Mecanismos/Técnicas de estudo Aula 1

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1 Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente Gestão da Água Mecanismos/Técnicas de estudo Aula 1 Marta Martins (marta.martins@fct.unl.pt) 2018/2019

2 Ecosistema Marinho 2 Neritic zone Littoral zone Sublittoral zone Bathyal zone Hadal zone Abyssal zone

3 Sistema água doce (salinidade 0) Sistema água salgada (salinidade > 30) 3 Sistema águas de transição: European Communities (2000) bodies of surface water in the vicinity of river mouths which are partially saline in character as a result of their proximity to coastal waters but which are substantially influenced by freshwater flows. Chapman et al. (2013) distinct water bodies that are partly saline but influenced by freshwater flows.

4 Transitional waters 4 Ria Formosa (indodigital.pt)) Estuário Tejo (World Wind-NOAA, 2005) Fjord Noruega Delta Russia (NASA) Lagoa Óbidos

5 European Water Framework Directive and the Marine Strategy Framework Directive 5 Ecological status is an assessment of the quality of the structure and functioning of water ecosystems. It shows the influence of pressures (e.g. pollution and habitat degradation) on the identified quality elements. Ecological status is determined for each of the surface water bodies of rivers, lakes, transitional waters and coastal waters, based on biological quality elements and supported by physico-chemical and hydromorphological quality elements.

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7 Importância dos Estuários 7

8 Ecology of transitional waters 8 B. Whitfield et al. (2012) new conceptual model.

9 Exemplo: Estuário 9

10 Porquê estudar os sedimentos 10 Reservatório de contaminantes Risco para fauna e flora bentónica Remobilização dos sedimentos Aumento da biodisponibilidade de contaminantes Risco para organismos pelágicos

11 Sedimentos Definição: partículas orgânicas e inorgânicas que 11 acumulam no fundo dos sistemas aquáticos Origem: erosão, precipitação de minerais inorgânicos, actividade biológica Tipo de sedimento Origem Tipo de rocha Detritos Física e química Detrítica Substâncias dissolvidas na água Química Quimiogénica (ex: calcário, gesso) Seres vivos ou resultante da sua actividade Biológica Biogénica (ex: carvão, calcário conquífero)

12 Areias Cascalho Classificação dos sedimentos Wentworth Scale 12 Dimensão Conteúdo orgânico Adsorção Velocidade de deposição Floculação Silt Argila

13 13 15 principais tipos de sedimentos segundo Folk (1980). L = lodo; l = lodoso; A = areia; a = arenoso; C = cascalho; c = saibroso; (c) = ligeiramente saibroso. Lodo (< 62,5 µm) = silte + argila areia : vasa cascalho (%) <0,01 0,01-5% 5-30% 30-80% >80% < 1:9 V V(c) Vc Cv 1:9-1.1 Va Va(c) 1:1-9:1 Av Av(c) Avc Cav C > 9:1 A A(c) Ac Ca

14 Porosidade - percentagem do volume total (Vt) que é ocupado por espaços intersticiais P = (Vi x 100) / Vt Permeabilidade é a medida da capacidade de um sedimento para transmitir fluídos. Varia inversamente com a porosidade. K = volume de água que atravessa, no tempo T, uma secção de sedimento 14 Coesão - é uma estimativa da pressão lateral (Kg.cm-2) necessária para quebrar um bloco de sedimento ou alterar a sua estrutura. Aumenta com o aumento da força de ligação inter-partículas e com a diminuição da porosidade, conteúdo em água e dimensão das partículas. A bioperturbação pela actividade de invertebrados bênticos e por materiais secretados por invertebrados e por microorganismos tende também a aumentar a coesão.

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16 Dinâmica do transporte de sedimentos 16 Circulação, salinidade, interacções biológicas, tipo sedimento

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18 Sedimentos 18 Matriz muito complexa Elevada heterogeneidade espacial (horizontal e vertical) Natureza e dimensão das partículas Adsorção de contaminantes Capacidade de troca iónica Capacidade de fixação de organismos

19 Sedimentos como reservatório de contaminantes 19 Fase sólida - argilas, carbonatos, sulfatos, sulfuretos, hidróxidos detritos orgânicos, substâncias orgânicas insolúveis, biomassa... Água interticial - substâncias minerais e orgânicas intervindo em processos de transformação química e bioquímica Contaminante dissolvido (móvel e biodisponível) Contaminante adsorvido (imóvel, menos biodisponível)

20 Água interticial substâncias orgânicas actividade biológica (fontes de energia, cometabolitos, factores de crescimento) 20 complexação de substâncias minerais ou orgânicas substâncias minerais actividade microbiológica (derivados de N, P e S) reacções de oxidação-redução, complexação, precipitação modificação da especiação de metais e metaloides presentes gases OD - condiciona a actividade dos microorganismos H 2 S - condiciona a precipitação de metais

21 Tempo de drenagem (min) Oxigénio dissolvido (% de saturação) 21 praias com camada negra % de finos em sedimentos arenosos % de areia fina

22 tpah (µg g -1 ) Matéria orgânica dos sedimentos 22 Podem ser biomoléculas sintetizadas por organismos ou fragmentos biológicos (C, N, P, S, O) Derivada de plantas, animais, bactérias ou fitoplankton, macroalgas 2.0 Abr/05 Derivada de fontes antropogénicas (aquaculturas, ETARs, etc.) Correlação entre o teor de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) e a quantidade C org (%) de matéria orgânica no sedimento

23 Benthic Pelagic Ambiente sedimentar e contaminantes Fracção Particulada Decomposição Volatilização Fracção Dissolvida 23 Atmosfera Coluna Água Adsorção Desorption Bioacumulação Eliminação Matéria em suspensão (SPM) Erosão Bioturbação Sedimentação anóxico óxico Adsorção Desorption Matéria dissolvida Erosão Difusão Água intersticial Bioacumulação eliminação Sedimento

24 Factores que afectam o ambiente sedimentar Estrutura dos sedimentos Grau de compactação e homogeneidade Estratificação estratos com composição e condições diferentes que condicionam a presença de nichos ecológicos Potencial Redox (Eh) ph 24 Importante na especiação de metais e na actividade dos microorganismos Influência: o grau de ionização de subtsâncias minerais a actividade dos microorganismos Possibilita a solubilização de substâncias orgânicas e minerais Condiciona o coeficiente de partição entre as partículas e a água intersticial Temperatura Influência a cinética das reacções químicas e bioquímicas Influência a solubilidade das substâncias orgânicas e minerais Luz Influencia o desenvolvimento de organismos autotróficos Fotodegradação Hidrodinamismo Influência a oxigenação das camadas superficiais do sedimento Influência o contacto e fixação de organismos ao substracto

25 Sediment depth Perfis de concentração de químicos no sedimento 25 RPDL* ph Eh O 2 materia orgânica mg.l -1 Fe 3+ CO 2 NO 3 - NO 2 - Metabolismo aeróbio Fe % mv mg.l -1 H 2 S CH 4 NH 4+ Metabolismo anaeróbio *Redox potential discontinuity layer

26 Depth 26

27 27 Qual a importância dos sedimentos nas estratégias de avaliação da qualidade ecológica de um estuário

28 INFLUÊNCIA DAS PARTÍCULAS DE SEDIMENTO NA DISTRIBUIÇÃO DOS CONTAMINANTES

29 29 Suspended Particulate Matter (SPM) Guadiana river and estuary Polychlorinated biphenyls (PCBs)

30 INFLUÊNCIA DAS ACTIVIDADES DE DRAGAGEM Antes das dragagens (30 days) REF 30 5 Mytilus edulis Durante operações de dragagem T30, T45, T60

31 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) 31 Dradagens promoveram o aumento da biodisponibilidade de PAHs cancerígenos adsorvidos às partículas de sedimento Dradagens induziram efeitos genotóxicos e de stress oxidative nos mexilhões expostos às dragagens.

32 Bioturbação 32 Disturbance of the sediment (or soil) by living things (animals and plants): - displacing by plant roots - pushing sediment aside such as in animal tracks - eating and excreting sediment, as earthworms do.

33 Bioturbação 33 disrupts layering creates current flow pathways enables exchange of minerals and fluids chemistry adds or removes organic matter Displacement of microorganisms and non-living particles Facilitate or impede mobility of diagenetic fluids Increase or decrease porosity and permeability Mix the sediment matrix Displace sediment grains

34 Organismos bentónicos 34 Community of organisms which live on, in, or near the benthic zone. This communities lives in or near sedimentary environments, from intertidal to continental shelf and then down to the abyssal depths. Important to recycling of nutrients and the burial and storage of organic matter The benthic habitat may contain both primary producers (phytobenthos), and herbivores and carnivores, the zoobenthos.

35 By location By type By size Classificação Macrobenthos (animals > 1 mm) Meiobenthos (1mm < animals > 0.1 mm) Microbenthos (< 0.1 mm) 35 Zoobenthos Phytobenthos (benthic diatoms and macroalgae (seaweed) Endobenthos Epibenthos Hyperbenthos

36 Sapais 36 Spartina maritima Sarcocornia fruticosa

37 Sapais 37 Emergent land plants that tolerate the salinities of the open sea Traps and cycle various chemical compounds, organic materials and nutrients. Saltmarsh roots act as physical traps and provide attachment surfaces for various organisms.

38 Sapais Provides: - Protection - Food - Shelter - Extension coast - Building islands - Major energy input into fisheries Species are sensitive to extreme temperature and tidal fluctuations, salinity and sediments 38

39 39 Sarcocornia fruticosa Saltmarsh (colonized areas) trap fine particles enriched in organic contaminants

40 40 Multicorer Box corer draga Ponar Corer simples

41 The main goal of the Marine Directive is to achieve Good Environmental Status of EU marine waters by The Directive defines Good Environmental Status (GES) as: The environmental status of marine waters where these provide ecologically diverse and dynamic oceans and seas which are clean, healthy and productive Article 3 41 Ecological status is an assessment of the quality of the structure and functioning of surface water ecosystems. It shows the influence of pressures (e.g. pollution and habitat degradation) on the identified quality elements. Ecological status is determined for each of the surface water bodies of rivers, lakes, transitional waters and coastal waters, based on biological quality elements and supported by physico-chemical and hydromorphological quality elements.