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Ambiente Sedimentar
Marta Martins
Engenharia do Ambiente
Qualidade da Água
2017/2018
Ecosistema Marinho
Littoral zone
Sublittoral zone
Bathyal zone
Abyssalzone
Hadalzone
Neritic zone
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Porquê estudar os sedimentos
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Reservatório de contaminantes
Risco para fauna e flora bentónica
Remobilização dos sedimentos
Aumento da biodisponibilidade de contaminantes
Risco para organismospelágicos
Sedimentos
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Definição: partículas orgânicas e inorgânicas que acumulam no fundo dos sistemas aquáticos
Origem: erosão, precipitação de minerais inorgânicos, actividadebiológica
Tipos: clásticos – gerados pela fragmentação de rochas pré-existentes; químicos – subst. precipitadas a partir de reacçõesquímicas; bioquímicos – minerais não-dissolvidos de restos deorganismos ou minerais precipitados por processos biológicos.
Erosão
Classificação dos sedimentos
Dimensão
Conteúdoorgânico
Adsorção
Velocidade de deposição
Floculação
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Argila
Silte
Areia
Cascalho
<0,01 0,01-5% 5-30% 30-80% >80%
cascalho (%) areia : vasa
< 1:9 V V(c)
1:9 - 1.1 Va Va(c)
1:1 - 9:1 Av Av(c) Avc Cav
> 9:1 A A(c) Ac Ca
Vc Cv
C
15 principais tipos de
sedimentos segundo Folk
(1980). L = lodo; l =
lodoso; A = areia; a =
arenoso; C = cascalho; c
= saibroso; (c) =
ligeiramente saibroso.
Lodo (< 62,5 µm) = silte +
argila
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Porosidade - percentagem do volume total (Vt) que é ocupado por espaços intersticiais
P = (Vi x 100) / Vt
Permeabilidade - em larga medida função da granulometria,no entanto a actividade biológica sob a forma de secreções oupopulações microbianas pode colmatar os espaços intersticiaise reduzir a permeabilidade. QL K = volume de águaque atravessa, no tempo T, uma secção de sedimento
Coesão - é uma estimativa da pressão lateral (Kg.cm-2)necessária para quebrar um bloco de sedimento ou alterar asua estrutura. Aumenta com o aumento da força de ligaçãointer-partículas e com a diminuição da porosidade, conteúdoem água e dimensão das partículas. A bioperturbação pelaactividade de invertebrados bênticos e por materiaissecretados por invertebrados e por microorganismos tendetambém a aumentar a coesão.
Dinâmica do transporte de sedimentos
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Circulação, salinidade, interacções biológicas, tipo sedimento
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Sedimentos
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Matriz muito complexa
Elevada heterogeneidade espacial (horizontal e vertical)
Natureza e dimensão daspartículas
• Adsorção de contaminantes
• Capacidade de troca iónica
• Capacidade de fixação de organismos
Sedimentos como reservatório de contaminantes
Contaminante dissolvido(móvel e biodisponível) Contaminante
adsorvido (imóvel, menos biodisponível)
Água interticial - substâncias minerais e orgânicas intervindo em processos de transformação química e bioquímica
Fase sólida - argilas, carbonatos, sulfatos, sulfuretos, hidróxidosdetritos orgânicos, substâncias orgânicas insolúveis, biomassa ...
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substânciasorgânicas
substânciasminerais
gases
actividade biológica (fontes de energia, co-metabolitos, factores decrescimento)
complexação de substâncias minerais ou orgânicas
actividade microbiológica (derivados de N, P e S)
reacções de oxidação-redução, complexação, precipitação
modificação da especiação de metais e metaloides presentes
OD - condiciona a actividade dos microorganismos
H2S - condiciona a precipitação de metais
Água interticial
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% de finos em sedimentos arenosos % de areia fina
Tem
po
de
dre
nag
em (
min
)
praias com camadanegra
•
Oxi
gén
io d
isso
lvid
o (
% d
e sa
tura
ção
)
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0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0.0 2.0 4.0 6.0
Corg (%)
tPA
H (
µg
g-1
)
Abr/05
Podem ser biomoléculassintetizadas pororganismos ou fragmentosbiológicos (C, N, P, S, O)
Derivada de plantas, animais, bactérias oufitoplankton, macroalgas
Derivada de fontesantropogénicas(aquaculturas, ETARs, etc.)
Higher organic content related with higher adsorption of organic contaminantsMMartins_QA_2017/2018 16
Matéria orgânica dos sedimentos
Ambiente sedimentar
Fracção Particulada
anóxico
Matéria em suspensão (SPM)
óxico
Sediment
ColunaÁgua
Pel
agic
Ben
thic
Fracção Dissolvida
Matéria dissolvida
Água intersticial
Atmosfera
ErosãoBioturbaçãoSedimentação
AdsorçãoDesorption
ErosãoDifusão
AdsorçãoDesorption
DecomposiçãoVolatilização
BioacumulaçãoEliminação
Bioacumulaçãoeliminação
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Factores que afectam o ambiente sedimentarEstrutura dos sedimentos
Grau de compactação e homogeneidadeEstratificação – estratos com composição e condições diferentes que condicionam a presença de nichos ecológicos
Potencial Redox (Eh)
pH
Temperatura
Luz
Hidrodinamismo
Importante na especiação de metais e na actividade dos microorganismos
Influência: o grau de ionização de subsâncias mineraisa actividade dos microorganismos
Possibilita a solubilização de substâncias orgânicas e mineraisCondiciona o coeficiente de partição entre as partículas e a água intersticial
Influência a cinética das reacções químicas e bioquímicasInfluência a solubilidade das substâncias orgânicas e minerais
Influencia o desenvolvimento de organismos autotróficosFotodegradação
Influência a oxigenação das camadas superficiais do sedimentInfluência o contacto e fixação de organismos ao substracto
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materia orgânica0 5 10 15
pH Eh O2
mg.l-1
Fe3+
CO2
NO3-
RPDLNO2
-
6 7 8 -200 0 +200 +4000 200 400mv
H2S
mg.l-1
0 2 4%
Fe2+
CH4NH4+
Metabolismo
aeróbio
Metabolismo
anaeróbio
Perfis de concentração de químicos no sedimento
Sedim
ent
depth
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Depth
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Qual a importância dos sedimentos em ecologia e na engenharia
Influence of particles in distribution of contaminants
Polychlorinated biphenyls (PCBs)
Suspended Particulate Matter (SPM)
Guadiana river
and estuary
Influence of particles in contaminant distribution
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Influência das actividades de dragagem
Tagus
Estuary
Durante operações de
dragagem
Antes das dragagens
(30 days)
T30, T45, T60
REF
5×
Mytilus edulis
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Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)
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Dradagens induziram
efeitos genotóxicos e
de stress oxidativo
Dradagens aumentaram a
biodisponibilidade de PAHs
cancerígenos associados
com as parículas de
sedimento
Bioturbação
Disturbance of the sediment (or soil) by living things (animals and plants):
- displacing by plant roots
- pushing sediment aside such as in animal tracks
- eating and excreting sediment, as earthworms do.
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Bioturbation
disrupts layering
creates current flow pathways
enables exchange of minerals and fluids chemistry
adds or removes organic matter
Displacement of microorganisms and non-living
particles
Facilitate or impede mobility of
diagenetic fluids
Increase or decrease porosity and
permeability
Mix the sediment matrix
Displace sediment grains27MMartins_QA_2017/2018
Benthos
Community of organisms which live on, in, or
near the benthic zone.
This communities lives in or near sedimentary
environments, from intertidal to continental
shelf and then down to the abyssal depths.
Important to recycling of nutrients and the burial
and storage of organic matter
The benthic habitat may contain both primary
producers (phytobenthos), and herbivores and
carnivores, the zoobenthos.
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Benthos classification
Macrobenthos (animals > 1 mm)
Meiobenthos (1mm < animals > 0.1 mm)
Microbenthos (< 0.1 mm)
Zoobenthos
Phytobenthos (benthic diatoms and macroalgae
(seaweed)
Endobenthos
Epibenthos
Hyperbenthos
By s
ize
By t
ype
By locati
on
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Sapais
Spartina maritima
Sarcocornia fruticosa
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Sapais
Emergent land plants that tolerate the salinities of
the open sea
Traps and cycle various chemical compounds,
organic materials and nutrients.
Saltmarsh roots act as physical traps and provide
attachment surfaces for various organisms.
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Provides:
- Protection
- Food
- Shelter
- Extension coast
- Building islands
- Major energy input into fisheries
Species are sensitive to extreme temperature
and tidal fluctuations, salinity and sediments
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Sapais
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Saltmarsh (colonized
areas) trap fine particles
enriched in organic
contaminants
Sarcocornia
fruticosa
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Rede de arrasto
Box corer
draga PonarCorer simplesMMartins_QA_2017/2018 34