Potentially mobile of heavy metals on the surface sediments in tropical hyper-saline and positive estuaries

ABSTRACT Estuarine sediments represent important pools of trace metals, released from both anthropogenic and natural sources. Fluctuations in the water column physicochemical conditions, on the other hand, may transfer metals from solid to liquid compartment and resulting in contamination of the surrounding environment. The present research was carried out to evaluate the weakly bounded heavy metal levels in tropical hyper-saline and positive estuaries, in order to quantify its potentially availability. The monitoring includes five metals (Cd, Cr, Cu, Pb, Zn) and cover nine estuaries in Rio Grande do Norte state/Brazil, including four hypersaline and five true estuaries. 50 surface sediment samples were collected in each estuary. At the same time, organic matter concentrations were evaluated in order to help explaining possible local variations in heavy metal levels. Organic matter results (0.7% - 7.3%) suggest the positive Potengi estuary as the most critical environmental quality situation. On the other hand, according to heavy metals levels, both Conchas and Potengi estuaries registered the higher concentrations of Cr. The highest concentrations were observed in the hyper-saline estuaries, with the exception of the Zn. The present study revealed that the watershed occupation has significantly influenced the heavy metal concentrations in the estuaries.

Study of heavy metal concentration and partitioning in the Estrela River: implications for the pollution in Guanabara Bay - SE Brazil

In this study, the geochemical analysis of ten sediment samples collected along the fluvial system of the Estrela River, which flows into the northern portion of Guanabara Bay, shows the presence of anthropogenic impacts in this area. Concentrations of Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cr and Ni obtained were slightly higher, when compared with values found innatural environments. The particle size and organic matter content in most of the analyzed stations showed featuresnot conducive to the accumulation of pollutants due to the low organic matter content and the strong presence ofsand fraction. There was also the fractionation of heavy metals in sediments and it was found the prominence ofresidual and reducible phase, besides the significant occurrence of organic fractions in some analyzed stations. Thesefactors, thus, highlight the potential risks of contamination, where the metals associated with the organic phase canbecome bioavailable in processes of dissolution, provided by physico-chemical changes that can occur in this aquaticenvironment.

Neste estudo, analises geoquímicas de dez amostras de sedimentos coletadas ao longo do sistema fluvial do rio Estrela, que deságua na porção norte da Baía de Guanabara, evidenciam a presença de impactos antropogênicos nesta área. As concentrações de Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cr e Ni obtidas foram ligeiramente elevadas, quando comparados com valores encontrados em ambientes naturais. A granulometria e o teor de matéria orgânica na maioria dos pontos analisados mostraram características não favoráveis à acumulação destes poluentes devido à baixa concentração de matéria orgânica e à forte presença de fração areia. Realizou-se também o fracionamento dos metais pesados nos sedimentos e constatou-se a preeminência da fase residual e redutível, além da ocorrência significativa da fração orgânica em alguns pontos analisados. Estes fatores evidenciam, portanto, riscos potenciais de contaminação, onde os metais associados à fase orgânica podem se tornar biodisponíveis em processos de solubilização, proporcionados por mudanças físico-químicas que podem ocorrer neste ambiente aquático.

Geochemical behavior of heavy metals in differents environments in Rodrigo de Freitas lagoon - RJ/Brazil

The accelerated urbanisation without a planning, brought several environmental problems to Rio de Janeiro coastal zone, especially in areas such as Rodrigo de Freitas lagoon, which receives a great amount of untreated sewage every day. To assess the nature, potentially sources and extent of heavy metal pollution in the lagoon, sediments from the surrounding streets, from the entrance of the main canal that drains to the lagoon and from the bottom of the lagoon were collected and analysed by a modified selective extraction procedure in order to study the geochemical partitioning and bioavailability of Zn, Cu, Cr, Ni and Pb in these three compartments. The present study verified an increase in the Cu, Pb and Zn concentrations in the north of the Rodrigo de Freitas lagoon. Despite the different levels of oxidation between the sediments accumulated in the streets and in the bottom of the lagoon, the geochemical partitioning of the heavy metals did not show any pattern of variation for the metals, except for the element Cu. No concentrations were found in the soluble phase of samples collected in the surfacial sediments of the lagoon, suggesting no bioavailability of heavy metals.

A urbanização acelerada, sem planejamento, resultou em uma série de problemas à zona costeira do Rio de Janeiro, especialmente em áreas como a Lagoa Rodrigo de Freitas, a qual recebe uma grande descarga de esgoto não tratado todos os dias. No intuito de avaliar a natureza, as fontes potenciais e a extensão da poluição por metais pesados na lagoa, sedimentos das ruas do entorno, das entradas do principal canal de drenagem e de superfície de fundo foram coletados. As análises se deram através de um método modificado de extração sequencial, com o objetivo de estudar o fracionamento geoquímico e a biodisponibilidade de Zn, Cu, Cr, Ni e Pb, nestes três compartimentos. O presente estudo verificou um aumento nas concentrações de Cu, Pb, e Zn no setor norte da Lagoa Rodrigo de Freitas. Apesar dos diferentes níveis de oxidação entre os sedimentos acumulados nas avenidas e no sedimento de fundo da lagoa, o fracionamento geoquímico dos metais pesados não apresentou nenhum padrão de variação, com exceção do Cu. Não foram observadas concentrações na fase solúvel, das amostras coletadas nos sedimentos superficiais na lagoa, sugerindo a não biodisponibilidade dos metais pesados.

The contribution of heavy metal pollution derived from highway runoff to Guanabara Bay sediments: Rio de Janeiro / Brazil

In this study, geochemical and particle size analyses of thirty-four street sediment samples collected from an urban environment around Guanabara Bay, shows highway run-off to be a potential source of heavy metals for the pollution of near-shore sedimentary deposits. Concentrations of Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cr and Ni were found to be higher in these sediments when compared to concentrations found in samples from the natural environment, where an Enrichment Factor (EF) index was used to distinguish between natural and anthropogenic sources. Particle size analysis shows these sediments to be predominantly composed of sand and no distribution pattern was observed between the sand, silt and clay fractions. High levels of organic matter and heavy metals would indicate that these street run-off materials are a potential source of pollution for the near-shore sediments of Guanabara Bay.

Neste estudo, análises geoquímica e de granulometria de trinta e quatro amostras de sedimentos coletados ao longo de rodovias em um ambiente urbano ao redor da Baía de Guanabara, mostram que o escoamento superficial das rodovias pode ser fonte potencial de metais pesados para a poluição de depósitos sedimentares costeiros. Concentrações de Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cr e Ni são bem altas quando comparadas com os valores encontrados em ambientes naturais, onde o Fator de Enriquecimento (FE), que é índice de normalização, foi utilizado para a distinção entre fontes naturais e antropogênicas de metais pesados. As análises granulométricas mostram que estes sedimentos são compostos predominantemente de areia e nenhum padrão de distribuição foi observado entre as frações areia, silte e argila. Os altos níveis de matéria orgânica e metais pesados indicam que estes materiais depositados sobre as rodovias são fontes potenciais de poluição para os sedimentos costeiros da Baía de Guanabara.

Palynological analysis of a sediment core obtained in Guanabara Bay, Rio de Janeiro, Brazil

The sediment of a core collected about 2 km north of Paquetá Island, Guanabara Bay, was submitted to pollen analysis, in order to recognize the dynamics of the regional vegetation, and the anthropic influence. Radiocarbon dating of a sample next to the bottom of the core indicates an age of 4.210 ± 40 14C yrs B.P (calibrated age). It was possible to establish four palynological zones. Starting at the bottom of the core, a decrease in palynomorph concentration, the presence of degraded pollen grains and spores, and the predominance of ombrophilous forest pollen grains were observed in the basal portion of Zone I. These data may indicate the presence of an exuberant Atlantic Forest, dominated by a marine regressive event. The concentration of well-preserved palynomorphs increased in Zone II, with the predominance of the ombrophilous forest vegetation also, and an expressive increase of hygrophytes, indicating more humid environmental conditions. Palynomorph concentration decreased again toward the top of Zone III, and the field vegetation was predominant. In the upper Zone IV occurred a strong decrease in pollen and spore concentration, with predominance of field vegetation also, and the appearance of exotic pollen grains, showing the anthropic influence at this time.

Sedimentos de um testemunho de sondagem coletado a 2 km ao norte da Ilha de Paquetá, Baía de Guanabara foram submetidos à análise palinológica, com o objetivo de reconhecer e interpretar a dinâmica temporal da vegetação na região e a influência antrópica. A datação radiocarbônica realizada próxima à base do testemunho indicou uma idade de 4.210 ± 40 anos AP (idade calibrada). Os resultados possibilitaram determinar quatro zonas palinológicas. Na Zona I, a mais basal, observou-se o decréscimo da concentração total de palinomorfos em direção ao topo e elevada deposição de grãos de pólen e esporos degradados, com o predomínio de grãos de pólen concernentes à floresta ombrófila. Esse resultado pode indicar que nesta zona existia a Mata Atlântica exuberante, sob o domíniode um evento marinho regressivo. Na Zona II, ocorreu um aumento na concentração total de palinomorfos bem preservados, com o predomínio também da vegetação de floresta ombrófila e um aumento expressivo de higrófitas, indicando condições ambientais mais úmidas. Na Zona III, ocorreu uma diminuição nas concentrações dos palinomorfos em direção ao topo, com o predomínio da vegetação campestre. Na Zona IV, localizada próximo ao topo do testemunho, ocorreu uma queda acentuada nas concentrações de pólen e esporos com o predomínio da vegetação campestre e o aparecimento de pólen exótico, evidenciando a influência antrópica no entorno da Baía de Guanabara.