Mapeamento geoquímico multielementar e valores de referência ambiental em um estuário tropical de macromaré: complexo estuarino São Marcos, Brasil

dc.contributor.advisor-co1SOUZA FILHO, Pedro Walfir Martins e
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3282736820907252
dc.contributor.advisor-co1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-0252-808X
dc.contributor.advisor1COSTA, Marcondes Lima da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1639498384851302
dc.contributor.advisor1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-0134-0432
dc.contributor.memberCORRÊA, José Augusto Martins
dc.contributor.memberLICHT, Otávio Augusto Boni
dc.contributor.memberCORDEIRO, Renato Campello
dc.contributor.memberKUTTER, Vinicius Tavares
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6527800269860568
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0615642445874455
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8964777078079065
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6652786694334612
dc.creatorLEITE, Alessandro Sabá
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4415557446271809
dc.date.accessioned2026-01-20T12:25:02Z
dc.date.available2026-01-20T12:25:02Z
dc.date.issued2025-09-29
dc.description.abstractTemporal-scale geochemical analysis, applied to estuarine environments located in tropical zones, becomes particularly effective when associated with advanced data-processing techniques and robust statistical models. Its application in macrotidal systems has proven to be a relevant tool for environmental studies in estuaries with port infrastructure, chiefly for differentiating between natural and anthropogenic concentrations of potentially toxic elements (PTEs). The definition of background values, based on dated sediment cores, is widely used to compose a robust geochemical history and to provide a source of locally relevant environmental quality reference values for the updating of standards that establish threshold values without considering regional heterogeneity. In Brazil, geochemical studies in tropical estuarine environments are sporadic and recent, especially along the North–Northeast coastal region. The CESM has worldwide relevance for constituting one of the largest estuarine systems on the South American Atlantic coast, characterized by a macrotidal regime with amplitudes greater than 7 meters and for hosting the largest port complex for cargo shipment, especially mineral exports, in Brazil. The present research geochemically characterized the São Marcos Estuarine Complex (CESM) in two distinct climatic seasons. The main objective was to investigate the geochemical signature of the CESM under distinct hydrological conditions, to establish natural background values through integrated temporal analysis from sediment cores collected with a Russian corer and dated by Carbon‑14, with ages prior to the colonization of Brazil. The methods for acquiring sediment samples involved the collection of six sediment cores, along which 15 samples were collected at 10 cm intervals, encompassing a temporal record of approximately 1,700 calibrated years for the establishment of historical natural geochemical background. In addition to the cores, 549 samples were collected with a “Gibbs”-type dredge in two consecutive campaigns, in 2020 (period of lower precipitation and low fluvial discharge) and in 2021 (greater precipitation and increased discharge), obtained from a previously established sampling grid, spatially distributed along the estuarine channel and the adjacent inner continental shelf. The sediment samples underwent drying, disaggregation, quartering, and sieving. Aliquots of approximately 20 g of the < 0.177 mm fraction were digested in a solution composed of hydrochloric and nitric acids (aqua regia) and analyzed to determine the concentration of 53 chemical elements (Ag, Al, As, Au, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, Ga, Ge, Hf, Hg, In, K, La, Li, Lu, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, P, Pb, Rb, Re, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, Ta, Tb, Te, Th, Ti, Tl, U, V, W, Y, Yb, Zn, and Zr) by ICP‑OES and ICP‑MS. The determination of total organic carbon (TOC) and total sulfur (TS) employed infrared spectroscopy. Descriptive statistical analyses, tests to determine distribution normality, and subsequently multivariate statistical techniques were employed to identify multielement associations, using statistical packages in the RStudio software. For the calculation and determination of threshold (baseline) values and natural geochemical background, referenced methods for bottom sediments and dated sediment cores were used. Geochemical indices (Igeo, CF, ER, CD, PLI, RI) were also calculated for the assessment of sediment quality. Geospatial information was processed in a GIS environment, using algorithms in the QGIS software, to generate geochemical distribution maps. The natural background results obtained through sediment cores were determined according to the depositional environment and, in general, are relatively higher than the concentrations observed in current bottom sediments, as obtained by statistical methods, confirming the system’s current impoverishment. Stratigraphic analysis of the cores indicates a succession of sedimentary facies characteristic of tidal flats associated with mangroves, muddy tidal flats, mixed‑tide environments, and sandy bars, evidencing variations in depositional environments throughout the lithological record. The temporal evolution reveals two distinct phases: pre‑anthropogenic (> 100 years BP) and modern (< 100 years BP), with progressive geochemical impoverishment, possibly related to changes in sedimentary dynamics and diagenetic processes. The results of the bottom sediment samples showed the existence of five distinct geochemical groupings. The primary Co–Ni–Cr–V signature (correlations > 0.90) reflects inheritance from resistate minerals and/or Fe oxyhydroxides originating from the continent and proved temporally stable (< 5% variation). The association of the chalcophile elements Cu–Zn–Co was possibly more sensitive to conditions with lower pH and greater organic complexation arising from the increased input of continental water, increasing the mobilization of Zn (+51.9%) and Cu (+18.5%). The elements Fe–Mn show stable behavior, with strong correlation (0.92) and similar concentration variability, indicating association in oxides, such as (Fe,Mn)OOH, which precipitate under similar environmental conditions. The association and spatial distribution of the Pb–Sn–Ba group suggest an origin in the mixture of continental and marine sediment sources. The elements Cd–As–Mo, with lower correlation (< 0.7), showed distinct variations in the rainy period, wherein the increased supply of organic matter possibly favors the removal of As3+ by reduction and sulfide formation, while Cd is mobilized by an increase in pH. The spatial distribution of chemical concentrations followed estuarine hydrodynamics, with accumulation in lower‑energy zones. Despite moderate increases in environmental indices in 2021 (CD, PLI, RI), the values remained within quality limits. The analysis of the background and the geochemical signature of the CESM sediments demonstrates that the group of PTEs—Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Sn, V, Zn—and Fe exhibit enrichment factors close to 1.0, whereas As, Ba, and Cd showed a slight elevation only in 2020. The result suggests impoverishment or stability relative to natural levels. This condition diverges from the pattern expected for anthropogenic contamination, which typically raises PTE concentrations sharply, especially those associated with human activities present in the drainage basin and in the surroundings of the estuary. This indicates that changes in the local hydrological regime, rather than pollution, are the main factors influencing the geochemical equilibrium of the CESM at the scale of the research conducted. The results thus demonstrated that the area maintains environmental quality close to natural conditions, with geochemical variations controlled mainly by sediment transport and depositional processes. The methodology developed, integrating multielement temporal analysis with the establishment of background through dated cores, constituted a robust foundation for the geochemical characterization of this large tropical estuarine complex, as well as for distinguishing between natural and anthropogenic variations.
dc.description.resumoA análise geoquímica em escala temporal, aplicada a ambientes estuarinos situados em zonas tropicais, torna-se particularmente eficaz quando associada a técnicas avançadas de processamento de dados e a modelos estatísticos robustos. Sua aplicação em sistemas de macromaré tem-se mostrado uma ferramenta relevante para estudos ambientais em estuários com infraestrutura portuária, principalmente para a diferenciação entre concentrações naturais e antropogênicas de elementos potencialmente tóxicos (EPT). A definição de valores de background, baseados em testemunhos sedimentares datados, é amplamente utilizada para compor um histórico geoquímico robusto e oferecer uma fonte de valores de referência de qualidade ambiental local para a atualização de normas que estabelecem valores limiares sem considerar a heterogeneidade regional. No Brasil, estudos geoquímicos em ambientes estuarinos tropicais são pontuais e recentes, especialmente na região costeira do Norte-Nordeste. O Complexo Estuarino São Marcos (CESM) tem relevância mundial por constituir um dos maiores sistemas estuarinos da costa atlântica sul-americana, caracterizado por regime de macromaré com amplitudes superiores a 7 metros e por abrigar o maior complexo portuário de embarque de carga, especialmente exportação de minérios, do Brasil. A presente pesquisa caracterizou geoquimicamente o CESM em duas estações climáticas distintas. O objetivo principal foi investigar a assinatura geoquímica sob condições hidrológicas distintas, estabelecer valores de background natural por meio da análise temporal integrada, a partir de testemunhos sedimentares coletados com amostrador russo e datados por Carbono-14, com idades anteriores à colonização do Brasil. Os métodos de aquisição de amostras de sedimentos envolveram a coleta de seis testemunhos sedimentares, ao longo dos quais foram coletadas 15 amostras, em intervalos de 10 cm, abrangendo um registro temporal de aproximadamente 1.700 anos calibrados para o estabelecimento de background geoquímico natural histórico. Além dos testemunhos, foram coletadas 549 amostras com uma draga do tipo “Gibbs”, em duas campanhas consecutivas, em 2020 (período de menor precipitação e baixa descarga fluvial) e em 2021 (maior precipitação e elevação da descarga), obtidas a partir de uma malha amostral previamente estabelecida, distribuídas espacialmente ao longo do canal estuarino e da plataforma continental interna adjacente. As amostras sedimentares passaram pelo processo de secagem, desagregação, quarteamento e peneiramento. Alíquotas com aproximadamente 20 g da fração < 0,177 mm foram digeridas em solução formada pelos ácidos clorídrico e nítrico (água régia) e analisadas para determinação da concentração de 53 elementos químicos (Ag, Al, As, Au, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, Ga, Ge, Hf, Hg, In, K, La, Li, Lu, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, P, Pb, Rb, Re, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, Ta, Tb, Te, Th, Ti, Tl, U, V, W, Y, Yb, Zn e Zr) por ICP-OES e ICP-MS. A determinação de carbono orgânico total (COT) e enxofre total (ST) utilizou espectroscopia de infravermelho. Análises estatísticas descritivas, testes para determinação da normalidade da distribuição e, posteriormente, técnicas estatísticas multivariadas foram empregadas para identificar associações multielementares, com o uso de pacotes estatísticos do software RStudio. Para o cálculo e a determinação de valores limiares (baseline) e de background geoquímico natural, foram utilizados métodos referenciados para sedimentos de fundo e testemunhos sedimentares datados. Índices geoquímicos (Igeo, CF, ER, CD, PLI, RI) foram calculados ainda para a avaliação da qualidade sedimentar. As informações geoespaciais foram processadas em ambiente SIG, com o uso de algoritmos no software QGIS, para gerar mapas de distribuição geoquímica. Os resultados de background natural obtidos por meio de testemunhos sedimentares foram determinados conforme o ambiente deposicional e, de forma geral, são relativamente superiores às concentrações observadas nos sedimentos de fundo atuais, obtidas por métodos estatísticos, confirmando o empobrecimento atual do sistema. A análise estratigráfica dos testemunhos aponta uma sucessão de fácies sedimentares características de planícies de maré associadas a manguezais, planícies de maré lamosas, ambientes de maré mista e barras arenosas, evidenciando variações nos ambientes deposicionais ao longo do registro litológico. A evolução temporal revela duas fases distintas: préantropogênica (> 100 anos BP) e moderna (< 100 anos BP), com empobrecimento geoquímico progressivo, possivelmente relacionado a mudanças na dinâmica sedimentar e aos processos de diagênese. Os resultados das amostras de sedimentos de fundo mostraram a existência de cinco agrupamentos geoquímicos distintos. A assinatura primária Co-Ni-Cr-V (correlações > 0,90) reflete herança de minerais resistatos e/ou oxihidróxidos de Fe procedentes do continente, e mostrou-se temporalmente estável (< 5% de variação). A associação dos elementos calcófilos Cu-Zn-Co possivelmente foi mais sensível às condições com menor pH e maior complexação orgânica oriunda da elevação do aporte de água continental, aumentando a mobilização de Zn (+51,9%) e Cu (+18,5%). Os elementos Fe-Mn mostram comportamento estável, com forte correlação (0,92) e variabilidade de concentração semelhante, indicando associação em óxidos, como (Fe,Mn)OOH, que precipitam sob condições ambientais similares. A associação e a distribuição espacial do grupo Pb-Sn-Ba sugerem origem na mistura de fontes sedimentares continentais e marinhas. Os elementos Cd-As-Mo, com menor correlação (< 0,7), apresentaram variações distintas no período chuvoso, em que possivelmente o aumento da oferta de matéria orgânica favorece a remoção de As3+ por redução e formação de sulfetos, enquanto Cd é mobilizado pela elevação do pH. A distribuição espacial das concentrações químicas seguiu a hidrodinâmica estuarina, com acúmulo em zonas de menor energia. Apesar de elevações moderadas nos índices ambientais em 2021 (CD, PLI, RI), os valores permaneceram dentro dos limites de qualidade. A análise do background e da assinatura geoquímica dos sedimentos do CESM demonstra que o grupo de EPT Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Sn, V, Zn e o Fe apresentam fatores de enriquecimento próximos a 1,0, enquanto As, Ba e Cd mostraram discreta elevação apenas em 2020. O resultado sugere empobrecimento ou estabilidade em relação aos níveis naturais. Essa condição diverge do padrão esperado para contaminação antropogênica, a qual tipicamente eleva as concentrações de EPT de forma acentuada, sobretudo os associados a atividades humanas presentes na bacia hidrográfica e no entorno do estuário. Isso indica que as mudanças no regime hidrológico local, e não a poluição, são os principais fatores que influenciam o equilíbrio geoquímico do CESM na escala de pesquisa realizada. Os resultados demonstraram assim que a área mantém qualidade ambiental próxima às condições naturais, com variações geoquímicas controladas principalmente por processos de transporte e deposição sedimentar. A metodologia desenvolvida, integrando análise temporal multielementar com o estabelecimento de background por meio de testemunhos datados, constituiu embasamento robusto para a caracterização geoquímica deste grande complexo estuarino tropical, bem como para a distinção entre variações naturais e antropogênicas.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.citationLEITE, Alessandro Sabá. Mapeamento geoquímico multielementar e valores de referência ambiental em um estuário tropical de macromaré: complexo estuarino São Marcos, Brasil. Orientador: Marcondes Lima da Costa; Coorientador: Padro Walfir Martins e Souza Filho. 2025. xxiii, 235 f. Tese (Doutorado em Geoquímica e Petrologia) - Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímica, Instituto de Geociências, Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em: . Acesso em:.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17856
dc.languageporpt_BR
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Geociênciaspt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Geologia e Geoquímicapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.source.uriDisponível na internet via correio eletrônico: bibgeociencias@ufpa.br
dc.subjectGeoquímica estuarina
dc.subjectBackground geoquímico
dc.subjectMapeamento geoquímico
dc.subjectÍndices ambientais
dc.subjectTestemunhos sedimentares
dc.subjectMacromaré tropical
dc.subjectDinâmica sedimentar
dc.subjectEstuarine geochemistry
dc.subjectGeochemical background
dc.subjectGeochemical mapping
dc.subjectEnvironmental índices
dc.subjectSediment cores
dc.subjectTropical macrotide
dc.subjectSedimentary dynamics.
dc.subject.areadeconcentracaoGEOQUÍMICA E PETROLOGIA
dc.subject.cnpqCNPQ
dc.subject.linhadepesquisaMINERALOGIA E GEOQUÍMICA
dc.titleMapeamento geoquímico multielementar e valores de referência ambiental em um estuário tropical de macromaré: complexo estuarino São Marcos, Brasil
dc.typeTesept_BR

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