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Mecanismos/Técnicas de estudoAula 1
Marta Martins([email protected])
Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente
Gestão da Água
2018/2019
Sistema água doce (salinidade ≈0)
Sistema água salgada (salinidade > 30)
Sistema águas de transição:
European Communities (2000)
“bodies of surface water in the vicinity of river mouths which are
partially saline in character as a result of their proximity to coastal
waters but which are substantially influenced by freshwater flows”.
Chapman et al. (2013)
“distinct water bodies that are partly saline but influenced by
freshwater flows”.
3
4Transitional waters
Fjord Noruega
Estuário Tejo(World Wind-NOAA, 2005)
Lagoa ÓbidosDelta Russia(NASA)
Ria Formosa(indodigital.pt))
5
Ecological status is an assessment of the quality of the structure
and functioning of water ecosystems. It shows the influence of
pressures (e.g. pollution and habitat degradation) on the identified
quality elements.
Ecological status is determined for each of the surface water bodies
of rivers, lakes, transitional waters and coastal waters, based on
biological quality elements and supported by physico-chemical and
hydromorphological quality elements.
European Water Framework Directive and the Marine Strategy Framework Directive
Porquê estudar os sedimentos
Reservatório de contaminantes
Risco para fauna e flora bentónica
Remobilização dos sedimentos
Aumento da biodisponibilidade de contaminantes
Risco para organismospelágicos
10
Sedimentos Definição: partículas orgânicas e inorgânicas que
acumulam no fundo dos sistemas aquáticos
Origem: erosão, precipitação de minerais inorgânicos, actividade
biológica
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Tipo de sedimento Origem Tipo de rocha
Detritos Física e química Detrítica
Substâncias dissolvidas na água
Química Quimiogénica(ex: calcário, gesso)
Seres vivos ou resultante da sua actividade
Biológica Biogénica (ex: carvão, calcário conquífero)
Classificação dos sedimentos
Dimensão
Conteúdoorgânico
Adsorção
Velocidade de deposição
Floculação
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Silt
Argila
Are
ias
Cas
calh
oWentworth Scale
<0,01 0,01-5% 5-30% 30-80% >80%
cascalho (%) areia : vasa
< 1:9 V V(c)
1:9 - 1.1 Va Va(c)
1:1 - 9:1 Av Av(c) Avc Cav
> 9:1 A A(c) Ac Ca
Vc Cv
C
15 principais tipos de
sedimentos segundo Folk
(1980). L = lodo; l =
lodoso; A = areia; a =
arenoso; C = cascalho; c
= saibroso; (c) =
ligeiramente saibroso.
Lodo (< 62,5 µm) = silte +
argila
13
Porosidade - percentagem do volume total (Vt) que é ocupado por espaços intersticiais
P = (Vi x 100) / Vt
Permeabilidade – é a medida da capacidade de um sedimento paratransmitir fluídos. Varia inversamente com a porosidade.
K = volume de água que atravessa, no tempo T, uma secção de sedimento
Coesão - é uma estimativa da pressão lateral (Kg.cm-2) necessária paraquebrar um bloco de sedimento ou alterar a sua estrutura. Aumenta como aumento da força de ligação inter-partículas e com a diminuição daporosidade, conteúdo em água e dimensão das partículas. Abioperturbação pela actividade de invertebrados bênticos e por materiaissecretados por invertebrados e por microorganismos tende também aaumentar a coesão.
14
Dinâmica do transporte de sedimentos
Circulação, salinidade, interacções biológicas, tipo sedimento
16
Sedimentos
Matriz muito complexa
Elevada heterogeneidade espacial (horizontal e vertical)
Natureza e dimensão daspartículas
• Adsorção de contaminantes
• Capacidade de troca iónica
• Capacidade de fixação de organismos
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Sedimentos como reservatório de contaminantes
Contaminante dissolvido(móvel e biodisponível) Contaminante adsorvido
(imóvel, menosbiodisponível)
Água interticial - substâncias minerais e orgânicas intervindo em processos de transformação química e bioquímica
Fase sólida - argilas, carbonatos, sulfatos, sulfuretos, hidróxidosdetritos orgânicos, substâncias orgânicas insolúveis, biomassa ...
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substâncias orgânicas
substâncias minerais
gases
actividade biológica (fontes de energia, co-metabolitos, factores decrescimento)
complexação de substâncias minerais ou orgânicas
actividade microbiológica (derivados de N, P e S)
reacções de oxidação-redução, complexação, precipitação
modificação da especiação de metais e metaloides presentes
OD - condiciona a actividade dos microorganismos
H2S - condiciona a precipitação de metais
Água interticial20
% de finos em sedimentos arenosos % de areia fina
Tem
po
de
dre
nag
em (
min
)
praias com camadanegra
•
Oxi
gén
io d
isso
lvid
o (
% d
e sa
tura
ção
)
21
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0.0 2.0 4.0 6.0
Corg (%)
tPA
H (
µg
g-1
)
Abr/05
Matéria orgânica dos sedimentos
Podem ser biomoléculas sintetizadas por organismos
ou fragmentos biológicos (C, N, P, S, O)
Derivada de plantas, animais, bactérias ou
fitoplankton, macroalgas
Derivada de fontes antropogénicas (aquaculturas,
ETARs, etc.)
22
Correlação entre o teor de hidrocarbonetos
aromáticos policíclicos (PAHs) e a quantidade
de matéria orgânica no sedimento
Ambiente sedimentar e contaminantes
Fracção Particulada
anóxico
Matéria em suspensão (SPM)
óxico
Sedimento
ColunaÁgua
Pela
gic
Be
nth
ic
Fracção Dissolvida
Matéria dissolvida
Água intersticial
Atmosfera
ErosãoBioturbaçãoSedimentação
AdsorçãoDesorption
ErosãoDifusão
AdsorçãoDesorption
DecomposiçãoVolatilização
BioacumulaçãoEliminação
Bioacumulaçãoeliminação
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Factores que afectam o ambiente sedimentarEstrutura dos sedimentos
Grau de compactação e homogeneidadeEstratificação – estratos com composição e condições diferentes que condicionam a presença de nichos ecológicos
Potencial Redox (Eh)
pH
Temperatura
Luz
Hidrodinamismo
Importante na especiação de metais e na actividade dos microorganismos
Influência: o grau de ionização de subtsâncias mineraisa actividade dos microorganismos
Possibilita a solubilização de substâncias orgânicas e mineraisCondiciona o coeficiente de partição entre as partículas e a água intersticial
Influência a cinética das reacções químicas e bioquímicasInfluência a solubilidade das substâncias orgânicas e minerais
Influencia o desenvolvimento de organismos autotróficosFotodegradação
Influência a oxigenação das camadas superficiais do sedimentoInfluência o contacto e fixação de organismos ao substracto
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materia orgânica0 5 10 15
pH Eh O2
mg.l-1
Fe3+
CO2
NO3-
RPDL*NO2
-
6 7 8 -200 0 +200 +4000 200 400mv
H2S
mg.l-1
0 2 4%
Fe2+
CH4NH4+
Metabolismo
aeróbio
Metabolismo
anaeróbio
Perfis de concentração de químicos no sedimento
Sed
imen
t d
epth
25
*Redox potential discontinuity layer
Qual a importância dos sedimentos nas estratégias de avaliação da qualidade ecológica de um estuário
27
INFLUÊNCIA DAS ACTIVIDADES DE DRAGAGEM
Durante operações de
dragagem
Antes das dragagens
(30 days)
T30, T45, T60
REF
5×
Mytilus edulis
30
Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)
Dradagens induziram efeitos
genotóxicos e de stress
oxidative nos mexilhões
expostos às dragagens.
Dradagens promoveram o
aumento da
biodisponibilidade de PAHs
cancerígenos adsorvidos às
partículas de sedimento
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Bioturbação
Disturbance of the sediment (or soil) by living things (animals and plants):
- displacing by plant roots
- pushing sediment aside such as in animal tracks
- eating and excreting sediment, as earthworms do.
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disrupts layering
creates current flow pathways
enables exchange of minerals and fluids chemistry
adds or removes organic matter
Displacement of microorganisms and non-living particles
Facilitate or impede mobility of diagenetic fluids
Increase or decrease porosity and permeability
Mix the sediment matrix
Displace sediment grains
33Bioturbação
Organismos bentónicos Community of organisms which live on, in, or near the
benthic zone.
This communities lives in or near sedimentary environments, from intertidal to continental shelf and then down to the abyssal depths.
Important to recycling of nutrients and the burial and storage of organic matter
The benthic habitat may contain both primary producers (phytobenthos), and herbivores and carnivores, the zoobenthos.
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Classificação Macrobenthos (animals > 1 mm)
Meiobenthos (1mm < animals > 0.1 mm)
Microbenthos (< 0.1 mm)
Zoobenthos
Phytobenthos (benthic diatoms and macroalgae (seaweed)
Endobenthos
Epibenthos
Hyperbenthos
By
size
By
typ
eB
y lo
cati
on
35
Sapais
Emergent land plants that tolerate the salinities of
the open sea
Traps and cycle various chemical compounds,
organic materials and nutrients.
Saltmarsh roots act as physical traps and provide
attachment surfaces for various organisms.
37
Sapais
Provides:
- Protection
- Food
- Shelter
- Extension coast
- Building islands
- Major energy input into fisheries
Species are sensitive to extreme temperature and tidal fluctuations, salinity and sediments
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Saltmarsh (colonized areas) trap fine particles enriched in organic contaminants
Sarcocorniafruticosa
39
41The main goal of the Marine Directive is to achieve Good
Environmental Status of EU marine waters by 2020. The Directive
defines Good Environmental Status (GES) as:
“The environmental status of marine waters where these provide
ecologically diverse and dynamic oceans and seas which are clean,
healthy and productive” Article 3
Ecological status is an assessment of the quality of the structure and
functioning of surface water ecosystems. It shows the influence of
pressures (e.g. pollution and habitat degradation) on the identified quality
elements. Ecological status is determined for each of the surface water
bodies of rivers, lakes, transitional waters and coastal waters, based on
biological quality elements and supported by physico-chemical and
hydromorphological quality elements.