Mercúrio em Solos da Região Sudeste do Brasil sem Influência Antropogênica e sua Correlação com as Características Químicas e Físicas

Mercury Content in Soils of Southeastern Brazil Without Anthropogenic Influence and its Correlation with Soil Characteristics

Liliane Catone Soares Lucília Alves Linhares Fernando Barboza Egreja Filho Cláudia Carvalhinho Windmoller Maria Irene Yoshida Sobre os autores

Resumos

A correlação entre as características físicas e químicas do solo e o teor de mercúrio natural é importante para identificar aquelas que mais influenciam na retenção desse elemento nesses solos e sua distribuição nos diversos compartimentos ambientais. Esse estudo teve por objetivos determinar o teor de Hg de solos sem influência antropogênica e correlacionar esse teor com as características físicas e químicas dos solos. A relevância deste trabalho se deve ao fato que a maioria das pesquisas é focada em solos contaminados e, em caso de solos tropicais, as pesquisas são ainda mais escassas. As características físicas e químicas de diferentes solos de mata natural do Estado de Minas Gerias e de um solo do Estado do Rio de Janeiro foram correlacionadas com os teores naturais de Hg dos solos. O teor de Hg foi determinado empregando-se o analisador direto de Hg DMA-80. A faixa de concentração de Hg encontrada foi de 0 a 215 µg kg-1 com média de 81 µg kg-1. O teor de Hg dos solos correlacionou-se principalmente com o teor de argila e o pH do solo. Não houve correlação entre o teor de Hg e o de C. Para solos com teores mais altos de Hg e mesma textura, a capacidade de troca catiônica passa a ser uma variável importante.

metal pesado; solos tropicais; pH; textura


Correlation between physical and chemical characteristics of soils and their natural mercury content is important for identifying the parameters that most influence Hg retention in these soils and its distribution in different environmental compartments. The aim of this study was to quantify the Hg content of tropical soils without anthropogenic influence and correlate it with physical and chemical soil characteristics. The present study is relevant because most research focuses on contaminated soils and, in the case of tropical soils, research is even more limited. Therefore, different soils from natural forests of southeastern Brazil were characterized and the results of chemical and physical characterization were correlated with soil Hg content. Mercury content was determined through the direct Hg analyzer DMA-80. Mercury concentrations in soils were between 0 and 215 μg kg-1 and the average was 81 µg kg-1. Soil Hg content correlated mainly with the clay content and soil pH. There was no correlation between Hg content and C content. For soils with higher levels of Hg and the same texture, cation exchange capacity becomes an important variable.

heavy metal; tropical soils; pH; texture


INTRODUÇÃO

O conhecimento das concentrações consideradas naturais de metais em solos é fundamental para que se possa avaliar adequadamente o grau de contaminação de áreas impactadas. No Brasil, assim como na Indonésia, na Colômbia e em alguns outros países da América do Sul, Ásia e África, as minerações artesanais e de pequena escala de ouro são a maior fonte de emissão de mercúrio (Hg) (UNEP, 2008UNEP Chemicals Branch. The global atmospheric mercury assessment: Sources, emissions and transport. Geneva: UNEP-Chemicals; 2008.). Segundo o anuário mineral de 2010 do Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM, 2010Departamento Nacional de Produção Mineral - DNPM. Anuário Mineral Brasileiro 2010. Brasília: 2010. [Acessado em: 22 maio 2014]. Disponível em: http://www.dnpm.gov.br/relatorios/amb/Completo_2010.pdf.
http://www.dnpm.gov.br/relatorios/amb/Co...
), das 2.592 t de reservas lavráveis de ouro do Brasil, 582 t (22 % do total) estão localizadas no Estado de Minas Gerais; assim, justifica-se a importância de estudar os teores de Hg nos solos desse Estado.

Na maioria das pesquisas realizadas sobre determinação de Hg em solos em diferentes regiões ao redor do mundo, foram estudadas áreas impactadas por atividades antropogênicas, principalmente mineração de Hg (Gosar et al., 2006Gosar M, Sajn R, Biester H. Binding of mercury in soils and attic dust in the Idrija mercury mine area (Slovenia). Sci Total Environ. 2006;369:150-62.; García-Sanchez et al., 2009García-Sánchez A, Murciego A, Álvarez-Ayuso E, Santa Regina I, Rodríguez-González MA. Mercury in soils and plants in an abandoned cinnabar mining area (SW Spain). J Hazard Mater. 2009;68:1319-24.; Malferrari et al., 2011Malferrari D, Brigatti MF, Elmi C, Laurora A. Determination of Hg binding forms in contaminated soils and sediments: state of the art and a case study approaching abandoned mercury mines from Mt. Amiata (Siena, Italy). J Mineral Geochem. 2011;188:65-74.), mineração de Au (Varejão et al., 2009Varejão EVV, Bellato CR, Fontes MPF. Mercury fractionation in stream sediments from the Quadrilátero Ferrífero gold mining region, Minas Gerais State, Brazil. Environ Monit Assess. 2009;157:125-35.; Cesar et al., 2011Cesar R, Egler S, Polivanov H, Castilhos Z, Rodrigues AP. Mercury, copper and zinc contamination in soils and fluvial sediments from an abandoned gold mining area in southern Minas Gerais State, Brazil. Environ Earth Sci. 2011;64:211-22.; Swenson et al., 2011Swenson JJ, Carter CE, Domec JC, Delgado CI. Gold Mining in the Peruvian Amazon: Global prices, deforestation, and mercury imports. PlosOne. 6, 2011. doi:10.1371/journal.pone.0018875.) e indústria de cloro-soda (Biester et al., 2002Biester H, Muller G, Scholer HF. Binding and mobility of mercury in soils contaminated by emissions from chlor-alkali plants. Sci Total Environ. 2002;284:191-203.; Grangeon et al., 2012Grangeon S, Guédron S, Asta J, Sarret G, Charlet L. Lichen and soil as indicators of an atmospheric mercury contamination in the vicinity of a chlor-alkali plant (Grenoble, France). Ecol Indic. 2012;13:178-83.). Entretanto, estudos sobre teores de Hg em solos não contaminados, principalmente em solos de regiões tropicais, são menos numerosos. No Brasil, isso é particularmente importante porque ainda existe a dificuldade de se definirem os valores de referência para solos contaminados, justamente em razão da variabilidade dos teores naturais consequente da heterogênea geoquímica dos solos (Mello e Abrahão, 2013Mello JWV, Abrahão WAP. Solos contaminados no Brasil. O desafio de definir valores de referência. Bol Inf SBCS. 2013;38:12-7.). Apesar da variabilidade dos solos, tanto os estudos sobre áreas não contaminadas quanto sobre áreas impactadas concentram-se predominantemente na região da Amazônia brasileira, seguidos, em menor extensão, da região do Quadrilátero Ferrífero em Minas Gerais.

Estudos feitos em áreas não impactadas da Amazônia brasileira revelam uma variada faixa de concentrações de Hg, valores superiores aos teores obtidos em muitos dos estudos realizados em outras regiões do mundo (Quadro 1). No que se diz respeito ao Estado de Minas Gerais, algumas pesquisas foram realizadas nas regiões do Quadrilátero Ferrífero e da bacia do rio Doce (Quadro 1); e a grande maioria foi no sentido de avaliar o impacto ocasionado pelas minerações de Au.

Quadro 1
Variação dos teores de mercúrio na Amazônia brasileira, em várias regiões do Estado de Minas Gerais (Brasil) e no mundo

Além das contribuições antrópicas, os teores naturais de Hg dos solos do Estado de Minas Gerais são muito variáveis (20 a 4.330 µg kg-1). Essa enorme variabilidade foi verificada pelo grupo coordenado pela Fundação Estadual do Meio Ambiente, que definiu os valores de referência de qualidade para os teores de metais pesados nos solos mineiros (Mello e Abrahão, 2013Mello JWV, Abrahão WAP. Solos contaminados no Brasil. O desafio de definir valores de referência. Bol Inf SBCS. 2013;38:12-7.). Os resultados revelaram altíssimas concentrações naturais de Hg em solos do Quadrilátero Ferrífero, chegando a 4.330 µg kg-1, que é muito superior ao valor de referência de qualidade (VRQ) para Hg em solos (50 µg kg-1, COPAM, 2011Conselho Estadual de Política Ambiental - COPAM. Altera o Anexo I da Deliberação Normativa Conjunta COPAM CERH nº 2 de 6 de setembro de 2010, estabelecendo os Valores de Referência de Qualidade dos Solos. Deliberação Normativa nº 166, de 29 de junho de 2011. Diário do Executivo - “Minas Gerais”, 27 jul. de 2011.) e chega a ser 8,66 vezes superior ao limite de prevenção de Hg (500 µg kg-1, COPAM, 2011Conselho Estadual de Política Ambiental - COPAM. Altera o Anexo I da Deliberação Normativa Conjunta COPAM CERH nº 2 de 6 de setembro de 2010, estabelecendo os Valores de Referência de Qualidade dos Solos. Deliberação Normativa nº 166, de 29 de junho de 2011. Diário do Executivo - “Minas Gerais”, 27 jul. de 2011.).

Tendo em vista que os dados de concentrações de Hg nos solos brasileiros encontrados na literatura são de algumas áreas específicas, geralmente impactadas por garimpo de ouro, este estudo teve por objetivos determinar o teor de Hg de solos em áreas sem aporte antropogênico evidente do metal, predominantemente de Minas Gerais, e correlacionar esse teor com as características físicas e químicas dos solos. Espera-se contribuir para o aumento do banco de dados sobre teores naturais de Hg em solos do Sudeste brasileiro e da relação desses teores com as características dos solos, a fim de subsidiarem estudos sobre o comportamento de Hg nesses e em solos semelhantes.

MATERIAL E MÉTODOS

Amostras de diferentes classes de solos (Quadro 2) foram coletadas em várias cidades do Estado de Minas Gerais e em uma cidade do Estado do Rio de Janeiro, em áreas de mata natural, não impactadas por atividades agrícolas e industriais. Foram coletadas amostras de 14 classes solos em duas profundidades (horizontes A e B), exceto três deles, os quais apenas um dos horizontes foi analisado, totalizando, portanto, 25 amostras.

Quadro 2
Classe de solo, horizontes, profundidade, classificação de acordo com o Sistema Brasileiro de Classificação de Solo e localização dos solos estudados

As amostras foram secas ao ar, desagregadas e passadas em peneira de 2 mm (TFSA). Nessas amostras, foi realizada a análise textural. Para caracterização química e quantificação de Hg, as amostras foram ainda trituradas e passadas em peneira de 0,177 mm (80 mesh).

As determinações de pH em água, a capacidade de troca catiônica (CTC) e a análise granulométrica foram realizadas de acordo com Claessen (1997)Claessen MEC, organizador. Manual de métodos de análise de solo. 2ª.ed. Rio de Janeiro: Embrapa-CNPS; 1997.. O teor de C foi determinado pelo método de Walkley-Black (Jackson, 1958Jackson ML. Soil chemical analysis. Englewood Cliffs: Prentice-Hall; 1958.). Determinaram-se os teores de Fe e de Al extraíveis por soluções de ditionito-citrato-bicarbonato (DCB) e soluções de oxalato ácido de amônio, de acordo com Mehra e Jackson (1960)Mehra OP, Jackson ML. Iron oxide removal from soils and clays by a dithionite-citrate system buffered with sodium bicarbonate. Clays Clay Min. 1960;7:317-27. e McKeague e Day (1966)Mckeague JA, Day JH. Dithionite and oxalate-extractable Fe and Al as aids in differentiating various classes of soil. Can J Soil Sci. 1966;46:13-22., respectivamente. Os teores de Fe e Al (o último que se supõe fazer parte da estrutura dos óxidos de Fe, como substituinte isomórfico) foram quantificados empregando-se espectrometria de absorção atômica (espectrômetro da Perkin Elmer, modelo Analyst 200). Todos os reagentes utilizados no trabalho foram de grau analítico e todas as análises foram efetuadas em triplicatas.

A análise mineralógica da fração argila foi efetuada por difratometria de raios-X (DRX). Tratamentos químicos, como desferrificação com DCB, adição de KCl, MgCl2/glicerol e tratamentos térmicos (aquecimento a 550 °C) foram efetuados nas amostras para auxiliar a interpretação dos difratogramas, de acordo com Resende et al. (2005)Resende M, Curi N, Ker JC, Rezende SB. Mineralogia de solos brasileiros: Interpretação e aplicações. Lavras: Universidade Federal de Lavras, 2005.. Todas as lâminas de argila analisadas foram montadas por esfregaço (lâminas orientadas). Os difratogramas foram obtidos empregando-se um goniômetro Rigaku Geigerflex, provido de um monocromador de grafite e tubo de cobre, usando radiação Kα do Cu (λ = 1,5418 A). A velocidade de varredura utilizada foi de 4° 2θ min-1 e constante de tempo de um segundo para cada amostra.

A quantificação total de Hg foi realizada, em triplicata, com massas exatas de amostra (em torno de 0,1000 g), empregando-se o analisador direto de Hg DMA-80 (Direct Mercury Analyzer) da Milestone. Nesse equipamento, o Hg é quantificado por absorção atômica em 253,65 nm. Antes da determinação do Hg nas amostras, efetuou-se a análise dos materiais de referência Montana Soil Nist-2711 (6,25 ± 0,19 μg g-1) e River Sediment GBW-GBW 08301 RCV 8221 (0,220 ± 0,040 µg g-1) no DMA-80. Uma vez que os resultados situaram-se dentro dos valores certificados, considerou-se o método exato e adequado para as análises.

Fez-se uma análise de especiação do Hg nos solos, empregando-se a técnica de termodessorção/absorção atômica (TDAAS), utilizando-se um sistema de termodessorção acoplado a um espectrômetro de absorção atômica GBC 932 AA (São Paulo, Brasil). O sistema de termodessorção foi constituído por um tubo de quartzo envolto por uma bobina de Ni-Cr e um material isolante conectado por um termopar a um controlador de temperatura (aquecimento até 600 ºC numa taxa de aquecimento de 33 ºC min-1) e nitrogênio como gás de arraste, na vazão de 200 mL min-1. O sinal de absorvância foi registrado em função da temperatura do forno, e os termogramas gerados foram interpretados segundo Valle et al. (2005)Valle CM, Augusti R, Santana GP, Egreja Filho FB, Windmöller CC. Speciation and quantification of mercury in Oxisol, Ultisol and Spodosol from Amazon (Manaus, Brazil). Chemosphere. 2005;58:779-92..

Foram realizadas a análise de componentes principais (PCA) e a análise de agrupamento (HCA) entre as características físicas e químicas e teor de Hg de todos os solos, empregando-se o programa Matlab R2009b. Para o HCA, os dados foram escalados; foi empregado o método de Ward e distância de Mahalanobis. No entanto, essas análises de agrupamento não se evidenciaram frutíferas para correlacionar os teores de Hg com as características dos solos e acabaram agrupando os solos em razão das similaridades entre quaisquer das variáveis estudadas, o que não é útil para este estudo (ver resultados). Sendo assim, buscando encontrar similaridades entre as características dos solos ou região de origem das amostras que pudesse influenciar na retenção do Hg, o conjunto total foi dividido em cinco classes arbitrárias com faixas de amplitude de 50 µg kg-1: inferior a 50, 50-100, 100-150, 150-200 e 200-250 µg kg-1. Estabeleceu-se a faixa de amplitude de 50 µg kg-1 para que o primeiro grupo pudesse abranger os solos com teor de Hg dentro do valor de referência de qualidade (VRQ), e que os demais abrangessem solos com teores de Hg que fossem múltiplos do VRQ.

Realizaram-se correlações entre os teores de Hg e as características químicas e físicas dos solos estudados, a fim de avaliar as principais variáveis que influenciam na concentração do Hg no solo. As análises de correlação de Pearson foram efetuadas utilizando-se o programa Statistica 8.0, e os coeficientes de correlação foram testados pelo teste t, com 95 % de probabilidade. As análises de correlação foram feitas para os seguintes grupos de amostras: conjunto de todas as amostras; amostras que apresentavam diferença significativa entre os teores de Hg dos horizontes A e B de um mesmo solo, comparadas pelo teste t com 95 % de confiança, segundo Miller e Miller (1993)Miller JC, Miller JN. Estadística para química analítica. 2ª.ed. Wilmington: Addison-Wesley Iberoamerican; 1993.. Nesse momento, foram consideradas apenas as amostras que constituíam horizonte A e B de um mesmo solo, totalizando, portanto, 22 amostras; e amostras com teores de Hg acima de 50 μg kg-1, que corresponde ao VRQ.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados da caracterização dos solos estudados encontram-se no quadro 3. No texto e nas figuras, sempre que necessário, a letra A ou B após a abreviatura da classificação do solo designa o horizonte, por exemplo: NVef-A significa Nitossolo Vermelho eutrófico típico horizonte A.

Quadro 3
Características químicas e físicas dos solos

Todas as amostras analisadas evidenciaram teores de Hg abaixo do limite de prevenção de 500 μg kg-1 (COPAM, 2011Conselho Estadual de Política Ambiental - COPAM. Altera o Anexo I da Deliberação Normativa Conjunta COPAM CERH nº 2 de 6 de setembro de 2010, estabelecendo os Valores de Referência de Qualidade dos Solos. Deliberação Normativa nº 166, de 29 de junho de 2011. Diário do Executivo - “Minas Gerais”, 27 jul. de 2011.), para solos, com teor médio de 81 μg kg-1 (Figura 1). No entanto, essa média é superior às médias de alguns países (Quadro 1) e, inclusive, superior ao Valor de Referência de Qualidade para o Estado de Minas Gerais, de 50 μg kg-1 (COPAM, 2011Conselho Estadual de Política Ambiental - COPAM. Altera o Anexo I da Deliberação Normativa Conjunta COPAM CERH nº 2 de 6 de setembro de 2010, estabelecendo os Valores de Referência de Qualidade dos Solos. Deliberação Normativa nº 166, de 29 de junho de 2011. Diário do Executivo - “Minas Gerais”, 27 jul. de 2011.). Ainda assim, os valores determinados estão dentro das faixas encontradas por outros estudos realizados nesse Estado (Quadro 1) e de algumas regiões da Amazônia (Quadro 1).

Figura 1
Teor de mercúrio total natural das amostras. As linhas representam os desvios-padrões da triplicata. Barras com a mesma letra para um mesmo tipo de solo indicam que não há diferença significativa entre os teores de mercúrio dos horizontes A e B (teste t, p<0,05). Para os solos LVA, CXbd e PVA foi analisado apenas um dos horizontes. Para o solo LVA, o teor de mercúrio médio é 1×10-4 μg kg-1 com desvio-padrão igual a zero.

A maioria dos termogramas gerados pelas análises por TDAAS apresentou picos muito discretos ou ausência de picos por causa dos baixos teores de Hg nos solos. Todavia, para todos os termogramas onde foi possível observar a presença de pico, esse apareceu na região característica do Hg2+, entre 250 e 400 °C, segundo Valle et al. (2005)Valle CM, Augusti R, Santana GP, Egreja Filho FB, Windmöller CC. Speciation and quantification of mercury in Oxisol, Ultisol and Spodosol from Amazon (Manaus, Brazil). Chemosphere. 2005;58:779-92., como o termograma do horizonte B do solo CXbe, com maior teor de Hg (Figura 2). Nesse termograma, aparecem dois picos claros de termodessorção, sendo um maior em 291 °C e um de menor intensidade em 368 °C. Embora ambos sejam atribuídos a Hg2+, os dois picos caracterizam diferentes sítios de adsorção ou diferentes compostos de Hg2+.

Figura 2
Termograma do solo CXbe (Cambissolo Háplico Tb eutrófico latossólico), horizonte B.

O histograma da distribuição de frequência dos 25 solos, de acordo com as cinco classes de teor de Hg (Figura 3) evidencia que para 48 % das amostras (RQo-A; RQo-B; FFcd1-A; FFcd1-B; FFcd2-A; FFcd2-B; CXd-A; CXd-B; LVA-B; LVAd2-A; LVAd2-B; e LVj-A), o teor de Hg ficou abaixo do VRQ, com média de 21 μg kg-1. Dessas, nove são oriundas do Planalto Central, dos municípios de João Pinheiro e Brasilândia. As demais são dos municípios de Nova Lima e Ponte Nova.

Figura 3
Distribuição de frequência dos 25 solos de acordo com classes de teores com amplitude de 50 μg kg-1.

Entre os solos que apresentaram teores de Hg abaixo do VRQ, e que se encontra o teor de Hg no material de origem descrito na literatura, estão os derivados de arenito (RQo-A; RQo-B, LVAd2-A e LVAd2-B), rocha que apresenta entre 1 e 18 μg kg-1 de Hg (McNeal e Rose, 1974Mcneal JM, Rose AW. The geochemistry of mercury in sedimentary rocks and soils in Pennsylvania. Geochim Cosmochim Acta. 1974;38:1759-84.). Mesmo derivados de material com baixos teores de Hg, esses solos apresentaram maiores teores de Hg que o arenito (13,1 μg kg-1, para o RQo-A; 23,7 μg kg-1, para o RQo-B; 37,9 μg kg-1, para o LVAd2-A; e 35,1 μg kg-1, para o LVAd2-B), e os teores foram maiores nas amostras com maiores teores de argila, possivelmente pela adsorção do Hg nos minerais da fração argila.

Duas amostras demonstraram teores de Hg entre 50 e 100 μg kg-1 (LVj-B e PVA-A), sete amostras apresentaram teores de Hg entre 100 e 150 μg kg-1 (LVAd1-A, LVAd1-B, LVd-A, LVd-B, TCp-A, TCp-B e NVef-B), três entre 150 e 200 μg kg-1 (NVef-A, CXbd-B e CXbe-A) e apenas uma acima de 200 μg kg-1 (CXbe-B). Dentre as amostras com teores mais altos de Hg, encontram-se os solos eutróficos avermelhados NVef e CXbe originários de basalto e calcário, respectivamente.

De maneira geral, os teores de Hg encontrados nos solos estão acima das faixas encontradas na literatura para os teores do metal nos respectivos materiais litológicos de origem, o que pode significar que no processo pedogenético o Hg se concentra, diferentemente dos cátions mais móveis. É claro que não se pode excluir, mesmo para solos de mata nativa, a contribuição de Hg atmosférico que pode ser transportado de fontes poluidoras distantes (Wang et al., 2003Wang D, Shi X, Wei S. Accumulation and transformation of atmospheric mercury in soil. Sci Total Environ. 2003;304:209-14.; Hissler e Probst, 2006Hissler C, Probst JL. Impact of mercury atmospheric deposition on soils and streams in a mountainous catchment (Vosges, France) polluted by chlor-alkali industrial activity: the important trapping role of the organic matter. Sci Total Environ. 2006;361:163-78.; Guédron et al., 2013Guédron S, Grangeon S, Jouravel G, Charlet L, Sarret G. Atmospheric mercury incorporation in soils of an area impacted by a chlor-alkali plant (Grenoble, France): Contribution of canopy uptake. Sci Total Environ. 2013;445/446:356-64.; González-Fernández et al., 2014González-Fernández B, Menéndez-Casares E, Meléndez-Asensio M, Fernández-Menéndez S. Sources of mercury in groundwater and soils of west Gijón (Asturias, NW Spain). Sci Total Environ. 2014;481:217-31.).

Solos derivados de calcário, rocha cujos teores de Hg situam-se entre 4 e 14 μg kg-1 (McNeal e Rose, 1974Mcneal JM, Rose AW. The geochemistry of mercury in sedimentary rocks and soils in Pennsylvania. Geochim Cosmochim Acta. 1974;38:1759-84.) e 18 μg kg-1 (Agostino et al., 2014Agostino FD, Oliveri E, Bagnato E, Falco F, Mazzola S, Sprovieri M. Direct determination of total mercury in phosphate rock using alkaline fusion digestion. Anal Chim Acta. 2014;852:8-12.), apresentaram-se entre os com teores mais elevados deste estudo, chegando a 215,6 μg kg-1 para o solo CXbe-B. Os solos CXbe-A e CXbe-B foram os que apresentaram os maiores valores de pH, 7,52 e 6,91, respectivamente. Pode-se esperar que o elevado pH de abrasão da rocha calcária tenha favorecido a concentração do Hg liberado no intemperismo, por processos de adsorção e precipitação. Contudo, mesmo no solo LVd, que apresenta valor de pH em torno de 5, a elevação dos teores de Hg, em relação aos da rocha calcária, se deu de forma importante. Essas amostras, em particular, são as que apresentam os segundos maiores teores de Fe extraídos por DCB, que deve ser a fase mais importante de retenção do Hg nesses solos, por processos de adsorção específica, como observado por Roulet e Lucotte (1995)Roulet M, Lucotte M. Geochemistry of mercury in pristine and flooded ferralitic soil of a tropical rain forest in French Guiana, South America. Water Air Soil Pollut. 1995;80:1079-88. e Roulet et al. (1998)Roulet M, Lucotte M, Saint-Aubin A, Tran S, Rheault I, Farella N, Silva ED, Dezencourt J, Passos CJS, Soares GS, Guimaraes JRD, Mergler D, Amorim M. The geochemistry of mercury in central Amazonian soils developed on the Alter-do-Chão formation of the lower Tapajós River Valley, Pará state, Brazil. Sci Total Environ. 1998;223:1-24.. Essa associação forte do Hg nos solos avermelhados, com maiores teores de óxidos de Fe, pode ser observada também para os solos NVef-A e NVef-B, cujos teores determinados de Hg (168,3 e 140,6 μg kg-1, respectivamente) foram bem superiores às faixas de concentração de Hg relatadas em basalto (4 a 31 μg kg-1, segundo Srivastava (1979)Srivastava RK. The abundance of mercury in rocks, minerals and native sulphur by a microwave-excited argon plasma. Chem Geol. 1979;27:255-63.; e 5 a 9 μg kg-1, segundo Hall e Pelchat (1997)Hall GEM, Pelchat P. Evaluation of a direct solid sampling atomic absorption spectrometer for the trace determination of mercury in geological samples. Analyst. 1997;122:921-4.. Uma exceção a essa expectativa de elevados teores de óxidos de Fe e grandes fatores de concentração de Hg se verificou para os solos LVj-A (34,7 μg kg-1 de Hg) e LVj-B (51,7 μg kg-1 de Hg), que são os que evidenciaram os maiores teores de Fe e Al extraídos pelo DCB e pelo oxalato e não apresentaram teores de Hg tão mais elevados que os da rocha de origem, itabirito (5 a 25 μg kg-1, segundo Cabral et al. (2008)Cabral AR, Rocha Filho OG, Jones RD. Mercury in itabirite-hosted soft hematite ore in the Quadrilátero Ferrífero of Minas Gerais. J Geochem Explor. 2008;96:69-76.. Além disso, esse solo situa-se dentro do Quadrilátero Ferrífero, região que chega a apresentar teores de Hg quase 10 vezes maiores que o VRQ desse metal. E mesmo que o solo tenha sido coletado em uma região preservada de atividades antrópicas, o Hg proveniente das minas de ouro de regiões adjacentes pode se depositar nesses solos. Esses baixos teores de Hg dos solos de Nova Lima (LVj) podem estar associados ao fato de o Latossolo Perférrico apresentar baixos teores de argila, mineralogia dominada por hematita primária, oriunda do itabirito e quartzo, de tamanho grosseiro e baixa capacidade adsortiva. Portanto, ainda que o Hg tenha sido liberado pelo intemperismo ou proveniente de outras fontes, não houve condições propícias para o Hg concentrar-se no solo.

Nos solos derivados de gnaisse, rocha cujos teores de Hg variam entre 1 e 43 μg kg-1 (Srivastava, 1979Srivastava RK. The abundance of mercury in rocks, minerals and native sulphur by a microwave-excited argon plasma. Chem Geol. 1979;27:255-63.), também não se observou uma relação direta com os teores de Hg encontrados nas rochas do embasamento cristalino e os teores de Hg nos solos supostamente originados dessas rochas. Nesse caso, comparando-se dois Latossolos Vermelho-Amarelos, derivados de gnaisse, verificaram-se teores elevados de Hg no solo de Barbacena (122,7 μg kg-1, para o LVAd1-A; e 140,3 μg kg-1, para o LVAd1-B) em contraste com o solo LVA-B, de Ponte Nova, que apresentou apenas 0,0001 µg kg-1 de Hg total. De fato, o processo de concentração de elementos no solo não pode ser decorrente apenas do material de origem. Grimaldi et al. (2008)Grimaldi C, Grimaldi M, Guedron S. Mercury distribution in tropical soil profiles related to origin of mercury and soil processes. Sci Total Environ. 2008;401:121-9. estudando solos da Guiana Francesa (Oxisol e Ultisol) determinaram que o teor de Hg no perfil dos solos estudados foi mais fortemente influenciado pelo Hg atmosférico do que pelo Hg litogênico.

Atuando juntamente com a contribuição litológica e o aporte atmosférico de Hg, as características dos solos devem ser determinantes para a concentração de Hg nesses solos. O pH, a CTC, o teor de argila (McBride, 1994Mcbride MB. Environmental chemistry of soils. New York: Oxford University Press; 1994.), os teores de óxidos cristalinos e amorfos de Fe e Al (Roulet et al., 1998Roulet M, Lucotte M, Saint-Aubin A, Tran S, Rheault I, Farella N, Silva ED, Dezencourt J, Passos CJS, Soares GS, Guimaraes JRD, Mergler D, Amorim M. The geochemistry of mercury in central Amazonian soils developed on the Alter-do-Chão formation of the lower Tapajós River Valley, Pará state, Brazil. Sci Total Environ. 1998;223:1-24.), o teor e a qualidade da matéria orgânica (McBride, 1994Mcbride MB. Environmental chemistry of soils. New York: Oxford University Press; 1994.; Ravichandran, 2004Ravichandran M. Interactions between mercury and dissolved organic matter - a review. Chemosphere. 2004;55:319-51.) desses solos favorecem a manutenção de metais, após a sua liberação pelo intemperismo das rochas matrizes. De fato, nas amostras de Nitossolo (NVef, horizontes A e B) e de Cambissolo eutrófico (CXbe, horizontes A e B), observaram-se todos esses aspectos conjugados (Quadro 4) e, inclusive, maior concentração de Hg nos horizontes A, com percentagens de C superiores aos dos horizontes B dos solos. Nos casos onde não há grandes diferenças entre os teores de Hg dos horizontes A e B, com maiores teores no horizonte B, é possível que o Hg proveniente de outras fontes, ou no próprio mineral original pouco interferido pelo intemperismo, tenha sido mobilizado para o horizonte B.

Quadro 4
Coeficientes de correlação de Pearson entre as características físicas e químicas dos solos

O teor de Hg natural dos solos apresenta correlação significativa positiva apenas com o pH (r = 0,64) e com o teor de argila (r = 0,62) e correlação significativa e negativa com o teor de areia (r = -0,53) (Quadro 4). Apesar de haver tendência de elevação do teor de Hg com o aumento do valor do pH, não existem valores de pH que determinam o início e final das faixas de concentrações escolhidas. Esse comportamento é explicado quando se realiza uma análise de correlação somente entre as amostras de mesmo horizonte. Para este estudo, foram retirados os três solos que apresentavam apenas um horizonte (embora no estudo com todos os solos, a presença das três amostras não altere significativamente a matriz de coeficientes de correlação). A correlação entre o teor de Hg e o pH do solo aumenta para o conjunto de amostras de horizonte B (r = 0,84) e deixa de ser significativa para o conjunto de amostras de horizonte A (r = 0,56) (matrizes de correlação não apresentadas neste trabalho), o que demonstra que a correlação entre o pH e o teor de Hg do conjunto total de amostras é promovida principalmente pelos horizontes B dos solos. Esse comportamento se justifica pela presença de maior número de variáveis que contribui para a retenção do Hg no horizonte A, destacando-se a presença de matéria orgânica que exerce grande influência na retenção de Hg. Todavia, a retenção de Hg pela matéria orgânica é determinada pelo tipo de matéria orgânica presente no horizonte superficial e não simplesmente pelo teor total dela, em razão de grupos SH de altíssima afinidade pelo metal (Ravichandran, 2004Ravichandran M. Interactions between mercury and dissolved organic matter - a review. Chemosphere. 2004;55:319-51.). Essa variabilidade condicionada a maior número de fatores justifica a diminuição da correlação entre pH e teor de Hg quando apenas amostras de horizonte A são analisadas.

A correlação positiva do teor de Hg total natural com o pH pode estar relacionada com fatores pedológicos ou químicos. Solos com valores de pH mais elevados podem apresentar menores graus de intemperismo quando comparados aos de mesma origem, em processo de intemperismo mais avançado (McBride, 1994Mcbride MB. Environmental chemistry of soils. New York: Oxford University Press; 1994.). Portanto, podem preservar minerais que contribuem com maiores teores de Hg, sem que esse tenha sido liberado pelo intemperismo do solo. Além disso, mesmo que o processo de intemperismo tenha disponibilizado Hg para a solução do solo, em ambientes mais alcalinos, a sua mobilidade será menor e existirá uma tendência de concentrar o Hg por adsorção específica nos óxidos e na matéria orgânica (McBride, 1994Mcbride MB. Environmental chemistry of soils. New York: Oxford University Press; 1994.; Brown et al., 1995Brown GE, Parks GA, O’Day PA. Sorption at mineral-water interfaces: Macroscopic and microscopic perspectives. In: Vaughan DJ, Pattrick RAD, editors. Mineral surfaces. London: Chapman & Hall; 1995. p.129-83.), na adsorção não específica, nas cargas do solo (Sposito, 2008Sposito G. The chemistry of soils. New York: Oxford University Press; 2008.), ou, ainda, na precipitação (Brown et al., 1995Brown GE, Parks GA, O’Day PA. Sorption at mineral-water interfaces: Macroscopic and microscopic perspectives. In: Vaughan DJ, Pattrick RAD, editors. Mineral surfaces. London: Chapman & Hall; 1995. p.129-83.). No caso do Hg, sua precipitação ocorre principalmente por causa da hidrólise do cátion mercúrico. O Hg se hidrolisa em faixa de pH de 2 a 6, dependendo da concentração do íon mercúrico (Fergusson, 1990Fergusson JE. The heavy elements. Chemistry, environmental impacts and health effects. New York: Pergamon Press; 1990.), portanto, uma vez que o pH dos solos está entre 4 e 8, a hidrólise do íon mercúrico é provável na solução de todos os solos estudados.

Em relação ao teor de argila, quando se realiza uma análise de correlação somente entre as amostras de mesmo horizonte, a correlação com o teor de Hg aumenta para 0,89 para ambos os conjuntos de amostras (matrizes de correlação não apresentadas neste trabalho), evidenciando a importância da argila na retenção de Hg independentemente do horizonte. A argila é importante porque os íons metálicos tendem a ficar retidos nas frações mais finas do solo, visto que a fração argila é a fração mais reativa em razão da sua alta superfície específica e da presença de minerais secundários, óxidos de Fe e Al cristalinos ou amorfos.

De maneira geral, a maior parte dos solos investigados apresentou mineralogia da fração argila simples e típica de solos oxídicos. Todas as amostras evidenciaram caulinita como componente principal da mineralogia da fração argila, sendo esse predomínio mais expressivo no Argissolo Vermelho-Amarelo (PVA) e nos Latossolos Vermelho-Amarelos, onde apareceram como picos bem pronunciados indicando grandes quantidades de caulinita. No entanto, os Plintossolos (FFcd1 e FFcd2) foram os que apresentaram os picos menos intensos de caulinita entre os solos estudados. Dentre os óxidos de Fe, identificaram-se a goethita e hematita em praticamente todos os solos e a gibbsita em grande parte das amostras dos Latossolos, Argissolo e Plintossolos. Em nenhuma das amostras constataram-se quantidades significativas de minerais 2:1 expansíveis.

Segundo a correlação de Pearson, os parâmetros pH e teor de argila parecem ser os mais importantes para a concentração de Hg no solo e quando atuam simultaneamente favorecem ainda mais a adsorção de Hg, pois o solo com o maior teor de Hg (CXBe-B) é justamente aquele com o maior teor de argila. Em contrapartida, o solo com menor teor de Hg (LVA-B) apresenta o segundo maior teor de argila; ou seja, o teor de argila exclusivamente não determina a concentração de Hg no solo; certamente, outros fatores devem ser considerados e o pH é fundamental; por exemplo, o solo CXBe, horizonte B, apresenta caráter neutro (pH = 6,91) enquanto o LVA-B, caráter ácido (pH = 5,27). De fato, o solo com maior pH (CXBe-A, pH = 7,52) demonstra uma das maiores concentrações de Hg e teor de argila.

O gráfico biplot foi gerado a partir da análise de componentes principais (PCA) (Figura 4). A primeira componente explica apenas cerca de 40 % da variância dos dados, e seriam necessárias seis componentes para explicar pelo menos 90 %. Analisando-se o gráfico, verificou-se que não há nenhuma separação evidente dos dados, exceto pelas amostras LVj-A e LVj-B, que são separadas por apresentarem teor de óxidos de Fe muito elevado; e as amostras RQo-A e RQo-B, que são separadas por serem solos arenosos. Isso acontece porque a maioria absoluta das amostras apresenta textura argilosa. Quando se faz uma análise de componentes principais, apenas entre as amostras argilosas (gráfico não mostrado neste trabalho), não se observa nenhuma separação. De toda maneira, embora não haja separação significativa das amostras, é possível observar no gráfico da figura 4 tendência de agrupamento das amostras com teores mais altos de Hg (quadrante com valores positivos de PC1 e negativos de PC2) em razão do pH, teor de argila e CTC. A análise de HCA não indicou a influência de uma variável predominante na concentração de Hg, que está relacionado simultaneamente com diversas outras variáveis (Figura 5a). Dessa forma, os solos foram agrupados por causa das similaridades de suas características físicas, principalmente textura (Figura 5b).

Figura 4
Gráfico biplot da primeira componente principal (PC1) versus a segunda componente principal (PC2) para análise de componentes principais (PCA) considerando-se todas as características físicas e químicas das amostras estudadas.

Figura 5
Dendogramas das (a) amostras e (b) variáveis obtidos por HCA para os dados escalados, empregando-se o método de Ward e distância de Mahalanobis.

O teor de Hg não apresentou correlação significativa com a porcentagem de C orgânico. A falta de correlação entre essas duas características também foi observada por Wasserman et al. (2007)Wasserman JC, Campos RC, Hacon SS, Farias RA, Caires SM. Mercury in soils and sediments from gold mining liabilities in southern Amazonia. Quim Nova. 2007;30:768-73., estudando solos de fazendas da Amazônia sem histórico de garimpo, mesmo para os pesquisados da Amazônia que apresentaram porcentagem de C bem superiores aos dos estudados neste trabalho. Ao contrário do observado para solos de regiões temperadas e boreais, não há acumulação de Hg associada com matéria orgânica em solos ferralíticos (Roulet e Lucotte, 1995Roulet M, Lucotte M. Geochemistry of mercury in pristine and flooded ferralitic soil of a tropical rain forest in French Guiana, South America. Water Air Soil Pollut. 1995;80:1079-88.; Roulet et al., 1998Roulet M, Lucotte M, Saint-Aubin A, Tran S, Rheault I, Farella N, Silva ED, Dezencourt J, Passos CJS, Soares GS, Guimaraes JRD, Mergler D, Amorim M. The geochemistry of mercury in central Amazonian soils developed on the Alter-do-Chão formation of the lower Tapajós River Valley, Pará state, Brazil. Sci Total Environ. 1998;223:1-24.). Ravichandran (2004)Ravichandran M. Interactions between mercury and dissolved organic matter - a review. Chemosphere. 2004;55:319-51. discute esse comportamento para sistemas aquáticos e explica que a falta de correlação entre os dois parâmetros não significa que a interação entre a matéria orgânica e o Hg seja fraca ou pouco expressiva, visto que a ligação do Hg com a matéria orgânica é controlada por pequena fração de moléculas que apresentam grupos funcionais contendo enxofre. A retenção do Hg é determinada, portanto, pelo tipo de matéria orgânica e não simplesmente pelo teor da mesma.

Das 22 amostras que constituíam horizontes A e B de 11 classes de solos, houve diferença significativa entre os teores de Hg dos horizontes A e B para cinco solos: NVef, CXbe, LVj, FFcd2 e RQo. Entre esses, o teor de Hg foi maior no horizonte B do que no A, exceto para o solo NVef. Segundo Roulet et al. (1998)Roulet M, Lucotte M, Saint-Aubin A, Tran S, Rheault I, Farella N, Silva ED, Dezencourt J, Passos CJS, Soares GS, Guimaraes JRD, Mergler D, Amorim M. The geochemistry of mercury in central Amazonian soils developed on the Alter-do-Chão formation of the lower Tapajós River Valley, Pará state, Brazil. Sci Total Environ. 1998;223:1-24., o Hg pode se acumular no horizonte B dos solos por se associar com óxidos de Fe. O Hg pode ser adsorvido na superfície mineral, complexado por goethita, adsorvido em óxidos de Fe ou copecipitado (Roulet e Lucotte, 1995Roulet M, Lucotte M. Geochemistry of mercury in pristine and flooded ferralitic soil of a tropical rain forest in French Guiana, South America. Water Air Soil Pollut. 1995;80:1079-88.).

No entanto, entre esses solos, os teores de óxidos de Fe dos horizontes B não são expressivamente superiores aos dos horizontes A. A exceção ocorre para o solo NVef, onde o teor de óxidos de Fe do horizonte B é o dobro do teor de óxidos de Fe do horizonte A; e, justamente para o solo NVef, o teor de Hg no horizonte A é maior que no horizonte B. O horizonte A do solo NVef apresentou maior pH e maior porcentagem de C, enquanto o horizonte B apresentou maior teor de argila, maior CTC e maiores teores de óxidos de Fe e Al. Portanto, para o solo NVef, o pH e a matéria orgânica parecem ser os principais fatores que atuam na retenção do Hg. Segundo Roulet e Lucotte (1995)Roulet M, Lucotte M. Geochemistry of mercury in pristine and flooded ferralitic soil of a tropical rain forest in French Guiana, South America. Water Air Soil Pollut. 1995;80:1079-88., esse comportamento é compreensível visto que o Hg apresenta maior afinidade por substâncias húmicas do que por íons inorgânicos como cloreto e hidroxila. Novamente, a falta de correlação entre teor de Hg e porcentagem de C se justifica pelo fato de a retenção de Hg ser determinada pelo tipo de matéria orgânica e não simplesmente pelo seu teor. É provável que nesse solo a matéria orgânica tenha carga dependente do pH; logo, o alto pH, além de promover a retenção do Hg por precipitação, favorece a formação de complexos de esfera interna com os grupamentos desprotonados da matéria orgânica.

Considerando-se apenas os solos NVef, CXbe, LVj, FFcd2 e RQo, que apresentaram diferença significativa entre os teores de Hg dos horizontes A e B, o teor de Hg apresenta correlação significativa com o pH (r = 0,81), a CTC (r = 0,73) e o teor de argila (r = 0,96). Uma vez que para esse grupo de solos existe uma correlação significativa entre a porcentagem de C e a CTC (r = 0,72), que não apareceu para nenhum grupo de amostras citado anteriormente no texto, pode-se inferir que, nesses solos, o Hg deve estar retido pelas cargas negativas, sem afinidade específica com nenhuma fase mineral ou orgânica; dessa forma, a natureza das argilas e a da matéria orgânica, associadas aos teores desses dois constituintes, se complementam no sentido de fornecer os sítios de adsorção eletrostática para a retenção do Hg. Novamente, verificou-se que a porcentagem de C não apresentou correlação com o teor de Hg do solo.

Em relação ao grupo de amostras que apresentaram teor de Hg superior a 50 µg kg-1, observou-se que o teor de Hg evidenciou correlação positiva significativa apenas com o pH (r = 0,77) e com a CTC (r = 0,63). Novamente, obteve-se correlação positiva significativa entre o teor de Hg e o pH. Como as amostras com teores mais altos de Hg são todas argilosas, a textura não foi capaz de diferenciá-las. Nesse caso, a CTC passa a ser fator importante, amostras com maior CTC demonstraram teores mais altos de Hg. Esses resultados sugeriram que nesse grupo de amostras é bem provável que o Hg já tenha sido liberado pelo intemperismo dos minerais primários e seja retido por equilíbrios de adsorção, seja eletrostática ou quimissorção.

Tanto para o grupo de solos NVef, CXbe, LVj, FFcd2 e RQo, que apresentaram diferença significativa entre os teores de Hg dos horizontes A e B, quanto para o grupo de solos com teor total de Hg superior a 50 µg kg-1, verificou-se correlação significativa entre o teor de Hg e a CTC. Tal correlação não apareceu para o grupo de todas as amostras. Como o pH influencia na CTC, para esses solos a correlação entre o teor de Hg e a CTC tem grande influência da correlação entre pH e teor de Hg. Maiores valores de pH e CTC contribuem para o aumento de disponibilidade de sítios aniônicos para a adsorção de Hg.

CONCLUSÕES

Os solos estudados apresentaram teores de mercúrio abaixo do limite de prevenção de 500 µg kg-1 estabelecido pelo COPAM, com média de 81 µg kg-1 e máximo de 215 µg kg-1; 48 % dos solos estudados evidenciaram teor de mercúrio inferior ao VRQ (50 µg kg-1).

O pH e teor de argila foram as características mais importantes para a concentração de mercúrio nos solos e, secundariamente, a CTC.

Não houve correlação significativa entre o teor de mercúrio e a porcentagem de carbono, o que demonstrou que foi inviável comparar quantitativamente matérias orgânicas distintas quanto à retenção de mercúrio.

A maioria dos solos demonstrou maior teor de mercúrio no horizonte B do que no A.

Para as amostras com teores mais altos de mercúrio, a textura não foi capaz de diferenciá-las, sendo o pH e a CTC os fatores importantes.

AGRADECIMENTOS

Ao CNPq e à FAPEMIG (Projeto CRA-APQ- 03861-09), pelos recursos financeiros.

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    May-Jun 2015

Histórico

  • Recebido
    11 Jul 2014
  • Aceito
    21 Jan 2015
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