Isotopos Em Hidrologia Conceitos Básicos

7/24/2019 Isotopos Em Hidrologia Conceitos Bsicos

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Anurio do Instituto de Geocincias - UFRJ Volume 25 / 2002

ResumoNos estudos hidrolgicos e hidrogeolgicos, os istopos ambientais tm sido utili-

zados como ferramenta para a identificao da provenincia, quantificao da recarga e

estabelecimento da idade do aqufero. O objetivo deste trabalho apresentar uma restropectivahistrica do uso desta tcnica no Brasil, enfatizando estudos de caso nas regies Nordeste eAmaznica e Bacia do Paran. Alm disso, so analisados os principais avanos destatcnica no mundo em contraste com o uso restrito no Brasil.

Palavras-chave: istopos ambientais, hidrogeologia, Brasil

Abstract

In hydrologic and hydrogeological studies, environmental isotopes have been used

as a tool to identify provenience, quantify recharge and establish aquifer age. The aim of

this work is to present a historic retrospective of the use of this technique in Brazil,focusing on study cases in Northeastern, Amazon and Paran Basin regions. In addition,some comments on the main advances of this technique on a world basis, in contrast withthe restrict use in Brazil help to promote a discussion on the perspectives and unfolding of

this use at national level.Key words: environmental isotopes, hydrogeology, Brazil

1 Introduo

A utilizao de istopos ambientais em estudos hidrogeolgicos remonta a

vrios anos, tendo-se iniciado com os trabalhos pioneiros de Urey et al. e Epstein &

Mayeda na dcada de 50 (inClark & Fritz, 1997). O emprego de istopos ambientais,assim denominados por serem encontrados de forma generalizada no meio ambiente em

O Uso de Istopos Ambientais em EstudosHidrogeolgicos no Brasil: Uma Resenha Crtica

Carla Semiramis Silveira1

Gerson Cardoso da Silva Jnior2

(1) Doutoranda do Programa de Engenharia Civil - COPPE / UFRJ - Universidade Federal do Rio de

Janeiro, Laboratrio de Geotecnia, Caixa Postal 68.506, 21945-970 - Rio de Janeiro - RJ, Brasil

(2) Professor do Departamento de Geologia - I. Geocincias / UFRJ - Universidade Federal do Rio de

Janeiro, Instituto de Geocincias, Setor de Geologia de Engenharia e Ambiental, Ilha do Fundo,

21949-900 - Rio de Janeiro - RJ, Brasil


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quantidades que permitem seu uso como traadores ou marcadores cronolgicos,

muito difundido a nvel mundial, constituindo nos dias de hoje uma ferramenta que se

pode considerar como tradicional no meio tcnico hidrogeolgico (Fritz & Fontes,1980). No contexto hidrolgico e hidrogeolgico os istopos ambientais so utilizados

como traadores (de guas superficiais e subterrneas), em estudos de provenincia, de

recarga e de idade de um aqfero (Clark &Fritz, 1997). Classicamente, os padres de

fluxo so determinados a partir de pontos onde se mede o nvel piezomtrico da gua e

as transmissividades so estimadas a partir de ensaios de bombeamento, sem que se

tenha evidncia direta do tipo, origem e idades da gua. A hidrologia isotpica preenche

parcialmente esta lacuna, e os istopos ambientais so particularmente indicados pois

representam os melhores traadores uma vez que, no caso do 3H, 2H e 18O constituem

as prprias molculas de gua. No obstante o exposto, os istopos ambientais no tem

sido utilizados de forma substancial em nosso pas, havendo ainda inclusive um certo

desconhecimento no meio tcnico especializado de suas peculiaridades e mesmo de

potenciais situaes em que estas tcnicas poderiam ser teis.

Os istopos de um elemento qumico so caracterizados pelo mesmo nmero

atmico e diferentes nmeros de massa. Esta diferena no nmero de massa provocadapela variao do nmero de nutrons do elemento e condiciona comportamentos distin-

tos do elemento em relao a um determinado istopo, modificando localmente a abun-

dncia relativa entre os vrios istopos na natureza, em um processo denominado de

fracionamento isotpico. Quanto maior a diferena de massa entre eles, maior o

fracionamento. O fracionamento pode ocorrer por mudana de fase ou estado, diferena

na taxa de reao qumica e diferena na velocidade de difuso molecular (Clark & Fritz,

1997). Os istopos podem ser radioativos (estarem sujeitos a desintegrao no tempo

por emisso de radioatividade) ou no.

Nem todos os istopos ocorrem na natureza em propores significativas ou

mensurveis. Dentre os istopos radioativos, por exemplo, alguns so obtveis somentede

forma artificial, em laboratrio. Os istopos que tm ocorrncia natural e que acompa-

nham os ciclos naturais do meio ambiente (ciclo hidrolgico, do carbono e outros) so

denominados comumente de "ambientais". A maioria dos estudos com istopos

ambientais tm-se centrado na utilizao dos istopos de hidrognio (1H, 2H , 3H),carbono

(12C, 13C, 14C), nitrognio (14N, 15N), oxignio (16O, 18O) e enxfre (32S, 34S).


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Este so os elementos mais importantes nos sistemas biolgicos e participam na maio-

ria das reaes de interesse hidrogeoqumico (Fritz &Fontes, 1980). Mais recentemen-

te o36

Cl e o3

He tm sido bastante utilizados. A distino do uso de cada um dessesistopos funo dos objetivos de cada trabalho e dos meios de que se dispe.

Geralmente a abundncia do istopo (abundncia isotpica) na natureza bai-

xa, mas em alguns casos a ao antrpica ao longo do tempo favoreceu o aumento desta

(como no caso de 2H, 3H 13C e 14C com as bombas nucleares). As propriedades dos

istopos que tornam atrativo o seu uso so o fracionamento e a radioatividade (quando

existente permite, atravs da abundncia isotpica e da taxa de decaimento, estimar

idades). As quantidades absolutas de istopos presentes em uma amostra so difceisde serem determinadas. Afortunadamente, as diferenas relativas entre os istopos

podem ser determinadas facilmente atravs de medio da relao diferencial (com

espectrmetros de massa. Esta relao diferencial ou concentrao isotpica ()

expressa, ento, como uma proporo (partes por mil - ) entre a razo medida na

amostra e a razo medida em um padro de referncia internacional (antigamente SMOW

- Standard Mean Ocean Watere atualmente VSMOW - Viena Standard Mean Ocean

Water), medidos simultaneamente no mesmo aparelho e expressos da seguinte forma

para o 18O como exemplo (Clark &Fritz, 1997):

padro

padroamostra

amostra

OO

OO

OO

O

=

1618

1618

1618

18

amostraOO

1618

padroOO

1618

(1)

onde 18O amostra a concentrao isotpica em partes por mil de 18O na amostra

a razo relativa entre 18O e 16O na amostra

a razo relativa entre 18O e 16O no padro internacional.


4/19

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At a chuva alcanar o lenol fretico e mesmo depois, no fluxo da gua subter-

rnea na zona saturada, a gua tem sua composio modificada pelo fracionamento

gerado pelos processo de evaporao, uso pelas plantas, mudanas climticas e reaes

com o solo/rocha (Clark & Fritz, 1997). Neste contexto a caracterizao isotpica das

entradas atmosfricas serve de base para a compreenso dos processos atuantes em

subsuperfcie. Para 18O e 2H estudos intensivos da precipitao em todo o mundo

estabeleceram uma reta de gua meterica onde as regies mais frias so representadas

pelas guas mais depletadas (Fig. 1). Para estudos locais o ideal o uso de uma reta

meterica local (Clark & Fritz, 1997). Visando a calibrao destes istopos na atmos-

fera a Agncia Internacional de Energia Atmica (OIEA) mantm um banco de dados da

mensurao de 2H, 3H e 18O em estaes meteorolgicas ao longo de todo o mundo. As

estaes no Brasil (embora nem sempre com uma srie temporal completa) so: So

Gabriel, Belm, Manaus, Fortaleza, Benjamin Constant, Cear Mirim, Porto Velho,

Salvador, Cuiab, Braslia, Rio de Janeiro e Porto Alegre.

No presente artigo procurar-se- discutir a experincia brasileira no uso desses

istopos, atravs da descrio e discusso de casos observados na literatura luz do

estgio atual de conhecimentos. Alm disso, incluem-se tambm comentrios sobre as

causas do uso reduzido das tcnicas ambientais, laboratrios especializados no pas e

perspectivas futuras de uso com base na experincia dos autores. Para isso foi elabora-da uma pesquisa bibliogrfica e, diante do uso ainda incipiente desta tcnica, foram

considerados os estudos hidrolgicos como um todo, e ateno especial foi dada aos de

carter hidrogeolgico.

2 Histrico da Utilizao de Istopos Ambientais no Brasil

Em estudos hidrolgicos no Brasil os istopos comumente utilizados so 18O,2H e 3H. O uso destes istopos funo de trs fatores: i) a abundncia compatvel com

a resoluo dos mtodos de anlise; ii) estes elementos so os constituintes principais

da gua (hidrognio e oxignio) e por isso o comportamento deles muito prximo ao da

gua, funcionando como excelente traador ("traador ideal"); iii) especificamente para

o 3H, a medio da sua radioatividade (meia-vida / =12,43 anos) um indicativo da

idade das guas. Entretanto o uso do 3H e secundariamente 2H no hemisfrio sul

limitado porque o aumento da concentrao deles na atmosfera relacionado ao resduo

das bombas nucleares das dcadas de 50 e 60. Como estas bombas foram localizadas


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principalmente no hemisfrio norte, a abundncia destes istopos no hemisfrio sul

pequena, dificultando os estudos (Gat & Gonfiantini, 1981). Os demais istopos tm

utilizao limitada em funo da baixa abundncia isotpica, dificuldade de mensuraoe/ou meia-vida () no apropriada (muito curta ou muito longa) como no caso do 36Cl

(=301.000 anos) e 14C (=5730 anos) que devem ser utilizados para regies de recarga

muito antiga.

Os primeiros estudos com istopos ambientais em uso hidrolgico no Brasil

datam do final da dcada de 60, incio da dcada de 70 e tiveram como alvos principais

o Nordeste brasileiro a Amaznia e posteriormente a regio sudeste (basicamente o

aqfero Botucatu) (Tabela 1).

No Nordeste os estudos foram motivados pela seca e salinizao das guas,

apoiados pela Superintendncia do Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE), e inici-

almente tinham como objetivos o conhecimento da origem e dos mecanismos de recarga

dos aqferos, a causa da salinizao, o tempo de trnsito e a datao destes aqferos

(Gat et al., 1968; Ferreira de Melo et al., 1969; Campos, 1971; Prado & Bedmar, 1976;

Salati et al., 1979a).

Os estudos na Amaznia tiveram incio com o objetivo de clculo da vazo dos

rios Negro e Solimes e estimativa da contribuio de afluentes para o rio Amazonas

atravs do mtodo da distncia de boa mescla (Matsui et al. 1972). Os istopos

utilizados foram 2H e 18O, que agiram como traadores no rio. Paralelamente a esta

linha de pesquisa, a caracterizao da composio isotpica da chuva foi impulsionada

pela necessidade de elaborao de uma reta meterica local. Neste contexto foram

desenvolvidos vrios trabalhos de calibrao, mensurao e discusso do fracionamento

isotpico da chuva, principalmente na Amaznia (Dall'Olio et al., 1979; Salati et al.,

1979b; Matsui et al., 1983) e tambm mais gerais (Gonfiantini, 1985). O conhecimento

da reta meterica para a chuva na Amaznia demonstrou que esta era condicionada em

parte pelos processos de evapotranspirao da floresta (Salati et al., 1979b; Matsui et

al., 1983) e estimulou estudos de detalhe destes processos (Leopoldo et al., 1980 e

Leopoldo et al., 1984).

Com a compreenso da composio isotpica da chuva e do papel daevapotranspirao na Amaznia, os estudos evoluram para a caracterizao do ciclo


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oacilbuP odutseedaer odutseodovitejbO sopotsI

sodazilitu

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etsedroNodsorefqa

sodatlusersO

ssetnerefersartsomasadateloc

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-raugitoPaicaB)etsedroNoiger(

aenrretbusaugadmegirO 2 eH 81 O

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3H

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3 ,H 2 eH81O

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jaraMedaabansanozamAoir2 eH 81 O

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e 41

C

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oigeransavuhcsaleplevsnopser2 eH 81 O

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iustaM .late )0891( lisarB

siaicifrepussaugedoaziretcaraCedahlocseaarapsaenrretbuseaug"edoudorpaarapetnofamu

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O

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acimuqoegordihe

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Tabela 1 Listagem histrica simplificada dos principais estudos hidrolgicos no Brasilque fizeram uso de istopos ambientais


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Tabela 1(continuao) Listagem histrica simplificada dos principais estudoshidrolgicos no Brasil que fizeram uso de istopos ambientais

oacilbuP odutseedaer odutseodovitejbO sopotsI

sodazilitu

nnamlemmiK ate

.l)6891( utacutoBorefqA )naraPodaicab( acigloegordihoaziretcaraC acimuqoegordihe

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CnrokhcsirF late )9891(. raeC acigloegordihoaziretcaraC 3 ,H 81 eO 41C

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atsitaB ate )8991(.l uaiP acigloegordihoaziretcaraC 2 eH 81O

orienaC late )8991(. uaiP acigloegordihoaziretcaraC 2 eH 81O

ohliFatsoC ate .l)8991(

eficeR augadedadinilasadmegirO

aenrretbus2 eH 81 O

hidrolgico, incluindo guas subterrneas e expandindo a caracterizao das guas su-

perficiais. Nesta linha, destacam-se os trabalhos de Reis et al. (1977) em Maraj para

caracterizar a influncia das guas ocenicas e continentais na ilha; Matsui et al.(1980)

em um primeiro levantamento de escala nacional de caracterizao de 2H em vrias

guas superficiais e subterrneas; Leopoldo et al.(1982) correlacionando a composio

isotpica da chuva, do solo e do igarap em uma bacia de drenagem da floresta amaz-

nica e Mortatti et al.(1987) que expandiu os trabalhos de Matsui et al.(1972) analisan-

do a contribuio de vrios rios tributrios para o rio Solimes/Amazonas, o efeito da

sazonalidade e da vazo na concentrao de 18O.

No sudeste do Brasil os estudos isotpicos em hidrologia iniciaram-se na dca-

da de 80, principalmente em So Paulo, onde o uso de guas subterrneas no abasteci-

mento estimulou a caracterizao isotpica de grandes aqferos, como o Botucatu

(Silva et al., 1985; Kimmelmann et al., 1986; Kimmelmann et al., 1988; Kimmelmann etal., 1989). No fim da dcada de 80 os estudos no Nordeste foram retomados e atualmen-


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te tm o enfoque de caracterizao dos aqferos locais. Estudos hidrogeolgicos recen-

tes com istopos esto principalmente concentrados nos aqferos de So Paulo e do

Nordeste (Tabela 1).

3 Caracterizao Isotpica da Precipitao

Com o objetivo de monitorar a concentrao dos istopos 2H, 3H e 18O na

atmosfera a OIEA (Agncia Internacional de Energia Atmica) mantm estaes

meteorolgicas em vrias partes do mundo. Com base nesta srie temporal (at 1981)

Gonfiantini (1985) analisou o comportamento isotpico da chuva em regies tropicaise concluiu que as estaes meteorolgicas interiores so mais depletadas em istopos

pesados do que as costeiras. Alm disso foi observada uma correlao negativa entre a

quantidade de chuva e a concentrao de 18O na chuva.

A concentrao isotpica da chuva depende, entre outros fatores, da origem do

vapor d'gua. Segundo Dall'Olioet al. (1979), com base em istopos de 18O da chuva da

regio amaznica, o processo de evapotranspirao da floresta responsvel por apro-

ximadamente 50% do vapor d'gua que forma a precipitao. Desta forma a flores-ta tem um papel fundamental no balano hdrico da regio sendo do ponto de vista

hidrometeorolgico a bacia amaznica no homognea isotopicamente (Salati et al.,

1979b). Ou seja, a reciclagem de gua atravs do processo de evapotranspirao maior

na poro central e leste da bacia.

Embora na Amaznia a caracterizao isotpica da chuva tenha sido alvo de

muitos estudos, geralmente nos trabalhos hidrogeolgicos brasileiros a reta meterica

mundial serve de base de comparao para evitar um adicional de amostragens (Silva et

al., 1985; Frischkorn et al., 1989; Kimmelmann et al., 1986; Kimmelmann et al., 1989;

Kimmelmann et al., 1988; Silva et al., 1996).

4 Estudos de Evapotranspirao

Os estudos intensivos de caracterizao isotpica da chuva na Amaznia originaram um

modelo de fracionamento isotpico para a regio Amaznica que considerava o efeito da


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evapotranspirao da floresta Amaznica (Dall'Olio et al., 1979; Salati et al., 1979b).

Seguindo esta discusso, sucederam-se estudos do fracionamento isotpico durante o

processo de evapotranspirao (Leopoldo et al., 1980 e Leopoldo et al., 1984).

Com base em mensurao em laboratrio de plantas irrigadas com solues com

diferentes valores de 2H e 18O, foi observado que a reteno de istopos pesados segue

a ordem: folha > raz > gua de irrigao. O enriquecimento em istopos pesados foi

maior no perodo diurno e diretamente proporcional temperatura do ar atmosfrico

mas inversamente proporcional umidade relativa (Leopoldo et al., 1980). A manuten-

o do teor constante de 2H no solo demonstra uma ausncia de fracionamento isotpico

para solos de textura arenosa (Leopoldo et al., 1980). Com base nesta linha de pesquisaLeopoldo et al.(1984) elaboraram um modelo terico de estimativa da concentrao de

2H nas folhas em funo da temperatura e umidade relativas desta, e tambm em funo

dos valores de 2H e 18O na gua do solo e no vapor d'gua atmosfrico.

5 Caracterizao Isotpica da gua Subterrnea

Com o objetivo de discutir o uso de istopos ambientais em trabalhos

hidrogeolgicos no Brasil, foram selecionadas trs regies (regio Nordeste, regio ama-

znica e bacia do Paran), onde a utilizao desta tcnica foi mais freqente.

5.1 Regio Nordeste

O Nordeste brasileiro engloba 10 estados em um total 1.606.000 Km2 sendo

que mais da metade desta rea est includa no "Polgono das Secas" caracterizado por

clima semi-rido, baixa precipitao (valores mnimos podem chegar a 250 mm/ano),

altas taxas de evapotranspirao, escassez de recursos hdricos, solos com baixa capa-

cidade de infiltrao e gua subterrnea com alto contedo de sais (350-25.000 ppm de

total de sais dissolvidos), segundo Salati et al.(1979a). Os estudos isotpicos da gua

subterrnea na regio Nordeste do Brasil iniciaram-se com a preocupao de caracteri-

zar e compreender os mecanismos de recarga dos principais aqferos da regio para fins

de abastecimento (Gat et al., 1968).


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A reta meterica local, obtida com vrias estaes meteorolgicas da regio foi:

(2)

que prxima da reta meterica mundial (Fig. 1) (Salati et al., 1979a).

A bacia Potiguar (principalmente a Formao Au e o embasamento) foi uma

das primeiras reas investigadas para gua subterrnea com o uso de istopos (Ferreira

de Melo et al., 1969). Os resultados mostraram uma composio isotpica prxima

da chuva, indicando a origem meterica para as guas subterrneas (Ferreira de Melo et

al., 1969). A ocorrncia do processo de evaporao foi verificada pelo aumento nocontedo de istopos pesados tanto na chuva como nas guas subterrneas. No foi

observada uma correlao significativa entre o contedo de sais e a composio isotpica

da gua o que um indicativo de que os mecanismos de mineralizao so independentes

dos mecanismos de recarga d'gua no Nordeste brasileiro (Ferreira de Melo et al., 1969).

Salati et al. (1979a) e Frischkorn et al. (1989) tambm no observaram relao entre o

tempo de residncia das guas subterrneas (por meio de istopos 18O, 3H, 2H e 14C) e

a salinidade destas. Estes resultados apontam para uma origem independente dos sais

e da gua subterrnea. Entre as hipteses de explicao destaca-se a de uma transgres-so marinha pretrita, a formao de sais por evaporao intensa ou ainda a influncia

dos ventos marinhos no carreamento de sais (Ferreira de Melo et al., 1969).

Resultados de 3H e 14C indicaram tempos de residncia de 10 a 100 anos para os

aqferos cristalinos e de mais de 30.000 anos para os aqferos sedimentares (Salati et

al., 1979a). Nas reas sedimentares existem indcios (baixa composio isotpica em

relao a chuva) de que estes aqferos sofreram recarga por guas metericas antigas,

em condies distintas das atuais, ou seja, um paleoclima (Salati et al., 1979a).

Estudos mais recentes no Cear (bacia do Cariri), onde o abastecimento hdrico

feito exclusivamente por gua subterrnea, indicam uma diferenciao isotpica entre

os aqferos sedimentares profundos (Rio da Batateira e Misso Velha) e o aqfero dos

aluvies (Silva et al., 1996). Nos aqferos Rio da Batateira e Misso Velha existe uma

correlao negativa entre o contedo de 14C e a condutividade eltrica. Segundo Silvaet

al.(1996) quanto menor o contedo de 14C nestas guas (maior a idade da gua, porque

so anteriores s bombas nucleares), mais efetivo o processo de dissoluo, aumentan

OH

182

)8.0(2.8)2(10 +=


11/19

35


do a condutividade eltrica. Nos aluvies a correlao positiva foi associada entrada de

guas modernas com alta concentrao de 14C e tambm a lavagem de aerossis do ar e

do solo pela chuva e pelo escoamento, aumentando a condutividade eltrica (Silva et al.,

1996). Situao semelhante tambm foi observada para a Formao Pimenteiras na

bacia Piau-Maranho (Batistaet al., 1998). O detalhamento da composio isotpica

(14C e 3H) do aqfero Misso Velha permitiu reconhecer, na parte superior, idades at

3100 anos, e na parte inferior idades de 1900 a 9200 anos (Santiago et al., 1990).

Estudos nos aqferos sedimentares (sistema aqfero Cabeas) da bacia Piau-

Maranho no identificam uma correlao entre idades mais antigas e o aumento da

salinizao porque de maneira geral as guas so pouco mineralizadas. Neste contexto,o parmetro condutividade eltrica no fornece indcios da idade das guas (Carneiro et

al., 1998).

No Recife um uso recente de istopos ambientais negou a salinizao dos

aqferos costeiros pelo avano da cunha salina. Segundo Costa Filho et al. (1998) a

diferena isotpica (18O e 2H) entre a gua subterrnea e a gua do mar invalida a

hiptese de intruso marinha. Provavelmente os sais foram originados de um processo

interno de dissoluo e/ou mistura com guas marinhas provenientes de manguezais.

5.2 Regio Amaznica

A bacia Amaznica tem 6.000.000 Km2, com precipitao entre 2000 e 4200

mm por ano (Salati et al., 1979b). Nesta regio os trabalhos de caracterizao hidrogeolgica

com istopos so ainda incipientes e muitas vezes associados ou derivados de trabalhos

de composio isotpica dos principais rios (Reis et al., 1977; Leopoldo et al., 1982).

Na ilha de Maraj, com base na caracterizao isotpica da chuva, de poo, de

rios e do mar foi sugerido que as guas do Amazonas (isotopicamente mais leves que as

do mar e do rio Tocantins) tm influncia at o sul da ilha. Alm disso, em toda a orla

da ilha a relao d 2H x d18O para as guas est sobre a reta meterica, no evidenciando

grande contribuio da gua marinha. No interior da ilha a evaporao um processo

relevante (Reis et al., 1977).


12/19

36


Em uma pequena bacia de drenagem na floresta a reta obtida para os valores de18O e 2H na chuva, precipitao interna e gua do solo indicaram que no ocorre um

fracionamento significativo entre estes processos. O empobrecimento da gua do igarap

foi relacionado a mistura de gua da chuva (mais enriquecida em istopos pesados) com

gua com tempo de residncia maior no solo (mais empobrecida em istopos pesados)

(Leopoldoet al., 1982). Este trabalho foi um dos pioneiros na caracterizao isotpica

de vrias etapas do ciclo hidrolgico como um indicativo dos processos de transporte da

gua no solo at o rio.

5.3 Bacia do Paran

O aqfero Botucatu (Formao Botucatu) o mais importante na bacia do

Paran. A sua extenso (818.000 Km2 no Brasil) e o seu uso, principalmente em So

Paulo, no abastecimento justificaram vrios trabalhos de caracterizao hidrogeolgica.

Na regio tambm destacam-se os aqferos do Grupo Tubaro (Formao Tatu e

Formao Itarar) que tambm foram alvo de estudos isotpicos.

O aqfero Botucatu confinado na maior parte da sua extenso, estando sob osbasaltos da Formao Serra Geral, sendo livre apenas nas bordas da bacia (Kimmelmann

et al., 1986). As maiores espessuras ocorrem no centro da bacia e alguns dados relaci-

onados a caracterizao fsico-qumica deste aqfero so apresentados de forma sint-

tica na Tabela 2.

Com base em uma amostragem de 20 poos (Silva et al.1985), que foi expandi-

da para 30 poos (Kimmelmann et al., 1986) e posteriormente para 40 poos

(Kimmelmann et al., 1989) em vrias pores do aqfero (So Paulo, Paran, Gois,Mato Grosso do Sul, Santa Catarina e Rio Grande do Sul), a gua subterrnea foi

caracterizada isotopicamente como originada por infiltrao da precipitao nas reas

aflorantes. Esta concluso foi subsidiada pelo fato das amostras de gua subterrnea

carem em uma reta muito prxima da reta meterica mundial para 18O e 2H (Fig. 2).

Com o aumento do tempo de residncia no aqfero (aumento das condies confinantes)

as guas ficam mais mineralizadas (Kimmelmann et al., 1986). As guas das pores

mais confinadas so preferencialmente bicarbonatadas sdicas, tem temperatura mais

elevada, e resduo seco maior (Kimmelmann et al., 1986). Neste contexto os istopos


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tambm indicaram uma gradao entre as guas de menor confinamento (valores de2H e18O menos negativos) para as de maior confinamento (valores de 2H e 18O mais negati-

vos, mais depletados) sugerindo a existncia variaes climticas pretritas (Kimmelmann

et al., 1986). Dados de 13C tambm distinguem as reas mais confinadas (valores menos

negativos) das reas de recarga e/ou menos confinadas (valores mais negativos em

funo da interao com a biota). Datao destas guas por 14C e 3H confirmaram idades

variadas entre as bordas norte e oeste da bacia (Gois e Mato Grosso do Sul) que so de

500 a 2.000 anos at a borda leste (So Paulo e ao longo da calha do rio Paran) que

chegam at 38.000 anos. Segundo Kimmelmann et al. (1988) com base em 3H e 14C, o

aumento da idade das guas deste aqfero gradual das reas aflorantes para a parte

central da bacia, seguindo o sentido da calha do rio Paran, acompanhando as direes de

escoamento subterrneo e o confinamento progressivo do aqfero.

Tabela 2 Principais parmetros hidrogeolgicos e hidrogeoqumicos do aqfero Botucatu. Em parntesesesto os valores mais freqentes (modificado de Kimmelmann et al., 1989).

ortemraP rolaV

)m(arussepsE 003

)%(avitefeedadisoroP 02-01

edadilibaemreP 01x4,2 6- 01x5,4- 5-

)s/2m(edadivissimsnarT 1x7,4 0 4- 01x5,1- 2- 01( 3- )

acifcepseedadicapaC

)m/h/3m( )51-01(32-1

edetneicifeoC

otnemanezamra 01x4 5-

01x2- 4-

(arutarepmeT o )C 16-22

Hp 53,01-04,5

sodilSedlatoT sodivlossiD

)DST( )l/gm( 056-13

augadoacifissalC

orefqaoedno(satsimuosanaisengamsadatanobracibesacidssadatanobracib-)odanifnocsonem

siamorefqaoedno(sacidssadataflus-sadaterolc )odanifnoc


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Tabela 3 Caracterizao isotpica da chuva e do aqfero Botucatu (bacia do Paran) por regio (modificado de

Kimmelmann et al., 1989).

Uma linha de 30.000 - 38.000 anos pode ser feita na poro central e mais confinada da

bacia. Na Tabela 3 so apresentados os principais resultados isotpicos relativos ao

aqfero Botucatu, por regio.

Nas reas mais confinadas da bacia uma anomalia de flor pode ser correlacionada

com a idade mais elevada do aqfero (Kimmelmann et al.1988). Kimmelmann et al.

(1989) sugerem que o flor possa ser originrio da percolao de gua pelo basalto, oque explicaria a relao entre a concentrao deste elemento e a idade das guas.

oigeR 81 O 2 H ropedadI

C41eH3 seavresbO

avuhC)baiuC(4,6-

58,4- )ergelAotroP()oluaPoS(1,7-

- -

oroP

etsedroN

aicabad

6,9-1,8- 65- 76-000.83000.71

sona

edserolav 81 eO 2Hotium sodatelped

muodnacidniamilcoelaplevssopedacopaetnarud

agracer

oroP

etseoroN

aicabad

8,6-7,5- 23- 74- anredom

sona421.3

oaseralimisserolavodnacidni,avuhcaduoocuopseidnoc

setnanifnocon

etraP

lartnec

aicabad

7,8-6,6- 24- 95- etnecer,odanifnocorefqaretedopmropagracerodirfos

etnecer

omertxeetsedus

aicabad

2,6-8,4- 82- 04- etraproiamansartsomasadetneceredadi

onorefqaocuopeodanifnoc

odanifnoc

omertxE

etseodus

0,6-3,5- - 23 74-

augedarutsimahleveavon

edadimoc00.81edaidm

sona

onorefqaocuopeodanifnoc

odanifnoc


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A anlise isotpica de guas subterrneas dos aqferos do Grupo Tubaro

(Formao Itarar e Formao Tatu) indica uma recarga por origem meterica atual

(Kimmelmann e Silva et al.(1987).

6 Consideraes Finais

Apesar do aumento verificado nos ltimos anos do uso de istopos ambientais

em estudos hidrogeolgicos esta tcnica ainda no se popularizou no Brasil. Basica-

mente, o uso de istopos restringe-se a datao das guas, sendo poucos os estudos

como traadores do fluxo e do comportamento da recarga de gua subterrnea. Aescassa utilizao desta tcnica no Brasil tem duas razes principais: a primeira a

concentrao isotpica relativamente baixa de 3H e 14C no hemisfrio sul, devido aos

padres globais de circulao atmosfrica associados quase ausncia de testes nucle-

ares neste hemisfrio. Nestas condies, o mtodo analtico deve apresentar um limite

de deteco baixo, prximo ao background correspondente ao 14C e 3H cosmognicos,

restringindo sobremaneira seu uso como traador. Outro fator restritivo ao uso de

istopos o custo elevado das anlises, associado escassa existncia de laboratrios

equipados para esta tcnica no Brasil. At h pouco tempo, s se dispunha em nossopas de escassos laboratrios capacitados a realizar estas anlises isotpicas ambientais.

Diante desta realidade, uma iniciativa valiosa a manuteno das estaes meteorolgicas

da OIEA (Agncia Internacional de Energia Atmica) de medio de istopos na chuva.

H uma tendncia desta situao de uso restrito das tcnicas tratadas modifi-

car-se nos prximos anos, pela ampliao da base laboratorial disponvel no Brasil e

pela maior facilidade no envio de amostras para a realizao de ensaios no exterior, onde

vrios laboratrios (inclusive o laboratrio da OIEA em Viena) oferecem preos eprazos freqentemente competitivos e vantajosos. Esta ampliao do emprego das

tcnicas isotpicas ambientais tambm impulsionada pelo crescente interesse em

estudos hidrogeolgicos de contaminao em zonas urbanas, industrial e agrcola,

pois as tcnicas isotpicas ambientais tm ampla utilizao potencial em tal

categoria de estudos.


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Figura 2 Relao entre 18O e 2H para as guas subterrneas do aqufero Botucatu. A retade regresso ( - - - ) prxima da reta meterica mundial ( -- ) evidenciando que a recarga

ocorre principalmente por infiltrao da precipitao (modificado de Kimmelmann etal, 1989).

Figura 1 Reta meterica mundial mostrando a relao entre 18O e 2H na chuva. Osvalores mais enriquecidos em 18O e 2H so representativos da precipitao nas regies

mais quentes do mundo (modificado de Clark & Fritz, 1997).


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