causas e consequÊncias da contaminaÇÃo mercurial na bacia amazÔnica bruce rider forsberg vivian...

CAUSAS E CONSEQUÊNCIAS DA CONTAMINAÇÃO MERCURIAL NA BACIA AMAZÔNICA

Bruce Rider Forsberg

Vivian Zeideman

Lauren Belger

Reinaldo Peleja

Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia Coordenação de Pesquisas em Ecologia Manaus,

Amazonas, Brasil

Fonte: www.ceten.gov.br

4 5 6 7river pH

0

20

40

60

80

100

mea

n H

g-t

ot

in h

air,

p

pm

A

0 5 10 15 20

river DOC mg/l

0

20

40

60

80

100

mea

n H

g-t

ot

in h

air,

pp

m

B

Antropogenico

Hg(p) Hg(0)Ar

Deposição Hg(II)

Hg(II) Hg(p)

Hg(0) CH3-Hg

Deposição local e regional

Re-emissão natural e antrópica

Deposição terrestrial global Deposição marinha

global

Emissão natural e antrópica

Zona misto

Sedimentos

Ciclo Global do Mercúrio

Solo

BURNING

GOLD NATURAL

GLOBAL GLOBAL

RIO NEGRO

Hg

FOREST

AMAZON

Figure 1. Current contribution of mercury from different

sources to the global atmosphere. Data from Mason et al.

1994 and Lacerda 1995.

MINING

AMAZON

ANTHROP.

SOURCES SOURCES

?

2000 mt/y

4B 3B 2B 1B 100 75 50 25 0

Years Before Present

Global Natural Sources

Global Anthropogenic

Amazon gold mining

2000 mt/y Amazon Forest Burning

Figure 2. Historical contribution of mercury from different

sources to the global atmosphere. Based on data from

Mason et al. 1994; Lacerda and Salomons 1991; Lacerda 1995

and Fearnside 1996.

Sources

?

Global Anthropogenic sources

Amazon gold mining

De onde vem o Hg do rio Negro?

Solos?

0

4

8

12

16

20

0 20 40 60 80 100 120 140

Depth (cm)

org

anic

car

bo

n (

%)

0

5

10

15

20

25

atom

ic C/N

ratio

C (%)

C/N atomic

a

0

40

80

120

160

200

0 20 40 60 80 100 120 140

Depth (cm)

Hg

tota

l (n

g/g

)

b

0

100

200

300

400

500

600

700

0 20 40 60 80 100 120 140

Depth (cm)

Fecd

b (u

mo

l/g)

0

40

80

120

160

200

Alcdb (u

mo

l/g)

Fe cdb

Al cdb

c

Distribuição vertical de Hg, Al, Fe, %C e C/N num solo podzolico vermelho da bacia do rio Negro

Profile Soil Classification Geographic Location

RN 1 PVA Plint. Arg. 02 01.021’ S

61 11.369’ W

RN 2 Hidr. Alum. Arg. 00 57.493’ S 62 54.334’ W

RN 3 Later. Hidr. Arg. 01 06.102’ S 62 42.980’ W

RN 4 PVA Plint. Arg. 00 35.371’ S 64 49.553’ W

RN 5 Concrec. Later. Arg. 00 20.857’ S 65 02.687’ W

RN 6 Concrec. Later. Arg. 00 20.857’ S 65 02.687’ W

RN 7 Podzol Hidromórfico 00 22.256’ S RN 8 RN 9

PVA Plint. Arg.

PVA Plint. Arg.

65 02.065’ W - -

Hgconc Feconc Alconc Hgburd§

() ng/g

() umol/g

() umol/g

mg/m2

104 296 75 79

161 5 166 53

124 37 81 62

86 259 170 64

120 1190 928 67

81 162 173 45

89 28 55 79

61

103

39

539

52 161

60 67

Características químicas média e integradas de perfis de solo da bacia do rio Negro

Contribuição potencial dos solos da bacia do rio Negro garimpos para o estoque de Hg nos

• Estoque de mercúrio no solo(0-60cm) = 44.000 tons

• Contribuição máxima do garimpo = 2.000 tons ou 5%

Conclusão: o mercúrio e predominantemente de origem natural

Como é que o mercúrio sai do solo e contamina o sistema fluvial?

Podsolização?

Como e onde o mercúrio que entre no sistema fluvial é metilada?

Áreas alagáveis?Solos hidromórficos?

Distribuição de áreas alagáveis na bacia do rio Negro

Vegetação alagada

Floresta seca

Água aberta

Estudos de microbacia

•Papel do podzolização na liberação do Hg - Comparação do balanço de Hg em microbacias drenando podsol hidromorfico e latasol

•Papel de hidromorfismo na metilação – Comparação do balanço de MeHg nas mesmas microbacias

Como é que o Hg entre e se magnifique na cadeia alimentar aquática?

Através do plancton?

Qual o papel da química da água e o geomorfologia nestes processes?

Estudos com plancton

OBJETIVO GERAL

Investigar os fatores que influenciam as concentrações de Hg na água e sua biomagnificação em plâncton de diâmetro menor que 40 m (P<40 m) e em plâncton de diâmetro maior que 40 m (P>40 m) de lagos associados aos rios Tapajós e Negro.

Biomagnificação

Hg2+

Hg0

CH3Hg2+

VOLATILIZAÇÃO DEPOSIÇÃO

SEDIMENTAÇÃO SEDIMENTAÇÃO

VOLATILIZAÇÃO DEPOSIÇÃO

DEPOSIÇÃO DEPOSIÇÃO

Hg2+ CH3Hg2+

CH3Hg2+ DEPOSIÇÃO E ESCOAMENTO

Hg2+ DEPOSIÇÃO E ESCOAMENTO

Fluxo para fora

Fluxo para fora

DifusãoSedimentaçãoRessuspensão

Modificado de Hudson et al., 1994

Locais do estudo da biomagnificação de Hg em plancton

MÉTODOS DE CAMPO

Coleta de água para análise de Hg seguindo o método “Mão suja x Mão limpa” (Montgomery et al., 1995).

pH

Hg

em

ng

.l.-1

1

11

1

1

11

1

1

1

1

1

2

2

2 2

2

2

2

2

2

2

2

2

-1

1

3

5

7

9

4,0 4,6 5,2 5,8 6,4 7,0 7,6

1-Rio Negro

2- Rio Tapajós

Hg total em água de lagos

pH

Hg

em n

g.g.

-1

1 11

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

22

2

2

2

2

22

22

0

100

200

300

400

500

4,0 4,6 5,2 5,8 6,4 7,0 7,6

1- Rio Negro

2- Rio Tapajós

Hg total em na fração particulada >40 m

As concentrações de Hg em P<40 m nos lagos do rio Negro (452 ± 175 ng/g) são quase que o dobro daquelas encontradas nos lagos do rio Tapajós (264 ± 136 ng/g) (F1, 22 = 8,66; p = 0,007).

Hg

em

ng

.g.

-1

0

200

400

600

800

1000

Rio Negro Rio Tapajós

Estação Seca Estação Cheia

Lagos/rio Negro Bf (P<40m) Bf (P>40m) Mf Bf (P<40m) Bf (P>40m) Mf Aracá .... 4,8 .... 5 5 0,3

Cuandú .... 4,9 .... 4,8 4,7 -0,07Zamula .... 4,8 .... 4,6 4,5 -0,17Mamolé .... 4,5 .... 5 4,4 -0,55Mariana .... 4,8 .... 5,3 4,9 -0,39Padre .... 4,7 .... 4,8 4,5 -0,29Média .... 4,8 ± 0,14 .... 4,9 ± 0,24 4,7 ± 0,24 -0,2 ± 0,29

Lagos/rio TapajósPereira 4,7 4,8 0,13 4,5 4,7 0,14

B. Intento 4,8 4,7 -0,16 4,7 4,7 -0,003A. Sul 5,5 5,4 -0,1 5,2 4,9 -0,22

A. Norte 5,2 5,3 0,02 6,1 5,7 -0,5Pucú 5,1 4,9 -0,26 4,8 4,5 -0,23Timbó 4,9 4,1 -0,8 4,7 4,7 -0,1Média 5,0 ± 0,29 4,9 ± 47 -0,2 ± 0,32 5,0 ± 0,59 4,9 0,43 -0,2 ± 0,22

Fatores de bioconcentração log(Bf) e biomagnificação log(Mf).

RIO TAPAJÓS RIO NEGRO ESTAÇÃO SECA H2O H2O 0,002ppb Hg 0,004ppb Hg P < 40 m P < 40m 3,4 g/mg Cl-a ..... 183ppb Hg ..... P > 40 m P > 40 m 1,4 g/mg Cl-a 0,53 g/mg Cl-a 123ppb Hg 226ppb Hg ESTAÇÃO CHEIA H2O H2O 0,003ppb Hg 0,005ppb Hg P < 40 m P < 40m 1,02 g/mg Cl-a 0,12 g/mg Cl-a 264ppb Hg 453ppb Hg P > 40 m P > 40 m 0,7 g/mg Cl-a 0,55 g/mg Cl-a 177ppb Hg 267ppb Hg

....

4,8 Bf

5,0 Bf

-0,2 Mf

4,9 Bf

4,7 Bf 5,0 Bf

-0,2 Mf

4,9 Bf 4,9 Bf

-0,2 Mf

Estudos de bioacumulation utilizando peixes predadores como bioindicadores

OBJECTIVE:

To investigate the influence of variations in river chemistry and the availability of potential methylation sites on the levels of total mercury in predatory fish in the

Negro river basin

Chemical parameters considered:

•pH

•DOC

Potential methylation environments:

•Wetlands

•Hydromorphic soils (podzol)

Fish species considered:

•Hoplias malabaricus (traíra)

•Cichlas spp. (tucunaré)

1 2 3trophic

level

0

0.5

1

Hg

-to

t in

fis

h, p

pm

Chemical analyses:

•Total Hg in fish, CVAAS

•DOC, Shimadzu 500 TOC Analyzer

•pH, Corning field pH meter

Quantification of methylation sites:

•Wetlands, digital analysis of JERS-1 L-band radar

•Hydromorphic soils, integration of digital soil maps

Estimation of wetland area with JERS-1 L-band SAR imagery

Image supplied by NASDA, Japan

Estimation of hydromorphic soil area from digital soil maps, Hydromorphic soils indicated in yellow.

Image supplied by NASDA, japan; Soil map from IBGE (1997)

Statistical Analysis (Multiple Linear Regression):

Hgtotal = B0 + B1(SL) + B2(pH) + B3(DOC) + B4(%HMS) + B4(%W)

where,

• Hgtotal = total mercury in fish, ppm

•SL = standard length of fish, cm

•pH = pH in surface water

•DOC = dissolved organic carbon, mg/l

•% HMS = % of hydromorphic soils in upstream drainage basin and

•% W = % of wetlands in upstream drainage basin

Parametro n mean max. min.

pH da água 33 4.46 5.92 3.67

COD, mg/l 33 11.7 40.0 1.9

Conductividade, Scm-1 30 13.3 31.4 6.3

% área alagável na 33 5.2 13.4 0.0 bacia a montante

% solo hidromorphico 33 24.7 100.0 0.0 na bacia a montante

Características químicas e geomorfologicas de locais de coleta na bacia do rio Negro

10 20 30 40 50 60 70 80 Standard Length, cm

0.0

0.5

1.0

1.5

Tot

al H

g, p

pm

0 10 20 30 40 50 Standard Length, cm

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Tot

al H

g, p

pm

Cichla spp. Hoplias sp.

-10 -5 0 5 10

DOC, mg/l - partial

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

To

tal H

g,

pp

m -

par

tial

Hoplias sp.

-2 -1 0 1 2

Water pH - partial

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

To

tal H

g,

pp

m

- p

arti

al

Hoplias sp.

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

% wetland area - partial

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

To

tal H

g

- p

pm

- p

arti

al Hoplias sp.

-6 -4 -2 0 2 4 6

% wetland area - partial

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

To

tal H

g -

pp

m -

par

tial

Cichla sp.

Multiple Linear Regression Results (all factors considered):

Species R2

Hoplias malabaricus 0.837

Cichla spp. 0.849

•Variation in standard length is the principal factor influencing fish mercury levels

•Variations in DOC and upstream wetland density also have a significant effects on the Hgtotal levels of fish in this system.

•These variations will have to be considered in investigations of mercury contamination in human populations of the Negro river basin

Porque o nível de contaminação em peixes e cabelos humanos varia entre

bacias?

Garimpo ou sítios de métilação?

Comparação das áreas alagadas nas bacias dos rios Negro, Madeira e Tapajós. Imagem de radar do satelite JERS-1, 1996

Vegetação alagada

Floresta seca

Água aberta

Negro

Maderia

Tapajós

Contaminação em reservatórios?

(Forsberg et. al, unpublished)

Conseqüências para a saúde humana?