Mecanismos/Técnicas de estudoAula 1

Marta Martins(marta.martins@fct.unl.pt)

Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente

Gestão da Água

2018/2019

Ecosistema Marinho

Littoral zone

Sublittoral zone

Bathyal zone

Abyssalzone

Hadalzone

Neritic zone

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Sistema água doce (salinidade ≈0)

Sistema água salgada (salinidade > 30)

Sistema águas de transição:

European Communities (2000)

“bodies of surface water in the vicinity of river mouths which are

partially saline in character as a result of their proximity to coastal

waters but which are substantially influenced by freshwater flows”.

Chapman et al. (2013)

“distinct water bodies that are partly saline but influenced by

freshwater flows”.

3

4Transitional waters

Fjord Noruega

Estuário Tejo(World Wind-NOAA, 2005)

Lagoa ÓbidosDelta Russia(NASA)

Ria Formosa(indodigital.pt))

5

Ecological status is an assessment of the quality of the structure

and functioning of water ecosystems. It shows the influence of

pressures (e.g. pollution and habitat degradation) on the identified

quality elements.

Ecological status is determined for each of the surface water bodies

of rivers, lakes, transitional waters and coastal waters, based on

biological quality elements and supported by physico-chemical and

hydromorphological quality elements.

European Water Framework Directive and the Marine Strategy Framework Directive

7Importância dos Estuários

http://bigrecharge.co/storm-runoff-pollution-diagram.html

Ecology oftransitionalwatersB. Whitfield et al. (2012) new conceptual model.

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9Exemplo: Estuário

Porquê estudar os sedimentos

Reservatório de contaminantes

Risco para fauna e flora bentónica

Remobilização dos sedimentos

Aumento da biodisponibilidade de contaminantes

Risco para organismospelágicos

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Sedimentos Definição: partículas orgânicas e inorgânicas que

acumulam no fundo dos sistemas aquáticos

Origem: erosão, precipitação de minerais inorgânicos, actividade

biológica

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Tipo de sedimento Origem Tipo de rocha

Detritos Física e química Detrítica

Substâncias dissolvidas na água

Química Quimiogénica(ex: calcário, gesso)

Seres vivos ou resultante da sua actividade

Biológica Biogénica (ex: carvão, calcário conquífero)

Classificação dos sedimentos

Dimensão

Conteúdoorgânico

Adsorção

Velocidade de deposição

Floculação

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Silt

Argila

Are

ias

Cas

calh

oWentworth Scale

<0,01 0,01-5% 5-30% 30-80% >80%

cascalho (%) areia : vasa

< 1:9 V V(c)

1:9 - 1.1 Va Va(c)

1:1 - 9:1 Av Av(c) Avc Cav

> 9:1 A A(c) Ac Ca

Vc Cv

C

15 principais tipos de

sedimentos segundo Folk

(1980). L = lodo; l =

lodoso; A = areia; a =

arenoso; C = cascalho; c

= saibroso; (c) =

ligeiramente saibroso.

Lodo (< 62,5 µm) = silte +

argila

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Porosidade - percentagem do volume total (Vt) que é ocupado por espaços intersticiais

P = (Vi x 100) / Vt

Permeabilidade – é a medida da capacidade de um sedimento paratransmitir fluídos. Varia inversamente com a porosidade.

K = volume de água que atravessa, no tempo T, uma secção de sedimento

Coesão - é uma estimativa da pressão lateral (Kg.cm-2) necessária paraquebrar um bloco de sedimento ou alterar a sua estrutura. Aumenta como aumento da força de ligação inter-partículas e com a diminuição daporosidade, conteúdo em água e dimensão das partículas. Abioperturbação pela actividade de invertebrados bênticos e por materiaissecretados por invertebrados e por microorganismos tende também aaumentar a coesão.

14

15

Dinâmica do transporte de sedimentos

Circulação, salinidade, interacções biológicas, tipo sedimento

16

17

Sedimentos

Matriz muito complexa

Elevada heterogeneidade espacial (horizontal e vertical)

Natureza e dimensão daspartículas

• Adsorção de contaminantes

• Capacidade de troca iónica

• Capacidade de fixação de organismos

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Sedimentos como reservatório de contaminantes

Contaminante dissolvido(móvel e biodisponível) Contaminante adsorvido

(imóvel, menosbiodisponível)

Água interticial - substâncias minerais e orgânicas intervindo em processos de transformação química e bioquímica

Fase sólida - argilas, carbonatos, sulfatos, sulfuretos, hidróxidosdetritos orgânicos, substâncias orgânicas insolúveis, biomassa ...

19

substâncias orgânicas

substâncias minerais

gases

actividade biológica (fontes de energia, co-metabolitos, factores decrescimento)

complexação de substâncias minerais ou orgânicas

actividade microbiológica (derivados de N, P e S)

reacções de oxidação-redução, complexação, precipitação

modificação da especiação de metais e metaloides presentes

OD - condiciona a actividade dos microorganismos

H2S - condiciona a precipitação de metais

Água interticial20

% de finos em sedimentos arenosos % de areia fina

Tem

po

de

dre

nag

em (

min

)

praias com camadanegra

•

Oxi

gén

io d

isso

lvid

o (

% d

e sa

tura

ção

)

21

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.0 2.0 4.0 6.0

Corg (%)

tPA

H (

µg

g-1

)

Abr/05

Matéria orgânica dos sedimentos

Podem ser biomoléculas sintetizadas por organismos

ou fragmentos biológicos (C, N, P, S, O)

Derivada de plantas, animais, bactérias ou

fitoplankton, macroalgas

Derivada de fontes antropogénicas (aquaculturas,

ETARs, etc.)

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Correlação entre o teor de hidrocarbonetos

aromáticos policíclicos (PAHs) e a quantidade

de matéria orgânica no sedimento

Ambiente sedimentar e contaminantes

Fracção Particulada

anóxico

Matéria em suspensão (SPM)

óxico

Sedimento

ColunaÁgua

Pela

gic

Be

nth

ic

Fracção Dissolvida

Matéria dissolvida

Água intersticial

Atmosfera

ErosãoBioturbaçãoSedimentação

AdsorçãoDesorption

ErosãoDifusão

AdsorçãoDesorption

DecomposiçãoVolatilização

BioacumulaçãoEliminação

Bioacumulaçãoeliminação

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Factores que afectam o ambiente sedimentarEstrutura dos sedimentos

Grau de compactação e homogeneidadeEstratificação – estratos com composição e condições diferentes que condicionam a presença de nichos ecológicos

Potencial Redox (Eh)

pH

Temperatura

Luz

Hidrodinamismo

Importante na especiação de metais e na actividade dos microorganismos

Influência: o grau de ionização de subtsâncias mineraisa actividade dos microorganismos

Possibilita a solubilização de substâncias orgânicas e mineraisCondiciona o coeficiente de partição entre as partículas e a água intersticial

Influência a cinética das reacções químicas e bioquímicasInfluência a solubilidade das substâncias orgânicas e minerais

Influencia o desenvolvimento de organismos autotróficosFotodegradação

Influência a oxigenação das camadas superficiais do sedimentoInfluência o contacto e fixação de organismos ao substracto

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materia orgânica0 5 10 15

pH Eh O2

mg.l-1

Fe3+

CO2

NO3-

RPDL*NO2

-

6 7 8 -200 0 +200 +4000 200 400mv

H2S

mg.l-1

0 2 4%

Fe2+

CH4NH4+

Metabolismo

aeróbio

Metabolismo

anaeróbio

Perfis de concentração de químicos no sedimento

Sed

imen

t d

epth

25

*Redox potential discontinuity layer

De

pth

26

Qual a importância dos sedimentos nas estratégias de avaliação da qualidade ecológica de um estuário

27

INFLUÊNCIA DAS PARTÍCULAS DE SEDIMENTO NA

DISTRIBUIÇÃO DOS CONTAMINANTES

Polychlorinated biphenyls (PCBs)

Suspended Particulate Matter (SPM)

Guadiana river and estuary

29

INFLUÊNCIA DAS ACTIVIDADES DE DRAGAGEM

Durante operações de

dragagem

Antes das dragagens

(30 days)

T30, T45, T60

REF

5×

Mytilus edulis

30

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)

Dradagens induziram efeitos

genotóxicos e de stress

oxidative nos mexilhões

expostos às dragagens.

Dradagens promoveram o

aumento da

biodisponibilidade de PAHs

cancerígenos adsorvidos às

partículas de sedimento

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Bioturbação

Disturbance of the sediment (or soil) by living things (animals and plants):

- displacing by plant roots

- pushing sediment aside such as in animal tracks

- eating and excreting sediment, as earthworms do.

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disrupts layering

creates current flow pathways

enables exchange of minerals and fluids chemistry

adds or removes organic matter

Displacement of microorganisms and non-living particles

Facilitate or impede mobility of diagenetic fluids

Increase or decrease porosity and permeability

Mix the sediment matrix

Displace sediment grains

33Bioturbação

Organismos bentónicos Community of organisms which live on, in, or near the

benthic zone.

This communities lives in or near sedimentary environments, from intertidal to continental shelf and then down to the abyssal depths.

Important to recycling of nutrients and the burial and storage of organic matter

The benthic habitat may contain both primary producers (phytobenthos), and herbivores and carnivores, the zoobenthos.

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Classificação Macrobenthos (animals > 1 mm)

Meiobenthos (1mm < animals > 0.1 mm)

Microbenthos (< 0.1 mm)

Zoobenthos

Phytobenthos (benthic diatoms and macroalgae (seaweed)

Endobenthos

Epibenthos

Hyperbenthos

By

size

By

typ

eB

y lo

cati

on

35

Sapais

Spartina maritima

Sarcocornia fruticosa

36

Sapais

Emergent land plants that tolerate the salinities of

the open sea

Traps and cycle various chemical compounds,

organic materials and nutrients.

Saltmarsh roots act as physical traps and provide

attachment surfaces for various organisms.

37

Sapais

Provides:

- Protection

- Food

- Shelter

- Extension coast

- Building islands

- Major energy input into fisheries

Species are sensitive to extreme temperature and tidal fluctuations, salinity and sediments

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Saltmarsh (colonized areas) trap fine particles enriched in organic contaminants

Sarcocorniafruticosa

39

Box corer

draga PonarCorer simples

40

Multicorer

41The main goal of the Marine Directive is to achieve Good

Environmental Status of EU marine waters by 2020. The Directive

defines Good Environmental Status (GES) as:

“The environmental status of marine waters where these provide

ecologically diverse and dynamic oceans and seas which are clean,

healthy and productive” Article 3

Ecological status is an assessment of the quality of the structure and

functioning of surface water ecosystems. It shows the influence of

pressures (e.g. pollution and habitat degradation) on the identified quality

elements. Ecological status is determined for each of the surface water

bodies of rivers, lakes, transitional waters and coastal waters, based on

biological quality elements and supported by physico-chemical and

hydromorphological quality elements.