DISTINÇÃO DAS LITOLOGIAS DA FORMAÇÃO SETE LAGOAS USANDO HIDROGEOQUÍMICA NA REGIÃO DA APA CARSTE LAGOA SANTA, MG Luisa C. M. Vieira 1 (M), Tânia M. Dussin 1, Leila N. M. Velásquez 1, Isabella B. Andrade 1 (IC), Juliana R. Machado 1 (IC) 1 - Universidade Federal de Minas Gerais UFMG, Belo Horizonte MG, luisacmvieira@gmail.com Resumo: A Área de Proteção Ambiental Carste Lagoa Santa é formada principalmente por rochas carbonáticas da Formação Sete Lagoas em uma região de intenso crescimento urbano, industrial e agrícola. Faz-se necessária, portanto, a implantação de uma rede de monitoramento da quantidade e qualidade das águas. Este trabalho apresenta dados geoquímicos da composição de rochas e sobre a composição da água subterrânea para auxílio na criação de um modelo hidrodinâmico do aquífero. As concentrações de CaO, MgO, Na 2O e K 2O das rochas e de Na +, K +, Ca 2+ e Mg 2+, além da condutividade elétrica e ph, das águas foram usadas para separar as unidades geológicas, comparar e avaliar a interação água-rocha. As concentrações de Ca 2+ e CaO são maiores nas águas e rochas correspondentes ao Membro Lagoa Santa, respectivamente, enquanto os demais cátions e óxidos apresentam maiores teores no Membro Pedro Leopoldo. A semelhança na distribuição das concentrações sugere forte controle da interação água-rocha na composição química da água, porém outros fatores naturais, por exemplo mistura de águas e variação do manto regolítico, devem ser avaliados em estudos futuros. Palavras-chave: APA Carste Lagoa Santa, Formação Sete Lagoas, Hidroquímica, Geoquímica. Distinction of Sete Lagoas Formation litologies using hydrogeochemistry in the region of APA Carste Lagoa Santa, MG Abstract: Carbonate rocks of Sete Lagoas Formation outcrops in the Environmental Protection Area Carste Lagoa Santa, which undergoes intense urban, industrial and agricultural growth. Therefore, it is necessary to install a monitoring network of water quantity and quality. This work shows rock geochemistry and groundwater composition to help in the creation of aquifer hydrodynamic model. The CaO, MgO, Na 2O and K 2O concentrations of limestones and Na +, K +, Ca 2+ and Mg 2+ concentrations in groundwaters, in addition to electric conductivity and ph, were used to separate geological units, to compare and to evaluate rock-water interaction. Ca 2+ and CaO concentration are higher in Lagoa Santa Member water and rock, respectively. Other cations and oxides are higher in Pedro Leopoldo Member. The similarity in the concentrations distribution suggests strong control of rock-water interaction in groundwater composition. However, other natural factors, for example water mixes and regolithic mantle variation, should has been evaluated in future studies. Keywords: APA Carste Lagoa Santa, Sete Lagoas Formation, Hydrochemistry, Geochemistry. Introdução A Área de Proteção Ambiental (APA) do Carste Lagoa Santa, localizada na porção norte da Região Metropolitana de Belo Horizonte, é caracterizada por feições geomórficas típicas do ambiente cárstico, como paredões rochosos expostos, cavernas, dolinas e drenagem subterrânea. Duas características peculiares estão associadas a este sistema sua posição geológica com a sedimentação da sequência carbonática neoproterozóica na borda do Cráton São Francisco, responsável por extenso faturamento do substrato rochoso, e sua posição geográfica no vetor norte de crescimento de Belo Horizonte, o que torna a área objeto de investimentos de grande porte, principalmente nos setores de habitação, transporte, industrial, minerário, agrícola e no setor de turismo, gerando uma acelerada expansão urbana. Estas feições intensificam a fragilidade natural do sistema cárstico e indicam a necessidade de reconhecimento das feições de hidrodinâmicas do aquífero, a fim de que possam ser
identificadas zonas de recarga, por exemplo, e criados planos de monitoramento e controle que garantam a manutenção da qualidade da água. Ressalte-se que a dependência dos recursos hídricos subterrâneos é tão alta na APA Lagoa Santa, que cinco de seis municípios que englobam a área possuem seu abastecimento urbano feito integralmente a partir deles (Tayer 2016). A fim de auxiliar a estruturação de um modelo hidrodinâmico e hidroquímico para a área, este trabalho apresenta dados geoquímicos da composição de rochas e dados preliminares sobre a composição da água subterrânea. Geologia da APA Carste Lagoa Santa Inserida na porção sudeste do Cráton São Francisco, a área deste estudo contempla localmente rochas neoproterozóicas da base do Grupo Bambuí, Formações Sete Lagoas e Serra de Santa Helena, sobrepostas ao complexo gnáissico-migmatítico que forma o embasamento da APA (Ribeiro et al. 2003) (Fig. 1). A Formação Sete Lagoas é subdividida em dois membros, conforme proposto por Tuller et al. (2010). O membro inferior, denominado Pedro Leopoldo, é constituído por metacalcários finos e claros, com intercalações pelíticas e compostos principalmente por calcita, dolomita, sericita e quartzo. O Membro Lagoa Santa, superior e que aflora na maior parte da área, é formado por metacalcários escuros, essencialmente calcíticos. A Formação Serra de Santa Helena é caracterizada por metassiltitos, com extenso intemperismo. Figura 1 Mapa Geológico com delimitação da área de estudo e sua localização relativa à Belo Horizonte. A deformação sofrida na área foi, principalmente, consequência da formação das faixas móveis adjacentes durante a orogênese brasiliana (Ribeiro et al. 2003). A partir da formação dos cinturões o cráton foi individualizado e o transporte de massa de leste para oeste também propaga a deformação das bordas para o centro cratônico. Devido à proximidade com a Faixa Araçuaí, as rochas da região estão fortemente recristalizadas e suas estruturas primárias praticamente todas obliteradas.
Geoquímica Para a realização deste trabalho foram feitas análises químicas de rochas representativas de duas unidades litoestratigráficas que constituem o sistema aquífero na área, as quais foram comparadas à dados existentes sobre a composição química das águas subterrâneas, a fim de se investigar as características da interação água-rocha e o potencial da composição da água subterrânea como identificador do aquífero encoberto. Para as análises litoquímicas foram coletadas 39 amostras de metacalcários da Formação Sete Lagoas, sendo 20 do Membro Pedro Leopoldo e 19 do Membro Lagoa Santa, observando a distribuição geográfica, representatividade e a ausência de intemperismo. As análises foram realizadas pelos laboratórios da SGS/GEOSOL com sede em Vespasiano. Analisou-se todos os óxidos majoritários, SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, TiO2, P2O5, Na2O, K2O e MnO, determinados por fluorescência de raio-x em fusão com tetraborato de lítio, com destaque para os óxidos CaO, MgO, Na2O e K2O. As análises hidroquímicas foram obtidas através de compilação dos resultados disponíveis para poços tubulares cadastrados junto aos órgãos públicos. Fontes para estes dados foram o Sistema de Informações de Águas Subterrâneas SIAGAS, a Companhia de Saneamento Básico de Minas Gerais COPASA MG, e a Superintendência Regional de Meio Ambiente SUPRAM Metropolitana/IGAM. De toda a informação disponível, foram utilizadas unicamente composições da água de poços com coordenadas de localização e informações litológicas que permitiram a clara identificação estratigráfica do aquífero. As unidades geológicas que estão em contato com as amostras de água analisadas foram determinadas de acordo com perfil litológico do poço e profundidade tanto do nível d água quanto da entrada de água. Desta forma, análises químicas da água de 40 poços foram selecionadas para este estudo, sendo 20 correspondentes ao Membro Pedro Leopoldo e 20 ao Lagoa Santa. Foram também incluídas neste estudo, 5 análises de água realizadas por Pessoa (2005) (pontos: FPZ-01, FPZ-03B, FPZ-04, FPZ-05 e FPZ-07), as quais são parte de um estudo realizado sobre hidroquímica das águas subterrâneas na mina Lapa Vermelha. Esta se localiza no município de Lagoa Santa, próxima ao limite sudeste da APA Carste de Lagoa Santa, e explora os calcários da Formação Sete Lagoas, motivo pelo qual suas análises de água foram consideradas como representativas de toda a região. As concentrações dos cátions Na +, K +, Ca 2+ e Mg 2+ foram usadas nos estudos comparativos realizados. Resultados Valores de condutividade elétrica, ph e concentrações de Na +, K +, Ca 2+ e Mg 2+ das amostras de água são mostrados na Tabela 1. Os resultados encontrados para as águas em poços no Membro Pedro Leopoldo indicam maior concentração média dos íons Na +, K + e Mg 2+, enquanto as águas de poços no Membro Lagoa Santa mostram maiores concentrações de Ca 2+, as quais podem atingir até 107 mg/l. Os parâmetros de condutividade elétrica e ph são próximos entre as águas dos dois membros. As análises de rocha mostram semelhante distribuição destes cátions (Tabela 2). As maiores concentrações de Na2O, K2O e MgO são de rochas do Membro Pedro Leopoldo, enquanto o Membro Lagoa Santa apresenta valores mais elevado do CaO. As concentrações de cátions na água subterrânea e nas rochas dos membros Pedro Leopoldo e Lagoa Santa foram plotadas em gráficos de dispersão da Fig. 2 para comparação. Nos diagramas de dados litoquímicos a separação entre os membros é nítida, assim como a natureza composicional pura do Lagoa Santa e impura do Pedro Leopoldo. O comportamento dos dados nos gráficos claramente reflete a composição das rochas nas quais a água está em contato. Uma maior dispersão das composições é evidenciada pelas rochas do Membro Pedro Leopoldo, o qual é composto por calcários com intercalação pelíticas, formados por calcita, dolomita, sericita e quartzo, com alguma ocorrência de clorita. Os calcários do Lagoa Santa, de composição essencialmente calcítica, mostram uma clara concentração dos dados (Fig.2A e B). A composição química destas sequências litoestratigráficas mostra estreita relação com as concentrações de íons determinados nas amostras de água subterrânea (Fig.2C e D).
Tabela 1 Concentração de Na +, K +, Ca 2+ e Mg 2+, em mg/l, separada por unidade aquífera, das amostras de água dos poços cadastrados e de Pessoa (2005), e parâmetros de Condutividade elétrica (CE) e ph. Pedro Leopoldo Na + (mg/l) K + (mg/l) Ca 2+ (mg/l) Mg 2+ (mg/l) CE (µs/cm) ph Média 2,32 0,57 47,76 6,06 268,40 7,55 Máximo 10,60 2,70 69,60 20,00 380,50 8,65 Mínimo 0,27 0,14 18,44 0,84 138,55 6,30 Lagoa Santa Média 1,26 0,37 61,65 2,44 305,71 7,40 Máximo 5,50 1,16 107,00 7,08 480,00 8,75 Mínimo 0,21 0,08 10,70 0,45 73,08 5,90 Tabela 2 Concentração em % de Na 2O, K 2O, CaO e MgO de amostras de rocha calcária dos membros Pedro Leopoldo e Lagoa Santa dentro da APA Carste de Lagoa Santa. Pedro Leopoldo Na 2O (mg/l) K 2O (mg/l) CaO (mg/l) MgO (mg/l) Média 0,34 0,94 36,89 2,33 Máximo 0,79 2,04 55,20 3,46 Mínimo 0,05 0,02 20,60 0,05 Lagoa Santa Média 0,07 0,03 55,40 0,22 Máximo 0,46 0,10 56,80 0,38 Mínimo 0,05 0,01 54,30 0,05 Figura 2 Concentração de cátions na água subterrânea e rochas carbonáticas dos membros Pedro Leopoldo e Lagoa Santa, na área do APA Carste Lagoa Santa. (A) Concentração de CaO em função de MgO, em porcentagem, indicando a nítida separação entre eles; (B) Concentração de Na 2O relativa à K 2O, também com evidente separação entre eles; (C) Concentração de Ca 2+ em função de Mg 2+ em mg/l, para as águas subterrâneas em contato com as unidades analisadas; (D) Concentração de Na + versus K +, em mg/l, para as águas subterrâneas.
Considerações Finais A semelhança na distribuição das concentrações relativas de Na +, K +, Ca 2+ e Mg 2+ nas amostras de água com os teores destes cátions nas rochas sugere que os processos de interação água-rocha exercem forte controle na composição das águas subterrâneas na área. Outros fatores naturais com influência provável na composição da água subterrânea composição das águas de recarga, extenso fraturamento condicionante dos processos de fluxo, possíveis variações do manto regolítico e misturas de águas de diferentes aquíferos, ainda não foram avaliados e sua determinação está atrelada à obtenção de novos dados hidroquímicos e estudos hidrogeológicos os quais estão sendo realizados. É importante ressaltar também que, apesar de ainda não existirem indícios de contaminação ou outras alterações antrópicas nas características das águas subterrâneas na área, o sistema cárstico é de extrema fragilidade e deve ser monitorado. A cinética de dissolução das rochas carbonáticas é controlada pela composição da rocha (Noack, Dzombak, and Karamalidis 2014; Yuan et al. 2014; Chen and Gui 2015), mas as variações de temperatura da água, ph e Eh, bem como a incorporação de substâncias orgânicas e inorgânica ao meio aquoso são outros fatores potencialmente importantes na alteração das taxas de dissolução das rochas. Estas alterações podem estar ligadas às flutuações do nível freático, sejam elas ligadas às mudanças climáticas ou ações antrópicas - manejo em áreas de lavras, bombeamento ou infiltrações em áreas urbanas, industriais ou agrícolas, todas elas existentes na APA. Agradecimentos Agradecimento ao Centro Nacional de Pesquisa Conservação de Cavernas CECAV, financiador do Projeto de Adequação e Implantação de uma Rede de Monitoramento de Águas Subterrâneas em Áreas com Cavidades Cársticas da Bacia do Rio São Francisco Aplicado à Área Piloto da APA Carste de Lagoa Santa, Minas Gerais. Referências Bibliográficas Chen, Song, and Herong Gui. 2015. Hydrogeochemical Characteristics of Groundwater in the Coal-Bearing Aquifer of the Wugou Coal Mine, Northern Anhui Province, China. Applied Water Science. Springer Berlin Heidelberg, 0 7. doi:10.1007/s13201-015-0365-0. Noack, Clinton W., David A. Dzombak, and Athanasios K. Karamalidis. 2014. Rare Earth Element Distributions and Trends in Natural Waters with a Focus on Groundwater. Environmental Science and Technology 48 (8): 4317 26. doi:10.1021/es4053895. Pessoa, Paulo Fernando Pereira. 2005. "Hidrogeologia dos Aqüíferos Cársticos Cobertos de Lagoa Santa, MG." Tese de Doutorado, Universidade Federal de Minas Gerais. Ribeiro, José Heleno, Manoel Pedro Tuller, and André Danderfer Filho. 2003. Projeto Vida: Mapeamento Geológico - Região de Sete Lagoas, Pedro Leopoldo, Matozinhos, Lagoa Santa, Vespasiano, Capim Branco, Prudente de Moraes, Confins E Funilândia - Minas Gerais Relatório Final. Belo Horizonte. Tayer, Thiaggo de Castro. 2016. "Avaliação da vulnerabilidade intrínseca do aquífero cárstico da APA de Lagoa Santa, MG, utilizando o método COP." Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Minas Gerais. Tuller, Manoel Pedro, José Heleno Ribeiro, Nicola Signorelli, Wilson Luis Féboli, and Júlio Murilo Martino Pinho. 2010. Projeto Sete Lagoas - Abaeté. Belo Horizonte. Yuan, Jianfei, Xumei Mao, Yanxin Wang, Zhide Deng, and Leihui Huang. 2014. Geochemistry of Rare-Earth Elements in Shallow Groundwater, Northeastern Guangdong Province, China. Chinese Journal of Geochemistry 33 (1): 53 64. doi:10.1007/s11631-014-0659-1.