Mapeamento geoquímico por sedimentos de corrente na borda do Cráton São Francisco e Cinturão Brasília, Minas Gerais: definição de background geoquímico e aplicação de análise estatística multivariada.
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Emmanoel Vieira da Silva Filho
Lucas Pereira Leão
Sónia Maria Carvalho Ribeiro
Lucas Pereira Leão
Sónia Maria Carvalho Ribeiro
Resumo
O impacto ambiental sobre ambientes fluviais possui crescente atenção pública devido às
tragédias relacionadas ao rompimento das barragens nas bacias dos rios Doce e Paraopebas, que
provocaram a dispersão de elementos potencialmente tóxicos ao longo dos cursos d’água, portanto a
necessidade de aplicação de ferramentas que possibilitam o monitoramento regional qualitativo dos
recursos hídricos faz-se necessário como política pública de sustentabilidade e de quantificação do
impacto relativo a atividades antrópicas. Entretanto, a análise de qualidade ambiental que aborda
concentrações químicas anômalas em sedimentos, possui como fator limitante as definições de quais
os valores são considerados como naturais e quais podem ser definidos como potencial influência
antrópica. Para tanto a utilização de metodologias de definição de background geoquímico aliada a
ao mapeamento geoquímico através de análises estatísticas uni, bi e multivariada possibilitam a
regionalização cartográfica de dados geoquímicos para representar a relação espacial da estrutura de
dispersão química, bem como definir as prováveis fontes litológicas e possíveis influências
antrópicas.
A proposta deste projeto é definir valores de background geoquímico, segundo diferentes
metodologias, em conjunto com técnicas de mapeamento geoquímico para estabelecer quais
concentrações são naturalmente anômalas e quais podem ser considerados influência antrópica nas
bacias do Médio São Francisco e do Alto Paranaíba. A área localiza-se sob o contexto geotectônico
do Distrito Zincífero de Vazante, na borda do Cráton São Francisco com o Cinturão Brasília, em
Minas Gerais. As análises foram aplicadas sobre dados de concentração química obtidos a partir da
amostragem de sedimentos do projeto Vazante-Paracatu, concebido pelo Serviço Geológico do Brasil
– CPRM, em 2017. As amostras de sedimento foram coletadas de forma composta em canal ativo de
corrente, já em laboratório elas são secadas a 60 ºC em estufas, quarteadas e peneiradas em malhas
com abertura <80 mesh (<0,175 mm), estas foram então submetidas à digestão com água regia para
então serem analisadas em ICP-OES (emissão óptica com plasma indutivamente acoplado) no caso
dos elementos maiores e ICP-MS (Espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado)
para os menores e traços, totalizando 53 elementos. O background geoquímico foi calculado a partir
de diversos métodos amplamente utilizados na literatura, a saber: mediana + 2x MAD, TIF e baseada
em percentis. A estatística univariada foi aplicada através da geração de sumários estatísticos,
boxplots e teste de normalidade para avaliar a distribuição de elementos químicos em bacias
hidrográficas. Enquanto a análise bivariada, com base na utilização de matriz de correlação entre os
elementos, permite obter as principais associações geoquímicas que foram utilizadas como pré-
requisito para aplicação da Análise Fatorial, esta por sua vez foi realizada através do método de
extração dos fatores principais, com prévia transformação do dado pela razão logarítmica CLR.Como resultado do background geoquímico foi definido por unidades litológicas principais,
o que possibilita avaliar o enriquecimento natural de certos elementos presentes nestas rochas, bem
como permitir a definição dos limiares de concentrações naturais segundo o contexto regional da área
de estudo. A estatística univariada permitiu a espacialização e identificação de anomalias para Fe
(>14,59%), Al (>7,37%), Mg(>0,82%), P (>1567 mg/kg), Zn (>206 mg/kg), Pb, Cd (>0,47 mg/kg),
Cu (>89 mg/kg), Ni (>94,90 mg/kg), Cr (>170 mg/kg), As (>38 mg/kg), Ba (>295 mg/kg), Co
(>155,10 mg/kg), ETRL(>312,00 mg/kg), Th (>21,01 mg/kg), U (>3,25 mg/kg), V (214 mg/kg). A
relação bivariada entre os elementos permitiu definir que as correlações mais representativas (> 0,80)
são entre os elementos Al e Ga; Co e Mn; Co e Ni; Cr e V; Cu e Ni; Ga e Sc. A análise fatorial
resultou em 6 fatores principais que representam as 8 principais associações geoquímicas da área de
estudo, são elas: (1) Co, Mg, Ni e Zn; (2) Al, Cs, Ga, Sn e V; (3) Cr, Ni e V; (4) Cs, K e Rb; (5) As e
Fe; (6) Cd, Pb e Zn; (7) ETRL, Th e U; (8) Ba, P e Sr. Como implicações práticas, o banco de dados
geoquímico, com a definição dos valores de concentração naturalmente disponíveis, permite que as
atividades minerais e agropecuárias da região quantifiquem e monitorem o impacto ambiental de sua
cadeia produtiva que resultam na dispersão de elementos potencialmente tóxicos nos sedimentos
fluviais da cabeceira de duas bacias hidrográficas de relevância nacional e sob contexto de intensa
atividade antrópica.
Abstract
The environmental impact over river environments has increased public attention due to
tragedies related to the collapse of dams within basins of Doce and Paraopebas rivers, which caused
dispersion of potentially toxic elements along the watercourses, therefore the need to apply tools that
enable qualitative regional monitoring of water resources is necessary as a public policy of
sustainability and quantification of the impact on human activities. However, the environmental
quality analysis that addresses anomalous chemical concentrations in sediments, has as a limiting
factor on defining of which values are considered natural and which can be defined as potentially
influenced by anthropic activity. Therefore, the use of geochemical background definition
methodologies combined with geochemical mapping through uni, bi and multivariate statistical
analyzes allow the cartographic regionalization of geochemical data to represent the spatial
relationship of the chemical dispersion structure, as well as to define the likely lithological sources
and possible anthropogenic influences over stream sediments.
The purpose of this project is to define natural background values, according to different
methodologies, allied to geochemical mapping techniques to understand which element
concentrations are naturally anomalous and which can be considered influenced by anthropogenic
activities over sediments of Médio São Francisco and Alto Paranaíba watersheds, within the
Zinciferous District of Vazante, on the border of the São Francisco Craton with the Brasília Belt, in
Minas Gerais. The analyses were applied to obtain the chemical concentration data from the sediment
sampling survey of the Vazante-Paracatu project, conceived by the Geological Survey of Brazil -
CPRM, in 2017. The sediment were collected by composite sampling in an active current channel,
in the laboratory they were dried at 60 ºC in ovens, quartered and sieved in meshes with an opening
size of <80 mesh (<0.175 mm), then submitted to digestion with acqua regia and analyzed in ICPOES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy) to obtain the major elements and
ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) for the minor and trace elements
concentrations, totaling 53 elements. The geochemical background was calculated from several
methods widely used on research, namely: median + 2x MAD, TIF and based on percentiles.
Univariate statistics were applied by generating statistical summaries, boxplots and normality tests to
assess the distribution of chemical elements. While the bivariate analysis, based on correlation matrix
between the elements, can provide the main geochemical associations that were used as a prerequisite
for the Factor Analysis application, that was performed using the method of extraction of the main
factors, with previous data transformation by the CLR logratio.As a result of the natural background values determination, it was calculated by main
lithological units, which makes it possible to assess the natural enrichment of certain elements present
in these rocks, as well allowing the definition of natural concentration thresholds according to the
regional context of the study area. Univariate statistics allowed the spatialization and identification
of anomalies for Fe (>14.59%), Al (>7.37%), Mg (>0.82%), P (>1567 mg/kg), Zn (> 206 mg/kg), Pb,
Cd (>0.47 mg/kg), Cu (>89 mg/kg), Ni (>94.90 mg/kg), Cr (> 170 mg/kg), As ( >38 mg/kg), Ba
(>295 mg/kg), Co (>155.10 mg/kg), LREE (>312.00 mg/kg), Th (>21.01 mg/kg), U (>3.25 mg/kg),
V (214 mg/kg). The most representative correlations (> 0.80) are between the elements Al and Ga;
Co and Mn; Co and Ni; Cr and V; Cu and Ni; Ga and Sc. The factor analysis resulted in 6 main factors
that represent the 8 main geochemical associations in the study area, they are: (1) Co, Mg, Ni and Zn;
(2) Al, Cs, Ga, Sn and V; (3) Cr, Ni and V; (4) Cs, K and Rb; (5) As and Fe; (6) Cd, Pb and Zn; (7)
LREE, Th and U; (8) Ba, P and Sr. As practical implications, the geochemical database, with the
definition of naturally available concentration values, allows mineral and agricultural activities in the
region to quantify and monitor the environmental impact of their resulting production chain that
affects the dispersion of potentially toxic elements within the river sediments of two main
hydrographic watershed under intense anthropic activity.
Assunto
Modelagem de dados - Aspectos ambientais, Geoquímica, Análise fatorial, Cratons - São Francisco, Rio
Palavras-chave
Mapeamento geoquímico, Background geoquímico, Sedimento, Análise Fatorial