DAOOS PRELIMINARES SOBRE 0 ESTADO TR6FICO

DA LAGOA DAS SETE CIDADES

por J. MEDEIROS, G. FLORES e F. RIBEIRO

LaboratOrio de Ecologia Aplicada Sec~o de Quimica

Univ. dos A!;Ores, 9500 Ponta Delgada

RESUMO

Uma vez que nos D.ltimos tempos se tern notado varios indi­ces de eutrofiza~ao nas Lagoas de S. Miguel, foi iniciado urn trabalho sob 0 ponto de vista quimico com 0 fim de caracte­rizar as mesmas. Esse estudo foi come~ado na Lagoa das Sete Cidades havendo ja aJ.,guns pa·rametros determinados.

Foi localizada a principal fonte de polui!;!ao das Lagoas - na vila das Sete Cidades - assim como, uma desoxigena!;!ao acentuada nestas Lagoas monomicticas no Verao e Outono.

SUMMARY

Signs of eutrophication have been noticed recently on the lakes of sao Miguel, Azores.

Our work started with the caracterization of the Sete Ci­clades lake, using several chemical pa,rameters. The main

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J. MEDEIROS. G. FLORES ~ F. RIBEIRO

source of pollution was determined to be located on the village of Set€ Cidad€S. A drop in oxygen was noticed in these mono­mictic lakes during Summer and Autumn.

1 - INTRODUCAO

Todosos lagos estao sujeitos a um processo de envelheci­mento natural no qual a acumula~ao gradual de detritos e de materia organica provoca a transforma<;ao do lago em pantano.

Os lagos jovens (oligotr6ficos) apres€ntam baixas concen­tra<;oes em nutrientes, produtividades de vegeta~ao aquatica superior muito pequenas, aguas claras, frias e oxigenadas ate ao fundo (pESSON, 1976).

Estes lagos adquirem, a partir das suas bacias de drenagem, lodo, minerais e outros nutrientes, tais como, fosforo e azoto. Este aumento em nutrientes origina um aumento na produtivi­dade biologica.

Por outro lado vao-se acumulando detritos organicos no fundo dos lagos tornando-os menos profundos e mais ferteis, uma vez que a materia organica e convertida em inorganica por diversas bacterias. Os lagos tornam-se poueo transparentes, com os fund-os rieos em materia organica facilmente putrescivel, des­providos de oxigenio durante uma parte do ana (Verao e Outono) tornando-se redutores e ciando origem it forma<;ao de dioxido de carbono, eompostos amoniaca.i5 e sulfurados. Os lagos estao no estadoeutrofico.

o homem, pela adi<;ao de desperdicios nutritivos aos lagos (erosao acelerada, dejec<;oes, residuos organicos, fertilizantes, detergentes, etc.) acelera este processo natural (eutrofiza<;ao natural) transformando-o em eutrofiza<;ao cultural.

HASLER (1947) mostra como a eutrofiza~ao cultural ace­lera 0 processo. Este que naturalmente ocorreria em centenas

210

o ElSTADO TR6FICO DA LAGOA DAS SE'l'E ClDADES

de milhares de anos passa a dar-se em algumas decadas ou menos (BASSOW, 1976).

Num sistema eco16gico existe uma interac<;ao mutua entre os organismos redutores e consumidores de tal maneira que se chega a urn estado de equilibrio entre a fotossintese e a respi­ra<;ao, isto e, entre a produ<;ao e decomposi<;ao de materia orgfmica.

Este balan<;o produz urn fornecimento em oxig€nio cons­tante. Oestado estacionario entre a produ<;ao fotossintetica - P = dp/dt (P - velocidade de produ<;ao de materia orga­nica e p - biomassa de algas) - e a respira\;ao heterotr6fica - (R - velocidade de destrui\;ao da materia organica) - pode sercaracterizada em termos simples por uma equa<;ao quimica (MITCHEL, 1972):

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protoplasma de algas

(1)

Atraves da reac<;ao (1) nota-se que para haver prooll<;ao de materia organica e necessario a exist.encia de P, N, C e mkro­nutrientes. Segundo LEE (1973, 1978) e VOLLENWEIDER (1974) o elemento que usuabnente controla a produ<;ao de materia organica e 0 f6sforo.

Por outro laJdo, a fotossintese para se dar necessita de energia luminosa, pelo que se costuma dividir os lagos em zona eufotica (onde se da a fotossintese) e zona profunda. Quanto maior for a transparimcia das aguas dum lago, maior profundidade tera a zona euf6tica.

Nota-se ainJda (pela reac\;ao 1) que ao haver a decompo­si<;8.o da materia organica 0 oxigenio e consumido. Assim, se houver estratifica\;ao termica,(COLE, 1975), as aguas do lago

2'11

J. MEDEIROS, G. FLORES () F. RIBEIRO

formara.o camadas ilmisciveis e a mais profunda (hip.olimnion) na.o podera p-roduzir .oxigEmi.o pel.o que se ira deso:x:igenandD it medida que a materia orgfmica se f.or ai acumuland.o. Se a materia .organica ai acumwada ja tiver uma c.oncentra~ao

elevada, .0 hirpolimniDn ficara anaer6hio durante a estratifi­ca~ao 1krmica. .E urn dos indices de eutrafiza~a.o mais uti­lizados.

Pelo exposto, tentam.os, sob urn ponto de vista quimico, determinar .0 estad.o tr6fic.o das Lagoas das Sete Cidades c.om base nos parametros menci.onad.os.

2 - iDADOS MORFOLOGICOS

A Lagoa das Sete Cidad.es e c.onstituida por duas lagoas - Lag.oa Azul e Lagoa Verde - que esta.o entre si ligadas todD .0 ano. Situada na Caldeira das Sete Cidades (Fig. 1), na parte ocidental da ilha de sa.o Miguel, com urn ruametrD a:pr.oximad.o de 5 KID, e uma area de 18 Kmz, segund.o carto­grafia de M. A. MachadD de Faria e Maia (BARROIS, 1800).

Existente hit 4000 anos, a vegeta~ao .original f.oi na sua mai.or parte destruida WRIES, 1968), por terem ocorrido desde enta.o, pequenas erup~5es com.o, por exemplo, em 1638 e 1811 A. D. (AGOSTINHO, 1960).

A precipita~aD mooia anual e de cerca de 1,8 X 1()3 mrn,Jan.o (S.R.E.S.) .

fA Lag.oa Azul, a uma altitude de 260 m, com uma superficie de 3,6 Km2

, situa-se a N.orte da bacia hldrogrMica. A carta batimetl'ica apresentada (Fi>g. 2) mOSitra que a p·arte n.orte desta LagDa e a zona mais prDfunda chegandD a atingir .os 33 m em aJguns locais, send.o a prafundidade mooia de 17 m.

Segundo (FRIES, 1968) os sedimentos desta LagDa sao constituidos na sua mai.or parte por uma camada de 0,5 m de «lodQ» .organic.o sobreareia e cascalho. Na parte oeste da Lagoa a camada organica atinge 1,0 metro.

212

o ESTADO TROFICO DA LAGOA DAS SETE CIDADES

N

Fig. 1 - Bacia hidrogrMica da Caldeira das Sete Cidades

A sedimenta!;8.o deve ter sido maior ou come!;ado mais cedo nas zonas mais profundas da lagoa (FRIES, 1968).

o escoamento das aguas da Lagoa (com 0 fim de manter o nivel) e feito por urn tUnel artificial que nos ultimos anos tern escoado cer;ca de 2,0 X 106 m3 /ano (SRES).

A Lagoa Verne tambem a uma altitude de 260 m, com 0,86 Km2 de su:perficie, ocupa a parte SuI da bacia hidrogrMica (Fig. 1). A parte Su~ da Lagoa e mais profunda (Fig. 2) che­gando a atingir 0030 m em alguns locais, sendo a profundidade media de 22 m.

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J. MEDEIROS, G. FLORES e F. RIBEIRO

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Fig. 2 - Carta batimetrica

3 - CARACTERlSTICAS FtSICAS E QUIMICAS

3.1- Metodos de estudo

Foram seleccionadas 3 esta~6es de amostragem na Lagoa Verde e 4 na Lagoa Azul (Fig. 3), escolhidas de maneira a cobrir as Lagoas e ao mesmo tempo haver zonas de profundi­dades diferentes. Ai foram recolhidas amostras de agua para serem ana:lisadas no Iaborawrio. Quamdo passivel, foram deter­minados no local outros parametros.

214

o ESTADO TRCFICO DA LAGOA DAS SElTE CIDADES

3.2 - Tecnicas utilizadas

a) Transpar€mcia - foi medida com a ajuda dum disco de Secchi com 20 em de diametro (HALL e colab., 1978).

Fig. 3 - Esta~Oes de amostragem

o Vila o Lixeira

b) Temperatura e Oxigenio Dissolvido - determinados com urn Medidor de Oxigooio Dissolvido Y.S.I. Model 51 B, em que o oxigenio dissolvido e determinado por polarografia atraves dum electrodo de membrana (STANDARD METHODS, 1976).

c) Conductividade - determinada no local a superficie com urn medidor de conductividade da TOA modelo CM-1K equipado com urn electrodo de platina.

d) ComposiQao quimica das aguas:

- Fosforo total, Fosforo hidToUsave-1 e Ortotosjatos - fo­ram determinados com urn espectrofotometro da Baush & Lomb modelo Spetronic 88, pelo metodo do cloreto

215

J. MEDEIRO'S. G. FLO'RES e F. RIBEIRO'

de estanhO', usando 0 processo de digesUio pelO' persul· fa to de amonio para determinar 0 fosforo total (STAN· DARD METHODS, 1976) (METHODS OF CHEMICAL ANALYSES OF WATER AND WASTES, 1974).

- Nitratos - determinados com urn espectrofotometro Co­leman Junior II da Perkin Elmer modelo 6/20. 0 metodO' utHizado foi 0 da brucina (STANDARD METHODS, 1976 e METHODS OF CHEMICAL ANALYSES OR WATER AND WASTES, 1974).

- pH - determinado electrometricamente com os medido­res de pH da Metrohrn modelos 605, E580 ou E520.

- Calcio, Magnesio - fmam determinados com urn <~Direct rearling Engineer's LabO'ratory (DR~EL) da Hach. 0 dl­cio e 0 magnesio por titular;ao com EDTA.

4 - RESULTADOS E DISCUSSAO

4.1-pH

Os resultados encontram-se nas Figs. 4 e 5. Como se ve a agua e alcalina variando 0 pH, a superficie, entre 7,3 e 9,6. E de notar ainda 0 aumentO' de pH (em alguns casos da ordem de 1 unidade) na Primavera e Verao.

Tal variar;ao nao ad mira , uma vez que e precisamente nessa altura que a actividade fotossintetica se rnanifesta com maior intensidade na zona euf6tica (RESTITUTO, 1978), resul­tando dai urn maior consumo de dioxido de carbono (A.H.L., 1968) (ou acido carhOnico; ver reacr;ao 1). Nota-se ainda que os valores de pH nO' fundo sao mais baixos. IstO' e devido a decO'mposir;ao de fitoplancton assim como a uma actividade respiratoria intensa (BAUMAN, 1978) resultando assim uma acu.mular;ao de dioxido de carbono (pESSON, 1976).

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Fig, 13 - Variac;:iio da temperatura e do oxigenio dissolvido com a pro­fundidade (1981) .

Fig. 12 -- Varia~ao da temperatura e do oxigeniodissolvido.

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o EST ADO TR()FICO DA LAGOA DAS SETE CIDADES

4.2 - Nitrato

Os resultados encontram-se na Fig. 6. Verifica-se que os teo­res sao mais elevados no Outono e Inverno (Out.-Ahril) do que na Primavera e Verao (Abril-Serembro). Este aumento invernal e provave1mente devido, a drenagem dos compostos azotados dos adubos utilizados nas regi5es agricolas existentes na bacia hidrogrMica (DUBOIS e colab., 1976). Desde 0 mes de Maio as aguas aquecem, as populac;5es fitoplancwnicas crescem (MIL­LERIOUX, 1977) e consomem 0 azoto nitrico das aguas super­ficiais. Nota-se ainda que tanto na Lagoa Azul (comparando a estac;ao de amos trag em perto da vila - A3 - e as restantes) como na Lagoa Verde (comparando a estac;ao per-to da ponte - V4 - cam as restantes) os teores invernais de azoto nitrico sao tanto maiores quanto rna is per to nos encontramos da vila. Localizamos assim a maior fonte da poluic;ao em azoto nitrico nas Lagoas.

Foram ainda determinadas as concentrac;5es superficiais em nitritoscujos valores foram nwos.

4.3 - Fosforo total, F6sfoTo hidrolisavel, Ortojosjatos

Os valores ol:>tidos encontram-se nas Figs. 7 e 8. As determinac;5es dos teores em f6sforo foram obtidas a

partir da agua nao filtrada. Os teores em ortofosfatos sao na sua maioria nulos sendo da ordem dos 0,005-0,01 mg/l quando existentes, razao por que os nao apresentamos.

Os teores em fOsforo hidrolisavel e total apresentam, nova­mens, uns valores mais elevados na estac;ao per to da Penin­sula (A3). Verifica-se, tal como para 0 azoto nitrico urn decres­cimento das concentrac;6es na altura em que aumentam as populac;5es fitoplanct6nicas, ou seja, na Primavera e Verao.

E de notar ainda os valores elevados de fosforo total, cujos teores chegam a atingir (em A3) os 0,12 mg/l muito alem dos

217

J. MEDEIROS. G. FLOnES e F. RIBEIRO

0,02 mg/l estipulados por SAWYER (1947) como a quantidade necessaria para haver florescimento excessivo de algas.

4.4 - Temperaturq e Oxigenio Dissolvido

Os valores determinados encontram-se nas Figs. 9 a 13. Verifica-se que as aguas da superfide aquecem na Prima­

vera e Verao originando nas zonas mais profundas (onde a aCQao dos ventos nao consegue mistura-las) uma estratificaQao tel'mica a partir de Maio-Junho. A temperatura das aguas do hipolimnion e da ordem dos 13-14° C enquanto que 0 epilimnion tern temperaturas que se van elevando ate atingirem os 23-24° C, conforme se pode ver naFig. 13.

Em Outubro as aguas da superficie arrefecem ate alcan­Qarem os 13-14° C, altura em que termina a estratificaQao *.

Verifica-se que durante a estratificaQao termica 0 hipo· limnion fica desprovido de oxigenio. Por outro lado, 0 epilimnion fica sobressaturado devido a intensa produQao de oxiglmio pela fotossintese na zona eufotica. Essa sobressaturaQao chega a atingir os 140 %. Como ja foi referido, estas caracteristicas indicam a exisrencia de aguas muito produtivas, portanto de fraca qualidade.

4.5 - Transpa.rencia, conductividade, calcio e magnesio

Foram determinados por varias vezes na Primavera de 1982. Os valores medios obtidos encontram-se na tabela 1. Ressa·lta 0 valor baixo da transparencia da Lagoa Verde, mos­trando 0 fraco estado das suas aguas.

* Sao Lagoas monomicticas quentes (COLE. 1975).

218

o E8TADO TR6FICO DA LAGOA DAS SETE CIDADES

TABELA 1

Valores medios de varios pardmetros

Va~or medio

Parometro Lagoa Azul I Lagoa Verde

Transparencia (m) Conductividade (p.s) Cilcio (mg/l) Magnesio (mg/l)

5 - CONCLUSOES

(A1)

4,5 B2 2 1,2

I (V1)

.1,0

I 82

_L 2 1.2

Alguns dos parametros analisados mostram que a agua das Sete Cidades em alguns locais (Lado Sul da Lagoa Verde) e de fraca qualidade,

Na realidade, a desoxigena9ao das aguas, a baixa transpa­rencia e os altos teores em f6sforo total, sao indices de eutro­fiza9ao quando comparados com 0 estipulado por SAKAMOTO (VOLLENWEIDER, 1968) ao classificar as aguas dos lagos (tabela 2).

TABELA 2

ClassijicafG.o dos lagos em jun9iio das concentr(1,-9oes de j6sjoro e azoto totais

P Total (mg/l)

N Total (mg/1)

---- - --- - - ---·- --- 1---- --

Oligotr6fico Mesotr6fico Eutr6fico

O,OO2~,020

O,Ol()'{) ,030 O,Ol~,O9O

0,02-0,2 0,1-0,7 O.fr1,3

219

J. MEDEIROS. G. FLORES e F. RIBEIRO

Tal facto nao admira se atendermos it carga de fosforo que entra na Lagoa (Apfmdice A) que se encontra muito pro­ximo do estipulado por VOLLENWEIDER (1974) (Apendice B). Contudo, corn () desaparecimento da «lixeira» da margem da Lagoa Azul (Fig. 3) e natural que a quaUdade das aguas venha a methorar.

Por outr~ lade e ainda necessario determinar varios outros parametros para assim ser possivel 0 controle de qualidade das aguas das Lagoas das Sete Cidade.

Para avaHar 0 estado trofico dum lago e necessario atender as mulUplas interac~6es existentes (ver Fig. 14) e por esta razao determinamos varios parametros mOl'fologicOs, quimicos e fisicos e biologicos assim como a determina~ao das varias fontes de polui~ao.

220

Assim, sera necessario determinar ainda por varios anos:

- parametros quimicos e fisicos

a) conductividade b) alcalinidade c) trans.parencia d) fOsforo total, hidrolisavel e ortofosfatos e) azoto inorganico (soma de nitratos, nitritos e

amonia). f) azoto total

- Caracteristicas biol6gicas

a) clorofila a b) determina~ao do nutriente limitante (0 qual supu­

semos ser 0 fosforo com base em LEE (1973, 1978), ROHLICH (1969), VOLLENWEIDER (1974) MIT­CHELL (1972)

c) ensaios de determinar;ao de algas.

Air

o EST ADO TR6FICO DA LAGOA DAS SETE CIDADES

Nitrogen ions

Witer

wah.r-body

Dissolved. organic matter end particulate organic mltte,

Fig. 14 - Interrela¢es entre a vegeta~o aqllatica e vilrios factores no sell ambiente (retirado de MITCHELL, 1974).

- Caracteristicas da carga de nutrientes

a) fontes pontuais b) fontes nao pontuais c) carga interna (proveniente dos sedimentos. Actual­

mente em estudo),

Contudo, atendendo aos resultados ja obtidos, poder-se-ao come!;ar desde ja a tomar certas precau!;oes. Assim, quando possivel, 0 escwmento das aguas das Lagoas deve sel' l'eali-

221

J. MEDEIROS, G. FLORES e F. RIBEIRO

zado na altura em que as concentra<;:6es de f6sforo e azoto sao mfudmas (antes da Primavera). Por outro lado, seria con­veniente a colbeita das plantas aquaticas nos period os de maior crescimento (Apendice C).

APENDICE A

Cargas de f6sforo

A carga de fOsforo na Lagoa das Sete Cidades e muito dificil de determinar uma vez que nao ba fontes pontuais. Assim tivemos de nos basear nos coeficientes de exporta<;:ao de DILLON e KIRCHNER (VOLLENWEIDER, 1974) para deter­minarmos a carga de f6sforo duma ba-cia bidrog,rafica em que a utiliza<;:ao de terra e principalmente em florestas e pastagens.

FONTE CARGA DE FOSFORO (g/m2 ano-1)

Bacia hidrografica 0,0[,0

C huva 0,0 l.O

Lavaqens de- roup:1 desprezavei (~10~) Campismo 0,002

Pastageln 0,001

222

o ESTADO TRoFICO DA LAGOA DAS SETE CIDADES

APENDICE B

Cargas de fDsforo

A rela!;ao mais utilizada para estabelecer se uma certa carga de fosforo e perigosa ou nao para urn lago, e a de VOLLENWEIDER (1974).

Para a Lagoa das Sete Cidades a profundidade media total e de 18 m (-it).

Por outro lado 0 tempo de residencia ("w), atendendo ao volume (V) (81 X 106 m3

) e ao caudal de escoamento (Q)

(1,8 X 106 m3Iano), e igual a:

V z w = -- = 4{),5 anos

Q

ou seja

Zt / Ow = 0,44 ro/ano

Portanto a partir da figura B1 verifica-se que uma carga anual superior a 0,1 gP jm2 ano nao e ja desejavel.

223

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Fig . B.1 - Relac;oes segundo VOLLENWEIDER entre carga de f6sforo e razao entre a profundidade media e tempo de resid€mcia (reti· rado de RAS. 1978).

AN:.NDICE C

Trotamento dos Lagos

No caso da La·goa das Sete Cidades os unicos processos de tratamenrto aplicaveis, dos mencionados nas ref. LIPTAK (1974), e ROHLICH (1969), sao:

224

a) CONTROLE DA EFICACIA DE NUTRIENTES NO LAGO

- sifonagem das aguas profundas e «lavagem» dum lago (SIKOROWA, 1977)

- destratificac;ao, oxigenaC;ao (HESS, 1974)

o EST ADO TROFICO DA LAGOA DAS SETE CIDADES

- Impedindo troca de substancias nutritivas entre os sedimentos e as a·guas do fundo

Dragagern Isolarnento do fundo por urn fUme de subs­timcias quimicas ou outros materiais.

b) REM09AO DE SINTOMAS DA EUTROFIZAQ.AO

- Controle do nurnero de peixes - Controle das popula!;oes de plantas e algas

impedindo a penetraQao da luz solar controle rnecanico (KOOPMAN, 1978; KOE­GEL, 1978; YOUNT, 1970) contrale quimico (BROWMAN, 1977; COO­KE, 1978) contrale biol6gico.

225

J. MEDEIROS. G. FLORES e F. RIBEIRO

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