Departamento de Química Utilização de Tillandsia como biomonitor no monitoramento da poluição do

ar no Rio de Janeiro

Aluno: Vinicius de Paiva Andrade Orientadora: Adriana Gioda

Introdução

O crescimento populacional sempre foi um objeto de estudo para as mais diversas

áreas da ciência. Thomas Malthus, autor da teoria Malthusiana e que posteriormente foi

adaptada e denominada Neomalthusiana, já afirmava no século XVIII que na falta de

elementos que controlassem o crescimento desordenado da população, tais como, guerras,

desastres naturais e epidemias, o aumento da população dar-se-ia por uma progressão

geométrica. Essa foi a primeira reflexão elaborada que fazia uma projeção até então rasa.

Paralelamente a esse pensamento, ocorria no mesmo período temporal, o segundo

marco mais importante para a humanidade, ficando atrás só da agricultura: a Revolução

Industrial. Sucintamente, a Revolução Industrial consistiu na troca do processo de fabricação,

ou seja, antes da referida revolução, os processos se davam por manufatura (com as próprias

mãos) e, posteriormente, os trabalhos artesanais foram substituídos por máquinas movidas a

vapor. Anos se passaram e a matriz energética do começo da revolução, o carvão, foi

substituída por combustíveis fósseis. Em suma, o cenário atual é de um crescimento mais

desordenado do que o observado por Malthus, só que agora com um viés mais voraz, onde

uma maior quantidade de recursos naturais está sendo suprimida.

Para que seja possível suprir a necessidade de um mundo que a cada dia se expande

mais num sistema onde se predomina o consumismo, mais matéria-prima é retirada e mais

rejeitos, como efluentes, emissões de gases nocivos à saúde, são produzidos. A consequência

de todos esses fatores é a deterioração do ecossistema em geral, gerando malefícios a todos

que se encontram inseridos no mesmo.

O presente trabalho irá focar nas emissões atmosféricas oriundos de atividades

antrópicas, utilizando plantas da espécie Tillandsia usneiode, a título de obter indicadores do

desenvolvimento antrópico em regiões escolhidas, comparando umas as outras.

Objetivos

Este projeto tem por objetivo a caracterização química da Tillandsia usneoides, com

ênfase nos elementos traço tais como Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, Cr, Co, e V e elementos terras raras,

Departamento de Química em vista de comparar os teores naturais da planta em questão aos teores da mesma quando

exposta a ambientes contaminados pela poluição do ar.

Metodologia

Tillandsia usneoides é uma planta epífita, angiosperma e monocotiledônea, da família

Bromeliaceae (Figura 1). Não possui raízes e absorve água e sais por intermédio de pequenos

pêlos existentes nas folhas, acumulando umidade entre elas [1], portanto, ela, por conseguinte,

acaba absorvendo os poluentes que se encontram misturados na atmosfera, garantindo a ela

essa característica de biomonitor.

Figura 1 - Tillandsias usneoides (fonte: Google Maps)

Sendo assim, a acumulação de elementos traços é atrelada aos limites das condições

metabólicas e fisiológicas do biomonitor selecionado, do mesmo modo que as características

geoquímicas do ambiente [2] e dos fatores físicos e climáticos presentes [3]. O presente

estudo consistiu em coletar as plantas de uma zona que tivesse a menor influência possível de

fontes antrópicas que emitissem poluentes, no caso foi escolhida a Floresta da Tijuca.

Posteriormente, as plantas foram pesadas em quatro amostras de 5 g e transplantadas em

Copacabana, uma zona urbana comum, e Santa Cruz, zona industrial que abriga a siderúrgica

Ternium Brasil (antiga CSA) (Figura 2).

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Figura 2 - Área de estudo

Passada uma semana, uma amostra foi coletada de cada ponto e levada ao laboratório.

Na outra semana, foi coletada outra amostra e assim sucessivamente até completar quatro

semanas. Elas foram dispostas a 1,5 m do chão, para que atenuasse as possíveis interferências

das partículas oriundas do solo que ficam em suspensão devido a forças eólicas, e ficaram

abaixo da copa das árvores para que ficassem protegidas da chuva e dos eventuais ventos.

Após o período de exposição de cada uma, as mesmas foram levadas ao laboratório,

passaram por um processo de limpeza manual para remover eventuais animais (nesse caso,

geralmente, pequenos insetos) ou poeiras acopladas e, logo em seguida, foram levadas ao

forno (50 ¹C) para serem secadas afim de facilitar a moagem (Figura 3). Depois, as amostras

foram moídas no martelo e tigelas artesanais evitando contatos com objetos que pudessem

contaminá-las, e secadas mais uma vez afim de garantir que as amostras estivessem

completamente secas.

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Figura 3 – Forno

O próximo passo consistiu em homogeneizar cada amostra e, em seguida, foi retirada

uma alíquota de aproximadamente 0,250 g para posterior ataque químico com HNO3 e H2O2

(Figura 4) sendo quantificadas através da técnica de ICP-MS (Figura 5), sendo cada amostra

realizada em duplicata. Ou seja, as amostras foram avolumadas para 10 mL e posteriormente

foram dividas em dois blocos contendo duplicatas de cada referentes a 10x de diluição para

minoritários e 20x diluição para maioritários.

(a) (b)

Figura 4 – Pesagem das alíquotas (a) e ataque químico (b).

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Os resultados das concentrações de cada lugar monitorado no devido período foram

obtidos a partir de uma média das 4 amostras. Com os resultados, foi possível estabelecer o

Fator de Enriquecimento (FE) para cada ponto monitorado e para cada elemento no período

final, correspondente a 1 mês. O FE ajuda a avaliar o quanto um elemento está enriquecido

(níveis de concentração) de um local, tomando um ponto de referência (controle). Para

calcular, foi utilizada a seguinte fórmula:

Onde:

CEa = Concentração do elemento na amostra

CEc = Concentração do elemento no controle

Figura 5 – Análise das amostras por ICP-MS.

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Resultados e discussão

Os resultados obtidos para as concentrações dos elementos extraídos da Tillandsias usneoides

após 1 mês de exposição a poluição atmosférica local encontram-se nas Figuras 6 e 7.

Figura 6 - Concentração, em µg g-1, dos elementos presentes na Tillandsias usneoides em

Copacabana durante o período de 4 semanas.

Figura 7 - Concentração, em µg g-1, dos elementos presentes na Tillandsias usneoides em

Santa Cruz durante o período de 4 semanas.

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Os resultados dos fatores de enriquecimento no mês encontram-se apresentados nas

Figuras 8 e 9.

Figura 8 - Fator de enriquecimento após 1 mês de exposição da Tillandsias usneoides em

Copacabana.

Figura 9 - Fator de enriquecimento após 1 mês de exposição da Tillandsias usneoides em

Santa Cruz.

As concentrações de Fe, assim como seu fator de enriquecimento, foram mais elevadas

na região de Santa Cruz. Esta região por ser industrial e abrigar uma grande companhia

siderúrgica, justifica estes resultados.

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A concentração de Zn foi maior em Copacabana, comparado à Santa Cruz,

provavelmente explicada devido ao número maior tráfego associado à Copacabana. O Zn é,

provavelmente, advindo do processo oxidação do CO com ZnO durante a queima de

combustíveis pelos automóveis, assim como das pastilhas de freio que compõem os mesmos.

A região de Santa Cruz teve como maiores fatores de enriquecimento, em valores

absolutos de porcentagem, os elementos V, Mn e Co. O Mn é utilizado nos processos

siderúrgicos para aumentar a temperabilidade e reduzir a temperatura de austerização para que

se evite a fragilização a quente gerada pelo sulfeto de ferro. O V tem como principal

característica aumentar a tenacidade pela redução da granulometria, sendo assim bastante

utilizado pois possui ação benéfica nas propriedades do aço tratado. O Co, por sua vez, é

bastante empregado na siderurgia para a fabricação de ligas, visto que tem propriedades

similares as do Ni, todavia possui maior resistência mecânica, consequentemente, um custo

mais elevado.

Copacabana se destacou pelo elevado fator de enriquecimento do Ni e isso pode ser

explicado devido ao elevado tráfego na região. O Ni é um elemento utilizado como

catalisador na combustão interna dos motores automotivos, sendo bastante empregado na

saída dos motores. Vale destacar também um alto fator de enriquecimento para Cr em

Copacabana, muito possivelmente explicado pela utilização dos mesmos nas carrocerias dos

automóveis e com o desgaste da pintura, assim como o acabamento, acaba por enfraquecer as

moléculas que as ligam, ocasionando assim a liberação delas para a atmosfera.

Conclusões

A Tillandsia usneiode teve um resultado satisfatório, sendo suas análises fidedignas

com a expectativa, ou seja, pode-se dizer que ela tem propriedades que a garantem como um

bom biodindicador, além de ser encontrada em abundância no Brasil, a fazendo ser

economicamente viável a qualquer um.

Os resultados da análise foram condizentes com as características das regiões, uma vez

que os níveis dos elementos (Fe e Mn) foram mais altos em Santa Cruz muito possivelmente a

siderúrgica, diferentemente de Copacabana, que não possui atividade industrial, tendo seus

níveis associados, majoritariamente, ao tráfego. Vale destacar que nessas análises, o Fe e o

Mn são os elementos que melhor representam a atividade da siderúrgica na região de Santa

Cruz, uma vez que eles apresentam um valor de fator de enriquecimento de aproximadamente

300 e 900, respectivamente, corroborando assim sua alta concentração.

Departamento de Química Referências

1 - GARTH, R.E. The ecology of Spanish moss (Tillandsia usneoides): it’s growth and

distribuition. Ecology, Louisiana: vol.45, n. 3, p.470 a 481, 1964.

2 - DJINGOVA R., KULEFF I., MARKERT B., 2004. Chemical Fingerprinting of Plants.

Ecological Research 19, 3-11.

3 - KLUMPP A., ANSEL W., KLUMPP G., 2001. Um novo conceito de monitoramento e

comunicação ambiental: a rede européia para avaliação da qualidade do ar usando

plantas bioindicadoras (Eurobionet). Revista Brasileira. de Botânica, 24, 511-518.

4 - De Souza, Rodrigo Chauvet; Analise dos impactos de emissões atmosféricas locais da

indústria siderúrgica: um estudo de caso no Rio de Janeiro; Rio de Janeiro, 2013.

Monografia (Especialização em Planejamento Energético) – COPPE, Universidade Federal do

Rio de Janeiro.

Produtos decorrentes da participação do aluno como bolsista O aluno participou de congressos apresentando o resultado de seu estudo e também como colaborador em outros estudos do grupo. 1. ANDRADE, V. P.; CRUZ, A. R. H. L.; ANTAKI, C. Z.; SANTOS, E. J. S. M.;

CALDERON, E. D.; GIODA, A. Biomonitoramento de Fe, Zn e Pb usando tillandsias usneiodes. XVI Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química. Rio de Janeiro, RJ, dezembro de 2017.

2. CRUZ, A. R. H. L.; ANDRADE, V. P.; ANTAKI, C. Z.; SANTOS, E. J. S. M.; GIODA, A. Biomonitoramento de metais como indicadores da qualidade do ar na cidade do Rio de Janeiro, usando especies de tillandsias transplantadas. XVI Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química. Rio de Janeiro, RJ, dezembro de 2017.

3. CALDERON, E. D.; SILVA, K. B. O.; CRUZ, A. R. H. L.; RESENDE, J. P.; ANTAKI, C. Z.; ANDRADE, V. P.; SANTOS, E. J. S. M.; GIODA, A. Estudo exploratório da qualidade do ar interno com base na concentração de CO2 em vários ambientes da universidade. XVI Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química. Rio de Janeiro, RJ, dezembro de 2017.

4. CRUZ, A. R. H. L.; ANDRADE, V. P.; ANTAKI, C. Z.; SANTOS, E. J. S. M.; GIODA, A. Biomonitoring of metals and air quality in Rio de Janeiro city, using transplanted tillandsia species. VI International Workshop on Pollutants in the Environment, 2017, Rio de Janeiro.

5. ANDRADE, V. P.; CRUZ, A. R. H. L.; CALDERON, E. D.; CRUZ, J. K. H. L.; GIODA, A. Air quality biomonitoring of trace elements in Huancayo City, Peru using transplanted Tillandsia capillaris as bioindicators In: 41ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química (41ª RASBQ), 2018, Foz do Iguaçu, PR. Anais da 41ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química (41ª RASBQ). São Paulo, SP: SBQ, 2018. v.1. p.1 -