, Rome. Heller, F., Strzyszcz, Z., Magiera, T. 1998. Magnetic record of industrial pollution in forest soils of Upper Silesia, Poland. J. Geoph. Res. 103, 17767-17774. I.N.E.T.I. 1992. Carta Geológica de Portugal 1/500 000 (Folha Norte). Kapička A., Petrovský E., Fialová H., Podrázský V., Dvořák I. 2008. High resolution mapping of anthropogenic pollution In the Giant Mountains National Park using soil magnetometry. Stud. Geophys. Geod. 52, 271-284.
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