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Efeito dos fogos florestais sobre a presença de HAPs na água subterrânea e a hidrofobicidade do solo José Pedro Salgado Guimarães da Silva Mestrado em Ciências e Tecnologias do Ambiente Departamento de Geociências, Ambiente e Ordenamento do Território 2013 Orientador Doutor Jorge Manuel Espinha Marques, Professor auxiliar, Centro de Geologia, Departamento de Geociências, Ambiente e Ordenamento do Território, Faculdade de Ciências da Universidade do Porto Coorientador Doutora Catarina Rodrigues Mansilha, Instituto Nacional Ricardo Jorge, Laboratório de Química e Toxicologia, Unidade de Água e Solo

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Efeito dos fogos

florestais sobre a

presença de HAPs

na água subterrânea

e a hidrofobicidade

do solo

José Pedro Salgado Guimarães da Silva Mestrado em Ciências e Tecnologias do Ambiente

Departamento de Geociências, Ambiente e Ordenamento do Território 2013

Orientador Doutor Jorge Manuel Espinha Marques, Professor auxiliar, Centro de Geologia,

Departamento de Geociências, Ambiente e Ordenamento do Território,

Faculdade de Ciências da Universidade do Porto

Coorientador Doutora Catarina Rodrigues Mansilha, Instituto Nacional Ricardo Jorge,

Laboratório de Química e Toxicologia, Unidade de Água e Solo

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Todas as correções determinadas

pelo júri, e só essas, foram efetuadas.

O Presidente do Júri,

Porto, ______/______/_________

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FCUP Efeito dos fogos florestais sobre a presença de HAPs na água subterrânea e a hidrofobicidade do solo

i

AGRADECIMENTOS

Embora uma tese, seja, por natureza, um trabalho individual, existem diversos contributos

que não podem deixar de ser realçados. Por essa razão, desejo expressar os meus

sinceros agradecimentos:

Ao Professor Doutor Jorge Manuel Espinha Marques, orientador, pela competência

científica e acompanhamento do trabalho, pela disponibilidade, pelas críticas, correções e

sugestões que me ajudaram de forma decisiva a dar forma e conteúdo ao meu trabalho.

À Professora Doutora Catarina Rodrigues Mansilha, co-orientadora, pela análise das

amostras, disponibilidade manifestada e orientação científica, pelas quais sou muito

grato.

À Doutora Alexandra Carvalho pela informação científica que acrescentou valor a estra

tese.

Aos técnicos do ICNF e à sua prestabilidade e simpatia durante as campanhas

efectuadas.

Aos meus pais e irmão, pelo apoio durante todos estes anos, sem eles nada teria sido

possível.

À Mafalda, pelo companheirismo, aconselhamento e paciência demonstradas durante a

escrita deste trabalho.

Aos Professores da FCUP que me acompanharam durante estes dois anos de formação

académica e nunca me fizeram arrepender de ter escolhido esta instituição para progredir

nos meus estudos.

Mais uma vez, a todos os meus sinceros agradecimentos.

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ii

RESUMO

Os fogos florestais exercem mudanças profundas sobre o meio ambiente. A sua

ação destrói coberturas vegetais, favorece a erosão de rochas, mudanças na estrutura e

propriedades do solo e contaminam os recursos hídricos.

Na primeira parte deste estudo é avaliado o efeito dos fogos florestais sobre a

presença de Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HAPs), na água subterrânea em

duas regiões montanhosas localizadas em áreas protegidas do Norte e Centro de

Portugal. Foram encontrados 15 dos 16 HAPs pertencentes à lista de substâncias

prioritárias da US EPA, sendo que, a maioria destes foi encontrado em concentrações

significativamente superiores nas amostras de áreas ardidas em relação às amostras

controlo, indicando contaminação do aquífero. Também foi observada uma

predominância da ocorrência de HAPs mais leves, de 2 a 4 anéis benzénicos, em relação

aos HAPs mais pesados, com 5 a 6 anéis; nos controlos, a presença dos HAPs de maior

peso molecular é quase inexistente, apresentando estes, portanto, um perfil diferente.

Demonstrou-se, assim, a contribuição dos fogos florestais para a contaminação das

águas subterrâneas na hidrofobicidade do solo.

Os fogos florestais podem causar aumento da hidrofobicidade dos solos, erosão,

cheias, fenómenos associados à perda de qualidade das águas naturais

É apresentado um novo protocolo de laboratório para a classificação da

hidrofobicidade de solos e que se poderá tornar numa ferramenta útil, simples e prática

para a modelação do efeito dos fogos florestais sobre o solo. Este método permite a

avaliação da hidrofobicidade do solo diminuindo a influência das variáveis encontradas no

campo e permitido uma comparação entre solos mais correcta.

A comparação deste método com o ensaio do tempo de penetração da gota de

água revelou o mérito deste último para a deteção de solos fortemente hidrofóbicos.

Embora este método forneça menor informação sobre a capacidade de infiltração da

água no solo que o infiltrómetro de mini-disco, poderá ser útil para definir os locais de

colheita de amostras no campo.

Palavras-chave: HAPs, Fogos florestais, Hidrofobicidade do solo, Água subterrânea.

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iii

ABSTRACT

Forest fires exert profound changes on the environment, destroying vegetation

covers, favouring erosion, changes in the structure and properties of the soil and

contaminates water resources.

The first part of this study evaluates the effect of forest fires on the presence of

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in groundwater, studying two mountainous

regions located in protected areas of the north and center of Portugal. Fifteen of the

sixteen PAHs belonging to the list of priority substances U.S. Environmental Protection

Agency were found, most of which were found in significantly higher concentrations in

samples of burned areas compared to control samples, indicating aquifer contamination.

Predominance of occurrence of lighter PAH (2 to 4 benzene rings) over the heavier PAHs

(5 to 6 rings) was also observed. In the control samples, the presence of higher molecular

weight PAHs is almost nonexistent, revealing, therefore, a different profile. Thus, it was

demonstrated the contribution of forest fires to groundwater contamination in soil

hydrophobicity.

Forest fires can cause increased soil hydrophobicity, erosion or floods, phenomena

associated with loss of quality of natural waters

A new laboratory protocol for classification of hydrophobicity of soils is discussed

which could become a useful, simple and practical tool for modeling the effect of forest

fires on the ground. This method allows the assessment of soil hydrophobicity decreasing

the influence of the variables encountered in the field and allowing a more accurate

comparison between soils.

Comparing this method with the penetration time test of the water drop showed the

merits of this latter to detect strongly hydrophobic soils. Although this method provides

less information on the infiltration capacity of the soil than the mini-disk infiltrometer, it

may be useful to define the sampling locations in the field.

Keywords: PAHs, forest fires, soil hydrophobicity, Groundwater.

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iv

ÍNDICE

AGRADECIMENTOS i

RESUMO ii

ABSTRACT iii

LISTA DE FIGURAS vi

LISTA DE TABELAS vii

LISTA DE ABREVIATURAS

ix

1. INTRODUÇÃO 1

1.1 HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS (HAPS) 1

1.1.1 ORIGEM 1

1.1.2 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA 2

1.1.3 DISTRIBUIÇÃO 2

1.1.4 HAPS E CARCINOGÉNESE 3

1.1.5 LEGISLAÇÃO 3

1.2 FOGOS FLORESTAIS 6

1.2.1 FOGOS FLORESTAIS EM PORTUGAL 6

1.3 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO 8

1.4 ZONA NÃO SATURADA 12

1.4.1 MOVIMENTO DE ÁGUA NA ZNS 13

1.5 HIDROFOBICIDADE 15

2 OBJECTIVOS 17

3. METODOLOGIA 18

3.1 EFEITO DOS FOGOS FLORESTAIS SOBRE A PRESENÇA DE HAPS

EM ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

18

3.2 EFEITO DOS FOGOS FLORESTAIS SOBRE A HIDROFOBICIDADE

DOS SOLOS

22

3.2.1 ENSAIO DO TEMPO DE PENETRAÇÃO DA GOTA DE ÁGUA 23

3.2.2 INFILTRÓMETRO DE MINI-DISCO 23

4. CARACTERIZAÇÃO DA AREA DE ESTUDO 25

4.1 PARQUE NATURAL DA SERRA DA ESTRELA (PNSE) 25

4.1.1 CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA E GEOMORFOLÓGICA 25

4.1.2 CLIMA 27

4.1.3 HIDROLOGIA

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v

4.2 PARQUE NACIONAL DA PENEDA-GERÊS 29

4.2.1 CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA E GEOMORFOLÓGICA 29

4.2.2 CLIMA 31

4.2.3 HIDROLOGIA 33

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 34

5.1 EFEITO DOS FOGOS FLORESTAIS SOBRE A PRESENÇA DE HAPs EM

ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

34

5.1.1 PARQUE NACIONAL DA PENEDA-GERÊS E PARQUE NATURAL DA

SERRA DA ESTRELA

34

5.2 EFEITO DOS FOGOS FLORESTAIS SOBRE A HIDROFOBICIDADE DOS

SOLOS

41

5.2.1 ENSAIO DO TEMPO DE PENETRAÇÃO DA GOTA DE ÁGUA 41

5.2.2 INFILTROMETRO DE MINI-DISCO 42

5.2.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS ENSAIOS DE HIDROFOBICIDADE DO

SOLO

43

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS 45

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 46

8. WEBGRAFIA 53

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vi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Fogos em Portugal no período 1980-2012 (a) número de fogos, (b) área ardida (Guido Schmuck 2012)

Figura 2: Diagrama de texturas do solo (adaptado de SSDS 1993).

Figura 3: Ciclo hidrológico, in www.usgs.gov. Figura 4: Localização geográfica do PNSE, adaptado de www.icnf.pt.

Figura 5: Mapa geológico da Serra da Estrela na escala 1/500 000 in (Espinha Marques 2007).

Figura 6: Mapas da região centro norte de Portugal, (a) Precipitação média anual para o período 1959/60 – 1990/91 (b) Temperatura média anual do ar para o período 1995-2010. Extraído do Atlas da Água do Sistema Nacional de Informação de Recursos hídricos, in http://geo.snirh.pt.

Figura 7: Localização geográfica do PNPG, adaptado de www.icnf.pt.

Figura 8: Mapa geológico simplificado, elaborado a partir da carta geológica do PNPG à escala 1/50 000, coord. A. Moreira, 1984, IGM, in www.dct.uminho.pt.

Figura 9: Mapas da região Norte de Portugal, (a) Precipitação média anual 1959/60 – 1990/91 (b) Temperatura média anual. Extraído do Atlas da Água do Sistema Nacional de Informação de Recursos hídricos, in http://geo.snirh.pt.

Figura 10: Localização geográfica dos pontos amostrados (a) Pontos de Amostragem de água no PNPG. Imagem de Maio de 2004 (b) Pontos de Amostragem de água no PNSE. Imagem de Junho de 2012; in Google Earth.

Figura 11: (a) frasco de vidro utilizado no armazenamento das amostras de água (b) medição dos parâmetros físico-químicos da água.

Figura 12: Cromatrógrafo gasoso com espectrómetro de massa acoplado, Shimatzu, modelo QP2010.

Figura 13: Amostras de solo depois da secagem na estufa.

Figura 14: Infiltrómetro de Mini-disco, modificado de www.decagon.com.

Figura 15: Cromatogramas de duas amostras, (a) Fonte do Covão do Boi, (b) Fonte da Jonja.

Figura 16: Concentração média de HAPs (frações individuais) obtidas em áreas afectadas por fogos e áreas não afectadas por fogos no PNSE e no PNPG (campanhas de 2011 e 2013).

Figura 17: Comparação entre as concentrações médias dos HAPs segundo o número de anéis benzénicos nas amostras de áreas ardidas e nas amostras de áreas não ardidas da primeira e segunda campanha.

Figura 18: Ensaio do tempo de penetração da gota na amostra da Fonte da Saibreira – Horizonte A.

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vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Caracterização dos HAPs prioritários pela IARC, ATSDR e legislação

Portuguesa; (Moreira et al. 2010)a, imagens de Sigma Aldrichb, (Connor et al. 2012)c,

(ATSDR 2011)d, DL 103/20105.

Tabela 2: Número de fogos rurais e a área ardida no Parque Nacional da Peneda-Gerês

e no Parque Natural da Serra da Estrela no periodo 1993-2010 (ICN 2003, ICNB 2007,

ICNB 2008, ICNB 2010).

Tabela 3: Sistema de classes granulométricas definidas pela SSDS em 1993.

Tabela 4: Classes de permeabilidade do solo segundo SSDS 1993.

Tabela 5: Classificação do ensaio do tempo de penetração da gota de água segundo

Bisdom et al.1993.

Tabela 6: Valores de pH, condutividade eléctrica e temperatura da água medidos nas

campanhas de 2012 e 2013 no PNPG.

Tabela 7: Valores de pH da água medidos nas campanhas de 2011, 2012 e 2013 no

PNSE; os valores anteriores a 2013 de Carvalho (2013).

Tabela 8: Valores de condutividade eléctrica da água medidos nas campanhas de 2011,

2012 e 2013 no PNSE; os valores anteriores a 2013 de Carvalho (2013).

Tabela 9: Valores de temperatura da água medidos nas campanhas de 201, 2012 e 2013

no PNSE; os valores anteriores a 2013 foram retirados de Carvalho (2013).

Tabela 10: Concentração de HAPs nas águas subterrâneas amostradas no PNPG

(valores em concentrações superiores ao limite de quantificação do aparelho).

Tabela 11: Concentração de HAPs nas águas subterrâneas amostradas no PNSE

(valores em concentrações superiores ao limite de quantificação do aparelho). Os valores

de 2011 de Carvalho (2013)

Tabela 12: Tempos obtidos nos ensaios do tempo de penetração da gota das amostras

de solo recolhidas no PNSE e respectivas classificações segundo Bisdom et al. 1993.

Tabela 13: Resultados dos ensaios de infiltrómetro de mini-disco e respectiva

classificação segundo Robichaud (2008).

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viii

Tabela 14: Condutividade hidráulica das amostras de solo calculada através dos ensaios

de infiltrómetro de mini-disco e respectiva classificação segundo SSDS (1993).

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ix

ABREVIATURAS

A - área da secção atravessada

Ace - acenafteno

Aci - acenaftileno

AEA - Agência Europeia do Ambiente

Ant - Antraceno

ATSDR - Toxic Substances and Disease Registry

BaA - benzo(a)antraceno

BaP - benzo(a)pireno

BbF - benzo(b)fluoranteno

BghiP - benzo(g,h,i)perileno

BkF - benzo(k)fluoranteno

Cri - criseno

DahA - dibenzo(a,h)antraceno

DL – Decreto-lei

FAO - Organização para a Alimentação e Agricultura

Fen - fenantreno

Fl - fluoreno

Ft - fluoranteno

ha - pressão de entrada de ar

HAPs - Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos

i -gradiente hidráulico

IARC - International Agency for Research on Cancer

ICN – Instituto da Conservação da Natureza

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x

ICNB – Instituto da Conservação da Natureza e da Biodiversidade

ICNF – Instituto da Conservação da Natureza e das Florestas

Ind - indeno(1,2,3-cd)pireno

INSA - Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge

K - condutividade hidráulica

Ks - condutividade hidráulica de um meio saturado

Naf - naftaleno

NQA - Normas de qualidade ambiental

OMS - Organização Mundial de Saúde

Pir - pireno

PNPG - Parque Nacional da Peneda-Gerês

PNSE - Parque Natural da Serra da Estrela

Q - caudal

SSDS - Soil Survey Division Staff

US EPA - United States Environmental Protection Agency

ZNS - Zona não saturada

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1

1. INTRODUÇÃO

1.1 HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS (HAPs)

1.1.1 ORIGEM

Os Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (HAPs) foram primeiramente

isolados do alcatrão de hulha, um derivado da carbonização a 1000-2300 °C do carvão

betuminoso. A sua formação está associada a fenómenos de pirólise, condensação

intermolecular ou como resultado de reações de ciclização, especialmente em

condições de baixa pressão de oxigénio e em temperaturas de 660-740 °C (Luch e

Baird 2010).

Os HAPs podem ter origem em processos naturais como a combustão de

biomassa, erupções vulcânicas e diagénese (Wang et al. 2007) ou, na maior parte dos

casos, no decurso da ação humana, como consequência da combustão incompleta de

material orgânico (madeira, carvão, petróleo e derivados), de processos industriais,

como a sinterização do aço, e no derramamento de combustíveis líquidos (Wang et al.

2007, Mostert et al. 2010).

1.1.2 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA

Os HAPs, são uma classe de compostos químicos orgânicos tóxicos de

distribuição ubíqua no ambiente, pertencentes ao grupo dos contaminantes orgânicos

persistentes (Vinggaard et al. 2000, Arruti et al. 2012). São compostos de carbono e

hidrogénio com dois ou mais anéis aromáticos fundidos, numa configuração linear ou

angular (Srogi 2007, Mostert et al. 2010). Os HAPs podem conter subestruturas não

aromáticas como pontes de etileno, como no caso do 3-metilocolantreno (3-MC) ou

anéis pentacíclicos como os que estão presentes no benzo(b)fluoranteno (BbF).

Exibem comportamento lipofílico, diminuindo a solubilidade com o aumento do número

de anéis. São quimicamente inertes e apresentam pontos de fusão e ebulição

elevados. Existem, maioritariamente, sob a forma planar, podendo existir, também, em

versão tridimensional, distorção que afecta as suas propriedades. Alguns HAPs

exibem elevada fotossensibilidade (Luch e Baird 2010).

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2

A tabela 1 apresenta informação sobre a fórmula química, peso molecular,

solubilidade em água, pressão de vapor e estrutura química de alguns dos HAPs mais

representativos.

Os HAPs são sempre emitidos como uma mistura: em processos a temperaturas

baixas, é favorecida a formação de HAPs de baixo peso molecular, enquanto

temperaturas altas formam, preferencialmente, HAPs de alto peso molecular

(Tobiszewski e Namieśnik 2012). Embora o número de diferentes HAPs que possa ser

formado seja teoricamente quase ilimitado, os perfis emitidos, geralmente, não variam

muito quando são mantidas minimamente as condições de decomposição variando

apenas o material inicial. Este vai influenciar as diferentes quantidades de HAPs

formadas. A temperatura é o factor mais determinante sobre os perfis de HAPs

emitidos. Os alquil-HAPs são formados por diagénese, sob temperaturas de 150-200

°C enquanto temperaturas mais elevadas, superiores a 1000 °C, favorecem a génese

de HAPs não substituídos (Luch e Baird 2010).

1.1.3 DISTRIBUIÇÃO

Uma vez na atmosfera, o destino dos HAPs é determinado pelas suas

propriedades físico-químicas; os HAPs de menor peso molecular tendem a manter-se,

inicialmente, na fase gasosa, enquanto os de maior peso molecular apresentam uma

maior propensão a ser rapidamente adsorvidos a partículas e acumular em

sedimentos (Srogi 2007). Eventualmente, os HAPs, depositam-se no solo, ficando

adsorvidos fortemente a este devido ao seu grande coeficiente de partição octanol/ar e

baixa pressão de vapor, possibilitando que seja utilizado como indicador da poluição

atmosférica (Wang et al. 2007, Mostert et al. 2010).

Os HAPs entram no ciclo hidrológico através da precipitação, por lixiviação do

solo ou solubilização de HAPs atmosféricos, deposição de partículas atmosféricas,

escorrimentos e descargas industriais ou urbanas (ATSDR 1995).

As maiores concentrações de HAPs atmosféricos são encontradas junto aos

centros urbanos devido ao aumento do número de veículos em trânsito e à fraca

dispersão dos poluentes atmosféricos (Caricchia et al. 1999), e os valores mais

elevados de HAPs são encontrados durante o Inverno (Garban et al. 2002, Arruti et al.

2012). Por oposição, existem descrições de valores menos expressivos em zonas

rurais ou florestais sob temperaturas temperadas (Garban et al. 2002) .

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3

1.1.4 HAPs E CARCINOGÉNESE

A carcinogénese humana é um dos resultados possíveis da complexa cadeia de

reações que ocorrem entre os factores endógenos e os ambientais, sob a influência da

expressão genética (Kyrtopoulos 2006). Estas interações sucedem-se durante todo o

ciclo de vida humano, sendo que, os factores exógenos, ou ambientais, ocupam o

papel predominante no resultado final. No cancro colo-rectal, os factores de risco

explicam 70-85% da variação da incidência numa população; no cancro do pulmão, os

valores ascendem a 80-90%. (Marchand 2005). É de notar, também, que é comum

indivíduos similarmente expostos não serem afectados da mesma forma, pois não

exibem a mesma resposta biológica.

Todos os agentes, físicos, biológicos ou químicos que, em determinadas

condições de exposição, aumentam a ocorrência de neoplasias em organismos (em

relação aos controlos), são considerados carcinogénicos. Estes agentes podem

apresentar actividade genotóxica (directa ou indirecta), não genotóxica (se alterarem a

diferenciação, crescimento e morte celular) e imunossupressiva (Naito et al. 2010).

A Agência Europeia do Ambiente (AEA) e a sua congénere dos Estados Unidos,

a Agência de Protecção do Ambiente (US EPA, do inglês United States Environmental

Protection Agency), consideram os HAPs um dos grupos de poluentes prioritários por

apresentarem propriedades carcinogénicas, mutagénicas e imuno-tóxicas (Vinggaard

et al. 2000, Srogi 2007, Wang et al. 2007).

1.1.5 LEGISLAÇÃO

A US EPA através da Agência para as substâncias tóxicas e o registo de

doenças (ATSDR, do inglês Agency for Toxic Substances and Disease Registry),

publica bienalmente uma lista de substâncias prioritárias baseada na frequência de

ocorrência, toxicidade e no potencial para a exposição humana, na qual estão

incluídos 16 HAPs prioritários. Os 7 HAPs classificados como prováveis

carcinogénicos são o benzo(k)fluoranteno (BkF), benzo(b)fluoranteno (BbF), o

benzo(a)pireno (BaP), o benzo(a)antraceno (BaA), criseno (Cri), o

dibenzo(a,h)antraceno (DahA) e o indeno(1,2,3-cd)pireno (Ind). Estão classificados

como poluentes prioritários 9 HAPs, o naftaleno (Naf), antraceno (Ant), fluoreno (Fl),

fluoranteno (Ft), acenaftileno (Aci), acenafteno (Ace), fenantreno (Fen), pireno (Pir) e

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FCUP Efeito dos fogos florestais sobre a presença de HAPs na água subterrânea e a hidrofobicidade do solo

4

benzo(g,h,i)perileno (BghiP) (Mostert et al. 2010, ATSDR 2011). O BaP é utilizado

como indicador de HAPs carcinogénicos (Luch e Baird 2010). Na última lista

publicada, datada de 2011, o conjunto dos HPA’s ocupa a posição 9 da lista das

substâncias prioritárias, o benzo(a)pireno a oitava posição e o benzo(b)fluoranteno a

décima.

A Organização Mundial de Saúde (OMS), através da Agência Internacional de

Pesquisa sobre o Cancro (IARC, do inglês International Agency for Research on

Cancer) disponibiliza, por sua vez, uma classificação de vários agentes seleccionados

por existir prova de exposição humana, provas da sua carcinogenicidade, ou indícios

da mesma. Na última versão publicada, datada de Abril de 2013, são apresentados 5

grupos distintos (tabela 1): Carcinogénicos Humanos (Grupo 1), Prováveis

Carcinogénicos Humanos (Grupo 2A), Possíveis Carcinogénicos Humanos (Grupo

2B), Não classificáveis em relação à sua Carcinogenicidade para Humanos (Grupo 3)

e Provavelmente não Carcinogénicos Humanos (Grupo 4) (IARC 2013).

Em Portugal, o Decreto-Lei n.º 103/2010 estabelece normas de qualidade

ambiental (NQA) para as substâncias prioritárias e para outros poluentes, tendo em

vista assegurar a redução gradual da poluição provocada por estas substâncias e

alcançar o bom estado das águas superficiais. Neste Decreto, vários HAPs são

classificados como substâncias prioritárias ou substâncias prioritárias perigosas.

A tabela 1 sumariza as várias classificações dos HAPs pelas instituições

supracitadas.

No que respeita à qualidade da água para consumo humano, o Decreto-Lei

n.°306/2007 transcreve para a constituição portuguesa a Directiva 98/83/CE do

Conselho Europeu. Neste Decreto é estabelecido o valor de 0,10 µg/L para a soma

das concentrações de BbF, BkF, BghiP e Ind e 0,010 µg/L para o BaP.

Na Directiva 2004/107/EC, a Comissão Europeia estabeleceu, como valor-alvo

de concentração de BaP, 1ng/m3 (MP10) com o objectivo de evitar, prevenir ou limitar

os seus efeitos nocivos. No mesmo documento é proposta a monitorização do BaA,

BbF, benzo(j)fluoranteno (BjF), BkF, Ind e DahA. O controlo da exposição de

organismos aos HAPs pode ser determinado pela análise do solo, água, ar e pelo

recurso a biomarcadores (Kyrtopoulos 2006, Srogi 2007).

A tabela 1 apresenta as classificações da IARC, ATSDR e da lei Portuguesa

para os 16 HAPs prioritários segundo a US EPA.

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Tabela 1: Caracterização dos HAPs prioritários pela IARC, ATSDR e legislação Portuguesa.

Substância química Fórmula

Química

Peso Molecular

(gmol-1)a

Solubilidade

(mg/L)a

Pressão de vapor

(mm/Hg)a

Estrutura Químicab

Classificação

IARCc ATSDR

d Decreto-Lei n.°103/2010

e

Acenafteno C12H10 154,21 3,8 3,75E-03

3 168 Não listado

Acenaftileno C12H8 152,20 16,1 2,90E-02

- 342 Não listado

Antraceno C14H10 178,23 0,045 2,55E-05

3 306 Substância perigosa prioritária

Benzo(a)antraceno C18H12 228,29 0,011 1,54E-07

2B 37 Não listado

Benzo(a)pireno C20H12 252,32 0,0038 4,89E-09

1 8 Substância perigosa prioritária

Benzo(b)fluoranteno C20H12 252,32 0,0015 8,06E-08

2B 10 Substância perigosa prioritária

Benzo(g,h,i)perileno C22H12 276,34 0,00026 1,00E-10

3 320 Substância perigosa prioritária

Benzo(k)fluoranteno C20H12 252,32 0,0008 9,59E-11

2B 61 Substância perigosa prioritária

Criseno C18H12 228,29 0,0015 7,80E-09

2B 142 Não listado

Dibenzo(a,h)antraceno C22H14 278,35 0,0005 2,10E-11

2A 15 Não listado

Fenantreno C14H10 178,23 1,1 6,80E-04

3 246 Não listado

Fluoranteno C16H10 202,26 0,26 8,13E-06

3 133 Substância prioritária

Fluoreno C13H10 166,22 1,9 3,24E-03

3 296 Não listado

Indeno(1,2,3-cd)pireno C22H12 276,34 0,062 1,4E-10

2B 173 Substância perigosa prioritária

Naftaleno C10H8 128,17 31 8,89E-02

2B 80 Substância prioritária

Pireno C16H10 202,26 0,132 4,25E-06

3 253 Não listado

Grupo 1 - Carcinogénicos Humanos; Grupo 2A - Prováveis Carcinogénicos Humanos; Grupo 2B - Possíveis Carcinogénicos Humanos; Grupo 3 - Não classificáveis em relação à sua Carcinogenicidade para

Humanos; Grupo 4 Provavelmente não Carcinogénicos Humanos.

Moreira et al. 2010a, imagens de Sigma Aldrich

b, Connor et al. 2012

c, ATSDR 2011

d (posição na lista de agentes), DL 103/2010

e.

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1.2 FOGOS FLORESTAIS

Os fogos florestais, independentemente da sua origem, constituem um problema de

grande relevo na sociedade actual pois a sua ação pode causar consequências graves

directas e indirectas na saúde humana, economia e ambiente.

Os fogos florestais remontam ao final da época do Devónico Superior, acompanhados

pelo aparecimento das plantas gimnospérmicas há 360 milhões de anos. A ignição e a

intensidade da combustão dependem da quantidade, tipo e humidade da biomassa

combustível disponível, temperatura e humidade do ar, velocidade do vento e topografia da

área ardida. A forma como as propriedades do solo vão ser afectadas vai depender da

intensidade e duração do fogo. A intensidade refere-se à taxa a que este produz energia

térmica; a duração diz respeito ao tempo que o fogo passa num sítio. É de notar que existe

pouca penetração de calor no solo em fogos de grande intensidade mas rápidos. O calor

penetra mais rapidamente em solos húmidos, embora a temperatura estabilize, depois, nos

95 ºC até à vaporização completa da água (Certini 2005). O transporte de calor através de

um solo envolve dois factores: a condução do calor (processo dominante) e transferência do

calor latente pela evapotranspiração e condensação da água contida nos poros do solo

(Ford 2008).

Os fogos florestais estão associados à hidrofobicidade dos solos, produção de

poluentes, erosão, deslizamento de terras, cheias. Fenómenos que podem comprometer a

qualidade das águas naturais (Lemieux 2002, Robichaud et al. 2008, Smith et al. 2011, Stine

2013).

1.2.1 FOGOS FLORESTAIS EM PORTUGAL

Portugal é o país da Europa do Sul com maior densidade de ignições de fogos, que

têm aumentado nos últimos anos (Moreira et al. 2010). Em 2011, a área ardida totalizou os

73 813 ha, divididos por 25 221 fogos, que, na sua grande maioria, não chegaram ao

hectare de área ardida. Na maior parte dos casos, foi consumida, principalmente, mata

rasteira (73%); nas restantes ocorrências, foram afectadas, sobretudo populações de

pinheiro-bravo (Pinus pinaster), Eucalipto (Eucalyptus globulus) e de Carvalho (Quercus

spp.). Os fogos florestais concentraram-se nos distritos de Porto, Braga, Viana do Castelo,

Vila Real, Viseu e Aveiro, onde se deram 74% dos fogos registados. Actualmente, apenas

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uma pequena parte dos fogos florestais resulta de causas naturais, sendo a actividade

humana responsável pela maioria deles (González-Pérez et al. 2004). Segundo a Guarda

Nacional Republicana, nos fogos florestais investigados, 43% foram considerados

intencionais e 56% consequência de acidentes ou negligência. Deste último grupo, a maior

parte está ligada a actividades ligadas à pastorícia ou agricultura (Guido-Schmuck et al.

2012). Nas áreas protegidas nacionais, a migração da população que, consigo, provoca o

abandono de profissões e práticas de uso tradicional da terra que evitavam a acumulação

de combustíveis associado a grandes áreas de ocupação do solo com florestas e

matos/incultos, são comuns às áreas protegidas mais afectadas (ICNB 2007).

A análise dos fogos florestais em Portugal nos últimos 32 anos revela uma tendência

para o aumento do número total de fogos mas uma diminuição da área ardida como é

possível observar na figura 1 (Guido-Schmuck et al. 2012).

(a)

(b)

Figura 1: Fogos em Portugal no período 1980-20112 (a) número de fogos, (b) área ardida Schmuck 2012).

O Parque Natural da Serra da Estrela (PNSE) é a zona natural portuguesa mais

propensa a ignições actualmente (ICNB 2008, Connor et al. 2012) (ICNB 2003, 2007, 2008,

2010). A tabela 2 sumariza número de fogos rurais e a área ardida no Parque Nacional da

Peneda Gerês (PNPG) e no PNSE.

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Tabela 2: Número de fogos rurais e a área ardida no Parque Nacional da Peneda-Gerês e no Parque Natural da Serra da

Estrela no período 1993-2010 (ICN 2003, ICNB 2007, ICNB 2008, ICNB 2010).

Parque Nacional da Peneda-Gerês

(69592,50 ha)

Parque Natural da Serra da Estrela

(99478,05 ha)

Ano Número de fogos

rurais

Área ardida

(ha)

Área ardida

(%)

Número de fogos

rurais

Área ardida

(ha)

Área ardida

(%)

1993 39 430,60 0,62 44 605,00 0,61

1994 55 165,11 0,24 57 2609,00 2,62

1995 106 799,80 1,15 36 4999,50 5,03

1996 81 1276,86 1,83 65 1930,00 1,94

1997 56 188,80 0,27 182 737,50 0,74

1998 126 1732,00 2,49 522 6815,00 6,85

1999 75 302,24 0,43 197 713,00 0,72

2000 101 1298,37 1,87 257 7796,00 7,84

2001 96 688,15 0,99 252 8527,00 8,57

2002 68 1887,95 2,71 205 2178,00 2,19

2003 34 243,31 0,35 166 9358,00 9,41

2004 123 469,68 0,67 77 273,00 0,27

2005 98 1043,00 1,50 216 11452,00 11,51

2006 85 6058,96 8,71 138 815,00 0,82

2007 121 1362,00 1,96 112 215,00 0,22

2008 44 238,00 0,34 103 589,00 0,59

2009 191 4273,00 6,14 96 1055,00 1,06

2010 34 9226,60 13,26 82 5706,00 5,74

1.3 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO

A primeira definição de solo, descrevia-o simplesmente como um meio para o

crescimento vegetal (Bockheim et al. 2005). Uma definição mais recente define o solo como

material originário da crusta terrestre, fragmentado e meteorizado, formado por

desintegração, decomposição e recomposição de material mineral através de processos

físicos, químicos e biológicos (Hillel 2004).

A Organização para a Alimentação e Agricultura (FAO), por sua vez, apresentou, em

2006, uma definição de solo mais abrangente referindo-se ao solo como “qualquer material

situado a menos de dois metros de profundidade e que esteja em contacto com a atmosfera,

exceptuando os organismos vivos, as áreas de gelo contínuo não cobertas por outros

materiais e os corpos de água com mais de 2 m de profundidade”. Com esta publicação, a

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9

FAO apresenta uma classificação onde são incluídas zonas tradicionalmente excluídas dos

manuais pedológicos, como os afloramentos rochosos, pavimentos de origem antrópica,

solos de grutas e solos subaquáticos (FAO 2006a).

Se for escavado um solo, serão encontradas diferentes camadas, com diferentes

características que geológicas, químicas, físicas e biológicas. Estas camadas estão

organizadas verticalmente e são designadas horizontes; a sucessão das diferentes camadas

constitui o perfil do solo. Os horizontes principais são o H, O, A, E, B, C e R (Jenny 1941,

SSDS 1993, FAO 2006a, FAO 2006b):

- Horizonte H, dominado por matéria orgânica (não decomposta ou parcialmente

decomposta). Todos os horizontes deste tipo encontram-se saturados com água durante

períodos longos ou, então, foram drenados artificialmente.

- Horizonte O, dominado por matéria orgânica (não decomposta ou parcialmente

decomposta) mas não saturados com água durante períodos prolongados. A fração mineral

é, geralmente, inferior a metade do peso total do solo.

- Horizonte A, que se forma à superfície do solo ou abaixo de um horizonte O. É um

horizonte mineral cuja estrutura petrográfica se encontram maioritariamente destruída.

Caracteriza-se por acumulações de matéria orgânica humificada e não apresenta atributos

dos Horizontes E e B. Inclui-se nesta designação as alterações ao solo derivadas de

actividades ligadas à agricultura ou criação de animais. É conhecido também como

horizonte eluvial.

- Horizonte E, horizonte mineral, com pouca ou nenhuma estrutura petrográfica,

caracterizado pela concentração de areia e silte, produzido pela perda de argilas silicatadas

e compostos de ferro e alumínio, ou uma combinação destes, por eluviação.

- Horizonte B, caracterizado, principalmente, por apresentar argilas silicatadas, compostos

de ferro e alumínio, húmus, carbonatos, gesso, sílica e resíduos de sexquióxidos, por ser

frágil e não apresentar estrutura petrográfica. Forma-se sob um horizonte A, E, O ou H. É

conhecido também como horizonte iluvial.

- Horizonte C, caracterizado por praticamente não apresentar sinais de processos

pedogénicos, assim como características dos horizontes H, O, A, E e B. É um horizonte

fundamentalmente mineral, com a exceção de camadas siliciosas ou calcárias. É o material

a partir do qual é originado o solo.

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10

- Horizonte R, composto por rocha coerente e dura, cuja escavação manual não é possível.

Pode apresentar fissuras que possibilitem algum crescimento radicular.

A textura refere-se à proporção relativa das frações de argila, silte ou areia no solo,

que se diferenciam entre si pelo tamanho de suas partículas. A textura influencia a

quantidade de ar e água que um solo pode conter e a velocidade com que a água se pode

mover pelo solo. Para a determinação da textura de um solo recorre-se apenas às partículas

minerais pertencentes a classes granulométricas (figura 2) com dimensão inferior a 2 mm, a

areia, silte (ou limo) e argila (SSDS 1993, FAO 2006a).

Tabela 3: Sistema de classes granulométricas definidas pela SSDS em 1993.

A tabela 3 apresenta as diferentes classes granulométricas definidas pela Soil Survey

Division Staff do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos da América (SSDS

1993).

Classe granulométrica Diâmetro (mm)

Argila < 0,002

Silte 0,002-0,05

Areia muito fina 0,05-0,10

Areia fina 0,10-0,25

Areia média 0,25-0,50

Areia grossa 0,50-1,0

Areia muito grossa 1,0-2,0

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11

Figura 2: Diagrama de texturas do solo (adaptado de SSDS 1993).

A estrutura do solo refere-se à organização natural das partículas individuais de areia,

silte e argila segundo processos pedogenéticos e que resulta na formação de agregados. Os

agregados encontram-se separados, uns dos outros, por poros ou espaços vazios, e podem

ser descritos em classes, tamanhos e tipo. Os agregados podem ocorrer em diferentes

padrões, resultando em diferentes estruturas de solo, com diferentes propriedades,

nomeadamente no que diz respeitou à circulação da água (FAO 2006b).

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12

1.4 ZONA NÃO SATURADA (ZNS)

A água é um dos recursos mais importantes do planeta Terra. Sem ela não existiria

vida. O abastecimento fiável de água doce já foi o principal motor para o desenvolvimento

de civilizações, ou a sua ruína, quando falhava. Actualmente continuamos dependentes de

fontes baratas, acessíveis e limpas para o nosso uso diário e para alimentar a indústria. A

água encontra-se distribuída sob várias formas: salgada nos oceanos, glaciares calotas

polares, subterrânea, superficial, humidade dos solos e atmosférica. Apenas uma pequena

percentagem do total do planeta (<3%) encontra-se sob a forma de água doce, própria para

consumo humano. Desta, a grande maioria, é água subterrânea, que suplanta largamente o

volume das águas doces superficiais e menos vulnerável à poluição (p.e. Fetter 2001, Fitts

2002). Existe circulação constante entre estes diversos tipos de água, no que é designado o

Ciclo Hidrológico ou Ciclo da Água (figura 3). Este pode ser descrito como a circulação

contínua, sem começo ou final, de água evaporada dos oceanos para a atmosfera e da

atmosfera para os oceanos via precipitação, escorrimento superficial ou fluxo de águas

subterrâneas. Por conveniência, este ciclo é descrito, muitas vezes a partir da evaporação

de água da superfície dos oceanos sob a influência de radiação solar. O vapor de água

formado pela exposição vai condensar eventualmente sobre as condições atmosféricas

certas e precipitar sobre os continentes ou oceanos ou re-evaporar. A água que tem como

destino os continentes pode ficar armazenada temporariamente sob a forma de gelo, neve

ou reservatórios de água de várias dimensões, sofrer drenagem sobre o terreno segundo

canais ou cursos ou infiltrar-se no solo. A transferência da água da superfície para a fase

subterrânea do ciclo hidrológico é assegurada pela zona não saturada (p.e. Fetter 2001,

Fitts 2002, Hillel 2004).

A ZNS, também designada zona de aeração ou zona vadosa, está localizada na zona

mais superficial da crusta terrestre, ocupando a zona entre a superfície topográfica e a

superfície freática (p.e. Fetter 2001, Dingman 2002, Fitts 2002). A ZNS desempenha um

papel importante na qualidade e quantidade das águas subterrâneas, pois as suas

características físicas, químicas e biológicas vão ter um grande efeito sobre a infiltração de

água e a recarga e contaminação dos aquíferos. A ZNS apresenta três zonas: a subzona

superior estende-se da superfície topográfica ao limite inferior do sistema radicular das

plantas e, apresenta entrada de água via infiltração e saída por evapotranspiração ou

drenagem gravítica; no nível inferior, a subzona intermédia, com entrada de água por

percolação e saída por drenagem gravítica; e a franja capilar, localizada entre a subzona

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intermédia e a superfície freática, onde a água ascende por capilaridade. A espessura

destas subzonas pode ser quase inexistente ou apresentar valores de metros ou dezenas

de metros (Espinha Marques 2007, Espinha Marques et al. 2007).

Figura 3: Ciclo hidrológico, in www.usgs.gov.

1.4.1 MOVIMENTO DE ÁGUA NA ZNS

Qualquer objecto livre tende a movimentar-se espontaneamente de um estado de

energia potencial superior para um estado de energia potencial inferior. A água não constitui

uma exceção. O potencial total da água corresponde à soma de outros três potenciais: o

Potencial gravítico (ψg), dependente da localização em relação ao campo gravítico terrestre;

o Potencial osmótico (ψo), subordinado à concentração e espécies de iões dissolvidos; e o

Potencial de pressão (ψp), que representa as restantes pressões às quais o corpo de água

está sujeito, substituído pelo Potencial Matricial (ψm) em solos não saturados (Hillel 2004).

Imaginemos um solo junto a um reservatório de água. Quando o solo se encontra saturado e

a água presente está a uma pressão hidroestática superior à pressão atmosférica, a energia

potencial pode ser superior à energia potencial do estado de referência. Neste caso, a

energia potencial é positiva e a água tende a mover-se do solo para um reservatório à

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14

pressão atmosférica. Se, pelo contrário, o solo não se encontrar saturado, a água vai

movimentar-se espontaneamente do reservatório para o solo, sendo, neste caso negativa a

energia potencial do solo.

O deslocamento, propriamente dito, porém, apenas se dá quando a diferença entre as

pressões hidrostática e atmosférica excede um valor crítico designada por pressão de

entrada de ar (ha). Uma vez atingida esta pressão, a água é drenada, sendo este processo

iniciado pelos poros de maior dimensão e posteriormente poros de menor dimensão à

medida que aumenta a pressão de entrada de ar e diminui o potencial matricial (Hillel 2004).

O primeiro avanço no estudo do movimento da água no solo foi feito por um

engenheiro francês, Henry Darcy, em 1855. Darcy descobriu a relação matemática que

descreve o movimento da água subterrânea através de um meio poroso ou o movimento de

outros fluidos por um material permeável. A capacidade de um meio poroso de transmitir um

fluido designa-se por condutividade hidráulica (K). A condutividade hidráulica de um meio

saturado (Ks) é função do caudal que atravessa o meio poroso (Q), da área da secção

atravessada (A) e do gradiente hidráulico (i) segundo a seguinte expressão.

A condutividade hidráulica num solo natural é condicionada por factores como buracos

feito por raízes ou animais, fissuras ou a estabilidade dos agregados do solo. A textura de

um solo influencia principalmente a condutividade hidráulica de solos perturbados

antropicamente: num solo natural pode variar entre os 30 m/dia num solo franco-argilo-

siltoso e os 0,05 m/dia num solo argiloso, enquanto num solo perturbado pode variar entre

os 600 m/dia em areia grossa e os 0 02 m/dia em silte e argila (Kirkham 2004).

A SSDS (1993), propôs uma classificação de solos em relação à sua permeabilidade,

a qual é apresentada na tabela 4.

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15

Tabela 4: Classes de permeabilidade do solo segundo SSDS 1993.

Para medir a condutividade hidráulica no campo, pode ser utilizado um infiltrómetro de

mini-disco (minidisk infiltrometer da Decagon devices), um tubo de plástico graduado com

uma rolha de borracha e um tubo de sucção ajustável no seu topo e um disco de aço

sinterizado no lado oposto. Como a taxa de infiltração da água num solo varia com o tipo de

solo, o tubo de sucção ajustável permite que a água seja posta sob a tensão desejada, entre

0,5 e 7 cm, e permitir uma medição do volume por tempo adequada (Decagon 2007). Um

manual de campo é fornecido nos anexos.

1.5 HIDROFOBICIDADE

A hidrofobicidade num solo pode resultar do revestimento deste por compostos

hidrofóbicos libertados de acumulações de matéria orgânica, produtos resultantes do

metabolismo microbiano, pela presença de fungos ou por fogos (DeBano 2000). Os fogos

actuam em duas fases distintas: primeiro retiram ao solo a cobertura vegetal que apresenta

funções de proteção contra o impacto directo da água e armazenamento desta; depois

volatizam os compostos hidrofóbicos presentes, sendo que parte deles são incorporados no

perfil do solo, formando condições hidrofóbicas (Debano et al. 1976, DeBano 2000). Estas,

são consideradas um factor de risco que contribui grandemente para o aumento do

escorrimento superficial e da susceptibilidade à erosão (DeBano 2000, Shakesby e Doerr

2006). A hidrofobicidade de um solo é geralmente temporária, desaparecendo durante

períodos prolongados de humedecimento, apresentando, assim variações sazonais

Classe Ks (cm/h)

Muito alta > 36,0

Alta 3.6 – 36,0

Moderadamente alta 0,36 – 3,6

Moderadamente baixa 0,036 – 0,36

Baixa 0,0036 – 0,036

Muito Baixa < 0,0036

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16

(Shakesby et al. 2000, Keizer et al. 2008). A mistura de solo com características não

hidrofóbicas com solo com características hidrofóbicas resultante, por exemplo, de

actividades agrícolas, diminui o nível geral de hidrofobicidade do solo a curto prazo (Keizer,

Doerr et al. 2008).

A hidrofobicidade de um solo pode ser facilmente avaliada num laboratório colocando

uma gota de água sobre a superfície de um solo previamente colhido e seco. Se a gota não

for absorvida de imediato (solo hidrofílico), a tensão de superfície do solo suplanta a da

gota. A tensão de superfície do solo tende a decair, permitindo assim que, o tempo que a

gota demora a infiltrar-se no solo seja utilizado como medida da sua hidrofobicidade, o qual

pode ser instantâneo ou demorar várias horas (Doerr 1998). Neste trabalho foi adoptada a

classificação de Bisdom sobre a severidade da hidrofobicidade, apresentada na tabela 5

(Bisdom et al. 1993).

Tabela 5: Classificação do ensaio do tempo de penetração da gota de água segundo Bisdom et al.1993.

Classe Tempo (s)

Hidrofílico < 5

Ligeiramente hidrofóbico 5 – 60

Fortemente hidrofóbico 60 -600

Severamente hidrofóbico 600 – 3600

Extremamente hidrofóbico > 3600

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17

2. OBJECTIVOS

Este estudo teve como objectivo principal estudar efeitos resultantes da ação dos

fogos florestais:

- efeito dos fogos florestais sobre a presença de HAPs, em águas subterrâneas das

regiões montanhosas do Parque Nacional da Peneda-Gerês e do Parque Natural da Serra

da Estrela;

- determinar se existe contaminação por HAPs nas águas subterrâneas das

regiões montanhosas do Parque Nacional da Peneda-Gerês e do Parque

Natural da Serra da Estrela;

- determinação dos 16 HAPs prioritários segundo a US EPA;

- determinação de parâmetros físico-químicos das águas subterrâneas

analisadas

- efeito dos fogos florestais sobre a hidrofobicidade dos solos, segundo os métodos do

ensaio do tempo de penetração da gota de água e do infiltrómetro de mini-disco em

laboratório;

- desenvolver um protocolo de medição da hidrofobicidade do solo em

laboratório recorrendo um infiltrómetro de mini-disco;

- comparar os dois métodos de aferição da hidrofobicidade dos solos utilizados.

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18

3. METODOLOGIA

Para a concretização dos objectivos inicialmente propostos, a metodologia adoptada

no presente trabalho de investigação compreende duas metodologias diferentes. A primeira

está focada no efeito dos fogos florestais sobre a presença de HAPs em águas subterrâneas

e envolve os seguintes aspectos: 1) recolha das amostras de água, 2) medição do pH, da

condutividade eléctrica e da temperatura da água in situ, 3) determinação dos teores de

HAPs em laboratório. A segunda metodologia tem o objectivo de avaliar o efeito dos fogos

florestais sobre a hidrofobicidade de solos e apresenta dois passos: 1) recolha das amostras

de solo, 2) medição da hidrofobicidade dos solos em laboratório segundo o Ensaio de

Penetração da Gota de Água e o ensaio de Infiltrómetro de Mini-disco.

3.1 EFEITO DOS FOGOS FLORESTAIS SOBRE A PRESENÇA DE HAPs EM

ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

As amostras de água foram recolhidas em 8 pontos do PNPG e 5 do PNSE (figura 10).

Todos os pontos escolhidos estavam localizados em áreas que sofreram fogos florestais nos

últimos 30 anos, com a exceção dos pontos utilizados como controlo, nos quais não existe

memória viva de fogos. Os pontos foram escolhidos por apresentarem água corrente o ano

inteiro e por se encontrarem afastados de áreas industriais e residenciais de modo a tornar

negligenciável a contribuição destas fontes. Foram feitas duas campanhas de colheita de

amostras no PNPG. A primeira foi feita em Julho de 2012 e abrangeu a Fonte do Padre, a

Fonte da Albergaria, a Fonte da Portela, a Fonte da Nascente de Calvos, a Fonte de Murjal

e a Fonte da Encosta da Cadeira.

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19

(a)

(b)

Figura 10: Localização geográfica dos pontos amostrados (a) Pontos de Amostragem de água no PNPG. Imagem de Maio de

2004 (b) Pontos de Amostragem de água no PNSE. Imagem de Junho de 2012; in Google Earth.

A segunda campanha foi realizada em Maio de 2013 e foram amostrados todos os

pontos da primeira campanha, a Fonte da Junceda e a Fonte da Soalheira. Foi executada

uma campanha no PNSE, em Fevereiro de 2013, abrangendo a Fonte de S. Tomé, Fonte do

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20

Sabugueiro, Fonte do Covão do Curral, Fonte do Covão do Boi e Fonte da Jonja. A segunda

campanha seguiu-se a um ano de precipitação intensa.

(a)

(b)

As amostras de água foram recolhidas e armazenadas em frascos de vidro de cor

âmbar com a capacidade de 1 L, um por cada ponto de amostragem, que foram lavados

previamente na própria água a amostrar. Uma vez cheios até à capacidade, os frascos

foram imediatamente fechados para evitar qualquer evaporação, etiquetados e

acondicionados em sacos térmicos para transporte até ao laboratório onde foram mantidos a

4 °C até serem analisados. No momento das colheitas, mediram-se alguns parâmetros

globais das águas: pH, condutividade eléctrica e temperatura.

Os valores de pH, condutividade eléctrica e temperatura da água foram determinados

utilizando um medidor combinado Hanna Instruments HI 98129. Este aparelho, após

calibração (figura 11), foi introduzido num recipiente contendo água corrente obtida em cada

um dos pontos. Após a estabilização dos valores apresentados, foram anotados os valores

respectivos de pH, condutividade eléctrica e temperatura da água. Durante a medição da

temperatura, foi tido o cuidado extra de proteger os eléctrodos do sol.

Figura 11: (a) frasco de vidro utilizado no armazenamento das amostras de água (b) medição dos parâmetros físico-químicos da água.

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21

Todas as amostras foram, posteriormente, sujeitas a análise para determinação dos

teores de HAPs no Departamento de Saúde Ambiental – Unidade de Água e Solo, do

Laboratório de Química e Toxicologia do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge

(INSA), no Porto.

No INSA, as amostras foram pré-concentradas recorrendo a extração em fase sólida

com cartucho e, posteriormente, analisadas (Shimadzu QP2010) por cromatografia gasosa

acoplada a espectrometria de massa (CG-EM) (figura 12). Esta técnica combina

sinergísticamente duas técnicas analíticas poderosas: por cromatografia gasosa, os

componentes de uma mistura são separados permitindo que o espectrómetro de massa os

analise individualmente e forneça a informação estrutural que os permite identificar (Kitson,

Larsen et al. 1996, Shimadzu 2001, Schubert, Schantz et al. 2002). Neste estudo foi usado

um método para deteção e quantificação das frações individuais dos HAPs previamente

optimizado (Mansilha et al. 2010).

Figura 12: Cromatrógrafo gasoso com espectrómetro de massa acoplado, Shimatzu, modelo QP2010.

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22

3.2 EFEITO DOS FOGOS FLORESTAIS SOBRE A HIDROFOBICIDADE DOS

SOLOS

Inicialmente, esta parte do trabalho de investigação envolveria o recurso a termopares

para medir a evolução da temperatura do solo durante fogos florestais para, posteriormente,

analisar a hidrofobicidade das amostras de solo dos locais afectados. Assim, seria possível

relacionar o efeito dos fogos florestais sobre a hidrofobicidade dos solos. Por erro da

empresa fornecedora, não foi possível obter equipamento ajustado à tarefa a realizar na

época de incêndios. As condicionantes inerentes a uma tese de mestrado, limitado ao

estudo de um ano, obrigaram a uma reformulação deste objectivo principal. Portanto, optou-

se por analisar em laboratório a hidrofobicidade de solos de áreas afectadas por incêndios e

uma área controlo, realizando trabalho preparatório para futuras campanhas.

As amostras de solo foram colhidas em três pontos do PNSE durante a campanha de

Fevereiro de 2013. As condições meteorológicas que se fizeram sentir durante a campanha

impediram que esta fosse concluída em pleno, limitando o número de amostras recolhidas.

Foram recolhidas amostras da Fonte da Saibreira, sem registos de fogos nos últimos 10

anos, de um Giestal sobre Moreia, com registo de fogo em 2005 e da Nave de Santo

António, local sem informação sobre fogos florestais recentes.

Para recolher as amostras foi preciso, primeiro, remover o horizonte O e outros

materiais não relevantes. De seguida, com ajuda de uma espátula, foi retirado solo dos

primeiros 10 cm de profundidade do horizonte A, tendo a amostra sido prontamente

ensacada e etiquetada. Esta parcela do solo foi escolhida por ser a camada de solo onde se

depositam os poluentes voláteis recentes, como os que resultam da combustão de matéria

orgânica (Debano et al. 1976, Mason 1992, DeBano 2000). Quando possível, foi retirado

solo do respectivo horizonte C, tendo sido seguido o mesmo procedimento.

Uma vez no laboratório, as amostras de solo foram colocadas em tabuleiros de

plástico, separados e etiquetados, dentro de uma estufa a 35 °C durante uma semana, de

modo a retirar a humidade do solo. Posteriormente foram colocados fora da estufa (figura

13), em contacto com o ar, permitindo que o solo equilibrasse a sua humidade com a

humidade do ar. Uma vez atingido este equilíbrio, o grau de hidrofobicidade de cada

amostra de solo foi testada por dois métodos separados: o ensaio do tempo de penetração

da gota de água (Dekker et al. 2000, Carter e Gregorich 2007), e o ensaio do infiltrómetro de

mini-disco (Decagon 2007, Robichaud 2008).

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23

Figura 14: Infiltrómetro de Mini-disco, modificado de www.decagon.com.

3.2.1 ENSAIO DO TEMPO DE PENETRAÇÃO DA GOTA DE ÁGUA

O método do ensaio do tempo de penetração da gota de água mede o tempo de

persistência da hidrofobicidade numa superfície porosa, ou seja o tempo em que a tensão

superficial do solo excede a tensão superficial da gota de água (Doerr 1998). O

procedimento envolve a aplicação de 3 gotas de água destilada na superfície do solo e

registar o tempo que demora a estas serem absorvidas pelo solo (Dekker et al. 2000).

3.2.2 INFILTRÓMETRO DE MINI-DISCO

Para a medição da condutividade hidráulica foi usado

o infiltrómetro de mini-disco (da marca Decagon Devices,

Modelo S). Este aparelho (figura 14) apresenta uma

grande portabilidade pelas suas dimensões reduzidas (4,4

cm de diâmetro e 32,6 cm de altura) e necessita de pouca

água por medição (máximo 90 mL) (Decagon 2007,

Robichaud 2008, Moody et al. 2009). Embora a sua

portabilidade não seja muito importante num laboratório,

em contexto de trabalho de campo

Figura 13: Amostras de solo depois da secagem na estufa.

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24

este factor é muito relevante logisticamente. Outro factor que beneficia a utilização deste

aparelho é a possibilidade de ajustar a taxa de sucção e, assim, adaptar o dispositivo a

diferentes tipos de solo: a taxa de sucção de 2 cm é a indicada para a maioria dos solos,

mas solos com grande taxa de infiltração necessitam de uma taxa de sucção superior de

modo a que seja possível fazer leituras acertadas, e, em solos com uma taxa de infiltração

muito menor, taxas de sucção inferiores a 2 cm diminuem, consideravelmente o tempo do

ensaio (Decagon 2007). O infiltrómetro de mini-disco já foi utilizado anteriormente em

ensaios em solos em áreas afectadas por fogos (Robichaud 2008, Moody et al. 2009).

Quando o infiltrómetro é colocado na superfície de um solo passível de ser molhável, a força

de sucção efectuada pelo solo vence, geralmente, a tensão superficial da água e existe

transferência de água do infiltrómetro para o solo. Se tal não acontecer, o solo é fortemente

hidrofóbico, e é recomendável diminuir a taxa de sucção.

Nas quantificações efectuadas foi utilizada a taxa de sucção de 1 cm, recomendada

para solos afectados por fogos (Robichaud 2008) e as medições foram feitas de 30 em 30 s,

como descrito no manual do infiltrómetro até se infiltrarem, pelo menos, 20 mL de água ou

até serem feitas 10 medições (Decagon 2007).

A condutividade hidráulica (K) foi calculada segundo o método proposto por Zhang em

1997, no qual é relacionada a infiltração cumulativa (I) por tempo passado (t) segundo a

função seguinte, onde C1 é o declive da curva da infiltração cumulativa em função da raiz

quadrada do tempo e C2 é a absortividade do solo:

A condutividade hidráulica pode ser calculada dividindo C1 por A (valor que relaciona

os parâmetros de van Genuchten para um dado tipo de solo), a taxa de sucção do

infiltrómetro e o diâmetro do disco do infiltrómetro.

Assim,

As funções que permitem calcular A estão em anexo, assim como uma tabela com os

parâmetros de van Genuchten para as 12 texturas de solo segundo um disco de infiltrómetro

de 2,25 cm de diâmetro e taxas de sucção de 0,5-6 cm.

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25

4. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

4.1 PARQUE NATURAL DA SERRA DA ESTRELA (PNSE)

A resolução do Conselho de Ministros n.º 83/2009 estabelece que: “o Parque Natural

da Serra da Estrela, foi criado pelo Decreto-Lei n.º 557/76, de 16 de Julho, por se tratar de

uma região onde subsistem refúgios de vida animal e

formações endémicas de importância nacional, que,

ainda para mais, possui inegável valor paisagístico e

cultural.”

A Serra da Estrela, apresenta, actualmente,

88850 ha de área e está enquadrada entre as latitudes

40° 15’N e 40° 38´N e as longitudes 7° 18’W e 7° 47’W.

A sua localização geográfica é a presentada no mapa

da figura 4. Pertence à Cordilheira Central Ibérica e é

constituída por dois planaltos alongados com direção

NE-SW, o planalto Torre-Penhas Douradas (1450-

1993m acima do nível do mar) e o planalto Alto da

Pedrice-Curral do Vento (1450-1760m acima do nível

do mar). No primeiro planalto, mais especificamente na

Torre, é atingida a altitude mais elevada de Portugal

Continental, 1993 m.

4.1.1 CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA E GEOMORFOLÓGICA

A erosão fluvial contribuiu decisivamente para a formação do relevo da Serra da

Estrela. O traçado dos rios acompanha, muitas vezes as falhas geológicas (Espinha

Marques 2007, ICNB 2008). A glaciação que afectou a Serra da Estrela há cerca de 20 mil

anos também deixou marcas significativas no relevo local, sobretudo, acima dos 1300 m

(acima do nível do mar) onde é visível o efeito da erosão glacial sobre o relevo pré-glacial.

Apesar disto, este ainda domina a paisagem. As áreas afectadas pela glaciação são

caracterizadas por afloramentos rochosos ou uma camada superficial de granito

recentemente meteorizado, assim como pela presença de formas erosivas (circos, vales

glaciários e rochas aborregadas), e formas de acumulação (moreias e blocos erráticos). As

Figura 4: Localização geográfica do PNSE, adaptado de www.icnf.pt.

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26

áreas que não foram afectadas pela glaciação apresentam uma manta de alteração de

granito herdadas de condições morfo-climáticas quaternárias apresentando picos rochosos

e bornhardts (Vieira e Ferreira 1998).

O PNSE apresenta três unidades hidrogeológicas: cobertura sedimentar, composta

por aluviões, depósitos glaciais e fluvioglaciais e conglomerados e arcoses; rochas

metasedimentares e granitos. As condições tectónicas e geológicas são responsáveis pelas

características hidrogeológicas da região, como os fenómenos de infiltração, recarga de

aquíferos, a presença de meio poroso (dominante em aluviões e nos depósitos glaciais

quaternários) ou fracturado (presente em granitos pouco desgastados e rochas

metassedimentares), escoamento das águas subterrâneas ou hidrogeoquímica (Espinha

Marques et al. 2013).

A figura 5 apresenta uma síntese da geologia do Parque Natural da Serra da Estrela.

Figura 5: Mapa geológico da Serra da Estrela na escala 1/500 000 in (Espinha Marques 2007).

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27

4.1.2 CLIMA

O clima da Serra da Estrela depende, principalmente, da altitude, da proximidade

relativa ao oceano Atlântico e da sua grande massa. Os ventos húmidos de Oeste entram

pela bacia do Mondego alimentando, posteriormente, as vertentes Oeste e Noroeste de

chuva ou neve. Os vales interiores, mais protegidos, apresentam temperaturas mais suaves

e menor precipitação (Mora 2006, ICNB 2008). Assim, é possível observar um grande

contraste climático dentro da serra, observando-se uma transição entre tipos de climas

(Espinha Marques 2007).

O Atlas Climático Ibérico definiu o clima da Serra da Estrela como Mediterrâneo, que

varia, segundo a classificação de Köppen-Geiger, entre Csb, clima temperado com Verão

seco e temperado ou Csa, clima temperado com Verão seco e quente (Chazarra 2011).

A precipitação (chuva e neve) é irregular, variando entre mais de 2500 mm no planalto

superior a menos de 1000 mm no vale do Mondego, aumentando com a altitude e

concentrada nas vertentes Noroeste e Oeste (Mora 2006). O período tipicamente mais

chuvoso encontra-se entre Novembro e Março. As temperaturas médias são sempre

superiores a 0 ºC, sendo os meses mais frios Dezembro, Janeiro e Fevereiro e os meses

mais quentes Julho e Agosto. Os ventos dominantes são do quadrante Noroeste, embora

também sejam relevantes os ventos de Sul e Sudeste. A humidade relativa do ar tem o seu

mínimo em Junho (55-60%) e máximo em Dezembro e/ou Janeiro (85-90%). Em média,

existem 37,3 dias por ano com formação de neve, ficando o solo coberto, em média, 60,5

dias por ano. A duração da ocorrência da geada, por sua vez, depende muito do sítio,

variando, em média entre 14,9-66,6 dias, concentrando-se nos meses de Dezembro e

Janeiro (Mora 2006, ICNB 2008). Na figura 6 são apresentados dos mapas de isolinhas com

a precipitação e temperatura média anual da região de Portugal onde está inserido o PNSE.

4.1.3 HIDROLOGIA

Os recursos hídricos são cada vez mais vistos como um recurso primordial. Reveste-

se da maior importância a manutenção da sua qualidade, de modo a assegurar o

desenvolvimento social, económico e ambiental. A directiva-Quadro da Água, directiva

2000/60/CE do Parlamento Europeu e do Conselho surge neste âmbito e regula a gestão

integrada dos recursos hídricos, de modo a que estes sirvam as necessidades actuais sem

comprometer as gerações futuras.

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28

(a)

(b)

Figura 6: Mapas da região centro norte de Portugal, (a) Precipitação média anual para o período 1959 – 1991 (b) Temperatura

média anual do ar para o período 1995-2010. Extraído do Atlas da Água do Sistema Nacional de Informação de Recursos

hídricos, in http://geo.snirh.pt.

. Um dos seus instrumentos mais importantes é o Plano de Bacia Hidrográfica e Plano

de Gestão de Região Hidrográfica. A Serra da Estrela está enquadrada na Região

Hidrográfica 4, que inclui as Bacias Hidrográficas do Vouga, Mondego e Lis. Existem três

rios que nascem na Serra da Estrela, o Zêzere, o Mondego e o Alva. O rio Zêzere, afluente

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29

do rio Tejo, nasce a 1585 m acima do nível do mar, o rio Mondego nasce a 1525 m de

altitude e o rio Alva, afluente do rio Mondego, nasce a 1500 m acima do nível do mar.

A Serra da Estrela faz parte da Zona Centro-ibérica do Maciço Ibérico (Ribeiro et al.

2007). A localização das águas termominerais está associada à zona de falha Bragança-

Vilariça-Manteigas que constitui uma zona de falha sismológica importante (Espinha

Marques et al. 2006, Espinha Marques et al. 2013).

4.2 PARQUE NACIONAL DA PENEDA-GERÊS (PNPG)

O PNPG, foi a primeira área protegida criada no nosso

país. Foi criado pelo Decreto n.º 187/71, sendo os seus

limites exteriores definidos no Anexo ao mesmo decreto.

Está localizado na zona de transição entre o Minho e Trás-

os-Montes na zona norte de Portugal, como é visível na

figura 7, e está limitado entre 8º 25’ e 7º 53’ W e 41º 41’ e

42º05’ N. O parque é continuo com Espanha, na Galiza,

onde é designado Parque Natural da Baixa Limia-Serra do

Xurés, sendo que o conjunto dos dois parques forma o

Parque Transfronteiriço Gerês-Xurés. Em Portugal ocupa 69

596 ha de área, distribuídos 22 freguesias de 5 concelhos:

Melgaço, Arcos de Valdevez e Ponte da Barca (distrito de

Viana do Castelo), Terras de Bouro (distrito de Braga) e

Montalegre (distrito de Vila Real).

.2.1 CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA E GEOMORFOLÓGICA

O PNPG é caracterizado por apresentar terrenos fortemente acidentados, típicos de

montanha, com declives pronunciados e com altitudes a variar entre os 400 e os 1200 m

acima do nível do mar. O relevo é dominado pelos planaltos de Castro Laboreiro a noroeste

e de Mourela a nordeste intercalados pelas serras da Peneda, Soajo, Amarela e do Gerês

Figura 7: Localização geográfica do PNPG,

adaptado de www.icnf.pt.

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30

(ICNF 2010). É de notar a grande contribuição para o relevo das falhas de Bragança-

Manteigas e de Verín-Penacova em desligamento esquerdo e de direção NNE-SSW.

O PNPG é dominado por rochas graníticas hercínicas colocadas na crusta terrestre

durante colisões continentais resultantes de processos tectónicos orogénicos durante o

Ciclo Varisco que aconteceram hà 380 a 275 milhões de anos (Dias et al. 1998, Brilha et al.

1999). Existem três tipos principais de granitos: os granitos sintectónicos, de granularidade

variável; os granitos tardi-tectónicos, parcialmente deformados; e os granitos pós-tectónicos

de grão grosseiro e biotíticos (Moreira e Ribeiro 1991). Estas unidades graníticas

distinguem-se na paisagem por apresentarem maior relevo (picos rochosos), pouca

cobertura vegetal ou exibirem formas estranhas como os gnammas, nubbins ou castle-

kopje. Alguns destes granitos foram transformados em epissienitos por alteração

hidrotermal. Além dos granitos, existem xistos, metagrauvaques e quartzitos resultantes da

deformação e metamorfismo de rochas sedimentares. As formações geológicas mais

recentes (1,8 – 0.01 MA) são o produto dos períodos glaciais e interglaciais, depósitos

fluviais, torrenciais e glaciais (Brilha et al. 1999).

A figura 8 apresenta o mapa geológico simplificado da geologia do PNPG.

Figura 8: Mapa geológico simplificado, elaborado a partir da carta geológica do PNPG à escala 1/50 000, coord. A. Moreira,

1984, IGM, in www.dct.uminho.pt.

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31

4.2.2 CLIMA

O PNPG apresenta um clima de transição influenciado pelos climas atlântico,

mediterrânico e continental (ICN 1995).

O regime pluviométrico do PNPG é fortemente influenciado pela presença das serras

da Peneda, Soajo, Amarela e Gerês, que funcionam como barreira às massas de ar quente

e húmido provenientes do mar, e tornam esta região a mais pluviosa de Portugal. Esta zona

é caracterizada por valores superiores a 1500 mm/ano, podendo ultrapassar os 3000

mm/ano (ICNF 2010). Segundo a classificação de Köppen-Geiger, esta região apresenta um

clima do tipo Csb, quente temperado com verões quentes e secos (Chazarra 2011).

Dos 10 locais com maiores valores médios anuais de quantidade de precipitação da

Península Ibérica no período 1971-2000, dois estão localizados dentro dos limites do PNPG:

S. Bento da Porta Aberta com 2742,8 mm/ano, com o máximo, de 3945,3 mm/ano a dar-se

em 1977, e Peneda com 2480,8 mm/ano e máximo de 3942,2 obtido em 1979 (Chazarra eet

al. 2011). A humidade do ar varia, em média, por ano, entre os 75-85%, enquanto a

temperatura média anual varia entre os 17-20 ° C (ICN 1995).

Existem vários microclimas devido à grande variação de altitude e da topografia que

causam variabilidade na humidade, exposição solar e temperatura (ICN 1995).

Na figura 9 são apresentados dos mapas de isolinhas com a precipitação e

temperatura média anual do ar da região de Portugal onde está inserido o PNPG.

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32

(a)

(b)

Figura 9: Mapas da região Norte de Portugal, (a) Precipitação média anual 1959 – 1991 (b) Temperatura média anual. Extraído

do Atlas da Água do Sistema Nacional de Informação de Recursos hídricos, in http://geo.snirh.pt.

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33

4.2.3 HIDROLOGIA

O PNPG abarca três bacias hidrográficas: rio Cávado, rio Lima e rio Minho, confinados

a uma rede de falhas e fracturas de carácter tectónico que os limita a vales profundos

encaixados em forma de “V”. O rio Lima e o rio Cávado são as linhas de água principais do

parque. As direções de drenagem mais frequentes e extensas são a NNE-SSW (rios Gerês,

Fafião e Cabril) e ENE-WSW (rio Lima e rio Cávado). Existe, também, drenagem N-SSW (rio

Beredo) e NE-SW (rio Homem) (Brilha et al. 1999, ICNF 2010).

O regime hidrográfico pluvial destes rios associado ao grande declive presente no

PNPG, resulta numa escorrência de água muito rápida, especialmente no Inverno, onde o

aumento da sua capacidade de carga se traduz processos de erosão hidráulica e erosão

abrasiva acentuadas (ICNF 2010).

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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 EFEITO DOS FOGOS FLORESTAIS SOBRE A PRESENÇA DE

HAPs EM ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

5.1.1 PARQUE NACIONAL DA PENEDA-GERÊS E PARQUE NATURAL DA SERRA

DA ESTRELA

Nas tabelas seguintes (6-9) são apresentados os valores de pH, condutividade

eléctrica e temperatura da água registados durante as campanhas efectuadas no PNPG e

no PNSE, aos quais foram acrescentados dados de Carvalho (2013) para comparação. O

pH não apresenta grande variação entre as duas campanhas, mas o mesmo não é verdade

para a temperatura da água e, sobretudo a condutividade eléctrica. As diferenças

observadas durante as medições da temperatura da água poderão estar relacionadas com

as diferenças climáticas que acompanharam cada medição, pois as duas campanhas foram

realizadas em duas estações do ano distintas. A diferença observada na condutividade

eléctrica, por sua vez, poderá estar relacionada com a intensa precipitação que caracterizou

o ano hidrológico 2012/13, diluindo os solutos e, consequentemente baixando a capacidade

de condução de corrente eléctrica. A acrescentar às condicionantes climatéricas, o aparelho

usado nas medições deixou de funcionar algum tempo após o último conjunto de medições,

o que, associado, a grandes diferenças entre medições dos parâmetros, impediu o uso

destes dados na discussão dos resultados deste trabalho.

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Nas tabelas 10 e 11, estão apresentados as concentrações de HAPs obtidas nas

campanhas de Julho de 2012 e Maio de 2013 no PNPG, Fevereiro de 2013 no PNSE, as

concentrações de HAPs de Carvalho em Abril de 2011 no PNSE (Carvalho 2013).

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Na figura 15, são apresentados dois cromatogramas, de duas amostras

recolhidas no PNSE, uma recolhida numa área afectada por fogo florestal (b) e outra

de uma área na qual não existe memória de fogo florestal. É notória a diferença entre

a quantidade de espécies químicas e respectivas concentrações presentes nas duas

amostras, sendo que, a amostra não afectada por fogos (a) a que apresenta a menor

quantidade, indicando contaminação dos aquíferos pela ocorrência de fogos florestais.

No conjunto das duas campanhas foram encontrados 15 dos 16 HAPs

mencionados na lista da americana redigida pela US EPA, sendo a exceção o BaP. As

concentrações dos HAPs das áreas afectadas por fogos são significativamente

superiores em comparação com os valores obtidos no controlo, na maior parte dos

casos. A figura 16 apresenta uma comparação entre as concentrações médias obtidas

por fração individual nas duas campanhas, permitindo uma avaliação temporal. É

possível observar que, as concentrações médias de HAPs são, geralmente, superiores

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nas zonas ardidas com a exceção do Ant, BaA e BbF, o que parece indicar que existe

contaminação das bacias hidrográficas associadas aos pontos de amostragem. Os

HAPs que apresentaram maiores concentrações foram o Naf, Fl, Ant, BaA, DahA,

BghiP e o Ind. É, também, notória a diminuição das concentrações médias de HAPs

das áreas ardidas na primeira campanha para a campanha subsequente; o facto de a

segunda colheita ter sido precedida de chuvas anormalmente intensas poderá estar na

origem de tal discrepância. O decremento da concentração de HAPs após chuvas

fortes já foi observado anteriormente (Olivella, Ribalta et al. 2006). A biodegradação,

que também poderia explicar a diminuição esperada, é menos provável, pois é um

processo demorado, dada a persistência no ambiente associada aos HAPs (Cerniglia

1993).

Tanto nas amostras obtidas de áreas afectadas por fogos florestais como nas

amostras de controlo, a concentração dos HAPs de menor peso molecular (2-4 anéis

benzénicos) é bastante superior à dos HAPs mais pesados. Nos dois casos, a

contribuição do Naf, o único HAP da lista da US EPA com dois anéis benzénicos,

ronda, aproximadamente, 50% do total. Os HAPs mais pesados (5-6 anéis

benzénicos) representam, apenas, 28% dos HAPs das amostras de áreas ardidas e

14% das amostras controlo (figura 17).

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Recentemente, têm sido usado rácios diagnósticos para determinar a origem

da poluição por HAPs. O índice de De La Torre-Roche (2009) obtêm-se dividindo o

valor de Ft pela soma deste com Pir. Aplicando aos dados recolhidos neste trabalho,

quando possível, tem-se que a origem dos HAPs do PNPG resulta da combustão do

matéria vegetal e carvão (> 0,5), enquanto que no PNSE, com menos resultados, o

rácio indica uma origem petrogénica para os HAPs (< 0,4). Yunker et al. (2005) utiliza

o rácio Ind/ Ind + BghiP. Aplicando este rácio, quando possível, temos concordância

de resultados para o PNPG (> 0,5), enquanto, para o PNSE, é sugerida uma origem

relacionada com a combustão de petróleo (0,2-0,5). Dado que apenas foi possível

calcular estes rácios em algumas amostras, a provável influência da grande

pluviosidade no intervalo entre as colheitas e algumas críticas na comunidade

cientifica em relação a este método não levar em conta a não conservação destas

substâncias químicas no ambiente, será prudente a realização de mais colheitas antes

de serem tiradas conclusões definitivas.

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5.2 EFEITO DOS FOGOS FLORESTAIS SOBRE A

HIDROFOBICIDADE DOS SOLOS

5.2.1 ENSAIO DO TEMPO DE PENETRAÇÃO DA GOTA DE ÁGUA

Na tabela 12, são apresentados os resultados do ensaio do tempo de

penetração da gota de água e a respectiva classificação. Nas amostras do horizonte

C, a penetração foi imediata. Tal pode ser explicado por estes serem de natureza

fundamentalmente mineral. Os ensaios com tempos de penetração superiores

pertencem a horizontes A, o que se poderá dever à presença de matéria orgânica

hidrofóbica. O solo do horizonte A da Fonte da Saibreira foi a amostra mais

hidrofóbica; por oposição, o solo do horizonte C do mesmo local, assim como as duas

amostras de Giestal sobre Moreia demonstraram ser hidrofílicos. A figura 18, mostra

um solo severamente hidrofóbico, o horizonte A da Fonte da Saibreira, sendo possível

observar a forma esférica que as gotas de água formam, característica deste tipo de

interação.

Tabela 12: Tempos obtidos nos ensaios do tempo de penetração da gota das amostras de solo recolhidas no PNSE e

respectivas classificações segundo Bisdom et al. 1993.

Amostra Horizonte Tempo de penetração

(s) Classificação de Bisdom et al. 1993

Fonte da Saibreira1 A 614 – 720 Severamente Hidrofóbico

Fonte da Saibreira1 C Imediato Hidrofílico

Nave de Santo António2 A 8 – 13 Ligeiramente Hidrofóbico

Giestal sobre Moreia3 A Imediato Hidrofílico

Giestal sobre Moreia3 C Imediato Hidrofílico

1 (sem registo de fogo florestal desde 2003), 2 (sem registo de fogo florestal), 3 (fogo florestal em 2005)

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Figura 18: Ensaio do tempo de penetração da gota na amostra da Fonte da Saibreira – Horizonte A.

5.2.2 INFILTROMETRO DE MINI-DISCO

A análise aos resultados dos ensaios de hidrofobicidade do solo segundo a

classificação de Robichaud (2008), permite concluir que a única amostra com

características hidrofóbicas forte pertence ao horizonte A da Fonte da Saibreira, pois

não existiu qualquer infiltração de água durante o ensaio. As restantes amostras foram

classificadas como não hidrofóbicas, com a exceção da amostra do horizonte C de

Giestal sobre Moreia, classificada como fracamente hidrofóbica (tabela 13).

Tabela 13: Resultados dos ensaios de infiltrómetro de mini-disco e respectiva classificação segundo Robichaud (2008).

Amostra Horizonte Hidrofobicidade do solo (mL/min) Classificação de

Robichaud 2008 Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3 Média

Fonte da Saibreira1 A 0 0 0 0,0 Forte

Fonte da Saibreira1 C 12 25 31 22,7 Não hidrofóbico

Nave de Santo António2 A 17 22 23 20,7 Não hidrofóbico

Giestal sobre Moreia3 A 12 12 15 13,0 Não hidrofóbico

Giestal sobre Moreia3 C 7 6 10 7,7 Fraca

1 (sem registo de fogo florestal desde 2003), 2 (sem registo de fogo florestal), 3 (fogo florestal em 2005)

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A condutividade hidráulica das amostras colhidas no PNSE medida pelo ensaio

de infiltrómetro de mini-disco, e respectiva classificação está na tabela 14. Segundo a

classificação da SSDS (1993), a condutividade hidráulica foi baixa em todas as

amostras analisadas, com a exceção do horizonte A da Fonte da Saibreira que

apresenta condutividade hidráulica muito baixa. A condutividade hidráulica é das mais

importantes propriedade do solo, mas também uma das mais variáveis; para retirar

conclusões sobre os dados da condutividade hidráulica, seria necessária mais

informação sobre os pontos amostrados, que não foi recolhida por fugir do âmbito dos

objectivos deste estudo.

Tabela 14: Condutividade hidráulica das amostras de solo calculada através dos ensaios de infiltrómetro de mini-disco

e respectiva classificação segundo SSDS (1993).

Amostra Horizonte Condutividade Hidráulica (cm/s) Classificação

de SSDS 1993 Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3 Média

Fonte da Saibreira1 A 0,0 0,0 0,0 0,0 Muito baixa

Fonte da Saibreira1 C 0,0049 0,0120 0,0134 0,0101 Baixa

Nave de Santo António2 A 0,0221 0,0220 0,0214 0,0218 Baixa

Giestal sobre Moreia3 A 0,0077 0,0076 0,0082 0,0078 Baixa

Giestal sobre Moreia3 C 0,0052 0,0037 0,0035 0,0041 Baixa

1 (sem registo de fogo florestal desde 2003), 2 (sem registo de fogo florestal), 3 (fogo florestal em 2005)

5.2.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS ENSAIOS DE HIDROFOBICIDADE DO SOLO

Existem diferenças entre os resultados obtidos pelos dois ensaios, mas estas

aparentam estar confinadas à distinção entre solos fracamente hidrofóbicos e não

hidrofóbicos; ambas concordaram na classificação do solo do horizonte A como

fortemente/severamente hidrofóbico. Robichaud (2008) obteve correlações entre os

dois métodos superiores em solos hidrofóbicos.

Embora o ensaio do tempo de penetração da gota de água se prove útil para

uma primeira abordagem, dada a sua facilidade de execução e parca logística, a taxa

de infiltração relativa fornecida pelo ensaio de mini-disco, fornece mais informação

sobre a capacidade de infiltração em solos não hidrofóbicos ou de fraca

hidrofobicidade. Estas taxas de infiltração podem ser úteis para a previsão da resposta

da bacia hidrográfica à pluviosidade (Robichaud 2008).

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O protocolo apresentado para a medição da hidrofobicidade de solos em

ambiente laboratorial usando um infiltrómetro de mini-disco é novo, e apresenta várias

vantagens em relação ao protocolo de campo. O método proposto continua a ser

simples e de fácil execução, mas permite uma maior comodidade na sua execução por

os ensaios poderem ser realizados ao longo de vários dias ou semanas sem envolver

igual número de deslocações ao campo e os gastos de dinheiro e tempo de viagem

associados. A execução deste método também não é influenciada das condições

climatéricas que tornariam impossível a sua prática no campo. Este método é,

também, menos susceptível à heterogeneidade encontrada no campo, especialmente

à variação de humidade do solo. Como é normal nos sistemas físicos complexos, os

métodos de laboratório devem ser complementados com observações e medições no

terreno. Não obstante, o método proposto apresenta-se como uma opção interessante

a ter em conta e meritória de realização de ensaios futuros.

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6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Após a conclusão deste trabalho foi possível identificar uma correlação entre a

existência de fogos florestais e os teores de HAPs na água das bacias hidrográficas

associadas a áreas ardidas. Também foi possível verificar a influência das condições

climáticas nas concentrações de HAPs. Trabalhos de investigação deste tipo permitem

identificar os químicos prioritários permitindo a optimização e adequação local dos

procedimentos de tratamento das águas para consumo humano, assim como a

minoração dos impactos destes no ambiente. Considera-se, então, muito importante a

integração do conhecimento acumulado nesta área nas políticas ambientais,

especialmente, nas políticas da água.

Os ensaios de laboratório provaram ser de fácil execução, baixa logística, mais

cómodos e, permitem contornar algumas das limitações que os ensaios no campo

apresentam justificando maior estudo sobre as capacidades deste recurso na

modelação dos processos hidrológicos de áreas afectadas por fogos florestais.

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i

ANEXOS

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ii

INFILTRÓMETRO DE MINI-DISCO

MANUAL DE CAMPO

Figura 1: Partes constituintes do infiltrómetro de mini-disco da Decagon

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iii

PROTOCOLO

1. Preparação do Mini infiltrómetro

1.1 Encher três quartos da câmara de bolhas colocando o tubo de controlo da sucção

debaixo de uma torneira ou retirando o travão (não utilizar água destilada);

1.2 Deslocar o tubo de controlo da sucção para a posição mais interior;

1.3 Inverter o infiltrómetro, remover o disco sinterizado de aço e encher o reservatório

com água (não destilada);

1.4 Colocar o tubo de Mariotte a 6mm do disco sinterizado de aço de modo a evitar

que exista sucção durante a utilização do mini infiltrómetro

1.5 Substituir o elastómero, confirmando que o disco sinterizado de aço está bem

encaixado (não deve existir qualquer fuga de água se o infiltrómetro for colocado na

vertical).

1.6 Escolher a taxa de sucção, movendo o tubo de sucção verticalmente de modo a

ajustar o nível da água com a taxa de sucção pretendida e marcada na lateral do tubo.

Para a maioria dos solos recomenda-se uma taxa de sucção de 2cm; em solos

arenosos poderá ser melhor escolher uma taxa de 6cm, enquanto em solos argilosos é

recomendada uma taxa de 0,5cm.

2. Recolha de dados

2.1 Registar o volume de água inicial;

2.2 Posicionar o infiltrómetro na superfície do solo – tempo zero (o infiltrómetro deverá

ser colocado num local liso da superfície do solo de modo a assegurar bom contacto

entre o disco sinterizado de aço e o solo. Se a superfície não obedecer a este critério,

pode-se adicionar uma camada fina de areia silicatada de granulometria fina ou terra

diatomácea. Para melhor estabilidade poderá ser utilizado um suporte ou uma pinça

para segurar o infiltrómetro no sítio);

2.3 Registar o volume dá água em intervalos regulares de tempo que vão variar

consoante o tipo de solo. Recomenda-se intervalos de 2-5s para solos arenosos, 30s

para solos argilo-limosos e, finalmente, de 30-60min para solos argilosos. Por ensaio é

necessária a infiltração de 15-20mL de água para o cálculo preciso da condutividade

hidráulica.

3. Manutenção do mini infiltrómetro

A limpeza das várias partes do mini infiltrómetro pode ser feita usando um detergente

suave e água. O disco sinterizado de aço pode ser limpo com recurso a um esfregão

ou numa máquina de lavar louça.

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iv

PARÂMETROS DE VAN GENUCHTEM

O modelo de van Genuchten é o modelo de curva de retenção de água do solo

mais utilizado, por apresentar grande versatilidade e pode ser utilizado em vários tipos

de solos, incluindo solos perturbados. Esta curva descreve a relação entre a

quantidade de água no solo e o potencial da água no solo e é fundamental na

compreensão de fenómenos como a erosão do solo ou movimento de poluentes

dissolvidos em água (Han et al. 2010).

A tabela seguinte apresenta os parâmetros de van Genuchten para as 12

classes de textura do solo, assim como os valores de A calculados de acordo com as

especificações do infiltrómetro de mini-disco (Carsel and Parrish 1988).

Tabela 1: Parâmetros de van Genuchten (α e n) e valores de A para o infiltrómetro de mini disco

Textura α n Valores de A para diferentes valores de sucção (h0)

-0,5 -1 -2 -3 -4 -5 -6

Arenoso 0,145 2,68 2,84 2,40 1,73 1,24 0,89 0,64 0,46

Arenoso-franco 0,124 2,28 2,99 2,79 2,43 2,12 1,84 1,61 1,40

Franco-arenoso 0,075 1,89 3,88 3,89 3,91 3,93 3,95 3,98 4,00

Franco 0,036 1,56 5,46 5,72 6,27 6,87 7,53 8,25 9,05

Siltoso 0,016 1,37 7,92 8,18 8,71 9,29 9,90 10,55 11,24

Franco-siltoso 0,020 1,41 7,10 7,37 7,93 8,53 9,19 9,89 10,64

Franco-argilo-arenoso 0,059 1,48 3,21 3,52 4,24 5,11 6,15 7,41 8,92

Franco-argiloso 0,019 1,31 5,86 6,11 6,64 7,23 7,86 8,55 9,30

Franco-argilo-siltoso 0,010 1,23 7,89 8,09 8,51 8,95 9,41 9,90 10,41

Argilo-arenoso 0,027 1,23 3,34 3,57 4,09 4,68 5,36 6,14 7,04

Argilo-siltoso 0,005 1,09 6,08 6,17 6,36 6,56 6,76 6,97 7,18

Argiloso 0,008 1,09 4,00 4,10 4,30 4,51 4,74 4,98 5,22

O parâmetro A é calculado a partir das seguintes equações, onde n e α são os

parâmetros de van Genuchten para o solo, r0 é o raio do disco do infiltrómetro e h0 a

sucção escolhida (Zhang 1997):

[ ]

para n≥1,9

[ ]

para n<1,9

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v

FOLHA DE CÁLCULO DA HIDROFOBICIDADE DO SOLO E DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA

Exemplo do cálculo para a amostra do horizonte A da Fonte da Saibreira.

Instruções

Passo 1: Inserir os tempos medidos, começando com zero

Passo 2: Inserir os volumes medidos correspondentes

Passo 3: Ajustar o campo de seleção aos dados

Tempo (s) Raíz

Quadrada (t) Volume

(mL) Infiltração

(cm)

0 0,00 84 0,00

30 5,48 77 0,44

60 7,75 72 0,75

90 9,49 67 1,07

120 10,95 62 1,38

150 12,25 58 1,64

180 13,42 54 1,89

210 14,49 50 2,14

240 15,49 46 2,39

270 16,43 42 2,64

300 17,32 38 2,89

Passo 4: Seleccionar o tipo de infiltrómetro

Mini-disco

Passo 5: Seleccionar o tipo de solo

arenoso

Passo 6: Seleccionar a sucção

1

Raio 2,25 cm/s alfa 0,145

n/ho 2,68 Sucção -1 cm/s

A 1,432133339

C1 0,006966306 cm/s

K 0,004864286 cm/s