Aplicação da técnica simulated annealing na investigação da ciclagem de nitrogênio na inteface água-sedimento

Neste trabalho é apresentado a aplicação de um método de otimização a fim de estimar parâmetros que normalmente estão presentes na modelagem matemática da dinâmica de espécies químicas na interface água-sedimento. O Problema Direto aqui consistiu na simulação das concentrações das espécies orgânicas e inorgânicas (amônia e nitrato) de nitrogênio, num ambiente idealizado, o qual foi fracionado em quatro camadas: uma camada de água (1 metro) e três camadas de sedimento (0-1 cm, 1-2 cm e 2-10 cm). O Problema Direto foi resolvido pelo Método de Runge Kutta, tendo sido gerada uma simulação de 50 dias. Na estimativa dos coeficientes de difusão e porosidade foi aplicado o Método Simulated Annealing (SA). A eficiência da estratégia aqui adotada foi avaliada através do confronto entre dados experimentais sintéticos e as concentrações calçadas pela solução do Problema Direto, adotando-se os parâmetros estimados pela SA. O melhor ajuste entre dados experimentais e valores calculados se deu quando o parâmetro estimado foi a porosidade. Com relação à minimização da função objetivo, a estimativa desse parâmetro também foi a que exigiu menor esforço computacional. Após a introdução de um ruído randômico às concentrações das espécies nitrogenadas, a técnica SA não foi capaz de obter uma estimativa satisfatória para o coeficiente de difusão, com exceção da camada 0-1 cm sedimentar. Para outras camadas, erros da ordem de 10 % foram encontrados (para amônia na coluna dágua, pro exemplo). Os resultados mostraram que a metodologia aqui adotada pode ser bastante promissora enquanto ferramenta de gestão de corpos dágua, especialmente daqueles submetidos a um regime de baixa energia, como lagos e lagoas costeiras.

Evolução da deposição da matéria orgânica na Baía da Ilha Grande, RJ

Os ambientes costeiros vem sofrendo impactos devido a ocupação humana, um dos principais efeitos está na alteração da ciclagem de matéria orgânica (MO) na zona costeira. Para investigar as principais fontes de MO e avaliar como a atividade humana tem alterado a composição da MO sedimentar na baía da Ilha Grande (BIG), quatro testemunhos sedimentares (Abraão, Saco do Céu, TEBIG e Marina Piratas) foram datados e analisados para carbono orgânico, nitrogênio total, teor de finos, esteróis e n-álcoois. Os resultados indicam maiores contribuições de matéria orgânica alóctone nos testemunhos da enseada de Abraão e principalmente do Saco do Céu, estes testemunhos são enriquecidos em carbono orgânico e sedimentos finos, em comparação com os sedimentos coletados nas proximidades do TEBIG e da Marina Piratas. A partir dos anos de 1950 algumas alterações, como o incremento da contribuição fitoplanctônica,são observadas nos testemunhos foram indicadas pela Análise de Componentes Principais (PCA), destaca-se nesta época a acentuada mudança que ocorreu nas características granulométricas do testemunho da Marina Piratas. Estas alterações são efeitos indiretos da ação do homem que devido ao elevado crescimento populacional vem poluindo corpos dágua da região e destruindo ecossistemas de elevada importância como manguezais. No entanto através da análises dos marcadores de esgoto foi observado que a influência de MO de origem fecal nos sedimentos é muito pequena e cresceu muito pouco nas últimas décadas. Em conjunto com a elevada cobertura vegetal da região, os elevados índices pluviométricos regionais auxiliam a carrear grandes quantidades de material terrígeno para os sedimentos da baía como indicado pela predomínio de n-álcoois de cadeias longas