Integration of geochemical and biological modifications in mining areas: waters, sediments and diatoms

The development of mining activities over thousands of years in the region of Aljustrel is nowadays visible as a vast area of ore tailings, slag and host rocks of sulphides mineralization. The generation of acidic waters by the alteration of pyritic minerals - Acid Mine Drainage (AMD) - causes a significant impact on the river system both in the south of the village (Rib ª. Água Forte) and in the north of it (Rib ª. Água Azeda and Barranco do Farrobo), which is reflected in extremely low pH values (< 3) and high concentrations of As, Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn and sulphates. This study aimed to assess the environmental impacts extent, integrating geochemical (surface waters and stream sediments) and biological (diatoms) parameters. Three groups of sites were defined, based on sediments and water analysis, which integration with diatom data showed the same association of groups: Group 1- impacted, with acidic pH (1.9-5.1), high metal contents (0.4-1975 mg L-1) and Fe-Mg-sulphate waters, being metals more bioavailable in waters in cationic form (Me2+); mineralogically the sediments were characterized by phyllosilicates and sulphates/oxy-hydroxysulphate phases, easily solubilized, retaining a high amount of metals when precipitated; dominant taxon was Pinnularia aljustrelica (a new species); Group 2- slightly impacted, weak acid to neutral pH (5.0-6.8), metal contents not so high (0.2-25 mg L-1) and Fe-Mg-sulphate to Mg-chloride waters; dominant taxa were Brachysira neglectissima and Achnanthidium minutissimum; Group 3- unimpacted, alkaline pH (7.0-8.4), low metal contents (0-7 mg L-1) with Mg-chloride waters. In this group, metals were associated to the primary phases (e.g. sulphides), not so easily available; the existence of high chloride contents explained the presence of typical taxa of brackish/marine (e.g. Entomoneis paludosa) waters. Taxonomical aspects of the diatoms were studied (discovery of a new species: Pinnularia aljustrelica Luis, Almeida et Ector sp. nov.), as well as morphometric (size decrease of diatoms valves, as well as the appearance of deformed valves of Eunotia exigua in Group 1 and A. minutissimum in Group 2) and physiological (effective to assess the effects of metals/acidity in the photosynthetic efficiency through PAM Fluorometry) aspects. A study was carried out in an artificial river system (microcosm) that aimed to mimic Aljustrel’s extreme conditions in controlled laboratory conditions. The chronic effects of Fe, SO42- and acidity in field biofilms, inoculated in the artificial rivers, were evaluated as well as their contribution to the communities’ tolerance to metal toxicity, through acute tests with two metals (Cu and Zn). In general, the effects caused by low pH values and high concentrations of Fe and SO42- were reflected at the community level by the decrease in diversity, the predominance of acidophilic species, the decrease in photosynthetic efficiency and the increase of enzymatic (e.g. catalase, superoxide dismutase) and non-enzymatic activities (e.g. total glutathione and total phytochelatins). However, it was possible to verify that acidity performed a protective effect in the communities, upon Cu and Zn addition. A comparative study between Aljustrel mining area and New Brunswick mining area was carried out, both with similar mining and geological conditions, reflected in similar diatom communities in both mines, but in very different geographic and climatic areas.

Vertebrate diversity in the Bussaco Mountain and surrounding areas

A biodiversidade é fundamental para o funcionamento dos ecossistemas e, além do seu valor intrínseco, fornece bens e serviços essenciais ao Homem. É consensual que as reservas naturais, por si só, não conseguirão preservar a biodiversidade de modo a que seja travada a perda de espécies que vem acontecendo a ritmos sem precedente. Assim, compreender os padrões de distribuição das espécies à escala regional ou sub-regional, ainda que em territórios não classificados, é crucial para o estabelecimento de políticas de gestão que visem a conservação da biodiversidade. O principal objectivo deste trabalho centrou-se na descrição e compreensão dos padrões de riqueza específica, distribuição e abundância de Vertebrados face aos diversos habitats que constituem a área de estudo. Constituíram, assim, objecto de estudo os anfíbios, aves, morcegos, micromamíferos e mamíferos de médio porte. A Serra do Bussaco e áreas envolventes encontram-se dominadas por vastas extensões de monocultura de Pinus pinaster e Eucalyptus globulus e por terrenos agrícolas. A Mata Nacional do Bussaco, bosque extremamente diverso, é outro importante elemento de paisagem. Pretendeu-se então analisar o efeito das práticas silvícolas actuais e da intensificação da agricultura sobre a biodiversidade, averiguando a importância de cada tipo de habitat para os Vertebrados em geral, e para algumas classes em particular. De entre os terrenos agrícolas, é bastante claro que a agricultura tradicional, com a sua típica complexidade e disponibilidade de água, constitui um habitat muito importante para a maioria dos Vertebrados, tendo também apresentado o maior valor conservacionista. No que respeita aos habitats florestais, o bosque misto apresentou consistentemente maior riqueza específica e diversidade, afirmando-se como o habitat preferido para a maioria das espécies e aquele com maior valor conservacionista. Do ponto de vista da conservação, as monoculturas, especialmente as da uma espécie exótica, revelaram-se habitats relativamente pobres. No entanto, estas conclusões referem-se às tendências gerais, sendo que taxa particulares respondem de forma diferente, atendendo aos seus requisitos específicos. A informação recolhida fornece bases essenciais para a construção de linhas de orientação que visem a integração das actividades humanas com a manutenção da biodiversidade e respectivos serviços, presumivelmente com aplicação a outras áreas geográficas.

Environmental impacts of freshwater use and suspended solids in life cycle assessment

Perturbation of natural ecosystems, namely by increasing freshwater use and its degradative use, as well as topsoil erosion by water of land-use production systems, have been emerging as topics of high environmental concern. Freshwater use has become a focus of attention in the last few years for all stakeholders involved in the production of goods, mainly agro-industrial and forest-based products, which are freshwater-intensive consumers, requiring large inputs of green and blue water. This thesis presents a global review on the available Water Footprint Assessment and Life Cycle Assessment (LCA)-based methods for measuring and assessing the environmental relevance of freshwater resources use, based on a life cycle perspective. Using some of the available midpoint LCA-based methods, the freshwater use-related impacts of a Portuguese wine (white ‘vinho verde’) were assessed. However, the relevance of environmental green water has been neglected because of the absence of a comprehensive impact assessment method associated with green water flows. To overcome this constraint, this thesis helps to improve and enhance the LCA-based methods by providing a midpoint and spatially explicit Life Cycle Impact Assessment (LCIA) method for assessing impacts on terrestrial green water flow and addressing reductions in surface blue water production caused by reductions in surface runoff due to land-use production systems. The applicability of the proposed method is illustrated by a case study on Eucalyptus globulus conducted in Portugal, as the growth of short rotation forestry is largely dependent on local precipitation. Topsoil erosion by water has been characterised as one of the most upsetting problems for rivers. Because of this, this thesis also focuses on the ecosystem impacts caused by suspended solids (SS) from topsoil erosion that reach freshwater systems. A framework to conduct a spatially distributed SS delivery to freshwater streams and a fate and effect LCIA method to derive site-specific characterisation factors (CFs) for endpoint damage on aquatic ecosystem diversity, namely on algae, macrophyte, and macroinvertebrates organisms, were developed. The applicability of this framework, combined with the derived site-specific CFs, is shown by conducting a case study on E. globulus stands located in Portugal as an example of a land use based system. A spatially explicit LCA assessment was shown to be necessary, since the impacts associated with both green water flows and SS vary greatly as a function of spatial location.

Tempo atmosférico numa perspetiva CTS através do ensino por pesquisa

O ser Humano, desde sempre tem tentado estabelecer relações entre si, o tempo e o clima, de modo a melhorar as suas condições de vida. Atualmente existem questões problema que ameaçam a humanidade, nomeadamente as alterações climáticas e o aquecimento global com vista à promoção de um Desenvolvimento Sustentável. À educação é atribuída extrema importância no desenvolvimento de uma adequada perceção da situação do planeta. Este facto levou as Nações Unidas a proclamarem, no início deste século (dezembro de 2002), a Década da Educação para o Desenvolvimento Sustentável. Um desafio internacional lançado aos países para que recorram à educação como ferramenta essencial na promoção do Desenvolvimento Sustentável. A vida nas sociedades contemporâneas é extremamente influenciada pelos desenvolvimentos científicos e tecnológicos, dependendo dos seus respetivos progressos. Como tal, a Educação Científica assume um papel fundamental na compreensão das problemáticas que o ser Humano enfrenta, assim como na sua própria consciencialização da responsabilidade na situação planetária atual. Devendo promover o desenvolvimento de cidadanias proactivas, fundamentadas e responsáveis, no sentido da mudança, numa perspetiva crítica global que garanta a sustentabilidade do planeta. Estes factos são alvo de reflexão por parte de diversas instâncias da sociedade tais como a UNESCO, comunidades nacionais e internacionais de investigação em Educação Científica, e o poder político que se espelham em propostas de reforma e de revisão curricular em diversos países. Neste contexto, a Escola, como instituição formal de Educação, toma o papel primordial de promover o Desenvolvimento Sustentável através da aquisição de conhecimentos, atitudes, valores e competências que permitam desenvolver nos alunos uma consciencialização ecológica e uma literacia científica. Com este propósito em mente surge a questão investigativa deste estudo “Como Abordar o Tempo Atmosférico numa Perspetiva CTS Através do Ensino Por Pesquisa?”. Assim, usando o laboratório mais acessível e gratuito, a Atmosfera, e recursos facilmente acessíveis para desenvolver atividades simples é apresentada uma proposta de abordagem em sala de aula para a temática “Tempo Atmosférico” em particular a “Previsão e Descrição do Tempo Atmosférico”. A Atmosfera é um fascinante laboratório de ensino, porque nela se podem estudar alguns processos físicos lecionados ao longo dos mais variados níveis de ensino nas disciplinas de Física, Química e Geografia. Na Atmosfera, podem realizar-se diversos estudos simples, que de uma forma fácil respondem a inquietantes questões relacionadas com a Previsão e Descrição do Tempo Atmosférico. Neste estudo foi desenvolvida e usada uma metodologia para construir e interpretar mapas de tempo permitindo a alunos do 3º Ciclo do Ensino Básico fazer a Previsão e Descrição do Tempo Atmosférico. Após a aplicação da estratégia para o desenvolvimento de capacidades, de criatividade, envolvimento, cidadania e de pensamento crítico, os alunos responderam a um questionário. Através do tratamento dos dados obtidos pode-se considerar que em média 97% dos alunos consideram importante ou muito importante o estudo desta temática e que tem influência no seu dia-a-dia. Verificou-se que em média, se passou de 26% de respostas cientificamente corretas ou parcialmente corretas para 83% de respostas cientificamente corretas ou parcialmente corretas, o que demostra que a estratégia proposta atingiu os seus propósitos que passavam por dinamizar e fomentar uma cultura meteorológica nas escolas e para as escolas. Salienta-se a importância da possibilidade do trabalho em rede e das suas potencialidades na motivação dos alunos dada a oportunidade de fazer diagnóstico do tempo atmosférico local e inter-regiões. Os alunos consultaram e interpretaram mapas de tempo atmosférico, usaram a Internet e compreendam a relação e a influência entre diferentes parâmetros meteorológicos. Os resultados obtidos neste estudo permitem afirmar que os alunos desenvolveram competências numa área que é uma preocupação de cada um, o diagnóstico do tempo atmosférico. Cresceu neles uma cultura meteorológica e as aprendizagens nesta temática podem transbordar para colegas, amigos, pais e toda a comunidade escolar. Assim pode considerar-se que a estratégia implementada foi promotora de mudança, de aquisição de conhecimentos e do desenvolvimento de competências numa temática tão aliciante que envolve o Desenvolvimento Sustentável. Considera-se ainda que a estratégia usada neste estudo é motivadora, aliada à dinâmica CTS e ao Ensino Por Pesquisa, com vista a ser utilizada em contexto de sala de aula. Este estudo é uma forte contribuição para o Ensino das Ciências em especial no ensino da temática Tempo Atmosférico e é uma ferramenta importante que pode e deve ser utilizada em contexto escolar pois está escrito de modo a ser consultado por profissionais de ensino, nomeadamente pelos professores de Física, Química e de Geografia de modo a promoverem o desenvolvimento de competências de literacia científica e de cidadania e contribuir para a formação de futuros cidadãos ativos e conscientes defensores da Sustentabilidade da Terra.