ESTUDO DA PROVENIÊNCIA E TRANSPORTE DE SEDIMENTOS NA REGIÃO DE ANOMALIA RADIOATIVA DE GUARAPARI, ES, BRASIL. Paula P. Godoy 1, 2 (M), Carla S. Semiramis 1 e Carla R. A. Carvalho 1, 2 1 Programa de Pós Graduação em Geociências (Geoquímica), Universidade Federal Fluminense - UFF, Niterói-RJ, Brasil paulapinelgodoy@hotmail.com 2 Laboratório LARAMAM, Universidade Federal Fluminense - UFF, Niterói-RJ, Brasil. Resumo: Sedimentos são originados a partir de rochas e, portanto, refletem essa relação em suas características litológicas. Os mesmos podem possuir elementos radioativos em sua composição, permitindo a quantificação de elementos como K, U e Th através da análise radiométrica. O transporte sedimentar é um processo complexo, tornando necessária a observação de parâmetros adicionais como granulometria e variações temporais e espaciais. Para estudar a proveniência e transporte dos sedimentos de Guarapari-ES, 91 amostras de 9 praias foram analisadas por Espectrometria da Radiação Gama, Difração de Raios X, técnicas de caracterização litológica e Fluorescência de Raios x. As assembleias mineralógicas encontradas nas praias possuem grande coerência com as rochas da bacia hidrográfica do Canal de Guarapari, e suas características litológicas corroboram com a influência do Canal na distribuição local de sedimentos. Da mesma forma, os resultados dados pela Espectrometria da Radiação Gama e Fluorescência de Raios X mostram uma forte correlação entre as concentrações de K, U e Th nas amostras superficiais coletadas ao longo das praias e a mineralogia descrita. Palavras-chave: Sedimentologia, Geologia Costeira, Radioatividade Natural e Dinâmica de Transporte. Provenance and Sediment Transport Study in the Radioactive Anomaly Region of Guarapari, ES State, Brazil. Abstract: In order to analyze the transport and provenance of Guarapari sediments, 91 superficial samples from 9 beaches were analyzed with Gamma Spectrometry, X-Ray Diffraction, X-Ray Fluorescence and sedimentary characterization techniques. Keywords: Sedimentology, Coastal Geology, Natural Radioactivity and Transport Dynamics. Introdução: De acordo com Kogan (1969), a formação dos sedimentos ocorre por meio da fragmentação da rocha fonte, seguida do transporte, da deposição e da sedimentação. Consequentemente, as propriedades mineralógicas dos sedimentos, no caso do presente estudo, areias de praia, refletem associações com a formação geológica original, uma vez que estas passaram por tais processos e foram depositadas nas praias por ação de vários agentes, dentre eles ondas e correntes marinhas. Os sedimentos possuem em sua composição elementos naturalmente radioativos que possibilitam a sua quantificação através da análise radiométrica (Anjos, et al. 2006; Carvalho, et al. 2011). Entretanto, alguns trabalhos presentes na literatura sobre o estudo de transporte de sedimentos (de Meijer et al., 2001, Asadov et al., 2001, Van Wijngaarden et al., 2002), discutem a complexidade desse processo. Portanto, para que o estudo seja adequadamente feito por técnicas que utilizam a espectrometria gama convencional (baseada somente em medidas de concentrações de radionuclídeos naturais), devem ser levados em conta parâmetros adicionais, tais como a granulometria dos sedimentos e variações temporais e espaciais durante o processo de coletas de amostras. Parâmetros litológicos dos sedimentos além da granulometria, como o grau de arredondamento e seleção das amostras, refletem sua maturidade, ou seja, a duração do transporte e retrabalhamento dos grãos. O Grau de seleção dos grãos e o tamanho das partículas refletem a
distância da área fonte do sedimento, assim como a presença do agente de seleção, neste caso, a ação de ondas e correntes. Experimental A área de estudo do presente trabalho está inserida no Município de Guarapari, ES. Guarapari é conhecido como um local de anomalia radioativa devido à presença marcante de areias com elevado teor de minerais pesados, principalmente a monazita. O município possui área territorial de 591,815 Km² (IBGE, 2015) e população estimada em 121.506 habitantes (IBGE, 2016). Encontra-se inserido em clima tropical úmido, com temperatura média anual de 23,3 C e precipitação média anual de 1.307 mm. O relevo da região é caracterizado por Planícies costeiras, Tabuleiros costeiros, Colinas e Maciços (Wikiparques, acessado em 2017). Com o objetivo de caracterizar o transporte e a proveniência dos sedimentos da região de Guarapari, 91 amostras de sedimento superficial foram coletadas de 9 praias durante um trabalho de campo realizado em outubro de 2016. Foram coletadas amostras superficiais de forma sistemática, visando possibilitar uma maior representatividade para cada localidade, uma vez que existem praias que variam de 30 m a 2,7 km de comprimento. Para a análise dessas amostras, foram aplicadas as técnicas de Espectrometria da Radiação Gama, Difração de Raios X, Fluorescência de Raios X e técnicas de caracterização sedimentar. Para as análises por Espectrometria da Radiação Gama, após preparação prévia, foram retiradas alíquotas de todas as amostras para armazenamento em containers de plástico impermeáveis ao radônio. Durante cerca de 3 semanas as séries de 238 U e 232 Th entraram em equilibro secular e então as medidas das concentração de radionuclídeos naturais ( 238 U, 232 Th e 40 K) puderam ser realizadas com o auxílio de um detector de Germânio Hiper Puro (HPGe), CANBERRA GX4021 com eficiência de 40% (LARAMAM UFF). Através dessa análise radiométrica é possível complementar a interpretação das origens e quantidades relativas de minerais radioativos. Já para as análises mineralógicas por Difração de Raios X, foram feitas amostras representativas para cada praia, também chamadas de amostras Mix, constituídas a partir de alíquotas de 2 gramas retiradas por quarteamento de cada amostra pontual. As amostras passaram por um processo de moagem em pilão de ágata e, posteriormente, foram submetidas à difração de raios X a partir de um difratômetro de raios X BRUNKER D8 ADVANCE, com detector LYNXEYE (LDRX UFF). Informações sobre as assembleias mineralógicas das praias puderam ser observadas a partir dos difratogramas gerados e seus picos de intensidade referentes dos planos cristalinos de cada mineral. Duas amostras com elevada razão de minerais pesados foram submetidas à análise por Fluorescência de Raios X com a finalidade de obter maiores informações sobre sua composição elementar. As análises foram feitas de forma não quantitativa, com o auxílio de um Espectrômetro PANalytical Epsilon 3X (MICRON UFF). Estudos preliminares indicaram as concentrações de K, U e Th nas amostras partir dos teores de K 2 O, U e Th 2 O. A caracterização litológica dos sedimentos foi feita a partir de ensaios de peneiramento para obtenção da distribuição granulométrica das amostras, e, com o auxílio de um microscópio, foi feita a observação detalhada do Grau de Arredondamento e Seleção das amostras. O Grau de Arredondamento reflete a maturidade do sedimento, ou seja, a duração do transporte e retrabalhamento dos grãos, e age de forma diferenciada conforme o tamanho da partícula. O Grau de Seleção dos grãos reflete a distância da área fonte do sedimento, assim como a presença do agente de seleção, neste caso, a ação de ondas e correntes. Resultados e Discussão A partir dos ensaios de peneiramento, pode-se afirmar que as praias de Guarapari dividem-se entre locais com predominância de Areia Fina Inferior e Areia Grossa Inferior conforme a classificação de Wentworth (Fig. 1); sendo que as praias de Areia Fina concentram-se mais próximas ao Canal de Guarapari, e as praias de Areia Grossa encontram-se na porção mais distal do Canal, à sul do mesmo. Essas areias apresentam alto grau de seleção granulométrica, característico de ambientes de praia. Contudo, as amostras possuem baixo grau de arredondamento e grãos Arredondados a Bem
Arredondados, características de sedimentos que vêm sendo retrabalhados à uma escala de tempo grande porém não suficiente para arredondar perfeitamente as partículas, mostrando a influência de sedimentos fluviais. A assembleia mineralógica básica encontrada nas praias a partir das análises em Difratômetro de Raios X é composta por quartzo, granada, aragonita, hematita e cianita (Fig. 2), sendo que as praias próximas ao Canal de Guarapari possuem uma variedade maior de minerais quando comparadas com as demais praias em estudo. Tais minerais também podem ser encontrados nas rochas pertencentes à bacia hidrográfica do Canal de Guarapari, apontando para uma grande influência desse canal no aporte sedimentar das praias. Nesse contexto, encontram-se as rochas do embasamento regional Neoproterozóico, caracterizadas localmente pelo Complexo Nova Venécia (631 Ma) e pela Suíte Bela Joana (575 Ma), assim como os sedimentos Quaternários, descritos pelo Serviço Geológico do Brasil (CPRM), na CARTA GEOLÓGICA FOLHA SF-24-V-B-IV GUARAPARI, de 2014. Além da influência do Canal, é preciso levar em conta no estudo de proveniência os demais sedimentos trazidos pelas correntes marinhas atuantes na região, uma vez que praias são ambientes dinâmicos e complexos. Os resultados dados pela Espectrometria da Radiação Gama mostram uma forte correlação entre as concentrações de U e Th nas amostras superficiais coletadas ao longo das praias, com valores que chegaram a 5240 ± 220 Bq/kg e 195149 ± 935 Bq/kg, respectivamente, nas amostras de medidas mais intensas (Fig. 3). As praias de maiores teores de U e Th correspondem às praias onde se observa a ocorrência de monazita (Ce,La,Nd,Th)PO 4, zircão (ZrSiO 4 ), uraninita (UO 2 ), anatásio (TiO 2 ) e titanita (CaTiOSiO 4 ). Todos minerais que possuem elementos pertencentes à série de decaimento dos radionuclídeos citados anteriormente. Análises preliminares por Fluorescência de Raios X indicaram as concentrações de U, Th e K a partir dos teores de K 2 O (142,2 ppm), U (17,4 ppm) e Th 2 O (957,9 ppm) para amostras de maior teor de minerais pesados. Figura 1 Distribuição Granulométrica APMIX 1% 18% 18% Areia Muito Grossa Inferior 12% Areia Grossa Inferior Areia Média Inferior 51% Areia Fina Inferior Areia Muito Fina Inferior Exemplo de gráfico de distribuição granulométrica da amostra representativa da Praia Areia Preta (APMix), mostrando que 51% do sedimento pertence ao tamanho Areia Grossa Inferior, conforme a escala Wentworth, entre 500 e 710 microns.
Figura 2 Olivina Quartzo Hematita Apatita Granada Difratograma para a amostra representativa da Praia Areia Preta, também chamada como amostra APMix. A partir dos picos distribuídos com diferentes ângulos de reflexão, é possível interpretar a presença de minerais característicos da amostra. Destaque para os picos referentes à presença de Apatita, Granada, Hematita, Quartzo e Olivina. Figura 3 10000000 Atividade da amostra (KBq/kg) (log) 1 x 10 4 1000000 1 x 3 100000 1 x 2 10000 1 x 1 11000 x 0 1 x 100-1 1 x 10-2 1 x 10 1-3 Atividades K, U e Th - Praia Areia Preta K U Th Pontos de Coleta Correlação entre atividades de 238 U, 232 Th, 40 K para 30 amostras coletadas na Praia da Areia Preta, localidade de maior interesse na área de trabalho, conhecida pela marcante presença de areias monazíticas.
Conclusões Os resultados parciais mostram a forte influência Canal de Guarapari nos sedimentos encontrados nas praias da região através da correspondência entre a assembleia mineralógica e a geologia regional da bacia do Canal, das características litológicas desses sedimentos, seu padrão de distribuição e das concentrações de K, Th e U associadas. Agradecimentos CNPq, CAPES e FAPERJ. Referências Bibliográficas Asadov, A.; Krofcheck, D.; Gregory, M. 2001. Application of γ-ray spectrometry to the study of grain size distribution of beach and river sands. Marine Geology 179: 203-211. Anjos, R. M., Veiga, R., Macario, K., Carvalho. C., Sanches, N., Bastos, J. Gomes, P. R. S. 2006. Radiometric analysis of Quaternary deposits from the southeastern Brazilian coast. Marine Geology. ELSEVIER 229 : 29-43. Carvalho, C., Anjos, R. M., Veiga, R., Macario, K. 2011. Application of radiometric analysis in the study of provenance and transport processes of Brazilian coastal sediments. Journal of Environmental Radioactivity. ELSEVIER 102: 185-192. De Meijer, R. J.; James, I. R.; Jennings, P. J.; Koeyers, J. E. 2001. «Cluster analysis of radionuclide concentrations in beach sand. Applied Radiation and Isotopes 54: 535-542. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE. 2015. Estimativas da população residente nos munincípios e para as unidades da federação brasileiros com data de referência em 1 de julho de 2015. Rio de Janeiro, 8p. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE. 2016. Estimativas da população residente nos munincípios e para as unidades da federação brasileiros com data de referência em 1 de julho de 2016: [notas metodológicas]. Rio de Janeiro, 11p. Kogan, R. M.; Nazarov, I. M.; Fridman, SH. D. 1969. Gamma Spectrometry of Natural Environmental Formations. Moscow: Moskva Atomizdat. Morton, A. C.; Hallsworth, C. R. 1999. Processes controling the composition of heavy mineral assemblages in sandstones. Sedimentary Geology 24: 3-29. Serviço Geológico do Brasil CPRM. 2014. CARTA GEOLÓGICA FOLHA SF-24-V-B-IV GUARAPARI. Escala 1:100.000. Van Wijngaarden, M.; Venema, L. B.; De Meijer, R. J.; Zwolsman, J. J. G; Van Os, B.; Gieske, J. M. J. 2002. Radiometric sand mud characterisation in the Rhine Meuse estuary Part A. Fingerprinting. Geomorphology 43: 87-101. Wentworth, C. K. 1922. A scale of grade and class terms for clastic sediments. Journal of Geology 30: 377-392. Wikiparques, 2017. Parque Estadual Paulo César Vinha. Wikiparques. Acessado 14 de maio, 2017. http://www.wikiparques.org/wiki/parque_estadual_paulo_c%c3%a9sar_vinha.