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[en] INVESTIGATION OF THE BLACK CARBON IN SEDIMENTS OF GUANABARA BAY AND MANGROVES: DISTRIBUTION AND SORPTION OF PAHS / [pt] INVESTIGAÇÃO SOBRE O CARBONO NEGRO EM SEDIMENTOS DA BAÍA DE GUANABARA E MANGUEZAIS: DISTRIBUIÇÃO E INFLUÊNCIA NA SORÇÃO DE HPAS

LETICIA GOMES DA LUZ 11 September 2007 (has links)
[pt] O crescimento populacional vem acarretando um incremento no consumo de combustíveis fósseis e na queima de biomassa e, como conseqüência, um aumento na fonte de partículas de carbono negro (ou black carbon - BC) em ambientes costeiros e estuarinos. Este material orgânico refratário vem sendo estudado nos últimos 30 anos e é considerado um importante reservatório geoquímico. Todavia, sua função no ciclo do carbono ainda não é totalmente caracterizada. O BC desempenha um papel de causador de problemas ambientais (como aquecimento global) e também de atenuador dos riscos representados pelos contaminantes orgânicos devido ao seu efetivo poder sorvente. Este trabalho apresenta de forma inédita a distribuição de BC em sedimentos e sua relação com compostos HPAs de uma região estuarina do Estado do Rio de Janeiro - Baía de Guanabara (ambiente conhecidamente afetado por poluição crônica de diversos compostos). Para realização da pesquisa, foi realizado primeiramente uma validação e escolha metodológica entre 2 protocolos de determinação de BC encontrados na literatura: oxidação química com dicromato/ácido sulfúrico e oxidação térmica a 375 oC, em que este último apresentou maiores vantagens e foi selecionado para determinar BC nas amostras de sedimento. Os teores de BC foram determinados por um analisador elementar Carlo Erba EA1110. Os teores de BC nos sedimentos superficiais (0-2 cm) de 25 estações da região interna da baía foram de 0,19 %p.s. . +- 0,07 %p.s. ., variando entre 0,03 %p.s. . e 0,31 %p.s. . A distribuição na baía de Guanabara sugere a presença de um gradiente decrescente de partículas pirogênicas da região de fundo da baía em direção à zona costeira. Determinações de carbono orgânico total (TOC), razões molares C/N e distribuições BC:TOC (5,35 % +- 2,45 %, n = 25) foram dados adicionais avaliados. Testemunhos de sedimento de 90 cm de comprimento de 3 manguezais da região norte foram estudados: Suruí, Nova Orleans e Piedade, que exibiram teores de BC de 0,11 %p.s. . +- 0,08 %p.s. . e BC:TOC de 1,99 % +- 1,59 % (n = 62). A relação entre o material BC e HPAs (determinados em estudo anterior) nas camadas sedimentares pôde ser analisada através de correlações e da análise de componentes principais e revelaram uma tendência de sorção destes compostos contaminantes com BC nos bosques de Nova Orleans e Suruí. Em Piedade, as razões de compostos HPAs alquilados (1,7-dimetilfenantreno e 2,6- dimetilfenantreno) apontaram para um domínio de produtos de combustão de madeira, que não pode ser isolado pela metodologia aplicada. Adicionalmente, a sorção de HPAs no material BC foi confirmada pela realização de um experimento de fortificação de pireno (concentrações monitoradas por análise de fluorescência - espectrofluorímetro de luminescência Perkin Elmer LS55B). Os resultados discutidos aumentaram o conhecimento sobre as diferentes frações da matéria orgânica nos sedimentos da Baía de Guanabara e apontam para a importância da fração carbono negro (ainda pobremente pesquisada no Brasil) no carbono orgânico total e na regulação da liberação de contaminantes hidrofóbicos para o ambiente e biota. / [en] Black carbon (BC) is a term used to represent the continuum of charred materials produced during incomplete combustion of fossil fuel and biomass. Since the emission rates of BC are increasing in the last decades due to energy requirements from modern human population, there is great interest in the distribution of BC in the environment (atmosphere, water and sediment) because their role in the biogeochemical cycle of carbon is not fully understood and, also, because the high adsorption capacity of BC particles may decrease the bioavailability of organic contaminants (PAH, for example). In the present work it was determined the distribution, for the first time ever, of BC in superficial sediments from Guanabara Bay and it was evaluated the relation between BC (quantified in the present work) and known concentration of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in sediment cores from 3 mangrove regions in the bay (Suruí, Nova Orleans and Piedade). Two analytical protocols for BC quantification were compared (chemical oxidation with dichromate/sulphuric acid and thermal oxidation at 375 ºC), and the second one was chosen for routine analysis. After treatment, the BC content was measured by a dry-oxidation method in a Carlo Erba EA110 elemental analyser. Total organic carbon (TOC) was also measured using the same instrument. In the superficial sediments (0-2 cm) from Guanabara Bay, the mean BC carbon content (n = 25) was 0.19 +- 0.07 % (dry-weight mass), ranging from 0.03 % to 0.31 %. The percentage of BC to TOC was 5,35 +- 2,45 (n = 25). The sediments in the northern sector of the bay had higher contents of BC, what is related to the input of pyrolitc materials from river and urban runoff and local restricted water circulation. In the mangrove sediments, the BC content was 0.11 +- 0.08 % (dry- weight mass) and the BC:TOC fraction was 1.99 +- 1.59 % (n = 62). Linear regression and principal components analysis revealed that the distribution of PAH is closed related to the BC contents in the sediment from Suruí and Nova Orleans, but not for Piedade sediments, probably due to uncertainties in the origin of PAHs in these sediments. An experiment with fortification of sediment with pyrene confirmed the importance of adsorption of PAH to the BC particles. In conclusion, the data obtained in the present work permitted a better understanding of the different fractions of organic matter in the sediments from Guanabara Bay and showed the importance of BC in the fate and possible effects of PAH in this coastal contaminated system.

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