Universidade do Estado do Rio de Janeiro Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente Doutorado Multidisciplinar Apresentação cap. 7 (Environmental Monitoring and Characterization): Amostragem da zona vadosa e solo Disciplina: Monitoramento e Controle Ambiental Prof. Dr.: Oscar Luiz Monteiro de Farias Doutoranda: Maria Luiza Félix Marques Kede

Introdução Zona vadosa, zona de aeração ou zona insaturada: zona superficial do solo. Composição: material insaturado, incluindo minerais intemperizados e não intemperizados e depósitos geológicos. Os poros deste ambiente contêm água com minerais dissolvidos e ar enriquecido com dióxido de carbono e traços de outros gases. Karmann, 2000.

Por exemplo, atividades agrícolas. Solo: corpo de material inconsolidado, que recobre a superfície terrestre emersa, entre a litosfera e a atmosfera, constituídos de três fases: sólida, líquida e gasosa. É produto do intemperismo sobre um material de origem, cuja transformação se desenvolve em um determinado relevo, clima, bioma e ao longo de um tempo. Muitas vezes, as atividades antropogênicas aumentam a complexidade do ambiente de solo, mascarando a verdadeira natureza do ambiente. Por exemplo, atividades agrícolas. Muitas vezes, as atividades antropogênicas aumentam a complexidade do ambiente de solo, mascarando a verdadeira natureza do ambiente de maneira que podem restringir a caracterização exata. Atividades agrícolas modificam a natureza biológica, física e química do solo, nivelando a superfície, que pode reduzir ou misturar os horizontes, remover todas as espécies de vegetais...

Estratégia de amostragem do solo ‘Unidade ' de solo ou pedon: definido como 'o menor volume que pode ser chamado de solo (Brady e Weil, 1996). Pode variar a partir de 1 a 10 m2 de área de superfície e a partir de 1 a 3 m de profundidade. Ambiente heterogênio em todas as escalas: da paisagem ao núcleo de amostra de solo. Na topografia e na vegetação são visíveis a macroheterogenidades. Polipedons e pedons escala intermediária e por último a microheterogenidade dos solos. Pedon expressa todas as características do solo. Wilson, 2004.

Perfil de um solo Cores escuras: indicam presença de matéria orgânica e estão relacionadas com o horizonte A. Cores amarelas: podem indicar condições de boa drenagem, mas com regime mais úmido. Estão relacionadas com a presença de goethita. Para os trabalhos de campo, utiliza-se a observação de um corte vertical no pedon, chamado PERFIL. Cores vermelhas: indicam condições de boa drenagem e aeração do solo. Estão relacionadas com a presença de hematita. Lorenzo, 2010

Variedades de perfis de solo Medeiros, 2006. Valente, 2009. Araujo, 2010. Solo raso com pedregosidade. Latossolo Vermelho-Amarelo. Solo de mangue

Amostragem clássica de solo Normalmente, o classificador de solo anda por toda a paisagem em ambos, grid ou um padrão de transversal para verificar as propriedades do solo através da coleta e análise de amostras usando um trado de mão tipo de parafuso (ver Figura 7.2). Wilson, 2004. a) Pontos de amostragem mais custoso e ignora a topografia. b) Amostragem transversal fazendo o uso da informação da topografia para encontrar limites, redução do custo de amostragem.

Equipamentos necessários para amostragem da zona vadosa/solo Trado manual e mecânico, pá Tabelas, gráficos: morfologia e classificação do solo, carta de Munsell, classificação mineral e textura Garrafas: solução de ácido hidroclorídrico, água deionizada Registros:caderno de anotações, câmera, caneta Mapas: solo, topográfico e geológico Bússola, GPS (Global Positioning System) Papel ou sacos plástico para coletar as amostras, luvas, etiquetas Recipiente para armazenar as amostras Ácido hipoclorídrico para descontaminação.

Amostragem de solo na agricultura Ambientes agrícolas são sistemas de solo intensamente gerenciado, definidos e modificados por seres humanos para sustentar a produção de alimentos. Monitoramento do estado dos solos agrícolas é realizado principalmente para avaliar a fertilidade do solo. Em geral é coletada uma amostra simples ou composta para cada 4 hectares, do topo até 30 cm de profundidade. No entanto, amostras de solo são às vezes recolhidos para determinar propriedades físicas e químicas principais, tais como salinidade, água de infiltração, ou teor de matéria orgânica. Essas propriedades do solo podem alterar significativamente ao longo do tempo com repetida aplicações de adubos, adições de resíduos e práticas de plantio direto.

Amostragem da zona vadosa para caracterização da poluição A coleta de amostras de solo requer uma combinação de amostragem sistemática e aleatória e conhecimento das características do site, bem como sua história. Em alguns casos, a origem do poluente é conhecida, e o objetivo é caracterizar a extensão da contaminação. Em tais casos, a densidade de amostragem é normalmente maior na origem da contaminação e diminui radialmente para fora.

Caracterização da extensão da poluição Em outros casos, a fonte de poluição não é conhecida, e o objetivo é localizar a fonte. Amostragem de grid, é então usada para localizar poluentes ' hot spots '. Em tais casos, é necessária uma análise estatística para definir o tamanho do grid, considerando a área e a probabilidade da ocorrência de pontos quentes (ver capítulo 3). Wilson, 2004. Amostragem sistemática pode ser realizada ao longo de vias da possível migração, definidas por padrões de topografia e vento.

Amostragem do solo Os amostradores de solo são agrupados em amostradores operados manual e mecanicamente. Fatores que afetam a seleção dos amostradores incluem amostragem necessária em profundidade, condições do solo (ex. presença de caliche, camadas de cascalho), tamanho da amostra, condições de umidade, acessibilidade do local, os custos e disponibilidade de pessoal. Operado manualmente os amostradores são usados principalmente para amostragem de superfície (por exemplo, menos de 5 m de profundidade, dependendo das condições). Mecanicamente controlado por dispositivos são mais adequados para regiões mais profundas da zona vadosa ou em condições que não se adequam amostradores manuais. Caliche: rocha sedimentar semelhante a um cimento encontrado geralmente nos desertos do Arizona, Nevada, Texas, Novo México...; camada de solo cimentada naturalmente.

Amostragem de solo e trados Ferramentas simples para obter amostras de solo: colheres de aço inoxidável, conchas de amostragem, pás, colheres de pedreiro e espátulas. Amostragem por trado não evita a contaminação do perfis de solo para análises químicas de rastreamento. Além disso, integridade do núcleo não pode ser mantida. Aço inoxidável é normalmente inerte para poluentes.

Equipamentos portáteis de amostragem (Operação manual) Shank – haste; caps – tampa. Permite a inserção de um forro de plástico, aço inoxidável, latão ou alumínio, substituível e a tampa para coleta e armazenar uma amostra intacta. Wilson, 2004. A - Esquerda: trado básico. Direita: detalhes.

Bases disponíveis de acordo com o tipo de textura do solo e umidade B – Solos arenosos extremamente secos. C – Solos argilosos e solos úmidos. D – Regular: solos em condições normais. E – Plaina: limpa e nivela o fundo da amostras. F – Holandês: solos excessivamente úmido e pantanoso. G – Parafuso: usado para amostragem pequena. G) espiral ou parafuso: um trado espiral comercial consiste em um aço espiralado com 25 cm. Mais adequado para uso em umidade, solo coeso e livre de cascalho. Trabalha melhor em solos argilosos e para pequena quantidade de amostragem. Wilson, 2004.

Tubo Veihmeyer Trado parafuso, balde ou barril são anexados em hastes. Extensões de hastes são adicionadas caso haja necessidade. Forros para preservar a amostra podem ser instalados prevenindo a perda de amostras muito secas ou soltas. Permite amostragem abaixo de 1m de profundidade dependendo do tipo de solo e condições de umidade. No entanto, esses tubos podem causar um sério problema de amostragem, comprimir os perfis de solo com textura pesada e para solos com texturas leves podem excluir ou deslocar os materiais mais grosseiros. Método alternativo que limita a contaminação e mantém a integridade da amostra. Wilson, 2004.

Tubo Shelby e amostrador split-spoon Wilson, 2004. Tubo Shelby compreende uma peça simples.

Vantagens do uso de amostradores manuais Mobilização e desmobilização fáceis. A coleta pode ser realizada em locais de difíceis acessos. Pode ser mais seguro do que o operado mecanicamente. Não geram muito calor na fricção quando comparado com os operados mecanicamente. O custo da coleta de amostras é geralmente muito menor do que o operado mecanicamente. Pode-se iniciar a coleta de amostra quase imediatamente. 2. Por exemplo encostas. 3. Entretanto sempre há risco de lesão nas costas ou muscular. 4. Desta forma diminui a perda de constituintes voláteis.

Desvantagens do uso de amostradores manuais As amostras são geralmente limitadas a pequenas profundidades. Coletar amostras intactas ou completas pode ser dificultado ou impossibilitado em solos com grãos grosseiros ou onde as condições de perfuração são desfavoráveis. As coletas de amostras obtidas com trados tipo parafuso ou barril são deformadas e não adequadas para análises geotécnicas. Usando amostrador tipo tubo ou trado com forro reduz o problema de contaminação.

Tipos de amostradores especiais para coleta de amostras inderformadas Na análise de infra-estrutura às vezes se faz necessário a obtenção de dados sobre o maciço o que não será possível pelo uso de sondagens de simples reconhecimento, devido ao fato de este tipo de sondagem destruir a estrutura do solo amostrado. Sondagens, 2009. (tais como a compressibilidade, a resistência ao cisalhamento, a permeabilidade ou relações de tensão deformação) a) Amostrador de Pistão b) Amostrador Sueco c) Amostrador denison d) Amostrador integral

Equipamento mecânico de amostragem Métodos preferidos para perfuração de poços de abastecimento de água. Perfuração em grandes profundidades. Conforme o trado avança no perfil o solo é trazido para superfície. Problemas - as amostras são deformadas e os constituintes voláteis são perdidos. Porque geralmente não se quer fluidos na perfuração. Produzindo problema para analisar as amostras específicas. Pode-se conduzir uma sonda tipo o tubo Shelby para coletar amostra inderformada em profundidade Os constituintes voláteis são perdidos porque entra em contato com o ar e pelo calor gerado pelo processo de perfuração.

Exemplo de trados mecânicos Trado handheld power Trado haste sólida: Trado haste oca Perfuração sônica Variação nos diâmetros de perfuração e profundidades. Trado de haste oca, Wilson, 2004.

Preservação e armazenamento das amostras de solo As amostras de solo coletadas, relacionadas com a contaminação, saúde pública, risco e avaliação de segurança geralmente requer procedimentos especiais. As amostras não serão secas e são recolhidas e preservadas “como estão em campo”. As amostras, geralmente, são coletadas em frascos de vidro ou de plástico, lacrado, e acondicionadas em local fresco (4° C). Resfriamento das amostras para perto de zero é também necessária para reduzir a atividade biológica. Como estão em campo, o que significa que a umidade do solo e química condições de campo são mantidas.

Nenhum produto conservante é adicionado. O congelamento das amostras do solo não é recomendado porque alterará a natureza biológica e mesmo a natureza física do solo. Nenhum produto conservante é adicionado. Amostras de solo intactas recolhidas usando os tubos de amostragem, devem também ser rapidamente tampados e selados. O uso de frascos ou ampolas com septos reduz as perdas de voláteis químicos orgânicos, porque as amostras de solo não precisa de ser exposta à atmosfera antes da análise. A emersão Metanol eficazmente preserva os componentes voláteis da amostra no momento da utilização. Tubos de amostragem: Cuidados devem ser tomados para não inverter ou agitar esses núcleos para impedir a mistura e ruptura da integridade do núcleo. Septos: uso em cromatógrafo. Metanol volume por volume.

Recipientes de armazenamento e tempos de retenção das amostras Parâmetrosa Armazenamento (vidro, plástico) Tempo máximo de retenção (dias) pH, alcalinidade P, b G 14 Anions maiores: Cl, SO4, Br, PO4 ... Hg, total de P 28 Nitrato, nitrito, sulfeto, sulfito, amônia 2 Cr(VI), graxa ou óleo, carbono orgânico Metais 6 meses Orgânicos extraíveis G (tampa Teflon) ~7 (extração até) 30 (depois da extração) Orgânicos voláteis G (Septo tampa Teflon) Imersão em Metanol Desconhecido a) Todas as amostras devem ser armazenadas a 4º C. b) Armazenamento preferencial em plástico (polietileno). Wilson, 2004.

Amostragem de solo X amostragem de água nos poros do solo Escolher entre amostragem do solo e amostras da água dos poros do solo de depende dos objetivos do programa de amostragem. Se é caracterizar a distribuição dos constituintes líquidos dos poros em toda a zona vadosa em uma única vez, amostragem de solo é apropriada. Amostras da água dos poros do solo permite a coleta de várias amostras ao longo do tempo, proporcionando assim um meio para avaliar localizações específicas na zona vadosa. Todos os poluentes comuns dissolvem em água, em certa quantidade e são propensos a mover-se com ela. A amostragem do solo é essencialmente um processo destrutivo na medida em que não permite a medição de alterações de um perfil ao longo do tempo.

O dispositivo frequentemente usado para coletar amostras de água dos poros do solo é o lisímetro de sucção. Dispositivos com segmentos porosos que facilitam a extração de amostras de líquidos a partir de poros variável regiões. Utilizados para detectar movimento de poluentes na zona vadosa, acompanhamento e monitoramento pós-encerramento de aterros e em projetos de pesquisa.   Embora estes dispositivos podem ser utilizados para amostrar ambas as regiões saturados e insaturados, a sua função principal é de amostragem a partir de regiões não saturadas. Lisímetro: a compensação é a capacidade de amostra ao longo do tempo.

Lisímetro de sucção Componentes básicos: um segmento poroso ou taça ligada a um tubo de mesmo diâmetro. Dois tubos de pequeno diâmetro são inseridos, um para a aplicação de pressão/vácuo, e o segundo para a transmissão de líquido recolhido do poro para a superfície. Lisímetro pressão a vácuo. Wilson, 2004.

Princípios da operação Uso do lisímetro de sucção: quando os poros do solo não estão saturados. Lisímetros de sucção são geralmente posicionada em intervalos maiores que amostragem de solo e não pode estar localizado no mesmo perfil vertical. Quanto menores os poros maior deve ser a energia. Tipos básicos: câmara única (a vácuo e pressão a vácuo) e câmara dupla. Seleção entre esses três tipos de lisímetro depende muito das profundidades exigidas.   Pode, entretanto, requerer mais energia do que disponível.

Profundidade máxima de amostragem de lísimetros de sucção (metros) Material Vácuo Pressão a vácuo Alta pressão a vácuo Cerâmica Poros (6, 3, 1.5) 2 15 91 Aço inoxidável Poros (5-15) 1.75 3.3 >3 Politetrafluoretileno (PTFE) Poros (15-42) 1 Politetrafluoroetileno conhecido mundialmente pela marca teflon. Poros PTFE (15-42) > aço inoxidável (5-15) > cerâmica (6, 3, 1.5). Wilson, 2004. O tamanho dos poros dos materiais são diferenciados.

Amostradores de drenagem livre ou percolação Diagrama de um lisímetro de câmara dupla a vácuo em aço inoxidável utilizado para coletar amostras de água dos poros do solo. São usados trados para a escavação do solo para instalar o lisímetro. Wilson, 2004.

Amostragem de drenagem livre (permeabilidade) É uma câmara de coleta colocada no solo para interceptar o líquido de sobrejacente macroporos na zona não saturada, que são intermitentemente saturado por infiltração de água de superfície. Estes amostradores são passivos, coletando água por gravidade, em vez de por meio de vácuo. Amostrador de drenagem livre intercepta o fluxo saturado e lisímetros de sucção o fluxo não saturado. No entanto, alguns amostradores de drenagem livres são projetados para aplicar um ligeiro vácuo à superfície de coleta. As amostras de água do solo deve ser manuseada como qq outra amostra de água. O funil é preenchido com areia limpa e inserido no topo de uma cavidade escavada no solo. O funil é ligado através de tubos para uma garrafa de coleta localizada a uma altura mais baixa. Água percolada através de macroporos no solo sobrejacente é interceptado pelo funil e drenada através da areia para a garrafa. A água recolhida na garrafa é estabelecida à superfície por vácuo. Quando o fluxo de macroporos e microporos ocorrer, é prudente usar um sistema de amostragem de drenagem livre e lisímetros de sucção.

Controle de qualidade Cuidado com equipamentos Todos os equipamentos utilizados na amostragem do solo deve ser mantido em ordem de trabalho, ser limpo imediatamente, e armazenado corretamente. Comuns de manutenção deste equipamento inclui afiação e ponta de substituição. Limpeza do trado e tubo deve ocorrer depois de cada amostragem, quando amostras de solo são coletadas para rastreamento de contaminantes.   Muitas vezes, as bordas de corte de brocas e tubos estão danificados durante a utilização. A limpeza é particularmente importante quando descontinuidades texturais são encontradas. Por exemplo, nas camadas de argila úmida podem se manter no equipamento e deixar resíduos que vão ser deslocados no próximo evento de amostragem e misturados com a amostra de solo novo.

Todos os recipientes devem ser rotulados com etiquetas impermeáveis. Registro das amostras A maioria das amostras de solo, água e gás são depois analisadas no laboratório e para evitar despesas com reamostragem, todos os dados devem ser registrados e todas as amostras marcadas para identificação. Todos os recipientes devem ser rotulados com etiquetas impermeáveis. Além disso, os selos de custódia deve também ser utilizado em cada refrigerador recipiente utilizado para o armazenamento e o transporte das amostras. Embora estes dispositivos podem ser utilizados para amostrar ambas as regiões saturados e insaturados, a sua função principal é de amostragem a partir de regiões não saturadas. Lisímetro: a compensação é a capacidade de amostra ao longo do tempo.

Resolução do CONAMA 420/2009 Art. 1º Esta resolução dispõe sobre critérios e valores orientadores de qualidade do solo quanto à presença de substâncias químicas e estabelece diretrizes para o gerenciamento ambiental de áreas contaminadas por essas substâncias em decorrência de atividades antrópicas.

Parágrafo único Na ocorrência comprovada de concentrações naturais de substâncias químicas que possam causar risco à saúde humana, os órgãos competentes deverão desenvolver ações específicas para a proteção da população exposta.

Art. 6º Para efeito desta Resolução são adotados os seguintes termos e definições: V - Contaminação: presença de substância(s) química(s) no ar, água ou solo, decorrentes de atividades antrópicas, em concentrações tais que restrinjam a utilização desse recurso ambiental para os usos atual ou pretendido, definidas com base em avaliação de risco à saúde humana, assim como aos bens a proteger, em cenário de exposição padronizado ou específico.

XIII - Monitoramento: medição ou verificação, que pode ser contínua ou periódica, para acompanhamento da condição de qualidade de um meio ou das suas características; XVI - Perigo: Situação em que estejam ameaçadas a vida humana, o meio ambiente ou o patrimônio público e privado, em razão da presença de agentes tóxicos, patogênicos, reativos, corrosivos ou inflamáveis no solo ou em águas subterrâneas ou em instalações, equipamentos e construções abandonadas, em desuso ou não controladas; Muitas vezes, as atividades antropogênicas aumentam a complexidade do ambiente de solo, mascarando a verdadeira natureza do ambiente de maneira que podem restringir a caracterização exata. Atividades agrícolas modificam a natureza biológica, física e química do solo, nivelando a superfície, que pode reduzir ou misturar os horizontes, remover todas as espécies de vegetais...

XVII - Remediação: uma das ações de intervenção para reabilitação de área contaminada, que consiste em aplicação de técnicas, visando a remoção, contenção ou redução das concentrações de contaminantes; XVIII - Reabilitação: ações de intervenção realizadas em uma área contaminada visando atingir um risco tolerável, para o uso declarado ou futuro da área; Muitas vezes, as atividades antropogênicas aumentam a complexidade do ambiente de solo, mascarando a verdadeira natureza do ambiente de maneira que podem restringir a caracterização exata. Atividades agrícolas modificam a natureza biológica, física e química do solo, nivelando a superfície, que pode reduzir ou misturar os horizontes, remover todas as espécies de vegetais...

Capítulo II: dos critérios e valores orientadores de qualidade do solo Art. 8º Os VRQs do solo para substâncias químicas naturalmente presentes serão estabelecidos pelos órgãos ambientais competentes dos Estados e do Distrito Federal, em até 04 anos após a publicação desta Resolução, de acordo com o procedimento estabelecido no Anexo I.

Procedimento para o estabelecimento de valores de referência de qualidade Os VRQs para as substâncias inorgânicas de ocorrência natural no solo são estabelecidos a partir de interpretação estatística dos resultados analíticos obtidos em amostras coletadas nos principais tipos de solo do Estado, conforme as etapas descritas abaixo. 1 - Seleção dos tipos de solo: identificar os tipos de solo em cada estado. 2- Seleção de parâmetros para caracterização do solo: carbono orgânico, pH em água, capacidade de troca catiônica (CTC) e teores de argila, silte, areia e de óxidos de alumínio, ferro e manganês. Considerando as peculiaridades regionais, outros parâmetros poderão ser incluídos. A amostra de cada estação será do tipo composta, formada por subamostras de 10 (dez) pontos amostrais, obtidas na profundidade de 0-20 cm. Deverão ser adotados procedimentos de coleta, manuseio, preservação, acondicionamento e transporte de amostras, descritos em normas nacionais e internacionais, respeitando-se os prazos de validade.

3 – Metodologias analíticas: utilizar a fração de solo < que 2mm 3 – Metodologias analíticas: utilizar a fração de solo < que 2mm. USEPA 3050 ou USEPA 3051 ou suas atualizações. As determinações do pH em água, CTC e dos teores de carbono orgânico, argila, silte, areia, óxidos de Fe, Al, manganês e silício devem seguir as metodologias analíticas definidas pela EMBRAPA. 4 – Interpretação dos dados e obtenção dos VRQs: cada estado poderá estabelecer, por substância, um único VRQ ou um VRQ para cada tipo de solo. 5 – Base de dados: os dados obtidos pelos estados na amostragem, determinações analíticas e os VRQs, deverão compor a base de dados sobre qualidade de solos.

Alguns valores orientadores Valores orientadores para solo e água subterrânea. E - a ser definido pelo Estado. na – Não se aplica a substância orgânica. * Padrões de potabilidade de substâncias químicas que representam risco à saúde definidos na Portaria no 518/2004 do Ministério da Saúde (Tabela 3). ** Valores calculados com base em risco à saúde humana, de acordo com o escopo desta Resolução. Diferem dos padrões de aceitação para consumo humano definidos na Portaria no 518/2004 do Ministério da Saúde (Tabela 5) e dos valores máximos permitidos para consumo humano definidos no Anexo I da Resolução CONAMA no 396/2008.

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Obrigada.