1) O documento descreve metodologias para estudar sistemas aquáticos, incluindo amostras de água e sedimentos em diferentes locais e estações do ano. 2) São descritas análises físicas, químicas e biológicas tanto in situ quanto em laboratório para caracterizar a qualidade da água e a interação com sedimentos. 3) As amostras de sedimentos são analisadas para determinar sua composição mineralógica, textura, nutrientes, metais e contaminantes.

1. V - Metodologias para o estudo de sistemas aquáticos

2. Redes de Amostragem
De forma a verificar a influência das características dos sedimentos no
comportamento químico da coluna de água  estudos químicos e físicos na coluna
de água e nos sedimentos de fundo
Sedimentos
Água
Os locais de
amostragem deverão
ser seleccionados de
forma a serem
representativos dos
reservatórios e dos
vários cursos de água
que os alimentam.
Rede de estações
regular de acordo com
a posição e
importância dos
variados cursos de
água

3. Redes de Amostragem
Rede de amostragem da bacia de
drenagem do rio Maranhão
(Bacia do Alto Paraopeba)

4. Redes de Amostragem
Amostragem deverá ser feita pelo menos em dois
períodos distintos do ano, no períodos mais
representativos do ciclo anual: período pós-chuva
e no período pós-seca

5. Conhecimento do funcionamento de sistemas em diferentes climas
1. Reservatórios Portugueses
Clima Mediterrânico
Maiores taxas de sedimentação
Maranhão
(outonoprimavera)
Divor
Maior eficiência da erosão pela Monte Novo
chuva
Verão quente e seco
Esvaziamento do reservatório do
Inverno chuvoso
Maranhão, 1992

6. 2. Reservatórios Brasileiros Brasil
12% das águas
doces a nível
Tucuruí (Pará) mundial
Clima Tropical
Passo Real (Rio Grande do Sul)
Capingui (Rio Grande do Sul)
Três Marias (Minas Gerais)

7. 2.1 Clima Sub-Tropical (Rio Grande do Sul)
Araucarias em Passo Real (RS)
Passo Real (RS)
Distribuição homogénea da chuva ao
longo do ciclo anual  erosão
homogénea  taxas de sedimentação
homogéneas
Capingui (RS)

8. Reservatório de Três Marias
2.2 Clima Tropical Seco
(Minas Gerais)
Invernos chuvosos
Verões quentes e secos
Precipitação: 1700 mm/ano
Brasil
Idade: 49 anos
Area: 1040 Km2

9. Reservatório de Tucurui
2.3 Clima Tropical Húmido
(região Amazónica - Pará)
Precipitação – 2400 mm/ano
Bacia Amazónica
2º maior lago
artificial do Brasil
• Area – 2850 Km2
• 29 anos

10. Metodologia de Amostragem
Coluna de água
Colheita de amostras de água para análises laboratoriais a dois níveis de
profundidade (superfície e fundo)  garrafa de Van Dorn

11. Metodologia de Amostragem
Sedimentos de fundo
Dados referentes às características texturais, mineralógicas e geoquímicas da
camada superficial dos sedimentos (20-25 cm)  draga (draga do tipo Shipeck)

12. Metodologia de Amostragem
Amostragem de perfis de sedimentos com piston corer
Distribuição vertical das
características dos sedimentos

13. Objectivos da caracterização da coluna vertical de
sedimentos
1. Determinação de
taxas de sedimentação
- datação (análise
isotópica com 210Pb e
137Cs)
2. Caracterização das
condições geológicas do
substrato
4. Evolução/modificações dos
3. Documentação das compostos orgânicos (C, N), P
modificações históricas na e minerais argilosos ao longo
distibuição vertical de dos perfis verticais
nutrientes e contaminantes

14. 5. Estudos da variabilidade de elementos químicos (N, C, S, P, K) e
metais pesados ao longo da coluna sedimentar  verificar o seu
comportamento em profundidade e avaliar a espessura de
sedimentos adequada à remoção (hipótese da dragagem)

15. Análises in situ - Coluna de Água
Perfis verticais com análise de
parâmetros físico-químicos (pH,
temperatura, oxigénio
dissolvido, potencial de oxi-
redução)

16. Análises in situ - Sedimentos
Análise do pH e Eh dos sedimentos –
conhecimento das condições exactas
dos sedimentos no fundo dos sistemas
aquáticos

17. Análises in situ - Sedimentos
Extracção de água intersticial Compreensão da dinâmica e
comportamento dos elementos
Papel dos sedimentos na qualidade da químicos nos sedimentos + cinética
água dos sistemas aquáticos das transferências de massa dos
elementos dos sedimentos  coluna
de água

18. Análises Laboratoriais - Água
 Análises químicas
 Análises biológicas
 Análises da
qualidade ecológica
Objectivos:
Nutrientes e metais
Formas dissolvidas e • Análise da qualidade da água ao longo de perfis 
particuladas relação com os impactos antrópicos na bacia de
 Oxidabilidade, alcalinidade drenagem
 Sólidos suspensos totais
 Poluentes orgânicos • Relação das características da coluna de água com as
características dos sedimentos  compreensão da
interacção dos 2 componentes do sistema

19. Análises Laboratoriais - Sedimentos
 Textura dos sedimentos: A textura constitui o primeiro e
um dos principais parâmetros a serem analisados e que
condiciona a maior parte dos restantes parâmetros físicos e
químicos dos sedimentos
Crivagem a húmido  crivagem a seco (dimensão > areia)
 sedimentómetro (laser, raios-X) - siltes e
argilas
A - Análise Granulométrica (Maranhão)
Fevereiro Setembro
100%
90%
80%
70%
60%
(%)
50%
40%
30%
20%
10%
0%
3
4
5
6
7
8
9
2
5
6
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
22
25
28
31
33
34
38
42
44
47
52
55
58
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
11
13
14
16
21
Amostras
Balastro Areia Silte Argila

20. Análises Laboratoriais - Sedimentos
 Mineralogia da fracção argilosa: identificação, caracterização, quantificação
- Difracção de Raios-X
- Fluorescência de Raios-X
- Espectrofotometria de Infravermelhos
- Análise térmica diferencial
- Análise termo gravimétrica
- Microscopia electrónica SEM e TEM
-Dissolução química selectiva
Imagens SEM de minerais argilosos

21. Difracção de Raios-X
É a técnica que fornece informações mais amplas, precisas e detalhadas quanto à
identificação, caracterização e quantificação dos minerais presentes numa argila. Além
disso é uma técnica de análise não destrutiva, rápida e muito versátil – permite vários
tipos de preparação e tratamento das amostras. Não se aplica a minerais não
cristalinos ou com cristalinidade reduzida.

22. Cada mineral tem a sua estrutura própria e o diagrama DRX respectivo mostra o
modelo de difracção da radiação-X nos planos estruturais. Na maior parte dos
sólidos (cristais), os átomos ordenam-se em planos cristalinos separados entre si
por distâncias da mesma ordem de grandeza dos comprimentos de onda dos
raios X.

23. O difractómetro é um instrumento para o
estudo de materiais através da maneira que
estes difractam raios-X de comprimento de
onda conhecido
Na análise mineralógica por DRX utiliza-se
normalmente a radiação KαCu,
monocromatizada por filtro de Ni. A
velocidade de rotação do goniómetro ou a
velocidade de registo dependem da
sensibilidade pretendida
Para a realização das medidas a amostra é girada de um ângulo θ, enquanto o
detector é girado de um ângulo 2θ. Ao incidir um feixe de raios X em um cristal, o
mesmo interage com os átomos presentes, originando o fenómeno de difracção. A
difracção de raios X ocorre segundo a Lei de Bragg , a qual estabelece a relação
entre o ângulo de difracção e a distância entre os planos que a originaram
(característicos para cada fase cristalina)

24. Lei de Bragg
nλ = 2d sen θ
n: número inteiro
λ: comprimento de onda dos raios
X incidentes
d: distância interplanar
θ: ângulo de difracção
Sabendo-se o valor de 2θ e o valor do
comprimento de onda do raio-X
podemos determinar o raios-X
(monocromático)- Quando a condição
de Bragg é satisfeita temos um pico

25. A radiação emitida pela amostra é difractada pelos planos da rede cristalina (com
espaçamento conhecido d ) de um monocristal. De acordo com a lei de Bragg (λ = 2d
sen θ ) radiação de um único comprimento de onda é difractada para cada posição
angular do cristal e a intensidade desta radiação pode ser medida com um contador
adequado.
Identificação do mineral argiloso: é feita com base no valor do espaçamento basal
dos planos cristalográficos – característico para os diferentes grupos minerais.

26. Uma das características dos minerais argilosos é o facto de poderem modificar a
dimensão da célula na direcção da estrutura planar. A incorporação de diferentes
moléculas polares modifica o espaçamento basal das argilas expansíveis, o que
permite uma melhor definição dos grupos minerais. A distinção entre minerais com
características semelhantes faz-se através da manipulação da composição do cristal
por inserção ou remoção de diferentes moléculas entre as camadas mais fracamente
ligadas. A completa identificação e caracterização de um agregado argiloso necessitam
de diversas identificações correspondentes a diferentes tratamentos. Estas operações
determinam as características de expansibilidade dos minerais argilosos.

27. 2 moléculas polares mais usadas – (1)
H2O (aumento de 5 Å na espessura da
camada); (2) etileno glicol (aumento de
7 Å na espessura da camada);
3 Estados características da amostra
para completa caracterização dos seus
minerais argilosos: (1) Amostra seca ao
ar, (2) Amostra glicolada, (3) Amostra
queimada (550 ºC)

28. Preparação das Amostras
(1) Destruição da matéria orgânica
com H2O2 pouco concentrada
(2) Separação da fracção de dimensão
inferior a 2 µm – onde se concentram
maioritariamente os minerais
argilosos:
- centrifugação – cálculo da
velocidade e tempo de centrifugação
de acordo com a distância desde o
eixo da centrífuga até ao centro do
tubo.
- pipetagem segundo a lei de Stokes:
Crivagem das fracções > 2mm e 62
µm>< 2mm; e < 62 µm.

29. (3) Concentração da suspensão por centrifugação ou floculação (adição de HCl)
(4) O concentrado é ressuspenso num pequeno volume de água com agitação ou
ultra-sons.
(5) Pipetagem da suspensão dispersa numa lâmina de vidro limpa – agregado
orientado (espessura de 0,1 mm). Convém a amostra a pipetar ser pouco
concentrada para evitar segregação dos minerais (os cristais mais pequenos ficarem
debaixo dos de maior dimensão)
Ou
(6) Esfregaço para evitar a segregação: a pasta do material é esfregada e alisada
sobre a lâmina de vidro.

31. (7) Agregados não orientados: Montagens evitando ou reduzindo a orientação
preferencial dos cristais - O material em pó é montado num porta-amostras de alumínio
Vantagens: estudar a organização estrutural dos minerais argilosos e o seu politipismo
(8) Tratamento das lâminas
- Lâmina seca ao ar ou a 30ºC em estufa
- Lâmina glicolada – Lâmina seca ao ar posta em vapores de glicol (excicador com fundo
com glicol. Lâmina em cima de placa porosa. Estufa a 60ºC durante 1 noite)
- Lâmina queimada em mufla a 550ºC durante 4 H.

33. Identificação, caracterização e distribuição espacial e temporal dos
minerais argilosos nos sistema s aquáticos

34.  Análise elementar – elementos Corg, Cinorg, Ctotal, N, O, H, S
 Análise geoquímica total 
elementos nas suas formas totais
(estrutura dos minerais silicatados,
associados a óxidos, sulfuretos,
adsorvidos nos complexos de troca
das partículas coloidais, dissolvidos na
fase aquosa dos sedimentos,
complexados ou adsorvidos a
compostos orgânicos)
 Destruição total das amostras – ataque
ácido
 Fusão
Quantificação:
 Espectrometria de absorção atómica
(AAS)
 Espectrometria de indução de plasma
(ICP-OES ou ICP-MS)

35.  Fracções inorgânicas dos elementos extraídas por processos de extracção sequencial
Análise do P nos sedimentos
Fracções Extractante Significado
P total Fusão com metaborato/ Todo o fósforo do sedimento
tetraborato de lítio – ICP
(Lab. ActLabs, Canadá)
P solúvel Lactato de amónio e ácido Fósforo da fase aquosa
acético (extracção) + ácido intersticial do sedimento,
ascórbico e molibdato de mais passível a trocas com a
amónio (determinação) – coluna de água
Espect. Abs. Molecular
P orgânico e P inorgânico Ácido sulfúrico e incineração Relação entre as formas
+ ácido ascórbico e molibdato fosfatadas orgânicas (fosfatos
de amónio (determinação) – inositóis, fosfolípidos, ácidos Papel que as
Espect. Abs. Molecular nucleicos) e inorgânicas
Extracção sequencial do P Inorgânico (formas extraíveis) condições
P solúvel e fracamente ligado Cloreto de amónio P na fase solúvel ou em químicas do
posições de troca com
ligações fracas meio e os
Al - P Fluoreto de amónio P retido em óxidos/hidróxidos sedimentos
de Al e à superfície de
minerais argilosos por desempenham
adsorção, precipitação, co- na solubilidade e
precipitação
Fe - P Hidróxido de sódio P retido em óxidos/hidróxidos fluxo dos
de Fe cristalinos/amorfos por elementos
adsorção, precipitação, co-
precipitação químicos para a
P solúvel redutível CDB (citrato sódio-ditionito P solúvel reactivo sob
sódio-bicarbonato sódio) condições de baixo potencial
coluna de água
redox
Ca - P Ácido sulfúrico P reactivo associado a calcite
e apatite

36. Capacidade de
Análise dos elementos metálicos nos sedimentos mobilização e
Extracção Definição Reagentes Químicos/ Fracção extraída biodisponibilidade
Operacional Concentração/pH
Biodisponível Ácido acético (CH3COOH) Fracção solúvel
0.5M + Acetato de directamente
Método de
Amónio (NH4CH3COO) disponível para as determinação dos
0.5M + Ácido plantas e que elementos metálicos
etilenodiaminatetraacétic poderá ser biodisponíveis –
o (EDTA) 0.02M; pH 2.85 potencialmente
libertada para a Método de Lakanen e
coluna de água Ervio
Passo Definição Reagentes Químicos/ Fracção extraída
da Operacional Concentração/pH
Extracção
1 Extraível em Ácido acético: CH3COOH Solúvel em água e
Esquema do
Ácido (0.11M); pH 2.85 ácido, ligados a procedimento da
carbonatos e em extracção sequencial
posições de troca (três-fases)
2 Redutível Cloreto de Hidróxilamónio: Ligados a óxidos de optimizada BCR para
NH2OH.HCl (0.5 M); pH ferro e manganês
1.5
sedimentos
3 Oxidável Peróxido de Hidrogénio: Ligados a matéria
H2O2 (8.8 M); pH 2-3 orgânica e
seguido de Acetato de Sulfuretos
Amónio: CH3COONH4 (1
M); pH 2

37. Análise dos elementos metálicos nos sedimentos
Passo Definição Reagentes Químicos/ Fracção extraída
da Operacional Concentração/pH
Extracção
1 Extraível em Acetato de amónio Solúvel em água e
Acetato de (1M NH4Ac, pH4.5) ácido, ligados a
amónio carbonatos e em
posições de troca
2 Redutível Hidrocloreto de Ligados a óxidos de
Hidroxilamina manganês
(0.1 M NH4OHHCl, pH 2)
3 Oxidável Oxalato de amónio Ligados a óxidos de
(0.175 M (NH4)2C2O4 – Ferro amorfos
0.1 M H2C2O4, pH 3.3 no
escuro) Esquema do
4 Oxidável Peróxido de Hidrogénio Ligados a matéria procedimento da
H2O2 35% orgânica e extracção sequencial
Sulfuretos (seis fases) de Tessier
(adaptado)
5 Oxidável Oxalato de amónio Ligados a óxidos de
(0.175 M (NH4)2C2O4 – Ferro cristalinos
0.1 M H2C2O4, pH 3.3 sob
radiação UV
6 Residual Mistura de ácidos Ligados a óxidos e
(3HCl + HNO3 ) sulfuretos
resistentes

38.  Determinação da capacidade de retenção e troca dos elementos
químicos - CTC
Brady & Weil (1999)
Método de KCl 1N, volumetria ácido-base 38

39.  Determinação dos catiões de troca
Capacidade de troca catiónica (potencial)
40,00
Tucuruí (Novembro 2006) H+Al pot
Na+
35,00
K+
Mg2+
30,00 Ca2+
25,00
Cmolc/Kg
20,00 Iões mais comuns nos
15,00 complexos de troca das
10,00
partículas coloidais – Bases
e acidez (H+ e Al 3+)
5,00
0,00
TUC 4 TUC 7 TUC 8 TUC 15 TUC 19
Amostras
Capacidade que os sedimentos têm
para a difusão e retenção de iões com
a coluna de água

40. Análises Laboratoriais – água intersticial
 Determinação do pH e Eh
 Análises dos mesmos elementos
analisados nos sedimentos
Dinâmica e fluxos dos elementos na
interface sedimento água
Composição química dos sedimentos  
composição química dos fluidos intersticiais  
composição química da coluna de água

41. Análises Laboratoriais – cores de sedimentos Na camada superficial (May 2005)
Três Marias Reservoir dos sedimentos
0,25
Total Nitrogen
Distribuição e variação temporal dos 0,2
diversos elementos  variações
relacionada com diferenças ocorridas 0,15
durante os diferentes períodos de vida
(%)
dos sistemas aquáticos 0,1
Na coluna sedimentar 0,05
N total - TM 7 0
TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM6 TM7 TM8 TM9 TM10 TM11 TM11B TM12 TM13 TM14 TM16 TM17 TM20
Samples
0-2
4-6
Profundidade Core (cm)
8-11
Evolução e influência
13-15
da actividade
22-24
antrópica (usos da
48-50
bacia, fontes pontuais
68-70 e difusas)
90-92
0 0,05 0,1 0,15 0,2
%N

42. Análises Laboratoriais – Determinação das taxas de sedimentação
Datação dos sedimentos  distribuição vertical
Pb-210 excessso do radioisótopo 210Pb
(Bq/Kg)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
2
Medição da actividade do 210Pb em excesso em
4
cada profundidade, por comparação com a
6 actividade medida na camada superficial da
8 coluna sedimentar, assumindo que a fracção de
10 210Pb “supported” (resultante da transformação
12
14
do 226Ra em 210Pb, in situ) é constante em
profundidade.
Profundidade (cm)
16
18
20
22
24
26
28
30
FAR
32
TM4
34
TM7
36
TM20
38
40

43. TM7
4,000
3,500
3,000
2,500
y = -0,0359x + 3,5169
LN(Pb-210 ex)
Série1
R² = 0,8614
2,000
Série2
1,500
Linear
1,000
(Série1)
y = -0,0317x + 3,2108
0,500 R² = 0,6541 Linear
(Série2)
0,000
0 20 40 60 80 100
Profundidade (cm)
TxSed (cm/ano) = λ/m
λ - decaimento de 210Pb (λ = 0,030108)
m - declive da recta do excesso de 210Pb em função da
profundidade
Taxa de sedimentação Idade do material
Core m
(cm/ano) (anos)
TM4 0,0345 0,87 ± 102
TM7 0,0359 0,84 ± 108
TM10 0,0482 0,62 ± 52