UNIDAVI FACITEC

CURSO DE ECOLOGIA – Ituporanga CURSO: ECOLOGIA

PROFESSOR: PABLO ALBINO PEREIRA DISCIPLINA: TOXICOLOGIA

O DESTINO DOS METAIS EM ECOSISTEMAS CONTAMINADOS

1.1 Introdução

Com exceção dos radioisótopos produzidos pelo homem, todos os metais têm estado presente na Terra desde a sua formação. A extensão na qual a atividade humana contribui para os ciclos globais dos metais pode ser descrito pelo fator de enriquecimento antropogênico (FEA) (tabela 1). A partir da análise dos dados desta tabela fica claro que a atividade humana é responsável pela maioria do movimento global de Cd, Pb, Zn e Hg mas, é relativamente de pouca influência sobre o ciclo do Mn. O FEA do chumbo é, principalmente, devido ao amplo uso de aditivos com este metal, em combustíveis derivados de petróleo. O FEA da maioria dos radioisótopos é 100 %.

Tabela 1. FEA para a emissão anual global de alguns metais

Metal Fontes antropogênicas

Fontes naturais

Total FEA

Cd 8 1 9 89 % Pb 300 10 310 97 % Zn 130 50 180 72 % Mn 40 300 340 12 % Hg 100 50 150 66 % São quatro os fatores que controlam o destino de poluentes inorgânicos em

ecossistemas contaminados. 1- Localização 2- Persistência 3- Bioconcentração e bioacumulação 4- Biodisponibilidade

1.2 Localização Uma substância é considerado tóxica quando a sua concentração excede o valor

limite em determinado “compartimento” ambiental. O compartimento último é planeta todo, mas compartimentos podem ser individualizados em ecossistemas, organismos, sistemas, órgãos, etc.

Tem sido preconizado que a “solução” para a poluição seria a diluição. Chaminés altas operam, dentro deste princípio. Por exemplo, poluição devido a fundições de níquel, no Canadá, causaram gravíssimos impactos sobre o meio ambiente daquele país. A “solução” foi aumentar a altura das chaminés, para que os metais particulados fossem carregados para maiores distâncias. Embora a quantidade total de poluentes descarregados continuasse a mesma, a concentração dos mesmos se reduziu dramaticamente, tanto que a vegetação voltou a crescer nas vizinhanças das fábricas. Entretanto, esta solução causou o aparecimento de chuva ácida no leste dos Estados Unidos da América.

Em outra escala dos compartimentos ambientais, a nível celular, os metais não

sofrem detoxificação. Os organismos, então, podem compartimentalizar toxinas na forma de depósitos insolúveis, de forma a prevenir a interferência com reações bioquímicas essenciais. 1.3 Persistência

Os metais não são biodegradáveis. Entretanto, existe a formação e degradação de compostos específicos, como o metil mercúrio. Uma vez que, os metais atingem o solo ou sedimentos, eles têm tempos de residência altos antes que possam ser eluídos para outros compartimentos.

Isótopos radioativos de metais decaem exponencialmente e a sua persistência é ditada pela meia-vida de cada isótopo (tabela 2). Tabela 2. Meia-vida de alguns isótopos radioativos

Isótopo Meia-vida Plutônio - 241 13 anos Plutônio - 239 24.000 anos Iodo - 131 8 dias Iodo - 129 160 milhões de anos Estrôncio - 90 28 anos Césio - 137 30 anos

1.4 Bioconcentração e bioacumulação

Alguns poluentes inorgânicos são assimilados por organismos em maior

extensão do que outros. Isto é refletido pelo fator de bioconcentração (FBC) e pelo fator de bioacumulação (FBA), os quais podem ser expressos da seguinte maneira:

FBC = Concentração da substância no organismo Concentração no meio ambiente FBA = Concentração da substância no organismo Concentração no alimento (ou água ingerida)

Para um organismo terrestre, o meio ambiente é usualmente o solo. Para um organismo aquático, é usualmente a água ou o sedimento. O fator de bioconcentração é importante em ecotoxicologia aquática, onde o meio ambiente é a maior fonte de poluentes. O fator de bioacumulação é crítico em ecotoxicologia terrestre, onde o alimento (e, em alguns casos a água ingerida) representam a maior fonte de poluentes. A bioacumulação a longo prazo de poluente inorgânicos depende da taxa de excreção do mesmo. Desta forma a bioacumulação do cádmio em animais é alta quando comparada a outros metais, devido a ser rapidamente absorvido e lentamente excretado. Se um organismo exibe um alto FBC para uma determinada substância, isso pode ser devido a sua bioquímica. Por exemplo, animais com esqueleto calcário, exoesqueleto ou concha, concentra chumbo e/ou estrôncio em uma maior extensão do que animais sem estas estruturas. Isso ocorre devido, ao fato destes dois metais seguirem vias bioquímicas similares àquelas do cálcio, a qual os organismos desenvolveram alta eficiência. 1.5 Biodisponibilidade

Uma outra razão que pode explicar o alto FBC de uma substância pode ser uma

maior biodisponibilidade desta. Mercúrio metilado é absorvido muito mais rapidamente do que mercúrio inorgânico.

O pH tem efeito pronunciado sobre a solubilidade dos metais nos solos e água.

Se o pH declina (por exemplo devido a deposição de ácidos), alguns metais

tornam-se mais solúveis do que outros e assim, mais biodisponíveis. O alumínio é altamente insolúvel em pH neutro ou fracamente ácido mas, em pH’s próximos a 4,5 a sua solubilidade aumenta dramaticamente e torna-se o fator principal na morte de peixes em lagos acidificados.

2 Destino em ecossistemas terrestres

Em ecossistemas terrestres, o solo pode estar contaminado com metais ou isótopos radioativos, devido a atividade prévia industrial, de minas ou outras. E também pode se dever a deposição de metais que forma transportados pelo ar.

Em relação a este último, pode ser devido a práticas agrícolas como utilização

de praguicidas contendo metais ou adubos orgânicos contaminados; deposição de partículas advindas de fundições; emissões veiculares contendo chumbo; testes nucleares atmosféricos, ou acidentes como o de Chernobil.

A maioria dos depósitos geológicos de metais que se tornaram expostos naturalmente, forma explorados em séculos anteriores. Somado as recentes atividades mineiras, o legado deixado foi inúmeros locais contaminados, nos quais a concentração de metais é extremamente alta.

Devido ao longo tempo de residência dos metais no solo, minas que foram paralisadas a muitos anos, em geral têm uma cobertura vegetal muito esparsa.

A reabilitação destas áreas é difícil. Nos dias de hoje, o método mais

amplamente utilizado, é de cobrir o solo contaminado com uma camada impermeável e, então cobrir com solo no qual arvores podem ser plantadas. A água das chuvas flui sobre a camada impermeável até as bordas do depósito, ao invés de fazê-lo através do solo contaminado. Isso diminui, em muito, o fluxo de líquido contaminado para reservatórios naturais de água.

Antes do desenvolvimento de pesticidas orgânicos, os praguicidas contendo

metais eram amplamente usados. No século XIX, era uma prática padrão borrifar uma mistura contendo cobre nos jardins e plantações de uvas. E ainda é usado como fungicida. Arsênio, chumbo e cromo também foram usados e ainda é possível encontrar altos níveis destes nos solos de casas antigas.

Em muitas áreas agrícolas existe a adubação utilizando matéria orgânica

proveniente de esgoto. Entretanto, se o material é proveniente, mesmo em parte, de dejetos industriais, a concentração de metais pode ser muito alta.

Uma das maiores fontes de contaminação do solo com metais, é queima de

combustíveis contendo chumbo. O extensivo uso destes combustíveis no passado levaram a ampla contaminação dos solos urbanos. Entretanto, devido ao transporte

de longo alcance, níveis elevados de chumbo podem ser encontrados em regiões isoladas de qualquer atividade industrial, como a Groelândia.

Em contraste com a poluição causada por automóveis, a deposição de metais

por indústrias de fundição tende a ser mais localizada. O principal efeito da deposição área de metais é a redução na decomposição de material vegetal morto o qual acumula-se sobre a superfície. Organismos tais como, minhocas, cupins e centopéias, os quais são responsáveis pela fragmentação inicial das folhas estão ausentes, nestas áreas, devido a contaminação da sua dieta com metais.

A mobilidade dos metais no solo é ditada pela quantidade de argila, e de

matéria orgânica e pH. Em geral, quanto maior o conteúdo em argila e/ou matéria orgânica e mais alto o pH, mais firmemente os metais estão ligados, e maior é o seu tempo de residência no solo. 3 Destino em ecossistemas aquáticos O “destino final” dos metais são os oceanos. Entretanto, devido a massiva diluição ocorrida com os contaminantes, é difícil provar que os metais, em mar aberto, tenham efeitos significantes sobre a biota. Contudo, nos estuários a situação é completamente diferente. Muitos são pesadamente poluídos, particularmente, aqueles nos quais deságuam rios que passam por regiões pesadamente industrializadas ou com minas.

Figura 1. Distribuição de mercúrio nos sedimentos do rio Paraíba do Sul, RJ. Na água, a solubilidade dos metais é pH dependente. Cursos d’água drenando regiões com mina, são muitas vezes ácidos, e contém altas concentrações de metais dissolvidos. Entretanto, se o curso torna-se diluído com água não contaminada, o pH aumenta e os metais são precipitados. A deposição ácida pode ficar estocada na neve e liberada como um pulso de alta acidez durante a primavera. O resultante declínio do pH de uma unidade ou mais, causa um súbito aumento nos níveis de metais solúveis nos lagos e cursos d’água (Figura 2).

Figura 2. Variações com o tempo do pH da água e solubilidade do zinco em lago da Suécia