XV SEMANA
VI CONGRESSO IBÉRICO
Contributo dos aerossóis marinhos e continentais para a
composição química da precipitação atmosférica na região do
Minho (NW de Portugal)
Contribution of marine and continental aerosols to the
chemistry of the atmospheric precipitation in the Minho region
(NW Portugal)
Lima, A.S.1,
1
Universidade do Minho, Braga, Portugal
Abstract
The purpose of this study is to characterize the chemical composition of the atmospheric precipitation in the Minho
region (NW Portugal) and to identify the sources of the various constituents found in the rainwater in this area. To
accomplish theses objectives a sampling network composed by eight stations was constructed from the littoral of Viana
do Castelo to the high mountains of the eastern sector of study area, reaching altitudes as high as 1500 m above sea
level in the Gerês Mountain. Sampling period started in August 1997 and was drawn out until October 1998. Collected
samples were submitted to chemical analysis for the following parameters: Ca, Mg, Na, K, Cl, SO4 e NO3.
The major ions in rainwater showed high Na and Cl concentrations. Precipitation salinity decreases with inland
distance and from lower to higher elevation, which is related with the depletion of marine aerosols in the atmosphere of
interior areas. Na, Mg and Cl are mostly of marine origin, while NO3, K, Ca and SO4 are essentially derived from
continental contributions.
Keywords: precipitation, chemical composition, aerosols, Minho
Resumo
Foi efectuado um estudo da composição química da precipitação atmosférica da região do Minho (NW de
Portugal). Para o efeito foi estabelecida uma rede de amostragem constituída por oito estações distribuídas desde o
litoral de Viana do Castelo até às terras interiores do Minho oriental, de acordo com um perfil altimétrico que atinge os
1500 m na Serra do Gerês. O período de amostragem situou-se entre Agosto de 1997 e Outubro de 1998, tendo as
amostras sido submetidas a análises dos constituintes principais, nomeadamente, Ca, Mg, Na, K, Cl, SO4 e NO3.
Em termos médios, a precipitação regional enquadra-se na fácies cloretada sódica e evidencia uma diminuição
progressiva da salinidade com o afastamento à linha de costa, o que se explica pela diminuição da concentração dos
aerossóis marinhos na atmosfera. Os constituintes de origem predominantemente marinha presentes na precipitação
regional são o sódio, o magnésio e o cloreto. O nitrato, o potássio, o cálcio e o sulfato provêm essencialmente de
aerossóis de origem continental.
Palavras-chave: precipitação, composição química, aerossóis, Minho
10. Hidrogeoquímica/Hidrocheochemistry
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XV Semana – VI Congresso Ibérico de Geoquímica
Metodologia
A rede de amostragem da precipitação
atmosférica é constituída por oito estações (Fig.
1), distribuindo-se entre os 41,3º (Caldas da
Saúde) e os 42,0º N (Melgaço), em latitude, e os
8,0º (Gerês 2) e os 8,9º W (Viana do Castelo 1),
em longitude.
Espanha
Atlântico
A composição química da precipitação é
determinada pela fonte do vapor de água e
pelos iões adquiridos ou perdidos durante o seu
transporte na atmosfera (Appelo e Postma,
1994). Nas zonas costeiras, a principal fonte de
substâncias dissolvidas é o “spray” marinho. O
rebentamento das ondas liberta para a
atmosfera pequenas gotículas de água,
ocorrendo precipitação dos sais nelas contidos
durante a sua evaporação (Drever, 1988), pelo
que, no litoral, a composição da precipitação é
semelhante à composição da água do mar. À
medida que a distância ao litoral aumenta,
diminui a concentração dos elementos
derivados do “spray” marinho. A evaporação da
água das gotículas produz aerossóis com
diferentes tamanhos. As partículas maiores
atingem dimensões da ordem de 10 µm e retêm
a composição das gotículas parentais. Pelo
contrário, nas de menores dimensões, ocorre
modificação da composição química inicial. Com
efeito, pode haver evaporação do cloreto sob a
forma de HCl, provocando depleção neste
elemento relativamente ao sódio. Todavia, a
composição global da precipitação pode não ser
muito afectada, já que o próprio HCl contribui
também para o quimismo da precipitação, pelo
que a razão Na/Cl é idêntica à da água do mar
(Appelo e Postma, 1994).
Segundo Berner e Berner (1987), os
aerossóis repartem-se, em geral, por cerca de
27% de sais marinhos transportados pelo vento,
17% de sais solúveis de sulfatos, nitratos e
amónia formados por emissões gasosas
naturais ou antropogénicas, e 41% de poeiras
de solo e rocha. Estas percentagens podem ser
muito variadas tanto no espaço como no tempo.
Os aerossóis incluem ainda uma pequena
percentagem de fragmentos produzidos em
fogos florestais, partículas derivadas da
actividade agrícola, emissões antropogénicas
directas e hidrocarbonetos (Langmuir, 1997).
O conhecimento da composição química da
precipitação numa dada região, a sua
distribuição espacial e a variabilidade sazonal
são aspectos de maior importância em estudos
hidrogeológicos, não só para modelação
hidrogeoquímica, mas também no que respeita
à avaliação quantitativa de algumas fases do
ciclo hidrológico, particularmente da infiltração.
Neste estudo, apresenta-se uma síntese da
composição química da precipitação da região
do Minho (NW de Portugal), baseada em
amostras recolhidas em
oito estações
distribuídas desde o litoral de Viana do Castelo
até aos pontos culminantes da Serra do Gerês.
A amplitude altimétrica desta rede de
amostragem é de 1500 m e a distância rectilínea
máxima ao litoral atinge os 70 km. Além da
variabilidade espacial, é discutida também a
proveniência dos principais mineralizadores,
distinguindo-se as comparticipações relativas
dos aerossóis de origem marinha e de origem
continental.
Oceano
Introdução
Fig. 1 – Rede de amostragem da precipitação atmosférica.
O período de amostragem situou-se entre
Agosto de 1997 e Outubro de 1998. As
amostras foram colhidas em intervalos de tempo
variáveis, em função da quantidade de
precipitação e foram submetidas à análise dos
seguintes parâmetros: condutividade eléctrica (a
25 °C), pH, Ca, Mg, Na, K, Cl, SO4, NO3 e
alcalinidade. As determinações analíticas foram
realizadas no Laboratório de Águas do
Departamento de Ciências da Terra da
Universidade do Minho. A verificação da
precisão analítica foi efectuada de acordo com o
proposto por Oppenheimer e Eaton (1986). Da
aplicação dos critérios definidos por estes
autores, foram seleccionadas 89 amostras, de
acordo com a proveniência apresentada na
tabela 1, onde se indicam também a altitude e a
distância ao litoral de cada uma das estações.
Tabela 1 – Características da rede de amostragem. (h
– altitude; Dt – distância ao litoral; N – número de
amostras)
Estação
V. do Castelo 1
V. do Castelo 2
C. da Saúde
Braga
Caldelas
Gerês 1
Melgaço
Gerês 2
10. Hidrogeoquímica/Hidrocheochemistry
|| 443
Refª
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
h (m)
2
10
75
200
570
1000
1170
1500
Dt (km)
0
1.5
22
30
41
53
58
68
N
16
17
14
8
7
8
5
14
XV Semana – VI Congresso Ibérico de Geoquímica
Resultados e discussão
A composição química das amostras de
precipitação recolhidas em cada uma das
estações apresenta elevada variabilidade
temporal, que se aplica à generalidade dos
parâmetros analisados. Os valores de
alcalinidade não foram considerados por serem,
na maioria dos casos, muito baixos. Os teores
mais elevados foram registados durante o
Verão, mas as respectivas amostras foram
eliminadas por não satisfazerem os critérios de
qualidade analítica previamente definidos.
Composição química
Os valores médios relativos aos diferentes
parâmetros considerados estão sintetizados nas
tabelas 2 e 3.
Tabela 2 – Valores médios da condutividade eléctrica
(C.E., em µS/cm), do pH e dos teores dos aniões
principais (meq/L) na precipitação da região do Minho.
Estação
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
Média
C.E.
187
59
70
29
27
21
25
17
54.4
pH
6.46
6.67
5.89
5.42
4.82
5.74
5.40
5.56
5.75
Cl
1.307
0.363
0.187
0.137
0.110
0.095
0.161
0.051
0.301
SO4
0.175
0.096
0.122
0.073
0.036
0.050
0.030
0.038
0.078
NO3
0.057
0.012
0.047
0.020
0.014
0.002
0.017
0.013
0.023
considerado o pH natural da chuva em equilíbrio
com o CO2 atmosférico (Charlson and Rodhe,
1982; Galloway et al., 1982).
À semelhança da condutividade eléctrica, os
valores médios dos catiões e aniões da
precipitação regional mostram uma tendência de
diminuição com o afastamento à linha de costa.
Esta diminuição é mais acentuada nos
constituintes
de
origem
essencialmente
marinha, nomeadamente no cloreto, no sódio e
no magnésio. A tendência antes descrita
apresenta alguns desvios relacionados com os
valores registados na estação de Caldas da
Saúde (E3), particularmente no que respeita ao
potássio, ao sulfato e ao nitrato. Este aspecto é
interpretado pela influência das áreas
industrializadas e urbanizadas do sector
meridional da área em estudo, ou seja, o
aumento da influência de aerossóis não
marinhos na mineralização da precipitação.
Origem da mineralização
Considerando o Na como elemento indicador
da origem marinha (Négrel e Roy, 1998), é
possível estimar as proporções marinha e não
marinha dos diferentes constituintes da
precipitação.
O teor da componente marinha de um dado
elemento na chuva [Xi (chuva)] é calculado pela
expressão (Caboi et al., 1998):
Xi (chuva) = (Xi/Na)mar * Nai (chuva)
Tabela 3 – Valores médios dos teores dos catiões
principais (meq/L) na precipitação da região do Minho.
Estação
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
Média
Ca
0.193
0.118
0.123
0.053
0.013
0.008
0.014
0.016
0.067
Mg
0.246
0.062
0.038
0.028
0.023
0.019
0.030
0.012
0.057
Na
0.953
0.253
0.135
0.114
0.087
0.067
0.114
0.038
0.220
K
0.042
0.026
0.030
0.011
0.013
0.017
0.010
0.019
0.021
Como se observa na tabela 2, a
mineralização média da precipitação regional,
avaliada pela condutividade eléctrica, apresenta
uma variação espacial assinalável, com os
extremos distanciados em cerca de 10 vezes. A
diminuição da salinidade da precipitação segue
um paralelismo com o aumento da altitude e da
distância ao litoral dos locais de amostragem, o
que sugere uma diminuição progressiva da
influência dos aerossóis marinhos no quimismo
da precipitação. Esta tendência é apenas
interrompida pela estação de Melgaço (E7), cujo
valor médio está influenciado pela elevada
mineralização da primeira amostra de neve
recolhida neste local.
De um modo geral, a precipitação apresenta
características ácidas, embora nas estações
junto ao litoral o pH atinja valores próximos da
neutralidade. No entanto, valores de pH
inferiores a 7 poderão ser considerados
alcalinos quando comparados com o pH de 5.0,
(1)
O contributo da componente não marinha é
obtido pela diferença entre o teor analisado de
determinado elemento e o teor marinho,
calculado pela equação (1).
As razões entre os diversos elementos e o
sódio na água do mar [(Xi/Na)mar] foram
calculadas a partir de dados obtidos em Drever
(1988), Appelo e Postma (1994), Sigg et al.
(1994) e Langmuir (1997), tendo-se adoptado o
valor médio. Os valores destas razões estão
apresentados na tabela 4 e foram calculados a
partir de dados expressos em meq/L. Uma vez
que a razão (Na/NO3)mar é praticamente nula, o
nitrato será considerado, em todas as amostras,
de origem exclusivamente continental.
Tabela 4 – Valores das razões (Xi/Na) mar calculados
com base em dados expressos em meq/L.
Ião (Xi)
Ca
Mg
K
Cl
SO4
NO3
(Xi/Na) mar
0.0444
0.2283
0.0214
1.1604
0.1207
0
Da aplicação da expressão (1), obtém-se a
proporção de aerossóis marinhos responsáveis
pela mineralização da precipitação. Os dados
relativos às diferentes estações estão
apresentados na tabela 5. A proporção de
aerossóis de origem continental corresponde à
10. Hidrogeoquímica/Hidrocheochemistry
|| 444
XV Semana – VI Congresso Ibérico de Geoquímica
diferença entre os valores tabelados e a
percentagem total (100%).
Tabela 5 – Percentagem de aerossóis marinhos na
precipitação da região do Minho.
Estação
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
Média
Ca
21.8
9.3
4.9
9.4
30.8
37.5
36.2
14.5
20.6
Mg
88.6
93.5
81.6
92.9
82.6
78.9
86.8
85.3
86.3
K
47.6
19.2
10.0
18.2
15.4
5.9
24.4
2.3
17.9
Cl
84.6
81.0
84.0
96.4
91.8
82.1
82.2
79.8
85.2
SO4
65.7
32.3
13.1
19.2
30.6
16.0
45.9
11.9
29.3
Em média, os constituintes de origem
marinha são, por ordem decrescente, Na, Mg,
Cl, SO4, Ca e K. A diferença entre o magnésio
(86.3%) e o cloreto (85.2%) não é significativa,
verificando-se uma diminuição acentuada entre
o cloreto (85.2%) e o sulfato (29.3%). Por isso,
na precipitação regional, o magnésio, o cloreto
e, naturalmente, o sódio, são os constituintes de
origem
predominantemente marinha. Os
restantes (sulfato, cálcio, potássio e nitrato) têm
origem
essencialmente,
ou
mesmo
exclusivamente (caso do nitrato), em aerossóis
continentais.
Considerando a totalidade dos dados,
destacam-se as correlações positivas exibidas
pelos pares Cl/Na, Mg/Na e Mg/Cl. A relação
Mg/Na (Fig. 2) na precipitação (0.238) é
semelhante à da água do mar (0.228), com um
ligeiro enriquecimento em magnésio (4%). Este
facto confirma as interpretações feitas
anteriormente, de que o magnésio é quase
exclusivamente de origem marinha.
,5
Mg+ + ( meq/l)
,45
,4
Y = ,003 + ,238 * X ; R^2 = ,984
Mar
,35
,3
,25
,2
,15
,1
,05
N a+ (meq/l)
0
0
,5
1
Fig. 2 – Diagrama de dispersão do Mg
1,5
++
2
+
em função do Na .
A relação Mg/Cl (Fig. 3) na precipitação
(0.165) é inferior à da água do mar (0.197) o
que mostra um excesso de cloreto na
precipitação, derivado de fenómenos poluentes
antropogénicos (incluindo a actividade industrial)
ou de origem animal (avifauna).
O contributo não marinho do cloreto,
deduzido a partir da relação Mg/Cl, é de 16%,
ou seja, muito próximo do valor obtido a partir
da aplicação da expressão (1).
,5
Mg++ ( meq/l)
Mar
,45
,4
Y = ,004 + ,165 * X ; R^2 = ,979
,35
,3
,25
,2
,15
,1
,05
Cl- (m eq/l)
0
0
,5
1
1,5
2
++
Fig. 3 – Diagrama de dispersão do Mg
2,5
3
-
em função do Cl .
Conclusões
A precipitação atmosférica da região do
Minho apresenta uma mineralização dominada
pelo cloreto e pelo sódio, ambos constituintes de
origem
predominantemente
marinha.
A
salinidade diminui acentuadamente com o
afastamento ao litoral e com o aumento da
altitude, em virtude da diminuição da
concentração dos aerossóis marinhos na
atmosfera. O sódio, o magnésio e o cloreto têm
origem principalmente em aerossóis marinhos,
enquanto o cálcio, o potássio e o sulfato provêm
maioritariamente de aerossóis continentais. O
nitrato é de origem exclusivamente continental.
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Technology Conference (Houston, Texas,
December 8-11, 1985). American Water Works
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et des Interfaces Dans L’Environment. 2ª Ed.,
Masson, Paris, 391 pp.
10. Hidrogeoquímica/Hidrocheochemistry
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