Comunidades: Principais Cátions e Ânions (capítulo 17)

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1 Universidade Federal de Rondônia-UNIR Departamento de Engenharia Ambiental-DEA Disciplina: Limnologia Comunidades: Principais Cátions e Ânions (capítulo 17) Carga horária: 80hs Responsável: Prof a. Elisabete L. Nascimento elisabetenascimento05@gmail.com 1

2 Considerações Gerais Principais cátions e ânions Os principais cátions presentes em ecossistemas lacustres são: Cálcio (Ca 2+ ), magnésio(mg 2+ ),sódio(na + ),potássio(k + ),ferro (Fe 3+ )emanganês (Mn 2+ ). Os principais ânions são: cloreto (Cl - ), sulfato (SO 4 2- ), carbonato (CO 3 2- ), e bicarbonato (HCO 3- ). Fatores que influenciam a composição iônica nos corpos d água: Geologia da área de drenagem (constituição química das rochas) Regimes de chuvas Tipo de influência antrópica 2

3 Condutividade elétrica da água Principais cátions e ânions Relação entre condutividade elétrica e concentração iônica: A condutividade elétrica de uma solução é a capacidade desta em conduzir a corrente elétrica, esta capacidade é função da concentração de íons presentes, sendo assim, em soluções de maior concentração iônica maior será a condutividade elétrica. Condutivímetrode campo Condutivímetrode bancada Unidade de medida é: µs.cm -1 3

4 Principais cátions e ânions Relação entre condutividade e temperatura Aiônicadeumasoluçãoaumenta 2%acadagrau( C) CondutividadedaáguaXa25 C=30µS.cm -1 CondutividadedaáguaXa26 C=30,6µS.cm -1 CondutividadedaáguaXa30 C=33,0µS.cm -1 Por esta razão, em limnologia adotou-se como padrão a temperatura de 25 C para realização das leituras. 4

5 Principais cátions e ânions Relação entre condutividade e ph Em águas pobres em sais dissolvidos: Baixos valores de ph (< 5), o íon H + torna-se o principal responsável pela condutividade elétrica Emáguasmuitosalcalinas(pH>9),oíonOH - torna-seoprincipalresponsável pela condutividade elétrica Ex: em ambientes de água preta (rico em matéria orgânica em decomposição/ác. Húmicos) e com ph < 4 podem apresentar valores elevados de condutividade elétrica (decorrentes de íons H+) não devido a presença de íons como Cálcio (Ca 2+ ), magnésio(mg 2+ ),sódio(na + ),cloreto(cl - ),sulfato(so 2-4 ), 5

6 Lago Puruzinho(AM) água preta no período chuvoso ph em tono de 5,0 e condutividade variando de 10µ.cm -1 (epilímnio) e 20µ.cm -1 (nohipolímnio/maio decomposição demo) OBS: Algumas substâncias orgânicas são ionizáveis, podendo contribuir para o aumento de condutividade, podendo conduzir erros na determinação, visto que o valor obtido não reflete a concentração dos íons limnologicamente importantes 6

7 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica A condutividade elétrica da água constitui uma das variáveis mais importantes em limnologia, visto que pode fornecer importantes informações sobre o ecossistema aquático: A condutividade elétrica nos dá informações sobre a concentração iônica. Os íons mais diretamente responsáveis pela CE são cálcio, magnésio, potássio, sódio, carbonato, sulfato, cloreto, sulfato, carbonato e bicarbonato. Alguns destes íons participam de processos metabólicos importantes nos organismos aquáticos. Cálcio, sódio e potássio: importante para os vertebrados Magnésio: constituinte da molécula de clorofila 7

8 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Íons com o nitrato, nitrito e ortofosto tem pouca influência nos valores de condutividade (a condutividade destes íons é baixa, mas é utilizada para detectá-los através da técnica de cromatografia iônica) 8

9 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica A CE pode ajudar a detectar fontes poluidoras nos ecossistemas (dependendo a constituição iônica do efluente lançado, a condutividade pode aumentar ou diminuir) 9

10 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Traz informações que contribuem para o entendimento da geoquímica das rochas da bacia de drenagem 10

11 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica No período de circulação (desestratificação/chuvas) geralmente observa-se pequena variação vertical nos valores de CE, como apresentado no exemplo: Período de circulação (chuvas) 11

12 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Em períodos de estratificação os valores de Ca 2+ e CE são maiores no hipolímnio do que os valores do epilímnio. Pq? epi Estratificação: não permite a meta mistura da coluna d água. Os íons presentes no hipolímnio/sedimentados (interface sedimento-água) não atingem as camadas superiores Período de estratificação térmica hipo 12

13 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Em lagos oligotróficos, meta principalmente nos períodos de circulação, os valores de CE se mantém praticamente constantes a partir do metalímnio Lago oligotrófico 13

14 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Em lagos eutróficos, os valores de CE são mais elevados, devido maior carga de nutrientes, ao lançamento de efluentes (geralmente estes ambientes são antropizados) Nota-se especialmente durante a estratificação térmica um gradiente de concentração do epilímnio para o hipolímnio Lago eutrófico 14

15 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Geoquímica e CE na região Amazônica A CE dos corpos d água de uma região pode fornecer informações que possibilitam identificar regiões geológicas, evidenciando a interação entre os ecossistemas aquáticos e terrestres Fittkau (1971) identificou na Amazônia, a partir dos valores de CE dos corpos d água, três regiões geoquímicas. Estas regiões são: 15

16 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Geoquímica e CE na região Amazônica 1) Região que compreende a Amazônica Central, caracterizada pelos baixos valoresdece(5 10µSm.cm -1 ) Águas provenientes de áreas altamente lixiviadas e geoquimicamente muito pobres (sedimentos terciários de material oriundo dos escudos pré-cambrianos) 16

17 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Geoquímica e CE na região Amazônica 2) Regiões periféricas sul e norte, caracterizada por valores intermediários de CE(10 20µSm.cm -1 ) Águas provenientes de áreas que sofreram menor inteperismo que a primeira (sedimentos antigos relativamente pobres, mosozóicos, terciários e pleistocênico) Rio Jamari(RO) 17

18 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Geoquímica e CE na região Amazônica 45 Condutividade elétrica (µs.cm -1 ) J1 M1 M4 M ( S.cm -1 ) Jun 2005 Jul 2005 Ago 2005 Set 2005 Out 2005 Nov 2005 Dez 2005 Jan 2006 Fev 2006 Mar 2006 Abr 2006 Mai 2006 Fonte: Nascimento (2006) 18

19 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Geoquímica e CE na região Amazônica Atualmente a bacia encontra-se bastante antropizada, o que influencia no aumento dos valores de CE Rio Jamari Ariquemes Fonte: Google Earth(2012) 19

20 Principais cátions e ânions/condutividade elétrica Geoquímica e CE na região Amazônica 3) Região periférica oeste, que apresenta os maiores valores de CE (30 200µSm.cm -1 ) Águas provenientes de áreas mais ricas geoquimicamente e também mais recentes (Seus sedimentos são de idade pleistocênica e tem origem a partir do inteperismo Andino) Rio Madeira (RO) 20

21 Principais cátions e ânions Sal e Salinidade Definição de sal: toda substância que em meio aquoso, se dissocia liberando um cátion diferente de H + e um ânion diferente de OH - Exemplo: Dissociação do sal cloreto demagnésio (MgCl 2 ),quedáorigemao cátionmg 2+ eao ânion cloreto(cl - ) Definição de salinidade: é a concentração de sais minerais dissolvidos na água.corresponde aopeso(g)dossaispresentes em1ldeágua 21

22 Principais cátions e ânions Entre os principais íons responsáveis pela formação de sais em águas interiores os cátions: cálcio, magnésio, sódio, potássio e os ânions: bicarbonato, cloreto e sulfato Determinação da Salinidade A salinidade é determinada através de através de equipamentos chamados salinômetros. Osresultados sãoexpressosempesoporvolume(mg.l -1 ) Salinidadeáguadomar:33 37mg.L -1 Salinidademarmorto:300mg.L -1 Salinômetro 22

23 19/05/2015 Principais cátions e ânions Salinidade das águas interiores A salinidade das águas interiores é bastante variável, de 0,5mg.L-1 para água doce até 35mg.L-1 para águas salobras Ex: Lagoas costeiras podem apresentar valores de salinidade próximos à água do mar devido a inflência do spray marinho (presença de sais) ou pela conectividade periódica com a água mar (regime de chuvas ou abertura de barras humanas) 23

24 Principais cátions e ânions Salinidade das águas interiores As grandes diferenças entre os valores de salinidade nos ecossistemas aquáticos continentais, são resultantes de fatores como: A intensidade diferenciadas de intemperização e composição de rochas e solos da bacia de drenagem; O grau de influência e conexão das águas subterrâneas; A precipitação atmosférica; O grau de influência marinha; Influência de afluentes de água doce; O balanço entre evaporação e precipitação 24

25 Influência marinha na salinidade de uma Lagoa costeira que periodicamente (maré alta) se comunica com o mar (promovendo a Desestratificação) Concentrações de íons no eplilímnino próximas ao hipolíminio (coluna desestraticada/circulação da água) 25

26 Influência marinha na salinidade de uma Lagoa costeira sem comunicação com o mar (spray marinho/geoquímica solos) - Estratificada Concentrações de íons no eplilímnino menor que no hipolíminio (coluna estratificada não permitindo a conexão da água do fundo com a superfície) 26

27 Principais cátions e ânions Salinidade das águas interiores Exemplo de ambientes aquáticos continentais salinos Salinas(Mato Grosso do Sul) Formadas a 126mil-10mil anos atrás (Pleistoceno) quando a região era muito árida e a evaporação da água concentrava íons como K, Na e Mg. Mesmo com maior umidade nos anos posteriores, a salinidade foi preservada. Mesmo em períodos de cheia. Complexo de cerca de 27 mil quilômetros quadrados concentra lagoas salinas Fonte: Agência de Notícias da USP (2015) 27

28 Principais cátions e ânions Salinidade Classificação dos corpos d água quanto à salinidade (mg.l -1 ) 28

29 Principais cátions e ânions Quais seriam possíveis implicações para sobrevivência dos organismos aquáticos em regiões de maior salinidade? Mecanismos para variar(diminuir ou aumentar) a retenção de íons, Em alguns ecossistemas a salinidade causa a queda na biodiversidade devido a poucos organismos serem adaptados a diferenças periódicas nos valores de salinidade; A salinidade age como floculante do meio, causando a precipitação de materiais particulados em suspensão e íons dissolvidos, muitos dos quais são, de grande importância biológica (nutrientes). A medida que aumenta a salinidade da água também observa-se o aumento da transparência 29

30 Principais cátions e ânions Ex: Diminuição da biodiversidade devido aumento da salinidade Oceano Atlântico 30

31 Principais funções de alguns íons: Principais cátions e ânions Ferro e Manganês participam como co-fatores enzimáticos em diferentes processos metabólicos de diferentes organismos. Entre outras funções Magnésio é um dos constituintes químicos da molécula de clorofila Cálcio é essencial para o crescimento da algas, macrófitas e muitos animais especialmente moluscos (constituição da concha) Sódio, potássio e cloreto atuam no transporte de outros íons em meios intra e extracelulares 31

32 Principais cátions e ânions 32

33 Principais cátions e ânions Fonte: Nascimento (2012) 33