Investigations into isotope biogeochemistry of Zinc in coastal areas and mangroves

Abstract

Zonas costeiras do mundo afora estão sob forte pressão da contaminação antrópica, uma vez que a população global e as atividades econômicas concentram-se ao longo das costas e dos estuários. A ameaça de contaminantes nestes ecossistemas torna imperativo o desenvolvimento de ferramentas capazes de detectar mudanças biogeoquímicas no intuito de auxiliar a prevenção, o monitoramento e a predição de riscos em estudos ambientais. Assim, esta tese investiga a geoquímica isotópica do Zinco (Zn) de forma a desenvolver uma ferramenta capaz de traçar fontes naturais e antrópicas, identificar processos biogeoquímicos e possibilitar o biomonitoramento de contaminação metálica em áreas costeiras e mangues. Para este fim, composições isotópicas de Zn foram determinadas em várias amostras naturais coletadas na baía de Sepetiba (sudeste do Brasil), um estuário lagunar impactado por uma costa industrializada próximo à cidade do Rio de Janeiro. Esta baía constitui um laboratório natural ideal para avaliação do sistema isotópico de Zn para questões ambientais, pois apresenta importantes ecossistemas de interesse comercial e ecológico – estuários, mangues e planícies de maré – ameaçados pela contaminação de uma antiga atividade galvânica e outras fontes difusas. As amostras coletadas incluem testemunhos de sedimento, sedimentos superficiais de mangue, folhas de árvores de mangue, tecido mole de moluscos bivalves (ostras e mexilhões) e rochas. Minérios do depósito de Vazante (Minas Gerais, Brasil), também foram coletadas para representar a matéria-prima utilizada na antiga atividade galvânica. Primeiramente, um trabalho laboratorial inicial estabeleceu um método acurado e preciso para determinações isotópicas de Zn em amostras naturais por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado e multi-coletor (MC-ICP-MS). Análises espaciais e temporais dos resultados das composições isotópicas de Zn de amostras de sedimento e rocha se ajustam à um modelo de mistura entre três membros finais: i) materiais continentais carreados pelos rios; ii) fontes marinhas; e iii) uma fonte antropogênica principal associada a antigos rejeitos de galvanoplastia lançados na baía. Testemunhos de sedimento coletados na planície lamosa mostraram altas correlações entre as composições isotópicas de Zn e fator de enriquecimento de Zn, sugerindo (i) uma boa preservação dos registros isotópicos de fontes naturais e antrópicas, e (ii) ausência de fracionamento isotópicos significativos durante o transporte de sedimentos ou em reações diagenéticas pós-deposição no sistema estuarino. O testemunho de sedimento coletado em um mangue localizado na zona impactada pelos antiga atividade galvânica apresentou níveis de Zn acima de 4% (peso seco) e preservou as assinaturas isotópicas dos rejeitos da galvanoplastia. Entretanto, há evidências de que processos biogeoquímicos promovidos por processos hidrodinâmicos, biotubarção e rizosfera podem alterar sutilmente as assinaturas isotópicas em algumas camadas do perfil. Cálculos baseados neste modelo de mistura quantificaram contribuições da principal fonte antropogênica variando de valores desprezíveis em períodos pré-industriais até 80% durante períodos da atividade eletrogalvânica entre as décadas de 60 e 90. A sistemática dos isótopos de Zn de bivalves não foi associada a processos de mistura de fonte. Em vez disso, suas assinaturas bioisotópicas parecem estar relacionadas às diferentes rotas de bioacumulação, i.e, via incorporação da fase dissolvida ou particulada. A hipótese é que na zonas severamente impactadas pelos antigos rejeitos da galvanoplastia, os bivalves incorporam altas concentrações de Zn na fase dissolvida através das brâquias, enquanto fora desta zona, estes organismos incorporam o Zn lábil ligado ao material partículado durante a digestão. Assinaturas isotópicas de Zn de folhas também não permitiram a identificação de fontes por causa do significativo fracionamento isotópico durante a incorporação do Zn pelas raízes. Folhas de ambientes contaminados apresentaram padrões isotópicos de Zn diferentes dos padrões encontrados em folhas de áreas pouco ou não contaminadas. Estes padrões podem estar associados à ativação de mecanismos de tolerância pelas árvores do mangue onde as concentrações de Zn atingem concentrações tóxicas. Em conclusão, as composições isotópicas de Zn de amostras abióticas como sedimentos são efetivas para detectar mudanças biogeoquímicas desencadeadas por atividades antrópicas e, portanto, podem ser úteis para dar suporte à prevenção, ao monitoramento e à predição de riscos em áreas impactadas pela contaminação metálica. Amostras biológicas de moluscos bivalves e folhas de árvores de mangue não são adequadas para traçar fontes, porém, os distintos padrões isotópicos de Zn encontrados para amostras de ambientes altamente contaminados são promissores para aplicar isótopos de Zn como biomarcadores de reações metabólicas e efeitos fisiológicos associados à contaminação metálica. Futuras investigações são necessárias para compreender as relações entre a especiação de Zn, mecanismos de incorporação e as assinaturas bioisotópicas de tecidos de bivalves e folhas.