Reconstruction of historical trends in potentially toxic elements from sediment cores collected in Bertioga channel, southeastern Brazil

Abstracts

The study presents an evaluation of potentially toxic elements deposition in Bertioga Channel (Southeastern Brazilian coast) along the last 150 years, the main anthropogenic activity period in the area. Five sediment cores by means of ICP-OES to determine the levels of metals (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn) and As. The pollution load index (PLI) and enrichment factor (EF) were calculated to identify the relative elements toxicity of the sediments and the anthropogenic contribution of the investigated elements. The indexes indicated the absence of contamination but a higher input of As in cores B2 and B5, which have been sampled in an area that presents higher sedimentation rates. Through an statistical analysis of time series decomposition, it was verified that the metals flux to the area follow the cycles of rainy (austral summer and autumn) and dry seasons (austral winter and spring). In conclusion, the enrichment corresponds to the end of the 19th Century, when Santos Harbor was inaugurated, and to the 1970s, when Santos Harbor activities expanded. In addition, the analysis of the indexes and the temporal decomposition indicate that these elements' input to Bertioga Channel is due to natural processes of weathering and sedimentation.

Potentially toxic elements; Enrichment factor; Sedimentation rates; Bertioga Channel

Este estudo apresenta uma avaliação da deposição de elementos potencialmente tóxicos no Canal de Bertioga (costa sudeste brasileira) ao longo de 150 anos, período principal de atividade antropogênica na área. O trabalho analisou cinco testemunhos sedimentares por meio de ICP-OES para determinar os níveis de metais (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn) e As. O índice de carga de poluição (PLI) e o fator de enriquecimento (EF) foram calculados para identificar a toxicidade relativa dos elementos dos sedimentos e a contribuição antropogênica dos elementos investigados. Os índices indicaram a ausência de contaminação por metais pesados, mas houve uma entrada mais elevada de As nos testemunhos B2 e B5, amostrados em área com maiores taxas de sedimentação. Através de análise estatística de decomposição de séries temporais, verificou-se que o fluxo de metais para a área segue os ciclos de estações chuvosa (verão austral) e seca (inverno austral). Como conclusão pode ser verificado que o enriquecimento observado corresponde ao final do século XIX, quando o Porto de Santos foi inaugurado, e à década de 1970, quando as atividades do porto foram expandidas. Ainda, a análise dos índices e da decomposição temporal indica que a entrada de As no Canal de Bertioga dá-se por processos naturais de intemperismo e sedimentação.

Elementos potencialmente tóxicos; Fator de enriquecimento; Taxa de sedimentação; Canal de Bertioga

• ACKERMAN, F. A procedure for correcting grain size effect in heavy metal analysis of estuaries and coastal sediments. Environ. Technol. Lett., v. 1, p. 518-527, 1980.
• ANDREWS, S.; SUTHERLAND, R. A. Cu, Pb and Zn contamination in Nuuanu watershed, Oahu, Hawaii. Sci. Total Environ., v. 324, n. 1/3, p. 173-182, 2004.
• BINELLI, A.; SARKAR, S. K.; CHATTERJEE, M.; RIVA, C.; PAROLINI, M.; BHATTACHARYA, B.; BHATTACHARYA, A. K.; SATPATHY, K. K. A comparison of sediment quality guidelines for toxicity assessment in the Sunderban wetlands (Bay of Bengal, India). Chemosphere, v. 73, n. 7, p. 1129-1137, 2008.
• BIRCH, G. F.; TAYLOR, S. E. Application of sediment quality guidelines in the assessment and management of contaminated superficial sediments in Port Jackson (Sydney Harbour), Australia. Environ. Manage., v. 29, n. 6, p. 860-870, 2002.
• BORDON, I. C. A. C.; SARKIS, J. E. S.; GOBBATO, G. M.; HORTELLANI, M. A.; PEIXOTO, C. M. Metal concentration in sediments from the Santos estuarine system: a recent assessment. J. Braz. Chem. Soc., v. 22, n. 10, p. 1858-1865, 2011.
• BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução n.344, de 25 de março de 2004 Estabelece as diretrizes gerais e os procedimentos mínimos para a avaliação do material a ser dragado em águas jurisdicionais brasileiras, e dá outras providências. Disponível em: http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=445 Acesso em: 11 dez 2012.
• CAIERO, S.; COSTA, M. H.; RAMOS, T. B.; FERNANDES, F.; SILVEIRA, N.; COIMBRA, A.; MEDEIROS, G.; PAINHO, M. Assessing heavy metal contamination in Sado Estuary sediment: an index analysis approach. Ecol. Indic., v. 5, n. 2, p. 151-169, 2005.
• CBH-BS (Comitê da Bacia Hidrográfica da Baixada Santista). Relatório de situação: recursos hídricos da Baixada Santista. Santos: CBH-BS, 2011. 44 p. (Relatório cinco, UGRHI 07). Disponível em: http://www.sigrh.sp.gov.br/sigrh/ARQS/RELATORIO/CRH/CBH-BS/1573/rs%202011%20cbh-bs%20versao%20final.pdf Acesso em: 1 mai 2013.
• CETESB (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental). Sistema Estuarino Santos e São Vicente São Paulo: CETESB, 2001. 183 p. Disponível em: http://www.acpo.org.br/biblioteca/06_areas_contaminadas_%20saturadas/relatorio_sistema_estuarino_santos_sv.pdf Acesso em: 4 jan 2013.
• CODESP (Companhia Docas do Estado de São Paulo). Porto de Santos: relatório anual 2011. Santos: CODESP, 2011. 131 p. Disponível em: http://201.33.127.41/down/relatorio/Relatorio2011.pdf Acesso em: 29 abr 2013.
• DAEE (DEPARTAMENTO DE ÁGUAS E ENERGIA ELÉTRICA). Banco de dados pluviográficos do Estado de São Paulo In: FUNDAÇÂO DO CENTRO TECNOLÓGICO E HIDRÁULICA - USP. CD-ROM. 1999.
• DATTA, R.; MAKRIS, K. C.; SARKAR, D. Arsenic fractionation and bioaccessibility in two alkaline Texas soils incubated with sodium arsenate. Arch. Environ. Contam. Toxicol., v. 52, n. 4, p. 475-482, 2007.
• FIGUEIRA, R. C. L.; GONZALEZ TESSLER, M.; MICHAELOVITCH DE MAHIQUES, M.; FUKUMOTO, M. M. Is there a technique for the determination of sedimentation rates based on calcium carbonate content?: a comparative study on the Southeastern Brazilian shelf. Soils Found., v. 47, n.. 4, p. 649-656, 2007.
• FORRESTER, G. E.; FREDERICKS, B. I.; GERDEMAN, D.; EVANS, B.; STEELE, M. A.; ZAYED, K.; SCHWEITZER, L. E.; SUFFET, I. H.; VANCE, R. R.; AMBROSE, R. F. Growth of estuarine fish is associated with the combined concentration of sediment contaminants and shows no adaptation or acclimation to past conditions. Mar. Environ. Res., v. 56, n. 3, p. 423-442, 2003.
• GROUSSET, F. E..; QUETEL, C. R.; THOMAS B.; DONARD, O. F. X.; LAMBERT, C. E.; GUILLARD, F.; MONACO, A. Anthropogenic vs. lithogenic origins of trace elements (As, Cd, Pb, Rb, Sb, Sc, Sn, Zn) in water column particles: northwestern Mediterranean Sea. Mar. Chem., v. 48, n. 3/4, p. 291-310, 1995.
• HARIKUMAR, P. S.; NASIR, U. P.; MAJEEBU, R. Distribution of heavy metals in the core sediments of a tropical wetland system. Int. J. Environ. Sci. Technol., v. 6, n. 2, p. 225-232, 2009.
• HEMMING, J. M.; BROWN, J. M.; BRIM, M.; JARVIS, R. Sediment quality survey of the Choctawhatchee Bay system in the Florida panhandle. Mar. Pollut. Bull., v. 50, n. 8, p. 889-898, 2005.
• HERUT, B.; SANDLER, A. Normalization methods for pollutants in marine sediments: review and recommendations for the Mediterranean. New York: UNEP/MAP, 2006. p. 23. (IOLR Report H18/2006). Disponível em: http://www.sednet.org/download/0604_herut_and_sandler_report.pdf Acesso em: 27 nov 2012.
• HORTELLANI, M. A.; SARKIS, J. E. S.; ABESSA, D. M. S.; SOUSA, E. C. P. M. Avaliação da contaminação por elementos metálicos dos sedimentos do Estuário Santos - São Vicente. Quim. Nova, v. 31, n. 1, p. 10-19, 2008.
• UNEP-IOC-IMO (United Nations Environmental Programme - Intergovernmental Oceanographic Commission - International Maritime Organization). Guidance on assessment of sediment quality: global investigation of pollution in the marine environment (GIPME) (IOC-UNEP-IMO). London: International Maritime Organization, 2011. 19 p.
• IRABIEN, M. J.; CEARRETA, A.; LEORRI, E.; GÓMEZ, J.; VIGURI, J. A 130 year record of pollution in the Suances estuary (southern Bay of Biscay): implications for the environmental management. Mar. Pollut. Bull., v. 56, n. 10, p. 1719-1727, 2008.
• IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Compendium of chemical terminology: IUPAC recommendations. 2.ed. Oxford: Blackwell Scientific, 1997. 456 p.
• JAKIMSKA, A.; KONIECZKA, P.; SKÓRA, K.; NAMIESNK, J. Bioaccumulation of metals in tissues of marine animals. Part I: The role and impact of heavy metals on organisms. Pol. J. Environ. Stud., v. 20, n. 5, p. 1117-1125, 2011.
• LAM, J. C. W.; TANABE, S.; CHAN, S. K.; YUEN, E. K.; LAM, M. H.; LAM, P. K. Trace element residues in tissues of green turtles (Chelonia mydas) from south China waters. Mar. Pollut. Bull., v. 48, n. 1/2, p. 174-182, 2004.
• LONG, E. R.; MACDONALD, D. D.; SMITH, S. L.; CALDER, F. D. Incidence of adverse biological effects within ranges of chemical concentrations in marine and estuarine sediments. Environ. Manage., v. 19, n. 1, p. 81-97, 1995.
• LUIZ-SILVA, W.; MATOS‚ R. H. R.; KRISTOSCH‚ G. C.; MACHADO‚ W. Variabilidade espacial e sazonal da concentração de elementos-traço em sedimentos do sistema estuarino de Santos-Cubatão (SP). Quim. Nova, v. 29, n. 2, p. 256-263, 2006.
• LUIZ-SILVA, W.; WILSON, M.; MATOS, R. H. R. Multi-elemental contamination and historic record in sediments from the Santos-Cubatão Estuarine System, Brazil. J. Braz. Chem. Soc., v. 19, n. 8, p. 1490-1500, 2008.
• LUO, W. ; WANG, T.; HU, W.; JIAO, W.; NAILE, JE.; KHIM, JS.; GIESY, JP. Ecological risk assessment of arsenic and metals in sediments of coastal areas of northern Bohai and Yellow Seas, China. Ambio, v. 39, n. 5/6, p. 367-375, 2010.
• MAHIQUES, M. M.; BURONE, L.; FIGUEIRA, R. C. L.; LAVENÉRE-WANDERLEY, A. A. O.; CAPELLARI, B.; ROGACHESKI, C. E.; BARROSO, C. P.; SANTOS, L. A. S.; CORDERO, L. M.; CUSSIOLI, M. C. Anthropogenic influences in a lagoonal environment: a multiproxy approach at Valo Grande mouth, Cananéia-Iguape system (SE Brazil). Braz. J. Oceanogr., v. 57, n. 4, p. 325-337, 2009.
• O'CONNOR, T. P. The sediment quality guideline, ERL, is not a chemical concentration at the threshold of sediment toxicity. Mar. Pollut. Bull., v. 49, p. 383-385, 2004.
• PEKEY, H.; KARAKAŞ, D.; AYBERK, S.; TOLUN, L.; BAKOĞLU, M. Ecological risk assessment using trace elements from surface sediments of Izmit Bay (northeastern Marmara Sea, Turkey). Mar. Pollut. Bull., v. 48, n. 9/10, p. 946-953, 2004.
• PRAVEENA, S. M.; RADOJEVIC, M.; ABDULLAH, M. H. The assessment of mangrove sediment quality in Mengakabong lagoon: An index analysis approach. Int. J. Environ. Sci. Educ., v. 2, n. 3, p. 60-68, 2007.
• ROACH, A. C. Assessment of metals in sediments from Lake Macquarie, New South Wales, Australia, using normalisation models and sediment quality guidelines. Mar. Environ. Res., v. 59, n. 5, p. 453-472, 2005.
• RODRIGUES, F. O.; LAMPARELLI, C. C.; MOURA, D. O. Environmental impact in mangrove ecosystems: São Paulo, Brazil. In: YÁNEZ-ARANCIBIA, A.; LARA-DOMÍNGUEZ, A. L. (Eds.). Ecosistemas de manglar en América Tropical México: Instituto de Ecología A.C.; San Jose: UICN/ORMA; Silver Spring: NOAA/NMFS, 1999. p. 175-198
• SAEKI, K.; SAKAKIBARA, H.; SAKAI, H.; KUNITO, T.; TANABE, S. Arsenic accumulation in three species of sea turtles. BioMetals, v. 13, n. 3, p. 241-250, 2000.
• SÃO PAULO (Estado). Secretaria de Estado do Meio Ambiente. Relatório do Sistema Estuarino Santos e São Vicente São Paulo: Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB), 2001. 183 p.
• SEADE (Fundação Sistema Estuadual de Análise de Dados). São Paulo em dados, 2010. Disponível em: http://www.seade.gov.br Acesso em: 8 abr. 2013.
• SILVA, P. S. C.; DAMATTO, S. R.; MALDONADO, C.; FÁVARO, D. I.; MAZZILLI, B. P. Metal distribution in sediment cores from São Paulo State Coast, Brasil. Mar. Pollut. Bull., v. 62, n. 5, p. 1030-1039, 2011.
• SZEFER, P.; GLASBY, G.P.; KUSAK, A.; SZEFER, K.; JANKOWSKA, H.; WOLOWICZ, M.; ALI, A.A. Evaluation of the anthropogenic influx of metallic pollutants into Puck Bay, southern Baltic. Appl. Geochem., v. 13, n. 3, p. 293-304, 1998.
• TOMLINSON, D. C. ; WILSON, J. G.; HARRIS, C. R.; JEFFREY, D. W. Problems in the assessment of heavy-metals levels in estuaries and the formation of a pollution index. Helgol. Meeresunters., v. 33, n. 1/4, p. 566-575, 1980.
• UNITED STATES. Environmental Protection Agency. Method 3050B: Acid digestion of sediments, sludges, and soils. San Francisco: EPA, 1996. 12 p.
• UNITED STATES. Environmental Protection Agency. Method 6010C: Inductively coupled plasma - atomic emission spectrometry. San Francisco: EPA, 2007. 34 p.
• WADE, T. L.; SWEET, S. T.; KLEIN, A. G. Assessment of sediment contamination in Casco Bay, Maine, USA. Environ. Pollut., v. 152, n. 3, p. 505-521, 2008.

Publication Dates

• Publication in this collection
  15 July 2013
• Date of issue
  June 2013

History

• Received
  13 Dec 2012
• Accepted
  15 June 2013
• Reviewed
  19 May 2013