Caracterização hidrogeoquímica dos sistemas aquíferos Bauru e Guarani no município de Bauru

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Hidrogeoquímica do aquífero Bauru na área urbana do município de Marília (SP)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo hidrogeoquímico da porção meridional do sistema aquífero Bauru no estado de São Paulo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Dinâmica do carbono em pequenas bacias de drenagem sob uso de agricultura familiar na Amazônia Oriental

O presente estudo teve como objetivo avaliar a dinâmica do carbono em uma região da Amazônia Oriental, cujo uso da terra predominante é a agricultura familiar; a unidade espacial adotada neste estudo foram três pequenas bacias de drenagem. A dinâmica do carbono foi avaliada a partir de medidas hidrológicas e biogeoquímicas em águas dos igarapés Cumaru, Pachibá e São João entre junho de 2006 a maio de 2007. O ambiente aquático e a hidrogeoquímica fluvial foram caracterizados a partir de medidas in situ da condutividade elétrica, temperatura, pH e concentração de oxigênio dissolvido. Amostras de água foram coletadas e analisadas para determinação do carbono orgânico dissolvido (COD) e pressão parcial do dióxido de carbono (pCO 2 ). A partir dos valores de pCO 2 , foram calculadas as concentrações de carbono inorgânico dissolvido (CID). Já os fluxos de C02 foram medidos in situ e também calculados a partir do pC0 2 . Utilizando-se medidas de vazão instantânea a cada campanha mensal de campo, calcularam-se fluxos anuais de COD. A caracterização dos solos e do uso da terra nas porções estudadas das bacias, assim como os índices pluviométricos e fluviométricos, foram considerados na interpretação dos resultados. Podem-se enumerar como principais resultados o seguinte: 1) As características físico-químicas das águas fluviais das bacias estudadas retrataram seus solos ácidos, a vegetação ripária, e processos hidrológicos biogeoquímicos no ambiente aquático e terrestre, e com certa variabilidade sazonal; 2)0 pH e o oxigênio dissolvido se correlacionaram positivamente com o carbono dissolvido na coluna d'água; 3) O transporte de COD por unidade de área foi elevado quando comparado com outras bacias amazônicas, e mais intenso em períodos chuvosos; 4) O transporte de COD e a evasão de C0 2 pareceram responder positivamente à presença de vegetação secundária e floresta densa, e negativamente às atividades agropecuárias; e 5) As taxas de evasão de C0 2 foram elevadas comparando-as a outros rios amazônicos, e corroboram a hipótese de que pequenas bacias são importante fontes de C0 2 para atmosfera na região.

Efeitos do processamento artesanal de raízes de mandioca (Manihot esculenta Crantz) e plantas de malva (Urena lobata L.) sobre a hidrobiogeoquímica de microbacias do Nordeste do Pará

No nordeste do Estado do Pará predomina a agricultura familiar, a qual tem como principais produtos a mandioca e a malva. No processamento desses produtos, os agricultores costumam submergir fardos de mandioca e de malva em águas de igarapés, com a finalidade de amolecer a casca e remover as substâncias tóxicas, no caso da mandioca, ou proporcionar o desfibramento, no caso da malva. Os efeitos dessa prática sobre a qualidade da água fluvial são pouco conhecidos. Nesse contexto, a presente pesquisa objetivou avaliar os possíveis impactos dessas práticas sobre a hidrobiogeoquímica fluvial em igarapés dessa região. Adotou-se como estratégia coletar amostras de águas fluviais a montante do ponto de lavagem dos produtos, no local de lavagem e a jusante deste local. A fim de conhecer, com maior clareza, as possíveis alterações na química das águas, provocadas pelas lavagens de mandioca e de malva, somou-se à estratégia de campo a realização de experimentos em tanque com vazões de entrada e saída controladas. Em ambas abordagens foram monitoradas as seguintes variáveis hidrobiogeoquímicas no material dissolvido: pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, cálcio, magnésio, potássio, sódio, cloreto, sulfato, fosfato, nitrato, amônio, além de nitrogênio total e carbono orgânico e inorgânico dissolvidos. Os resultados obtidos evidenciaram que o processo de lavagem de raízes de mandioca e de plantas de malva contribuiu para alterar a hidrobiogeoquímica fluvial de pequenos igarapés apenas pontualmente. Porém, algumas das alterações observadas localmente permaneceram por até dez metros a jusante do local de lavagem dos produtos. Nos experimentos em tanque, as alterações foram mais evidentes e uma análise de cluster confirmou a hipótese de que o processamento dos produtos agrícolas enfocados colaborou para alterar a hidrobiogeoquímica fluvial nos igarapés monitorados. O estudo recomenda algumas precauções no tocante às práticas de processamento dos produtos em foco e também a adoção de alguns parâmetros para o monitoramento desses impactos.

Fluxos hidrogeoquímicos em águas fluviais de microbacias do nordeste paraense e a sua relação com o uso da terra

O Nordeste Paraense é caracterizado por conter as mais antigas áreas de colonização da Amazônia, onde predomina a agricultura familiar itinerante de derruba e queima e também a pecuária bovina extensiva. A paisagem é fortemente marcada pela vegetação secundária em diversos estágios de sucessão e poucos remanescentes de floresta primária, a qual é geralmente localizada às margens de pequenos rios e igarapés. Nesse contexto, o presente estudo, conduzido em 14 microbacias no Nordeste Paraense sob diferentes usos e cobertura da terra e em quatro microbacias em áreas florestais sob baixo impacto antrópico, objetivou avaliar a hidrogeoquímica das águas fluviais para o embasamento da gestão de duas mesobacias hidrográficas nessa região. Foi detectado que a composição química das águas fluviais dos pequenos igarapés está sendo influenciada pelas práticas agrícolas adotadas em suas bacias de drenagem. Sinais hidrogeoquímicos diferenciados foram observados no caso das microbacias com presença de: sistema agrícola de derruba e queima; lavouras com irrigação e uso de agroquímicos; e pecuária bovina. Além disso, constatou-se a importância das microbacias florestadas para o aporte de nitrato, cloreto e sódio para os ecossistemas fluviais estudados. Adicionalmente verificou-se certa variação sazonal na hidrogeoquímica das águas fluviais e uma forte influência dos sistemas agropecuários, especialmente as pastagens, sobre os parâmetros físico-químicos mensurados, com redução da concentração de oxigênio dissolvido, e aumento da temperatura, do pH e da condutividade elétrica. Pelo presente estudo, pode-se inferir que a presença de mata ciliar é imprescindível para minimizar os impactos dos sistemas agrícolas nos recursos hídricos e deve ser apontada como uma ferramenta na gestão de bacias, assim como é recomendável a substituição de técnicas tradicionais que utilizam o fogo, por técnicas mais sustentáveis de produção agropecuária, como o plantio direto na capoeira. Por fim, sugere-se que dentre os parâmetros analisados, alguns podem ser recomendados, dependendo do uso da terra a ser focado, como indicadores de sustentabilidade ambiental dos sistemas agropecuários de produção para a gestão local de bacias hidrográficas.

Dinamica dell’intrusione salina nella costa ravennate: aspetti idrogeochimici ed evoluzione attesa

Nell’ambito del progetto multidisciplinare “Coastal Salt Water Intrusion”, che si propone di indagare “l’Intrusione salina nella costa ravennate con i conseguenti impatti territoriali-ambientali, connessi al previsto innalzamento del livello marino per cause climatiche e di subsidenza”, si inserisce il presente studio con l’obiettivo di fornire una caratterizzazione idrogeochimica delle acque di falda e superficiali e un modello geochimico generale sui processi di salinizzazione o desalinizzazione in atto nella falda freatica costiera della costa ravennate. E’ stato fatto un confronto fra tre metodiche di estrazione del complesso di scambio della matrice solida dell’acquifero che utilizzano rispettivamente acetato di ammonio, cloruro di bario e argento-tiourea. Sono stati posizionati 5 transetti perpendicolari alla linea di costa per un totale di 44 punti di campionamento con due campagne di prelievi, al termine della primavera e al termine dell’estate. La caratterizzazione dei processi di mixing e scambio ionico con la matrice solida dell’acquifero è avvenuta mediante analisi dei cationi ed anioni fondamentali, determinazione della CEC sulla matrice solida dell’acquifero, modellizzazione mixing/scambio ionico, modellizzazione della composizione teorica della frazione scambiabile in funzione della composizione acqua all’equilibrio e interpolazione geostatistica dei dati raccolti e costruzione di mappe geochimiche (curve di iso-concentrazione). La metodologia di estrazione che utilizza il bario-cloruro è risultata la più affidabile. Le acque prelevate dalla falda superficiale evidenziano miscelazione in varie proporzioni acqua marina/acqua dolce, scambi ionici per interazione acqua/sedimento, dissoluzione di CaSO4.2H2O. I processi di salinizzazione e/o addolcimento mostrano una significativa variabilità nello spazio (variabilità legata alla distanza dalla costa, al profilo topografico e alla distribuzione dei corpi sabbiosi litoranei) e nel tempo (variabilità legata alla piovosità e alla gestione delle acque superficiali e del sottosuolo). La complessa variabilità spazio-temporale dei processi in atto nella falda superficiale non consente di evidenziare una complessiva prevalenza di fenomeni di salinizzazione rispetto a quelli di addolcimento.

Geochemical synthesis for the Effingen Member in boreholes at Oftringen, Gösgen and Küttigen

The Effingen Member is a low-permeability rock unit of Oxfordian age (ca. 160 Ma) that occurs across northern Switzerland. It comprises sandy calcareous marls and (argillaceous) limestones. This report describes the hydrogeochemistry, mineralogy and supporting physical properties of the Effingen Member in three boreholes in the Jura-Südfuss area: Oftringen, Gösgen and Küttigen, where it is 220–240 m thick. The top of the Effingen Member is at 420, 66 and 32 m depths at the three sites. Core materials are available from Oftringen and Gösgen, whereas information from Küttigen is limited to cuttings, in-situ hydrogeological testing and geophysical logging. Hydrogeological boundaries of the Effingen Member vary between locations. Ground-water flows were identified during drilling at the top (Geissberg Member), but not at the base, of the Effingen Member at Oftringen, at the base (Hauptrogenstein Formation) of the Effingen Member at Gösgen, and in a limestone layer (Gerstenhübel unit) within the Effingen Member at Küttigen. The marls and limestones of the Effingen Member have carbonate contents of 46–91 wt.-% and clay-mineral contents of 5–37 wt.-%. Pyrite contents are up to 1.6 wt.-%, but no sulphate minerals were detected by routine analyses. Clay minerals are predominantly mixed-layer illite-smectite, illite and kaolinite, with sporadic traces of chlorite and smectite. Veins filled with calcite ± celestite occur through the Effingen Member at Oftringen but not at Gösgen or Küttigen. They formed at 50–70 ºC from externally derived fluids, probably of Miocene age. Water contents are 0.7–4.2 wt.-%, corresponding to a water-loss porosity range of 1.9–10.8 vol.-%. Specific surface areas, measured by the BET method, are 2–30 m2/g, correlating with clay-mineral contents. Water activity has been measured and yielded surprisingly low values down to 0.8. These cannot be explained by pore-water salinity alone and include other effects, such as changes in the fabric due to stress release or partial saturation. Observed variations in measurements are not fully understood. Cation exchange capacity (CEC) and exchangeable cation populations have been studied by the Ni-en method. CEC, derived from the consumption of the index cation Ni, is 9–99 meq/kgrock at a solid:liquid ratio of 1, correlating with the clay-mineral content. Cation concentrations in Ni-en extract solutions are in the order Na+≥Ca2+>Mg2+>K+>Sr2+. However, the analytical results from the Ni-en extractions have additional contributions from cations originating from pore water and from mineral dissolution reactions that occurred during extraction, and it was not possible to reliably quantify these contributions. Therefore, in-situ cation populations and selectivity coefficients could not be derived. A suite of methods have been used for characterising the chemical compositions of pore waters in the Effingen Member. Advective displacement was used on one sample from each Oftringen and Gösgen and is the only method that produces results that approach complete hydrochemical compositions. Aqueous extraction was used on core samples from these two boreholes and gives data only for Cl- and, in some cases, Br-. Out-diffusion was used on core samples from Oftringen and similarly gives data for Cl- and Br- only. For both aqueous extraction and out-diffusion, reaction of the experimental water with rock affected concentrations of cations, SO42 and alkalinity in experimental solutions. Another method, centrifugation, failed to extract pore water. Stable isotope ratios (δ18O and δ2H) of pore waters in core samples from Oftringen were analysed by the diffusive exchange method and helium contents of pore water in Oftringen samples were extracted for mass spectrometric analysis by quantitative outgassing of preserved core samples. Several lines of evidence indicate that drillcore samples might not have been fully saturated when opened and subsampled in the laboratory. These include comparisons of water-loss porosities with physical porosities, water-activity measurements, and high contents of dissolved gas as inferred from ground-water samples. There is no clear proof of partial saturation and it is unclear whether this might represent in-situ conditions or is due to exsolution of gas due to the pressure release since drilling. Partial saturation would have no impact on the recalculation of pore-water compositions from aqueous extraction experiments using water-loss porosity data. The largest uncertainty in the pore-water Cl- concentrations recalculated from aqueous extraction and out-diffusion experiments is the magnitude of the anion-accessible fraction of water-loss porosity. General experience of clay-mineral rich formations suggests that the anion-accessible porosity fraction is very often about 0.5 and generally in a range of 0.3 to 0.6 and tends to be inversely correlated with clay-mineral contents. Comparisons of the Cl- concentration in pore water obtained by advective displacement with that recalculated from aqueous extraction of an adjacent core sample suggests a fraction of 0.27 for an Oftringen sample, whereas the same procedure for a Gösgen sample suggests a value of 0.64. The former value for anion-accessible porosity fraction is presumed to be unrepresentative given the local mineralogical heterogeneity at that depth. Through-diffusion experiments with HTO and 36Cl- suggest that the anion-accessible porosity fraction in the Effingen Member at Oftringen and Gösgen is around 0.5. This value is proposed as a typical average for rocks of the Effingen Member, bearing in mind that it varies on a local scale in response to the heterogeneity of lithology and pore-space architecture. The substantial uncertainties associated with the approaches to estimating anion-accessible porosity propagate into the calculated values of in-situ pore-water Cl- concentrations. On the basis of aqueous extraction experiments, and using an anion-accessible porosity fraction of 0.5, Cl- concentrations in the Effingen Member at Oftringen reach a maximum of about 14 g/L in the centre. Cl- decreases upwards and downwards from that, forming a curved depth profile. Cl- contents in the Effingen Member at Gösgen increase with depth from about 3.5 g/L to about 14 g/L at the base of the cored profile (which corresponds to the centre of the formation). Out-diffusion experiments were carried out on four samples from Oftringen, distributed through the Effingen Member. Recalculated Cl- concentrations are similar to those from aqueous extraction for 3 out of the 4 samples, and somewhat lower for one sample. Concentrations of other components, i.e. Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Sr2+, SO42- and HCO3- cannot be obtained from the aqueous extraction and out-diffusion experimental data because of mineral dissolution and cation exchange reactions during the experiments. Pore-water pH also is not constrained by those extraction experiments. The only experimental approach to obtain complete pore-water compositions for samples from Oftringen and Gösgen is advective displacement of pore water. The sample from Oftringen used for this experiment is from 445 m depth in the upper part of the Effingen Member and gave eluate with 16.5 g/L Cl- whereas aqueous extraction from a nearby sample indicated about 9 g/L Cl-. The sample from Gösgen used for advective displacement is from 123 m depth in the centre of the Effingen Member sequence and gave eluate with about 9 g/L Cl- whereas aqueous extraction gave 11.5 g/L Cl-. In both cases the pore waters have Na-(Ca)-Cl compositions and SO42- concentrations of about 1.1 g/L. The Gösgen sample has a Br/Cl ratio similar to that of sea water, whereas this ratio is lower for the Oftringen sample. Taking account of uncertainties in the applied experimental approaches, it is reasonable to place an upper limit of ca. 20 g/L on Cl- concentration for pore water in the Effingen Member in this area. There are major discrepancies between pore-water SO42- concentrations inferred from aqueous extraction or out-diffusion experiments and those obtained from advective displacement in both the Oftringen and Gösgen cases. A general conclusion is that all or at least part of the discrepancies are attributable to perturbation of the sulphur system and enhancement of SO42- by sulphate mineral dissolution and possibly minor pyrite oxidation during aqueous extraction and out-diffusion. Therefore, data for SO42- calculated from those pore-water sampling methods are considered not to be representative of in-situ conditions. A reference pore-water composition was defined for the Effingen Member in the Jura Südfuss area. It represents the probable upper limits of Cl- contents and corresponding anion and cation concentrations that are reasonably constrained by experimental data. Except for Cl- and possibly Na+ concentrations, this composition is poorly constrained especially with respect to SO42- and Ca2+ concentrations, and pH and alkalinity. Stable isotope compositions, δ18O and δ2H, of pore waters in the Effingen Member at Oftringen plot to the right of the meteoric water line, suggesting that 18O has been enriched by water-rock exchange, which indicates that the pore waters have a long residence time. A long residence time of pore water is supported by the level of dissolved 4He that has accumulated in pore water of the Effingen Member at Oftringen. This is comparable with, or slightly higher than, the amounts of 4He in the Opalinus Clay at Benken. Ground waters were sampled from flowing zones intersected by boreholes at the three locations. The general interpretation is that pore waters and ground-water solutes may have similar origins in Mesozoic and Cenozoic brackish-marine formations waters, but ground-water solutes have been diluted rather more than pore waters by ingress of Tertiary and Quaternary meteoric waters. The available hydrochemical data for pore waters from the Effingen Member at these three locations in the Jura-Südfuss area suggest that the geochemical system evolved slowly over geological periods of time, in which diffusion was an important mechanism of solute transport. The irregularity of Cl- and δ18O profiles and spatial variability of advective ground-water flows in the Malm-Dogger system suggests that palaeohydrogeological and hydrochemical responses to changing tectonic and surface environmental conditions were complex.

Composition of soil samples from injection location

CO2 leakage from subsurface storage sites is one of the main concerns connected with the CCS technology. As CO2 leakages into near surface formations appear to be very unlikely within pilot CCS projects, the aim of this work is to emulate a leakage by injecting CO2 into a near surface aquifer. The two main questions pursued by the injection test are (1) to investigate the impact of CO2 on the hydrogeochemistry of the groundwater as a base for groundwater risk assessment and (2) to develop and apply monitoring methods and monitoring concepts for detecting CO2 leakages in shallow aquifers. The presented injection test is planned within the second half of 2010, as a joint project of the University of Kiel (Germany), the Helmholtz-Centre for Environmental Research (Leipzig, Germany) and the Engineering Company GICON (Dresden, Germany). The test site has been investigated in detail using geophysical methods as well as direct-push soundings, groundwater well installation and soil and groundwater analyses. The present paper presents briefly the geological and hydrogeological conditions at the test site as well as the planned injection test design and monitoring concept.

Geochemistry of interstitial waters of Lau Backarc Basin sediment samples

Interstitial water samples from Sites 834 through 839, drilled during Ocean Drilling Program Leg 135 in the backarc Lau basin (Southwestern Pacific), have been analyzed for major elements, manganese, copper, strontium, barium, vanadium, and 87Sr/86Sr isotopic composition values. The concentration-depth profiles of the major chemical components show almost straight concentration gradients at all sites, and seem to reflect slight alteration of volcanic material. However, in the lower part of the sedimentary cover, where volcanogenic material is abundant and where diagenetic minerals occur, systematic decreases in calcium, strontium, manganese, copper, and vanadium concentrations are observed. A downwelling flow of bottom seawater, which affected the diagenetic chemical signature of the interstitial water, is probably responsible for the recorded chemical features. This hypothesis is supported by strontium isotope data obtained from interstitial water samples at Site 835. It is also in accordance with data from heat flow and physical properties.