biogeoquímica do c, n, p - hidrodinâmica de particulados e evolução da eutrofização na região...

Biologia Marinha

Pós-Graduação - uff

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE BIOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA MARINHA

BIOGEOQUÍMICA DO C, N, P; HIDRODINÂMICA DE PARTICULADOS E EVOLUÇÃO DA EUTROFIZAÇÃO NA REGIÃO

COSTEIRA DE NITERÓI, RJ

MAURICIO LORENZO CERDA LEMA

Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Biologia Marinha do Departamento de Biologia Marinha, Instituto de Biologia, Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para a obtenção do Título de Doutor em Biologia Marinha.

Orientador: AGUINALDO NEPOMUCENO MARQUES JR.

Niterói Junho de 2012

II

FICHA CATALOGRÁFICA

C 413 Cerda Lema, Mauricio Lorenzo

Biogeoquímica do C, N, P; hidrodinâmica de partículas e

evolução da eutrofização na região costeira de Niterói, RJ./Mau-

ricio Lorenzo Cerda Lema. – Niterói: [s. n.], 2012.

234f.

Tese – (Doutorado em Biologia Marinha) – Universidade

Federal Fluminense, 2012.

1. Biogeoquímica marinha. 2. Eutrofização. 3. Hidrodinâ-

mica de partículas. 4.Ecossistema lagunar. 5. Laguna Itaipu

(Niterói, RJ). I. Título.

CDD.: 574.52636

III

Dedicado para mis Padres, Família y Amigos.

IV

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar quero agradecer ao convênio cultural PEC-PG celebrado

entre o Brasil e o Chile, que me concedeu uma bolsa da CAPES, permitindo assim

minha manutenção econômica no Brasil (cidade de Niterói) por 4 anos como aluno

do Curso de Doutorado em Biologia Marinha, da Universidade Federal Fluminense

(UFF).

Agradeço a prestigiosa Universidade Federal Fluminense, pelo acolhimento e

infraestrutura laboratorial e de campo que foram empregadas para o

desenvolvimento desta tese de doutorado.

Agradeço a meu professor orientador Dr. Aguinaldo Nepomuceno Marques Jr.

pela confiança e pela paciência dispensada ao longo da execução deste trabalho.

Isso me permitiu aprofundar e aumentar meus conhecimentos em biogeoquímica em

ecossistemas aquáticos tropicais.

Agradeço ao Programa de Pós Graduação em Biologia Marinha e a todo seu

corpo docente e administrativo pela boa convivência e colaboração ao longo deste

trabalho.

Agradeço ao “Laboratório de Biogeoquímica de Ambientes Aquáticos”, sediado

no Departamento de Biologia Marinha (Instituto de Biologia, UFF), e a meus colegas

de laboratório pelo acolhimento, pela boa convivência e colaboração ao longo deste

trabalho.

Agradeço ao Prof. Dr. Renato Campello e a equipe do “Laboratório de

Sedimentos” do Departamento da Geoquímica (Instituto de Química, UFF) pela ajuda

nas análises granulométricas.

Agradeço aos professores Dra. Kita Chaves Damásio Macário, Dr. Roberto

Meigikos dos Anjos e Dr. Paulo Roberto Silveira Gomes, do “Laboratório de

Cronologia Nuclear”, do Instituto de Física da UFF, pelas análises relativas à datação

dos sedimentos.

Agradeço ao Centro de Prognósticos do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC)

e Instituto Nacional de Pesquisa Espaciais do Brasil (INPE) pelos dados

meteorológicos.

V

Agradeço a “Família de Itaipu”, na pessoa de Seu Chico pela ajuda prestada

durante a realização dos trabalhos de campo. Agradeço a meus amigos do

laboratório Conceição, Camila, Kelly, Vinicius, Fábio e Andressa. Agradeço meus

amigos Tê, Lulu, Milson, Nena, Zé Mauro, Zé Neto, Jaqueline, Haroldo, Jorge

(Iquique), Claudio (Valpo), Micheli, Sra. Aurora, etc. Obrigado por tudo.

VII

ÍNDICE

LISTA DE TABELAS............................................................................................... XII

LISTA DE FIGURAS................................................................................................ XIV

RESUMO.................................................................................................................. 1

ABSTRACT.............................................................................................................. 2

1. INTRODUÇÃO GERAL........................................................................................ 4

2. OBJETIVOS......................................................................................................... 9

3. ÁREA DE ESTUDO............................................................................................. 10

3.1 O Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu e a Área Costeira Adjacente........... 10

3.2 Clima................................................... ........................................................ 18

3.3 Vegetação ....................................... ........................................................... 21

3.4 Oceanografia............................................................................................... 21

3.4.1 A Corrente do Brasil............................................................................... 21

3.4.2 Massas de Água da Plataforma Continental Sudeste do Brasil (PCSB)....................................................................................................

23

3.4.3 Ressurgência.......................................................................................... 25

PRIMEIRO CAPíTULO: AMBIENTE LAGUNAR; BALANÇO DE NUTRIENTES NO SISTEMA LAGUNAR DE PIRATININGA-ITAIPU:EFEITOS DA RELIGAÇÃO DA CONEXÃO DA LAGUNA DE PIRATININGA COM O MAR ..............................................................................................................................

29

1.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................. 29

1.2 MATERIAL E MÉTODOS.............................................................................. 33

1.2.1 Amostragem............................................................................................ 33

1.2.2 Análises Laboratoriais............................................................................. 35

VIII

1.2.3 Avaliação do Estado Trófico Índice de Qualidade da Água–TRIX......................................................................

37

1.2.4 Análises Estatísticas .............................................................................. 39

1.2.5 Princípios do modelo LOICZ................................................................... 39

1.2.6 Relações estequiométricas entre os balanços não conservativos........ 44

1.3 RESULTADOS............................................................................................... 47

1.3.1 Precipitação Atmosférica, Temperatura e Salinidade........................... 47

A Praia de Adão, Prainha de Piratininga e Enseada de Itaipu........................ 47

B. SLAPI (Canal do Tibau, Canal Camboatá e Laguna de Itaipu)............... 52

1.3.2 Variação Temporal dos Nutrientes nas Água Costeiras...................... 54

A Praia de Adão, Prainha de Piratininga e Enseada de Itaipu......................... 54

B SLAPI (Canal do Tibau, Canal Camboatá e Laguna de Itaipu)................... 58

1.3.3 Disponibilidade de Nutrientes............................................................... 62

1.3.4 Clorofila-a, COP (Carbono orgânico particulado) e Seston................... 65

1.3.5 Estado Trófico ...................................................................................... 68

1.3.6 Balanço de água e sal............................................................................ 70

1.3.7 Balanço de nutrientes .......................................................................... 72

1.3.8 Balanço estequiométrico........................................................................ 74

1.4 DISCUSSÃO............................................................................................... 76

1.4.1 Padrões Espaciais e Temporais das Concentrações de Nutrientes....... 76

1.4.2 Razões C:N:P e Disponibilidade de Nutrientes...................................... 83

1.4.3 Qualidade da Água e Estado Trófico...................................................... 90

1.4.4 Balanço de massas LOICZ.................................................................... 94

IX

1.5 CONCLUÇÕES.......................................................................................... 101

SEGUNDO CAPíTULO: SEDIMENTAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA PARTICULADA NA ENSEADA DE ITAIPU, UM AMBIENTE COSTEIRO DA PLATAFORMA CONTINENTAL SUDESTE DO BRASIL............................................................................................

104

2.1 INTRODUÇÃO............................................................................................. 104

2.2 MATERIAL E METODOS............................................................................. 107

2.2.1 Amostragem............................................................................................ 107

2.2.2 Atividades de Laboratório....................................................................... 111

A Quantificação do Material Particulado (MPS)............................................... 111

B Composição Elementar C, N e P do MPS.................................................... 113

C Composição Isotópica 13C e 15N............................................................... 114

2.2.3 Dados Meteorológicos e Oceanográficos............................................... 116

2.2.4 Análise de Dados .................................................................................. 116

2.3 RESULTADOS.............................................................................................. 117

2.3.1 Condições Climáticas e Hidrológicas...................................................... 117

2.3.2 Condições Físico-Química da Coluna d’água......................................... 122

2.3.3 Composição Elementar C,N,P do e isótopos

estáveis 13C e 14N do MPS das armadilhas.........................................

126

2.3.4 Fluxos de Sedimentação e Composição Elementar C, N, P do MPS da Armadilha................................................

128

2.3.5 Variação temporal da razão N:C e isótopos estáveis

13C e 14N do MPS das Armadilhas.......................................................

132

2.4 DISCUSSÃO.................................................................................................. 134

2.4.1 Taxas de sedimentação: variação temporal........................................... 134

2.4.2 Composição do Material Sedimentar...................................................... 143

X

2.5 CONCLUSÃO................................................................................................. 152

TERCEIRO CAPÍTULO: EUTROFIZAÇÃO E QUALIDADE DA MATÉRIA ORGÂNICA AO LONGO DE REGISTROS SEDIMENTARES DA LAGUNA DE ITAIPU (RJ, BRASIL)............................................................................................

155

3.1 INTRODUÇÃO............................................................................................. 155

3.2 MATERIAL E MÉTODOS.............................................................................. 158

3.2.1 Amostragem............................................................................................ 158

3.2.2 Analise Granulométrico........................................................................... 159

3.2.3 Extração de 210Po e Datação de Sedimentos......................................... 160

3.2.4 Composição Elementar C, N e P............................................................ 162

3.2.5 Composição Isotópica C13 N15............................................................. 162

3.2.6 Análises estatísticas................................................................................ 162

3.3 RESULTADOS.............................................................................................. 163

3.3.1 Granulometria......................................................................................... 163

3.3.2 Datação de Sedimentos.......................................................................... 167

3.3.3 Composição Elementar C, N, P e Isótopos Estáveis de C, N................ 168

3.4 DISCUSSÃO.................................................................................................. 174

3.4.1 Variação dos parâmetros estatísticos granulométricos.......................... 174

3.4.2 Taxa de Sedimentação, Registros Sedimentar e Geoquímica da Matéria Orgânica....................................................................

178

3.4.3 Acumulação da Matéria Orgânica nos Sedimentos................................ 190

3.5 CONCLUSÃO................................................................................................ 194

4.0 CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES FINAIS............................................. 197

5.0 LITERATURA CITADA…………………………………………………………… 201

XI

APÊNDICE 1 ARTIGO “NUTRIENT BUDGETS IN THE ITAIPU-PIRATININGA

LAGOON SYSTEM (SOUTHEASTERN BRAZIL): EFFECTS OF

SEA-EXCHANGE MANAGEMENT

212

XII

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Resumo dos parâmetros morfométrico da área de estudo.............. 11

Tabela 1.1 Precisão e limite de detecção das metodologias analíticas utilizadas na determinação das concentrações de nutrientes. São destacados em negrito os valores utilizados nesse estudo...............................................................................................

37

Tabela 1.2 Classificação do estado trófico e qualidade da água através do TRIX (Vollenweider et al. 1998)........................................................

40

Tabela 1.3 Resumo anual dos valores, quantificações dos parâmetros e fontes dos dados utilizados para o modelo de duas caixas LOICZ aplicado para as águas costeiras e o SLAPI. (DIP= fósforo inorgânico dissolvido, DIN= nitrogênio dissolvido inorgânico).........................................................................................

43

Tabela 1.4 Sumário estatístico dos resultados obtidos para as variáveis físico-

químicas e biológicas das águas das estações fixas de amostragem (Praia de Adão - PA, Prainha Piratininga - PP, Enseada de Itaipu - EI, Canal Tibau - CT, Canal Camboatá - CC e Laguna Itaipu - LI). Os sumários correspondem ao período de abril 2009 a março de 2011. Média ± DP (Mín - Máx)...................................................................................................

49

Tabela 1.5 Sumário estatístico das razões NID:P, Si:NID, Si:P, COD:COP e COP:Clo-a obtidos nas águas das estações fixas de amostragem (Praia de Adão - PA, Prainha Piratininga - PP, Enseada de Itaipu - EI, Canal Tibau - CT, Canal Camboatá - CC e Laguna Itaipu - LI). Os sumários correspondem ao período de abril 2009 a março de 2011. Média ± DP (Mín - Máx).........................................................

64

Tabela 1.6 Sumário dos resultados dos balanços de elementos conservativos

de água e sal para o sistema Lagunar Costeiro de Piratininga-Itaipu. Vq= Volumem dos rios; Vp= Volumem da precipitação; Ve=Volumem da evaporação; Vr= Volumem residual; Vx= Volumem de mistura; Ssist= Salinidade do sistema; Ssea= Salinidade do sistema externo; Sr= Salinidade residual..........................................

72

Tabela 1.7 Sumário dos resultados dos balanços dos elementos não

conservativos, fósforo (DIP), formas nitrogenadas inorgânicas (DIN), metabolismo ecossistêmico neto (p-r) e fixação de

nitrogênio menos desnitrificação (nfix-denit) para o SLAPI.................................................................................................

74

Tabela 1.8 Matriz de correlações significativas (p<0,05) entre as principais variáveis físico-quimicas das estações marinhas costeiras (PA; PP; EI)...............................................................................................

81

XIII

Tabela 1.9 Tabela comparativa dos resultados da Temperatura (T°C), Salinidade, Nitrogênio Inorganico Dissolvido (NID), Fósforo Inorgânico Dissolvido (PID), Carbono Orgânico Particulado (COP) e Clorofila (Clo-a) obtidos com outros trabalhos...............................

83

Tabela 1.10 Classificação do Estado Trófico proposto por Håkanson & Bryhn (2008) para águas superficiais..........................................................

94

Tabela 1.11 Resultados da Classificação do Estado Trófico e comparação de

outros estudos para águas costeiras e águas do SLAPI. SD= sem dados................................................................................................

94

Tabela 1.12 Balanços do DIP e DIN em alguns estuários ecossistêmicos

costeiros do Brasil. = Tempo de residência; DIPobs e DINobs=

Observado; 1*= (N:P) assumindo como material particulado detritos do plâncton como 106; 2*= assumindo como material particulado detritos do plâncton como 16..........................................

100

Tabela 2.1 Sumário das variáveis físico-químicas e biológicos da água da

Enseada de Itaipu para todo o período de estudo. Valores referentes à média (em negrito e em caixa mais alta), desvio padrão e valores mínimos e máximos.............................................................................

125

Tabela 2.2 Estatística descritiva, das concentrações de C, N e P, das razões

isotópicas 13C e 15N e das razões N:C, N:P e C:P no MPS coletado pela armadilha de sedimentos na Enseada de Itaipu (Valores:, média ± DP, variação Mínimo e Máximo)............................

127

Tabela 2.3 Estatística descritiva dos resultados obtidos para a taxa de sedimentação (g.m2d-1), e de COP, NOP, PT e PIT (m.gm2d-1) coletado pela armadilha de sedimentos na Enseada de Itaipu (valores médios, Desvio Padrão, Máximo e Mínimo)........................

129

Tabela 3.1 Valores médios percentuais (com mínimos e máximos) das diferentes frações granulométricas dos registros sedimentares da Laguna de Itaipu................................................................................

163

XIV

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Esquemas demonstrando (a) os limites físicos da zona costeira (LOICZ, 1993), (b) o modelo de estrutura e funcionamento da interface terra-mar (Gordon, 1996) e (c) a distribuição da densidade populacional nas áreas costeiras em escala global, destacando na área costeira do Brasil ........................................................................

5

Figura 2 Bacia de Drenagem do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu, SLAPI (Fonte: Google Earth, 2011 – http://www.google.com/earth)..............

11

Figura 3 Ilustração esquemática do processo de formação de Lagoas Costeiras evidenciando as seguintes fases: (a) Há cerca de 18.000 anos o nível dos mares estava muito abaixo do nível atual. Os talvegues eram formados pelo processo Erosão/Sedimentação nas bacias fluviais; (b) Transgressão Guanabarina, há cerca de 6.000 anos. O nível do mar subiu cerca de 4 metros acima do nível atual chegando à base da Serra do Mar; (c) Primeira Regressão, há cerca de 5.000 anos. O nível do mar recuou cerca de 1 metro abaixo do nível atual. Formação de lagunas da primeira geração pelo aprisionamento das águas pelos cordões arenosos (ex. Lagunas de Piratininga e Itaipu). Fonte: (Goya, 2005)....................................................................................................

14

Figura 4 Ilustração esquemática do processo das três faces hidrológicas do

sistema Lagunar Piratininga-Itaipu destacando (a) estagnação meso-halina, (b) desequilíbrio de diluição da salinidade e (c) desequilíbrio de concentração. Fonte: (Goya, 2005)..........................

18

Figura 5 Diagrama esquemático das características da circulação atmosférica sobre Brasil na Baixa troposfera (LI=Linha Instabilidade; BC=Baixa do Chaco; JBN= Jatos de níveis; CE= Cavado Equatorial; CCM= Complexos convectivos de Mesoescala; ZCTI= Zona de Convergência Inter Tropical e ZCAS= Zona de Convergência do Atlântico Sul. Adaptado de Satyamurty P, (1998)...............................

20

Figura 6 Mapa de climas encontrados no Brasil segundo Koeppen. Fonte: Atlas Nacional do Brasil IBGE.............................................................

20

Figura 7 Representação esquemática do giro subtropical do Atlântico Sul adaptado de (Stramma 1991).............................................................

22

Figura 8 Diagrama da Plataforma Continental Sul-Sudeste do Brasil (PCSB) destacando as principais massas d’água e características oceanográficas (Ferraz, 2003, adaptado de Matsuura 1986)..............

24

Figura 9 Carta de concentrações de clorofila-a na PCSB obtida no dia 19/01/2001.Fonte:

http://www.comciencia.br/reportagens/litoral/lit18.shtml....................

27

http://www.google.com/earth)

http://www.comciencia.br/reportagens/litoral/lit18.shtml

XV

Figura 10 Carta de distribuição espacial de temperatura superficial da água do mar na PCSB para o dia 18/01/2001, destacando a ocorrência de ressurgência costeira na região entre Cabo Frio e Itaipu, no litoral do Estado do Rio de Janeiro. Fonte: http://www.comciencia.br/reportagens/litoral/lit18.shtml..............................

27

Figura 1.1 Mapa da região costeira do Município de Niterói destacando a localização geográfica das estações fixas de amostragem, na área costeira (PA: Praia de Adão; PP: Praia de Piratininga e EI: Enseada de Itaipu) e no Sistema Lagunar de Piratininga-Itaipu (CT: Canal do Tibau; CC: Canal do Camboatá; LI: Lagoa de Itaipu; R: rios que desembocam nas lagunas) na Região Oceânica de Niterói. São destacadas também as duas caixas utilizadas para modelagem biogeoquímica do LOICZ....................................................................

34

Figura 1.2 Esquema de separação e preparação das alíquotas de amostras de águas e suas finalidades analíticas (Simonassi 2010)........................

37

Figura 1.3 Diagrama simplificado caracterizando os fluxos de matéria (adaptado:

http://data.ecology.su.se/MNODE/) com (a) representação do balanço de água de um estuário e (b) representação dos fluxos de entrradas e saídas de água do sistema (flechas) ....................................................

42

Figura 1.4 Variação temporal da salinidade e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) nas estações marinhas costeiras (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu)...............................................................................

50

Figura 1.5 Variação temporal da temperatura e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) nas estações marinhas costeiras (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu)..............................................................................

50

Figura 1.6 Diagrama T/S referente aos dados obtidos para todo o período de amostragem nas estações costeiras marinhas. São destacados no diagrama os campos ocupados pelas principais massas d’água que ocorrem região (AC= Água Costeira; AT= Água Tropical; ACAS= Água Central do Atlântico Sul) e a estação do ano em que foi realizada a amostragem......................................................................

52

Figura 1.7 Variação temporal da salinidade e precipitação (média

correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) nas estações do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI).................................

54

Figura 1.8 Variação temporal da temperatura e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) nas estações do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT,


http://data.ecology.su.se/MNODE/

XVI

Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI).................................. 54

Figura 1.9 Variação temporal das concentrações dos nutrientes inorgânicos dissolvidos, SiO3 (a), PO4 (b), NO3 (c), NH4 (d) e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) em águas das estações fixas de coleta da área marinha costeira (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu).............................

57

Figura 1.10 Variação temporal das concentrações de carbono orgânico de

dissolvido COD (a), do nitrogênio total (NT) (b), do fósforo total (PT) (c) e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) em águas das estações fixas de coleta da área marinha costeira (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu)..................................................................................................

58

Figura 1.11 Variação temporal das concentrações dos nutrientes inorgânicos dissolvidos, SiO3 (a), PO4 (b), NO3 (c), NH4 (d) e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) em águas das estações fixas de coleta do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI).......................................................................

61

Figura 1.12 Variação temporal das concentrações de carbono orgânico de dissolvido COD (a), do nitrogênio total (NT) (b), do fósforo total (PT) (c) e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) em águas das estações fixas de coleta do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI)............................................

62

Figura 1.13 Relação entre as razões N:P e Si:N obtidas através das concentrações dos nutrientes inorgânicos dissolvidos nas amostras de águas das estações fixas de coleta da (a) região marinha costeira (PA - Praia de Adão, PP - Prainha Piratininga e EI - Enseada de Itaipu) e (b ) do SLAPI (CT - Canal Tibau, CC - Canal Camboatá e LI - Laguna de Itaipu). O termo N na razão correspondente ao somatório das espécies de nitrogênio inorgânico medidas nas amostras (NO3 + NO2 + NH4).........................................

65

Figura 1.14 Variação temporal das concentrações de clorofila-a (a), COP (b), seston (c) e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) águas das estações fixas de coleta da área marinha costeira (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu)...........................................................................

67

Figura 1.15 Variação temporal das concentrações de clorofila-a (a), COP (f) e seston (b) e precipitação (c) (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) em águas das estações fixas de coleta do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI)..................................

68

XVII

Figura 1.16 Variação temporal do Índice TRIX nas águas (a) das estações fixas de coleta da área marinha costeira (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu) e (b) do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI). AT= Alta, BO= Boa, RM= Ruim, PS= Péssima..............................................................................................

70

Figura 1.17 Balanço de água e sal para o Sistema Lagunar Costeiro de Piratininga-Itaipu para (a) 2005-2006 e (b) 2009-2010. Fluxo de água (m3 ano-1 x 106); fluxo de sal (m3 ano-1 x 106).............................

72

Figura 1.18 Fluxos de fósforo inorgânico dissolvido para a área costeira e SLAPI a=2005-2006 y b=2009-2010. Fluxos em 103mol ano-1.......................

74

Figura 1.19 Fluxos de fósforo inorgânico dissolvido para a área costeira e SLAPI a=2005-2006 y b=2009-2010. Fluxos em 103mol ano-1.....................

76

Figura 1.20 Correlações entre a salinidade e SiO3, NT, PT, Seston e COP, praia de Adão...............................................................................................

80

Figura 1.21 Correlações entre a Temperatura e NT, PT, COD e COP, praia de

Adão.................................................................................................... 81

Figura 1.22 Variação das rações N:P (a), Si:N (b) e Si:P nas estações marinhas costeiras adjacentes ao Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu. A linha vermelha pontilhada corresponde as Razões de Redfield (N:P= 16; Si:N=1).................................................................................................

87

Figura 1.23 Registro fotográfico de floração de algas na Praia de Camboinhas,

localizada na Enseada de Itaipu. Fonte: Jornal “O Fluminense” 01/03/2012 e 1/02/2012.......................................................................

88

Figura 1.24 Variação das rações N:P (a), Si:N (b) e Si:P. Linha vermelha

ponteada valores baixos da razão de Redfield (<16) e Si:N (b) Redfield (<1). Nas águas do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu....................................................................................................

90

Figura 1.25 Registro fotográfico da mortalidade de peixes nas águas do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu. Fonte O Fluminense 07/10/2011..............

95

Figura 2.1 Área de estudo indicando a localização do ponto de instalação da

armadilha de sedimentos (*AS) na Enseada de Itaipu, Niterói............ 107

Figura 2.2 Esquema da armadilha de sedimentos instalada na Enseada de Itaipu. (No detalhe a fotografia da armadilha pronta para instalação na campanha) (Simonassi 2010)........................................................

109

Figura 2.3 Registro fotográfico da armadilha de sedimentos instalada na Enseada de Itaipu. (No detalhe, o sistema de troca dos frascos coletores de sedimentos)....................................................................

110

XVIII

Figura 2.4 Data de coleta, e duração dos experimentos com armadilha de sedimentação na enseada de Itaipu...................................................

111

Figura 2.5 Rosa dos ventos representando (a) a variação da direção dos ventos (em porcentagem) e (b) a velocidade média dos ventos (ms-

1) na Enseada de Itaipu para o período de outono de 2009 (abril, maio e junho). A rosa dos ventos é representada pelos valores dos ângulos (0o = Norte, 90º = Leste, 180º = Sul, 270º = Oeste)...............

118

Figura 2.6 Rosa dos ventos representando (a) a variação da direção dos ventos (em porcentagem) e (b) a velocidade média dos ventos (ms-

1) na Enseada de Itaipu para o período de inverno de 2009 (julho). A rosa dos ventos é representada pelos valores dos ângulos (0o = Norte, 90º = Leste, 180º = Sul, 270º = Oeste).....................................

118

Figura 2.7 Rosa dos ventos representando (a) a variação da direção dos

ventos (em porcentagem) e (b) a velocidade média dos ventos (ms-

1) na Enseada de Itaipu para o período de primavera de 2009 (setembro, outubro, novembro). A rosa dos ventos é representada pelos valores dos ângulos (0o = Norte, 90º = Leste, 180º = Sul, 270º = Oeste).............................................................................................

119

Figura 2.8 Rosa dos ventos representando (a) a variação da direção dos

ventos (em porcentagem) e (b) a velocidade média dos ventos (ms-

1) na Enseada de Itaipu para o período de verão de 2009 (janeiro e fevereiro). A rosa dos ventos é representada pelos valores dos ângulos (0o = Norte, 90º = Leste, 180º = Sul, 270º = Oeste)...............

119

Figura 2.9 Variação anual da precipitação da área de estudo durante o período de 2009-2010 comparado aos valores médios da série histórica de 40 anos (1968-2008).........................................................................

121

Figura 2.10 Distribuição de frequências de altura de ondas para o período de estudo na Enseada de Itaipu...............................................................

122

Figura 2.11 Diagrama temporal T/S referente a todo o período da instalação da armadilha de sedimentos, definindo os campos das massas de água da região (AC = Água costeira; AT = Água Tropical; ACAS = Água Central do Atlântico Sul).............................................................

123

Figura 2.12 Fotografias com microscópio invertido das amostras coletadas com as armadilhas de sedimentação instaladas na Enseada de Itaipu. Vista geral do material com abundantes restos de fitoplâncton e partículas biológicas imersas em uma matriz orgânica.......................

128

Figura 2.13 Variação temporal da temperatura da água na área da armadilha (a 8

m de profundidade; circulos) e fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu....................................................................................................

131

XIX

Figura 2.14 Variação temporal dos fluxos de Carbono Orgânico Particulado (COP; circulos) e fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu...............

131

Figura 2.15 Variação temporal dos fluxos de Nitrogênio Orgânico Particulado (NOP; cuadrados) e fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu...............

131

Figura 2.16 Variação temporal dos fluxos de Fósforo Total (triângulos) e fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu..........................................................

132

Figura 2.17 Variação temporal das Razões N:C (cuadrados) e dos fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu..............................................................

133

Figura 2.18 Variação temporal do 13C (barra de erro de analise 0,2°/oo) e dos fluxos de Nitrogênio Total e fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu....................................................................................................

133

Figura 2.19 Variação temporal do 15N (barra de erro de analise 0,3°/oo) e dos

fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu.............................................

133

Figura 2.20 Registro fotográfico (a) ondas na Enseada de Itaipu, (b) barco encalhado na praia de Camboinhas, (c) orla da praia de Camboinhas refletindo os efeitos de um período de ressaca e passagens de frentes frias na região...................................................

140

Figura 2.21 Representação gráfica das amostras e variáveis do plano fatorial do

1° e 2° eixos da análise de componentes (ACP) da Enseada de Itaipu...................................................................................................

141

Figura 2.22 Carga das variáveis do primeiro componente..................................... 141

Figura 2.23 Carga das variáveis do segundo componente.................................... 142

Figura 2.24 A influência da fonte de carbono e fracionamento cinético em na composição isotópica media de plantas terrestres e marinhas (Libes 1992)...................................................................................................

145

Figura 2.25 Fontes de carbono e fracionamento cinético na composição isotópica média de plantas terrestres e marinhas (Libes 1992) ..........................

147

Figura 2.26

Fontes de carbono e fracionamento cinético na composição isotópica média de plantas terrestres e marinhas (Libes 1992)............................

148

XX

Figura 2.27 Valores das razões isotópicas de C e N (barra de erro de analise

0,2°/oo e 0,3°/oo para 13C e 15N, respectivamente) e da matéria orgânica no material sedimentado na Enseada de Itaipu e valores de outros trabalhos (Cifuentes 1988; Lima 2011; Albuquerque A 2012).....

151

Figura 3.1 Localização dos pontos de coleta dos testemunhos (T1= testemunho 1; T2= testemunho 2) na Laguna de Itaipu............................................

159

Figura 3.2 Triângulo de Shepard apresentando as características granulométricas do testemunho T1 da Laguna de Itaipu.......................

164

Figura 3.3 Triângulo de Shepard apresentando as características granulométricas do testemunho T2 da Laguna de Itaipu.......................

164

Figura 3.4 Distribuição vertical de porcentagem de (a) Argila, (b) Silte e (c) Areia

Siltosa na composição dos sedimentos do testemunho T1 da Laguna de Itaipu.................................................................................................

165

Figura 3.5 Distribuição vertical de porcentagem de (d) Argila, (e) Silte e (f) Silte

Arenoso na composição dos sedimentos do testemunho T2 da Laguna de Itaipu.....................................................................................

166

Figura 3.6 Perfil da Atividade do 210Pb em função da profundidade da coluna

sedimentar do testemunho T1................................................................ 167

Figura 3.7 Distribuição vertical da atividade do 210Pb (Bq.g-1) ao longo da profundidade no testemunho T1.............................................................

168

Figura 3.8 Distribuição vertical das concentrações de (a) Corg, NT (b), PT (c), Pinorg (d) e Porg (e), em sedimentos do testemunho T1, da Laguna de Itaipu.......................................................................................................

170

Figura 3.9 Distribuição vertical das concentrações de (a) Corg, NT (b), PT (c), Pinorg (d) e Porg (e), em sedimentos do testemunho T2, da Laguna de Itaipu.......................................................................................................

171

Figura 3.10 Distribuição vertical das razões N:C (a), N:P (b), C:P (c), 13C (barra

de erro de analise 0,2°/oo) (d) e 15N (barra de erro de analise 0,3°/oo) (e) nos sedimentos do testemunho T1, da Laguna de Itaipu.................

173

Figura 3.11 Distribuição vertical das razões N:C (a), N:P (b), C:P (c), 13C (barra

de erro de analise 0,2°/oo) (d) e 15N (e) e N (barra de erro de analise 0,3°/oo) nos sedimentos do testemunho T2, da Laguna de Itaipu..

173

Figura 3.12 Geologia e estrutura geológica da área de estudo na região costeira de Niterói................................................................................................

175

Figura 3.13 Modelo ideal adaptado de (Folk, Robles 1964)................................... 175

XXI

Figura 3.14 Curva das variações dos parâmetros estatísticos das amostras dos testemunhos T1 e T2. Recuperados na Laguna de Itaipu...................

177

Figura 3.15 Distribuição vertical do tamanho de partículas, N:C, 13C e 15N

(barra de erro de análise 0,2°/oo e =0,3°/oo para 13C e 15N, respectivamente) do registro sedimentar T1. A linha segmentada indica cada intervenção no ecossistema.............................................

179

Figura 3.16 Fotografias do (a) Canal Camboatá, que faz a conexão entre as

lagunas de Piratininga e de Itaipu (foto de 2010) e (b) vista aérea do Canal Itaipu, canal que conecta a Laguna de Itaipu com a Enseada de Itaipu (foto de 1987)........................................................................

180

Figura 3.17 Valores de 13C e razões N:C nos testemunhos T1 e T2 coletados na Laguna de Itaipu e no material coletado na armadilha de sedimento instalada na Enseada de Itaipu..........................................

182

Figura 3.18 Valores das razões isotópicas de C e N (barra de erro de analise

0,2°/oo e 0,3°/oo para 13C e 15N respectivamente) da matéria orgânica nos sedimentos dos testemunhos T1 e T2 da Laguna de Itaipu e no material sedimentado na Enseada de Itaipu. Os valores de Itaipu são confrontados com registros para difentes materiais naturais (Cifuentes 1988)....................................................................

184

Figura 3.19 Sub-bacias da bacia hidrográfica do rio João Mendes em (A) 1976 e (B) 1996 (Rodrigues 2004; Cunha 2010).............................................

185

Figura 3.20 Representação gráfica das amostras e variáveis dos planos fatoriais

do 1° e 2° eixos da análise de componentes (ACP) do testemunho T1 Laguna de Itaipu.............................................................................

187

Figura 3.21 Carga das variáveis na PC1 do testemunho T1.................................. 187

Figura 3.22 Distribuição vertical do tamanho de partículas, N:C, 13C e 15N do registro sedimentar T2. A linha segmentada indica cada intervenção no ecossistema...............................................................

188

Figura 3.23 Representação gráfica das amostras e variáveis do plano fatorial do 1° e 2° eixos da análise de componentes (ACP) do testemunho T2 Laguna de Itaipu..................................................................................

190

Figura 3.24 Carga das variáveis da PC1................................................................ 190

Figura 3.25 Diagrama com os (a) fluxos de fósforo e nitrogênio total nos sedimentos do testemunho T2 e (b) registro fotográfico ilustrando o crescimento populacional na região oceânica de Niterói..

193

1

RESUMO

Estudos sobre a biogeoquímica do C, N, P, hidrodinâmica de partículas e evolução da história da eutrofização foram realizados no Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (SLAPI) e na região costeira oceânica de Niterói, com foco na Enseada de Itaipu (EI). Para tanto foram avaliados (a) a variação de parâmetros físico-químicos da água por meio de monitoramento em diferentes escalas espaciais; (b) a circulação e estado trófico do SLAPI e da EI em períodos anteriores e posteriores à última intervenção na região (abertura da comunicação da Lagoa de Piratininga com o mar) através da aplicação do modelo de balanço de massa (LOICZ); (c) o transporte e sedimentação de material particulado em suspensão através da coletas com armadilha de sedimentos e (d) a reconstituição do histórico sedimentar a partir de testemunhos na Laguna de Itaipu. Os resultados do monitoramento das águas demonstraram a composição química das da Enseada de Itaipu é resultado de uma dinâmica complexa determinada pela interação entre diferentes massas de água, incluindo a ocorrência de eventos de ressurgência costeira da ACAS (Água Central do Atlântico Sul), pela troca de águas entre o SLAPI e a EI e pelas águas da Baía de Guanabara, que são os principais fatores relacionados à produção primária na enseada. O balanço de sal e água calculado para duas situações no SLAPI (antes e após a abertura do Canal do Tibau) apontou que os tempos de residência foram diferenciados nos dois períodos simulados. O tempo de residência obtido para a Lagoa de Piratininga para o período de 2005-2006 foi

cerca de duas vezes superior ao obtido após a reabertura da ligação com o mar (= 83 e 39 dias). Não houve alteração significativa para os tempos de residência caluculados para a

Lagoa de Itaipu (dias = 9 e 8). Os resultados do modelo LOICZ também apontaram que

ambas as Lagoas de Piratininga e Itaipu eram autogróficas (DIP> 0) durante o período 2005-2006 (antes da abertura da ligação ao mar) e que nesses ambientes prevaleciam

processos de desnitrificação (DIN <0). O segundo período (2009-2010) foi caracterizado por mudanças no estado trófico solo na laguna de Piratininga, ou seja, a lagoa passou de um

estado heterotrófico Piratininga (DIP> 0). As taxas de sedimentação do material particulado em suspensão (MPS) da Enseada de Itaipu variaram de 16,7 a 126,9 g.m-2d-1 e o processo de sedimentação é bastante influenciado pelas condições meteorológicas. Sistemas frontais provocam a ressuspenção e a sedimentação na coluna d’água da enseada, o que faz com que as taxas de sedimentação estimadas pelas armadilhas sejam superestimadas. As maiores taxas de sedimentação ocorreram no inverno e a composição química desse material revela uma mistura de material sedimentar marinho e de origem terrestre. No período primavera-verão ocorreram as menores taxas de sedimentação e o MPS gerado foi basicamente de origem marinha. O histórico sedimentar revelou uma taxa de sedimentação de 0,5 cm.ano-1 para a Laguna de Itaipu. A análise da variação da granulometria nos perfis possibilitou registrar as principais intervenções efetuadas ao longo dos últimos 70 anos na região lagunar (a abertura do Canal Camboatá em 1945, abertura da barra através do Canal Itaipu em 1979 e a dragagem do Canal de Itaipu em 2001). As razões N:C e os sinais isotópicos de C e N na base do testemunho evidenciaram que inicialmente a Lagoa de Itaipu era um sistema “sem influência antropogênica”, com uma alta produção biológica e com características típicas de mangues tropicais. Através dos níveis superiores subseqüentes do perfil foi possível inferir o gradual aumento da eutrofização cultural neste ecossistema. O pacote sedimentar recente indica o aumento dos fluxos de sedimentação de NT e PT até os dias atuais. O fluxo de NT calculado para os dias atuais é cerca de duas vezes superior ao obtido para o período anterior à urbanização enquanto que o fluxo PT é seis vezes maior atualmente. A evolução histórica dos valores desses fluxos é coerente com o crescimento populacional na região de estudo. Palavras Chaves: C-N-P, Eutrofização, LOICZ, Piratininga-Itaipu, Sedimentação.

2

ABSTRACT

Studies on the biogeochemistry of C, N, P, particle hydrodynamic and the historic evolution of eutrophication were investigated in the Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (SLAPI) and Enseada de Itaipu (EI) in the coastal region of Niterói, evaluating: a) the variations in water physico-chemical parameters at different time scales, b) the circulation and trophic state of the SLAPI and EI, prior to the opening of Canal do Tibau, which communicated Piratininga lagoon with EI, using a mass balance (LOICZ) model, c) the transport and sedimentation rates of suspended particulate matter collected by sediment trapping, d) the reconstruction of sedimentary history obtained from sediment cores at Itaipu lagoon. The results of the water monitoring showed that the chemical composition of EI results from a complex dynamic interaction between different water masses, including upwelling events of the SACW (South Atlantic Central Water), water exchange between SLAPI and EI and waters from the Guanabara Bay, all of which are the main factors associated with the primary production in EI. The salt and water balance calculated at two different times (before and after the opening of Canal do Tibau) using the LOICZ model, showed different water residence times. For the period of 2005-2006 in Piratininga, the value was about two times greater than that obtained after the opening of Canal do Tibau

(day = 83 and 39 days, respectively). In Itaipu values obtained were nearly the same for

both periods (day = 9:08). For the period 2005-2006, before opening the connection to

the sea, lagoons were both autotrophic (DIP > 0) and denitrification processes (DIN <0) prevailed. The second period (2009-2010) was characterized by changes in the trophic

state of Piratininga lagoon towards heterotrophic (DIP > 0). Sedimentation rates of particulate suspended matter (MPS) in Itaipu Inlet ranged from 16.7 to 126.9 gm-2d-1, and the sedimentation process was highly influenced by prevailing weather conditions. Frontal systems caused ressuspension and sedimentation in the EI overestimating sedimentation rates. The highest sedimentation rates occurred in winter and the chemical composition of this material revealed a mixture of marine and terrestrial sediment materials. In spring and summer sedimentation rates were lower and the MPS showed a marine origin. The history revealed a sediment accumulation rate of 0.5 cm.yr-1 at Itaipu lagoon. Variations in grain size in the sediment profiles indicated the main interventions in the system over the last 70 years. The differences showed a previous “pristine” environment and subsequent changes such as the opening of the Camboatá Channel (1945), the perenial opening of Itaipu Canal (1979), and channel dredging in Itaipu (2001). Through the analysis of the reasons N: C and isotopic signals of C and N, which accompanied the various changes in the ecosystem could be characterized as "without anthropogenic influence" with a high organic production, typical of a tropical humid mangrove area. After the anthropogenic influence, it was possible to notice signs of degradation and eutrophication. The recent sediments indicated high sedimentation flows of NT and PT until today. The NT was about twice the PT and six times larger than the estimated values referring to 1800. These values are consistent with population growth in the study region. Keys Words: C-N-P, Eutrofication, LOICZ, Piratininga-Itaipu, Sedimentation

Introdução Geral

4

1. INTRODUÇÃO GERAL

As áreas costeiras mundiais ocupam a faixa situada entre 200m acima e 200m

abaixo do nível do mar e compreendem cerca de 18 % da superfície marinha. Essas

áreas compreendem 0,5 % do volume total dos oceanos (Gordon et al. 1996) (Figura

1a). Vários tipos de ecossistemas compõem essas as áreas costeiras, dentre eles

diversos tipos de sistemas estuarinos, como os deltas, os manguezais, os sistemas

lagunares, além de inúmeros outros. Esses ecossistemas são responsáveis pelo

equivalente a 50 % da produção global dos ambientes marinhos e, sob o ponto de

vista biogeoquímico, funcionam mediando fluxos de nutrientes entre o ambiente

continental e o oceânico (Valiela 1995). Além da fonte continental, o aporte de

nutrientes para as zonas costeiras ocorre também pela via atmosférica, ou pelo

próprio sistema oceânico, seja através de fenômenos oceanográficos como a

ressurgência costeira ou por outros processos de circulação de águas (Billen et al.

1991; Wollast 1993). Como resultado, as áreas costeiras apresentam uma elevada

dinâmica na ciclagem de nutrientes, o que implica em altas taxas de transformação e

retenção de materiais antes que eles atinjam o oceano. Esses fatores explicam a alta

produtividade biológica observada nessas áreas (Nixon, Pilson 1984; Billen et al.

1991; Howarth et al. 1996; Nixon et al. 1996) (Figura 1b).

Nas últimas décadas, entretanto, processos de urbanização e a intensa

utilização das áreas costeiras para os mais variados fins têm contribuído para sua

deterioração (Håkanson 2008). A ocupação das zonas costeiras normalmente tem

sido acompanhada do aumento da carga de nutrientes para estes ambientes, o que

5

tem contribuído de forma expressiva para o processo da eutrofização cultural

(Wollast 1993). Dentre as 18 maiores cidades do planeta, 13 estão localizadas na

zona costeira e, no Brasil, cerca da metade da população reside a não menos que

200 km do mar. Em números absolutos isso representa algo em torno de 85 milhões

de pessoas (Figura 1c) (Simonassi 2010). Estas regiões são, assim, altamente

vulneráveis às atividades humanas (Nixon 1995).

Figura 1. Esquemas demonstrando (a) os limites físicos da zona costeira (LOICZ 1993), (b) o modelo de estrutura e funcionamento da interface terra-mar (Gordon et al. 1996) e (c) a distribuição da densidade populacional nas áreas costeiras em escala global, destacando a área costeira do Brasil.

6

A região costeira da cidade de Niterói, situada na costa sudeste de Brasil, não

foge ao padrão de outras áreas costeiras mundiais. O setor da costa dessa cidade

que é voltada para o oceano, designado pelo termo “Região Oceânica do Município

de Niterói”, é um exemplo disso. O alto grau de crescimento populacional observado

ao longo das últimas 4 décadas ocorreu em ausência de um programa de

saneamento básico adequado. Em consequência, o despejo de grandes quantidades

de esgotos domésticos foi o principal fator responsável pela deterioração da

qualidade da água dessa região (Barboza 2003). Essa região costeira é constituída

por algumas praias oceânicas em suas margens, dentre elas a Enseada de Itaipu

(EI) e por um sistema lagunar que apresenta atualmente duas comunicações com o

mar, o Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (SLAPI). Esse sistema é composto por

duas lagunas (Laguna de Itaipu e Laguna de Piratininga) que recebem uma

importante carga de esgotos domésticos provenientes dos rios de sua bacia de

drenagem. A área marinha costeira (a Enseada de Itaipu e a área marinha costeira

adjacente) também recebe influência de águas eutroficadas da Baía de Guanabara

e de águas de origem oceânica provenientes das massas d’água Água Tropical (AT)

e Água Central do Atlântico Sul (ACAS). Esta última está associada a eventos

ressurgência de costeira no litoral do Estado do Rio de Janeiro.

Durante a última década, o SLAPI foi alvo de algumas intervenções que

visaram melhorar a qualidade de suas águas, particularmente as águas da Laguna

de Piratininga. Tais ações incluíram a revitalização do Canal de Camboatá, que faz a

ligação entre a Laguna de Piratinininga e a Laguna de Itaipu, a construção de um

canal ligando a Laguna de Piratininga ao mar e a construção de uma Estação de

7

Tratamento dos Esgotos (ETE) às margens do sistema lagunar. O ambiente do

Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu também tem sido alvo de estudos na área

acadêmica, incluindo temas como metabolismo do sistema lagunar, ciclagem de

nutrientes, eutrofização, caracterização ambiental, cadeias alimentares bentônicas,

ictio e carcinofauna, dentre outros trabalhos (Knoppers, 1999; Lavernere-Wanderley,

1999; Lima, 2011; Nixon, 1995; Kuchler, 2005; Palmeira, 2012). O presente estudo

se insere nesse contexto e visa obter informações sobre o estado atual, assim como

a variação temporal de médio e longo prazo, da eutroficação no Sistema Lagunar

Itaipu-Piratininga e na região marinha costeira adjacente. O estudo tem foco em

processos biogeoquímicos ligados à ciclagem de nutrientes, nos impactos

antropogênicos e na reconstrução histórica das condições ambientais pretéritas do

ambiente lagunar.

O primeiro capítulo apresenta os resultados de dois anos de monitoramento de

águas da região marinha costeira e do SLAPI. São discutidos os fatores que

controlam, espacial e temporalmente, as concentrações dos nutrientes nas águas.

Esses e resultados são tratados sob a forma de cálculos de balanços de massa (de

água, sal e nutrientes) realizados com o auxílio do modelo LOICZ “Land-Ocean

Interactions in the Coastal Zone” (Gordon et al. 1996; Crossland et al. 2005). Na

confecção dos balanços foram consideradas diversas escalas de tempo (quinzenal e

mensal) e compartimentos do sistema (Laguna de Piratininga, de Itaipu e a Enseada

de Itaipu). Os resultados do modelo são apresentados comparando duas situações

do SLAPI: antes e depois da reabertura do canal de comunicação da Laguna de

Piratininga com o mar, que foi feita em 2008.

8

No segundo Capitulo são apresentados resultados de estudos de fluxos de

sedimentação de partículas mediante a análise de séries temporais de armadilhas de

sedimentação na região costeira marinha. Nesse capítulo são também apresentados

resultados de um monitoramento da qualidade das águas marinhas costeiras e de

condições meteorológicas obtidas durante a época de instalação das armadilhas. A

caracterização dos sedimentos foi feita através de ferramentas geoquímicas como o

uso das razões atômicas entre os elementos C, N e P e razões isotópicas de

isótopos estáveis (13C e 15N).

No terceiro capítulo são apresentados os resultados de estudos dos registros

sedimentares do ecossistema Lagunar de Itaipu como forma de avaliar os efeitos das

intervenções antropogênicas ao longo dos últimos 100 anos. Para essa reconstrução

histórica, perfis de sedimentos foram datados através do Método do 210Pb e os

sedimentos foram caracterizados através de ferramentas geoquímicas como as

composições C,N, P e as razões isotópicas dos isótopos estáveis de carbono e

nitrogênio (13C e 15N).

9

2. OBJETIVOS

O presente trabalho teve por objetivo principal, analisar o estado atual assim

como, o reconstruir o histórico da eutrofização do ambiente costeiro da Região

Oceânica de Niterói, incluindo o Sistema Lagunar Piratinininga-Itaipu e a zona

marinha costeira.

Para tal, teve por objetivos específicos:

o Determinar o grau de interação e ocorrência dos diferentes tipos de águas

(de origens oceânica e continental) que ocorrem na região;

o Identificar as principais características físico-químicas das diferentes

águas;

o Estabelecer o grau de influência antropogênica através da avaliação da

qualidade das águas mediante a aplicação de índices tróficos;

o Quantificar o fluxo do material particulado em suspensão (MPS) da coluna

d’água para o sedimento, analisando os fatores que controlam esses

fluxos;

o Identificar as fontes da matéria orgânica do material sedimentado através

da composição C, N e P e isotópica (13C e 15N);

o Analisar perfis sedimentares da Laguna de Itaipu com vistas a reconstruir a

história da eutrofização da região ao longo dos últimos 100 anos;

o Estabelecer um modelo de balanço de massas para o Sistema de Lagunar

de Piratininga-Itaipu e para a Enseada e Itaipu, utilizando a metodologia do

Programa LOICZ para determinar eventuais mudanças no metabolismo

desses corpos d’água em função de intervenções recentes efetuadas nas

lagunas que alteraram o regime de circulação.

10

3. ÁREA DE ESTUDO

3.1. O Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu e a Área Costeira Adjacente

A região costeira do Estado do Rio de Janeiro apresenta uma série de sistemas

lagunares costeiros (quinze) entre as cidades de Niterói e Cabo Frio. Esses corpos

d’água estão posicionados paralelos à linha da costa e são limitados na sua porção

interior por cadeias montanhosas de relevo acentuado. A linha da costa nesta região

se mantém preferencialmente na direção Leste-Oeste, desviando-se rumo ao norte a

partir da cidade de Cabo Frio (Bitton 2000).

O Sistema Lagunar de Piratininga-Itaipu (SLAPI) se insere nesse contexto

geomorfológico particular e, juntamente com sua área costeira adjacente (a Enseada

de Itaipu), estão localizados na Região Oceânica do Município de Niterói (RJ), entre

as latitudes 22°55’ e 22°58’S e as longitudes 43°07’ e 43°03’O. A região cobre uma

superfície de 34,1 km2, tem em sua costa as lagunas de Piratininga e Itaipu, que se

comunicam através do Canal do Camboatá e tem como principal contribuição de

água doce os rios Arrozal e Jacaré, que desaguam na Laguna de Piratininga, e o Rio

João Mendes que deságua na Laguna de Itaipu. A bacia hidrográfica do sistema

lagunar Piratininga-Itaipu abrange uma área de 45,5 km2, sendo delimitada pelos

picos dos morros da Viração, Preventório, Sapezal, Santo Inácio, pela Serra Grande

(Morro do Cantagalo e Jacaré) e pela Serra da Tiririca (SEMADS 2001). A região

costeira possui cinco praias (Prainha de Piratininga, Piratininga, Sossego,

Camboinhas e Itaipu) e três ilhas (Pai, Mãe e Menina) (Figura 2; Tabela 1).

11

Figura 2. Bacia de Drenagem do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu - SLAPI (Fonte: Google Earth, 2011 – http://www.google.com/earth).

Tabela 1. Resumo dos parâmetros morfométrico da área de estudo

Parâmetros morfométricos

AmbienteLinha de costa

(Km)

Área

(km2)

Perímetro

(Km)

Bacia de

drenagem (km2)

Prainha

Piratininga0,30

Praia do

Sossego0,11

PRAIASPraia de

Piratininga2,50

Praia de

Camboinhas2,20

Praia de

Itaipu0,59

Ilha Pai 0,28

ILHAS Ilha Mae 0,27

Menina 0,06

LAGUNASLaguna

Piratininga2,90 11,6 23,0

Laguna Itaipu 2,00 5,3 22,5

http://www.google.com/earth

12

A formação geológica do SLAPI está associada às variações do nível relativo

do mar ocorridas durante os últimos 6.000 anos, quando o afogamento marinho de

antigas bacias fluviais formou enseadas, baías, estuários e braços de mar, que foram

sendo, gradualmente, barrados por cordões litorâneos, gerados por movimentos

transgressivo-regressivos do mar (Amador 1996) (Figura 3). O gênesis da formação

dessas lagoas aconteceu em duas etapas: (1) formação de uma enseada, ou laguna,

com o aprisionamento das águas internas, separadas do oceano por cordões

arenosos pelo movimento regressivo dos mares; (2) fechamento do cordão da

restinga, pelo transporte e empilhamento dos sedimentos arenosos, provenientes

dos talvegues das baixadas litorâneas e das encostas da Serra do Mar, pela ação

das correntes marinhas (Lamego 1945).

Nos tempos iniciais de sua formação, este sistema lagunar apresentava

características conspícuas, não possuindo ligação permanente com o mar, tendo

balanços hídricos positivos influenciados pelo regime de chuvas e sem influência das

marés. Devido a estas características, foram designadas pelo termo “lagoas de

transbordamento”, que se refere a ecossistemas que possuem ligação intermitente

com o mar (Lamego 1945). Estas lagoas acumulam água das precipitações, assim

como a contribuição dos pequenos rios que compõem suas bacias hidrográficas.

Normalmente, durante a estação chuvosa, o nível d’água se eleva e rompe o cordão

arenoso em seu ponto mais baixo, formando então uma “barra” (canal de ligação

com o mar), por onde se faz o “esvaziamento” da lagoa (Figura 4). O fenômeno do

“transbordamento”, na lagoa de Itaipu, ocorria no trecho mais estreito da restinga,

entre a Duna Grande e a Duna Pequena, onde hoje se encontra uma barra

13

permanente. Esta barra, no meio da restinga, ficava muito exposta à ação das ondas

e logo se fechava, sendo aberta sazonalmente pelas cheias de origem pluvial.

A Lagoa de Piratininga provavelmente manteve por longo tempo uma barra

permanente, protegida das ondas pela ponta da Galheta e pela Ilha do Veado.

Porém, esta barra também se fechava pelo desenvolvimento do cordão arenoso que

formou a Prainha. A pequena contribuição fluvial da bacia de Piratininga não gerava

vazão suficiente para a manutenção de uma barra permanente (Figura 4). A barra

intermitente era formada na “Prainha de Piratininga”, local onde existe pequena

enseada de águas mais tranquilas, situada entre a Ponta da Galheta e a Ponta do

Papagaio, protegida pela Ilha do Veado. Este local é hoje também conhecido como

Tibau, referência a um antigo pescador que ali fixou residência. O nome Piratininga,

ou Pirapetinga, na língua tupi, significa peixe seco, o que nos leva a deduzir que já

naquele tempo ocorriam mortandades de peixes, tese levantada em estudo sobre

esse sistema lagunar em 1946 (Oliveira 1946). Essa evidência também sugere a

ocorrência de eutrofização natural do sistema lagunar em épocas mais remotas.

Na década de 40, o fenômeno de transbordamento natural das lagoas pela

contribuição da precipitação inundava terrenos marginais, caminhos, estradas

interferindo, portanto, nas atividades econômicas da região. O rompimento da barra

era então acelerado pelos pescadores (Oliveira 1945). Essas intervenções eram

vitais para a renovação d’água e o equilíbrio ecológico do sistema lagunar, pois

permitia o ingresso de larvas de espécies marinhas de importância econômica para

os pescadores, uma vez que as lagoas constituíam-se em criadouros naturais de

peixes e, principalmente, de camarões (Henriques 2006).

14

Figura 3. Ilustração esquemática do processo de formação de lagoas costeiras evidenciando as seguintes fases: (a) Há cerca de 18.000 anos o nível dos mares estava muito abaixo do nível atual. Os talvegues eram formados pelo processo erosão/sedimentação nas bacias fluviais; (b) Transgressão Guanabarina, há cerca de 6.000 anos. O nível do mar subiu cerca de 4 metros acima do nível atual chegando à base da Serra do Mar; (c) Primeira Regressão, há cerca de 5.000 anos. O nível do mar recuou cerca de 1 metro abaixo do nível atual. Formação de lagunas da primeira geração pelo aprisionamento das águas pelos cordões arenosos (ex. Lagunas de Piratininga e Itaipu). Fonte: (Goya 2005).

No ano 1946 foi construída uma conexão artificial entre as Lagoas de

Piratininga e Itaipu para permitir o equilíbrio hidráulico entre as duas bacias, o Canal

de Camboatá. Esta solução foi proposta para minimizar os efeitos das enchentes que

ocorriam no período das chuvas. Vale ressaltar que pelo fato do espelho d’água da

Laguna de Itaipu se menor que o da Laguna de Piratininga, a primeira recebia uma

maior contribuição relativa do “run-off” através da bacia hidrográfica e o excedente da

15

água de Itaipu tendia a ser drenado para a Laguna de Piratininga. A construção

deste canal teve, entretanto, algumas consequências negativas pois veio a contribuir

com o aumento de criadouros de mosquitos anofelinos transmissores da malária

(Oliveira 1946). Posteriormente, em 1979, foi aberta uma barra permanente em

Itaipu, que resultou em novas modificações no SLAPI, entre as quais o esvaziamento

e a consequente perda de área do espelho d’água da Laguna de Piratininga, dada a

diferença de cota de fundo das duas lagoas.

A ocupação urbana da região oceânica de Niterói foi iniciada nos anos 40, após

a incorporação do Distrito de Itaipu a Niterói, que ocorreu em 1943. O primeiro

projeto de loteamento teve inicio em 1945 através da “Companhia de

Desenvolvimento Territorial de Itaipu”, dando origem ao loteamento “Cidade

Balneária de Itaipu”, que foi posteriormente dividido em Camboinhas, Bairro

Atlântico, Bairro Boa Vista e Cidade Balneária. Em 1949, o loteamento Maravista é

aprovado ocupando todo o banhado existente ao norte da lagoa de Itaipu, desde

onde se localiza hoje o Rio da Vala até o Canal Camboatá. Em 1951/1952 são

aprovados na região de Piratininga os loteamentos Marazul (1951) e o Bairro de

Piratininga (1952), localizados no trecho da restinga, entre a lagoa e o mar,

abrangendo todo o restante do entorno da lagoa. A expansão urbana e imobiliária foi

intensificada na década de 70 após da construção da Ponte Rio-Niterói, o que

provocou grandes alterações no SLAPI. Alguns exemplos dessas intervenções foram

à construção da barra permanente na Lagoa de Itaipu (o atual Canal de Itaipu) e a

realização de dragagens e aterros para regularização hidráulica das duas lagoas

(Silva 1991). Alguns efeitos associados à construção dessa barra artificial

16

“permanente” foram (1) a diminuição da lâmina e do espelho de água das duas

lagoas, (2) o descobrimento de áreas marginais pelo esvaziamento das lagoas, (3) a

invasão de vegetação terrestre e a acumulação de lixo e (4) a alteração na dinâmica

de sedimentação na área costeira adjacente.

Antes da construção da barra artificial, o SLAPI era caracterizado por três fases

hidrológicas. A 1ª fase - Estagnação Mesohalina - que se dava com a barra fechada

e as lagoas em equilíbrio de vasos comunicantes. A salinidade variava de 17, em

Piratininga, para 10 em Itaipu, enquanto que no mar, se situava em torno de 35. A

menor salinidade em Itaipu é explicada pela contribuição fluvial, especialmente do

Rio João Mendes. Esta era a fase mais prolongada e característica (Figura 4a). A 2ª

fase - Desequilíbrio de Diluição da Salinidade – ocorria quando o nível das lagoas se

elevava cerca de 1,30m acima do nível do mar, inundando terrenos vizinhos,

chegando quase a penetrar nos barracões dos pescadores e apodrecendo parte das

plantas não aquáticas da orla das lagoas que não suportavam asfixia prolongada.

Nesta fase, a contribuição das chuvas reduzia muito a salinidade das águas, a qual

chegava em torno de 6 (Figura 4b). A 3ª fase - Desequilíbrio de concentração -

começava com o rompimento da barra, que normalmente ocorria em Piratininga. Os

pescadores cavavam um canal com o uso de enxadas e pás e a pressão das águas

se encarregava de abrir e alargar a saída. O esvaziamento das lagoas ocorria em um

período de durava de 8 a 20 dias, dependendo das condições do mar e da largura do

canal (Figura 4c). O retorno à situação inicial se dava com o fechamento da barra,

em geral em uma semana, pelo depósito de areia provocado pelas ondas (Oliveira

1945).

17

Estudos hidrológicos realizados após a construção do Canal de Itaipu, em 1979,

apontaram que a renovação das águas da Laguna de Piratininga por águas marinhas

era extremamente variável e ocorria em função das amplitudes de maré e das

diferenças entre os níveis de água das duas lagoas. Variações de 1 m na Laguna de

Itaipu podiam induzir variações entre 0,1 e 0,2 m no nível da Laguna de Piratininga.

Outro estudo sobre circulação realizado no SLAPI reportou que após essas últimas

intervenções, o tempo de renovação das águas (T50% em dias) era de 16 dias para

a Laguna de Piratininga e 1 dia para a Laguna de Itaipu na década de 1980

(Knoppers et al. 1991). Esse fato levou a um alto grau de deterioração da Laguna de

Piratininga, o que levou à construção de um canal subterrâneo de para ligar a

Laguna de Piratininga ao mar no ano de 2008.

18

Figura 4. Ilustração esquemática do processo das três faces hidrológicas do sistema Lagunar Piratininga-Itaipu destacando (a) estagnação meso-halina, (b) desequilíbrio de diluição da salinidade e (c) desequilíbrio de concentração. Fonte: (Goya 2005).

3.2. Clima

A região Sudeste do Brasil possui um clima diversificado devido a sua

topografia variável, sua posição geográfica e, principalmente, aos aspectos

dinâmicos da atmosfera, que incluem os sistemas meteorológicos de micro, meso e

grande escala. Esses sistemas atuam direta ou indiretamente no regime pluvial, que

é influenciado pela Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), definida como a

faixa de nebulosidade persistente que se estende do Atlântico Sul Central ao sul da

Amazônia, a qual está associada a uma zona de convergência na baixa troposfera e

19

é orientada no sentido noroeste-sudeste, ficando bem caracterizada no verão (Castro

et al. 2006). Outro fator de influência no clima é a ocorrência de frentes rrias; que se

caracterizam pela presença de massas de ar frio (em movimento ou estacionária).

Em geral as frentes frias se apresentam na atmosfera como um domo de ar frio e

denso sobre a superfície da terra que se introduz sob o ar mais quente e menos

denso, provocando uma queda rápida de temperatura junto ao solo, o que ocorre

ocasionando tempestades e trovoadas. Esses eventos são os principais

responsáveis pela precipitação pluvial na região (Barbiéri 1981). Existe também o

cenário oposto, que ocasiona grandes períodos de estiagem, através da associação

do Anticiclone Subtropical do Atlântico Sul e o Vórtice Ciclônico de Ar Superior,

dependendo das suas posições (Figura 5).

O clima do setor costeiro da região oceânica de Niterói é classificado como um

clima tropical úmido do tipo Aw segundo Köeppen (Barbiéri 1981) (Figura 6). As

médias das temperaturas situam-se entre 23 e 31 °C no verão, 18 e 26 °C no

inverno, 19 e 27 °C no outono e 20 e 29 °C durante a primavera (Barbiéri, 1981).

Observa-se um período chuvoso de novembro ao início do outono, com máximas

ocorrendo em janeiro e fevereiro e, ocasionalmente, em março. No entanto, existe a

ocorrência de um período seco típico entre julho e setembro.

20

Figura 5. Diagrama esquemático representando as características da circulação atmosférica

sobre Brasil na baixa troposfera (LI=Linha Instabilidade; BC=Baixa do Chaco; JBN= Jatos de níveis; CE= Cavado Equatorial; CCM= Complexos convectivos de Mesoescala; ZCTI= Zona de Convergência Inter Tropical e ZCAS= Zona de Convergência do Atlântico Sul. Adaptado de (Satyamurty P 1998).

Figura 6. Mapa de climas encontrados no Brasil segundo Koeppen. Fonte: Atlas Nacional do

Brasil (IBGE).

21

3.3. Vegetação

A cobertura da vegetação existente na região é diversificada em função de

diferentes tipos de ambiente e de fatores como o clima, a topografia, drenagem e

litologia. No sistema Lagunar de Piratininga-Itaipu e na sua área de drenagem podem

ser identificados quatro tipos de vegetação: (1) a mata tropical úmida, que representa

um resquício da mata atlântica é característica das áreas litorâneas, ocorrendo nas

áreas mais altas; (2) a vegetação paludial ocorre nas baixadas associadas à

deposição de sedimentos fluviais (essas áreas com altitudes de até 3 metros); essa

vegetação concentra grandes quantidades de matéria orgânica sobre ela

desenvolvem-se depósitos de turfa sob solos arenosos encharcados; (3) a vegetação

de mangue, que é característica da porção marginal das lagunas com águas

salobres ou salgadas, sedimentos finos e com altos teores de matéria orgânica e (4)

a vegetação de restinga, que é característica do cordão arenoso que separa as

lagunas do oceano, exibindo espécies xerófitas adaptadas a solo arenoso, salobro e

sujeito ao dessecamento pela brisa marinha (Knoppers, Kjerfve 1999).

3.4. Oceanografia

3.4.1. A Corrente do Brasil

A Corrente do Brasil é a corrente de contorno oeste associada ao giro

subtropical do Atlântico Sul (Figura 7). Origina-se ao sul do equador a 10° S, na

região onde o ramo mais ao sul da Corrente Sul Equatorial se bifurca, formando

também a Corrente Norte do Brasil (Stramma 1991; da Silveira et al. 1994). A

Corrente do Brasil então flui para o sul, bordejando o continente sul-americano até a

22

região da Convergência Subtropical (33-38° S), onde conflui com a Corrente das

Malvinas e se separa da costa. Assim, a Corrente de Brasil nasce e se desenvolve

ao largo da costa brasileira, constituindo-se na feição oceânica mais importante da

borda oeste do oceano Atlântico Sul (Castro et al. 2006).

Figura 7. Representação esquemática do giro subtropical do Atlântico Sul adaptado de

(Stramma 1991).

23

3.4.2. Massas de Água da Plataforma Continental Sudeste do Brasil (PCSB)

As características termohalinas das massas de água de origem oceânica

presentes na PCSB são resultados da mistura entre as seguintes massas d’água:

- Água Tropical (AT): massa de água quente com baixos teores de nutrientes e

alta salinidade (T>20°C e S>36,40), transportada no sentido sul-sudoeste na camada

superficial (0-200 m) da corrente do Brasil, sobre o talude continental, nas

proximidades da quebra da plataforma continental (Miranda 1982);

- Água Central do Atlântico Sul (ACAS): massa de água relativamente fria e

rica em nutrientes (T<20°C e S<36,40), transportada no sentido sul-sudeste ao longo

do talude continental, na camada inferior à Corrente do Brasil (200-500 m) próximo à

quebra da plataforma continental (Miranda 1982).

- Água costeira (AC): massa de água resultante da mistura da descarga

continental de água doce com as águas da plataforma continental, com salinidades

mais baixas que as outras massas d’água que ocorrem na PCSB (S<34) devido,

principalmente, ao efeito combinado dos muitos pequenos e médios rios existentes

na costa. A Água Costeira apresenta teores relativamente altos de silicato, nitrato e

fosfato (Figura 8).

A partir da quebra do talude para fora, encontramos as seguintes massas de

água como: Água Intermediaria Antártica (AIA), Água Antártica de Fundo (AAF), a

Água Profunda do Atlântico Norte (APAN) e a Água Superior Circumpolar Antártica

(ACA) (Matsuura 1986).

24

Figura 8. Diagrama da Plataforma Continental Sul-Sudeste do Brasil (PCSB) destacando as

principais massas d’água e características oceanográficas (Ferraz, 2003, adaptado de Matsuura 1986).

25

3.4.3. Ressurgência

A interpretação física do fenômeno da ressurgência costeira data do século XIX,

quando o pesquisador E. Witte, em 1880, concluiu que ela poderia ocorrer devido a

efeitos da rotação da Terra e do vento incidindo em direção ao alto mar. Atualmente,

sabe-se que os movimentos ascendentes característicos de regiões de

ressurgências, na maioria das vezes, são gerados pela divergência do campo de

velocidade de correntes induzidas pelo vento. Estes movimentos ascendentes com

duração e extensão mínimas, capazes de ocasionar anomalias na distribuição de

propriedades físicas, químicas e biológicas na superfície do mar, devem ser

considerados como resultantes do fenômeno da ressurgência {Ferraz, 2003 #182}.

Emilsson (1961) descreveu pela primeira vez o fenômeno da ressurgência costeira

em Cabo frio e atribuiu sua causa a um processo termo-halino. Posteriormente, Silva

e Rodriguez 1966, 1971, 1968 estudaram o mecanismo da ressurgência de Cabo

Frio baseando-se em dados de observação hidrográfica e concluíram que a

ressurgência predominante nessa área é causada pela mudança dos ventos

predominantes (Figura 8).

A ocorrência de águas de baixa temperatura, anormais pela latitude geográfica

de Cabo Frio, onde a orientação da linha de costa muda de NE-SW para E-W e a

plataforma continental é mais estreita, é um fenômeno conhecido de longa data. O

mecanismo básico da ressurgência costeira é a divergência unilateral, na costa, do

transporte de deriva do vento. Em torno de Cabo Frio, ventos de L e NE geram

transporte de volume na camada de Ekman superficial em direção ao largo (Figura

9). A divergência unilateral desse transporte requer, por continuidade, um transporte

26

de ajuste, em direção à costa, que ocorre em toda coluna d’água. Abaixo da camada

de Ekman, o transporte de ajuste propicia penetração de massas de água

subsuperficiais em direção à costa. Dependendo da intensidade e da persistência

dos ventos, as águas subsuperficiais podem aflorar, fechando o ciclo de ressurgência

costeira. A massa de água que ressurge em Cabo Frio é a Água Central do Atlântico

Sul (ACAS), fria, menos salina e com altas concentrações de sais nutrientes,

particularmente nitrato, fertilizando e estimulando, dessa forma, a produção primária

e secundária da região (Figura 9).

Durante o inverno, esse mecanismo de deslocamento de águas é interrompido

devido à presença de ventos de quadrante S-SW e/ou S-SE oriundos de frequentes

passagens de sistemas frontais. Sob estas condições predomina o fluxo de águas

quentes (>20ºC) e oligotróficas e existe a quebra da termoclina estabelecida no

verão (Valentin 1984). As águas da Plataforma Sul-Sudeste (Figura 10) são

extremamente produtivas e são responsáveis por 50-70% da produção pesqueira do

Brasil (Paiva 1997).

A influência da ressurgência costeira para nossa área de estudo, principalmente

a Enseada de Itaipu foi reportada por estudos anteriores (Barboza 2003). Dados da

autora revelam a presença de eventos de ressurgência, com afloramento da ACAS,

no período de primavera. Essas águas tinham baixas temperaturas e altas

concentrações de nitrato, aumentando a produtividade primária nesta região costeira

(Figura 9 e 10).

27

Figura 9. Carta de concentrações de clorofila-a na PCSB obtida no dia 19/01/2001. Fonte:

http://www.comciencia.br/reportagens/litoral/lit18.shtml.

Figura 10. Carta de distribuição espacial de temperatura superficial da água do mar na PCSB

para o dia 18/01/2001, destacando a ocorrência de ressurgência costeira na região entre Cabo Frio e Itaipu, no litoral do Estado do Rio de Janeiro. Fonte:

http://www.comciencia.br/reportagens/litoral/lit18.shtml.



Primeiro Capítulo

29

Primeiro Capítulo: AMBIENTES LAGUNARES; BALANÇO DE NUTRIENTES NO SISTEMA LAGUNAR DE PIRATININGA-ITAIPU: EFEITOS DA RELIGAÇÃO DA CONEXÃO DA LAGUNA DE PIRATININGA COM O MAR 1.1. INTRODUÇÃO

Os ecossistemas marinhos costeiros tem sido, cada vez mais, afetados

pela introdução de efluentes ricos em nutrientes. As fontes são variadas, mas

normalmente são de origem antropogênica (Justić et al. 1995; Nixon 1995;

Smith et al. 1999) e incluem fontes urbanas (redes pluviais e esgotos

domésticos), industriais e agrícolas. Em todo caso, o aumento das cargas de

nutrientes está principalmente relacionada à intensificação do processo de

ocupação e uso das zonas costeiras (Newton et al. 2003b; Newton, Mudge

2005). Vale mencionar o dramático aumento observado para a emissões

globais de nitrogênio (N), que estima-se ter aumentado cerca de 10 vezes no

último século (Howarth et al. 1996). Esse quadro se configura em um

constante aumento da eutrofização, e consequente deterioração, de várias

áreas costeiras mundiais. Dentre os inúmeros casos cita-se o Mar Báltico, o

Mar Negro, o Mar Adriático, o Golfo de México, a Baía de Chesapeake, a Baía

São Francisco, a Baía de Guanabara (Nixon 1995; Kjerfve et al. 1997b;

Rabalais 1999; Cloern, 2001; Braga et al. 2000; Moncheva et al. 2001;

Wasmund et al. 2001; Dell'Anno et al. 2002; Newton et al. 2003b; Penna et al.

2004; Simonassi 2010).

As enseadas costeiras, os sistemas estuarinos e os sistemas lagunares

costeiros são particularmente suscetíveis a essas descargas de nutrientes.

Isso se dá em função de características particulares dessas áreas com

relação à dinâmica da circulação interna e ao tempo de residência das águas,

que às vezes pode ser relativamente elevado (Paerl 1997). A entrada de

30

nutrientes nos ecossistemas lagunares está muito associada às atividades

humanas e pode ocorrer através de rios ou córregos, pântanos e pela

remineralização da matéria orgânica na água e nos sedimentos. Assim, o

conhecimento sobre o fluxo de nutrientes a partir destas fontes é fundamental

para a compreensão do funcionamento dos sistemas lagunares e para

melhorar a gestão de tais ecossistemas. Nas áreas costeiras a eutrofização

pode ser extremamente severa, uma vez que estas tendem a funcionar como

filtros de diversos elementos oriundos do continente. O enriquecimento de

nutrientes causa grandes mudanças no equilíbrio estequiométrico de

nutrientes e têm um efeito significativo na comunidade planctônica, alterando

a sua composição e diversidade. Em alguns casos extremos essas descargas

de nutrientes podem levar ao desenvolvimento de florações de fitoplâncton

contendo algas com toxinas; “HABs – Harmfull Algal Blooms” (Michael Beman

et al. 2005); (Anderson et al. 2002). Por outro lado, as áreas muito

eutroficadas tendem a apresentar uma disruptura no balanço produção-

respiração, o que gera, por vezes, momentos com déficits acentuados de

oxigênio nas camadas inferiores da coluna d’água (Vollenweider 1992; Nixon

1995). Os problemas associados a isso vão desde a mortandade de peixes

até a manifestação de doenças nas populações humanas (Braga et al. 2000;

Carreira et al. 2002a).

Particularmente na zona costeira da região sudeste do Brasil estão

localizados os maiores e mais industrializados centros urbanos do país. Esta

região da costa brasileira apresenta diversos sistemas estuarinos, que tem

sofrido efeitos danosos relacionados ao excesso de poluentes lançados em

suas águas ao longo das últimas quatro a cinco décadas (Kjerfve et al. 1997b;

31

Braga et al. 2000; Marques Jr. et al. 2005). Na Baía de Guanabara, por

exemplo, localizada no litoral do Estado do Rio de Janeiro, a descarga de

esgotos sem tratamento prévio levou a diminuição em cerca de 90% da

atividade pesqueira e impossibilitou o uso de suas águas para fins recreativos

(Rebello et al. 1988; Kjerfve et al. 1997b).

O Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (SLAPI) e sua bacia de drenagem

estão localizados nessa região da costa brasileira, no Município de Niterói

(Estado do Rio de Janeiro), e tem sido alvos de um intenso processo de

urbanização ao longo das últimas quatro décadas. Na década de 1970, a

urbanização foi acelerada nessa região pela construção da Ponte Rio-Niterói.

Nessa época, a abertura de um canal permanente entre a lagoa Piratininga e

do mar foi também fechado causado alterações drásticas (Barroso et al.

2000). Como resultado, tanto o sistema lagunar e a área costeira adjacente

tem mostrado sinais de eutrofização devido à liberação de grandes

quantidades de esgoto doméstico semi-tratado ou bruto. O processo de

eutrofização foi mais intenso na lagoa de Piratininga, que teve o seu antigo

canal de comunicação com o mar fechado durante a década de 1980. Isto

conduziu a um aumento no tempo de residência de água e acumulação de

matéria orgânica na lagoa, criando um ambiente hipertrófico. Na tentativa de

minimizar esses efeitos, o governo local restabeleceu, em 2008, a ligação da

lagoa de Piratininga com o mar. No mesmo período, uma estação de

tratamento das águas residuais domésticas foi construída para reduzir as

cargas de esgoto nas lagoas.

O presente estudo se insere nesse contexto e está tem como foco a

dinâmica dos principais processos relacionados às variações temporais das

32

concentrações de nutrientes na Enseada de Itaipu e no Sistema Lagunar

Piratininga-Itaipu. Visa avaliar os efeitos das intervenções no metabolismo do

sistema lagunar por meio do cálculo de um balanço de massa, considerando

os elementos conservativos (salinidade) e não-conservativos (N, P).

Realizaram-se os cálculos usando o "Programa LOICZ" (Terra-Oceano

Interações na Zona Costeira) através da aplicação de um modelo geoquímico

de duas caixas. Os dados das séries temporais foram obtidos a partir de dois

anos de acompanhamento. Os dados da série temporal de 2005-2006 foram

fornecidos pelo Laboratório de Biogeoquímica de Ambientes Aquáticos, da

Universidade Federal Fluminense (UFF) e os da série temporal de 2009-2010

foram obtidos durante esse estudo. Estes dois períodos foram escolhidos por

representarem épocas nas quais a Lagoa de Piratininga não estava e estava

conectada com o mar (2005-2006 e 2009-2010, respectivamente).

33

1.2. MATERIAL E MÉTODOS

1.2.1. Amostragem

O Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (SLAPI) e sua área costeira

adjacente estão localizados na cidade de Niterói (22 ° 55 'e 22 ° 58'S e 43 °

07' e 43 ° 03'W), Rio de Janeiro (Brasil) e tem uma área de 34,1 km2. O SLAPI

é composto por duas lagoas rasas que se comunicam uma com a outra

através de um, o Canal de Camboatá e com o mar através de dois outros

canais. A profundidade média das lagoas é de cerca de 1m e a entrada de

água doce é principalmente feita pelos rios Arrozal, Jacaré e João Mendes

(Figura 1) (Knoppers, Kjerfve 1999). Essa região apresenta um ciclo sazonal

meteorológico caracterizado por um verão chuvoso e um inverno seco. O

regime da marés é do tipo semi-diurno, com uma altura de 1.0m (Knoppers,

Kjerfve 1999).

Amostras de água foram coletadas realizadas no Sistema Lagunar

Piratininga-Itaipu (SLAPI) e na Enseada de Itaipu. Os períodos amostrais

compreendem dez expedições realizadas entre junho de 2005 a novembro de

2006, e de dezoito a trinta e sete expedições entre abril de 2009 e março de

2011. No primeiro período (2005-2006) o canal que faz a ligação entre a lagoa

de Piratininga com o mar estava desativado e o segundo período (2009-2011)

corrresponde ao período pós a abertura do canal. A amostragem foi feita em

nove pontos situados à jusante dos três rios (R. arrozal, R. Jacaré e R. João

Mendes), nas duas lagoas (CT e LI), na Praia de Adão (PA), na Praia de

Piratininga (PP) e na Enseada de Itaipu (EI) (Figura 1.1). A amostragem foi

realizada em intervalos aproximadamente quinzenais (2009) e/ou mensais

(2010-2011) em todas as estações. As amostras de água foram coletadas na

34

superfície da coluna d’água com auxílio de uma Garrafa tipo Van Dorn com

capacidade 2,5 litros. Após a coleta, cada amostra foi filtrada “in situ” com

ajuda de um funil com malha de 300 µM para excluir pequenas partículas,

pedaços de folhas e o zooplâncton. Em seguida, as amostras foram

armazenadas em garrafas de polietileno (1L), previamente lavadas com

solução de HCl 1:1 e água destilada, e mantidas em caixas de isopor com

gelo (4°C) até serem transportadas para o laboratório (“Laboratório de

Biogeoquímica de Ambientes Aquáticos”, UFF). Paralelamente, em cada

estação de amostragem foram também medidos os seguintes parâmetros “in

situ”: temperatura, salinidade e oxigênio dissolvido através da utilização de

sondas portáteis (Salinometro/Termômetro YSI Mod. 30-25 FT;

Oximetro/termômetro WTW- Mod. Oxi 315i/SER).

Figura 1.1. Mapa da região costeira do Município de Niterói destacando a localização

geográfica das estações fixas de amostragem, na área costeira (PA: Praia de Adão; PP: Praia de Piratininga e EI: Enseada de Itaipu) e no Sistema Lagunar de Piratininga-Itaipu (CT: Canal do Tibau; CC: Canal do Camboatá; LI: Lagoa de Itaipu; R: rios que desembocam nas lagunas) na Região Oceânica de Niterói. São destacadas também as duas caixas utilizadas para modelagem biogeoquímica do LOICZ.

35

1.2.2. Análises Laboratoriais

No laboratório, as amostras foram aliquotadas para determinações totais

(nitrogênio e fósforo totais), no material dissolvido (nutrientes inorgânicos

dissolvidos e carbono orgânico dissolvido) e no material particulado (seston,

clorofila-a). No primeiro caso (nutrientes totais), foram separadas duas

alíquotas de 100 ml em frascos de polietileno, as quais foram congeladas (-20

°C) até as análises do nitrogênio total (NT) e fósforo total (PT). As frações

particulada e dissolvida foram separadas a partir da filtração a vácuo de um

litro (1 L) de amostra com membranas de fibra de vidro (Whatman GF/F de 47

mm de diâmetro e de 0,7 μM de porosidade), conforme recomendado para

águas costeiras produtivas (Figura 1.2) (Caspers 1987). Todos os filtros,

exceto os destinados às análises de pigmentos fotossintéticos, foram

previamente lavados com água destilada e calcinados (550°C, 4 h), para

então serem pesados em uma balança analítica de 5 casas decimais (Marca

Sartorius).

O material retido nos filtros (material particulado) foi utilizado para

determinações de sólidos totais em suspensão (seston) e clorofila-a. O seston

foi obtido por gravimetria através da secagem e pesagem dos filtros a peso

constante. A clorofila-a foi extraída em filtros úmidos com acetona 90% e

quantificada por espectrofotometria (Strickland, Parsons 1972b) (Lorenzen

1967). Os resultados de seston foram expressos em mgL-1 e os de clorofila-a

em gL-1. O carbono orgânico particulado (COP) foi determinado em filtros

secos (60°C, a peso constante) através de analisador TOC-V CPH (total

organic carbon analyzer; Shimadzu). A etapa da digestão para a

determinação de nitrogênio e fósforo totais, foi feita utilizando-se amostra

36

bruta da água (sem filtrar). Um volume de 5 ml de água de amostra bruta foi

colocado em frasco de teflon (inclusive a tampa), contendo 10 ml dissolução

oxidante. Em seguida, os fracos foram submetidos colocados em uma de

pressão específica para forno micro-ondas e lá deixadas por 20 minutos

(Barboza 2003).

A análise dos nutrientes inorgânicos dissolvidos foi feita em cinco

alíquotas de filtrados de 100 ml (nutrientes inorgânicos dissolvidos). Essas

alíquotas foram armazenadas em frascos de polietileno. Foram realizadas as

determinações dos seguintes nutrientes: amônia (NH4), nitrito (NO2), nitrato

(NO3), fosfato (PO4) e silicato (SiO3). As concentrações foram determinadas

através de técnicas espectrofotométricas (Figura 1.2) (Strickland, Parsons

1972b; Grasshoff et al. 1983). A precisão dessas análises e o limite de

detecção foram estimados mediante triplicatas. Os valores desses parâmetros

encontram-se detalhados na Tabela 1.1.

37

Tabela 1.1. Precisão e limite de detecção das metodologias analíticas utilizadas na determinação das concentrações de nutrientes. São destacados em negrito os valores utilizados nesse estudo.

Figura 1.2. Esquema de separação e preparação das alíquotas de amostras de

águas e suas finalidades analíticas (Simonassi 2010).

Nutrientes Concentração (M) Error (%)Limite de detecção

(M)Fonte

PO4 - PT 0,2 ± 15 0,03 Grasshoff et al. (1983)

0,9 ± 5 0,03 Grasshoff et al. (1983)

2,8 ± 2 0,03 Grasshoff et al. (1983)

NO2 - NO3 - NT 0 -5 ± 10 0,01 Grasshoff et al. (1983)

5 - 10 ± 5 0,01 Grasshoff et al. (1983)

NH4 0 - 100 ± 5,5 0,1 Grasshoff et al. (1983)

SiO3 4,5 ± 4 0,1 Grasshoff et al. (1983)

45 ± 2,6 0,1 Grasshoff et al. (1983)

150 ± 6 0,1 Grasshoff et al. (1983)

PO4 - PT 0,4 - 11 ± 5 0,03 Lab. Biogequímica UFF

NO3 - NT 0,2 - 18,4 ± 5 0,05 Lab. Biogequímica UFF

NO2 0,1 - 3,4 ± 3 0,01 Lab. Biogequímica UFF

NH4 1,4 - 79 ± 5 0,1 Lab. Biogequímica UFF

SiO3 0,4 - 87,2 ± 4 0,1 Lab. Biogequímica UFF

38

1.2.3. Avaliação do Estado Trófico (TRIX)

Na avaliação da qualidade ambiental de estuários e áreas costeiras

sempre são utilizadas variáveis que estão relacionadas ao estado trófico

destes ecossistemas. São considerados potencialmente relevantes para

estuários os seguintes indicadores: nitrogênio total (NT) e fósforo total (PT),

clorofila-a (Clo-a), transparência da água e oxigênio dissolvido (OD), cujas

concentrações devem ser monitoradas (USEPA 2001). Neste estudo o estado

trófico foi avaliado através do Índice TRIX (“The Composite Trophic Status

Index”), que compara informações conjugando fatores que estão diretamente

relacionados à produtividade (a clorofila-a e o oxigênio dissolvido) com os

nutrientes (nitrogênio e fósforo).

O TRIX é um índice que resulta de uma combinação linear de quatro

variáveis de estado. Essas variáveis são relacionadas à produção primária

(clorofila-a e oxigênio dissolvido) e a condição nutricional (nitrogênio e

fósforo). O índice é calculado como se segue:

(1)

onde:

- Clo-a = concentração de clorofila-a em g.L-1 ;

- [DO%] = valor absoluto do desvio da saturação do oxigênio do oxigênio

calculado = [100 – OD%] ;

- NT = concentração do nitrogênio total em mg.L-1;

- PT = concetração do fósforo total em mg.L-1

Os parâmetros K = 1,5 e m = 1,2; são coeficientes escalares incluídos

para fixar os valores dos limites inferiores e superiores do índice e a faixa

39

relacionada ao estado trófico, respectivamente e compreendem valores de 2 a

8 (Tabela 1.2).

Os valores do TRIX devem ser calculados para cada amostra de acordo

com este algoritmo proposto e classificados de acordo com o estado trófico e

a qualidade da água através dos critérios apresentados na Tabela 1.2.

40

Tabela 1.2. Classificação do estado trófico e qualidade da água através do TRIX (Vollenweider et al. 1998).

1.2.4. Análises Estatísticas

Além dos procedimentos básicos de análise descritiva (média, desvio

padrão, máximo, mínimo), o conjunto dos resultados obtidos desse estudo foi

submetido ao teste de verificação de normalidade proposto por Kolmogorov-

Smirnov, uma vez que a normalidade é pré-requisito fundamental para a

aplicação das análises paramétricas. As variáveis que não atingiram

significância estatística foram normalizadas através de uma transformação

logarítmica natural (ln (x + 1), sendo x é a variável) viabilizando sua utilização

nas análises. As relações entre os parâmetros estudados (variáveis) nas

diferentes estações de coleta foram obtidas e verificadas através da análise

de correlação de Pearson. Para se identificar diferenças significativas entre as

áreas de amostragem foi aplicada, para cada parâmetro, a Análise de

Variância Unifatorial (ANOVA) (Zar 1984).

1.2.5. Princípios do modelo LOICZ

Para entender o funcionamento do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu,

antes e após da abertura do canal subterrâneo de ligação entre o mar e a

Laguna de Piratininga, foi adotado o procedimento de modelagem do balanço

de massa descrito nas recomendações do LOICZ (Gordon et al. 1996). O

Valor IQA-TRIX ESTADO TRÓFICO Significado Ambiental Qualidade Ambiental

2 - 4 Baixo Baixa produção Alta

4 - 5 Médio Moderada produção Boa

5 - 6 AltoEntre moderada e alta

produçãoRuim

6 - 8 Mais Alto Alta produção Péssima

41

LOICZ é um modelo de balanço de massas biogeoquímico que descreve as

taxas de entradas do material ao sistema (entradas), e as taxas de material

removido do sistema (saídas) e as taxas de alteração de material dentro do

sistema (fontes internas) (Figura 1.3 a e b). Na abordagem do LOICZ, são

estabelecidos basicamente quatro balanços sequenciais: (i) balanço da água,

(ii) balanço da sal, (iii) balanço dos materiais não-conservativos N, P e (iv) as

relações estequiométricas entre os balanços dos matérias não-conservativos.

Para construir o modelo de balanço de massas, o sistema foi dividido em

duas caixas (Lagunas de Piratininga e Itaipu), tendo como entradas para este

sistema a água doce (Vq), a precipitação (Vp) e a descarga de esgoto (Vo).

Foram considerados como saídas a evaporação (Ve) e o fluxo residual (Vr).

Neste estudo, os dados utilizados para a descarga dos rios (Vq), precipitação

direta (Vp), evaporação direta (Ve) e esgotos (Vo), são apresentados na

Tabela 1.3.

42

Figura 1.3. Diagrama simplificado caracterizando os fluxos de matéria (adaptado:

http://data.ecology.su.se/MNODE/) com (a) representação do balanço de água de um estuário e (b) representação dos fluxos de entrradas e saídas de água do sistema (flechas).

http://data.ecology.su.se/MNODE/

43

Tabela 1.3. Resumo anual dos valores, quantificações dos parâmetros e fontes dos dados utilizados para o modelo de duas caixas LOICZ aplicado para as águas costeiras e o SLAPI. (DIP= fósforo inorgânico dissolvido, DIN= nitrogênio dissolvido inorgânico).

Utilizou-se os valores estimados por Couto et al. (2000) para a descarga

de esgoto para o SLAPI. Devido à dificuldade para se obter dados de fluxos

de águas subterrâneas, esta entrada não foi incluída no modelo. O fluxo do

Lagunas-Enseada Itaipu Parametros Codigo Quantidade Valor Fonte de dados

Lagunas Piratininga-

Itaipu Evaporação Ve mmyr-1 1195,6

Média Anual de Evaporação, Serie de tempo de

54 anos (1935-1991) Atlas Climatologico

(Niteroi)

Lagunas Piratininga-

Itaipu Precipitação Vp mmyr-1 1224,1

Média Anual de Evaporação, Serie de tempo de

54 anos (1935-1991) Atlas Climatologico

(Niteroi)

Laguna Piratininga Descarga Superficie

(Rio) ArrozalVq m3s-1 0,03 Cyclo Anual (Knoppers et al, 1999)

Laguna Piratininga Descarga Superficie

(Rio) JacaréVq m3s-1 0,06 Cyclo Anual (Knoppers et al, 1999)

Laguna Itaipu Descarga Superficie

(Rio) João MendesVq m3s-1 0,1 Cyclo Anual (Knoppers et al, 1999)

Sistema Lagunar Esgoto (DIN) Vo x (DIN) 103molyr-1 0,4 Cyclo Anual (Couto et al, 2000)

Sistema Lagunar Esgoto (DIP) Vox(DIP) 103molyr-1 3 Cyclo Anual (Couto et al, 2000)

Laguna Piratininga Area Km2 3 Knopper et al (1999)

Laguna Itaipu Area Km2 2 Knopper et al (1999)

Laguna Piratininga Salt (2005-2006) Ssist 18,3 Média Anual este estudo (n=10)

Laguna Itaipu Salt (2005-2006) Ssist 30,4 Média Anual este estudo (n=10)

Enseada Itaipu Salt (2005-2006) Ssea 33,2 Média Anual este estudo (n=10)

Laguna Piratininga DIP (2005-2006) DIP1 M 11,7 Média Anual este estudo (n=10)

Laguna Itaipu DIP (2005-2006) DIP2 M 2,1 Média Anual este estudo (n=10)

Enseada Itaipu DIP (2005-2006) DIPocn M 0,97 Média Anual este estudo (n=10)

Laguna Piratininga DIN (2005-2006) DIN1 M 21,8 Média Anual este estudo (n=10)

Laguna Itaipu DIN (2005-2006) DIN2 M 12,1 Média Anual este estudo (n=10)

Enseada Itaipu DIN (2005-2006) DINocn M 4,3 Média Anual este estudo (n=10)

Laguna Piratininga NOP:POP (2005-

2006)N:P 19 Média Anual este estudo (n=10)

Laguna Itaipu NOP:POP (2005-


Laguna Piratininga Salt (2009-2010) Ssist 26 Média Anual este estudo (n=23)

Laguna Itaipu Salt (2009-2010) Ssist 31,3 Média Anual este estudo (n=23)

Enseada Itaipu Salt (2009-2010) Ssea 34 Média Anual este estudo (n=23)

Laguna Piratininga DIP (2009-2010) DIP1 M 2,4 Média Anual este estudo (n=23)

Laguna Itaipu DIP (2009-2010) DIP2 M 2,1 Média Anual este estudo (n=23)

Enseada Itaipu DIP (2009-2010) DIPsea M 0,6 Média Anual este estudo (n=23)

Laguna Piratininga DIN (2009-2010) DIN1 M 17,7 Média Anual este estudo (n=23)

Laguna Itaipu DIN (2009-2010) DIN2 M 15 Média Anual este estudo (n=23)

Laguna Piratininga NOP:POP (2005-


Laguna Itaipu NOP:POP (2005-


Enseada Itaipu DIN (2009-2010) DINocn M 4,2 Média Anual este estudo (n=23)

44

Canal Camboatá não foi considerado para os cálculos feitos para o modelo

LOICZ pelo fato dele ser considerado como "bidirecional". Isso foi assumido

com base nos resultados das análises das séries temporais de salinidade,

que foram medidas em uma estação fixa no Canal do Camboatá em ambos

períodos. A média e desvio-padrão obtido foram de 14,8 ± 6,9 para o período

2005-2006 e 24,5 ± 5,2 para o período de 2009-2010. Estes resultados

indicam uma troca de água ativa entre as duas lagunas.

Com base nesta informação, o fluxo residual (Vr) foi calculado de acordo

como a equação 2:

- (2)

Nesta equação o valor numérico de Ve é negativo, o que implica que a

água sai do sistema por evaporação. Vq, Vp e Vo (vazão dos rios, precipitação

e fluxo de esgoto) são positivos, o que implica que a água que entra no

sistema. Se Vr é negativo, isso indica que existe uma saída líquida do sistema

para a área adjacente (exportação).

Para a conservação de sal no sistema, a quantidade de sal que sai do

sistema e considerado como fluxo residual (Vr), que é equilibrado pela

quantidade de sal que entra no sistema como fluxo de mistura (Vx) causados

por os ventos, marés ou fluxo estuarino, como é descrito na equação (3):

sea s st) (3)

Onde:

Ssyst = são as concentrações de salinidade do sistema lagunar,

Ssea = as concentrações de salinidade do sistema e oceano.

45

A razão entre o volume do sistema (Vsyst) e a soma do volume de mistura

(Vx) com o valor absoluto do volume residual (|Vr|) são expressas em

unidades de tempo, sendo o tempo médio de residência de água doce (), ou

tempo de residência hidráulico do sistema descrito na seguinte equação (4).

(4)

O balanço do material não-conservativo (N e P) é formulada na equação (5)

(5)

Entradas e saídas são calculados como produtos de entrada de água ou de

saída (V) com as concentrações adequadas de nutrientes (Y) descrita na

seguinte equação (6):

(6)

Assim, Y é descrita na equação (7):

- (7)

Onde a concentração de nutrientes no mar é Ysea, e a concentração no

sistema é Ysyst. No caso de um comportamento conservador, Y deve ser

zero (Y = 0). Um resultado positivo de Y indica que o sistema está

liberando material (r) e um Y negativo indica absorção do material (p).

1.2.6. Relações estequiométricas entre os balanços não conservativos

Os cálculos baseiam-se no modelo das razões estequiométricas C:N:P

de 106:16:1 estabelecidas por Redfield (1934), levando-se em consideração

que a quantidade destes elementos na matéria orgânica (MO) tem uma razão

molar semelhante a do fitoplâncton (equação 8). Considerando que a base da

produção primária é o fitoplâncton, os processos de produção e mineralização

da matéria orgânica são descritos pela equação (8):

46

Da esquerda para a direita existe produção da matéria orgânica (p) e a

reação inversa mostra a mineralização (r). A estequiometria dessa equação

estequiométrica (p-r) é obtida e fornece uma medida do metabolismo líquido

do ecossistema (NEM).

Portanto, para se obter a concentração de um elemento na equação

acima e para se definir a relação estequiométrica entre estes elementos, o

resto da equação pode ser teoricamente inferido. Considerando que os fluxos

de fósforo inorgânico dissolvido (DIP) não são conservativos, seria uma

aproximação do metabolismo líquido do ecossistema (fotossíntese e

respiração) e sendo que as reações que ocorrem com o fósforo não são

menos complexas do que as que ocorrem com o nitrogênio e carbono, o

metabolismo líquido do sistema é definida pela equação (9):

Quando um sistema mostra um DIP positivo (DIP > 0), ele é

interpretado como produtor de DIC (carbono inorgânico dissolvido)

principalmente por meio da respiração (p-r < 0; respiração > fotossíntese). Se

um sistema apresenta uma DIP negativo (DIP <0), o sistema passa a ser

um produtor primário de matéria orgânica (p-r > 0; fotossíntese > respiração).

Assumindo que razão N:P do material particulado para um sistema é

conhecida (N:P =16; razão de Redfield), o fluxo de DIN associado com a

produção e a decomposição da matéria orgânica é associado ao fluxo de

fósforo dissolvido (P = DIP), que pode ser estimado quando multiplica-se

por 16 (equação 9). Neste estudo foi utilizado o N:P da razão de Redfield e a

47

razão N:P obtida a partir de nossos resultados com o material particulado em

suspensão (PON = nitrogênio orgânico particulado e POP= fósforo orgânico

particulado).

Assim, Nfixação-desnitrificação pode ser estimada como a diferença entre a

medida do fluxo de DIN (DIN = NO2 + NO3 + NH4) e do fluxo de DIN

esperado para a produção e decomposição da matéria orgânica (Nexp)

(equação 9). A diferença entre o Nobservado e o Nesperado é indicativa de

outros processos que podem alterar a concentração de N no sistema, além da

produção e mineralização da matéria orgânica. Quando os valores obtidos

são positivos, eles indicam que há fixação do nitrogênio no sistema, enquanto

que os valores negativos representam que o sistema perde nitrogênio

(equação 10).

- - (10)

Onde: fixação de nitrogênio (Nfix) e desnitrificação (NDenit).

48

1.3. RESULTADOS

A síntese das análises estatísticas descritivas efetuadas para as

diferentes variáveis ao longo do período 2009-2011 deste estudo é

apresentada na Tabela 1.4. Em geral as águas do Sistema Lagunar de

Piratininga-Itaipu (SLAPI) apresentaram maiores valores de temperatura,

menores valores de salinidade e as mais altas concentrações de nutrientes,

seston e clorofila-a em comparação com as águas marinhas costeiras.

1.3.1. Precipitação Atmosférica, Temperatura e Salinidade

A. Praia de Adão, Prainha de Piratininga e Enseada de Itaipu

A Estação da Enseada de Itaipu (EI), localizada na área costeira

adjacente ao SLAPI, apresentou os valores mais elevados de salinidade do

estudo, com média de 34,06 (± 1,45) para o período total de amostragem.

Além disso, a EI apresentou temperaturas relativamente mais baixas (Tmédia

= 23,58 ± 2,01) e águas mais oxigenadas (ODmédia = 9,03 ±1,73) que as

demais áreas costeiras marinhas monitoradas (Praia de Adão - PA e Prainha

de Piratininga - PP) (Tabela 1.4). As maiores variações para esses

parâmetros foram observadas nos períodos de primavera e verão. A

comparação entre as médias correspondentes às séries temporais de dados

de salinidade das três estações marinhas (EI, PP, PA) apontaram a presença

de diferenças significativas entre PA com relação as demais (ANOVA;

p<0,05). As águas menos salinas ocorreram nesta estação, enquanto que os

valores de salinidade observados na EI e na PP foram similares entre si

(Figura 1.4). Um outro padrão observado é relacionado com a precipitação

atmosférica, podendo ser descrito como um gradiente caracterizado pela

49

maior influência da precipitação atmosférica na salinidade das áreas mais

continentais.

Tabela 1.4. Sumário estatístico dos resultados obtidos para as variáveis físico-químicas e biológicas das águas das estações fixas de amostragem (Praia de Adão - PA, Prainha Piratininga - PP, Enseada de Itaipu - EI, Canal Tibau - CT, Canal Camboatá - CC e Laguna Itaipu - LI). Os sumários correspondem ao período de abril 2009 a março de 2011. Média ± DP (Mín - Máx).

A comparação entre os resultados de temperatura não revelou

diferenças entre os locais monitorados nesse estudo (ANOVA; p>0,05).

Ressalta-se que durante o período entre 11/2009 e 04/2010 foi observado um

aumento generalizado na temperatura nas três estações de amostragem

(Figura 1.5). De forma similar, não foram observadas diferenças significativas

entre as médias de oxigênio dissolvido (OD) obtidas nas três áreas (ANOVA;

p>0,05). Entretanto, é conveniente ressaltar que a EI apresentou as maiores

variações nas concentrações de oxigênio dissolvido, com valores variando

Variável Praia de Adão (PA) Prainha Piratininga (PP) Enseada de Itaipu (EI) Canal Tibau (CT) Canal Camboatá (CC) Laguna Itaipu (LI)

Temperatura ('C) 23,5 ± 2,1 24,2 ± 2,2 23,5 ± 2,1 26,1 ± 3,1 26,3 ± 3,8 24,7 ± 2,7

(20,7 - 28,7) (21,9 - 30,3) (19,4 - 30,3) (21,8 - 32,0) ( 22,4 - 32,6) ( 20,5 - 30,1)

Salinidade 31,2 ± 1,24 32,6 ± 0,6 34,0 ± 1,4 28,4 ± 3,5 24,4 ± 5,5 30,9 ± 2,0

(28,1 - 33,4) (31,2 - 33,7) (31,6 - 36,2) ( 21,8 - 33,1) (15,3 - 32,6) (24,1 - 33,0)

Oxigênio Dissolvido ( mlL-1) 8,5 ± 0,5 8,9 ± 0,6 9,0 ± 1,7 7,7 ± 1,8 7,3 ± 1,9 9,2 ± 1,5

(7,1 - 9,5) (8,3- 10,6) (4,9 - 14,8) (1,9 - 10,8) (3,7 - 9,1) (5,4 - 13,8)

SiO3 (M) 10,5 ± 5,7 6,1 ± 3,4 4,5 ± 3,8 20,7 ± 21,7 36,8 ± 23,9 11,5 ± 11,7

(2,0 - 22,0) (1,6 - 12,8) (0,5 - 18,1) (0,4 - 70,4) (1,2 - 82,7) (0,4 - 44,3)

PO4 (M) 1,3 ± 0,6 0,5 ± 0,2 0,5 ± 0,3 0,3 ± 0,2 5,1 ± 6,4 1,0 ± 0,6

(0,5 - 3,4) (0,1 - 0,9) (0,1 - 1,2) (0,1 - 1,0) (0,4 - 14,9) (0,3 - 2,5)

NO3 (M) 3,3 ± 2,0 1,8 ± 1,2 2,3 ± 1,2 3,1 ± 3,5 3,2 ± 1,8 3,4 ± 3,2

(0,5 - 9,2) (0,06 - 5,6) (0,03 - 7,5) (nd - 10,9) (0,3 - 5,0) (0,2 - 18,4)

NO2 (M) 1,0 ± 0,7 0,4 ± 0,3 0,4 ± 0,3 0,4 ± 0,3 1,0± 1,2 0,7 ± 0,5

(0,05 - 3,2) (0,03 - 1,1) (0,01 - 1,4) (0,04 - 1,3) (0,1 - 3,4) (0,08 - 2,9)

NH4 (M) 4,5 ± 3,1 1,4 ± 1,6 1,8 ± 1,5 1,8 ± 1,5 28,5 ± 32,5 5,6 ± 6,2

(nd - 11,1) (nd - 6,8) (nd - 6,1) (nd - 5,9) (nd - 79,9) (nd - 29,0)

NT (M) 25,0 ± 13,7 13,0 ± 10,5 23,6 ± 18,4 67,3 ± 34,5 129,1 ± 29,8 51,7 ± 32,3

(2,4 - 55,4) (1,6 - 45,8) (2,7 - 112,6) (11,9 - 121,2) (92,2 - 194,2) (8,1 - 114,1)

PT (M) 1,7 ± 0,7 0,9 ± 0,7 1,9 ± 2,8 5,0 ± 3,3 14,5 ± 7,0 3,8 ± 2,6

( 0,4 - 3,9) (0,4 - 3,4) (0,4 - 14,3) (0,8 - 12,2) (8,7 - 28,6) (0,8 - 11,0)

COP (mgL-1) 1,3 ± 1,3 0,7 ± 0,3 1,2 ± 0,9 5,2 ± 3,7 13,1 ± 8,4 3,0 ± 2,5

(0,2 - 6,4) (0,3 - 1,5) (0,2 - 4,3) (0,7 - 12,7) (1,2 - 23,2) (0,2 - 8,0)

COD (mgL-1) 7,4 ± 26,8 4,5 ± 5,3 3,4 ± 3,6 9,6 ± 11,7 21,9 ± 28,4 7,4 ± 18,5

(1,3 - 153,3) (1,2 - 18,7) (1,25 - 16,02) (1,3 - 55,1) (6,0 - 97,1) (1,2 - 103,7)

Seston (mgL-1) 20,1 ± 27,4 17,6 ± 15,3 18,6 ± 18,4 53,6 ± 47,1 92,8 ± 78,0 36,1 ± 34,5

(130,9 - 17,6) (2,6 - 56,1) (2,5 - 65,6) (8,2 - 150,7) (17,2 - 236,9) (4,6 - 123,6)

Clorofila a (mgL-1) 15,7 ± 22,4 5,5 ± 4,6 15,6 ± 22,4 26,9 ± 31,3 50,0 ± 31,4 41,5 ± 36,6

(1,2 - 123,1) (0,4 - 16,5) (0,4 - 96,3) (2,4 - 117,9) (12,0 - 108,9) (2,3 - 111,0)

n = 32 18 37 18 10 33

50

entre 14,5 mgL-1 e mínimos de 5 mgL-1 entre os períodos de 06/2009 e

12/2009, comparado com os outros dos locais de estudo respectivamente.

Figura 1.4. Variação temporal da salinidade e da precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) nas estações marinhas costeiras (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu).

Figura 1.5. Variação temporal da temperatura e da precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) nas estações marinhas costeiras (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu).

51

O diagrama T/S construído a partir de medidas de temperatura e

salinidade efetuadas ao longo do monitoramento nas diversas estações

marinhas (EI, PP e PA) é apresentado na Figura 1.6. No diagrama é

destacada a área correspondente ao triângulo de mistura, cujos vértices

correspondem às três principais massas de água que ocorrem na Plataforma

Continental Sudeste do Brasil (PCSB): (a) Água Tropical (AT), quente e salina

(T>20°C e S>36,40); (b) Água Costeira (AC), resultante da mistura da

descarga continental de água doce com águas da plataforma continental

(T>22°C e S<33) e (c) Água Central do Atlântico Sul (ACAS), relativamente

fria (T < 18°C, S 34,0 e 36,0), que caracteriza períodos de ressurgência

(Castro, 2006). Observa-se no diagrama que as águas apresentam um alto

grau de mistura no período, com uma maior influência da Água Costeira. É

também notável uma leve contribuição da ACAS no período de verão.

52

Figura 1.6. Diagrama T/S referente aos dados obtidos para todo o período de

amostragem nas estações costeiras marinhas. São destacados no diagrama os campos ocupados pelas principais massas d’água que ocorrem região (AC= Água Costeira; AT= Água Tropical; ACAS= Água Central do Atlântico Sul) e a estação do ano em que foi realizada a amostragem.

53

B. SLAPI (Sistema Lagunar Pirantininga-Itaipu)

As médias dos valores de salinidade obtidas para as estações do SLAPI

(CT – Canal do Tibau, CC – Canal do Camboatá e LI – Lagoa de Itaipu) foram

menores que as observadas nas estações da área costeira (Tabela 1.4). No

SLAPI foram também observadas diferenças significativas entre as

salinidades dos três locais de amostragem (ANOVA p<0,05), sendo essas

diferenças relativas ao Canal Camboatá (CC) com relação às demais

estações (CT e LI). Nas séries temporais das três áreas do SLAPI foram

também observadas grandes variações na salinidade (S=11,3 para CT, S=

17,3 para CC e S= 9,6 para LI). As maiores variações foram observadas nos

períodos de primavera e verão (Figura 1.7).

As médias das temperaturas das três estações do SLAPI foram

similares, não apresentando diferenças significativas entre si. As maiores

temperaturas observadas foram registradas no CC, com valor máximo de

32,6. O menor valor de temperatura ocorreu na LI (20,5 °C). De forma similar

que a salinidade, as maiores variações de temperatura foram observadas na

primavera e no verão (Figura 1.8).

Com relação ao OD, foram observadas diferenças significativas (p>

0,05) relacionadas aos resultados da LI, que apresentou os maiores valores

de OD dentre os três locais amostrados (Tabela 1.4). O menor valor de OD do

estudo, 2 mgL-1, foi medido no CT em 11/2009.

54

Figura 1.7. Variação temporal da salinidade e da precipitação (média correspondente

aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) nas estações do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI).

Figura 1.8. Variação temporal da temperatura e precipitação (média correspondente

aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) nas estações do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI).

55

1.3.2. Variação Temporal dos Nutrientes nas Águas

A. Praia de Adão, Prainha de Piratininga e Enseada de Itaipu

As médias obtidas para as concentrações de nutrientes dissolvidos nas

estações costeiras marinhas (PA, PP, EI) revelaram que a Praia de Adão

apresenta as maiores concentrações de nutrientes (SiO3 - 10,57 ± 5,7 ML-1,

PO4 - 1,34 ± 0,6 ML-1, NO3 - 3,35 ± 2,0 ML-1, NH4 - 4,58 ± 3,1 ML-1 e COD

- 7,47 ± 26,6 mgL-1). Esses valores mais extremos foram medidos durante o

período da primavera. A análise estatística mostrou diferenças significativas

(ANOVA; p<0,05) entre os três locais com relação a PA para os parâmetros

SiO3, PO4, NO3, e NH4 (Tabela 1.4).

Dentre os nutrientes, o SiO3 foi o que apresentou a maior relação com

os índices de precipitação. As altas concentrações de SiO3 estiveram

frequentemente acompanhadas de baixas salinidades e maiores índices

pluviométricos. Os teores máximos foram observados na PA (22,04 M em

11/6/10) e os mínimos na EI (0,51 M em 03/2/11) (Figura 1.9a).

As menores flutuações das concentrações de PO4 ocorreram nas

estações EI e PP. De forma similar a outros nutrientes, as maiores variações

foram observadas durante a primavera. Entretanto, na estação da Praia de

Adão as concentrações PO4 sempre se mantiveram acima das observadas

nos outros locais, apresentando um valor máximo de 3,40 M em 28/04/10

(Figura 1.9b).

As séries temporais das concentrações de NO3 demonstraram padrões

temporais similares nas três áreas (PA, PP e EI) (Figura 1.9c), ainda que a PA

tenha apresentado as maiores concentrações. As maiores variações foram

observadas no período de 05/2009 e 10/2009, com valores máximos de 9,6

56

M na PA para o dia 14/8/09 e valores mínimos de 0,1 M na EI no mês de

fevereiro 2011 (Figura 1.9c). Na série temporal da NH4 observa-se um padrão

similar entre PP e EI, sendo que menores valores são observados na PP. As

maiores flutuações ocorreram na PA no período de 5/09 até 11/09 e a mais

alta concentração foi medida no dia 14/10/10 (11,6 M) (Figura 1.9d).

De forma diferente dos outros nutrientes, não foram observadas

diferenças significativas entre os três locais (ANOVA; p>=0,05) com relação

ao COD. As maiores variações das concentrações foram observadas na Praia

de Adão, com um valor extremo de 153,30 mgL-1, ocorrido no mês de

fevereiro. Em geral os valores de COD foram mais baixos na Prainha de

Piratininga em comparação com os outros locais de estudo (Figura 1.10a).

Em alguns casos, flutuações estiveram associadas à precipitação.

Em geral, na área costeira adjacente ao Sistema Lagunar Itaipu-

Piratininga, as maiores concentrações de NT e PT foram observadas na PA.

Entretanto, pode-se destacar a presença de picos desses dois nutrientes na

EI durante o mês de novembro de 2009, o que contribuiu decisivamente para

o aumento da média desta estação (Figura 1.10b e c). A análise estatística

mostrou diferenças significativas (ANOVA; p<0,05) relacionadas à PP para

ambos NT e PT com relação às demais estações (Tabela 1.4).

57

Figura 1.9. Variação temporal das concentrações dos nutrientes inorgânicos

dissolvidos, SiO3 (a), PO4 (b), NO3 (c), NH4 (d) e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) em águas das estações fixas de coleta da área marinha costeira (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu).

58

Figura 1.10. Variação temporal das concentrações de carbono orgânico de

dissolvido COD (a), do nitrogênio total (NT) (b), do fósforo total (PT) (c) e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) em águas das estações fixas de coleta da área marinha costeira (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu).

59

B. SLAPI (Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu)

Conforme anteriormente mencionado, as águas do SLAPI

apresentaram as maiores concentrações dos nutrientes dissolvidos, sendo

que no Canal do Camboatá (Estação CC) foram observados os valores mais

elevados. As concentrações médias (± desvio padrão) observadas na CC

foram 36,9 ± 24,0 para SiO3, 5,2 ± 6,4 para o PO4 e 28,6 ± 32,5 para NH4. A

única exceção foi o caso do NO3, que apresentou valores mais elevados na

Laguna de Itaipu (3,4 ± 3,2) (Tabela 1.4).

A comparação entre as concentrações da maioria dos nutrientes revelou

também que existem diferenças significativas (ANOVA; p<0,05) entre as três

estações do SLAPI. Os maiores valores de SiO3, 44,3 e 54,4 M, foram

encontrados nas três estações para o período de 09/09 a 12/09

respectivamente (Figura 1.11a).

As estações CT e LI apresentaram semelhanças quanto à variação

temporal das concentrações de fósforo, sendo 0,1 e 2,4 M os valores

máximos e mínimos obtidos na série. No entanto, no Canal Camboatá

observaram-se concentrações mais elevadas (uma a duas ordens de

grandeza superiores), com valor extremo de 14,9 M de PO4 (Figura 1.11b).

Tanto o nitrato quanto o amônio apresentaram padrões de variação temporal

similares nas três estações de amostragem, com valores máximos de 18,4 M

para NO3 na estação LI (mês de janeiro 2011) e 79,9 M para NH4 na estação

CC no dia 08/09/2010 (Figura 1.11c e d). No Canal Camboatá foram

observadas as maiores concentrações de COD (97,11 mgL-1) e na Laguna de

Itaipu foram observadas as maiores variações. A maior concentração de COD

observada na LI foi de 18,50 mgL-1. A despeito disso, para o COD não foram

60

observadas diferenças significativas entre as estações de amostragem

(ANOVA; p>0,05). (Figura 1.12a).

No Sistema Lagunar de Piratininga-Itaipu, as maiores concentrações

médias de NT e PT ocorreram no Canal Camboatá (129,12 ± 29,80 e 14,51 ±

7,03 M respectivamente), sendo esses valores significativamente diferentes

dos observados nos outros locais (ANOVA; p<0,05) (Tabela 1.4). Nas séries

temporais de NT e PT observa-se um comportamento uma similaridade para

as variações das concentrações nas estações LI e CT. Esses valores

variaram entre 8,1 e 121,2 M para NT e 0,89 e 12,3 M de PT. Porém, as

maiores variações de concentrações foram observadas na estação CC

(Figura 1.12b). O NT apresentou valores variando entre 92,2 (19/11/2010) a

194,2 M (14/10/2010) enquanto que para o PT foi observada uma variação

de 8,7 (24/02/2011) a 28,6 M (02/12/2010) (Figura 1.12c).

61

Figura 1.11. Variação temporal das concentrações dos nutrientes inorgânicos

dissolvidos, SiO3 (a), PO4 (b), NO3 (c), NH4 (d) e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) em águas das estações fixas de coleta do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI).

62

Figura 1.12. Variação temporal das concentrações de carbono orgânico de dissolvido COD (a), do nitrogênio total (NT) (b), do fósforo total (PT) (c) e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) em águas das estações fixas de coleta do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI).

63

1.3.3. Disponibilidade de Nutrientes

As razões N:P (molares) relativas aos nutrientes inorgânicos dissolvidos

(NID:P) apresentaram as seguintes médias e desvios padrões nas estações

marinhas costeiras: PA= 8,3 ± 4,5; PP= 9,4 ± 9,3; EI= 12,1 ± 12,3. Para as

mesmas estações, as razões Si:N (Si:NID) foram: PA= 1,9 ± 2,4; PP= 4,2 ±

7,7; EI= 2,7 ± 7,3 (Tabela 1.5; Figura 1.13a). De forma geral, as razões N:P

são consideradas baixas enquanto as razões Si:N são consideradas

relativamente elevadas se comparadas com a demanda ideal do fitoplâncton

descrita pela razão C:N:P e Si:N de Redfield, que são de 106:16:1 e 1.

As razões N:P e Si:N tenderam a ser mais baixas no período dezembro

de 2010 e de fevereiro de 2011 e mais elevadas durante o mês de novembro

de 2009. As razões Si:P apresentaram maiores médias para a PP e para a EI.

Também nesses locais foram observadas as maiores variações (Tabela 1.5)

As médias da razão COD:COP foram similares entre as três estações,

apresentado maiores valores, comparados com os valores encontrados para

esta razão no SLAPI. Os valores médios da razão COP:Clo-a registrados nas

nas três áreas marinhas costeiras foram menores se comparados aos valores

encontrados nas estações do SLAPI.

64

Tabela 1.5. Sumário estatístico das razões NID:P, Si:NID, Si:P, COD:COP e COP:Clo-a obtidos nas águas das estações fixas de amostragem (Praia de Adão - PA, Prainha Piratininga - PP, Enseada de Itaipu - EI, Canal Tibau - CT, Canal Camboatá - CC e Laguna Itaipu - LI). Os sumários correspondem ao período de abril 2009 a março de 2011. Média ± DP (Mín - Máx).

As razões de N:P das águas do SLAPI apresentaram valores médios

relativamente mais elevados que os registrados na área costeira (CT= 10,1 ±

5,9, LI= 10,4 ± 11,5 e CC= 12,3 ±14,6). Entretanto, as razões médias Si:N da

Laguna de Itaipu e do Canal do Tibau foram similares às das estações

costeiras (LI= 2,3 ± 4,2 e CC= 3,2 ±5,6), enquanto que o Canal do Tibau

apresentou uma razão Si:N bem mais elevada (CT= 7,8 ± 19,7) (Tabela 1.5).

De forma similar ao caso anterior, essas razões N:P e Si:N estão,

respectivamente, abaixo e acima das razões reportadas por Redfield para o

plâncton (Tabela 1.4; Figura 1.13b). No caso das estações do SLAPI, as

razões N:P e Si:N mais baixas ocorreram respectivamente nos períodos de

outubro de 2009 e dezembro de 2010 e as mais elevadas em agosto de 2010

e outubro de 2009. Os valores médios da razão Si:P no SLAPI foram, em

geral, maiores que os obtidos nas águas costeiras marinhas, evidenciando a

maior contribuição dos silicatos nesse sistema. Os valores médios da razão

Praia de Adão (PA) Prainha Piratininga (PP) Enseada de Itaipu (EI) Canal Tibau (CT) Canal Camboatá (CC) Laguna Itaipu (LI)

N:P 8,3 ± 4,5 9,4 ± 9,3 12,0 ± 12,3 10,1 ± 5,9 12,3 ± 14,6 10,4 ± 11,0

(1,5 - 21,7) (0,4 - 40,8) (0,2 - 66,9) (0,7 - 21,4) (2,3 - 46,6) (0,9 - 54,9)

Si:N 1,9 ± 2,3 3,8 ± 7,4 1,7 ± 2,8 7,8 ± 19,7 3,5 ± 5,7 2,1 ± 4,2

(0,2 - 10,0) (0,2 - 32,8) (0,2 - 13,8) (0,2 - 85,9) (0,2 - 16,8) (0,08 - 23,4)

Si:P 9,3 ± 6,6 11,2 ± 7,3 11,1 ± 10,7 33,1 ± 28,3 21,2 ± 25,6 12,2 ± 12,5

(1,2 - 30,9) (2,8 - 26,4) (1,7 - 54,4) (1,2 - 88,0) (2,9 - 75,8) (0,7 - 51,1)

COD:COP 6,2 ± 17,8 7,8 ± 10,1 5,3 ± 14,8 2,1 ± 1,4 2,9 ± 3,9 3,7 ± 3,4

(0,3 - 103,4) (0,8 - 41,2) (0,4 - 83,6) (0,5 - 5,7) (0,4 - 10,7) (0,6 - 16,2)

COP:Clo-a 179,7 ± 263,4 200,7 ± 175,1 209,2 ± 431,6 366,5 ± 239,2 372,0 ± 500,9 286,7 ± 480,2

(31,7 - 1499,7) (43,1 - 617,9) (10,5 - 2480,5) (20,4 - 942,5) (107,1 - 1691,7) (13,6 - 2364,3)

n = 32 18 37 18 10 33

65

COD:COP e COP:Clo-a em geral foram menores e maiores respectivamente,

comparados com os valores das águas marinhas costeiras, evidenciando o

maior aporte de COP nesse sistema.

Figura 1.13. Relação entre as razões N:P e Si:N obtidas através das concentrações

dos nutrientes inorgânicos dissolvidos nas amostras de águas das estações fixas de coleta da (a) região marinha costeira (PA - Praia de Adão, PP - Prainha Piratininga e EI - Enseada de Itaipu) e (b ) do SLAPI (CT - Canal Tibau, CC - Canal Camboatá e LI - Laguna de Itaipu). O termo N na razão correspondente ao somatório das espécies de nitrogênio inorgânico medidas nas amostras (NO3 + NO2 + NH4).

66

1.3.4. Clorofila-a, COP (Carbono Orgânico Particulado) e Seston

Dentre as estações marinhas costeiras, a Praia de Adão (PA) e a

Enseada de Itaipu (EI) apresentaram as maiores concentrações médias de

clorofila-a, COP e seston com valores de 16,7 ± 22,4 e 15,6 ± 22.4 gL-1, 1,4

± 1,3 e 1,2 ± 0,9 mgL-1 e de 20,1 ± 27,4 mgL-1, respectivamente (Tabela 1.3).

Destaca-se o dia 19/11/2010, no qual foram observados na PA os picos

máximos de Clo-a, COP e seston do estudo, com as seguintes

concentrações: 123,4 ugL-1, 6,4 mgL-1 e 135 mgL-1 respectivamente (Figura

1.14 a, b e c).

Com relação às estações localizadas na área do SLAPI, as mais altas

concentrações de Clorofila-a, COP e seston foram observadas no Canal de

Camboatá (canal que conecta as duas Lagunas de Piratininga e Itaipu). No

CC as concentrações médias foram de 50,1 ± 31,5 gL-1, 13,1 ± 8,4 mgL-1 e

92,9 ± 78,1 mgL-1, respectivamente para Clorofila-a, COP e seston. Estas

concentrações médias são significativamente diferentes (ANOVA; p<0,05) das

médias relativas as demais estações do SLAPI (CT e LI). Na LI foram

observadas as maiores variações nas concentrações de Clo-a e COP com

picos de 111,1 gL-1 e 8,1 mgL-1 em junho de 2009. No entanto, no Canal

Camboatá foram observados os valores máximos de seston com 236,9 mgL-1

(figura 1.15a, b e c).

67

Figura 1.14. Variação temporal das concentrações de clorofila-a (a), COP (b), seston

(c) e precipitação (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) águas das estações fixas de coleta da área marinha costeira (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu).

68

Figura 1.15. Variação temporal das concentrações de clorofila-a (a), COP (f) e seston

(b) e precipitação (c) (média correspondente aos 5 dias anteriores ao dia da amostragem) em águas das estações fixas de coleta do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI).

69

1.3.5. Estado Trófico

A variação temporal do TRIX, usado para classificar o estado trófico,

das estações marinhas ao longo do estudo é apresentada na Figura 1.16a. .

Os valores do Índice TRIX variaram de 3,6 (Alta na PP) a 8,8 (Péssima na EI)

nas 3 estações fixas da região marinha costeira. A EI apresentou o maior

valor médio do TRIX (6,0 ± 1,0), mas essa média influenciada pelo valor

extremo de novembro de 2009. Os valores oscilaram nas faixas

correspondentes as classificações Boas, Ruim e Péssima. Nas estações EI e

PA houve o predomínio de águas do tipo Péssima em 51% e 50% dos casos,

respectivamente

Nas águas do SLAPI, os valores médios do índice TRIX foram de 6,8 ±

0,9 para CT, de 8,2 ± 0,6 para CC e 7,0 ± 1,1 para LI. Da mesma forma que

no caso anterior, ao longo do estudo as águas do SLAPI obtiveram

classificações do tipo como Boa, Ruim e Péssima. Entrentato, as águas da

estação CC foram classificadas como Péssima em 100% das vezes em que o

índice foi aplicado e a LI e o CT, 81% 80%, respectivamente (Figura 1.16b).

70

Figura 1.16. Variação temporal do Índice TRIX nas águas (a) das estações fixas de

coleta da área marinha costeira (Praia de Adão, Prainha Piratininga e Enseada de Itaipu) e (b) do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (Canal Tibau - CT, Canal Camboatá – CC e Laguna de Itaipu - LI). AT= Alta, BO= Boa, RM= Ruim, PS= Péssima.

71

1.3.6. Balanço de água e sal

Para calcular o balanço de massas é importante quantificar os fluxos

de entrada e saída de materiais conservativos no sistema aquático. Os

balanços de água e sal para o Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu encontram-

se representados por dois compartimentos (caixa 1 = Piratininga, caixa 2 =

Itaipu; Figura 1.3 e Figura 1.17a e b) e representada pela Enseada de Itaipu,

a área costeira adjacente.

Os resultados relativos à salinidade do primeiro período (2005-2006)

indicam que o Sistema Lagunar de Piratininga-Itaipu apresentou um fluxo

residual negativo (Vr). O volume de água exportada da Laguna de Piratininga

para a Laguna de Itaipu foi de 2.9x106 m3ano-1 e da Laguna de Itaipu para a

Enseada de Itaipu, de 3.1x106m3ano-1 (Tabela 1.6). Os valores obtidos para

os volumes de mistura (VX1= 5,9 e Vx2 = 37,8) foram maiores do que os dos

fluxos de água fresca e de água residual, o que evidencia a presença de um

gradiente de salinidade (Tabela 1.6). O tempo de permanência da água foi de

83 dias para Piratininga e de 9 dias para Itaipu (Figura 1.17a).

Os resultados obtidos para a salinidade no segundo período (2009-

2010) apresentaram um padrão semelhante ao do primeiro, com valores

negativos para VR1= -2,9; VR2 =-3,2 e valores positivos maiores para VX1= 15;

VX2= 39,6 (Tabela 1.6). Em ambos os períodos, o volume de exportações foi

maior devido à entrada de água doce pelos pequenos riachos contribuintes do

SLAPI. A entrada das águas subterrâneas, provavelmente, também contribuiu

para esse equilíbrio. No entanto, o volume de água a esta fonte não foi

quantificada neste estudo. Em 2008, a abertura do canal subterrâneo de

ligação entre a Laguna de Piratininga e o mar aumentou a salinidade em 58%

72

(Piratininga = 26,0) e diminuiu, significativamente, o tempo de residência da

água nessa laguna (Figura 1.17b).

Tabela 1.6. Sumário dos resultados dos balanços de elementos conservativos de água e sal para o sistema Lagunar Costeiro de Piratininga-Itaipu. Vq= Volumem dos rios; Vp= Volumem da precipitação; Ve=Volumem da evaporação; Vr= Volumem residual; Vx= Volumem de mistura; Ssist= Salinidade do sistema; Ssea= Salinidade do sistema externo; Sr=

Salinidade residual.

Figura 1.17. Balanço de água e sal para o Sistema Lagunar Costeiro de Piratininga-

Itaipu para (a) 2005-2006 e (b) 2009-2010. Fluxo de água (m3 ano-1 x

106); fluxo de sal (m3 ano-1 x 106).

Localização AnoVq

106 (m3 yr-1)

Vp

106 (m3 yr-1)

Ve

106 (m3 yr-1)

Vr

106 (m3 yr-1)

Vx

106 (m3 yr-1)

Ssist

salt

Socn

salt

Sr

salt

Laguna Piratininga 2.8 3,7 -3,6 -2,9 5,9 18,3 24

Laguna Itaipu 3,1 2,4 -2,3 -3,1 37,8 30,4 33,2 32

Laguna Piratininga 2,8 3,6 -3,5 -2,9 15 26 29

Laguna Itaipu 3,1 2,4 -2,3 -3,2 39,6 31,3 34 33

2005-2006

2009-2010

73

1.3.7. Balanço de nutrientes

O balanço de nutrientes inorgânicos dissolvidos foi obtido a partir da

variação temporal das concentrações destes constituintes determinados nas

águas do SLAPI e nas águas costeiras adjacentes. Como foi mencionado

acima, o modelo foi composto de duas caixas que representam (1) a Laguna

de Piratininga e (2) Laguna de Itaipu com a área costeira adjacente. O

intercambio de nutrientes entre os diferentes compartimentos (entrada e

saída) permite identificar se o sistema e seus compartimentos individuais

agem como retentores (sumidouros) ou exportadores (fontes) de nutrientes.

O balanço de fósforo inorgânico dissolvido durante o período 2005-

2006 mostrou um fluxo unidirecional entre os compartimentos (Laguna de

Piratininga Laguna de Itaipu Enseada de Itaipu) (Figura 1.18a). Os

resultados sugerem uma produção líquida de DIP de +20x 103mol ano-1 para

a Laguna de Piratininga e +18 x 103mol ano-1 para a Laguna de Itaipu. Assim,

o comportamento do SLAPI caracteriza-se, como um todo, como um

exportador de DIP (syst = +38 x 103mol ano-1) neste período (Figura 1.18).

Durante o período de 2009-2010, i.e., o período após a abertura do

canal, a concentração de fósforo nas águas da Laguna de Piratininga

diminuiram cerca 65% (conc. média = 2,4 M) e o fluxo anual tornou-se

negativo de DIP (Piratininga = -45x 103mol ano-1). Por outro lado, os fluxos de

fósforo para a Laguna de Itaipu foram positivos e a concentração aumentou

em 32%. O modelo indica que nesse segundo o SLAPI funciona também

funciona como exportador de DIP para a Enseada de Itaipu. Essa exportação

é da ordem de 35 x 103molP ano-1. O comportamento de todo o sistema

74

revelou uma absorção de líquida de fósforo (Syst = -10 x 103mol ano-1)

(Figura 1.18b; Tabela 1.7).

Figura 1.18. Fluxos de fósforo inorgânico dissolvido para a área costeira e SLAPI

a=2005-2006 y b=2009-2010. Fluxos em 103mol ano-1.

Tabela 1.7. Sumário dos resultados dos balanços dos elementos não conservativos,

fósforo (DIP), formas nitrogenadas inorgânicas (DIN), metabolismo ecossistêmico neto (p-r) e fixação de nitrogênio menos desnitrificação

(nfix-denit) para o SLAPI.

DIPobs DINobs DINexp (nfix-denit) (nfix-denit) *1 (p-r )

103 (mol ano-1) 103 (mol ano-1) 103 (mol ano-1) 103 (mol ano-1) 103 (mol ano-1) 103 (mol ano-1)

Laguna Piratininga +20 -1200 320 -1560 -1620 -2100

Laguna Itaipu +18 -892 288 -1180 -1040 -1920

Laguna Piratininga -45 -1180 -720 -457 -1321 4800

Laguna Itaipu +35 -1370 560 -1940 -1650 822

2005-2006

2009-2010

Localização Year

75

O balanço das espécies de nitrogênio inorgânico dissolvido para o

período 2005-2006 mostrou um fluxo não conservador de DIN (DIN). Os

valores negativos obtidos para os fluxos lagunares (Laguna de Piratininga = -

1200 x 103molN ano-1 e Laguna de Itaipu = -892 x 103molN ano-1) indicaram

que o SLAPI atuou como um exportador de DIN nesse período. Durante 2009-

2010 as concentrações de DIN diminuiram em 10% na Laguna de Piratininga,

atingindo a média de 17,1 M para o período. Em contrapartida, as

concentrações DIN da Laguna de Itaipu aumentaram aproximadamente em

um 10%, apresentando valores de até 15,0 M em alguns períodos. Fluxos

negativos foram observados no sistema como todo (Piratininga = -1180 x 103

molN ano-1 e Itaipu -1370 x 103 molN ano-1). Em ambos os casos, o Sistema

Lagunar Piratininga-Itaipu se comportou como um exportador de nitrogênio,

com um sys = -2092 x 103mol ano-1 (Figura 1.19a) durante 2005-2006 e um

sys= -2550 x 103 mol ano-1 (Figura 1.19b; Tabela 1.6) durante 2009-2010.

76

Figura 1.19. Fluxos de fósforo inorgânico dissolvido para a área costeira e SLAPI

a=2005-2006 y b=2009-2010. Fluxos em 103mol ano-1.

1.3.8. Balanço estequiométrico

Os valores médios anuais mostraram que o metabolismo líquido total

de todo o Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu foi heterotrófico em 2005-2006,

ou seja, o SLAPI funcionou degradando a matéria orgânica. O parâmetro

produção menos respiração (p-r) foi negativo em ambos as lagunas de

Piratininga e de Itaipu (p-rPiratininga = -2100; p-rItaipu = -1910) (Figura 1.18).

Diferentemente, durante o período 2009-2010 o SLAPI se transforma em

sistema em estado autotrófico, o que é evidenciado através dos valores

positivos do parâmetro (p-r), que foi de 4800 para a Laguna de Piratininga e

822 para a Laguna de Itaipu (Figura 1.18b).

77

Apesar destas diferenças no parâmetro (p-r), os resultados do balanço

estequiométrico revelaram que a perda de nitrogênio excede ao nitrogênio

fixado nos dois períodos (antes e após a abertura da ligação da Laguna

Piratininga com o mar em 2008). Os balanços de nitrogênio (nfix-Denit) obtido

para o período 2005-2006 e 2009-2010 variou entre -1,560- a -1,620 e -321 a

-457 a para a Laguna de Piratininga, e -1,040- a -1,180 e -1,650- a -1,940

para a Laguna de Itaipu nos dois períodos, respectivamente (Tabela 1.6).

1.4. DISCUSSÃO

1.4.1. Padrões Espaciais e Temporais das Concentrações de Nutrientes

A dinâmica das condições físico-químicas das águas marinhas costeiras

e do SLAPI é complexa em função de diferentes fatores que atuam nesses

tipos de ambientes. Dentre eles, destacam-se (a) o grau de interação entre as

diferentes massas de água que ocorrem na região (já ocorrem bastante

misturadas); (b) o aporte das águas continentais oriundas da bacia de

drenagem local via o SLAPI e da Baía de Guanabara; (c) condições de clima

predominantes; (d) características fisiográficas de cada estação de coleta; (e)

grau de ocupação das bacias e (f) uma variada gama de processos

biogequímicos que atuam no acoplamento da coluna d’água com os

sedimentos, que são muito importantes em sistemas aquáticos rasos.

Os padrões de variação temporal da temperatura e da salinidade nas

águas das estações marinhas costeiras (PA, PP e EI) foram controlados

basicamente por fatores climáticos e hidrológicos (ou oceanográficos).

Mudanças de condições meteorológicas estiveram relacionadas com entradas

de frentes frias, que foram recorrentes durante os meses de outono e inverno

78

e apresentaram duração de 3 a 4 dias, e intervalos de 7 a 8 dias entre uma e

outra. Esse tipo comportamento foi reportado anteriormente por outros

autores em estudos realizados nessa região (Kjerfve, 1997). O fator

hidrológico apresenta uma característica sazonal e está relacionado com a

aproximação algumas massas de águas típicas da PCSB (Plataforma

Continental Sudeste do Brasil) na região costeira. Essas águas apresentam

uma forte interação com as águas continentais e a intensidade do aporte e do

grau de interação é variavel e depende da época do ano. No início do estudo,

por exemplo, (meses de outono e inverno de 2009) foram observadas águas

mais densas e um alto grau de interação entre a Água Tropical - AT (T>20°C

e S>36,40) e a Água Costeira – AC (T>22°C e S<33). Nos meses de

primavera e verão (2009 e 2011), foram observadas maiores variações de

temperatura e salinidade e, além da interação entre a AT e AC, alguma

influência da Água Central do Atlântico Sul – ACAS (T < 18°C, S 34,0 e 36,0;

Ressurgencia), principalmente na Enseada de Itaipu.

As estações marinhas costeiras (PA, PP e EI) também apresentaram

uma alta variabilidade temporal nas concentrações das espécies de C, N, P

dos materiais dissolvido e particulado (Tabela 1.5: Figura 1.9; Figura 1.10 e

Figura 1.14). Entretanto, foram detectados alguns padrões de caráter espacial

e temporal, sendo o primeiro identificado como um gradiente de

concentrações na direção Baía de Guanabara Enseada de Itaipu. Assim,

as mais altas concentrações de nutrientes e clorofila-a foram observadas na

Praia de Adão (PA), evidenciando a influência de águas eutroficadas da Baía

de Guanabara (BG). Esse padrão espacial é corroborado pelas várias

correlações observadas entre os parâmetros e são exemplos as correlações

79

negativas entre a salinidade e SiO3, NT, PT, seston e COP e as correlações

positivas entre a temperatura e NT, PT, COD e COP (Tabela 1.8; Figuras 1.20

e 1.21). Por outro lado, as concentrações de nutrientes inorgânicos

dissolvidas registrados na estação marinha costeira mais interior (PA) foram

similares às obtidas para águas superficiais da estação de monitoramento W2

da FEEMA (Kjerfve et al. 1997a). A Baia de Guanabara é uma baía costeira,

com uma área aproximada de 384 km2, com um volume médio de 1,87 x 109

m3, tem um padrão de circulação de tipo estuarina com um fluxo de saida de

900 m3s-1 e tempo de renovação do 50% das águas de 14 dias (Kjerfve et al.

1997a). As águas dessa baía apresentam uma elevada produtividade

primária, resultante de um considerável aporte de nutrientes, principalmente

através de despejo de esgoto brutos (20 m3s-1) e/ou tratados (7 m3s-1) e da

drenagem fluvial (Valentin 1999);(Coelho 2007). Desta forma, as

concentrações relativamente mais baixas observadas nas estações da

Prainha de Piratininga e da Enseada de Itaipu estariam associadas às suas

localizações menos e mais distantes da Baía da Guanabara.

As concentrações de nutrientes nas águas da Enseada de Itaipu (EI)

também demonstraram ser bastante influenciadas pelo SLAPI. Nesta enseada

encontramos valores de concentrações de espécies de nutrientes inorgânicos

dissolvidos (SiO3, PO4, NO3, NO2, NH4) relativamente elevadas e,

curiosamente, as maiores variações registradas nas séries temporais (Figura

1.11). Na EI, o COP apresentou-se fortemente correlacionado a clorofila-a

(correlação positiva; p< 0,05), indicando que a alta produtividade da Enseada

de Itaipu e a influência local do material produzido no SLAPI. Em outras

palavras, uma exportação líquida positiva do SLAPI para a Enseada de Itaipu.

80

O segundo padrão relacionado à distribuição de concentrações de

nutrientes é de caráter temporal e está associado à variação do clima ao

longo do ano e ao regime de circulação local, como mencionado

anteriormente. Os principais fatores associados a esses fenômenos são a

presença e a ausência de chuvas e a presença e a ausência de águas com

influência de ACAS. Ambos são capazes de promover aumentos de

concentrações de nutrientes nas águas, ocasionando alterações na

produtividade biológica (particularmente primária) e no grau de eutroficação.

Outro aspecto relacionado à temporalidade é que as concentrações de

nutrientes e clorofila-a medidas nesse estudo na Enseada de Itaipu foram

superiores aos reportados anteriormente para a mesma área no início dos

anos 2000 (Barboza 2003).

Figura 1.20. Correlações entre a salinidade e SiO3, NT, PT, Seston e COP, praia de

Adão.

81

Figura 1.21. Correlações entre a Temperatura e NT, PT, COD e COP (Praia de

Adão).

Tabela 1.8. Matriz de correlações significativas (p<0,05) entre as principais variáveis

físico-quimicas das estações marinhas costeiras (PA; PP; EI).

Variavéis Sal Temp SiO3 PO4 NO3 NO2 NT PT Seston COP

Temp -0,26

OD 0,26 -0,35

SiO3 -0,53

PO4 -0,47 0,49

NO3 -0,27 0,31 0,30

NO2 -0,25 0,31 0,36 0,70

NH4 -0,26 -0,28 0,55 0,30 0,45

NT 0,26PT 0,22 0,69

Seston -0,22 0,32COP 0,29 0,22 0,55 0,49 0,29COD 0,24

Clo-a 0,53 0,53 0,65

82

Os sistemas lagunares costeiros funcionam como receptores e

acumuladores de grandes quantidades de material biogênico e a intensidade

em que esses processos ocorrem dependem grandemente da sua

hidrodinâmica, particularmente do tempo de residência de águas. Em muitos

casos, a entrada alóctone de material biogênico pode superar os fluxos de

material exportado para os corpos d´água adjacentes, o que foi o caso do

SLAPI. Essa característica “concentradora” faz com que as concentrações de

nutrientes e MOP nesses ambientes sejam elevadas. As águas do SLAPI,

p.e., apresentaram concentrações de nutrientes, seston e clorofila-a cerca de

3 a 9 vezes superiores às observadas nas águas costeiras nas mesmas datas

e também superiores a outras reportadas em trabalhos anteriores no mesmo

sistema lagunar (Tabela 1.9) (Carneiro 1993). Entrentanto, ressalta-se que

foram evidenciadas diminuições signigicativas nas concentrações de

nutrientes ao longo do período desse estudo no SLAPI (particularmente na

Laguna de Piratininga). I.e., de 2009 para 2011 houve reduções de 32% nas

concentrações do NID e 60% para PID na Laguna de Piratininga. Em

contrapartida, nesse mesmo período para a Laguna de Itaipu, as

concentrações de NID e de PID aumentaram em 59% e 36%,

respectivamente (Tabela 1.9).

Na década de 1980 a Laguna de Piratininga teve seu canal de

comunicação com o mar fechado, o que intensificou o processo de

eutrofização em função do aumento do tempo de residência de suas águas e

a não diminuição da carga de esgotos domésticos lançada na laguna.

Grandes quantidades de matéria orgânica foram acumuladas e a Laguna de

Piratininga tornou-se hipertrófica. Na tentativa de minimizar estes efeitos,

83

agências governamentais reestabeleceram, em 2008, uma ligação entre a

laguna e o mar. Essa comunicação foi feita através de um túnel localizado

próximo ao antigo Canal do Tibau e o projeto foi feito de tal forma que a

comunicação funcionasse de forma unidirecional. Ou seja, o canal permite

apenas entrada da água do mar na Laguna de Piratininga. A saída, que é feita

através das marés vazantes, é inteiramente realizada pela Laguna de Itaipu.

Ou seja, a partir dessa época, a Laguna de Piratininga passou a receber,

diariamente, água marinha através das marés e todo o refugo do material

passou a ser direcionado ao Canal do Camboatá, aportando a Laguna de

Itaipu e em seguida para a Enseada de Itaipu (pelo Canal de Itaipu). Além

dessa ação que alterou de forma expressiva a circulação do SLAPI, esse

período é marcado pela construção de uma estação de tratamento de esgotos

domésticos (ETE) para região. Os resultados desse estudo colocam em

evidência as modificações físico-químicas das águas do SLAPI ocorridos em

função dessas intervenções, que são sintetizadas através do modelo de

balanço de massas LOICZ (ponto 1.4.4 deste capitulo). Nota-se o aumento da

salinidade e a diminuição das concentrações dos nutrientes pelo efeito de

diluição da entrada de água salina na Laguna de Piratininga. Tudo isso em

detrimento da qualidade das águas da Laguna de Itaipu.

84

Tabela 1.9. Tabela comparativa dos resultados da Temperatura (T°C), Salinidade, Nitrogênio Inorganico Dissolvido (NID), Fósforo Inorgânico Dissolvido (PID), Carbono Orgânico Particulado (COP) e Clorofila (Clo-a) obtidos

com outros trabalhos.

1.4.2. Razões C:N:P e Disponibilidade de Nutrientes

A disponibilidade de nutrientes como o nitrogênio e o fósforo está entre

os principais fatores capazes de limitar a produtividade primária nos

ambientes aquáticos. O processo produtivo pode ser desacelerado, ou

mesmo estagnado, em caso da diminuição da disponibilidade de um ou de

outro nutriente no ambiente. De acordo com a “Lei do Mínimo de Leibig”, o

recurso que está em menor oferta é o que vai passar a desempenhar o papel

de limitante naquele momento. Com base nessas associações, estabeleceu-

se uma relação ideal (“esperada”) entre as concentrações dos principais

nutrientes nos ambientes aquáticos (Lukkari et al. 2009). Essa dita relação

“ideal” foi estipulada com base nas concentrações encontradas no plâncton.

Assim, “Razão de Redfield”, como é comumente designada, apresenta as

seguintes razões atômicas para o plâncton: C:Si:N:P=106:16:16:1. Desde

então, esses números tem sido utilizados como uma ferramenta de previsão

Locais T (°C) Sal NID (M) PID (M) COP (mg m-3) Clo-a (mg m-3) Fonte

Laguna Itaipu24,7

(20-30)

31,3

(24-33)9,58

1,9

(0,4- 8,0)

3,04

(0,2-8,0)

5,1

(1-11,0)este estudo

Laguna Itaipu nd27

(17-34)

6,0

(1,0-16,0)

0,8

(0,2-1,3)

5,0

(1,0-10,0)

6

(1,0-120)Carneiro (1992)

Laguna itaipu nd27

(9,2-19)

6,2

(9,1-21)

0,8

(0,5-24)

5,4

(4,3-21)nd Carneiro et al., (1993)

Laguna Itaipu 24 34,7 12,8 0,5 10 5,55 Barbosa (2003)*

Laguna Piratininga26,1

(21,8-32,0)

28,4

(21,8-33,1)5,44

0,6

(0,0-1,6)

5,26

(0,7-12,7)

4,5

(2,4-18,9)este estudo

Laguna Piratininga30

(22-33)

17

(8-34)

8,0

(0,0-23,0)

1,2

(0,0-3,0)

43,0

(10,0-54,0)

160

(40,0-210)Carneiro et al., (1993)

Canal Cambaotá26,2

(22,4-32,6)

24,2

(15,3-32,6)35,9 5,1 13,1

50,1

(12,1-108,9)este estudo

Canal Cambaotá nd 15 39,9 3,3 9,5 Carneiro et al., (1993)

85

de limitação de nutrientes em ambientes aquáticos, assim como para obter

informações sobre outros aspectos como eutrofização e ciclos

biogeoquímicos nesses ambientes (Redfield et al. 1963a; Justić et al. 1995;

Newton et al. 2003a).

As águas das estações marinhas costeiras (PA, PP e EI) tenderam a

apresentar razões N:P e Si:P com uma alta variabilidade temporal essas

razões tenderam a ser baixas (N:P < 16) se comparadas com as razões de

Redfield (Figuras 1.22a e c). Por outro lado, as razões Si:N apresentaram

alguma variação, mas na maior parte dos casos, se mantiveram próximas de

1. Visto que os silicatos tem fonte predominantemente continental pode-se

inferir através desses resultados que o nitrogênio também apresenta-se

relacionado a essa fonte. Por outro lado, os resultados relativos às razões

Si:N (normais, ~ 1) indicam que as baixas razões N:P e Si:P observadas

devem-se a um excesso de fósforo no sistema (e não a uma deficiência de

nitrogênio). Isso se explica pelo fato desses ambientes costeiros serem rasos

que receberem grandes descargas de nutrientes oriundos de esgotos

domésticos.

Os principais desvios com relação ao padrão geral observado (N:P e

Si:P<16; Si:N ~1) foram ilustrados por elevações pontuais das razões N:P e

Si:P, alcançando em alguns casos valores entre 20 e 60, e por elevações das

razões Si:N, até um valor em torno de 12, ou pela diminuição dos valores

dessas razões, atingindo valores em torno de 0,3. Os padrões temporais das

razões N:P:Si observados na Enseada de Itaipu foram similares aos

encontrados em estudos anteriores (Barboza 2003). Em ambos os casos,

razões N:P e Si:P mais elevadas foram observadas na primavera se

86

comparadas ao inverno. Os resultados encontrados indicaram um excesso de

nitrogênio e silicatos na primavera, quando estes elementos não se

constituíram como elementos limitantes, o que deve estar associado a

entradas de águas da ACAS, que são ricas em nitrato. Nessas condições, o P

passaria a ser o elemento limitante na primavera.

Elevadas razões Si:N na área de estudo estão associadas a eventos de

precipitação e baixas razões de Si:N podem ser consequência de uma intensa

utilização de silicatos por diatomáceas. A regeneração do silício na coluna

tende a ser mais lenta quando comparada a do nitrogênio e a do fósforo

(Bianchi 2007; Libes 2009). Baixos valores da relação Si:N e Si:P podem

agravar a eutrofização, reduzindo o potencial de crescimento das

diatomáceas e influenciando o desenvolvimento de populações de flagelados

nocivos (Smayda 1990; Justić et al. 1995). Smayda (1990) apresentou

evidências dessas florações de flagelados relacionadas a series temporais

com baixos valores da relação Si:P, associadas significativamente a florações

de algas de origem não-silicosa em águas costeiras da maior parte do mundo.

Outros estudos tambem observaram uma forte correlação entre a baixa

relação NID:P e altas densidades de cianobacteria (blue-green) fixadora de

nitrogenio (Coelho 2007). De fato tem sido observada com frequência a

ocorrência de florações nas praias de Itaipu e Camboinhas nos últimos anos,

sendo registrados noticiários locais (Figura 1.23).

87

Figura 1.22. Variação das rações N:P (a), Si:N (b) e Si:P nas estações marinhas

costeiras adjacentes ao Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu. A linha vermelha pontilhada corresponde as Razões de Redfield (N:P= 16; Si:N=1).

88

Figura 1.23. Registro fotográfico de floração de algas na Praia de Camboinhas,

localizada na Enseada de Itaipu. Fonte: Jornal “O Fluminense” 01/03/2012 e 1/02/2012.

As razões N:P das águas do Sistema Lagunar de Piratininga-Itaipu

apresentaram valores mais baixos que os observados nas estações fixas das

águas marinhas costeiras. Entretanto, de forma similar às estações marinhas,

as estações do SLAPI apresentaram uma alta variabilidade no tempo (Figura

1.24). As médias das razões obtidas para a LI (Laguna de Itaipu) foram

similares às obtidas em estudos anteriores (Barboza 2003); (Carneiro 1993).

Diferentemente, a razão N:P média (~ 6) obtida para a Laguna de Piratininga

foi maior que a observada em estudos anteriores realizados no mesmo local

(Carneiro 1993). O aumento das razões N:P da Laguna de Piratininga após

da reabertura da comunicação com o mar em 2008 está associada à entrada

de água salina no sistema lagunar. Acrescenta-se que nestas condições, a

salinidade tende a exercer um papel de controle na liberação do fósforo pelos

sedimentos. Isso se daria pelo aumento pelo processo de absorção do fósforo

em superfícies que contém óxidos metálicos (Bianchi 2007).

89

A alta variabilidade observada nas razões entre os nutrientes

inorgânicos dissolvidos reflete a presença de uma intensa dinâmica interna do

SLAPI. Essa dinâmica é associada a efeitos combinados de pulsos de aporte

continental através da descarga fluvial, que é acentuada após a ocorrência de

eventos de precipitação, com as marés que incidem no sistema lagunar. Por

outro lado, a tendência de baixas razões N:P pode também ter relação com o

acoplamento entre os processos da nitrificação, desnitrificação e anammox

(Coelho 2007). Esses processos tendem a ser importantes em ambientes

rasos com altas cargas orgânicas como é o caso do SLAPI. Apesar de não

terem feito medições para a determinação das taxas dos processos de

desnitrificação e anammox, ressalta-se a presença de sedimentos muito

redutores no SLAPI. Outros autores relatam valores de potencial redox

variando dentre -107 a -327 ehv no SLAPI (Lima 2011). Esses resultados

confirmam um caráter predominantemente anóxico dos sedimentos, o que

favorece a ocorrência de processos de desnitrificação e anammox (Bianchi

2007); (Capone D.G et al. 2008) e a consequente perda de nitrogênio (NH3,

NOX e N2) pelo sistema.

90

Figura 1.24. Variação das rações N:P (a), Si:N (b) e Si:P. Linha vermelha ponteada valores baixos da razão de Redfield (<16) e Si:N (b) Redfield (<1). Nas águas do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu.

91

As médias das razões COD:COP observadas nas águas costeiras

variaram de 5,3 (EI) a 7,8 (PP), indicando maiores valores de COD em

relação ao COP. Esses resultados estão dentro da faixa obtida para águas

estuarinas e águas costeiras que atingem valores entre 4 e 10 (Williams

1995). Para a razão COP:Clo-a observou-se que as médias foram similares

entre as diferentes áreas amostradas nesse estudo. Entretanto, as médias

tenderam a ser altas (Tabela 1.4) se comparadas aos valores propostos por

(Ryther 1964), com resultados situados em um intervalo entre 37-64. Esses

autores atribuíram as altas razões como resultado de uma maior contribuição

da fração detrítica nas águas costeiras (Tabela 1.4). As médias encontradas

para as razões COD:COP das águas do SLAPI foram similares entre os três

locais e mais baixas que as obtidas para águas costeiras. Esses resultados

também são similares aos encontrados por (Knoppers, Kjerfve 1999) para as

Lagunas de Fora e da Barra e devem estar relacionados ao maior aporte do

COP para os ecossistemas lagunares. Nesses ambientes a fração detritica é,

em geral, predominante, o que também pode ser observado ao longo do

estudo através dos mais altos valores das razões COP:Clo-a. (Tabela 1.4).

1.4.3. Qualidade da Água e Estado Trófico

A avaliação da qualidade da água em ambientes marinhos pode ser

encarada como um processo em evolução. Os modelos de avaliação

normalmente propostos para estabelecimento de condições de estado trófico

são geralmente baseados em variações de concentrações de nutrientes, da

clorofila-a e na saturação de oxigênio na coluna d’água e/ou nos sedimentos

(Newton et al. 2003a; Håkanson, Bryhn 2008). Na Europa, o índice TRIX tem

92

sido comumente utilizado para águas costeiras (Vollenweider et al. 1998).

Além do TRIX, um outro critério proposto recentemente para avaliação do

estado trófico se baseia na concentração de nutrientes (N e P), da Clorofila-a,

além da transparência de Sechi e nas concentrações de cianobactérias

(Håkanson 2008) (Tabela 1.9). Ambos o TRIX e o procedimento de Hakanson

foram aplicados nos resultados obtidos para as águas das estações marinhas

costeiras (PA, PP e EI) e para as águas do SLAPI (CC, CT, LI) no sentido de

se obter índices de estado trófico.

Segundo o índice TRIX, as águas das estações marinhas costeiras

foram classificadas como dos tipos “Boa” a “Péssima”, com destaque para a

PA e a EI, onde cerca de 90% dos resultados apontaram uma qualidade de

água do tipo “Ruim” a “Péssima”. Esses resultados foram corroborados pelo

critério proposto por (Håkanson 2008), que classificaram essas águas como

“Eutrófico” (Tabela 1.10). Para EI, quando analisados os resultados

separadamente para o período de inverno e primavera, houve uma variação

de classificação nas águas, com mudanças de “Eutrófico” para “Hipertrófico”,

respectivamente (Tabela 1.10). Quando compara-se esses resultados com os

reportados em trabalho anterior realizado na mesma área (Barboza 2003),

são observadas diferenças na qualidade da Enseada de Itaipu. No trabalho

citado, a autora usando critério de Hakanson (Håkanson 2008) classificou as

águas da EI como do tipo “Mesotrófico” a “Eutrófico” (tanto em inverno como

na primavera). Essas comparações permitem afirmar que a qualidade das

águas da Enseada de Itaipu têm progressivamente se deteriorada ao longo

dos últimos anos.

93

As águas do SLAPI obtiveram classificações variando de “Ruim” a

“Péssima” segundo o índice TRIX, com alguns episódios de qualidade “Boa”

na Laguna de Itaipu. Esse padrão foi corroborado pela classificação do estado

trófico proposto por Hakanson, que apontou uma variação da qualidade das

águas do SLAPI variando de “Eutrófico” a “Hipertrófico”. Estudos anteriores

revelam índices idênticos aos obtidos nesse estudo (Barboza 2003) para a

Laguna de Itaipu (Tabela 1.11).

Nos últimos anos as agências governamentais ambientais do Estado de

Rio de Janeiro efetuaram algumas ações visando minimizar os efeitos da

eutrofização no SLAPI, um processo que vem ocorrendo há pelo menos 40

anos na Região Oceânica de Niterói. Conforme comentado, em 2004 foi

inaugurada uma estação de tratamento de esgotos domésticos na Região

Oceânica, e mais recentemente, em 2008, foi reestabelecida a ligação da

Laguna de Piratininga com o mar. Como pôde ser observado em nossos

resultados, houve uma melhoria pontual das condições críticas em que se

encontrava a Laguna de Piratiniga. Em contrapartida, a qualidade das águas

da Laguna de Itaipu e da própria Enseada de Itaipu foram, pelo menos

temporariamente, “sacrificadas” em função dessa ação. Episódios

esporádicos marcados por mortandade de peixes na Laguna de Itaipu após

2008 foram induzida por mudanças bruscas nas condições físico-químicas

das lagunas do SLAPI (Figura 1.25) e não deixam dúvidas que as medidas

adotadas pelo governo não foram ainda suficientes para recuperar esse

sistema lagunar. Nossos resultados resultados apontam inequivocamente que

a qualidade das águas do SLAPI, como um todo, se manteve de modo geral

muito ruim em ambos os períodos.

94

Tabela 1.10. Classificação do Estado Trófico proposto por Håkanson & Bryhn (2008) para águas superficiais.

Tabela 1.11. Resultados da Classificação do Estado Trófico e comparação de outros

estudos para águas costeiras e águas do SLAPI. SD= sem dados

Local Nivel Trófico Clo-a

(gL-1)

NT

(gL-1)

PT

(gL-1) Secchi

(m)

Cyanobacterias

(g wwL-1)

Praia Adão Eutrófico 15.7 351.2 53.2 ND ND

Prainha Piratininga

Mesotrófico 5.5 182.7 30.8 ND ND

Enseada Itaipu Eutrófico 15.6 330.6 60.3 ND ND

Enseada Itaipu (Inverno)

Eutrófico 10.4 296.6 56.5 ND ND

Enseada Itaipu (Primavera)

Hipertrófico 41.7 436.9 62.5 ND ND

Enseada Itaipu (Inverno) 1

Eutrófico 5.2 141 27 3 ND

Enseada Itaipu (Primavera) 1

Eutrófico 3.1 280 39 3 ND

Canal Tibau Hipertrófico 26.9 943.1 155.6 ND ND

Canal Camboatá Hipertrófico 50.1 1739.2 448.4 ND ND

Laguna Itaipu Hipertrófico 41.5 724.4 119.7 ND ND

Laguna Itaipu (Inverno)


Laguna Itaipu (Primavera)


Laguna Itaipu (Inverno) 1

Hipertrófico 74 926 198 0.5 ND

Laguna Itaipu (Primavera) 1

Hipertrófico 9.6 694 96 0.5 ND

1 Barboza (2003) .

àguas marinas, salinidad > 20

Nivel Trófico

Clo-a

(gL-1) NT (gL-1)

PT

(gL-1)

Secchi

(m)

Cyanobacterias

(g wwL-1)

Oligotrófico < 2 < 110 < 15 > 11 < 55

Mesotrófico 2 - 6 110 - 290 15 - 40 6 - 11 55 - 680

Eutrófico 6 - 20 290 - 940 40 - 130 2 - 6 680 - 4040

Hipertrófico > 20 > 940 > 130 < 2 > 4040

95

Figura 1.25. Registro fotográfico da mortalidade de peixes nas águas do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu. Fonte: O Fluminense 07/10/2011.

1.4.4. Balanço de massas LOICZ

Os sistemas lagunares costeiros se assemelham aos lagos no sentido

de que são corpos d’água naturalmente propensos à eutrofização.

Entrentanto, os sistemas lagunares são mais dinâmicos uma vez que são

também submetidos à variações diárias de circulação da água devido às

marés. O Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu foi classificado como um sistema

de lagunar do tipo “choking" com base no tempo de residência das águas e a

comunicação restrita com o mar (Knoppers, Kjerfve 1999). Estas

características foram destacadas no balanço de água e sal modelado através

do LOICZ (Figura 1.17a). O tempo de residência das águas mais elevado foi

observado na Laguna de Piratininga durante o primeiro período (2005-2006).

Estas diferenças consideráveis resultaram, em grande parte, da baixa

renovação da mistura das águas de Piratininga, o que é acentuado em função

da reduzida capacidade do Canal de Camboatá (que liga as duas lagoas)

para transportar água entre as lagoas. Em trabalho anterior relativo à década

de 1980, (Couto et al. 2000) evidenciaram um padrão semelhante no tempo

96

de residência de águas () do SLAPI (Laguna de Piratininga = 46 dias;

Laguna de Itaipu = 6 dias). Carneiro et al. (1990) também estimaram o

tempo de residência da água para as duas lagoas em diferentes épocas do

ano. Para Piratininga o tempo de residência da água foi de 46 dias no verão e

995 dias no inverno. Para Itaipu, o tempo de residência de água foi estimado

de 14 dias no verão de 289 dias para o inverno. Esta variação é atribuída ao

agravamento da circulação do sistema e, principalmente, a energia de ondas

(variando entre 0,8 e 1,0 m) que regula a circulação e a dinâmica do sistema.

A reabertura da ligação entre a Laguna de Piratininga e o mar em 2008

teve um efeito significativo sobre a renovação de águas desta laguna. Como

foi esperado, houve grandes diferenças nos balanços de sal e de água em

Piratininga, com uma diminuição de 31% no tempo de residência de água

nesta laguna ( = 39 dias) com relação ao período anterior. Essa intervenção

afetou o sistema como um todo, aumentando a salinidade e melhorando a

hidrodinâmica (no balanço de água e sal, como é observado em 2009-2010).

Portanto, o Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu foi alterado de um sistema

"asfixiado" para um sistema "restrito" (Carneiro 1993). O estabelecimento de

tempo de permanência da água em sistemas aquáticos é de extrema

importância visto que é um fator crucial associado à produtividade biológica.

Ambientes com alto tempo de residência das águas tendem a produzir mais

nutrientes, enquanto que os sistemas com renovação de água mais elevado

tendem a serem conservadores em relação à variação de nutrientes ao longo

de uma gradiente de salinidade (Grelowski et al. 2000).

97

Os fluxos mais elevados DIP (DIP) observados no período antes da

abertura do canal (2005-2006) resultaram em altas concentrações de fosfato

nas águas neste período. Fluxos foram positivos entre todos os

compartimentos: Laguna de Piratininga Laguna de Itaipu e Laguna de

Itaipu Enseada de Itaipu (área costeira adjacente). Ou seja, os sistemas de

exportação de fósforo e do balanço hídrico foram ambos positivos. Um padrão

semelhante foi observado para o Estuário da Baia de Paranaguá (Marone et

al. 2005), para os Estuários de Mhathuze e Mvoti (Wepener 2007) e para o

Sistema Lagunar de Piratininga-Itaipu em 1980 (Couto et al. 2000). Depois da

abertura do canal (2009-2010), o tempo de residência da água e as

concentrações DIP diminuiram em Piratininga e o DIP tornou-se negativo.

Como resultado, a produtividade primária prevaleceu sobre os processos de

mineralização e/ou processos de respiração tornando o sistema autotrófico

(Talaue-McManus et al. 2003).

Em contraste, DIP valores aumentaram depois de 2008 na Laguna de

Itaipu, tornando a laguna mais heterotrófica do que antes, como também

observado em outro estudo realizado no Sistema de Piratininga-Itaipu (Couto

et al. 2000) e em outras lagoas. Apesar disso, o fósforo tem uma dinâmica

complexa em sistemas lagunares e estes resultados devem ser interpretados

com cautela, pois as concentrações de fósforo são influenciadas tanto pela

absorção biológica assim como por processos físicos de adsorção-dessorção

em sedimentos.

A exportação de DIN foi verificada para ambos os períodos estudados, o

que já como foi observado em outros sistemas estuarinos, tais como os

estuários Mhathuze e Mvoti (Wepener 2007). O Sistema Lagunar Piratininga-

98

Itaipu também mostrou uma capacidade de desnitrificação (perda de

nitrogênio) em comparação com o N assimilação (fixação). Este padrão foi

observado para o conjunto do sistema para ambos os períodos (2005-2006 e

2009-2010) e para as duas Lagunas separadamente. O processo de

desnitrificação também foi observado para o estuário de Piauí (PI) durante

curtos períodos de anoxia (Souza et al. 2003). Em geral, a maioria dos

estuários são considerados como denitrificadores e estima-se que a perda de

nitrogênio para a atmofera é da ordem de 10 a 20%, e em casos extremos,

até 30% (Seitzinger 1988; {Knoppers, 1999 ; Crossland et al. 2005; Capone

D.G et al. 2008). Evidentemente, outros processos podem também ser

responsáveis por perdas de nitrogênio, como a perda de amônia para a

atmosfera (Guimarães, Mello 2006).

Em linhas gerais, os resultados do modelo LOICZ gerados para áreas

estuarinas brasileiras indicaram até o momento que estes ecossistemas

trabalham em condições autotróficas, são fixadores de nitrogênio e alternam

para sistemas desnitrificantes. Esse foi o caso da Baia de Guaratuva, da Baía

de Paranaguá, da Lagoa da Conceição e da Lagoa de Maricá (Couto, 2000;

Souza, 2003; (Marone et al. 2005; Brandini 2008). O Sistema Lagunar

Piratininga-Itaipu durante o período de 2005-2006 (este estudo), assim como

o sector a montante do Estuário do Rio Piauí são exceções a esse padrão

geral (Souza et al. 2003) (Tabela 1.12). Todos os sistemas têm um

comportamento diferente em relação ao metabolismo líquido, dependendo

das diferentes características de cada um. O comportamento do NEM da

Laguna de Piratininga é semelhante ao apresentado pela Baía de Paranaguá

em períodos de seca. Por outro lado, o comportamento da Laguna de Itaipu é

99

semelhante ao da lagoa de Guarapina. Embora os valores de (p-r) do SLAPI

são relativamente baixos e sejam comparáveis a outros sistemas, a Laguna

de Itaipu aumenta sua capacidade de exportar DIP para as áreas costeiras

adjacentes, aumentando a troca deste elemento. Como resultado da abertura

da religação entre a Laguna de Piratininga e águas costeiras, ocorre uma

diminuição no tempo de residência das águas na laguna e um aumento da

carga DIP para a Laguna de Itaipu. Além disso, em ambos os períodos o

sistema sempre mostrou uma exportação de N, o que parece indicar que a

desnitrificação é maior que a fixação de N (nfix-Denit "negativo") em contraste

com os baixos valores observados no Sistema de Lagunar de Guarapina

(Tabela 1.12).

Lacerda et al. (1992) apontaram que para a Laguna de Piratininga a

anoxia se estende ao longo da coluna d'água e atinge valores muito baixos Eh

(~-320 mV). Esse mesmo estudo reportam que em Itaipu a anoxia é restrita às

águas de fundo (-66 a + 20 mV). Este cenário da Laguna de Piratininga

certamente deve ter sido modificado em função da construção do canal que

liga essa laguna ao mar. Nesse novo contexto, os valores de desnitrificação

tendem a diminuir em Piratininga. Em contrapartida, para a Laguna de Itaipu

esperam-se efeitos efeitos negativos, traduzidos por um aumento nos valores

de desnitrificação.

Apesar de todos esses indicativos, deve-se destacar que o modelo

LOICZ tem limitações que podem ser importantes, especialmente quando é

aplicado em ecossistemas costeiros de águas rasas, como o SLAPI. Esses

ambientes são afetados por uma alta variabilidade de fenômenos físicos, tais

como mudança nas condições meteorológicas relacionadas com a entrada de

100

frentes frias (com frequência de 7-8 dias), adicionando uma maior

variabilidade na força das ondas de maré, o que influencia diretamente na

dinâmica sedimentar do sistema.

101

Tabla 1.12. Balanços do DIP e DIN em alguns estuários ecossistêmicos costeiros do Brasil. = Tempo de residência; DIPobs e DINobs=

Observado; 1*= (N:P) assumindo como material particulado detritos do plâncton como 106; 2*= assumindo como material particulado detritos do plâncton como 16.

Estuario Periodos Seção DIPobs

(103molPyr-1)

(p-r) 1 *

(mmolCm2yr-1)Processo NEM

DINobs

(103molNyr-1)

nfix-denit 2 *

(molNm2yr-1)Process NEM

Baia de Guaratuva 1 Anual Total 9 -896 1898 autotrofico -12816 29,2 fixação

Baia de Paranaguá2 Seco Total 30 -182,5 0-730 autotrofico -19710 -36,5 to -36,5 denitricação

Chuvoso Total 14 4854 -1460 to -14600 heterotrofico 14235 -182,5 to -109,5 fixação

Estuario Rio Piaui3 Anual total 6 0,18 448,9 heterotrofico 0.002 0,001 fixação

Lagoa Conceiçãoo4 Junho 1982 North 24 -56,5 233600 autotrofico -345 21900 denitricação

South 263 -127 1540 autotrofico -1133 104025 denitricação

Central 19 -94,5 536915 autotrofico -1055 25915 denitricação

Maricá e Guarpina5 Maricá 115 -320 1200 autotrofico 229 171.5 fixação

Guarapina 8 290 5201 heterotrofico -236 810.3 denitricação

Laguna Piratininga6 Anual (2005-2006) Total 83 20 255 heterotrofico -1200 182,5 denitricação

Laguna Itaipu6 Anual (2005-2006) Total 9 18 328 heterotrofico -892 182 denitricação

Laguna Piratininga6 Anual (2009-2010) Total 39 -45 584 autotrofico -1180 -36,5 denitricação

Laguna Itaipu6 Anual (2009-2010) Total 8 35 1496 heterotrofico -1370 -328,5 denitricação

Fonte: 1Marone et al. (2005) 2 Brandini (2008) 3 Souza et al . (2009); 4Souza & Knoppers (2002) 6 Este Estudo

101

1.5. CONCLUSÕES

As concentrações de nutrientes nas águas marinhas costeiras da Região

Oceânica de Niterói são controladas por fenômenos de origem locais e de meso-

escala. Em última análise esses fenômenos tem ligação com o regime climático e

com o sistema de circulação costeira local. A contribuição continental tem caráter

local e é feita pelo aporte de águas provenientes da Baía de Guanabara e do

Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu (SLAPI). A contribuição continental é magnificada

durante entradas de frentes frias, que normalmente ocorrem com aumento da

pluviosidade, aumentando, portanto, o fluxo dos rios que alimentam a região. A

segunda fonte de nutrientes para as águas marinhas locais é oceânica e tem um

caráter mais regional, de meso-escala. Essa fonte está associada com a

aproximação da ACAS na região costeira do Estado do Rio de Janeiro, cujas águas

são ricas em nitrato. É importante destacar que essas fontes interagem e o grau de

interação entre elas irão determinar as concentrações de nutrientes e material

particulado.

Tantos as águas marinhas costeiras quanto as águas do SLAPI apresentaram

baixas razões N:P e Si:P, apesar de haver uma certa variabilidade no tempo. As

razões Si:N apresentaram alguma variação, mas ficaram mais próximas de 1. Esses

resultados sugerem que o ambiente apresenta em alguns casos de limitação por

nitrogênio. Esse quadro é alterado durante a entradas de ACAS, que faz com que as

razões N:P aumentem para valores bem superiores ao proposto por Redfield (16).

Essas situações ocorrem normalmente na primavera e no verão. Nessas ocasiões, o

nitrogênio deixa de ser limitante e passa a haver uma tendência de limitação por

102

fósforo. As N:P razões encontradas nas águas do SLAPI sugerem a existência de

perda de nitrogênio por processos de desnitrificação e nitrificação.

A qualidade das águas das estações marinhas costeiras variou de águas do

tipo “Boa” a “Péssima” e essa classificação esteve em acordo com o critério utilizado

por Hankanson, que indicou o estado trófico variando de “Mesotrófico” para

“Eutrófico”. A qualidade das águas do SLAPI apresentaram diferenças entre seus

compartimentos. A Laguna de Piratininga apresentou concentrações de nutrientes

menos elevadas que a Laguna de Itaipu. Isso se deve a construção de uma abertura

de comunicação da Laguna de Piratininga com o mar durante o ano de 2008. Ainda

assim, o Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu se encontra em um alto grau de

deterioração.

Os balanços de água e sal e nutrientes dissolvidos (DIP-DIN) realizados neste

estudo mostraram que as intervenções de engenharia realizadas no SLAPI (a

construção do canal subterrâneo que liga a Laguna de Itaipu com o mar) tiveram

efeitos diretos sobre o sistema. Com resultado dessas obras, menores tempos de

residência da água foram computados para a Laguna de Piratininga, o que

certamente aumentou e melhorou a hidrodinâmica do sistema. Além disso, ficou

evidente que com o menor tempo de residência da água, o SLAPI como um todo

passou a funcionar como um produtor de matéria orgânica (um sistema autótrofo).

Separadamente, as lagunas de Piratininga e de Itaipu mostraram padrões

diferenciados: Piratininga foi autotrófica e Itaipu foi heterotrófica, com uma

exportação de material considerável para a Enseada de Itaipu. Além, disso o SLAPI

foi considerado como um sistema que perde nitrogênio pela via de desnitrificação.

Segundo Capítulo

104

Capítulo 2: SEDIMENTAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA PARTICULADA NA

ENSEADA DE ITAIPU, UM AMBIENTE COSTEIRO DA PLATAFORMA

CONTINENTAL SUDESTE DO BRASIL.

2.1. INTRODUÇÃO

A produção de partículas biogênicas na camada superficial da coluna d’água, a

mineralização da Matéria Orgânica Particulada (MOP) e a sedimentação de

partículas constituem-se em processos fundamentais que determinam a distribuição

e a especiação de diferentes elementos químicos no ambiente marinho (Ittekkot et al.

1996; Cerda et al. 2010). Particularmente em áreas costeiras, esses três processos

são controlados por vários fatores, destacando-se o aporte de material continental

através de rios, as correntes costeiras, as marés e os fluxos de materiais entre os

ecossistemas costeiros e o ambiente marinho. Esses ambientes são representados

pelos sistemas lagunares no caso da Enseada de Itaipu.

O processo de sedimentação, p.e., promove a acumulação de matéria orgânica

no fundo marinho, que, por sua vez, é fonte de energia para o estabelecimento da

vida no compartimento bentônico. Por outro lado, os sedimentos guardam também

informações sobre processos biogeoquímicos que ocorreram ao longo do tempo nas

camadas superficiais da coluna d’água. Desta forma, os sedimentos têm sido

utilizados em vários estudos para reconstruir condições ambientais pretéritas, sejam

elas de curto ou médio prazo (ex. última revolução industrial), pequena idade do

gelo, eutrofização em áreas urbanas (Abrantes, Moita 1999), assim como também de

mais longo prazo (ex. última glaciação e outros registros paleoambientais) (Kemp

1996).

105

Sob o ponto de vista biogeoquímico, áreas costeiras funcionam controlando

fluxos de materiais de origem continental e oceânica (Billen et al. 1991). Entretanto o

estabelecimento do papel dos diferentes tipos de áreas costeiras na ciclagem da

matéria orgânica e seus componentes majoritários (C, N, P) é uma tarefa complexa.

Isso se deve ao fato de tais áreas serem constituídas por uma variedade de

ecossistemas (i.e.: manguezais, baías, lagunas, estuários, zonas de ressurgência

costeira, etc.), nos quais a ciclagem de nutrientes ocorre de forma diferenciada

(Hedges et al. 1997; Bauer, Druffel 1998). Além disso, nas últimas décadas, muitos

desses ecossistemas têm se deteriorado devido à crescente interferência humana, o

que também é o caso de nossa área estudo.

Um dos efeitos mais aparentes decorrentes do processo de ocupação humana

das áreas costeiras mundiais é a eutrofização cultural, que resulta em desequilíbrios

entre as taxas de produção e decomposição da matéria orgânica nestes ambientes

(GCP 2003). Grandes quantidades de nutrientes passam a ser incorporadas ao MOP

que, por sua vez, pode ser sepultado na própria zona costeira ou pode ser exportado

para áreas mais exteriores da plataforma continental. Essas regiões costeiras são

também altamente vulneráveis às mudanças globais já que incorporam grandes

quantidades de carbono (Nixon 1995).

A Enseada de Itaipu está inserida em um setor interno da Plataforma

Continental Sudeste Brasileira (PCSB) e a composição química de suas águas é

resultado da influência de materiais de origem oceânica e continental. As fontes de

origem oceânica são fundamentalmente representadas pela Água Tropical (AT) e

pela Água Central do Atlântico Sul (ACAS). A ocorrência desta última está

relacionada a eventos de Ressurgência Costeira, que pode ocorrer ao longo de toda

106

PCSB, o que contribui para um aumento expressivo da produção biológica marinha

nessa região. As fontes continentais são representadas pela Água Costeira (AC) e

por águas interiores, provenientes da Baía de Guanabara e, localmente, por águas

do Sistema Lagunar Itaipu-Piratininga. Essas águas têm uma composição química

mais variável, sendo mais influenciadas por fatores climáticos regionais (Barboza

2003; Marques Jr. et al. 2005; Lourenço, Marques Jr. 2009).

O presente estudo visa avaliar uma parte do ciclo do MOP na Enseada de Itaipu

através da análise de séries temporais de fluxos de partículas, tendo como

ferramenta armadilhas de sedimentação. Esse tipo de estudo permite uma avaliação,

em tempo real, dos fatores ambientais (i.e.: tipo de massa de água, etc.) que

determinam a composição e a textura do MOP que é produzido na coluna d’água e

que, no futuro, irão formar os sedimentos de fundo. O enfoque principal é dado no

papel dos fatores antrópicos, climáticos e oceanográficos, que atuam na região. A

variação da composição elementar do MOP é descrita pelos elementos C, N e P e

pela composição isotópica em termos de 13C e 15N. A temperatura, a salinidade, o

eston, a clorofila-a e os nutrientes inorgânicos dissolvidos (NID) da água foram

analisados de modo a contribuir na identificação de fenômenos (climáticos e

oceanográficos) que influenciam os processos atuantes na geração e no fluxo de

MPS do compartimento pelágico da enseada.

107

2.2. MATERIAL E MÉTODOS

2.2.1. Amostragem

O fluxo vertical de sedimentos na coluna d’água foi obtido através da coleta do

material em suspensão com a utilização de uma armadilha fixa de sedimentos. Essa

armadilha foi instalada na Enseada de Itaipu (EI) e seu posicionamento foi

determinado em função da análise prévia da distribuição granulométrica dos

sedimentos de fundo da enseada (Salvador, Da Silva 2002). A área de instalação foi

caracterizada por apresentar condições favoráveis à deposição de sedimentos finos

e partículas em suspensão na coluna d’água.

Figura 2.1. Área de estudo indicando a localização do ponto de instalação da armadilha de sedimentos (*AS) na Enseada de Itaipu, Niterói.

108

O fundeio da armadilha foi realizado nas coordenadas 22o 97` S – 43o 05` W, a

cerca de 700 metros de distância da praia na porção leste da enseada (Figura 2.1.).

A armadilha foi instalada a 10 m de profundidade, em uma área com profundidade de

12 metros, e sua estrutura foi fixada a uma poita de ancoragem (150 kg) e a dois

flutuadores. O primeiro em meia água, para o efetivo suporte e estabilização da

estrutura na posição vertical na coluna d’água e o segundo, com função de

sinalização, na superfície (Figura 2.2).

A armadilha de sedimentos empregada neste estudo foi anteriormente utilizada

no litoral sul do Brasil, no Estado de Santa Catarina (Simonassi 2010). Ela foi

construída a partir de modelos utilizados em áreas rasas da plataforma continental

descritos na literatura (Farías et al. 1996; Heiskanen et al. 1998; Burns et al. 2003;

Cerda et al. 2010; Simonassi 2010). A armadilha consiste em tubos coletores

cilíndricos com uma razão altura/diâmetro de 8,0; sendo que os materiais utilizados

em sua construção foram: tubo de PVC medindo 175 cm comprimento e 25 cm de

diâmetro; funil de polipropileno com boca superior medindo 25 cm e inferior 3 cm de

diâmetro acoplado a uma garrafa de coleta de polipropileno com 1000 ml de

capacidade de armazenamento e tampa rosqueável (Figura 2.2) (Simonassi 2010).

Na entrada superior dos tubos foram colocadas telas plásticas com malha de 1,5 cm

para evitar a entrada de organismos maiores que, além de consumir o material

depositado, poderiam utilizar o tubo como refúgio o que poderia causar turbulência e

perda de material coletado.

109

8

8

boia de sinalização

boia de meia água

tubos coletores

garrafas coletoras

estrutura de suporte

destorcedor de cabo

poita de ancoragem(150 kg)

2 m

2,3

m10 m

(PVC)

(aço inox)

(polipropileno)

(60 l)

Figura 2.2. Esquema da armadilha de sedimentos instalada na Enseada de Itaipu (no detalhe

a fotografia da armadilha pronta para instalação na campanha) (Simonassi 2010).

110

A retirada do material coletado pelas armadilhas foi realizada através de

mergulho autônomo, uma vez que o frasco coletor da armadilha ficou posicionado

a uma profundidade aproximada de 10 metros. A cada mergulho o frasco com o

material coletado era substituído por um novo, previamente limpo (banho de HCl

2N durante 72 horas) e preenchido com uma solução de água destilada com

cloreto de sódio para atingir uma salinidade de 75, com objetivo de preservar o

material coletado (Cerda et al. 2010) (Figura 2.3.).

Figura 2.3. Registro fotográfico da armadilha de sedimentos instalada na Enseada de

Itaipu. (No detalhe, o sistema de troca dos frascos coletores de sedimentos).

As campanhas de amostragem foram realizadas em três períodos: de

03/04/09 a 29/07/09, de 26/09/09 a 04/11/09 e de 03/02/ a 11/02/11. O intervalo

para retirada de amostras da armadilha variou de aproximadamente 4 a 14 dias

111

(Figura 2.4). Condições meteorológicas, de mar com ressacas intensas e perda

do equipamento inviabilizaram a amostragem em algumas épocas ao longo desse

período. Paralelemente foram também coletadas amostras de água e medidos

parâmetros físico-químicos nas águas região de instalação da armadilha. As

metodologias são descritas no Capítulo 1 desta tese.

Meses

03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03

Dura

ção d

o E

xperi

mento

(D

ias)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13 14 15

16

2009 2011

Figura 2.4. Data de coleta, e duração dos experimentos com armadilha de sedimentação

na Enseada de Itaipu.

112

2.2.2. Atividades de Laboratório

A. Quantificação do Material Particulado em Suspenção (MPS)

As taxas de sedimentação da Enseada de Itaipu foram determinadas a partir

da quantificação do MPS coletado pela armadilha. A recuperação do material

coletado pelas armadilhas foi feita através da remoção manual dos frascos

coletores (de 1L). Após a coleta, cada frasco foi guardado e mantido a 4°C até a

chegada ao laboratório. O primeiro tratamento foi a remoção de eventuais

organismos nadadores, que foram separados do material coletado com auxílio de

uma malha de nylon de 500 μm. O material resultante foi examinado com uma

lupa para retirar eventuais copépodos de pequeno tamanho presentes assim

como remover o material que não estava sedimentando na coluna de água

(“swimmers”). Após esta etapa, o material do frasco foi deixado em repouso para

sedimentação (4 oC, 24 h) e em seguida o sobrenadante (~ 750 mL) foi retirado

por sifonação (com ajuda de uma seringa) e descartado. O volume restante (250

mL), contendo o material depositado, foi homogeneizado através de agitação

manual e foram retiradas alíquotas com auxílio de uma proveta de 50 e 20 mL.

Após esta etapa, o material aliquotado foi filtrado a vácuo através de membranas

de fibra de vidro (Whatman GF/F de 47 mm de diâmetro e de 0,7 μm de

porosidade) pré-pesadas e calcinadadas (500 oC, 4 h). O filtro com o particulado

foi seco em estufa (50 oC) e pesado até peso constante. O material não retido na

membrana foi seco e ambos os materiais foram guardados em dessecador para

posteriores análises. Nos filtros foi determinado o peso seco do MPS (Strickland,

Parsons 1972a).

113

Para o cálculo da taxa de sedimentação foi usada a média do peso seco

obtido em cada filtro. A taxa de sedimentação, expressa em g.m2.dia-1 , foi

determinada através da seguinte equação:

(1).

onde:

tx = taxa de sedimentação (g.m-2.dia-1);

ms = massa de sedimento contida na alíquota filtrada (g);

V = volume do frasco coletor da armadilha (= 1000mL);

v = volume da alíquota filtrada (= 10 mL);

Te = tempo de exposição para coleta (dias);

A = área da boca do funil da armadilha (0,049 m2).

B. Composição Elementar C, N, P e do MPS

Para determinação do carbono orgânico total (C) e do nitrogênio orgânico total

(NOP), as amostras foram descarbonatadas, secas e pesadas numa balança de

quatro casas tipo Sartorius. Amostras de sedimento de 1,0 g foram colocadas em

um tubo de centrífuga de 50 mL e foram adicionados 10 ml de HCl 1N. Os tubos

foram agitados em placa agitadora durante 16 horas e, em seguida, centrifugados

(2500 rpm por 10 min). O sobrenadante foi descartado, os sedimentos foram

lavados com água destilada (3 vezes) para tirar o excesso de ácido e, após essa

etapa, as amostras foram secas em estufa (50o C). Além da composição C, N,

essas amostras também foram utilizadas para determinação dos isótopos

estáveis de carbono e nitrogênio. Os resultados de C, N foram expressos em mg

g-1 e os de isótopos através de notação delta ().

114

Para determinação do fósforo total (PT), as amostras secas e pesadas numa

balança de 4 casas e, posteriormente, submetidas à calcinação (450 °C, 4 h).

Após esfriamento, as amostras foram pesadas novamente e colocadas em tubos

de centrífuga (descritos no parágrafo anterior). A extração do fósforo total foi feita

através da adição de 10 mL de HCl 1N e agitação em uma placa durante 16

horas. A extração do fósforo inorgânico (PI) foi feita seguindo a mesma marcha

que a adotada para o PT, sendo que não foi realizada a etapa calcinação da

amostra a 450 °C (Aspila et al. 1976). Ambos PT e PI foram determinados por

espectrofotometria nos extratos obtidos na forma de fosfato (P-PO4). Os

resultados foram expressos em mg.g-1.

C. Composição Isotópica 13C e 15N

O conteúdo isotópico do MPS foi determinado em um Espectrômetro de

Massa de Fluxo Contínuo PDZ Europa 20-20 (Sercon Ltd., Cheshire, UK)

acoplado ao Analisador de Elementos PDZ Europa ANCA - GSL. As

determinações foram efetuadas no UC Davis Stable Isotope Facilyty Davis,

Califórnia. (http://stableisotopefacility.ucdavis.edu/).

As composições isotópicas foram expressas em termos de notação delta (),

definida como o desvio da amostra com relação a um material padrão (Sharp

2005). As razões 13C:12C e 15N:14N foram calculadas a partir de:

(3)

onde

R = 13C / 12C ou 15N / 14N (4)

115

O padrão de carbono utilizado, foi da rocha calcária PDB (Cretáceos

Belemnite PeeDee ou Beleminita Americana, originária da Carolina do Norte),

com valor aceitável para 95% de confiança de 1,1237% ( 0,0009) e o de

nitrogênio atmosférico para o 15N/14N, com valor de 0,36765% ( 0,00081)

(Ehleringer, Rundel 1989).

A massa de amostra variou entre 40 e 50 mg (peso seco de amostra), sendo

que esses valores foram estabelecidos em função da concentração (%) de C e N

estimada nas amostras. Após a pesagem, cada amostra foi colocada em uma

cápsula de estanho especial (CE Elantech - 5x9 mm), a qual foi acondicionada em

uma bandeja apropriada (http://stableisotopefacility.ucdavis.edu/). Para se evitar

eventuais contaminações, todo o material utilizado na preparação das amostras

para envio ao laboratório (ex: pinças, espátulas, papel alumínio) foi devidamente

lavado com álcool etílico (95%).

No UC Davis Stable Isotope Facility, as amostras de sedimentos foram

submetidas à combustão (1020°C) em um reator contendo óxido de cromo e

óxido de cobalto. Após a combustão, os óxidos foram removidos através de uma

reação em uma câmara de redução a 650°C, em presença de cobre, tendo o fluxo

hélio como carreador e água (perclorato de magnésio), ou opcionalmente CO2

(para o caso das análises de N), como “armadilhas de recuperação”. O Nitrogênio

e o CO2 foram separados em coluna Carbosieve GC (65°C, 65 mL/min) e, em

seguida, injetados no IRMS.

A passagem das amostras no aparelho foi alternada com várias passagens

de padrões de, no mínimo, dois laboratórios de referência. Esses padrões, que

foram selecionados por terem uma composição similar às amostras, foram

previamente calibrados através de padrões internacionais de referência como o

http://stableisotopefacility.ucdavis.edu/

116

IAEA-N1, IAEA-N2, IAEA-N3, IAEA-CH7 e NBS-22, do NIST Standard Reference

Materials. Como anteriormente mencionado, os valores de delta finais foram

expressos com base em padrões internacionais PDB (PeeDee Beleminita) e Air

para carbono e nitrogênio, respectivamente. O erro normalmente reportado para

essas análises é de 0,2 ‰ para o 13C e para o 15N de 0,3‰. Informações

mais detalhadas sobre essa metodologia podem ser encontradas no site:

http://stableisotopefacility.ucdavis.edu/.

2.2.3. Dados Meteorológicos e Oceanográficos

Os dados de altura das ondas, velocidade e direção do vento e índices

pluviométricos apresentados neste estudo foram fornecidos pelo Centro de

Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC-INPE)

http://bancodedados.cptec.inpe.br/ e pela Agência Nacional de Águas (ANA)

http://www.ana.gov.br/portalsnirh/.

2.2.4. Análise de Dados

As correlações entre os parâmetros (variáveis) foram verificadas através da

Análise de Correlação de Pearson e pela Análise de Componentes Principais

(ACP). Diferenças significativas entre os parâmetros medidos nas águas da

Enseada de Itaipu (temperatura, salinidade e nutrientes) e no material da

armadilha foram aferidas através da ANOVA unifatorial, sendo o fator tempo

correspondente aos 4 diferentes períodos de amostragem. Para estas análises os

dados foram transformados usando log (x+1) de forma a atingir a normalidade

(Zar, 1984).

http://stableisotopefacility.ucdavis.edu/

http://bancodedados.cptec.inpe.br/

117

2.3. RESULTADOS

2.3.1 Condições Climáticas e Hidrológicas

Os experimentos com as armadilhas de sedimentos na Enseada de Itaipu

tiveram início no outono de 2009. Nesse período os registros de direção de vento

mostraram a predominância de ventos dos quadrantes N-E e S-W. Esses ventos

ocorreram durante aproximadamente 48 e 24 % dos dias relativos ao período de

coleta e são apresentados nos quadrantes I e III na Figura 2.5a. As velocidades

médias máximas para esses ventos foram de 4,8 ms-1 para os ventos de N-E e

4,6 ms-1 para os de S-W, quadrantes I e III, respectivamente (Figura 2.5b). O

período de inverno, nesse estudo representado pelo mês de julho, foi

caracterizado por uma alta incidência de ventos do quadrante N-NE, ocorrendo

em 51% dos dias de amostragem (Figura 2.6a). No entanto, as maiores

velocidades e constantes registradas para os ventos nesse período (4,8 e 6,6 ms -

1) foram observadas nos quadrantes III e IV com (Figura 2.6b). Na primavera, os

ventos predominantes foram os provenientes do quadrante N-E. Ventos dessa

direção ocorreram durante 52% dos dias de amostragem (Figura 2.7a), com

velocidades máximas de 5,9 ms-1 e 6,0 ms-1, registradas nos quadrantes I e III,

respectivamente (Figura 2.7b). De forma similar à primavera, o verão, aqui

representado pelos meses de janeiro e fevereiro 2011, caracterizou-se pela

predominância de ventos de NE, ocorrendo durante um 76% dos dias de

amostragem (Figura 2.8a). Nesse período de amostragem foram também

observadas as maiores velocidades do estudo (8,5 ms-1), que ocorreram para

ventos do quadrante I, i.e., N-E (Figura 2.8b).

118

Figura 2.5. Rosa dos ventos representando (a) a variação da direção dos ventos (em

porcentagem) e (b) a velocidade média dos ventos (ms-1) na Enseada de Itaipu para o período de outono de 2009 (abril, maio e junho). A rosa dos ventos é representada pelos valores dos ângulos (0o = Norte, 90º = Leste, 180º = Sul, 270º = Oeste).


porcentagem) e (b) a velocidade média dos ventos (ms-1) na Enseada de Itaipu para o período de inverno de 2009 (julho). A rosa dos ventos é representada pelos valores dos ângulos (0o = Norte, 90º = Leste, 180º = Sul, 270º = Oeste).

119


porcentagem) e (b) a velocidade média dos ventos (ms-1) na Enseada de Itaipu para o período de primavera de 2009 (setembro, outubro, novembro). A rosa dos ventos é representada pelos valores dos ângulos (0o = Norte, 90º = Leste, 180º = Sul, 270º = Oeste).


porcentagem) e (b) a velocidade média dos ventos (ms-1) na Enseada de Itaipu para o período de verão de 2009 (janeiro e fevereiro). A rosa dos ventos é representada pelos valores dos ângulos (0o = Norte, 90º = Leste, 180º = Sul, 270º = Oeste).

120

Esses resultados evidenciam que a região na qual está localizada a

Enseada de Itaipu (EI) é caracterizada pela predominância de ventos do

quadrante I (N-E) e do quadrante III (S-W), sendo estes menos frequentes. Nessa

região da costa, ventos do quadrante I estão frequentemente associados a

eventos de ressurgência costeira, o que se traduz no aumento da produtividade

biológica das águas dessa região devido ao afloramento de águas ricas em

nutrientes da ACAS (Água Central do Atlântico Sul). Os ventos dos quadrantes III

(S-W) estão associados às diferentes trajetórias das massas de ar polar e a

passagens de sistemas frontais atmosféricos (frentes frias). Nesse estudo, esses

ventos apresentaram as maiores velocidades pontuais (9,8 ms-1 e 12,1 ms-1), que

foram registradas nos meses de julho.

O padrão encontrado na série temporal de precipitação na área de estudo

durante o período de instalação das armadilhas foi similar ao observado na série

histórica de chuvas da região (1968-2008) obtido na mesma estação

meteorológica. São exceções os meses de janeiro e outubro de 2009, abril de

2010, quando foram registradas as maiores precipitações na área de estudo, e

julho de 2010, também com precipitações acima da média histórica para o

período (Figura 2.9). Ressalta-se que as máximas registradas em abril de 2010

ocasionaram eventos catastróficos no Município de Niterói, tendo como maior

exemplo o grande deslizamento de terra ocorrido no Morro do Bumba, localizado

a aproximadamente 20 Km da área de estudo (Figura 2.9).

121

Figura 2.9. Variação anual da precipitação da área de estudo durante o período de

2009-2010 comparado aos valores médios da série histórica de 40 anos (1968-2008).

A Figura 2.10 apresenta um diagrama de distribuição das frequências das

alturas das ondas que ocorreram na Enseada de Itaipu durante o período de

instalação das armadilhas. Predominam na região ondas com alturas entre 1,4 -

2,7 m para todo o período de estudo. O período de inverno caracterizou-se por

sua maior energia em relação aos demais, com cerca de 70% de frequência de

ondas entre 1,4 e 2,7 de altura e apenas 10% de ondas com alturas no intervalo

entre 0 e 1,3 m. Em contrapartida, o verão foi caracterizado como o período de

menor energia, apresentando uma frequência relativamente baixa de ondas no

intervalo 1,4 – 2,7 (cerca 55%) e 45% de frequência de ondas entre 0 – 1,3 m de

altura (Figura 2.10).

122

Figura 2.10. Distribuição de frequências de altura de ondas para o período de estudo na

Enseada de Itaipu.

2.3.2. Condições Físico-Químicas da Coluna d'água

A figura 2.11 apresenta o diagrama T/S construído a partir de medidas de

temperatura e salinidade efetuadas no ponto de instalação da armadilha na

Enseada de Itaipu. Destaca-se na Figura 2.11 a área correspondente ao triângulo

de mistura, cujos vértices correspondem às três principais massas de água que

ocorrem na Plataforma Continental Sudeste do Brasil (PCSB): (a) Água Tropical

(AT), quente e salina (T>20°C e S>36,40); (b) Água Costeira (AC), resultante da

mistura da descarga continental de água doce com águas da plataforma

continental (T>22°C e S<33) e (c) Água Central do Atlântico Sul (ACAS),

Salinidade

33,0 33,5 34,0 34,5 35,0 35,5 36,0 36,5 37,0 37,5 38,0

Tem

pera

tura

(°C

)

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

Outono

Inverno

Primavera

Verão

AC

ACAS

AT

123

relativamente fria (T < 18°C, S 34,0 e 36,0), que caracteriza períodos de

ressurgência (Castro et al. 2006).

Para o primeiro período de estudo, correspondente a os meses de outono e

inverno de 2009, são observadas águas mais densas e uma maior interação entre

a AT e a AC. No segundo período, que compreende os períodos da primavera e

do verão (2009 e 2011, respectivamente), são observadas maiores variações da

temperatura e salinidade e a presença de águas com uma leve influência da

ACAS e uma maior interação entre AT e AC na Enseada de Itaipu.

Figura 2.11. Diagrama temporal T/S referente a todo o período da instalação da armadilha de sedimentos, definindo os campos das massas de água da região (AC = Água costeira; AT = Água Tropical; ACAS = Água Central do Atlântico Sul).

124

Uma comparação com base nos valores médios de temperatura revela a

inexistência de variações importantes entre os períodos (ANOVA, p<0,05). Em

termos gerais, o inverno apresentou as temperaturas mais baixas e maiores

variações foram observadas nos meses da primavera e do verão (Tabela 2.1).

Diferentemente, os valores de salinidade apresentaram diferenças significativas

entre os períodos (ANOVA, p<0,05), sendo as maiores salinidades registradas

nos meses do outono e do inverno (Tabela 2.1).

De forma similar à temperatura, também não se observaram diferenças

significativas entre os valores médios dos nutrientes SiO3, PO4, e NH4 entre os

períodos de instalação das armadilhas. No entanto, a comparação entre as

concentrações médias de NO3 e NO2 registradas revelou que estes nutrientes

apresentaram diferenças significativas entre os períodos (ANOVA, p<0,05).

Destacam-se nesse caso os meses de primavera e verão, com valores mais

elevados (Tabela 2.1). Com ao NT e PT, também não foram verificadas

diferenças significativas, embora relativamente altas concentrações tenham sido

observadas na primavera (Tabela 2.1). Quanto ao COP e ao COD, o primeiro não

apresentou diferenças significativas e o COD apresentou diferenças significativas

entre os períodos (ANOVA p>0,05). No caso do COD, destacam-se alguns

valores medidos no verão pelas maiores concentrações (Tabela 2.1). Finalmente,

tanto o o Seston quanto a Clorofila-a apresentaram diferenças significativas entre

períodos (ANOVA p<0,05). Destaca-se nesse particular o período da primavera

com as maiores concentrações (Tabela 2.1).

125

Tabela 2.1. Sumário das variáveis físico-químicas e biológicos da água da Enseada de Itaipu para todo o período de estudo. Valores referentes à média (em negrito e em caixa mais alta), desvio padrão e valores mínimos e máximos.

Outono (2009) Inverno (2009) Primavera (2009) Verão (2011)

Variável

Temperatura ('C) 23,5 ± 0,9 22,1 ± 0,3 23,3 ± 1,6 23,2 ± 2,9

(22,5 - 24,9) (21,7 - 22,7) (20,8 - 26,1) (19,4 - 26,9)

Salinidade 35,2 ± 0,3 35,9 ± 0,2 33,8 ± 1,3 33,2 ± 0,9

(34,8 - 36,0) (35,6 - 36,3) (32,1 - 36,0) (31,7 - 34,2)

Oxigênio Dissolvido ( mlL-1) 8,8 ± 1,8 9,6 ± 2,7 9,0 ± 2,1 9,4 ± 0,8

(5,1 - 11,5) (7,4 - 14,8) (4,9 - 11,6) (8,2 - 10,4)

SiO3 (M) 3,7 ± 1,6 5,2 ± 1,9 5,7 ± 5,0 3,6 ± 3,7

(0,8 - 7,3) (2,9 - 8,4) (1,2 - 17,4) (0,5 - 10,9)

PO4 (M) 0,5 ± 0,2 0,6 ± 0,3 0,4 ± 0,4 0,4 ± 0,1

(0,3 - 0,8) (0,3 - 1,0) (0,1 - 1,1) (0,2 - 0,5)

NO3 (M) 1,7 ± 1,3 2,8 ± 1,0 2,1 ± 2,1 0,7 ± 07

(0,3 - 4,9) (1,7 - 4,6) (0,4 - 6,9) (nd - 2,1)

NO2 (M) 0,4 ± 0,3 0,7 ± 0,4 0,5 ± 0,2 0,1 ± 0,2

(nd - 1,2) (0,4 - 1,4) (0,2 - 0,8) (nd - 6,2)

NH4(M) 2,3 ± 1,2 2,4 ± 0,9 1,0 ± 0,8 2,7 ± 2,1

(0,7 - 4,8) (1,3 - 4,1) (nd - 2,4) (nd - 6,2)

NT (M) 29,8 ± 7,7 20,2 ± 4,8 31,2 ± 36,7 21,8 ± 4,2

(13,7 - 39,6) (11,3 - 24,1) (2,7 - 112,6) (17,9 - 28,2)

PT (M) 1,8 ± 0,7 2,2 ± 1,3 4,5 ± 5,5 0,8 ± 0,2

(0,8 - 3,1) (1,1 - 4,5) (0,6 - 14,3) (0,4 - 1,1)

COP (mgL-1) 1,8 ± 0,9 0,5 ± 0,2 1,7 ± 1,3 1,0 ± 0,5

(0,5 - 3,5) (0,3 - 0,9) (0,4 - 4,3) (0,3 - 1,6)

COD (mgL-1) 4,1 ± 3,5 1,5 ± 0,2 2,9 ± 2,3 4,6 ± 5,1

(1,4 - 12,2) (1,3 - 2,0) (1,3 - 7,9) (1,7 - 16,0)

Seston (mgL-1) 15,8 ± 17,3 4,4 ± 1,1 27,5 ± 19,4 11,4 ± 5,5

(3,0 - 58,5) (2,5 - 5,4) (4,3 - 59,5) (5,7 - 20,0)

Clorofila a (gL-1) 19,6 ± 14,3 7,1 ± 3,8 41,8 ± 34,7 5,2 ± 7,2

(3,4 - 49,1) (1,6 - 13,1) (10,2 - 96,3) (1,1 - 21,3)

n = 8 5 7 7

126

2.3.3. Composição Elementar C, N e P e Isótopos Estáveis de C, N no MPS

das Armadilhas.

A composição elementar C, N, P nas amostras coletadas nas armadilhas de

sedimento apresentou um padrão similar de distribuição de concentrações ao

longo do estudo. As maiores concentrações foram observadas no período de

outono de 2009 e as menores no verão de 2011 (Tabela 2.2). Os valores de 13C

variaram de -21,2 a -17,1 %o, sendo -19,4 o valor da média obtida para todo o

período de amostragem. Esses resultados indicam que o material coletado pelas

armadilhas é fundamentalmente de origem marinha, uma vez que essa faixa de

valores é similar a do plâncton marinho (-18 a -24 %o) (Prahl et al. 1980; Rodelli et

al. 1984) (Tabela 2.2). Essa afirmativa é reforçada também pelos valores da razão

N:C, que apresentaram uma média de aproximadamente 0,15 (N:C) para todo o

período de estudo (Tabela 2.2). Em geral, as razões N:C observadas também são

similares ao valor proposto por Redfield para o plâncton marinho (N:C =0,176).

Diferentemente do 13C, as razões isotópicas 15N apresentaram uma grande

variação nos sedimentos coletados pelas armadilhas. Os valores do 15N variaram

de 2,3 a 8,6 %o, sendo notáveis as maiores variações na primavera. Os valores

médios da razão N:P tenderam a ser baixos, indicando que o material depositado

nas armadilhas é, em geral, pobre em nitrogênio e enriquecido em fósforo (Tabela

2.2). Essa interpretação é corroborada pelos baixos valores da razão C:P,

indicando um enriquecimento relativo de fósforo no material depositado nas

armadilhas (Tabela 2.2).

127

Tabela 2.2. Estatística descritiva, das concentrações de C, N e P, das razões isotópicas

13C e 15N e das razões N:C, N:P e C:P no MPS coletado pela armadilha de sedimentos na Enseada de Itaipu (Valores:, média ± DP, variação Mínimo e Máximo).

Sob o ponto de vista qualitativo, o material coletado pelas armadilhas se

caracterizou pela presença de organismos fitoplântonicos mortos (intactos) e

detritos imersos em uma matriz de agregados amorfos. Além desses

componentes, observaram-se também restos abundantes de fitoplâncton

(fitodetritos), de pelotas fecais e de formas elipsoidais e alargadas e matéria

orgânica floculante não identificada, além de partículas de sedimento inorgânicas

(Figura 2.12).


Variável

% COP 5,1 ± 0,9 4,3 ± 1,4 4,5 ± 1,7 3,9 ± 0,7

(3,7 - 6,4) (1,1 - 5,6) (2,0 - 6,9) (3,2 - 4,5)

% NT 0,6 ± 0,1 0,5 ± 0,2 0,7 ± 0,2 0,5 ± 0,07

(0,6- 0,8) (0,1 - 0,7) (0,2 - 1,0) (0,5 - 0,6)

% PT 0,3 ± 0,1 0,3 ± 0,04 0,3 ± 0,02 0,2 ± 0,08

(0,2 - 0,5) (0,2 - 0,3) (0,2 - 0,3) (0,1 - 0,3)

d13 C -19,7 ± 1,1 -19,1 ± 1,5 -19,1 ± 0,5 -19,9 ± 0,5

(-21,2 a -18,1) (-21,1 a -17,1) (-19,7 a -18,4) (-20,5 a -19,5)

d13 N 4,9 ± 1,1 5,2 ± 0,5 5,1 ± 1,6 7,7 ± 0,8

(3,1- 5,9) (4,1 - 5,9) (2,3 - 6,2) (7,0 - 8,6)

N:C 0,14 ± 0,02 0,13 ± 0,01 0,14 ± 0,01 0,15 ± 0,01

(0,12 - 0,17) (0,11 - 0,15) (0,13 - 0,15) (0,14 - 0,16)

N:P 3,5 ± 1,4 3,9 ± 1,5 4,5 ± 2,4 7,7 ± 4,3

(1,9 - 5,5) (1,5 - 6,6) (1,7 - 8,2) (3,5 - 12,1)

C:P 25,4 ± 9,9 31,0 ± 12,3 31,8 ± 15,4 54,7 ± 32,5

(16,0 - 41,9) (13,4 - 52,2) (13,5 - 55,2) (22,1 - 87,1)

n = 4 6 4 2

128

Figura 2.12. Fotografias com microscópio invertido das amostras coletadas com as armadilhas de sedimentação instaladas na Enseada de Itaipu. Vista geral do material com abundantes restos de fitoplâncton e partículas biológicas imersas em uma matriz orgânica.

2.3.4. Fluxos de Sedimentação e Composição Elementar C, N, P do MPS da

Armadilha

As médias dos fluxos de massa total de partículas nas armadilhas

(expressas em peso seco por unidade de área e tempo) foram similares entre as

amostragens de outono, da primavera e do verão e diferenciadas com relação ao

inverno. Nos três primeiros períodos o fluxo médio de partículas foi em torno de

30 g.m-2d-1. Entretanto, no período de inverno a maior taxa média pontual de

sedimentação foi de 126,8 g.m-2d-1 e o fluxo médio situou-se no valor de 69,4 g.m-

2d-1 (Tabela 2.3 e Figura 2.13).

As médias dos fluxos de sedimentação do COP foram similares entre os

quatro períodos de instalação das armadilhas e foram da ordem dos 100 mg.m-2d-

1 (Tabela 2.3). Diferentemente, as médias calculadas para o NOP apresentaram

maiores variações, oscilando entre 13,7 a 21,7 mg.m-2d-1, respectivamente na

129

primavera de 2009 e no verão de 2011. Os fluxos desses componentes

demonstraram não ser grandemente influenciados pelo fluxo de partículas, mas

principalmente pela qualidade do material sedimentar. Ambos COP e NOP

apresentaram grandes variações no tempo, sendo o maior fluxo no verão (Figuras

2.14 e 2.15). Os maiores valores registrados no estudo para o COP foram de

186,3; 138,3 e 149,2 mg.m-2.d-1 e para o NT, 32,2; 19,0 e 21,2 mg.m-2.d-1,

respectivamente, no verão, no outono e no inverno (Tabela 2.3). Para o PT e PI

foram observados padrões diferenciados, descritos pelo aumento dos fluxos

apenas durante o inverno. Esses fluxos foram da ordem de 5,04 a 14,0 mg.m-2.d-1

no inverno. Em contrapartida, o fluxo medido no verão foi de 4,6 mg.m-2.d-1

(Tabela 2.3).

Tabela 2.3. Estatística descritiva dos resultados obtidos para a taxa de sedimentação (g.m2d-1), e de COP, NOP, PT e PIT (m.gm2d-1) coletado pela armadilha de sedimentos na Enseada de Itaipu (valores médios, Desvio Padrão, Máximo e Mínimo).


Variável

Taxa Sedimentação (g.m2d-1) 31,3 ± 15,3 69,5 ± 39,1 30,8 ± 13,3 30,1 ± 5,2

(10,9 - 54,0) (17,2 - 126,9) (16,8 - 49,0) (25,0 - 35,3)

COP (mg.m2d-1) 138,3 ± 27,9 109,8 ± 52,4 97,8 ± 30,0 149,2 ± 84,1

(117,6 - 186,4) (33,8 - 187,9) (58,6 - 140,7) (65,1 - 233,3)

NT (mg.m2d-1) 19,0 ± 4,3 14,2 ± 7,3 13,8 ± 4,9 21,3 ± 11,0

(14,0 - 24,7) (4,0 - 26,8) (7,7 - 21,1) (10,3 - 32,3)

PT (mg.m2d-1) 9,6 ± 1,8 7,8 ± 3,0 6,5 ± 1,0 4,9 ± 0,2

(6,6 - 11,3) (5,0 - 14,0) (5,4 - 8,3) (4,7 - 5,0)

PI (mg.m2d-1) 3,8 ± 1,6 4,1 ± 1,3 3,1 ± 0,7 2,0 ± 0,06

(1,5 - 5,5) (1,9 - 5,9) (2,4 - 4,0) (1,9 - 2,1)

n = 4 6 4

130

Conforme mencionado anteriormente, séries temporais de temperatura

foram obtidas na profundidade de 8 m na área da armadilha na Enseada de Itaipu

através da fixação de um sensor de temperatura (“Tidbit”) à estrutura metálica da

armadilha de sedimentação (Figura 2.13). Águas mas frias e com maiores

variações de temperatura foram observadas na primeira e na última série

temporal (outono de 2009 e verão de 2011). Ressalta-se ainda a presença de

águas frias na Enseada de Itaipu na área da armadilha durante os meses de abril,

novembro, janeiro e fevereiro associada a ventos de quadrante N- NE (Figura

2.7a, 2.8a e 2.13).

Os maiores fluxos de sedimentação ocorreram em águas com temperaturas

em torno de 22°C no período de inverno de 2009. As taxas de sedimentação de

partículas nessa época alcançaram o valor de 126,86 g.m-2.d-1, (Figura 2.13). Por

outro lado, as menores taxas de sedimentação foram observadas em presença de

águas com temperaturas mais baixas, como foram os casos dos meses de abril

de 2009 e janeiro e fevereiro de 2011 (Figura 2.13). Os fluxos de COT e NT não

apresentaram necessariamente relações evidentes com temperatura da água

(Figura 2.14 e 2.15). Nenhuma relação foi também evidenciada entre os fluxos do

PT e a temperatura da água (Figura 2.16).

131

Figura 2.13. Variação temporal da temperatura da água na área da armadilha (a 8 m de profundidade; circulos) e fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu.

Figura 2.14. Variação temporal dos fluxos de Carbono Orgânico Particulado (COP; circulos) e fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu.

Figura 2.15. Variação temporal dos fluxos de Nitrogênio Orgânico Particulado (NOP; cuadrados) e fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu.

132

.

Figura 2.16. Variação temporal dos fluxos de Fósforo Total (triângulos) e fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu.

2.3.5. Variação temporal da razão N:C e isótopos estáveis 13C e 14N do MPS

das armadilhas

A variação temporal das razões N:C apresentaram um comportamento

similar ao observado nas taxas de sedimentação. I.e., baixos valores de N:C

foram coincidentes com altos valores de taxas de sedimentação e sinal isotópico

enriquecido com o isótopo mais leve do Carbono e vice-versa. Essa relação foi

particularmente evidenciada no período de inverno (Figura 2.17). De forma

similar, a variação temporal dos valores de 13C também apresentaram o mesmo

padrão que as taxas de sedimentação e as razões N:C. 13C mais leves estiveram

associados a altos valores de taxas de sedimentação e baixas razões N:C e

valores de 13C mais pesados com valores baixos de sedimentação e razões N:C

(Figura 2.18). O padrão geral da variação temporal do 14N pareceu estar mais

relacionado à variação temporal da temperatura (nesse caso, a 8 m de

profundidade). O 15N apresentou grandes variações durante o início do

experimento (outono de 2009) e no final do experimento (verão de 2011). A

principal tendência observada foi a presença de um 15N mais leve em águas com

temperaturas mais baixas (Figuras 2.13 e 2.19).

133

Figura 2.17. Variação temporal das Razões N:C (cuadrados) e dos fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu.

Figura 2.18. Variação temporal do 13C (barra de erro de análise 0,2°/oo) e dos fluxos de Nitrogênio Total e fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu.

Figura 2.19. Variação temporal do 15N (barra de erro de análise 0,3°/oo) e dos fluxos de sedimentação do material particulado (barras) para todo período de estudo na Enseada de Itaipu.

134

2.4. DISCUSSÃO

2.4.1. Taxas de sedimentação: variação temporal

O processo de sedimentação de partículas em suspensão da coluna d’água

(MPS) água até fundo é um mecanismo que retira material em excesso deste

compartimento, promovendo a manutenção do equilíbrio do sistema aquático e

contribuindo com elementos essenciais para a produtividade primaria através da

mineralização da matéria orgânica (Miquel et al. 1994). Os fluxos verticais da

matéria orgânica tem relação com as taxas de produção primária na coluna

d’água, sejam elas nova ou regenerada. i.e., da produção primária sustentada

pelo aporte alóctone (“nutriente novo” ou “de fora”) ou autóctone (reciclagem

interna de nutrientes na coluna d’água). Entretanto, em sistemas costeiros esta

relação tende a ser fortemente controlada pelo aporte de fontes adicionais de

origem continental. Os aportes do material biogênico e litogênico podem, assim,

sustentar grande parte da produção primária nova e, consequentemente, alterar a

composição do MPS e as taxas de sedimentação nas águas superficiais. Por

outro lado, em ambientes de águas costeiras rasas, existe também o efeito da

ressuspensão de sedimentos, que pode também modificar significativamente os

fluxos verticais e a composição qualitativa do material (Sanford, 1992). Em função

dessas prerrogativas, as informações obtidas a partir de armadilhas de

sedimentação instaladas em áreas costeiras rasas devem ser interpretadas com

cautela (Sanford 1992).

A Enseda de Itaipu (EI) se encontra localizada na região oceânica do

município de Niterói-RJ, inserida na área interna da Plataforma Continental

Sudeste do Brasil - PCSB (Figura 2.1). A EI está voltada para sul, o que faz com

que ela apresente uma grande exposição aos ventos que sopram deste quadrante

135

(em geral mais fortes e relacionados a entradas de frentes frias – Seção 2.3.1). As

condições oceanográficas em EI são complexas, em função da interação das

diferentes massas de água que ocorrem na região (AT, AC e ACAS) e do aporte

de águas eutrófizadas da Baía de Guanabara e do Sistema Lagunar Piratininga-

Itaipu (SLAPI), cujo canal principal de ligação com o mar encontra-se bem

próximo da área de instalação da armadilha. Isto é corroborado pelos altos

valores de nutrientes, seston e clorofila-a encontrados na Enseada de Itaipu neste

estudo (Capitulo 1 e Capitulo 2). Por outro lado, levando-se em consideração

essas características e o posicionamento da armadilha de sedimentos (700 m da

linha de costa, a uma profundidade de 10m) (Figura 2.2), espera-se que

processos de ressuspensão de material depositado no fundo e a carga do

Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu devam ser fatores preponderantes

influenciando a qualidade e a quantidade do material sedimentado nas

armadilhas. Efetivamente, a contribuição desses fatores se fez presente nas altas

variações de fluxo observadas e nas elevadas taxas de sedimentação registradas

neste estudo. Neste particular, é conveniente ressaltar a possibilidade de

superestimação dos valores das taxas de sedimentação em alguns casos, o que

está relacionado à ressuspensão do material depositado no fundo após de

passagem frentes frias de origem polar frequente em esta região. (Kjerfve, 1997),

por exemplo, detectou a presença de 13 dessas passagens chegando nas áreas

costeiras de Rio de Janeiro durante o período de junho a julho daquele ano.

Essas frentes traziam consigo eventos de precipitação e, portanto, aumentaram o

impacto da descarga de material continental para áreas costeiras. Os efeitos

resultantes da passagem de frentes frias em áreas costeiras no compartimento

pelágico e bentônico têm sido bem estudados (Gallucci, Netto 2004) e se

136

traduzem no aumento da incidência de ondas na área costeira (Salvador, Da Silva

2002) (Figura 2.10). Outros estudos com armadilhas em áreas costeiras rasas

também evidenciaram grandes variações na sedimentação e relacionaram as

altas taxas de sedimentação observadas a processos de ressuspensão após de

grandes eventos de precipitação (Chung et al. 2003; Douglas et al. 2003;

Yamaguchi et al. 2003; Sukigara, Saino 2005). Outro aspecto mais particular da

EI é a influencia de eventos de ressurgência costeira na formação do MPS

durante determinados períodos do ano, notavelmente durante meses de

primavera-verão. Esses eventos ocorrem durante períodos com predominância de

ventos de quadrante N-E, o que foi observado nesse estudo (Figura 2.7 a e b;

Figura 2.8 a e b). O processo da ressurgência costeira local ocorre com o

afastamento das águas costeiras em direção a setores mais externos da

plataforma continental, o que induz o afloramento de águas frias e ricas em

nutrientes novos, incrementando assim a produção primária e a quantidade de

material particulado em suspensão da coluna de água (Matsuura 1986; Castro-

Filho et al. 1987). Como resultado, observa-se também uma elevação nas taxas

de sedimentação, o que tem relação também com a duração e a intensidade de

estes eventos.

A faixa de variação das taxas de sedimentação obtida para o MPS da EI

(10,9 a 126,8 gm-2d-1) foi similar, mas um pouco mais elevada se comparada a

taxas reportadas em outros estudos realizados em algumas outras áreas

costeiras, sejam elas com ou sem influência de eventos de ressurgência. São

exemplos os casos de taxas de sedimentação medidas no Pacifico Sul, mais

particularmente nas baías de Concepción e de Mejillones do Sul (Farías et al.

1996; Cerda et al. 2010), em áreas costeiras do Mediterrâneo (Rossi et al. 2003) e

137

em regiões costeiras da Ilha de Santa Catarina (Simonassi 2010), no SLAPI

(Nepomuceno 2008) e em Cabo Frio (Albuquerque A, 2012), sendo esses três

últimos no Brasil. Neste estudo, o observado na sedimentação local relacionado a

eventos de ressurgência foi o aumento das concentrações das taxas de

sedimentação de COP e NOP e os baixos valores das taxas de sedimentação de

MPS (Figura 2.14; Figura 2.15). Nossos resultados indicam a ressurgência

costeira atua na sedimentação local ocasionando um aumento na produtividade

planctônica da EI, que foi acompanhada pela diminuição processos de

ressuspensão de sedimentos para a coluna d’água.

Fica evidente através dos resultados desse estudo que as variações dos

fluxos do material particulado na EI, bem como a variação temporal da

composição da matéria orgânica dos sedimentos coletados nas armadilhas são

controladas por diferentes processos, que atuam ao longo do tempo com

diferentes intensidades e durações (ex. ressurgência, aporte continental,

ressuspensão de sedimentos, etc.). No sentido de se tentar identificar padrões e

fatores relacionados a esses processos, os dados da série temporal da armadilha

de sedimento foram submetidos à Análise de Componentes Principais (ACP), que

possibilita integrar simultaneamente as informações de todas as variáveis que

compõem o conjunto de dados.

Os quatro primeiros eixos dos planos fatoriais explicaram 83,7 % do total da

variância, sendo que os dois primeiros contêm 58,8 % da explicação enquanto

que o 3° e 4° eixos contribuíram com 24,9 % da explicação da variância total

(Figura 2.21). O primeiro plano fatorial (Eixo 1) contribuiu com 36,2 da explicação

e as principais variáveis que descrevem esse eixo foram (a) os fluxos de

138

sedimentação (Sed), (b) a altura da onda (A.Onda), (c) o 13C, (d) a salinidade

(SAL), (e) o N:C e (f) a amplitude da maré (Mare) (Figura 2.22). Os quatro

primeiros parâmetros (variáveis) estão projetados na parte positiva do eixo e os

três últimos na parte negativa. As amostras relacionadas às variáveis Sed,

A.Onda, SAL e 13C correspondem aos períodos de inverno e de primavera (4, 5,

9, 10, 11 e 12). Em geral, essas amostras apresentaram os maiores fluxos de

sedimentação e estão correlacionadas positivamente entre si, indicando a

importância da altura das ondas como um fator determinante na dinâmica da

sedimentação local. Em outras palavras, a parte positiva do primeiro plano fatorial

pode ser interpretada como um fator relacionado ao processo de ressuspensão

de partículas. A geração e a altura das ondas estão, por sua vez, relacionadas

basicamente a três fatores: o vento, o encontro (superposição) de ondas e a

forma do litoral. No caso da Enseada de Itaipu, as ondas incidentes provêm das

direções SE, S e SW (Froidefond et al. 1990; Bastos 1994), sendo que as ondas

de SE tendem a ter menor energia pelo fato de se difratar em função da presença

das ilhas da Menina, da Mãe e do Pai e são divergentes quando alcançam a linha

de praia. Diferentemente, as ondas de SW (de ressaca) convergem diretamente

sobre a porção centro-oeste da praia de Piratininga. A altura média das ondas nas

praias de Camboinhas e Itaipu é de 1 m mas essas ondas podem alcançar 3 m de

altura em períodos de ressacas (Santos 2001) (Figura 2.20). Esses eventos

ocorrem normalmente na região de estudo durante os meses de março a agosto

(Santos et al. 2008) e são acompanhados pelo aumento do nível do mar na costa

do Estado do Rio (empilhamento de águas mais oceânicas na região costeira).

Esses eventos acarretariam, portanto, no aumento salinidade da água na costa, o

que explica a correlação positiva da salinidade (SAL) com os fluxos de

139

sedimentação observados nas armadilhas para esse período (Sed). Variáveis

como a amplitude da maré, o vento e a razão N:C estão projetadas na parte

negativa do Eixo 1(Figura 2.20), portanto negativamente correlacionadas com o

fluxo de sedimentação. Ou seja, condições de maior estabilidade na coluna

d’água (pouco vento) também aparecem com um fator que favorece a

sedimentação. Por outro lado, o fato da amplitude de maré aparecer

negativamente correlacionada à taxa de sedimentação (Sed) é interpretado como

o efeito da chegada de material continental na enseada, que apresenta maiores

quantidades de MPS (mais detalhes no Capítulo 1 dessa Tese). Esse tipo de

associação é corroborada pelo comportamento da razão N:C, que está

correlacionada negativamente com a sedimentação (Sed). Hipoteticamente, o

aporte de nutrientes do sistema lagunar para a EI acarretaria em um aumento da

produção primária planctônica, cujos valores de N:C tendem a ser mais elevados.

A importância do transporte e exportação de material do Sistema Lagunar

Piratiniga-Itaipu através do Canal de Itaipu para a Enseada de Itaipu e a influência

das águas eutrófizadas da Baia Guanabara já foram mencionadas em outros

trabalhos (Knoppers, 1991; Nepomuceno A., 2008) e no Capítulo 1 dessa Tese.

Fica evidente que tanto o aporte continental quanto processos de ressuspensão

de sedimentos seriam os fatores mais importantes a serem considerados nessa

área costeira. Esses dois fatores estão representados no Eixo 1, que pode ser

designado como o “Eixo da Dinâmica da Sedimentação”.

O segundo eixo explica 22,6 % da variação total (Figura 2.21) e as variáveis

associadas a ele são: (a) a temperatura (TEMP) e as concentrações de (b) o

carbono orgânico particulado (COP), (c) o nitrogênio orgânico particulado (NOP),

(d) o fósforo orgânico particulado (POP), (e) o fósforo inorgânico total (PIT) e o (f)

140

15N (Figura 2.22). As cinco primeiras variáveis encontram-se projetadas na parte

positiva do eixo e o 15N, na parte negativa. A correlação positiva entre a

temperatura (TEMP) e as concentrações das espécies de C, N e P no MPS

sedimentado indica que esses materiais estão associados às águas mais

quentes, provavelmente de origem continental oriundas principalmente do SLAPI.

Por outro lado, a correlação negativa entre o 15N e os componentes C,N, P e a

temperatura (TEMP) indica que o material proveniente do SLAPI seria mais

enriquecido em 15N (Figura 2.23). E ainda, a correlação negativa 15N entre indica

a presença de um nitrogênio novo mais leve associado a águas mais frias.

Portanto, o Eixo 2 é interpretado com um fator relacionado ao tipo de fonte,

podendo ser designado como o “Eixo das Fontes”.

Figura 2.20. Registro fotográfico (a) ondas na Enseada de Itaipu, (b) barco encalhado na praia de Camboinhas, (c) orla da praia de Camboinhas refletindo os efeitos de um período de ressaca e passagens de frentes frias na região.

141

Figura 2.21. Representação gráfica das amostras e variáveis do plano fatorial do 1° e 2° eixos da análise de componentes (ACP) da Enseada de Itaipu.

Figura 2.22. Carga das variáveis do primeiro componente.

142

Figura 2.23. Carga das variáveis do segundo componente.

143

2.4.2. Composição do material sedimentar

Em áreas costeiras como a Enseada de Itaipu, a composição elementar da

matéria orgânica sedimentar pode se constituir em uma importante fonte de

informação da dinâmica sedimentar e de mudanças ambientais que ocorreram no

local (Wang et al. 2007). O transporte de materiais pela via fluvial, que é

magnificado durante eventos de alta precipitação atmosférica, constitui-se na

principal fonte alóctone de sedimentos para os ambientes marinhos costeiros.

Esses sedimentos em suspensão tem composição altamente variável e são o

resultado de uma mistura complexa de materiais de diversas origens. Uma outra

fonte de materiais para o ambiente costeiro é a fonte marinha, que pode trazer

nutrientes e/ou biomassa contribuindo para a produção primária dos ecossistemas

costeiros (Peterson, Fry 1987; Santos 2007).

A composição elementar da matéria orgânica do MPS é uma ferramenta

muito utilizada para identificar a fonte (a origem) da matéria orgânica que aporta

os ambientes aquáticos. Essencialmente, esses sedimentos podem ter duas

origens: terrestre ou marinha. Neste estudo utilizou-se a razão N:C como um

identificador da origem dos materiais para áreas costeiras, que tendem a ter

material sedimentar com grandes percentagens de mistura (Perdue, 2007).

Classicamente faz-se uso da Razão C:N para definir a fonte do material

sedimentar, sendo que o raciocínio é baseado no fato do material terrígeno ser

relativamente pobre em nitrogênio se comparado com o material de origem

marinha (Razão C:N de Redfield). Entretanto, existem evidências de que a razão

C:N subestimaria os valores de carbono e a razão N:C seria mais sensível para

detectar câmbios na composição do material sedimentar (Perdue, 2007). Além

disso, a relação entre a razão C:N e as concentrações de carbono do material

144

terrestre não apresenta linearidade, o que não acontece com a relação N:C e o

carbono do material terrestre. Isso induziria a erros de interpretação quando do

uso da razão C:N. As bases das interpretações quando se usa a razão N:C são

que o material de origem fitoplanctônica tem uma razão N:C = 0,176 (baseado em

Redfield) e o material de origem terrestre pode ter razões acima ou abaixo da

razão N:C do plâncton, dependendo da fonte.

Outra alternativa seria o uso de isótopos estáveis de alguns elementos. As

razões isotópicas de carbono (13C), por exemplo, têm sido muito empregadas

para se distinguir fontes de matéria orgânica sedimentar e identificar a matéria

orgânica de diferentes fontes. A maioria das plantas fotossintetizantes incorpora o

carbono usando a via C3 do ciclo de Calvin, que bioquimicamente discrimina o

isótopo mais pesado (13C) do CO2 atmosférico causando um desvio da ordem de -

20‰ com relação a essa fonte. Em outras palavras, o 13C do CO2 atmosférico

está em torno de -6 a -7‰ e a planta C3 apresentará um 13C em torno de -25‰.

Outras plantas utilizam a via de Hatch-Slack C4 para fixar o carbono inorgânico

atmosférico, e esse metabolismo gera fracionamento de ~ - 7‰ . Assim, enquanto

plantas C3 apresentam um 13C médio de ~ - 27‰, plantas C4 apresentam 13C

médio da ordem de -14‰ (Marion 1988). Diferentemente das plantas vasculares,

a fonte de carbono inorgânico das algas marinhas é o bicarbonato dissolvido, que

tem um sinal 13C de 0‰. Entretanto, como fitoplâncton tem um metabolismo do

tipo C3, o fracionamento gera um 13C entre -22 e -20‰ (Figura 2.23). A diferença

de 7‰ entre a matéria orgânica produzida por plantas terrestres C3 e as algas

marinhas têm sido usadas com sucesso para se detectar fontes de matéria

orgânica em sedimentos costeiros e oceânicos (Hunt 1970; Newman et al. 1973;

Gearing et al. 1977). No entanto, a interpretação de sinal isotópico pode tornar-se

145

dificultada em sedimentos de áreas costeiras estuarinas, uma vez que eles

apresentam uma composição complexa, recebendo contribuições de matéria

orgânica proveniente tanto de algas quanto de plantas vasculares C3 e C4 (Fry et

al. 1977).

Figura 2.24. Fontes de carbono e fracionamento cinético na composição isotópica média de plantas terrestres e marinhas (Libes 1992).

A composição da fração orgânica dos sedimentos coletados pelas

armadilhas instaladas na Enseada de Itaipu é o resultado da mistura várias

fontes. Entretanto, a maior parte do material que forma os sedimentos tem

predominância de origem marinha. Esse material apresenta uma razão N:C média

de 0,14 (em massa) e o sinal 13C de -19,4. Em termos de variações, essas

razões situam-se em uma faixa de 0,11 a 0,17 (N:C) e o sinal 13C oscila na faixa

de -17,1‰ a 21,2‰. Os sedimentos coletados na armadilha na época de outono e

146

inverno apresentaram razões N:C mais baixas que as amostras da primavera e do

verão (Figura 2.24). Os sedimentos do inverno foram também caracterizados por

um 13C relativamente mais leve e que os sedimentos da primavera e do verão,

que apresentaram valores de 13C mais negativos. Estas variações sugerem a

importância de processos de transporte, sedimentação e produção biológica na

EI, que dependendo da intensidade, duração de estes, indicaria a preponderância

da contribuição de uma fonte sobre a outra. A relação entre o 13C e N:C foi

significativa (p<0,05), indicando que a dinâmica sedimentar para o período de

outono e inverno é muito dependente das condições climáticas e hidrográficas

(entrada frentes frias, instabilidade da coluna d’água, etc.). Os sinais 13C e a

razão N:C medidos nos sedimentos de primavera e do verão foram mais

homogêneos que os medidos no inverno e no outono. No primeiro caso, parece

haver uma maior contribuição de uma fonte autogênica (marinha) e no segundo a

influência de materiais de diferentes origens tais como C4 e material autogênico

marinho (Figura 2.24). Valores mais altos de N:C 13C mais pesados têm sido

reportados para áreas costeiras vizinhas. Amostras de armadilhas de sedimentos

do litoral de Cabo Frio, por exemplo, apresentaram razões N:C variando de 0,15 a

0,48 e 13C entre -21,4 e 27,3. No nosso caso, correlações negativas entre COP e

N:C foram significativas (p<0,05), indicando a importância dos processos de

ressuspensão na coluna d’água na EI (depois de grandes ressacas) e da

descarga de material através do Canal de Itaipu (depois de chuvas intensas) na

dinâmica de sedimentação local (Figura 2.25). Em condições de ausência de

ressuspensão e grandes descargas do sistema lagunar, a EI tende a funcionar

como um sistema completamente marinho, onde predomina o material

influenciado pela produção de matéria orgânica de origem do plâncton marinho.

147

Figura 2.25. Relação entre 13C e N:C, presentes no material coletado na armadilha de sedimentos nos diferentes períodos e outros estudos, adaptado de (Libes, Deuser 1988).

148

Figura 2.26. Relação entre 13C e COP presentes no material coletado na armadilha de sedimentos nos diferentes períodos na Enseada de Itaipu.

De forma similar às razões isotópicas de carbono, as razões de isótopos

estáveis de nitrogênio também são úteis para distinguir diferentes fontes de

matéria orgânica sedimentar. Essa diferenciação é possível devido ao fato da

composição isotópica da fonte de nitrogênio inorgânico usada na produção da

matéria orgânica apresentar diferentes assinaturas em plantas aquáticas e

terrestres. Os valores de 15N do nitrato dissolvido (NO3) varia de +6‰ até +10‰,

do amônio (NH4), de +7‰ até +12‰, enquanto que 15N do N2 atmosférico é em

torno de 0‰ (Montoya et al. 1992; Philip A 1994). Já foi demostrado que amostras

de sedimento constituem-se em um reservatório de nitrogênio que, a princípio,

preserva o conteúdo isotópico da matéria orgânica produzida pelo plâncton (15N

149

de +8,6‰) ou pelas plantas terrestres C3 (15N de 0,4‰) nos ecossistemas

estuarinos (Peterson, Fry 1987). Entretanto, o sinal isotópico do nitrogênio

também é afetado em sistemas aquáticos por processos de assimilação,

desnitrificação, nitrificação e remineralização e, a direção e magnitude destes

processos, assim como seus efeitos, indicam a presença dos processos

microbianos envolvidos (Ostrom, 1997; Crisp, 1979).

A variação do sinal isotópico do 15N do material coletado nas armadilhas

foi de +3,1‰ até +8,1‰, com um delta médio de +5,0‰ (Figura 2.26), o que

indica a presença de diferentes formas e processos assimilativos de nitrogênio.

Valores de 15N mais baixos tendem a estar associados à presença de nitrogênio

novo e valores mais altos estão associados a processos metabólicos variados e

de reciclagem (Liu, 2011). Além destes fatores, a inibição do consumo de nitrato

por grande oferta de amônia no sistema pode também atuar decisivamente no

fracionamento. Nesse estudo, valores mais baixos de 15N foram encontrados em

sedimentos coletados na primavera e outono, supostamente relacionados

entradas de águas de temperatura mas frias ACAS. Essas águas apresentaram

elevadas concentrações de nitrato e já foram identificadas com tendo um 15N,

mas leve (Ferraz, 2003). Na área de estudo eventos de ressurgência são

frequentes durante a primavera e o verão. Baixos valores de 15N são também

reportados para águas oceânicas profundas. O 15N do NO3 de águas

subsuperficiais e profundas dos oceanos mundiais é da ordem de +5‰ - +6 ‰

(Crisp, 1979; Ostrom et al. 1997). No Brasil, valores em torno de 6 - 7 ‰ foram

reportados para a macroalga Ulva sp. incubadas em águas da ACAS (Ferraz

2003). Por outro lado, baixos valores de 15N (+2,2‰ a +5,5 ‰) foram também

150

reportados em sedimentos de armadilhas instaladas em águas profundas na

região das Ilhas Canárias e em armadilhas fixas instaladas em Cabo Frio. Nesse

último caso, os valores situaram-se entre +1,1 e +6,6 (Albuquerque, 2012) (Figura

2.26). Por outro lado, valores de 15N mais pesados estão normalmente

associados a processos de remineralização do MOP (ex. decomposição da

matéria orgânica em amônio pela via bacteriana, amonificação). Já foi também

evidenciado na região costeira de Cabo Frio (Brasil) que esse nitrogênio

remineralizado é disponibilizado para produtores primários, dentre os quais as

macroalgas (Ferraz, 2003). No caso desse estudo, altos valores de 15N

estiveram associados a épocas de altos fluxos de sedimentação, o que tem

relação com a quantidade de material particulado na coluna de água produzido

pelo aporte da descarga do SLAPI. O material do sistema lagunar pode ser

visualizado na relação entre 15N e 13C na Figura 2.26. Finalmente, o MPS da

armadilha Enseada de Itaipu é marinho, mas altamente influenciado por materiais

de origem terrestre (Figura 2.24; Figura 2.26).

151

Figura 2.27. Valores das razões isotópicas de C e N (barra de erro de analise 0,2°/oo e

0,3°/oo para 13C e 15N, respectivamente) e da matéria orgânica no material sedimentado na Enseada de Itaipu e valores de outros trabalhos (Cifuentes 1988; Lima 2011; Albuquerque A 2012).

152

2.5. CONCLUSÕES

A dinâmica sedimentar na área de estudo é controlada por diferentes

processos que influenciam a contribuição relativa das fontes de materiais que

atingem a enseada. Os maiores fluxos de sedimentação de MPS aconteceram

predominantemente em condições de maior energia, i.e., durante a entrada de

frentes frias, com presença de ventos e formação de ondas, o que induz a

ocorrência de processos de ressuspensão de material do fundo para a coluna

d’água. A qualidade desse material é caracterizada por apresentar baixos teores

de C e N e altos de PI, evidenciando a influência do Sistema Lagunar Piratininga-

Itaipu na sedimentação da EI. Desta forma fluxos de MPS calculados durante

esses períodos são provavelmente superestimado. Em relação à qualidade do

material sedimentar obtido durante a entrada de frentes frias, foi evidenciada a

presença de um material orgânico com características refratárias, o que é

corroborado pelos baixos valores das razões N:C e pelo valores relativamente

mais elevados de 13C, caracterizando enriquecimento do material com o C mais

leve. Em contrapartida, os menores fluxos de MPS aconteceram em condições de

estabilidade da coluna d’água em períodos caracterizados pela presença

predominante de uma fonte de material autogênica (produção “in situ”). Esses

sedimentos apresentam teores mais elevados de C e N que os anteriores (do

período de entrada de frentes frias). Em relação à qualidade desse material

sedimentar, foi evidenciado que ele é composto por uma matéria orgânica mais

lábil, o que também é corroborado pelos relativamente altos valores das razões

N:C e pelo enriquecimento do isótopo mais pesado do C no material (valores de

13C mais negativos). Ainda que vários valores de 15N mais baixos tenham sido

encontrados nesse material, essas razões apresentaram uma maior variação e os

153

dados são inconclusivos. Os sedimentos da armadilha funcionaram como

indicadores da variação da produção primária recente na coluna de água e do

aporte de material continental que sedimenta na Enseada de Itaipu.

Terceiro Capítulo

155

Capítulo 3: EUTROFIZAÇÃO E QUALIDADE DA MATÉRIA ORGÂNICA AO

LONGO DE REGISTROS SEDIMENTARES DA LAGUNA DE ITAIPU (RJ,

BRASIL)

3.1. INTRODUÇÃO

O processo de ocupação das zonas costeiras que ocorreu ao longo do

último século tem contribuido de forma significativa com o aumento da carga de

sedimentos em suspensão e de poluentes para os ambientes estuarinos,

resultando na degradação de muitas dessas áreas (Simonassi 2010). Esses

problemas têm sido muito comuns particularmente nos países em

desenvolvimento devido ao fato do crescimento populacional ocorrer sem o

devido acompanhamento da infraestrutura de saneamento. Destaca-se como

resultado negativo o processo de eutrofização cultural, que está associado à

descarga de esgotos sem tratamento (ou com tratamento insuficiente) e/ou de

outras fontes difusas. Dentre muitos, pode-se citar, por exemplo, os casos da

Baía de Guanabara e do Sistema Lagunar de Piratininga-Itaipu (SLAPI), que se

tornaram sistemas costeiros com uma elevada carga de contaminantes

químicos e/ou eutrofizados (Borges et al. 2009).

O SLAPI e sua bacia de drenagem, localizados na costa sudeste do

Brasil, Niterói (RJ), tem sido alvo de um intenso processo de urbanização e de

uma série de intervenções ao longo das últimas seis décadas. Na década de

40, ocorreu a primeira intervenção no sistema através da construção do Canal

do Camboatá, que faz, ainda atualmente, a comunicação entre as lagoas de

Piratininga e de Itaipu. Na década 70 foi fechada a antiga barra de Piratininga,

um canal que fazia a comunicação entre a Lagoa de Piratininga e o mar. Essa

barra localizava-se no setor oeste da lagoa, na Prainha, e era chamada pelo

156

nome Canal do Tibau. O fechamento desse canal causou alterações drásticas

no sistema lagunar, levando o aprisionamento de suas águas e ocasionando a

o acúmulo de água doce na Lagoa de Piratininga (Barroso et al., 2000). Ainda

durante o final dessa década, foi construído um canal artificial permanente de

conexão entre o mar e a Laguna de Itaipu, o Canal Itaipu. Paralelamente a isto

ocorreu a construção da Ponte Rio-Niterói, aumentando o fluxo populacional da

cidade do Rio de Janeiro para a cidade Niterói, acelerando a ocupação dessa

área e a consequente drenagem de carga orgânica da bacia para o SLAPI.

A degradação provocada pelo aumento destas cargas tem causado

crescentes problemas ambientais nas últimas décadas (Rebello et al. 1986;

Kjerfve et al. 1997b). Um dos principais efeitos dessa degradação sistemática

do ecossistema costeiro da Região Oceânica de Niterói, sendo notável a

eutrofização cultural. Esse processo se caracteriza pela geração altas

quantidades de biomassa algal nos ambientes aquáticos devido ao aumento do

aporte de nutrientes essenciais, resultando na acumulação de matéria orgânica

detrítica no sistema (Knoppers, Kjerfve 1999). Esse aporte adicional de

nutrientes nos ambientes lagunares tende a ocasionar problemas de grande

magnitude tais como mortandade de peixes, acúmulo de biomassa algal morta

e ocorrência de patógenos, uma vez que estes locais já são naturalmente

eutrofizado e estão entre os ecossistemas mais produtivos do mundo

(Vollenweider et al. 1992; Bianchi 2007). Altos níveis de produção primária,

frequentemente observadas nesses sistemas estão diretamente associados

com a grande oferta de nutrientes inorgânicos dissolvidos de origem terrestre,

reciclagem interna do sistema e fontes antropogênicas (Abreu et al. 1995;

Souza et al. 2009; Zhang et al. 2009). Sendo assim, esses ecossistemas

157

podem atingir e sustentar elevadas taxas produção primária que variam de

200-500 gCm2ano-1 e uma extração de pesca de 60 a 120 toneladas ano (Day

et al. 1989; Knoppers, Kjerfve 1999). Entretanto, nos últimos anos o processo

de eutrofização cultural tem gerado condições extremamente anóxicas,

floração de algas nocivas, provocando uma severa diminuição da população de

peixes neste ecossistema (LOICZ 1993; Carneiro 1994; Knoppers, Kjerfve

1999; Couto et al. 2000).

Os sedimentos depositados nas áreas costeiras e nos sistemas lagunares

geralmente refletem os diferentes processos da dinâmica sedimentar e o tipo

de ambiente predominante na época de deposição. Pela lei da superposição,

sabe-se que os sedimentos depositados continuamente no fundo dos sistemas

lagunares (ou lacustres), nas áreas costeiras e oceânicas formam registros

históricos do processo de erosão, transporte e deposição. As camadas mais

recentes sobrepõem-se as mais antigas, formando uma sequência disposta em

ordem cronológica (J.M. Godoy 1998). O método da datação das camadas de

sedimento, utilizando o radioisótopo natural 210Pb, tem sido usado em estudos

de registros históricos, ocorrida no intervalo de tempo dos últimos 100 anos.

Devido ao 210Pb ter uma meia vida curta, de 22 anos, esse radioisótopo é

adequado para analisar processos de influencia antropogênica nos ambientes

recentes de sedimentação (Appleby, Oldfield 1983; Appleby et al. 1988;

Marques et al. 2006).

Este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos antropogênicos das

intervenções efetuadas ao longo das últimas décadas no ecossistema Lagunar

de Itaipu, através de registros sedimentares. Para resgatar o histórico dessas

contribuições neste sistema foram analisados perfis sedimentares datados pelo

158

Método do 210Pb na Laguna de Itaipu (Scali, 2012). No sentido de obter

informações mais detalhadas sobre a quantidade e qualidade do material

sedimentado, assim como as fontes de matéria orgânica para os sedimentos,

foram também determinadas suas composições isotópicas em carbono e

nitrogênio ( 13C e 15N).

3.2. MATERIAIS E MÉTODOS

3.2.1. Amostragem

Dois testemunhos foram coletados em 2010 em duas áreas da Laguna de

Itaipu (LI). A escolha dos locais foi baseada em estudos de granulometria de

sedimentos superficiais realizados anteriormente nessa laguna (Lavernere-

Wanderley 1999). O primeiro testemunho (T1) foi coletado em uma área

próxima a desembocadura do Rio João Mendes (22°95’65’’ S; 49°04’13’’ W) e o

segundo (T2) próximo à desembocadura do Canal Camboatá (22°95’61’’ S;

49°04’40’’ W). Ambos os testemunhos foram coletados através de mergulho

autônomo, a profundidades de aproximadamente 1 e 0,8 metros de coluna

d´água, respectivamente (Figura 3.1).

Os testemunhadores consistiram em tubos de PVC de 1 m de

comprimento e 7,5 cm de diâmetro. Em cada uma das áreas os testemunhos

foram coletados em duplicatas e a profundidade dos testemunhos atingiu 63 e

45 cm na coluna sedimentar. Após a coleta, os tubos foram cuidadosamente

mantidos na posição vertical para se evitar a mistura entre as camadas de

deposição. Em seguida, ainda no campo, cada testemunho foi seccionado em

159

intervalos regulares de 2 cm e as amostras de cada profundidade foram

acondicionadas a 4º C até a realização das análises.

Figura 3.1. Localização dos pontos de coleta dos testemunhos (T1= testemunho 1;

T2= testemunho 2) na Laguna de Itaipu.

3.2.2. Análise granulométrica

A granulometria das amostras sedimentares foi analisada por meio de um

analisador de partículas com laser ótico CILAS 1180 L, no “Laboratório de

Sedimentologia” pertencente ao Depto de Geoquímica da Universidade Federal

Fluminense. Esse analisador segue o princípio operacional do tempo de

transição para determinar o tamanho das partículas e é equipado com um

módulo para medidas no intervalo de 0,2 a 1000 μm (Ziervogel, Bohling 2003).

160

As medidas foram efetuadas em amostras secas (0,2 g), após 10 minutos de

submissão ao ultrassom. A classificação granulométrica utilizada foi a de Ward

(Ward 1957).

Os dados gerados pelo equipamento foram analisados pelo programa

GRADISTAT v. 4.0 (“A Grain Size Distribution and Statistic Package for the

Analysis of Unconsolidated Sediments by Sieving or Laser Granulometer”),

desenvolvido por Simon Blott (“Department of Geology, Royal Holloway,

University of London”). A partir deste programa foi obtida a divisão

granulométrica de cada amostra, a distribuição amostral, e a classificação do

material presente na amostra, representada pelo Triângulo de Shepard.

3.2.3. Extração de 210Po e Datação de Sedimentos

O 210Po foi extraído pelo Método de Deposição Espontânea do Polônio e

depositado em discos de cobre. As determinações das atividades do 210Po (t½

138 dias) das amostras de sedimento dos testemunhos da Laguna de Itaipu

foram realizadas no Laboratório de Cronologia Nuclear, do Instituto de Física

da UFF. O 210Pb é determinado assumindo-se a prerrogativa que os dois

radionuclídeos (210Po e 210Pb) estão em equilíbrio no sedimento.

O procedimento analítico teve início com a pesagem de cerca de 1,0 g de

sedimento seco (40-50 oC) em becher de 100 ml. O sedimento foi previamente

macerado em grau de ágata. Em seguida foi adicionado 1 mL do traçador 208Po

(t½ 2,93 anos), com atividade de 0,224 Bq mL-1 e depois foram então

cuidadosamente adicionados aproximadamente 2 a 5 mL de HCl concentrado,

visando a solubilização de carbonatos. A amostra foi então digerida a quente

161

(60-70 ºC) com uma mistura HCl concentrado:HNO3 concentrado (1:1). Essa

etapa teve duração de aproximadamente 8 horas e ao seu final o volume foi

reduzido por evaporação, até quase a secura. A amostra foi recuperada com ~

2 ml de HCl 2N e filtrada à vácuo (em 15 atm), usando para isso filtros GFC ou

GFF de 47 mm. O filtrado foi recuperado com HCl 2N e evaporado em placa

aquecedora (60-70º C) até que o volume atingisse 25-30 ml. O Polônio foi

recuperado a partir dessa solução por deposição espontânea em discos de

cobre de 2 cm de diâmetro através de um sistema composto de uma placa

aquecedora, tubos de vidro pirex 40 mL e o próprio disco. O processo de

deposição foi feito a 70-75 oC durante 150 minutos. Ao final, o disco foi

removido, rinsado com etanol, seca à temperatura ambiente e acondicionada

em dessecador (Flynn 1980; Marques et al. 2006). O sobrenadante foi

descartado e as atividades do 208Po (t½ 2,93 anos) e 210Po (t½ 138 dias) nos

sedimentos foram determinadas por Espectrômetria Alfa em aparelho da marca

CANBERRA. As atividades do(s) polônio(s) nos sedimentos foram expressas

em Bq g-1. (Scali, 2012 & Simonassi, 2010). Os sedimentos foram datados pelo

Método CIC (“Constant Initial Concentration”). A separação do 210Pb “em

excesso” (210Pbexc) do 210Pb “in situ” (produzido nos sedimentos) foi feita

através de análise gráfica.

O método CIC preconiza que o 210Pb “em excesso” (210Pbexc) decai com

a profundidade de acordo com a seguinte equação:

1)

onde: 210Pbexc(z) é a atividade do 210Pb em uma camada z, 210Pbexc(0) é

a atividade do 210Pb na superfície do sedimento, é a constante de decaimento

162

do 210Pb de t é o intervalo de tempo compreendido entre a data atual e o início

da sedimentação.

O método assume também que a concentração inicial do 210Pb em

excesso na camada superficial não varia no tempo e a idade de uma

determinada camada é obtida pela seguinte equação:

) (2)

3.2.4. Composição Elementar C, N e P

As análises de Carbono Orgânico Total (COT), Nitrogênio Total (N),

Fósforo Total (P) Fósforo Inorgânico (PI) e Fósforo Orgânico (PO) foram

realizadas segundo os mesmos procedimentos descritos no Capítulo 2 desta

tese.

3.2.5. Composição Isotópica C13 N15

Os procedimentos analíticos empregados para a determinação da

composição isotópica dos sedimentos também estão descritos no Capítulo 2

desta tese.

3.2.6. Análises estatísticas

A análise dos dados utilizou técnicas estatísticas multivariadas. As

correlações entre as variáveis foram verificadas através da Análise de

Correlação de Pearson e pela Análise de Componentes Principais (PCA) (Zar

1984).

163

3.3. RESULTADOS

3.3.1. Granulometria

Os resultados da análise granulométrica dos sedimentos dos dois testemunhos

da Laguna de Itaipu (T1 e T2) revelam diferenças em função das composições

percentuais granulométricas de areia (siltosa), silte e argila (Tabela 3.1). Conforme

anteriormente apontado, os registros sedimentares T1 e T2 possuem um

comprimento de 63 cm e 45 cm, respectivamente.

Analisando os diagramas de Shepard observa-se que testemunho T1 é

composto, de forma geral, por uma mistura entre areia siltosa e silte arenoso,

predominando o segundo (Figura 3.2). O testemunho T2 apresenta-se com uma

separação clara de dois tipos diferentes de tamanho de partículas, silte arenoso e

silte, predominando o silte (Figura 3.3).

Tabela 3.1. Valores médios percentuais (com mínimos e máximos) das diferentes frações granulométricas dos registros sedimentares da Laguna de Itaipu.

Laguna ItaipuArgila (%)

(0,04-2M)

Silte (%)

(2-63 M)

Areia siltosa (%)

(63M)n

T11,8

(2,3 - 1,1)

51,2

(53,6 - 44,5)

46,8

(54,0 - 44,2)30

T23,2

(6,0 - 1,8)

86,9

(96,5 - 74,0)

9,8

(23,8 - 0)17

164

Figura 3.2.- Triângulo de Shepard apresentando as características granulométricas do testemunho T1 da Laguna de Itaipu.

Figura 3.3. Triângulo de Shepard apresentando as características granulométricas do

testemunho T2 da Laguna de Itaipu.

165

Os resultados dos registros sedimentares, apresentados sob a forma de perfis

granulométricos, indicam dinâmicas sedimentares diferenciadas para os dois

testemunhos. No T1, coletado em um local próximo à desembocadura do Rio João

Mendes, observam-se aportes importantes de areia siltosa nas profundidades 5 e 19

cm, com uma tendência de diminuição nas camadas de fundo. No entanto, o padrão

encontrado para o silte e a argila é oposto em comparação ao encontrado para a

areia siltosa. Ou seja, quando a areia siltosa aumenta, as concentrações de silte e

argila diminuem (Figura 3.4). O T2, que foi coletado na saída do canal Camboatá,

apresenta uma dinâmica sedimentares marcada por maiores variações relacionadas

a entradas de silte arenoso nas profundidades 3, 13, 24 e 41cm. Destacam-se

importantes aportes de silte e argila na profundidade de 19, 28 e 43 cm (Figura 3.5).

Figura 3.4. Distribuição vertical de porcentagem de (a) Argila, (b) Silte e (c) Areia Siltosa na

composição dos sedimentos do testemunho T1 da Laguna de Itaipu.

166

Figura 3.5. Distribuição vertical de porcentagem de (d) Argila, (e) Silte e (f) Silte Arenoso na

composição dos sedimentos do testemunho T2 da Laguna de Itaipu.

3.3.2. Datação de sedimentos

Apenas no testemunho T1 foi possível realizar a datação pelo Método 210Pb. O

perfil do 210Pb nesse testemunho é apresentado na Figura 3.6. Observa-se um

decaimento regular das atividades com o aumento da profundidade, com exceção

dos primeiros 20 cm de profundidade, que possivelmente sofre ação de bioturbação.

167

Figura 3.6. Perfil da Atividade do 210Pb em função da profundidade da coluna sedimentar do

testemunho T1.

A cronologia do testemunho (T1) foi construida através do modelo CIC

(“Constant Initial Concentration”). Para utilização do modelo CIC, os resultados do

perfil de 210Pb foram logaritimizados e plotados com relação às profundidades das

camadas do sedimento e estabelecida uma regressão linear (Figura 3.7). A

correlação do LN do 210Pb com relação a profundidade apresentou um nível de

significância 83,34% (r2) para um intervalo de 95% de confiança. Os resultados do

Modelo CIC do T1 forneceram uma taxa de sedimentação de 0,5 cm/ano. A base do

testemunho (profundidade de 30 cm) corresponde, portanto, a um período de

aproximadamente 120 anos.

168

Figura 3.7. Distribuição vertical da atividade do 210Pb (Bq.g-1) ao longo da profundidade no

testemunho T1

3.3.3. Composição Elementar C, N, P e Isótopos Estáveis de C, N

As distribuições verticais nas concentrações de Corg, N, P, Porg e Pinorg ao longo

do testemunho T1 são apresentadas na Figura 3.8. Os valores das concentrações

de Carbono Orgânico (Corg), Nitrogênio Total (N) e Fósforo Total (P) variaram de

29,6 a 48,3 mg.g-1; 2,8 a 4,5 mg.g-1 e 0,5 a 3,9 mg.g-1, respectivamente.

Aproximadamente 50% do fósforo total se apresentou na forma inorgânica e os 50%

restantes na forma orgânica. O Fósforo Orgânico (Porg) variou de 0,09 a 2,4 mg.g-1 e

o Fósforo Inorgânico (Pinorg) variou de 0,1 a 2,2 mg.g-1. A distribuição vertical do Corg

e do N apresentam padrões similares, com concentrações médias de 38,3 ± 4,05

169

mgC.g-1 e 3,5 ± 0,36 mgN.g-1, respectivamente. Para ambos os elementos, maiores

concentrações foram observadas aos 12 cm, com uma tendência de diminuição para

as camadas mais profundas. Uma exceção foi o Corg na camada 60-61 cm, que

apresentou um aumento de concentração. As distribuições verticais do PT, do Porg e

do Pinorg também apresentaram um padrões similares entre si, os quais podem ser

descritos pelo aumento das concentrações nas camadas mais superficiais e

diminuições nas camadas de fundo. As concentrações médias foram de 1,9 ±0,9

mg.g-1 para o fósforo total, de 0,9 ±0,6 mg.g-1 para o fósforo inorgânico e de 0,9 ±0,4

mg.g-1 para o fósforo orgânico. É também notável na coluna sedimentar o aumento

concentrações (máximas) ocorridas aos 13 e aos 30 cm de profundidade para o PT

e Porg. Essas elevações de concentrações são coincidentes com o aumento da

concentração de argila no testemunho.

No registro sedimentar T2 foram encontrados elevados valores de

concentrações de Corg, N e P em comparação com o T1. As concentrações do Corg,

N e P variaram de 5,7 a 59,4 mg.g-1; 0,7 a 5,6 mg.g-1 e 0,6 a 6,2 mg.g-1,

respectivamente. Aproximadamente 77 % do fósforo total corresponderam a forma

Pinorg e 33 % em forma Porg, com variações de 1,7 a 0,05 mg.g-1 e 4,4 a 0,3 mg.g-1

respectivamente Os padrões de distribuição vertical do Corg e NT no registro

sedimentar T2 foram similares (Figura 3.9). Observa-se uma tendência de aumento

de concentrações na superfície e diminuição para as camadas da base do

testemunho. Destacam-se também no perfil os últimos centímetros, onde ocorre um

aumento nas concentrações de Corg e NT. Em geral, os teores de Corg e NT foram

mais elevados no T2, sendo de aproximadamente 130 a 105 % superiores em

comparação com o testemunho T1. As concentrações médias observadas no T2

foram de 49,8 ± 5,7 mgC.g-1 e 3,7 ± 0,7 mgN.g-1, respectivamente. Os aumentos de

170

concentrações desses elementos nos testemunhos estão relacionados à presença

de maiores teores de silte e argila nesse testemunho, sugerindo uma influencia do

transporte de partículas da Piratininga para a Laguna de Itaipu pelas águas do Canal

Camboatá. As distribuições verticais do PT, Porg e Pinorg também apresentaram

padrões similares, descritos pelo aumento das concentrações na superfície e

diminuição continua em direção à base do testemunho. As concentrações médias

obtidas foram 2,3 ±1,2 mgP.g-1, 1,7 ±0,05 mgPorg.g-1 e de 1,8 ±1,0 mgPinorg.g

-1. Estes

elevados valores correspondem a 121, 188 e 200%, quando comparados ao

testemunho T1 (Figura 3.8). Observa-se, também, que a distribuição do Pinorg

apresenta maiores variações ao longo do registro sedimentar do testemunho T2

(Figura 3.9).

Figura 3.8. Distribuição vertical das concentrações de (a) Corg, NT (b), PT (c), Pinorg (d) e Porg

(e), em sedimentos do testemunho T1, da Laguna de Itaipu.

171

Figura 3.9. Distribuição vertical das concentrações de (a) Corg, NT (b), PT (c), Pinorg (d) e Porg

(e), em sedimentos do testemunho T2, da Laguna de Itaipu.

Os valores das razões N:C, N:P e C:P no registro sedimentar do testemunho

T1 variaram de 0,076 a 0,117, de 1 a 7 e 9 a 78, respectivamente, ao longo do

testemunho. O padrão de distribuição vertical foi similar para as razões N:P e C:P,

sendo caracterizado pela tendência de uma diminuição da base ao topo do

testemunho e uma tendência oposta foi observada para razão N:C (Figura 3.10). Os

valores médios das razões N:C foi de 0,094 ±0,011, das razões N:P 3 ±1 e 28 ±18

para C:P. Esses valores definiram diferentes tipos de ambientes deposicionais e

composições da matéria orgânica nas profundidades de 17, 25 e 39 cm. Essas

variações são confirmadas pela pelos valores das razões 13C e 15N, que oscilaram

de -24,8 a -22,8 e -2,4 a 3,3 respectivamente nessas profundidades. De forma geral,

os padrões de distribuição vertical dos valores de 13C e 15N foram similares até

172

entre as profundidades de 0 a 15 centímetros. Porém, a partir dos 16 cm, o 13C se

manteve estável e o 15N apresentou maiores variações (Figura 3.10).

Os valores das razões N:C, N:P e C:P no registro sedimentar do testemunho

T2 variaram de 0,097 a 0,048, de 1 a 6 e 8 a 92, respectivamente. Da mesma forma

que o caso do T1, os padrões de distribuição vertical foram similares para as razões

N:P e C:P, sendo caracterizados pela tendência de uma diminuição da base ao topo

do testemunho. Uma tendência oposta foi observada para o N:C (Figura 3.11). Os

valores médios obtidos foram 0,076 ± 0,011 para N:C, de 3 ±1 para N:P e 28 ±18

para C:P. Merece ser mencionado o aumento dos valores das razões N:P e C:P a

partir de 37 centímetros. Esses valores indicam a presença de sedimentos pobres

em nitrogênio e ricos em fósforo, o que foi confirmado pelos valores da razão C:P.

Os valores de 13C e de 15N variaram de -24,8 a 22,8 e -2,4 a 3,3, respectivamente,

e os padrões de distribuição vertical foram similares para as duas razões isotópicas.

Destaca-se também um padrão inverso encontrado nas razões, ocorrendo uma

diminuição dos valores dos isótopos a partir dos 37 centímetros (Figura 3.11).

173

Figura 3.10. Distribuição vertical das razões N:C (a), N:P (b), C:P (c), 13C (barra de erro de

analise 0,2°/oo) (d) e 15N (barra de erro de analise 0,3°/oo) (e) nos sedimentos do testemunho T1, da Laguna de Itaipu.

Figura 3.11. Distribuição vertical das razões N:C (a), N:P (b), C:P (c), 13C (barra de erro de

analise 0,2°/oo) (d) e 15N (e) e N (barra de erro de analise 0,3°/oo) nos sedimentos do testemunho T2, da Laguna de Itaipu.

174

3.4. DISCUSSÃO

3.4.1. Variação dos parâmetros estatísticos granulométricos

Os sistemas lagunares costeiros funcionam como ambientes receptores e

acumuladores de sedimentos de origem continental funcionando, em muitos casos,

como exportadores e/ou importadores de material entre o próprio sistema e a região

costeira adjacente, o que é o caso do Sistema Lagunar Piratininga-Itaipu. Esses

sedimentos tem por vezes origem e constituição diferenciada e para se compreender

o contexto do ambiente sedimentar em termos de fontes e de dinâmica sedimentar

em tempos pretéritos é necessário lançar mão de informações sobre os sedimentos

que constituem a bacia de drenagem e a região litorânea. Esses sedimentos

correspondem a uma escala geológica do quaternário e podem ser subdivididos em:

1) sedimentos fluviais, compostos por areias grossas, médias e finas, mal

selecionadas apresentando quartzo, feldspato e minerais máficos, grãos

subangulares a angulares, geralmente com matriz argilosa a siltica, 2) sedimentos

paludais, compostos por argilas de coloração cinza e depósitos de turfa de

ambientes de lago, pântanos ou brejos, argilas de coloração negra, bioturbadas de

mangues e 3) sedimentos litorâneos, composto por areia quartzosa bem

selecionada, ou por vezes mal selecionada, podendo apresentar feldspato e matriz

argilosa com coloração esbranquiçada, de origem marinha de cordões litorâneos

(Figura 3.12).

Neste estudo foram identificadas quatro classes granulométricas na

composição do sedimento dos testemunhos recuperados na Laguna de Itaipu (T1-

T2), o que é ilustrado através da utilização do diagrama triangular de (Shepard

1954). Essas frações correspondem principalmente a areia, silte e argila. Uma

composição similar foi encontrada nos sedimentos superficiais da Laguna de

175

Figura 3.12. Geologia e estrutura geológica da área de estudo na região costeira de Niterói.

Figura 3.13. Modelo ideal adaptado de (Folk, Robles 1964)

.

176

Itaipu anteriormente (Lavernere-Wanderley 1999). Nossos resultados relativos aos

parâmetros estatísticos granulométricos (diâmetro médio, selecionamento –

“sorting”, assimetria – “skewness” e angulosidade – “Kurtosis”) (Figura 3.13)

informam também variações de tamanho médio diferenciados para o T1 (4,47 a

3,97) e para o T2 (6,77 a 5,18), com diferentes graus de selecionamento. O T1

caracterizou-se por um “sorting” variando da classificação do tipo “muito mal

selecionado” (93%) a “mal selecionado” (7%) enquanto que no T2, 100% dos

sedimentos foram categorizados como “mal selecionado”. O resultado da assimetria

evidenciaram diferenças entre testemunhos, destacando um maior enriquecimento

de partículas finas no T2 (0,22 a 0,34). Em relação às curtoses, observa-se que no

T1 predominou a forma platicúrtica (0,86 a 0,91), enquanto no T2 as formas variaram

entre platicúrtica e mesocúrtica (0,84 a 0,93).

A descrição das curvas granulométricas para os dois testemunhos revelou

diferenças na dinâmica sedimentar. Isso ocorreu tanto em relação à identificação do

traçado do transporte residual de sedimentos, quanto com relação ao ambiente

predominante no qual os sedimentos foram depositados (Figura 3.14). Os dois

testemunhos foram coletados nas bordas norte e leste da Laguna de Itaipu, sendo

estes lugares de baixa energia, o que facilita a deposição de sedimentos finos. Estes

resultados são corroborados pelos estudos de velocidade de corrente obtidos no

interior da Laguna de Itaipu para esse local, que foram de 0,02 ms-1 (Lavernere-

Wanderley 1999). Os resultados de assimetria indicam que a fonte de origem do T1

foi majoritariamente muito mal selecionada, sugerindo uma fonte próxima ao local de

deposição, proveniente do rio João Mendes. No T2, os resultados demonstram uma

predominância de uma fonte mal selecionada, indicando um sedimento melhor

177

selecionado, provavelmente pela Laguna de Piratininga, e transportado pelo Canal

de Camboatá.

Figura 3.14. Curva das variações dos parâmetros estatísticos das amostras dos

testemunhos T1 e T2. Recuperados na Laguna de Itaipu.

3.4.2. Taxa de Sedimentação, Registros Sedimentares e Geoquímica da Matéria

Orgânica

A datação pelo método do 210Pb é uma das técnicas mais utilizadas para

calcular taxas de sedimentação em sistemas lagunares e estuarinos (J.M. Godoy

1998; Knoppers, Kjerfve 1999; Marques Jr. et al. 2006). O método se baseia no

decaimento radioativo do 210Pb de origem atmosférica ao longo da profundidade em

uma coluna sedimentar. Em muitos casos, o decaimento do 210Pb não é regular nos

primeiros centímetros de profundidade. Isto ocorre em função do efeito da

178

bioturbação, eventos de tempestades catastróficas e ressuspenção de sedimentos

pela ação dos ventos e das marés. Assim, as vezes é necessário se realizar uma

extrapolação das taxas de sedimentação para esses níveis superiores dos registros

sedimentares. O testemunho T1 apresentou alguma perturbação desse tipo nos

primeiros 21 centímetros, o que pode ter relação com o próprio ambiente lagunar,

que é muito raso e sujeito a interferências desse tipo. Entretanto, ainda assim, foi

possível determinar a taxa de sedimentação global, que foi estimada em 0,5 cm.ano-

1, o que equivale a uma deposição de aproximadamente 61 g(sed).m2d-1. Este

resultado é compatível com as taxas de sedimentação medidas através de

experimentos realizados com armadilhas fixas instaladas anteriormente na Laguna

de Itaipu (Nepomuceno A. 2008) e com outros estudos anteriores efetuados em

outros sistemas lagunares do Estado do Rio de Janeiro (Knoppers, Kjerfve 1999;

Lavernere-Wanderley 1999). Essa taxa de sedimentação também é similar às

obtidas em outras regiões estuarinas brasileiras e mundiais (Fernex et al. 1992; San

Miguel et al. 2004; Marques Jr. et al. 2006; Sanders et al. 2006; Patchineelam et al.

2011).

Os resultados das distribuições verticais dos registros sedimentares relativos

às composições granulométrica e geoquímica (Figura 3.15) revelam a existência de

variações na dinâmica sedimentar na Laguna de Itaipu. Essas variações são, em

última análise, o reflexo das diferentes condições hidrodinâmicas locais do sistema

no tempo e foram observadas no intervalo entre a superfície do testemunho T1 até

aproximadamente os 33 cm de profundidade (Figura 3.15), onde se observa

claramente uma mudança no registro sedimentar. Considerando a taxa de

sedimentação global calculada de 0,5 cm.ano-1, esta profundidade do testemunho

corresponde ao ano de 1945. Por esta época, foi realizada a primeira grande

179

intervenção nesse ecossistema, i.e., a construção do Canal do Camboatá, que liga

as lagoas de Piratininga e Itaipu (Figuras 3.15 e 3.16a). Essa intervenção teve por

objetivo regularizar o equilíbrio hidráulico entre as duas lagoas, de forma a minimizar

as enchentes que ocorriam no período de chuvas e diminuir o alagamento de áreas

de entorno das lagoas. Essas áreas alagadas constituíam-se em criadouros de

mosquitos anofelidos transmissores da malária (Oliveira 1945).

Figura 3.15. Distribuição vertical do tamanho de partículas, N:C, 13C e 15N (barra de erro

de análise 0,2°/oo e =0,3°/oo para 13C e 15N, respectivamente) do registro sedimentar T1. A linha segmentada indica cada intervenção no ecossistema.

180

Figura 3.16. Fotografias do (a) Canal Camboatá, que faz a conexão entre as lagunas de

Piratininga e de Itaipu (foto de 2010) e (b) vista aérea do Canal Itaipu, canal que conecta a Laguna de Itaipu com a Enseada de Itaipu (foto de 1987).

Os registros sedimentares e geoquímicos mais antigos, ou seja, relativos às

profundidades abaixo dos 33 cm, refletiram as condições do ecossistema antes da

abertura do Canal do Camboatá, enfatizando um ambiente mais natural e mais

estável com relação a sua dinâmica sedimentar (Figura 3.15). Observa-se nesse

intervalo (abaixo de 33 cm de profundidade) a diminuição do tamanho das

partículas, acompanhado de uma diminuição dos valores das razões N:C. Esse tipo

de padrão sugere uma mistura de matéria orgânica de origem autóctone e de

matéria orgânica de origem terrestre, com influência de plantas C3 (Figura 3.17). Nas

camadas mais profundas, a razão N:C apresenta um sinal mais típico de

contribuição terrestre. Diferentemente, o sinal do isótopo 13C não mostra variações

tão evidentes (-22,8 - 23,9 %o). Entretanto, ocorre uma tendência de enriquecimento

do isótopo mais pesado, indicando uma mistura de diferentes aportes de matéria

orgânica, cujas fontes de carbono poderiam ser algas marinhas e solos degradados

(Figura 3.17).

181

O sinal do isótopo 15N apresentou maiores variações que o 13C no perfil

datado (T1), com valores variando entre 0 (zero) e 3,2 %o. O 15N também parece

refletir melhor as mudanças ocorridas antes da abertura do Canal de Camboatá. O

material sedimentado fornece indicações de diferentes processos relacionados ao

ciclo do nitrogênio, como por exemplo amonificação, nitrificação e desnitrificação

(Carreira et al. 2002b), refletidos no fracionamento isotópico. Destaca-se entre estes

processos a desnitrificação, caracterizada por valores 15N abaixo de 0 (zero), como

obseravado nos intervalos correspondentes aos 42-45 cm e 60-63cm de

profundidade. Nesses intervalos observa-se a predominância de um material mais

“leve” (Eitaro Wada 1975), sugerindo a presença de altas taxas de remineralização

de matéria orgânica em épocas em que a lagoa se encontrava em condições mais

naturais (Figuras 3.15 e 3.18).

Após a abertura do Canal Camboatá, ou seja, acima dos 33cm de profundidade

no T1, pode-se observar nesse registro sedimentar um aumento progressivo do

tamanho das partículas e também variações importantes no tamanho dos grãos.

Destacam-se nesse pacote sedimentar mais recente o intervalo entre dois picos

conspícuos no tamanho de partículas observados, localizados entre os 18 e os 5

centímetros de profundidade. Esse período é relacionado à presença de diferentes

distúrbios na dinâmica sedimentar, que devem estar relacionados às diferentes

intervenções na área do sistema lagunar. Com base na taxa de sedimentação

obtida, o primeiro pico, localizado entre 22 cm e 18 cm de profundidade, estaria

relacionado à abertura da barra permanente do Canal de Itaipu, efetuada pelo

empreendimento imobiliário da Empresa VEPLAN no ano de 1979 (Figura 3.15b).

Com isso, a renovação das águas da Lagoa de Itaipu passou a ser mais controlada

pela ação das marés enquanto que a Lagoa de Piratininga, onde a dinâmica era

182

quase que exclusivamente regulada pelo aporte água doce proveniente dos rios

tributários (Kjerfve, Magill 1989; Barroso et al. 2000) (Figura 3.14). Essa ação de

abertura permanente do Canal de Itaipu levou a inversão das condições de

circulação de águas e da salinidade das duas lagoas.

Figura 3.17. Valores de 13C e razões N:C nos testemunhos T1 e T2 coletados na Laguna de Itaipu e no material coletado na armadilha de sedimento instalada na Enseada de Itaipu.

183

O segundo pico, observado aos 5 cm de profundidade, está provavelmente

associado a uma segunda dragagem, realizada em 2001, também com objetivo de

aprofundar e alargar o Canal de Itaipu, que estava assoreado nesta época

(comunicação pessoal do pescador seu Chico). Essa interpretação é corroborada

pelo aumento dos valores das razões N:C no a partir dos 21 cm de profundidade e

posterior estabilização, sugerindo uma mudança de uma condição mais terrestre

para uma condição com maior influência de materiais de origem marinha. Nesse

caso, as razões N:C apresentam valores próximos aos sugeridos por Redfield para o

material planctônico marinho, ou seja, 0,176 (Redfield et al. 1963b) (Figura 3.17). A

despeito disso, as assinaturas dos isótopos estáveis de carbono e de nitrogênio do

material sedimentado nesse intervalo de profundidade não são totalmente

concordantes com essa interpretação. O perfil do 15N, p.e., é caracterizado pelo

aumento gradual de seus valores a partir do intervalo entre 18 e 15cm, o que é

interpretado como um efeito direto do aumento da eutrofização. Nesse caso, a

abertura do canal teria um efeito de diluir, ou melhor diminuir os valores de 15N.

Diferentemente, o perfil do 13C não evidencia a abertura do Canal de Camboatá.

Em todo caso, a comparação entre os valores de 13C 15N apontam claramente as

oscilações referentes às mudanças provocadas pela abertura do Canal de

Camboatá e do Canal de Itaipu (Figura 3.15). Além disso, fornecem evidências sobre

a matéria orgânica produzida “in situ” (fitoplâncton); o material terrestre originário de

solos degradados com aporte de material de plantas C3 e o aporte de nutrientes

pelos esgotos não tratados e fontes difusas. Os valores mais negativos do isótopo

15N, por sua vez, evidenciam a desnitrificação e as condições anóxicas do sistema,

além da influência das intervenções antropogênicas na bacia de drenagem do rio

João Mendes. Nesse último caso, as alterações mais marcantes no canal do Rio

184

João Mendes foram registradas no inicio da década de 1980, quando o canal

principal do rio foi desviado. Essas alterações foram observadas através de análises

das cartas topográficas de 1976 e 1996, nas quais foram detectadas nítidas

mudanças na rede de drenagem (R. Galvão 2010). No mesmo estudo também foi

Identificada uma redução no número de sub-bacias da bacia hidrográfica do rio João

Mendes. Em 1976 eram encontradas 17 sub-bacias e em 1996 foram identificadas

apenas 15 (Figuras 3.19a e 3.19b) e, ao longo do tempo, ocorreram diferentes obras

como canalizações e manilhamentos do leito do rio, dragagens, construção de

muros e desvios (R. Galvão 2010).

Figura 3.18. Valores das razões isotópicas de C e N (barra de erro de analise 0,2°/oo e

0,3°/oo para 13C e 15N respectivamente) da matéria orgânica nos sedimentos dos testemunhos T1 e T2 da Laguna de Itaipu e no material sedimentado na Enseada de Itaipu. Os valores de Itaipu são confrontados com registros para difentes materiais naturais (Cifuentes 1988).

185

Figura 3.19. Sub-bacias da bacia hidrográfica do rio João Mendes em (A) 1976 e (B) 1996

(Rodrigues 2004; R. Galvão 2010).

186

Assim, as variações das taxas de sedimentação ao longo do registro

sedimentar do testemunho T1 e as características da matéria orgânica sugerem que

a sedimentação do material encontra-se governada por diferentes processos e

eventos, assim como, a intensidade e duração destes. No sentido de se tentar

identificar esses fatores que estão relacionados a um ambiente sedimentar mais

natural (naturalmente eutrofizado) ou com mais influência antrópica, procedeu-se a

uma análise de componentes principais (ACP) no conjunto de dados do T1.

A análise da ACP para o T1 revelou que o primeiro componente (CP1) explica

58,9% da variância total e o segundo componente (CP2) explica o 19,0 % da

variância total (Figura 3.20). Portanto, as principais variações foram explicadas

basicamente pela CP1, que evidencia um gradiente relacionado a uma clara

separação entre o pacote sedimentar das amostras do fundo e da superfície. As

amostras superficiais do testemunho (1 até 23 cm) estão relacionadas positivamente

com os valores das razões N:C, PT, NT e com o tamanho das partículas (TMP)

(Figura 3.21), que se projetam em oposição às amostras da base do testemunho,

associadas a sedimentos mais finos, com maiores concentrações de COT, maiores

valores na razão N:P, 13C 15N mais pesados. Este resultado foi corroborado pelo

peso das variáveis nos eixos e sintetiza duas condições diferentes do ambiente de

diagênese da matéria orgânica ao longo do registro sedimentar da Laguna de Itaipu.

Ele representa bem as amostras superficiais recentes ricas em PT e NT, produto da

eutrofização cultural do sistema. Ele também caracteriza, no caso das amostras do

fundo, a composição elementar da matéria orgânica em condições “naturais” sem

intervenção antropogênica. Ou seja, as alterações ao longo dos processos de

transporte e pós-sedimentares.

187

Figura 3.20. Representação gráfica das amostras e variáveis dos planos fatoriais do 1° e 2° eixos da análise de componentes (ACP) do testemunho T1 Laguna de Itaipu.

Figura 3.21. Carga das variáveis na PC1 do testemunho T1.

188

Como foi explicado anteriormente devido a dificuldade para determinar a taxa

de sedimentação não foi possível ter certeza das datas relacionadas as mudanças

no perfil sedimentar. Entretanto, é possível fazer algumas análises relacionadas ao

perfil granulométrico e a geoquímica da matéria orgânica. Os resultados do perfil do

tamanho de partículas para o registro sedimentar T2 mostram grandes variações a

partir do centímetro 27, com um aumento constante até o topo do testemunho

(sedimentos recentes). Por outra parte a maior variação no registro sedimentar

ocorreu na base do testemunho abaixo do centímetro 37. Nessa faixa de

profundidade os valores da razão N:C são baixos (0,059-0,071) e acompanhados

Figura 3.22. Distribuição vertical do tamanho de partículas, N:C, 13C e 15N do registro sedimentar T2. A linha segmentada indica cada intervenção no ecossistema.

189

por valores do 13C (-25 ate -29) similares a encontrados pelos estudos de (M. A.

Borotti 2009) para solos de manguezal na ilha Cardozo e Ilha Grande Brasil

(Sanders et al. 2008). Esses registros geoquímicos detectados nessa profundidade

apontam para um período onde o ecossistema estava em condições “in natura”, e

sugerem a presença de um ecossistema tropical úmido de manguezal, com um

maior predomínio de plantas C3 (Figura 3.22).

O padrão encontrado para o T2 também é corroborado pela ACP. Na análise

realizada o primeiro componente (CP1) explica 50,7% da variância total e o segundo

componente (CP2) explica o 27,4 % da variância total (Figura 3.23). O principal

gradiente relacionado com a CP1 e CP2 mostra um padrão similar encontrado na

ACP do T1. Também pode ser observada certa separação entre as amostras da

superfície e do fundo. As amostras da superfície estão positivamente relacionadas a

sedimentos enriquecidos com PT, PO, PI, altos valores da razão N:C (Figura 3.24)

próximos a material fitoplântonico e a um maior tamanho de partículas.

Corroborando o processo de eutrofização e degradação do sistema nos tempos mais

recentes. O pacote sedimentar do fundo está relacionado a razões C:P e N:P

elevadas e com sinais isotópicos do 13C característicos de um ecossistema tropical

húmido de mangue (Figura 3.22).

190

Figura 3.23. Representação gráfica das amostras e variáveis do plano fatorial do 1° e 2°

eixos da análise de componentes (ACP) do testemunho T2 Laguna de Itaipu.

Figura 3.24.- Carga das variáveis da PC1.

191

3.4.3. Acumulação da Matéria orgânica nos Sedimentos

O acúmulo de sedimentos em sistemas lagunares representa à perda definitiva

da matéria a partir do ciclo pelágico-bentônico, processo este relacionado com a

variação do “input” de matéria alóctone e com as condições químicas e biológicas

imperantes no sistema (Kemp 1996; Knoppers, Kjerfve 1999). Essa perda de matéria

pode ser quantificada por estimativas provenientes das taxas de sedimentação

baseadas na datação do radioisótopo 210Pb. No presente estudo a taxa de

sedimentação (0,5 cm.ano-1) foi multiplicada pelas concentrações de Corg ,TP e NT e

pelas densidades de cada amostra de sedimento para estimar as taxas de acúmulo

do elementos C, N e P. As taxas de acumulação de Corg variaram entre 60,3 e 85,3

mg.cm2ano-1 para a faixa da profundidade (com perturbações) de cerca de 0 a 30

cm, que na qual foi feita a estimativa para um intervalo de tempo entre 40 a 50 anos

atrás. Esse resultado é comparável com os estudos realizados por (Knoppers 1992).

Nestes estudos foram realizadas medições de taxas de acumulação de carbono de

10 lagoas costeiras tropicais e temperadas e foram obtidas taxas de acumulação na

faixa de 10 a 170 mg.cm2ano-1. Os resultados obtidos mostraram uma clara relação

entre a magnitude de acumulação de carbono e a produção primária nos

ecossistemas estudados, o que também pode ser sugerido para a Laguna de Itaipu.

As taxas de acumulação de PT e NT foram utilizadas juntamente com a

geocronologia do registro sedimentar do testemunho T1 para confirmar o tempo

relativo ao início das influências antropogênicas no sistema lagunar. O

desenvolvimento urbano é bem documentado para a região estudada e foi feita uma

pesquisa nos censos realizados desde a década de 60 (Paez 2006) com o objetivo

de se relacionar o crescimento populacional da região de estudo com o “input” de PT

e NT na bacia hidrográfica do sistema lagunar. Também foram pesquisados registros

192

(a)

(b)

Figura 3.25. Diagrama com os (a) fluxos de fósforo e nitrogênio total nos sedimentos do

testemunho T2 e (b) registro fotográfico ilustrando o crescimento populacional na região oceânica de Niterói.

1932 2011

193

populacionais dos primeiros assentamentos na região). Uma relação bem evidente é

obtida confrontando-se o aumento do número de habitantes no tempo com as taxas

de acumulação de N e P obtidas para o perfil do testemunho T1. Pode-se observar

um aumento das cargas desses elementos ao longo do tempo, do passado para o

presente. Dentre os dois elementos, destaca-se o fósforo pela regularidade de

aumento das cargas ao longo do tempo, que tem início nos anos 1980 (Figura 3.24).

Os fluxos de PT e NT variaram de 1,2 e 6,2 mg.cm-2 ano-1, respectivamente,

em 1880 para os níveis atuais de até 7,8 e 7,4 mg.cm-2 ano-1, respectivamente,

acompanhando o crescimento da população dentro da bacia de drenagem da região

oceânica de Niterói. Esta relação é esperada, pois a ocorrência do desenvolvimento

urbano na região oceânica de Niterói se intensificou a partir de 1970, depois da

construção da ponte Rio-Niterói. Esse padrão é similar ao encontrado na Baia de

Guanabara (Borges et al. 2009). Das cinco regiões de planejamento que Niterói

possui, a Região Oceânica é a que tem apresentado o maior índice de crescimento

urbano. Segundo dados comparativos do Censo IBGE 1991, uma contagem de 1996

e do Censo IBGE 2000, esta região teve uma taxa de crescimento anual de 5,92%,

essa taxa é extremamente alta se comparada às outras regiões (Fernandes 2009).

Por outra parte os fluxos estimados estão dentro da faixa esperada para

ambientes sedimentares em condições de perturbações antropogênicas. Essas

perturbações incluem, por exemplo, carreamento de terras derivadas da degradação

de solo, aumento de contribuições de esgotos domésticos, produtos químicos

diversos resultantes das atividades urbanas. Essas perturbações são similares às

ocorridas em outras áreas tais como zonas litorais da grande barreira de recife de

Austrália (Alongi, McKinnon 2005), Golfo de Trieste (Ogrinc, Faganeli 2006), Baía de

Apalachicola, de Florida (Surratt et al. 2008), Golfo de Finlandia (Vaalgamaa 2004);

194

(Lukkari et al. 2009), Baía de Guanabara (Kjerfve et al. 1997b). Os resultados

obtidos nos trabalhos citados apontaram uma variação de 3 a 600 g/cm-2ano-1.

Entretanto, o uso de concentrações e fluxos de PT como registros nos sedimentos

eutrofizados deve ser tomado com cuidado, desde que existem evidências na

literatura da remobilização do Porg (Cornwell et al. 1996; Yamamuro, Kanai 2005; Dai

et al. 2007). A entrada de água de esgotos domésticos nos ecossistemas costeiros

implica em acumulação de Porg sem, necessariamente, significar em eutrofização do

sistema (Carreira, Wagener 1998). Entretanto, a distribuição do PI seguiu

consistentemente o crescimento demográfico e seu percentual em relação ao total

(de pelo menos 50%) sugere que o grau de remobilização do PI não limita seu uso

como um indicador da eutrofização neste ambiente específico. Esses resultados

deixam claras evidências que a ocupação humana e consequente eutrofização são

os principais processos controladores das concentrações desses elementos no

ecossistema da Lagoa de Itaipu.

195

3.5. CONCLUSÃO

Através das análises geoquímicas e granulométricas do testemunho T1 foi

possível detectar as seguintes mudanças na Laguna de Itaipu:

- Construção do canal de Camboatá em 1945,

- Abertura da barra Canal Itaipu em 1979,

- Dragagem e alargamento do Canal de Itaipu em 2001 e

- As consequências da degradação da bacia de drenagem, especialmente, do

Rio João Mendes ao longo dos últimos anos.

Essas modificações foram refletidas no ambiente sedimentar e na composição

da matéria orgânica dos sedimentos, definindo claramente dois tipos de ambiente de

períodos “antes” e “depois” das intervenções efetuadas no SLAPI. Foram

observadas grandes variações nas razões N:C e nos sinais do 13C e do 15N, tendo

se destacado esse último elemento como um “proxy” relacionado com a

desnitrificação e os processos de eutrofização natural e cultural do SLAPI.

Antes dos efeitos antropogênicos, quando o SLAPI encontrava-se em um

estado mais natural, pode ser observado nos sedimentos, concentrações mais

elevadas de carbono e nitrogênio e baixos valores de fósforo. Esse tipo de padrão

sugere que o ambiente lagunar era um ambiente produtivo influenciado por plantas

C3, típicas de ambiente de manguezal tropical úmido. Os efeitos da influência

antropogênica e a consequente degradação do ecossistema foram constatados

através do aumento gradual do tamanho das partículas, das concentrações PT e NT

e das mudanças das razões isotópicas, caracterizando um aumento da eutrofização

e degradado. As concentrações de NT e PT no pacote sedimentar recente indicam

196

altos fluxos de sedimentação desses elementos chegando no presente a um

aumento de duas vezes para o NT e seis vezes para o PT nos fluxos, quando

comparados aos valores estimados para 1800. Esses resultados está refletem o

crescimento populacional sem a implantação de um sistema de tratamento de

esgotos compatível na região de estudo. Esses resultados confirmam que os fluxos

de fósforo podem ser utilizados para reconstruir o histórico da ocupação e da

contaminação por esgotos da Laguna de Itaipu.

197

CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES FINAIS

198

4. CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES FINAIS

O conjunto de dados obtidos no monitoramento efetuado durante os anos

de 2009, 2010 e 2011 no compartimento água possibilitou elucidar, em escala

temporal e espacial, o grau de interação entre as diferentes massas de água que

ocorrem na região costeira de Niterói. , e identificar padrões de variações temporais

e espaciais de parâmetros físico-químicos. Foram identificados os principais

processos (ou fatores) relacionados a essas variações, que são (1) a descarga

fluvial da bacia de drenagem do SLAPI e a descarga das águas do SLAPI na

Enseada de Itaipu; (2) a influência das águas provenientes da Baia de Guanabara

na Enseada de Itaipu e (3) o aporte sazonal das diferentes massas de águas que

ocorrem nessa no sistema costeiro estudado (AC,AT e ACAS).

As variações temporais das concentrações de nutrientes e do MPS, assim

como as razões N:P, Si:N e Si:P das águas do SLAPI e da região costeira foram

explicadas pelo efeito combinado entre a variação da maré e os pulsos do aporte

continental resultantes da descarga fluvial, que se acentuam após eventos de

precipitação na região costeira. Os valores das razões N:P, Si:N e Si:P e do DIN

encontrados nas águas costeiras e nas águas do SLAPI sugerem uma importante

perda de nitrogênio por processos de desnitrificação, anammox e nitrificação.

A qualidade das águas costeiras e das águas do SLAPI variou de “Boa a

Péssima” e “Ruim”, segundo o índice TRIX. Esses resultados foram corroborados

pelos índices obtidos pelo critério de classificação de qualidade de águas de

Hakanson. Os índices de estado trófico gerados a partir desse ultimo critério situam

as águas do SLAPI e da região costeira de Itaipu variando de Mesotrófico para

Eutrófico. A qualidade das águas do SLAPI também apresentou diferenças com

relação às duas lagunas. A Laguna de Piratininga (LP) tende a apresentar, nos

199

tempos atuais, menores concentrações de nutrientes que a Laguna de Itaipu (LI).

Esses resultados fornecem indícios de uma melhoria na qualidade da água da

Laguna de Piratininga em função do restabelecimento de sua comunicação com o

mar em 2008. Entretanto, no caso da Laguna e da Enseada de Itaipu, essa

intervenção parece ter tido um efeito contrário. I.e., houve um aumento das

concentrações médias dos nutrientes nessa laguna o que, muito provavelmente, é o

resultado do processo de “lavagem” da Laguna de Piratininga durante o escoamento

de suas aguas pela Laguna de Itaipu durante a descida da maré.

A dinâmica de sedimentação na Enseada de Itaipu, avaliada através das

taxas de sedimentação de MPS com armadilhas de sedimento, apresentou

diferentes taxas durante os períodos monitorados. A dinâmica da sedimentação

nesta enseada demonstrou ser controlada por eventos de ressacas e pela

ocorrência de ventos fortes, com uma tendência de ocorrência de maiores taxas de

sedimentação e baixos teores de C,N,P mais baixos nos sedimentos durante esses

eventos. Em períodos com baixa sedimentação (com o mar sem turbulência),

observou-se que o material sedimentado apresentou maiores teores de C,N,P,

indicativos da produção autogênica local.

Parâmetros relacionados à qualidade de matéria orgânica como N:C, 13C

e 15N indicaram que o MPS da armadilha tem origem essencialmente marinha. As

variações das razões N:C e o 13C do carbono apontam que os sedimentos da

armadilha funcionam como indicadores (a) da variação da produção primária recente

na coluna de água e (b) do aporte de material terrígeno do MPS que sedimenta na

Enseada de Itaipu. Os valores de 15N revelam ainda informações sobre a

200

disponibilidade de nutrientes na coluna de água no momento em que o material

sedimentar foi gerado.

A análise dos registros sedimentares identificou a influencia das principais

intervenções efetuadas no SLAPI ao longo dos últimos 100 anos. São elas: (1)

construção do Canal de Camboatá em 1945; (2) abertura da barra Canal Itaipu em

1979, (3) dragagem do Canal de Itaipu em 2001 e (4) as consequências da

degradação da bacia de drenagem, especialmente, do Rio João Mendes ao longo

dos últimos anos. Os resultados foram corroborados pelas variações nas razões N:C

e pelas assinaturas isotópicas do C e do N.

De modo geral, podem-se observar dois períodos com ambientes distintos

na Laguna de Itaipu. O primeiro, correspondendo aos registros mais antigos, antes

dos efeitos antropogênicos. Nesse período o sistema lagunar encontrava-se em um

estado natural e é caracterizado por concentrações de carbono relativamente mais

elevadas e de nitrogênio e de fósforo mais baixas (particularmente o fósforo). Os

dados sugerem que o ambiente lagunar era produtivo e influenciado por plantas C3,

típicas de ambiente de manguezal tropical úmido. O segundo período corresponde

aos registros mais recentes e neles observam-se os efeitos da influência

antropogênica e a consequente degradação do ecossistema. Observa-se neste caso

variações no tamanho das partículas, aumento das concentrações de PT e NT,

mudanças nas razões N:C, N:P e C:P e as assinaturas isotópicas também

corroboram esta afirmação. Neste período mais recente, o ecossistema da Lagoa de

Itaipu se tornou eutrofizado culturalmente e altamente degradado.

A importância do processo de eutrofização cultural no ecossistema lagunar

de Itaipu também foi destacada pelo aumento percentual nos fluxos de NT e PT para

201

o sedimento ao longo dos últimos 200 anos (150 % para o NT e 634 % para PT). A

elevada correlação entre o fluxo desses elementos para os sedimentos e as taxas de

crescimento populacional da Região Oceânica não deixam duvidas com relação ao

papel do componente antrópico local nesse processo.

Outra abordagem utilizada para análise das variações antes e depois da

ultima intervenção no SLAPI (religação permanente entre Laguna de Piratininga e

águas costeiras adjacentes em 2008) foi a aplicação do modelo de balanço de

massas LOICZ. Os resultados obtidos para o período depois da intervenção

revelaram (1) a diminuição do tempo de residência das águas do sistema lagunar;

(2) que o sistema como um todo (o SLAPI) apresentou-se como autotrófico (produtor

de matéria orgânica). Entretanto, quando a análise é feita separadamente (laguna

por laguna), pode-se observar um padrão diferenciado, caracterizando a Laguna de

Piratininga como “autotrófica” e a Laguna de Itaipu como “heterotrófica” (exportando

material para a Enseada de Itaipu). O sistema como um todo perde nitrogênio

através de diferentes processos como, por exemplo, desnitrificação.

Apesar das várias intervenções antropogênicas efetuadas para mitigar (ou

não) dos efeitos da eutrofização cultural nesta área, pode-se afirmar, baseando-se

em nossos resultados, que ainda serão necessários mais esforços da sociedade

para recuperar esse ambiente costeiro.

202

5. LITERATURA CITADA

Abrantes F & Moita MT (1999) Water column and recent sediment data on diatoms and

coccolithophorids, off Portugal, confirm sediment record of upwelling events.

Oceanologica Acta 22:319-336.

Abreu PC, Hartmann C & Odebrecht C (1995) Nutrient-rich saltwater and its influence on the

phytoplankton of the patos lagoon estuary, Southern Brazil. Estuarine, Coastal and

Shelf Science 40:219-229.

Albuquerque A FBZ, A.Belém. L. Cordeiro, U. Mendoza, B. Knoppers, M. Gurge, P. Meyers

and R. Capilla (2012) Bulk Characterization of Sediment Trap Particles during spring

and autumn of the Cabo Frio Shelf, SE-Brazil., Niteroi 1-25.

Alongi DM & McKinnon AD (2005) The cycling and fate of terrestrially-derived sediments

and nutrients in the coastal zone of the Great Barrier Reef shelf. Marine Pollution

Bulletin 51:239-252.

Amador Eds (1996) Baía de Guanabara e Ecossistemas Periféricos Homem e Natureza. Rio

de Janeiro. Doutor, Universidade Federal de Rio de Janeiro, pp.

Anderson D, Glibert P & Burkholder J (2002) Harmful algal blooms and eutrophication:

Nutrient sources, composition, and consequences. Estuaries and Coasts 25:704-726.

Appleby PG, Nolan PJ, Oldfield F, Richarson N, Appleby PG & Higgitt SR (1988) Pb-210

dating of lake sediments and ombotrophic peats by gamma essay. The Science of

Total Environment. 69:157-177.

Appleby PG & Oldfield F (1983) The assessement of 210Pb data from sites with varying

sediment accumulation rates. Hydrobiologia 103:29-35.

Aspila KI, Agemian H & ASY C (1976) A semi-automated method for the determination of

inorganic, organic and total phosphate in sediments. Analyst (Cambridge UK)

101:187-197.

Barbiéri EB (1981) O fator climático nos sistemas territoriais de recreção. Revista Brasileira

de Geografia 43:145-265.

Barboza C (2003) Caracterização do Estado Trófico da Enseada de Itaipu, RJ. MSc,

Universidade Federal Fluminense, 71 pp.

Barroso L, Medina RS, Moreira-Turcq P & Bernardes M (2000) A pesca nas lagoas costeiras

fluminenses. IBAMA, Brasília, 50 pp.

Bastos AC (1994) Estudos da variação morfológica a partir de perfis de praia em Piratininga,

Niterói, RJ, Brasil. Universidade Federal do Rio de Janeiro, 121 pp.

Bauer JE & Druffel ERM (1998) Ocean margins as a significant source of organic matter to

the open ocean. Nature 392:482-485.

Bianchi TS (2007) Biogeochemistry of estuaries. Oxford University Presspp.

Billen G, Lancelot C & Meybeck M (1991) N, P, and Si Retention along the Aquatic

Continuum from Land to Ocean. In: Mantoura RFC, Martin JM, Wollast R (eds)

Ocean Margin Processes in Global Change. John Wiley & Sons, Chichester, 19-44

pp.

Bitton CC (2000) Ferramentas estatísticas e modelo de simulação dos processos ambientais

das Lagoas Costeiras de Piratininga e Guarapina. Doutorado, Universidade Federal

Fluminense, 233 pp.

Borges AC, Sanders CJ, Santos HLR, Araripe DR, Machado W & Patchineelam SR (2009)

Eutrophication history of Guanabara Bay (SE Brazil) recorded by phosphorus flux to

sediments from a degraded mangrove area. Marine Pollution Bulletin 58:1750-1754.

Braga ES, Bonetti CVDH, Burone L & Bonetti Fo J (2000) Eutrophication and Bacterial

Pollution caused by industrial and domestic wastes at the Baixada Santista Estuarine

System - Brazil. Marine Pollution Bulletin 40:165-173.

203

Brandini N (2008) Biogeoquímica da Baía de Guaratuba, Paraná, Brasil: Origem,

metabolismo, balanço de massa e destino da matéria biogênica., Universidade Federal

Fluminense, 274 pp.

Burns KA, Volkman JK, Cavanagh J-A & Brinkman D (2003) Lipids as biomarkers for

carbon cycling on the Northwest Shelf of Australia: results from a sediment trap study.

Marine Chemistry 80:103-128.

Capone D.G, Bronk D.A, Mulholland R & Carpenter E.J (2008) Nitrogen in the Marine

Environment. Academic Press publications, Amsterdam, 1705 pp.

Carneiro MERA, C.; Ramalho, N.M.; Knoppers, B.A. (1994) Biomassa de Chara hornemanni

em relação ao comportamento físico-químico da Lagoa de Piratininga (RJ). Academia

Brasileira de Ciências 66:9.

Carneiro MERB, I.V. ; Ramalho,N.M.; Azevedo, C. ; Knoppers, B.A. ; Kjerfve, B. ;

Kirstein, K.O. (1993) Diagnóstico Ambiental do Sistema Lagunar de Piratininga -

Itaipu, Niterói, RJ. parte II : Hidroquímica. III Simpósio de Ecossistemas da Costa

Brasileira

Carreira R, Wagener A, Readman W, Fileman T, Macko S & Veiga A (2002a) Changes in the

sedimentary organic carbon pool of a fertilized tropical estuary, Guanabara Bay,

Brazil: an elemental , isotopic and molecular marker approach. Marine Chemistry

79:207-227.

Carreira RS & Wagener ADLR (1998) Speciation of sewage derived phosphorus in coastal

sediments from Rio de Janeiro, Brazil. Marine Pollution Bulletin 36:818-827.

Carreira RS, Wagener ALR, Readman JW, Fileman TW, Macko SA & Veiga Á (2002b)

Changes in the sedimentary organic carbon pool of a fertilized tropical estuary,

Guanabara Bay, Brazil: an elemental, isotopic and molecular marker approach. Marine

Chemistry 79:207-227.

Caspers H (1987) P. C. Head (Editor): Practical estuarine chemistry. A handbook.–337 pp.

Cambridge: Cambridge University Press 1985. ISBN 0521301653. £ 25.00, $ 54.50.

Internationale Revue der gesamten Hydrobiologie und Hydrographie 72:376-376.

Castro-Filho BM, Miranda LB & Miyao SY (1987) Condições hidrográficas na plataforma

continental ao largo de Ubatuba: variações sazonais e em média escala. Bolm. Inst.

oceanografico, S Paulo 35:135-151.

Castro BMd, Lorenzzetti JA, Silveira ICAd & Miranda LBd (2006) Estructura termohalina e

circulação na região entre o cabo de São Tome (RJ) e o Chuí (RS) In: Rossi-

Wongtschowski CLDB, Madureira LS-P (eds) O Ambiente Oceanográfico da

Plataforma Continental e do Talude na Região Sudeste-Sul do Brasil EDUSP, São

Paulo, 472 pp.

Cerda M, Knoppers B, Valdés J, Fettah Siffedine A, Ortlieb L & Sabedini-Santos E (2010)

Variación espacial y temporal de las masas de agua, nutrientes y sedimentación de la

materia orgánica e inorgánica en la bahía Mejillones del sur (23° S), Chile. Revista

chilena de historia natural 83:409-420.

Cifuentes L (1988) Stable carbon and nitrogen isotope biogeochemistry in Delaware estuary.

Limnology and Oceanography 33:1102-1115.

Coelho V (2007) Baía de Guanabara : uma história de agressão ambiental. Casa da Palavra,

Rio de Janeiro, pp.

Cornwell JC, Conley DJ, Owens M & Stevenson JC (1996) A sediment chronology of the

eutrophication of Chesapeake Bay. Estuaries 19:488-499.

Couto CG, Zyngier AC & Landim de Souza MF (2000) Piratininga-Itaipú Coastal Lagoons,

Rio de Janeiro State - And Studies Estuarine System Of The South American Regions

Carbon Nitrogen and Phosphorus Fluxes. In: 15 RN (ed), Texel 87.

204

Crossland CJ, Kremer HH, Lindeboom HJ, Crossland Marshal JI & Le Tissier MDA (2005)

Coastal Fluxes in the Anthropocene: The Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone

Project of the International Geosphere-Biosphere Programme. Springer-Verlag, Berlin

Heidelberg, 231 pp.

Chung Y, Chung K, Chang HC, Wang LW, Yu CM & Hung GW (2003) Variabilities of

particulate flux and 210Pb in the southern East China Sea and western South Okinawa

Trough. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography 50:1163-1178.

Da Silveira ICA, de Miranda LB & Brown WS (1994) On the origins of the North Brazil

Current. J. Geophys. Res. 99:22501-22512.

Dai J, Song J, Li X, Yuan H, Li N & Zheng G (2007) Environmental changes reflected by

sedimentary geochemistry in recent hundred years of Jiaozhou Bay, North China.

Environmental Pollution 145:656-667.

Day JWJ, Hall CAS, Kemp MW & Yanez-Arancibia A (1989) Estuarine Ecology. Jonh Wiley

& Sons, USA, 558 pp.

Dell'Anno A, Mei ML, Pusceddu A & Danovaro R (2002) Assessing the trophic state and

eutrophication of coastal marine systems: a new approach based on the biochemical

composition of sediment organic matter. Marine Pollution Bulletin 44:611-622.

Douglas R, Rippey B & Gibson C (2003) Estimation of the in-situ settling velocity of

particles in lakes using a time series sediment trap. Freshwater Biology 48:512-518.

Ehleringer JR & Rundel PW (1989) 1 - Stable Isotopes: History, Units, and Instrumentation.

In: Rundel PW, Ehleringer JR, Nagy KA (eds) Stable Isotopes in Ecological Research.

Springer-Verlag, New York, 1-15 pp.

Eitaro Wada TKaSM (1975) 15N abundance in nitrogen of naturally occurring substances and

global assessment of denitrification from isotopic viewpoint. Geochimal Journal 9:139

- 148.

Farías L, Chuecas LA & Salamanca MA (1996) Effect of Coastal Upwelling on Nitrogen

Regeneration from Sediments and Ammonium Supply to the Water Column in

Concepcion Bay, Chile. Estuarine, Coastal and Shelf Science 43:137-155.

Fernandes JBaV (2009) Alterações ambientais em decorrência do processo de urbanização

acelerada na bacia hidrográfica do Rio Jacaré, Niterói - RJAnais II Seminário de

Recursos Hídricos da Bacia Hidrográfica do Paraíba do Sul 537-541.

Fernex F, Bernat M, Ballestra S, L.V. F & Marques Jr. AN (1992) Ammonification rates and

210Pb in sediments from a lagoon under a wet tropical climate : Maricá, Rio de

Janeiro, Brazil. Hydrobiologia 242:69-76.

Flynn W (1980) The determination of low levels of 210Po in environmental materials.

Analytica Chimica Acta 43:221-227.

Froidefond J-M, Gallissaires J-M & Prud'Homme R (1990) Spatial Variation in Sinusoidal

Wave Energy on a Crescentic Nearshore Bar; Application to the Cap-Ferret Coast,

France. Journal of Coastal Research 6:927-942.

Fry B, Scalan RS & Parker PL (1977) Stable carbon isotope evidence for two sources of

organic matter in coastal sediments: seagrasses and plankton. Geochimica et

Cosmochimica Acta 41:1875-1877.

Gallucci F & Netto SA (2004) Effects of the passage of cold fronts over acoastal site: an

ecosystem approach. Marine Ecology Progress Series 281:79-92.

GCP GCP (2003) Science Framework and implemetation. Earth System Science Partnership

(IGBP, IHDP, WCRP, DIVERSITAS), Canberra 69.

Gearing P, Plucker FE & Parker PL (1977) Organic carbon stable isotope ratios of continental

margin sediments. Marine Chemistry 5:251-266.

205

Gordon DC, Boudreau PR, Mann KH, Ong J-E, Silvert WL, Smith SV, Wattayakorn G,

Wulff F & Yanagi T (1996) LOICZ Biogeochemical Modelling Guidelines. In: 5 RN

(ed). Institute for Sea Research, Texel 96.

Goya MGTeSC (2005) Processos Costeiros Condicionantes do Litoral Brasileiro. Revista do

Departamento de Geografia 17:11-23.

Grasshoff K, Ehrhardt M & Kremling K (1983) Methods of seawater analysis. Verlag

Chemie, Weinheim, 419 pp.

Grelowski A, Pastuszak M, Sitek S & Witek Z (2000) Budget calculations of nitrogen,

phosphorus and BOD5 passing through the Oder estuary. Journal of Marine Systems

25:221-237.

Guimarães GP & Mello WZd (2006) Estimativa do fluxo de amônia na interface ar-mar na

Baía de Guanabara: estudo preliminar. Quimica Nova 29:54-60.

Håkanson L, and A. C. Bryhn (2008) Tools and Criteria for Sustainable Coastal Ecosystem

Management Examples from the Baltic Sea and Other Aquatic Systems. Springer,

Berlin, 285 pp.

Håkanson L & Bryhn AC (2008) Tools and criteria for sustainable coastal ecosystem

management. examples from the Baltic Sea and other aquatic systems. Springer-

Verlag, Berlin, 292 pp.

Hedges JI, Keil RG & Benner R (1997) What happens to terrestrial organic matter in the

ocean? Organic Geochemistry 27:195-212.

Heiskanen AS, Haapala J & Gundersen K (1998) Sedimentation and Pelagic Retention of

Particulate C, N and P in the Coastal Northern Baltic Sea. Estuarine, Coastal and Shelf

Science 46:703-712.

Henriques M (2006) Resgate histórico da contaminação orgânica do Sistema Lagunar

Piratininga-itaipu: Caracterização de fontes do MOP (Matéria Orgânica Particulada).

Relatório de Projeto PIBIC (CNPq-UFF), Universidade Federal Fluminense, Niterói

15.

Howarth R, Billen G, Swaney D, Townsend A, Jaworski N, Lajtha K, Downing J, Elmgren R,

Caraco N, Jordan T, Berendse F, Freney J, Kudeyarov V, Murdoch P & Zhao-Liang Z

(1996) Regional nitrogen budgets and riverine N & P fluxes for the drainages to the

North Atlantic Ocean: Natural and human influences. Biogeochemistry 35:75-139.

Hunt JM (1970) The significance of carbon isotope variations in marine sediments. In: Spears

GDHaGC (ed) Advances in Organic Geochemistry. Pergamon, Oxford, 27-35 pp.

Ittekkot V, Schäfer P, Honjo S & Depetris P (1996) Particle Flux in the Ocean, Hamburgo,

300 pp.

J.M. Godoy CRP, J.C.A. Pereira, L.M. Vieira (1998) Aplicabilidade da Geocronologia da

deposição de sedimento com 210Pb como ferramenta na avaliação do assoreamento do

rio Taquari, Pantanal, MS. Geochimic Brasiliensis 12:113-121.

Justić D, Rabalais NN & Turner RE (1995) Stoichiometric nutrient balance and origin of

coastal eutrophication. Marine Pollution Bulletin 30:41-46.

Kemp AES (1996) Palaeoclimatology and Palaeoceanography from Laminated Sediments.

Geological Society, London, Special Publications 116:NP.

Kjerfve B & Magill KE (1989) Geographic and hydrodnamic characteristics of shallow

coastal lagoons. Marine Geology 88:187-199.

Kjerfve B, Ribeiro C, Dias G, Filippo A & Quaresma V (1997a) Oceanographic

characteristics of an impacted coastal bay: Baía de Guanabara, Rio de Janeiro, Brazil.

Continental Shelf Research 17:1609-1643.

Kjerfve B, Ribeiro CA, Dias GTM, Filippo A & Quaresma VS (1997b) Oceanographic

characteristics of an impacted coastal bay: Baía da Guanabara, Rio de Janeiro, Brazil.

Continental Shelf Research 17:1609-1643.

206

Knoppers B (1992) Primary production and accumulation of organic matter in some coastal

lagoons. In: Lacerda LD, Turcq, B., Knoppers, B. and Kjerve, B. (ed) Paleoclimatic

changes and the carbon cycle. . Geoquím. Amb. 1. Sociedade Brasileira de

Geoquimica, Niteroi-RJ, 97-105 pp.

Knoppers B & Kjerfve B (1999) Coastal lagoons of Southeastern Brazil: Physical and

Biogechemical Characteristics. In: Perillo GME, Piccolo, M.C. and Pino Quivira, M.

(ed) Estuaries of South America. Springer Verlag, Berlin, 35-66 pp.

Knoppers B, Kjerfve B & Carmouze J-P (1991) Trophic state and water turn-over time in six

choked coastal lagoons in Brazil. Biogeochemistry 14:149-166.

Knoppers BaP, F (1991) The Transport of Carbon, Nitrogen and Heavy Metals to the

Offshore Sediments by Plankton Sedimentation. Alfred Wegener Institute for Polar

and Marine Research, Bremen 25-30.

Lamego A (1945) Ciclo evolutivo das lagunas Fluminenses. DNPN, Rio de Janeiro 1-48.

Lavernere-Wanderley AAdO (1999) Caracterização Ambiental da Lagoa de Itaipu Através do

Entendimiento dos Processos Sedimentares em Associação com a Dinamica Atual.


Libes SM (1992) Chapter 25: The Marine Carbon Cycle and the Carbon Dioxide Problem An

Introduction to marine biogeochemistry. John Wiley & Sons, New York, 262-273 pp.

Libes SM (2009) Introduction to marine biogeochemistry. Elsevier/Academicpp.

Lima C (2011) Os sistemas lagunares de Itaipú-Piratininga e sqquarema-Jaconé, Rio de

Janeiro, como modelos para o uso de isótopos estáveis na determinação de cadeias

bentônicas lagunares. Doutorado, Universidade Federal fluminense, 275 pp.

LOICZ (1993) Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone. http://www.loicz.org/

Lorenzen C (1967) Determination of chlorophyll and phaeopigments: spectrophotometric

equations. Limnology and oceanography 12:343-346.

Lourenço S & Marques Jr. A (2009) Produção Primária Marinha. In: Pereira EAS-GRC (ed)

Biologia Marinha. Editora Interciência . Rio de Janeiro, 195-227 pp.

Lukkari K, Leivuori M, Vallius H & Kotilainen A (2009) The chemical character and burial

of phosphorus in shallow coastal sediments in the northeastern Baltic Sea.

Biogeochemistry 94:141-162.

Borotti AÁB, J. R. Passarini, M. I. Francisquini, V. W. Botteon, L. C. Ruiz (2009) Análises

elementares e isotópicas da matéria orgânica de 28000 anos de manguezal da Ilha do

Cardoso, costa sul, São Paulo

Marion HOL (1988) Carbon Isotopes in Photosynthesis. Bioscience 38:328-336.

Marone E, Machado EC, Lopes RM & Silva ETd (2005) Land-ocean fluxes in the Paranaguá

Bay estuarine system, southern Brazil. Brazilian Journal of Oceanography 53:169-181.

Marques AN, Monna F, da Silva EV, Fernex FE & Simoes FFL (2006) Apparent discrepancy

in contamination history of a sub-tropical estuary evaluated through (210)Pb profile

and chronostratigraphical markers. Marine Pollution Bulletin 52:532-539.

Marques Jr. A, Barboza C & Crapez M (2005) Initial Impact of the Icarai Sewage Outfall in

Guanabara Bay. Brazilian Archives of Biology and Technology aceito

Marques Jr. A, Monna F, Silva Filho E, Fernex F & Simões Filho F (2006) Apparent

discrepancy in contamination history of a sub-tropical estuary evaluated through

210Pb profile and chronostratigraphical markers. Marine Pollution Bulletin In Press

Matsuura Y (1986) Contribuição ao Estudo da Estrutura Oceanográfica da Região Sudeste

entre Cabo Frio (RJ) e Cabo de Santa Marta (SC). Ciência e Cultura 38:1439-1450.

Michael Beman J, Arrigo KR & Matson PA (2005) Agricultural runoff fuels large

phytoplankton blooms in vulnerable areas of the ocean. Nature 434:211-214.

http://www.loicz.org/

207

Miquel JC, Fowler SW, La Rosa J & Buat-Menard P (1994) Dynamics of the downward flux

of particles and carbon in the open northwestern Mediterranean Sea. Deep Sea

Research Part I: Oceanographic Research Papers 41:243-261.

Miranda LB (1982) Análise de Massas de Água da Plataforma Continental e da regiao

Oceanica Adjacente: Cabo de Sao Tome (RJ) à Ilha de Sao Sebastian (SP). 194 pp.

Moncheva S, Gotsis-Skretas O, Pagou K & Krastev A (2001) Phytoplankton Blooms in Black

Sea and Mediterranean Coastal Ecosystems Subjected to Anthropogenic

Eutrophication: Similarities and Differences. Estuarine, Coastal and Shelf Science

53:281-295.

Montoya JP, Wiebe PH & McCarthy JJ (1992) Natural abundance of 15N in particulate

nitrogen and zooplankton in the Gulf Stream region and warm-core ring 86A. Deep

Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers 39, Supplement 1:S363-S392.

Nepomuceno A. Cerda M., Lamego F., Barboza C.D.N., Bernardes M.C., Henriques

M.C.M.O.& Moura R.C. (2008) Exportação de carbono em um sistema estuarino da

costa sudeste do brasil, itaipu (RJ). Oecologia

Newman JW, Parker PL & Behrens EW (1973) Organic carbon isotope ratios in Quaternary

cores from the Gulf of Mexico. Geochimica et Cosmochimica Acta 37:225-238.

Newton A, Icely J, Falcao M, Nobre A, Nunes J & Vale C (2003a) Evaluation of

eutrophication in the Ria Formosa coastal lagoon, Portugal. Continental Shelf

Research 23:1945-1961.

Newton A, Icely JD, Falcao M, Nobre A, Nunes JP, Ferreira JG & Vale C (2003b) Evaluation

of eutrophication in the Ria Formosa coastal lagoon, Portugal. Continental Shelf

Research 23:1945-1961.

Newton A & Mudge SM (2005) Lagoon-sea exchanges, nutrient dynamics and water quality

management of the Ria Formosa (Portugal). Estuarine, Coastal and Shelf Science

62:405-414.

Nixon S, Ammerman J, Atkinson L, Berounsky V, Billen G, Boicourt W, Boynton W, Church

T, Ditoro D, Elmgren R, Garber J, Giblin A, Jahnke R, Owens N, Pilson M &

Seitzinger S (1996) The fate of nitrogen and phosphorus at the land-sea margin of the

North Atlantic Ocean. Biogeochemistry 35:141-180.

Nixon SW & Pilson MEQ (1984) Estuarine total system metabolism and organic exchange

calculated from nutrient rations: an example from Narragansett Bay. In: Kennedy VS

(ed) The Estuary as a Filter. Academic Press, Inc., Orlando, 261-290 pp.

Nixon WN (1995) Coastal marine eutrophication: a definition, social causes, and future

concerns. Ophelia 41:199-219.

Ogrinc N & Faganeli J (2006) Phosphorus regeneration and burial in near-shore marine

sediments (the Gulf of Trieste, northern Adriatic Sea). Estuarine, Coastal and Shelf

Science 67:579-588.

Oliveira LPH (1946) Estudo Hidrobiológico das Lagoas de Piratininga e Itaipu. Rio de

Janeiro In: Cruz IO (ed). Oswaldo Cruz Rio de Janeiro

Oliveira LPH (1945) Estudo hidrobiológico das Lagoas de Piratininiga e Itaipu. Memórias do

Instituto Oswaldo Cruz 46:673-722.

Ostrom NE, Macko SA, Deibel D & Thompson RJ (1997) Seasonal variation in the stable

carbon and nitrogen isotope biogeochemistry of a coastal cold ocean environment.

Geochimica et Cosmochimica Acta 61:2929-2942.

Paerl HW (1997) Coastal eutrophication and harmful algal blooms:importance of atmospheric

deposition and groundwater as new nitrogem and other nutrient sources. Limnology

and Oceanography 42:1154-1165.

208

Paez LG (2006) Dinâmica territorial no municipio de Niteroi: un foco na emergência dos

condominios fechados da regiao oceânica. Fundaçao Instituto Brasileiro de geografia e

estatística 1-95 pp.

Paiva MP (1997) Recursos Pesqueiros Estuarinos e Marinhos do Brasil. Editora Universidade

Federal do Ceará, Fortaleza, 278 pp.

Patchineelam SM, Sanders CJ, Smoak JM, Zem RC, Oliveira G & Patchineelam SR (2011) A

Historical Evaluation of Anthropogenic Impact in Coastal Ecosystems by

Geochemical Signatures. Journal of the Brazilian Chemical Society 22:120-125.

Penna N, Capellacci S & Ricci F (2004) The influence of the Po River discharge on

phytoplankton bloom dynamics along the coastline of Pesaro (Italy) in the Adriatic

Sea. Marine Pollution Bulletin 48:321-326.

Peterson BJ & Fry B (1987) Stable Isotopes in Ecosystem Studies. Annual Review of

Ecology and Systematics 18:293-320.

Philip A M (1994) Preservation of elemental and isotopic source identification of sedimentary

organic matter. Chemical Geology 114:289-302.

Prahl FG, Bennett JT & Carpenter R (1980) The early diagenesis of aliphatic hydrocarbons

and organic matter in sedimentary particulates from Dabob Bay, Washington.

Geochimica et Cosmochimica Acta 44:1967-1976.

R. Galvão S, Baptista da Cunha (2010) Intervençoes na bacia hidrográfica do rio Joao Mendes

(Niteroi/RJ): das alteraçoes na drenagem ao projeto de renaturalizaçao Anais XVI

Encontro Nacional dos Geografos, Porto Alegre

Rabalais NN (1999) Changes in Mississippi River Nutrient Fluxes and Consequences for the

Northern Gulf of Mexico Coastal Ecosystem. Land Ocean Interactions in the Coastal

Zone. In: LOICZ (ed) LOICZ

Rebello A, Haekel W & Moreira I (1986) The fate of heavy metals in a estuarine tropical

system. Marine Chemistry 18:215-225.

Rebello AL, Ponciano CR & Melges LH (1988) Avaliação da produtividade primária e da

disponibilidade de nutrientes na Baía da Guanabara. Anais da Academia Brasileira de

Ciências 60:419-430.

Redfield A, Ketchum B & Richards F (1963a) The influence of organisms on the composition

of sea-water. In: Hill MN (ed) The Sea, New York, 26-77 pp.

Redfield AC, Ketchum BH & Richards FA (1963b) The influence of organisms on the

composition of sea-water. In: Hill MN (ed) The Sea. Interscience Publishers, New

York, 26-77 pp.

Rodelli MR, Gearing JN, Gearing PJ, Marshall N & Sasekumar A (1984) Stable isotope ratio

as a tracer of mangrove carbon in Malaysian ecosystems. Oecologia 61:326-333.

Rodrigues RdC (2004) Caracterização da Cobertura Vegetal e do Uso do Solo da Bacia

Hidrográfica do Sistema Lagunar Piratininga - Itaipu Niterói – RJ. Monografia,


Rossi S, Grémare A, Gili J-Ma, Amouroux J-M, Jordana E & Vétion G (2003) Biochemical

characteristics of settling particulate organic matter at two north-western

Mediterranean sites: a seasonal comparison. Estuarine, Coastal and Shelf Science

58:423-434.

Ryther DWMaJH (1964) The Composition of Particulate Organic Matter in the Western

North Atlantic. Liminology Oceanography 9:179-186.

Salvador MVS & Da Silva MAM (2002) Morphology and sedimentology of the Itaipú

Embayment - Niterói/RJ. Anais da Academia Brasileira de Ciencias 74:127-134.

San Miguel EG, Bolivar JP & Garcia-Tenorio R (2004) Vertical distribution of Th-isotope

ratios, Pb-210, Ra-226 and Cs-137 in sediment cores from an estuary affected by

anthropogenic releases. Science of the Total Environment 318:143-157.

209

Sanders CJ, Santos IR, Silva EV & Patchineelam SR (2006) Mercury flux to estuarine

sediments, derived from Pb-210 and Cs-137 geochronologies (Guaratuba Bay, Brazil).

Marine Pollution Bulletin 52:1085-1089.

Sanders CJ, Smoak JM, Naidu AS & Patchineelam SR (2008) Recent Sediment Accumulation

in a Mangrove Forest and Its Relevance to Local Sea-Level Rise (Ilha Grande, Brazil).

Journal of Coastal Research:533-536.

Sanford LP (1992) New sedimentation, resuspension, and burial. Limnology and

oceanography 37:1164-1178.

Santos CL (2001) Dinâmica sazonal e os efeitos das ressacas nas praias de Niteroi (Rio de

Janeiro). Universidade Federal Fluminense, 38 pp.

Santos CLd, Silva MAMd & Salvador MVS (2008) Dinâmica sazonal e os efeitos das

ressacas nas praias de Niterói/RJpp.

Santos ES (2007) Aplicação de marcadores geoquímicos para a avaliação dos impactos das

barragens nos sedimentos do estuário do Rio São Francisco (Al/Se). Universidade

Federal Fluminense, 151 pp.

Satyamurty P ML, Nobre CA & Silva Dias PL (1998) Meteorology of the Southern

Hemisphere. In: Kauly DJaV, D. G (ed) Tropics - South America. American

Meteorological Society, Boston, 119-139 pp.

Seitzinger SP (1988) Denitrification in freshwater and coastal marine ecosystems: Ecological

and geochemical significance. Limnol. Oceanogr. 33:702-724.

SEMADS (2001) Ambiente das Águas no Estado do Rio de Janeiro. In: Sustentável

SdEdMAeD (ed). Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento

Sustentável, Rio de Janeiro 230.

Sharp Z (2005) Principles of Stable Isotope Geochemistry New Jersey, 350 pp.

Shepard FP (1954) Nomenclature based on sand-silt-clay ratios. Journal of Sedimentary

Research 24:151-158.

Silva J (1991) Caracterísitcas do fitoplâncton e hidrografia na plataforma continental e região

oceânica do Estado de Santa Catarina. Msc, Universidade Federal do Paraná, 84 pp.

Simonassi JC (2010) Processos de transporte e sedimentacao de C, N, P e elementos

metálicos na regiao costeira da Ilha Santa Catarina, Brasi Doutor, Universidade

Federal Fluminense, 201 pp.

Smayda TJ (1990) Novel and nuisance phytoplankton blooms in the sea: evidence for a global

epidemic. Elsevier, Amsterdam, pp.

Smith VH, Tilman GD & Nekola JC (1999) Eutrophication: impacts of excess nutrient inputs

on freshwater, marine, and terrestrial ecosystems. Environmental Pollution 100:179-

196.

Souza M, Gomes V, Freitas S, Andrade R & Knoppers B (2009) Net Ecosystem Metabolism

and Nonconservative Fluxes of Organic Matter in a Tropical Mangrove Estuary, Piauí

River (NE of Brazil). Estuaries and Coasts 32:111-122.

Souza MFL, Kjerfve B, Knoppers B, Landim de Souza WF & Damasceno RN (2003)

Nutrient budgets and trophic state in a hypersaline coastal lagoon: Lagoa de

Araruama, Brazil. Estuarine, Coastal and Shelf Science 57:843-858.

Stramma L, and R. G. Peterson (1991) The South Atlantic Current. Journal Physical

Oceanographic 20:846–859.

Strickland JDH & Parsons TR (1972a) A practical handbook of seawater analysis. Fisheries

Research Board of Canada, Ottawa, 310 pp.

Strickland JDH & Parsons TR (1972b) A practical handbook of seawater analysis.:167 pp.

Sukigara C & Saino T (2005) Temporal variations of δ13C and δ15N in organic particles

collected by a sediment trap at a time-series station off the Tokyo Bay. Continental

Shelf Research 25:1749-1767.

210

Surratt D, Cherrier J, Robinson L & Cable J (2008) Chronology of Sediment Nutrient

Geochemistry in Apalachicola Bay, Florida (U.S.A). Journal of Coastal Research:660-

671.

Talaue-McManus L, Smith SV & Buddemeier RW (2003) Biophysical and socio-economic

assessments of the coastal zone: the LOICZ approach. Ocean & Coastal Management

46:323-333.

USEPA (2001) Nutrient Criteria Technical Guidance Manual - Estuarine and Coastal Marine

Waters. United States Environmental Protection Agency

Vaalgamaa S (2004) The effect of urbanisation on Laajalahti Bay, Helsinki City, as reflected

by sediment geochemistry. Marine Pollution Bulletin 48:650-662.

Valentin J (1984) Analyse des paramètres hydrobiologiques dans la remontée de Cabo Frio

(Brésil). Mar. Biol. 82:259-276.

Valentin JL, Tenenbaum, D.R., Bonecker, A.C.T., Bonecker, S.L.C., Nogueira, C.R., Villac,

M.C (1999) O sistema planctônico da Baía de Guanabara: síntese do conhecimento.

In: Silva SHG, Lavrado, H.P. (ed). Oecologia Brasiliensis, Rio de Janeiro 35-59.

Valiela I (1995) Marine Ecological Processes. Springer, New York, 686 pp.

Vollenweider RA (ed.) (1992) Coastal marine eutrophication: principles and control, 1 - 20

pp.

Vollenweider RA, Giovanardi F, Montanari G & Rinaldi A (1998) Characterization of the

trophic conditions of marine coastal waters with special reference to the NW Adriatic

Sea: Proposal for a trophic scale, turbidity and generalized water quality index.

Environmetrics 9:329-357.

Vollenweider RA, Marchetti R & Viviani R (1992) Marine coastal eutrophication. The

reponse of marine transitional systems to human impact: Problems and perspectives

for restoration. Elsevier Bologna, 1310 pp.

Wang H, Ma X, Liu D, Yang X & Li J (2007) Chemical variation from biolipids to

sedimentary organic matter in modern oceans and its implication to the geobiological

evaluation of ancient hydrocarbon source rocks. Frontiers of Earth Science in China

1:399-404.

Ward RLFaWC (1957) Brazos river Bar: A study in the significance of grain size parameters.

Journal of Sedimentary Petrology 27:3-26.

Wasmund N, Andrushaitis A, Łysiak-Pastuszak E, Müller-Karulis B, Nausch G, Neumann T,

Ojaveer H, Olenina I, Postel L & Witek Z (2001) Trophic Status of the South-Eastern

Baltic Sea: A Comparison of Coastal and Open Areas. Estuarine, Coastal and Shelf

Science 53:849-864.

Wepener V (2007) Carbon, nitrogen and phosphorus fluxes in four sub-tropical estuaries of

northern KwaZulu-Natal: Case studies in the application of a mass balance approach.

Water SA 33:203-214.

Williams PJl (1995) Evidence for the seasonal accumulation of carbon-rich dissolved organic

material, its scale in comparison with changes in particulate material and the

consequential effect on net CN assimilation ratios. Marine Chemistry 51:17-29.

Wollast R (1993) Interactions of carbon and nitrogen cycles in the coastal zone., 550 pp.

Yamaguchi H, Montani S, Tsutsumi H, Hamada K & Ueda N (2003) Estimation of particulate

organic carbon flux in relation to photosynthetic production in a shallow coastal area

in the Seto Inland Sea. Marine Pollution Bulletin 47:18-24.

Yamamuro M & Kanai Y (2005) A 200-year record of natural and anthropogenic changes in

water quality from coastal lagoon sediments of Lake Shinji, Japan. Chemical Geology

218:51-61.

Zar J (1984) Biostatistical Analysis. Prentice-Hall, Inc., Enflewood Cliffs, New Jersey, 718

pp.

211

Zhang L, Yin KD, Wang L, Chen FR, Zhang DR & Yang YQ (2009) The sources and

accumulation rate of sedimentary organic matter in the Pearl River Estuary and

adjacent coastal area, Southern China. Estuarine Coastal and Shelf Science 85:190-

196.

Ziervogel K & Bohling B (2003) Sedimentological parameters and erosion behaviour of

submarine coastal sediments in the south-western Baltic Sea. Geo-Marine Letters

23:43-52.

Apêndice 1 Artigo Publicado na Revista Latin American Journal of Aquatic

Research (LAJAR) “NUTRIENT BUDGETS IN THE ITAIPU-PIRATININGA

LAGOON SYSTEM (SOUTHEASTERN BRAZIL): EFFECTS OF SEA-EXCHANGE MANAGEMENT”

biogeoquímica do c, n, p - hidrodinâmica de particulados e evolução da eutrofização na região...

Documents