Origem da Água Subterrânea do Alto Cristalino de Salvador, Bahia

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1 Revista de Geologia, Vol. 22, nº 1, 86-95, Origem da Água Subterrânea do Alto Cristalino de Salvador, Bahia Sérgio Augusto de Morais Nascimento a & Johildo Salomão Figueiredo Barbosa b Recebido em março de 2009 / Aceito em 20 de junho de 2009 Resumo A análise de isótopos ambientais presentes naturalmente na água proporciona a obtenção de diversos parâmetros relacionados à sua dinâmica. Os isótopos H 2 (deutério) e O 18 (Oxigênio 18) marcam as partes do ciclo hidrológico que possibilitam o conhecimento da sua origem e os processos de mudança de fase. O presente trabalho contempla os estudos isotópicos realizados na água subterrânea do Alto Cristalino de Salvador nos dois sistemas hidrogeológicos distintos, ou seja: i) as coberturas constituídas pelo regolito desenvolvido sobre as rochas metamórficas e pelos sedimentos terciários da Formação Barreiras e pelos sedimentos quaternários litorâneos de origem fluvio-marinhos-eólicos e ii) do embasamento cristalino fissural. Os resultados mostraram que a linha isotópica das águas de chuva é rigorosamente igual à linha meteórica global (LMG) de Craig (1961) diferenciando-se por sua vez da linha isotópica das águas subterrâneas do Alto Cristalino de Salvador. Os dois sistemas aqüíferos são alimentados pelas águas de precipitação pluviométrica oriundas da evaporação das águas do Oceano Atlântico e/ou da Baía de Todos os Santos, existindo por sua vez uma intercomunicação hidráulica entre ambos. Os dados isotópicos mostram que essas coberturas funcionam como um reservatório intermediário de água que alimentam o cristalino em zonas intensamente fraturadas. Palavras-Chave: Hidrogeologia isotópica, origem da água subterrânea, ciclo hidrológico Abstract The analysis of environmental isotopes naturally present in water provides the obtaining of various parameters related to its momentum. The H 2 isotope (deuterium) and O 18 (Oxygen 18) mark the parts of the hydrological cycle that enable an understanding of its origin and the processes of change of phase. This work describes the studies made in isotopic groundwater from the Alto Cristalino de Salvador in two distinct hydrogeological systems, namely: i) the roof formed by regolith developed on metamorphic rocks and the Tertiary sediments of the Barreiras Formation and the quaternary sediments of coastal original river-sea-wind and ii) the fissural crystalline basement. The results showed that the isotopic line of rain water is exactly equal to the global meteoric line (DML) of Craig (1961) are differentiating itself from the line isotope of groundwater from the Alto Cristalino de Salvador. The two aquifer systems are fed by rain water from the evaporation of water from the Atlantic Ocean and / or the Baía de Todos os Santos, there turn a hydraulic interconnection between the two. The isotopic data show that these coatings act as an intermediary tank of water which feed the crystalline zones in intensely fractured. Key words: Hydrogeology isotopes, origin of groundwater, water cycle

2 Nascimento & Barbosa, Origem da Água Subterrânea do Alto Cristalino de Salvador, Bahia. 87 a UFBA, Departamento de Geologia e Geofísica Aplicada. NEHMA - Núcleo de Estudos Hidrogeológicos e do Meio Ambiente,Rua Barão de Jeremoabo, s/n - Ondina CEP: Salvador- BA, sergiomn@ufba.br b Instituto de Geociências - Universidade Federal da Bahia,Departamento de Geoquímica CPGG Centro de Pesquisa em Geofísica e Geologia End: Rua Barão de Jeremoabo, /n - Ondina CEP: Salvador- BA, johildo@cpgg.ufba.br 1. Introdução Nos últimos anos tem-se dado uma especial atenção aos métodos baseados nos isótopos ambientais estáveis que têm se mostrado insubstituíveis no estudo de alguns processos do ciclo hidrológico, pois permitem medições diretas e precisas. Devido aos fracionamentos isotópicos, a maioria das precipitações do globo terrestre obedece à equação geral äd = 8 äo , a qual se denomina linha meteórica global de Craig, H. & Lal, D. (1961). O fator 10 se chama excesso de deutério e é usado freqüentemente como parâmetro interpretativo para detectar água que tenham sofrido uma evaporação prévia (Minardi e Bomtempo, 2000). O levantamento dessa curva para uma determinada região permite, por exemplo, o estabelecimento de relações entre as águas dos aqüíferos e as águas meteóricas. De modo geral, a composição isotópica das precipitações depende da distância aos oceanos, da temperatura, da latitude, da altitude, da evaporação e do intercâmbio isotópico com o vapor atmosférico previamente existente (Minardi e Bomtempo, 2000). No meio ambiente coexistem na água pequenas quantidades de moléculas dos tipos 1 H 2 H 16 O e 1 H 2 18 O junto com moléculas mais abundantes do tipo 1 H 2 com 16 O. Como esses dois tipos de moléculas têm pressão de vapor diferente, em toda troca de estado físico da água, como por exemplo a evaporação e condensação ocorre um fracionamento isotópico, fazendo com que as composições isotópicas das diversas fases sejam diferentes entre si. Isso possibilita identificar a origem e os processos de mudança de fase ocorridos em amostras de água ao longo do ciclo hidrológico (Minardi e Bomtempo, 2000). Com o objetivo de unificar a forma de expressão e possibilitar a comparação de resultados, estabeleceu-se o padrão internacional SMOW e mais tarde o VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water), preparado pela AIEA (Agencia Internacional de Energia Atônica) com uma série de amostras de águas provenientes dos oceanos Atlântico, Pacífico e Índico. 2. Localização da Área e Aspectos Geológicos O município de Salvador está situado no Estado da Bahia entre as coordenadas geográficas 12 o e 13 o de latitude sul e 38 o e 38 o de longitude oeste, limitando-se ao sul e leste com o Oceano Atlântico, a oeste com a Baia de Todos os Santos e ao norte com os municípios de Lauro de Freitas, Simões Filho e Candeias. Ele abrange uma área em torno de 308,15 km 2, sendo que 244 km 2 forma o Alto Cristalino. Os domínios municipais ocupam uma parte continental e outra insular, com três ilhas situadas na Baía de Todos os Santos e subordinadas a sua jurisdição administrativa. As principais bacias hidrográficas da porção continental são: Camarujipe com 52km², Cobre com 17km², Ipitanga com 59km², Jaguaribe com 58km², Lucaia com 18km² e rio das Pedras/Pituaçu com 28km². Em escala regional o sistema de drenagem é dendrítico, tendo as suas nascentes situadas no Planalto Costeiro Dissecado com o fluxo de água dos rios correndo em direção ao Oceano Atlântico, com exceção das águas da bacia do Cobre que correm em direção a Baia de Todos os Santos. Geomorfologicamente o Alto Cristalino de Salvador é constituído pelo: i) Planalto Costeiro Dissecado, ii) Mares-de-morros e iii) Planície Costeira Litorânea (Fig 1). No Planalto Costeiro Dissecado são encontradas rochas metamórficas de alto grau, compostas de granulitos charnoenderbíticos e tonalíticos que contêm enclaves ultramáficos (metapiroxenitos) e máficos (metagabros), sendo atravessadas por intrusões plutônicas mais recentes monzo-sienograniticas e diques máficos. Revista de Geologia, Vol. 22 (1), 2009

3 88 Nascimento & Barbosa, Origem da Água Subterrânea do Alto Cristalino de Salvador, Bahia. Ocorrem também, de forma subordinada um grupo de rochas metamórficas paraderivadas, aluminomagnesianas, granulitos básicos e quartzitos. No compartimento morfológico denominado de maresde-morros onde as elevações do embasamento cristalino são menores, identificam-se rochas monzoníticas-monzodioríticas e um conjunto de rochas gnáissicas, graníticas, anfibolíticas e migmatíticas com predominância da fácies anfibolito sobre a fácies granulíto (Barbosa et al., 2005). Essas rochas cristalinas formam um sistema hidrogeologico, por vezes com capacidade de armazenamento limitado e, sobretudo restrito às zonas mais fraturadas com direções preferenciais: N30 o 40 o e N130 o 140 o. As direções N40 o -70 o ; N60 o -90 o e N120 o 160 o estão normalmente preenchidas pelos monzo-sienogranitos e diques máficos, antes referidos (Barbosa et al., 2005). Os dois primeiros sistemas de fraturas se apresentam abertos e, juntamente com as fraturas sub-horizontais de alívio de carga, são os responsáveis pela recarga, fluxo e armazenamento das águas subterrâneas no aqüífero cristalino fissural. Sobre o conjunto de rochas cristalinas desenvolveram-se coberturas regolíticas tanto no planalto costeiro dissecado quanto na região de mares de morros. Estas apresentam geralmente cor avermelhada, são dominantemente argilosas, contendo teores de argila superiores a 35%. Além dos regolitos, as coberturas podem ser constituídas também por sedimentos terciários da Formação Barreiras e depósitos fluviomarinhos e eólicos, sendo esses observados na planície costeira litorânea. Os sedimentos da Formação Barreiras são constituídos de materiais areno-argilosos não consolidados, de coloração vermelha, violeta, branca e amarela, com estratificações plano-paralelas e cruzadas. Os depósitos fluviomarinhos são arenosos e argilo-arenosos encontrados na planície costeira, em zonas baixas que margeiam os rios próximos à foz. Os depósitos eólicos, caracterizados pelas dunas constituem as feições mais conspícuas da faixa litorânea que se estendem desde o bairro da Pituba até Stella Mares. 3. Superfície Potenciométrica O traçado das linhas equipotenciais que representam o nível hidrostático foi obtido a partir de informações de 98 poços tubulares existentes em Salvador. A grande maioria desses poços capta água na cobertura regolítica/sedimentar e no cristalino e, alguns poucos, captam água somente nas coberturas. O sistema hidrogeologico é confinado com fluxo subterrâneo dirigindo-se regionalmente para leste. O modelamento dessas linhas mostrou um alto potenciométrico situado no Planalto Costeiro Dissecado onde se localizam os bairros do Pau da Lima, Mata Escura e Marechal Rondon (Fig. 2). Esse alto piezométrico está associado ao alto do embasamento cristalino e funciona como um grande divisor de águas superficiais e subterrâneas. A partir desse alto, a drenagem superficial e subterrâneapara oeste não se verificam grandes fluxos subterrâneos em direção à Baia de Todos os Santos, apenas a existência de pequenas fontes naturais ao longo da escarpa da Falha de Salvador. Somente os rios e riachos que formam a bacia do rio do Cobre fluem em direção à Baia de Todos os Santos. 4. A Origem da Água Subterrânea A zona costeira de Salvador encontra-se sob o domínio da ação reguladora do Oceano Atlântico que interfere não apenas nas características térmicas como no regime e na intensidade das chuvas, sendo marítimos os ventos que trazem os sistemas meteorológicos portadores de chuvas para a região. Uma parcela significativa dessa precipitação retorna para a atmosfera por evapotranspiração e a outra se infiltra no subsolo, contribuindo para o reabastecimento do aqüífero. A parte que escoa na superfície (run-off) alimenta a rede de drenagem fluvial que nasce no Planalto Costeiro Dissecado e corre em direção à Planície Costeira Litorânea. Para o estudo sobre a origem das águas subterrâneas no Alto Cristalino de Salvador foram utilizados os isótopos ambientais de δh 2 e δo 18, em quatro amostras de água coletadas na estação seca (fevereiro de 2006) e seis na estação chuvosa (julho de 2006). As análises da composição isotópicas de Revista de Geologia, Vol 22 (1) 2009

4 Nascimento & Barbosa, Origem da Água Subterrânea do Alto Cristalino de Salvador, Bahia. 89 Revista de Geologia, Vol. 22 (1), 2009

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6 Nascimento & Barbosa, Origem da Água Subterrânea do Alto Cristalino de Salvador, Bahia. 91 de δh 2 e δo 18 na água subterrânea foram realizados pelo Laboratório de Física Nuclear Aplicada (LFNA) da Universidade Federal da Bahia. As medidas estão expressas em delta por mil (δ ) e os resultados foram comparados com o valor padrão internacional VSMOW segundo a equação 1, descrita na equação 01. (Eq. 01) R = a razão isotópica entre os isótopos pesados (δ 18 O? ou δh 2 ) e os mais abundantes (O 16 e H 1 ) dada por O 18 / O 16 para δo 18 e H 2 /H 1 para δ deutério (Craig, 1961 in Pereira et al, 2004). Os valores isotópicos de δ H 2 e δ O 18 encontrados nas águas subterrâneas no período chuvoso são muito próximos, variando de 4,9 a 0 e de 1,8 a -1,1 respectivamente (Tab. 1). Na estação seca (fevereiro/2006) os valores de δ deutério variaram de 4,0 a 6,0 e o δ O 18 oscilou entre 1,7 a 1,8 sendo também muito próximos, registrando-se uma pequena perda por evaporação quando comparados com o valor padrão VSMOW. O desvio padrão das medidas encontrado pelo LFNA/UFBA foi igual a 1 para o δ Deutério e 0,1 para o δ O 18. A reta isotópica encontrada para a água subterrânea do Alto Cristalino de Salvador está definida pela equação äd = 6,3 * äo ,2 apresentando um desvio em relação a linha isotópica global VSMOW definida pela equação äd = 8 * äo (Fig. 3). Tal desvio indica uma perda de ä O 18 e äd 2 por evaporação das águas subterrâneas devido ao nível hidrostático ser muito raso, da ordem de 4,0 metros (valor mediano).esse nível pode oscilar desde 0,30 metros na Planície Costeira Litorânea até 42,0 metros na região do Planalto Costeiro Dissecado. Os valores médios de δo 18 %o encontrados nas dez amostras coletadas, tanto na estação chuvosa (inverno) quanto na estação seca (verão), são muito parecidos aos valores isotópicos anuais obtidos na água de chuva pela estação meteorológica de Ondina (Salvador) para a Agencia Internacional de Energia Atômica (AIEA), no período compreendido entre 1965 e 1986 (Tab. 2). Entretanto, a linha isotópica da água subterrânea (D = 6,3 * O ,2) é diferente da linha isotópica da água de chuva (D = 8 * O ) conforme estão assinaladas nas Figs. 4 e 5. Esta por sua vez é rigorosamente igual à linha meteórica global (D = 8 * O ) em função da proximidade com o Oceano Atlântico, além da temperatura, latitude e altitude, próximas. Segundo Pereira et al (2004), o excesso de deutério (d) definido por Dansgaard (1964) como o desvio na reta meteórica (d= ä D 8 O 18 ) fornece informações adicionais sobre o ciclo da água. Embora sejam muito próximos, sobre o Alto Cristalino de Salvador, os menores valores de (d) estão situados na Planície Costeira Litorânea podendo ter como causa principal a proximidade da fonte evaporativa formadora das chuvas (Oceano Atlântico) e, como causa secundário, o aumento no teor da umidade no período chuvoso (mês de julho). Fig. 3. Equação de ajuste dos pontos de água subterrânea em relação a linha meteórica de Craig (1961). Revista de Geologia, Vol. 22 (1), 2009

7 92 Nascimento & Barbosa, Origem da Água Subterrânea do Alto Cristalino de Salvador, Bahia. Tab. 1. Dados isotópicos das águas subterrâneas do Alto Cristalino de Salvador. Amostra X(metros) Y(metros) Período δd(vsmow)( ) δo 18 (vsmow )( ) d(*) Litologia Estação chuvosa -2,6-1,2 7,0 Sedimentos litorâneos PT Estação chuvosa -3,8-1,5 8,2 Cristalino Estação chuvosa -4,9-1,8 9,5 Regolito AM Estação chuvosa 0-1,1 8,8 Regolito PT Estação chuvosa -2,8-1,6 10,0 Formação Barreiras Estação chuvosa -0,8-1,1 8,0 Sedimentos litorâneos S Estação seca -4,0-1,7 9,6 Regolito S Estação seca -4,0-1,7 9,6 Regolito G Estação seca -6,0-1,8 8,4 Regolito G Estação seca -6,0-1,8 8,4 Regolito (*) Excesso de deutério calculado conforme d = δh 2-8 δ 18 O segundo Dansgaad (1964), in Beraldo, Fonte: Nascimento, 2008 Tab. 2. Medidas isotópicas de δ 18 O e δd 2 das águas de chuva na estação meteorológica de Ondina Salvador - Bahia (Período ). Ano Média O 18 Média H 2 Média - excesso de deutério Precipitação total (mm) ,45 0,4 12, ,79-6,1 8, ,92-0,1 6, ,78-2,2 11, ,9-5,5 9, , , , ,19 2,7 12, ,76-2,3 11, ,38 0,8 11, ,28 1,4 11, ,16 4, ,14-0,3 9, , , Fonte: Global Network of Isotopes in Precipitation (GNIP) Este fato pode ser confirmado pela diferença entre a linha de regressão traçada com os dados de äh 2 e äo 18, obtidos na água subterrânea coletada no Planalto Costeiro Dissecado (D= 6,7* O ,2) e na Planície Costeira Litorânea (D = 5,9 * O 18 +5,3) indicando uma maior evaporação nesse último compartimento geomorfológico, evidenciado pelo menor coeficiente angular da reta de regressão. Convêm ressaltar que em ambos os casos as retas de regressão apresentam uma alta razão entre a variação explicada pela reta de regressão e a variação total, ou seja, R 2 = 0,89 e R 2 = 0,86 respectivamente. Revista de Geologia, Vol 22 (1) 2009

8 Nascimento & Barbosa, Origem da Água Subterrânea do Alto Cristalino de Salvador, Bahia ,5-1 -0,5 0-1 D = 6,3 * O18 + 6,2 R = 0,92 O 18 "Gswcèçq"fg"clwuvg"fqu"rqpvqu"fg"âiwc"uwdvgttãpgc"pc" " " H2" -2" -1,5" -1" -0,5" -2" 0" D = 8 * O " R" = 0,77" O18" """"""Hkiwtc"7" "Gswcèçq"fg"clwuvg"fqu"rqpvqu"fc"âiwc" 6" 4" 2" 0" -4" -6" -8" " q"cnvq"etkuvcnkpq"fg"ucnxcfqt" """"""""fg""ejwxc"pc"tgikçq"fg"ucnxcfqt"*rgtîqfq"3;87/" :7+."rctc"p?32" """""""3;:6+."T 4 "?2.82."rctc"p?32" " A presença de valores isotópicos de H 2 e δo 18 muito próximos encontrados nas águas de chuva e nas águas subterrâneas, evidencia uma origem meteórica para essa última e mostra que existe uma interconexão entre as coberturas (regolito, sedimentos da Formação Barreiras sedimentos litorâneos) com o embasamento cristalino, no processo de recarga do aqüífero. As referidas coberturas funcionam como uma zona intermediária armazenadora de água subterrânea que alimentam o aqüífero cristalino. A diferença entre as retas de regressão de ambas, prende-se ao fato das águas subterrâneas terem sofrido uma evaporação importante em função da pequena profundidade do nível hidrostático, principalmente na Planície Costeira Litorânea. Os dados de condutividade elétrica obtidos na água subterrânea apontam para valores superiores à média da região (405,0 µ½/cm) na Planície Costeira, enquanto que no Planalto Costeiro Dissecado esses valores são bem menores. Essa diferença pode ser explicada pela maior evaporação da água subterrânea, em função da pouca profundidade do nível hidrostático na Planície Costeira. A correlação entre os valores de äo 18 com os valores de cloreto obtido nas seis amostras coletadas na estação chuvosa, mostra um coeficiente de correlação linear negativo e com baixo coeficiente de determinação R 2 = 0,031 (Fig. 6). Essa afirmativa deve ser tomada com cautela devido a baixa razão entre a variação explicada pela reta de regressão e a variação total (R 2 ) igual a 3,1%. Cloreto (mg/l) ,2 45,6 Cl = -382 * O R 2 = 0, ,5-1 -0,5 0 O 18 Fig. 6. Correlação entre o äo 18 e o cloreto na água subterrânea para n=6 5. Conclusões Os valores isotópicos de äd e äo 18 na água subterrânea de Salvador são proximos dos valores de referencia padrão (VSMOW) e situa-se dentro da faixa das águas meteóricas, essa última constituindo a grande fonte de recarga do sistema hidrogeológico do Alto Cristalino de Salvador. A presença de águas subterrâneas com valores isotopicamente próximos principalmente äo 18 em todos os pontos amostrados (coberturas intergranulares e embasamento cristalino), evidencia Revista de Geologia, Vol. 22 (1),

9 94 Nascimento & Barbosa, Origem da Água Subterrânea do Alto Cristalino de Salvador, Bahia. que existe uma interconexão entre esses dois sistemas aqüíferos. Foi verificado um processo de evaporação diferenciado da água subterrânea entre o Planalto Costeiro Dissecado e a Planície Costeira Litorânea devido a pequena profundidade do nível hidrostático (4,0 metros) neste último compartimento geomorfológico. A correlação negativa entre o cloreto e o äo 18 na água subterrânea é um indicativo de que os mecanismos de salinização são independentes dos mecanismos de recarga d água no Alto Cristalino de Salvador. Referências Bibliográficas BARBOSA, et al., 2005, Petrografia e litogeoquímica das rochas da parte oeste do Alto de Salvador, Bahia. Revista Brasileira de Geociências, São Paulo, v. 35, n. 4, p CRAIG, H & LAL, D., 1961, Standard forreporting concentrations of deuterium and oxygen-18 in natural waters. Science, Washington, v. 133, n. 3456, p DANSGAARD, W., 1964, Stable Isotopes in Precioitation. Tellus, Stockholm, v. 16, p GLOBAL NETWORK OF ISOTOPES IN PRECIPITATION (GNIP) and Isotope Hydrology Database. Available online at [ GNIP/IHS_GNIP.html] from the Isotope Hydrology Section of the International Atomic Energy Agency (IAEA), Vienna, Austria. Acesso em Novembro de MINARDI P.S. P. E BOMTEMPO, V.L., 2000, Traçadores e técnicas isotópicas em hidrologia Subterrânea: a experiência da CDTN/CNEN, Brasil. In: CONGRESSO DA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA, 11, 2000, Fortaleza-Ce. Anais. Fortaleza: ABAS. NASCIMENTO, S.A. de M., 2008, Diagnóstico hidrogeológico, hidroquímico e da qualidade da água do aqüífero freático do alto cristalino de Salvador Bahia f. Tese (Doutorado) Curso de Pós-Graduação em Geologia, Universidade Federal da Bahia, Salvador. PEREIRA, L. et al., 2004, Medidas hidroquímicas e isotópicas em água subterrânea que abastecem a município de São Luis Maranhão. Águas Subterrâneas, São Paulo, n. 18, p. Revista de Geologia, Vol 22 (1) 2009