UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE … · fontes destes hidrocarbonetos nas amostras ambientais, os HPA estão sujeitos a vários processos geoquímicos que conduzem à alteração

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA

TESE DE DOUTORADO

HHIIDDRROOCCAARRBBOONNEETTOOSS PPOOLLIICCÍÍCCLLIICCOOSS AARROOMMÁÁTTIICCOOSS NNOO MMEEIIOO

AAMMBBIIEENNTTEE:: DDIIFFEERREENNCCIIAAÇÇÃÃOO DDEE FFOONNTTEESS EEMM SSEEDDIIMMEENNTTOOSS EE

MMEETTAABBÓÓLLIITTOOSS EEMM BBIILLEE DDEE PPEEIIXXEESS

Maria de Fátima Guadalupe Meniconi

Orientador: Prof. Dr. Valter José Fernandes Jr.

Natal-RN

Março de 2007

MARIA DE FÁTIMA GUADALUPE MENICONI

HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS NO MEIO AMBIENTE: DIFERENCIAÇÃO DE FONTES EM SEDIMENTOS E METABÓLITOS EM BILE DE PEIXES

BBAANNCCAA EEXXAAMMIINNAADDOORRAA

Prof. Dr. Valter José Fernandes Junior – UFRN (Presidente)

Prof. Dr. Luiz Augusto dos Santos Madureira – UFSC

Prof. Dr. Arthur de Lemos Scofield – PUC-RJ

Prof. Dr. Marcus Antônio de Freitas Melo – UFRN

Prof. Dr. Dulce Maria de Araújo Melo – UFRN

Prof. Dr. Antônio Souza de Araújo – UFRN

Tese submetida ao Programa

de Pós-Graduação em Química da

Universidade Federal do Rio Grande

do Norte, em cumprimento às

exigências para obtenção do título

de Doutor em Química.

Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / SISBI / Biblioteca Setorial

Especializada do Centro de Ciências Exatas e da Terra – CCET.

Meniconi, Maria de Fátima Guadalupe.

Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos no meio ambiente:

diferenciação de fontes em sedimentos e metabólitos em bile de

peixes / Maria de Fátima Guadalupe. – Natal, 2007.

213 f. : il.

Orientador: Valter José Fernandes Jr.

Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

Centro de Ciências Exatas e da Terra. Programa de Pós-Graduação

em Química.

1. Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos – Tese. 2. Fontes – Tese. 3. Razões diagnósticas –

Tese. 4. Análise de componentes principais – Tese. 5. Metabólitos – Tese. I. Fernandes Jr., Valter

José. II. Título.

“Casa França - Brasil

ou melhor: Bordeaux – Rio

ou na memória: Divinópolis – BH.

Não importa. O que importa é o amor

que atravessa tudo e está em tudo.

Nós, eu e você; nossos filhos adorados;

nossas famílias, apesar dos detalhes.

Mas, no resumo e extrato,

o que importa somos nós.

Chegamos lá. Temos uma comunhão rara.”

Luiz Cláudio De Marco Meniconi

Ao meu pai, Major Guadalupe,

pela presença constante em meu coração,

pelo exemplo de honestidade, firmeza e desprendimento.

Agradecimentos

Agradeço, primeiramente, a meu orientador, Valter, pela oportunidade,

confiança, e amizade. Sua garra, entusiasmo, discernimento e leveza são

qualidades que trarei para meu cotidiano como referência.

Agradeço, também pelo carinho e estímulo, à pessoa maravilhosa que é

Antônio Araújo. É um privilégio tê-lo por perto.

Sou grata a todos os colegas do Centro de Pesquisas da Petrobras (CENPES)

e particularmente ao Grupo de Química Ambiental. Especialmente agradeço à

Heloísa, Rui, Politano, Cristina Bentz, Rosana, Mauro, Leonardo, Denis, Eleine,

Leandro, André, Sirayama, Sanseverino, Maurício, Teresinha, Mônica

Aparecida, Flávia, Gilson, Paulo César e Lima, que colaboraram em diversas

fases deste trabalho.

Ao pessoal da Reprografia do CENPES, agradeço pelo sempre excelente

trabalho, camaradagem e bom humor.

Agradeço também aos colegas do SOP, que viabilizaram a difícil tarefa de

envio de bile de peixe para a França.

Sou imensamente grata ao colega, amigo e extraordinário químico Scot,

referência para todos nós. Sua alegria é contagiante. Suas discussões, uma

aprendizagem constante.

Agradecimento especial a Carlos Massone por acompanhar de perto o

desenvolvimento deste trabalho, pelas discussões técnicas sempre coerentes,

por sua amizade, prontidão e pela ajuda em minhas eternas “lutas contra os

moinhos” de softwares e computadores.

Agradeço a Eulália, primeiramente, pelo companheirismo: ter assumido a

coordenação do grupo, tornando possível minha dedicação ao trabalho de tese.

Isto foi fundamental. Sou grata também por sua cuidadosa revisão do

manuscrito e por suas discussões tão pertinentes e calorosas.

À minha amiga Irene, agradeço pelo incentivo nesta empreitada e sempre. Sou

grata por seu suporte permanente, sua liderança e seus cuidados constantes.

Sua bondade e desprendimento são exemplos para todos nós.

Agradeço a Petrobras por ter viabilizado meu programa de pós-graduação, em

especial ao Gerente Pedro Penido Duarte Guimarães, concedendo os recursos

necessários para a realização deste trabalho.

Agradeço as pessoas com as quais convivi no Laboratório de Físico-

toxicoquímica de Sistemas Naturais da Universidade de Bordeaux e que

contribuíram para este trabalho. Especialmente à Hélèn Budzinski e Marie le

Dû, pela oportunidade e aprendizagem que tive com elas. Agradeço ainda a

Sylvie Augagneur por me ajudar a sobreviver à burocracia francesa.

Ainda em Bordeaux, agradeço a convivência maravilhosa com Jean Claude,

Annie e Marta ao longo de ricos três meses onde, longe da família e de casa,

experimentei nova e duradoura amizade.

A minha irmã de direito, de sangue e de sonhos, Maria Neusa, minha

referência sempre, sou grata pela força, admiração e amor incondicional.

E por fim agradeço aos amados Ana Luiza, Amadeu e Lu, meus filhos e

marido, pelo incentivo em atravessar fronteiras, por perdoarem minhas

ausências constantes e pela paciência diante dos protagonistas de nossas

vidas nestes últimos quatro anos: os HPA e a Baía de Guanabara!

i

Sumário

Pág.Sumário iResumo iiiAbstract vLista de Figuras vii Lista de Tabelas xii CAPÍTULO 1 Introdução e Objetivos 11.1. Introdução 2 1.2. Objetivos 4 1.2.1.Objetivo Geral 4 1.2.2. Objetivos Específicos 4

CAPÍTULO 2 Aspectos Teóricos e Revisão da Litetratura 62.1. Introdução 7 2.2. Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos 9 2.3. Comportamento dos HPA no Ambiente Marinho e seus Metabólitos 12 2.3.1. Propriedades físico-químicas dos HPA 12 2.3.2. Ciclos Geoquímico e Biológico dos HPA no Meio Ambiente 15 2.3.3. Biotransformação dos HPA (Metabólitos) e sua Toxicidade 24 2.3.4. Critérios de Qualidade Ambiental: Valores Orientadores de HPA 28 2.4. Principais Fontes de HPA no Ambiente Marinho 33 2.4.1. Fontes Antropogênicas 33 2.4.2. Fontes Naturais 44 2.5. Diferenciação de Fontes de HPA em Amostras Ambientais 47 2.5.1. Razões Diagnósticas de HPA 48 2.5.2. Análise de Componente Principal (ACP) 54 CAPÍTULO 3 Área de Estudo 553.1. Características Regionais da Baía de Guanabara e sua Poluição Antropogênica Crônica

56

3.2. Derrame de Óleo Combustível na Baía de Guanabara – Janeiro de 2000 62

CAPÍTULO 4 Materiais e Métodos 654.1. Diferenciação de Fontes de HPA em Sedimentos da Baía de Guanabara 66 4.1.1. Estratégia Amostral 67 4.1.2. Determinação dos HPA em Sedimentos 71 4.1.2.1. Extração da Amostra 72 4.1.2.2. Fracionamento do Extrato 73 4.1.2.3. Análise de HPA por CG-EM 73 4.1.3. Técnicas de Identificação de Fontes de HPA 75 4.1.3.1. Razões Diagnósticas 75 4.1.3.2. Análise de Componentes Principais (ACP) 77 4.2. Metabólitos de HPA em Bile de Peixes da Baía de Guanabara 78

ii

4.2.1. Estratégia Amostral 79 4.2.2. Coleta de Bile de Peixe 82 4.2.3. Determinação dos Metabólitos Biliares de HPA 84 4.2.3.1. Preparo da Amostra 85 4.1.3.2. Análise de Metabólitos de HPA por CG-EM 86 CAPÍTULO 5 Resultados e Discussão 885.1. Quantificação e Distribuição dos HPA em sedimentos da Baía de Guanabara 89 5.2. Diferenciação de Fontes de HPA na Baía de Guanabara 98 5.2.1. Razões Diagnósticas 98 5.2.2. Análise de Componentes Principais (ACP) 113 5.3. Metabólitos de HPA em Bile de Peixes da Baía de Guanabara 118 5.3.1. Análise Descritiva dos Teores de Metabólitos de HPA 123 5.3.2. Avaliação Estatística dos Teores de Metabólitos de HPA 133

CAPÍTULO 6 Conclusões 141

CAPÍTULO 7 Recomendações 147

CAPÍTULO 8 Referências Bibliográficas 150 ANEXOS 171

Anexo A Lista de HPA analisados por CG-EM em sedimento da Baía de Guanabara

172

Anexo B Lista das coordenadas geográficas das estações de sedimento na Baía de Guanabara

173

Anexo C Lista de metabólitos de HPA analisados em bile de peixes 174

Anexo D Concentração de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara, campanhas 2000 e 2003 e nos óleos estudados

175

Anexo E Análises paramétrica e não paramétrica dos teores de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara entre as campanhas 2000 e 2003

180

Anexo F Distribuição de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara para as campanhas 2000 e 2003 - concentrações individuais

183

Anexo G Valores das razões diagnósticas de HPA para as amostras de sedimentos da Baía de Guanabara coletadas nas campanhas 2000 e 2003 e para os óleos e derivados estudados

190

Anexo H Dados processados de HPA para análise de ACP das amostras de sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas de 2000 e 2003

191

iii

Resumo

Inúmeros estudos da qualidade de ecossistemas naturais em relação a

contaminação de hidrocarbonetos policíciclos aromáticos (HPA) têm sido

desenvolvidos continuadamente face a sua presença ubíquoa em todo o planeta e

ao seu potencial tóxico após a biotransformação. A introdução dos HPA no meio

ambiente pode ocorrer através de processos naturais e antropogênicos, através

de despejos e/ou drenagens e deposição atmosférica indireta. Fontes naturais de

HPA incluem queimadas naturais, exsudações de óleo e processos biogênicos

recentes. Fontes antropogênicas de HPA, advindas de eventos crônicos ou

agudos, são a combustão incompleta de óleo combustível automotivo e industrial,

a queima intencional de madeira e plantações, os despejos domésticos e

industriais, as drenagens pluviais urbanas, os efluentes da indústria petrolífera, os

derrames acidentais de óleo e derivados. Além da coexistência de múltiplas

fontes destes hidrocarbonetos nas amostras ambientais, os HPA estão sujeitos a

vários processos geoquímicos que conduzem à alteração de sua composição

química ao longo do tempo, tornando a identificação das fontes contaminantes, se

petrogênica, pirolítica ou natural, um verdadeiro desafio. Desta forma, um dos

objetivos deste estudo foi estabelecer ferramentas que possibilitem a

determinação das fontes de hidrocarbonetos no meio ambiente. Foram utilizadas

razões diagnósticas e análise de componentes principais de HPA, tendo sido

quantificados 38 compostos, incluindo os HPA parentais e alquilados, em 21

amostras de sedimento da Baía de Guanabara, coletadas nos anos de 2000 e

2003. A Baía de Guanabara é um ecossistema estuarino com elevada influência

antropogênica, que recebe poluição crônica da região metropolitana do Rio de

Janeiro e que foi cenário de um derrame de óleo em janeiro de 2000. As

concentrações de HPA nos sedimentos estudados apresentaram-se na faixa de

400 a 58439 ng g-1. Ambas as técnicas de diferenciação de fontes de HPA

testadas, razões diagnósticas e análise de componentes principais,

demonstraram sua aplicabilidade, permitindo a diferenciação das fontes de HPA

para a maioria dos sedimentos da baía, que foram divididos em dois grandes

grupos: sedimentos com padrões de introdução de hidrocarbonetos

iv

predominantemente petrogênicos e sedimentos com características de

combustão. Apenas uma minoria de amostras não apresentou com nitidez a

natureza de sua contaminação. As razões que apresentaram maior capacidade

em diferenciar as fontes de HPA foram Fluoranteno / (Fluoranteno + Pireno),

(Fenantreno + Antraceno) / (Fenantreno + Antraceno + C1Fenantreno) e o índice

pirolítico, (HPA parentais de 3-6 anéis) / (5 séries de HPA alquilados). Na

avaliação temporal realizada neste estudo não foram verificadas variações

significativas na natureza das fontes contaminantes predominantes na baía,

revelando que os hidrocarbonetos presentes estão correlacionados

principalmente com os aportes crônicos e não diretamente com eventos agudos

como o derrame de óleo ocorrido em janeiro de 2000. Este estudo teve como

segundo objetivo a avaliação preliminar do nível de exposição a que os

organismos aquáticos da Baía de Guanabara estão submetidos, através da

quantificação de 12 metabólitos individuais de HPA presentes em bile de peixe de

quatro espécies demersais representativas de três famílias diferentes. Os

metabólitos analisados foram 1-hidroxinaftaleno, 1-hidroxifenantreno, 9-

hidroxifenantreno, 2-hidroxinaftaleno, 2-hidroxifenantreno, 1-hidroxipireno, 3-

hidroxibifenila, 3-hidroxifenantreno, 1-hidroxicriseno, 9-hidroxifluoreno, 4-

hidroxifenantreno, 3-hidroxibenzo(a)pireno. As concentrações encontradas nas

espécies de peixes analisadas mostraram-se elevadas, na faixa de 13 a 177 g g-

1, porém similares às encontradas em algumas regiões de grande influência

antropogênica, tanto no Brasil quanto no exterior. Além dos metabólitos

estabelecidos pela metodologia utilizada, foi possível quantificar três compostos,

ainda não reportados na literatura, em concentrações relevantes. Estes

metabólitos, relacionados a contribuição pirolítica de HPA aos organismos

aquáticos da Baía de Guanabara, são isômeros de 1-hidroxipireno e de 3-

hidroxibenzo(a)pireno.

Palavras–chaves: Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos; fontes; razões

diagnósticas; análise de componentes principais; pirogênico; combustão,

petrogênico; petróleo, metabólitos; bile; peixe; sedimento.

v

Abstract

Many studies on environmental ecosystems quality related to polycyclic aromatic

hydrocarbons (PAH) have been carried out routinely due to their ubiquotus

presence worldwide and to their potential toxicity after its biotransformation. PAH

may be introduced into the environmet by natural and anthropogenic processes

from direct runoff and discharges and indirect atmospheric deposition. Sources of

naturally occurring PAHs include natural fires, natural oil seepage and recent

biological or diagenetic processes. Anthropogenic sources of PAHs, acute or

chronic, are combustion of organic matter (petroleum, coal, wood), waste and

releases/spills of petroleum and derivatives (river runoff, sewage outfalls, maritime

transport, pipelines). Besides the co-existence of multiples sources of PAH in the

environmental samples, these compounds are subject to many processes that

lead to geochemical fates (physical-chemical transformation, biodegradation and

photo-oxidation), which leads to an alteration of their composition. All these facts

make the identification of the hydrocarbons sources, if petrogenic, pyrolytic or

natural, a challenge. One of the objectives of this study is to establish tools to

identify the origin of hydrocarbons in environmental samples. PAH diagnostic

ratios and PAH principal component analysis were tested on a critical area:

Guanabara Bay sediments. Guanabara Bay is located in a complex urban area of

Rio de Janeiro with a high anthropogenic influence, being an endpoint of chronic

pollution from the Greater Rio and it was the scenario of an acute event of oil

release in January 2000. It were quantified 38 compounds, parental and alkylated

PAH, in 21 sediment samples collected in two surveys: 2000 and 2003. The PAH

levels varied from 400 to 58439 ng g-1. Both tested techniques for origin

identification of hydrocarbons have shown their applicability, being able to

discriminate the PAH sources for the majority of the samples analysed. The bay

sediments were separated into two big clusters: sediments with a clear pattern of

petrogenic introduction of hydrocarbons (from intertidal area) and sediments with

combustion characteristics (from subtidal region). Only a minority of the samples

could not display a clear contribution of petrogenic or pyrolytic input. The

vi

diagnostic ratios that have exhibited high ability to distinguish combustion- and

petroleum-derived PAH inputs for Guanabara Bay sediments were

Phenanthrene+Anthracene/ (Phenanthrene+Anthracene+C1Phenanthrene);

Fluorantene/(Fluorantene+Pyrene); (other 3-6 ring PAHs)/ (5 alkylated PAH

series). The PCA results prooved to be a useful tool for PAH source identification

in the environment, corroborating the diagnostic indexes. In relation to the

temporal evaluation carried out in this study, it was not verified significant changes

on the class of predominant source of the samples. This result indicates that the

hydrocarbons present in the Guanabara Bay sediments are mainly related to the

long-term anthropogenic input and not directly related to acute events such as the

oil spill of January 2000. This findings were similar to various international

estuarine sites. Finally, this work had a complementary objective of evaluating the

level of hydrocarbons exposure of the aquatic organisms of Guanabara Bay. It

was a preliminary study in which a quantification of 12 individual biliar metabolites

of PAH was performed in four demersal fish representing three different families.

The analysed metabolites were 1-hydroxynaphtalene, 2-hidroxinaphtalene, 1-

hydroxyphenanthrene, 9-hydroxyphenanthrene, 2- hydroxyphenanthrene, 1-

hydroxypyrene, 3-hidroxibiphenil, 3- hydroxyphenanthrene, 1-hydroxychrysene, 9-

hydroxyfluorene, 4- hydroxyphenanthrene, 3-hydroxybenz(a)pyrene. The

metabolites concentrations were found to be high, ranging from 13 to 177 g g-1,

however they were similar to worldwide regions under high anthropogenic input.

Besides the metabolites established by the used protocol, it was possible to

verified high concentrations of three other compounds not yet reported in the

literature. They were related to pyrolytic PAH contribution to Guanabara Bay

aquatic biota: 1-hydroxypyrine and 3-hydroxybenz(a)pyrine isomers.

Keywords: Polycyclic aromatic hydrocarbons; sources; ratios; principal

component analysis; pyrolytic; combustion, petrogenic; petroleum, metabolites;

bile; fish; sediment.

vii

Lista de Figuras

Capítulo 2 - Aspectos Teóricos e Revisão da Litetratura

Figura 2.1. Estruturas e nomenclatura dos HPA parentais prioritários da EPA

10

Figura 2.2. Estruturas e nomenclatura de HPA parentais e alquilados mais frequentemente investigados na literatura

11

Figura 2.3. Esquema de origem, transporte e transformação dos HPA no meio ambiente

16

Figura 2.4. Variação da distribuição dos HPA em amostra de sedimento de Prince William Sound, Alaska, após acidente do navio

Exxon Valdez face ao intemperismo

18

Figura 2.5. Evolução da razão C2 Criseno/C2 Fenantreno para amostras do óleo derramado do navio tanque Exxon Valdez no Alasca ao

19

Figura 2.6. Processo de transformação dos HPA em organismos aquáticos

22

Figura 2.7. Esquema da ativação metabólica de HPA através de oxidação por reação enzimática

25

Figura 2.8. Estruturas e nomenclaturas de metabólitos livres (A) e conjugados (B) de HPA

26

Figura 2.9. Processo de formação de petróleo e seu armazenamento 34

Figura 2.10. Perfis de distribuição de alguns HPA demonstrando as diferenças entre fontes petrogênicas e pirolíticas em função da

abundância relativa dos HPA parentais e seus respectivos alquilados

36

Figura 2.11. Estatística de derrames de óleo segundo ITOPF 38

Figura 2.12. Processos de alteração de um óleo após contato com o meio ambiente

43

Figura 2.13. Escala de tempo dos diversos processos de intemperismo de óleo no meio ambiente

43

Figura 2.14. Representação de uma exsudação de óleo na superfície do oceano

46

Figura 2.15. Exsudações na superfície do oceano (a) formas circulares (b) formas alongadas

46

Figura 2.16. Habilidade de discriminação de razões diagnóstica com base em isômeros parentais através de estabilidade termodinâmica

52

Capítulo 3 - Área de Estudo

Figura 3.1. Bacia de Drenagem da Baía de Guanabara 56

viii

Figura 3.2. Características socio-fisico-econômica da Baía de Guanabara 57

Figura 3.3. Evolução da mancha de óleo após acidente de janeiro/2000 na Baía de Guanabara

63

Capítulo 4 - Materiais e Métodos

Figura 4.1. Fluxograma do procedimento experimental e analítico do estudo de diferenciação de fontes de HPA em sedimentos da

Baía de Guanabara

67

Figura 4.2. Posição geográfica das 21 estações de sedimento na Baía de Guanabara analisadas em 2000 e 2003

68

Figura 4.3. Coleta de amostras de sedimento da baía de Guanabara com testemunhadores e dragas e sub-amostragem da camada superior do sedimento

70

Figura 4.4 Lista dos 38 HPA analisados neste estudo: 16 prioritários EPA, os homólogos alquilados e outros

71

Figura 4.5. Fluxograma das etapas analíticas envolvidas na determinação de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara

72

Figura 4.6. Cromatograma de massas dos HPA parentais de uma mistura padrão

74

Figura 4.7. Fluxograma das etapas do estudo de metabólitos de HPA em bile de peixes da Baía de Guanabara

78

Figura 4.8. Imagens das espécies de peixes estudadas na Baía de Guanabara

80

Figura 4.9. Local geográfico das estações de coleta de peixes por arrasto na Baía de Guanabara para a análise de metabólitos biliares

de PAH

81

Figura 4.10. Ilustração do procedimento de extração da visícula biliar de peixes da Baia de Guanabara

82

Figura 4.11 Fluxograma das etapas analíticas envolvidas na determinação de metabólitos de HPA em bile de peixes

84

Figura 4.12. Cromatograma de massas dos metabólitos de HPA de uma mistura padrão após derivatização

87

Capítulo 5 - Resultados e Discussão

Figura 5.1. Predomínio de HPA alquilados em amostras de intermaré para a campanha de 2000 em relação à de 2003 na Baía de

Guanabara

94

Figura 5.2. Predomínio de HPA de quatro e cinco anéis para as amostras do infralitoral para as campanhas de 2000 e 2003 dentro da área de influência da mancha de óleo de janeiro de 2000

95

ix

Figura 5.3. Predomínio de HPA de quatro e cinco anéis para as amostras do infralitoral para as campanhas de 2000 e 2003 fora da área de influência da mancha de óleo de janeiro de 2000

96

Figura 5.4. Distribuição dos HPA por número de anéis para os sedimentos da Baía de Guanabara – campanha 2000

97

Figura 5.5. Distribuição dos HPA por número de anéis para os sedimentos da Baía de Guanabara – campanha 2003

97

Figura 5.6. Diagrama cruzado de Fenantreno/Antraceno versus Fluoranteno/Pireno para sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas 2000 e 2003 e MF 380, óleo árabe (AL), óleo

leve (Ar) e óleo diesel (DM)

100

Figura 5.7. Diagrama cruzado de Antraceno/Antraceno+Fenantreno versusFluoranteno /(Fluoranteno+Pireno) para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas 2000 e 2003 e MF 380, óleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM)

101

Figura 5.8. Diagrama cruzado de Indeno 1,2,3-(CD)Pireno/Indeno 1,2,3-(cd)Pireno+ Benzo(ghi)Perileno versus Fluoranteno/(fluoranteno + pireno) para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas 2000 e 2003 e MF 380, óleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM)

102

Figura 5.9. Diagrama cruzado de Fluoranteno/(Fluoranteno+Pireno) versus Fenantreno+Antraceno/(Fenantreno+Antraceno+C1Fenantreno) para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas de 2000 e 2003 e MF 380, Petróleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM).

103

Figura 5.10. Diagrama das razões [ (HPA parentais de 3-6 anéis)/ (5 séries de HPA alquilados)]. versus Fenantreno/Antraceno para sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas de 2000 e de 2003 e e MF 380, Petróleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM).

107

Figura 5.11. Diagrama das razões [ (HPA parentais de 3-6 anéis)/ (5 séries de HPA alquilados)]. Versus Fluoranteno/(Fluoranteno+Pireno) para sedimentos da Baía de

Guanabara das campanhas de 2000 e de 2003 e e MF 380, Petróleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM)

108

Figura 5.12. Abundância relativa de perileno para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas de 2000 e de 2003

109

Figura 5.13. Diagrama cruzado de C3BDT/C3Fe versus C2BDT/C2Fe para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas 2000 e 2003 e MF 380, Petróleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo

diesel (DM)

110

Figura 5.14. Razão C2Criseno/C2Fenantreno para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas 2000 e 2003

111

Figura 5.15. Classificação das fontes de HPA para os sedimentos da Baía de Guanabara considerando as campanhas 2000 e 2003

112

x

Figura 5.16. Projeções de ACP de variáveis de HPA e amostras de sedimento de campanha de 2000 e MF 380, óleo leve (Ar),

óleo árabe (AL) e óleo diesel (DM)

113

Figura 5.17. Projeções de ACP de variáveis de HPA e as amostras de sedimentos de campanha de 2003 e e MF 380, óleo leve (Ar),

óleo árabe (AL) e óleo diesel (DM)

114

Figura 5.18. Cromatograma de massas dos metabólitos de HPA depois da derivatização para a amostra de bile da Cyclichthys spinosus coletada no fundo da Baía de Guanabara, em março/2006

118

Figura 5.19. Somatório das concentrações ( g g-1) de metabólitos de HPA ( 12 OH-HPA) para a espécie Genidens genidens coletada

no fundo da Baía de Guanabara em fevereiro, março e abril

119

Figura 5.20. Somatório das concentrações ( g g-1) de metabólitos de HPA ( 12 OH-HPA) para a espécie Micropogonias furnieri coletada no fundo e na entrada da Baía de Guanabara

120

Figura 5.21. Somatório das concentrações ( g g-1) de metabólitos de HPA ( 12 OH-HPA) para a espécie Cyclichthys spinosus

amostrada no fundo e na entrada da Baía de Guanabara

120

Figura 5.22. Gráfico de barras descritivo das concentrações de metabólitos de HPA em bile de Genidens genidens na área interna da Baía de Guanabara (Área 1) coletadas em fevereiro, março e

abril de 2006

124

Figura 5.23. Gráfico de barras descritivo das concentrações de metabólitos de HPA para a espécie de peixe Micropogonias furnieri

coletada na área interna e entrada da Baía de Guanabara.

125

Figura 5.24. Gráfico de barras descritivo das concentrações de metabólitos de HPA para a espécie de peixe Cyclichthys spinosus

coletada na área interna e entrada da Baía de Guanabara

126

Figura 5.25. Gráfico de barras descritivo das concentrações de metabólitos de HPA para as espécies Cyclichthys spinosus, Genidens

genidens e Micropogonias furnieri na área interna da Baía de Guanabara

126

Figura 5.26. Gráfico de barras descritivo para as espécies Cyclichthys spinosus e Micropogonias furnieri na entrada da Baía de

Guanabara

127

Figura 5.27. Cromatograma de massas para íon m/z 290 para uma amostra padrão (GBTEST05) e amostras de bile da espécie

Cyclichthys spinosus da Baía de Guanabara.

129

Figura 5.28. Estruturas de possíveis isômeros do 1-hidroxipireno (m/z 290).

129

xi

Figura 5.29. Cromatograma de massas para íon m/z 290 para uma amostra padrão (linha preta) e amostras de bile das espécies

Micropogonis furnieri e Genidiens genidens. da Baía de Guanabara (linhas coloridas)

130

Figura 5.30. Cromatograma de massas para íon m/z 340 para uma amostra padrão (linha preta) e amostras de bile de peixe da espécie

Cyclichthys spinosus da Baía de Guanabara (linhas coloridas)

131

Figura 5.31. Estruturas de possíveis isômeros do 3-hidroxibenzo(a)pireno (m/z 340)

131

Figura 5.32. Gráfico de barras descritivo para as espécies Cyclichthys spinosus, Genidens genidens e Micropogonias Furnieri na

área interna da Baía de Guanabara, considerando os 12 metabólitos e 3 isômeros (m/z 290 A e B e m/z 340)

132

xii

Lista de Tabelas

Capítulo 2 - Aspectos Teóricos e Revisão da Litetratura

Tabela 2.1. Propriedades físico-químicas dos HPA prioritários e distribuição de anéis segundo Mackay et al (1992).

14

Tabela 2.2. Classificação dos HPA de acordo com seu potencial Carcinogênico.

27

Tabela 2.3. Valores orientadores de concentrações de HPA em sedimentos (marinhos e de água doce) e na coluna d’água

(água doce e marinha) nos EUA (NOAA Squirts)

30

Tabela 2.4. Valores orientadores de concentrações de HPA em sedimentos (marinhos e de água doce), solo e na coluna d’água (água doce) no Canadá (Canadian Environmental

Quality Guidelines)

31

Tabela 2.5. Padrões de qualidade para HPA das águas do Brasil (CONAMA 357, março de 2005, artigo 14)

32

Tabela 2.6. Valores orientadores de concentrações de HPA em água subterrânea e solos da Cetesb

32

Tabela 2.7. Lista dos maiores acidentes com derrame de óleo nos últimos 30 anos

39

Tabela 2.8. Valores característicos das razões moleculares para identificação de fontes de HPA

49

Tabela 2.9. Habilidade de discriminação de aportes petrogênicos e pirolíticos em relação às relativas estabilidades

termodinâmicas de alguns isômeros

52

Capítulo 4 - Materiais e Métodos

Tabela 4.1. Amostras de bile de peixe para análise de metabólitos de HPA 83

Tabela 4.2. Principais íons (m/z) característicos dos espectros de massas obtidos por CG-EM com e sem derivatização

87

Capítulo 5 - Resultados e Discussão

Tabela 5.1. Resumo dos resultados de HPA (ng g-1 peso seco) de amostras de sedimento de Baía de Guanabara para a

campanha 2000

90

Tabela 5.2. Resumo dos resultados de HPA (ng g-1 peso seco) de amostras de sedimento de Baía de Guanabara para a

campanha 2003

90

xiii

Tabela 5.3. Comparação dos teores de HPA (ng g-1 peso seco) deste estudo com dados de literatura para sedimentos de inúmeros locais costeiros no mundo

93

Tabela 5.4. Razões diagnósticas utilizadas para os sedimentos da Baía de Guanabara e suas faixas limítrofes de identificação de fontes

98

Tabela 5.5. Concentrações médias de 12 metabólitos biliares de HPA( g g-1 bile) de peixes da Baía de Guanabara

119

Tabela 5.6. Concentração de metabólitos totais em bile de peixes (ng g-1

de bile) em regiões costeiras nacionais e internacionais 122

Tabela 5.7. Tempos de retenção e íons de quantificação dos metabólitos de HPA analisados nas condições descritas no protocolo

128

Tabela 5.8. Concentrações dos metabólitos biliares de HPA ( g g-1 bile) de peixes da Baía de Guanabara considerando os 12 compostos

e 3 isômeros

132

Tabela 5.9. Banco de dados de concentrações de metabólitos biliares de HPA de peixes da Baía de Guanabara ( g g-1 de bile)

134

Tabela 5.10. Ranks quanto ao fator Família 135

Tabela 5.11. Níveis descritivos amostrais (p-valor) para os metabólitos de HPA em relação ao Fator Família (Teste Kruskal-Wallis)

135

Tabela 5.12. Ranks quanto ao fator Tempo 136

Tabela 5.13. Níveis descritivos amostrais (p-valor) para os metabólitos de HPA em relação ao Fator Tempo (Teste Kruskal-Wallis)

136

Tabela 5.14. Ranks quanto ao fator Local 137

Tabela 5.15. Níveis descritivos amostrais (p-valor) para os metabólitos de HPA em relação ao Fator Local (Teste Kruskal-Wallis)

137

xiv

Lista de Abreviaturas

APA Área de Proteção Ambiental APC Análise de componentes principais BSTFA Bis(trimetilsilano)-trifluoracetamida CG-EM Cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas

CLAP-Fcromatografia líquida de alta performance com detector de fluorescência

CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente EPA Environmental Protection Agency Hf Calor de formação HPA Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos ITOPF International Tanker Owners Pollution Federation LDM Limite de detecção do método m metro MCNR Mistura complexa não resolvida mg Miligrama (10-3 g)

g Micrograma (10-3 g) L Microlitro (10-3 L) m Micrômetro (10-6 m)

mm Milímetro (10-3 m)m/z Íon de quantificação – razão massa sobre carga ng Nanograma (10-9 g) NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration

NOSCompostos contendo átomos de nitrogênio (N), oxigênio (O) e enxofre (S)

OH-HPA Metabólito de HPA p-valor Níveis descritivos amostrais SIM Single ion monitoring

Capítulo 1 - Introdução e Objetivos 1

Capítulo 1

Introdução e Objetivos


1. Introdução e Objetivos

1.1. Introdução

Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) são compostos ubíquos no

meio ambiente e advêm principalmente do uso do petróleo como uma das mais

importantes fontes de energia para a condução da vida contemporânea. Entretanto,

é preciso ressaltar que existem vários mecanismos diferentes pelos quais os

hidrocarbonetos podem ser introduzidos no meio ambiente.

Dentre as fontes antropogênicas de HPA pode-se citar os despejos

domésticos e industriais, as drenagens pluviais urbanas, os efluentes da indústria

petrolífera, os derrames acidentais de óleo e derivados, a combustão incompleta de

óleo combustível automotivo e industrial e a queima intencional de madeira e

plantações. As fontes naturais incluem as películas de plantas superiores, algas,

plânctons e exsudações naturais de petróleo no oceano.

Portanto, principalmente em centros urbanos e industriais, a contaminação

das amostras ambientais por estes agentes retratam, inevitavelmente, a coexistência

de múltiplas fontes de hidrocarbonetos face às diversas formas de introdução de

hidrocarbonetos no meio ambiente. Além disso, os hidrocarbonetos, quando

presentes no meio ambiente, estão sujeitos a processos físicos, químicos e

biológicos que alteram de sua composição química, tornando um grande desafio sua

identificação.

Diante deste cenário complexo, os estudos de caracterização de áreas

contaminadas por hidrocarbonetos demandam, portanto, a aplicação de uma

estratégia de avaliação na qual o uso de técnicas de identificação e diferenciação

das múltiplas fontes destes compostos no meio ambiente é requisito imprescindível.

A informação sobre a identidade dos hidrocarbonetos é importante, não apenas no

auxílio em processos jurídicos para determinação de responsabilidades criminais em


casos de derrames acidentais, quanto nos programas de gestão ambiental de áreas

afetadas direta ou indiretamente pela presença do contaminante.

Adicionalmente, os estudos ambientais de áreas contaminadas por

hidrocarbonetos requerem, além da detecção dos níveis de hidrocarbonetos no meio

ambiente (sedimento e água) e de suas fontes, avaliações integradas dos

ecossistemas, fornecendo dados da biodisponibilidade dos contaminates aos

organismos aquáticos. Estes estudos procuram estabelecer a conexão entre as

concentrações dos hidrocarbonetos no meio ambiente e nos tecidos e fluídos dos

organismos.

Uma das formas de avaliação da biodisponibilidade de contaminates se dá

por meio de análise de metabólitos de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos em

fluídos biológicos de organismos aquáticos. Tal análise fornece subsídios para a

avaliação do nível de exposição a que os organismos foram submetidos,

subsidiando estudos integrados do ecossistema. Um dos indicadores utilizados é o

nível de metabólitos de HPA em bile de peixe.

O presente trabalho sumariza os resultados obtidos através da aplicação de

ferramentas que possibilitam a determinação da origem dos hidrocarbonetos em um

cenário crítico, a Baía de Guanabara, situada no Estado do Rio de Janeiro. Trata-se

de um ecossistema estuarino tropical altamente urbanizado e industrializado, que

recebe uma poluição crônica da região metropolitana do Rio de Janeiro e

municipalidades vizinhas e que foi cenário de um derramamento acidental de óleo

em 2000. As técnicas de diferenciação de fontes testadas foram as razões

diagnósticas de HPA e a análise de multivariáveis de HPA em amostras de

sedimento coletadas na baía. A tese ainda contempla a avaliação do nível de

exposição de organismos aquáticos através da análise de metabólitos individuais de

HPA em bile de peixes, capturados na Baía de Guanabara.


1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo Geral

Este trabalho teve como objetivo principal aplicar técnicas para identificação

e diferenciação de fontes de hidrocarbonetos em amostras de sedimento da Baía

de Guanabara, utilizando razões diagnósticas de HPA e análises estatísticas

multivariadas. O segundo objetivo foi avaliar, de forma preliminar, os metabólitos de

HPA em bile de peixes demersais coletados na Baía de Guanabara para verificar o

nível de exposição destes organismos a hidrocarbonetos.

1.2.2. Objetivos Específicos

Os objetivos específicos do presente trabalho foram:

Determinar as concentrações dos HPA parentais, seus isômeros e séries

homólogas em amostras de sedimento da Baía de Guanabara;

Comparar as concentrações de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara

com de outras áreas estuarinas no mundo e com valores de referência

estabelecidos no Brasil e em outros países;

Verificar a eficiência da aplicação das razões diagnósticas para diferenciação

das fontes de hidrocarbonetos em um ambiente com elevada influência

antropogênica, neste caso os sedimentos da BG;

Avaliar o potencial da técnica de análise de componentes principais (ACP)

como ferramenta para discriminação fontes de hidrocarbonetos em

sedimentos da Baía de Guanabara;

Verificar variabilidade temporal das fontes de hidrocarbonetos identificadas no

ecossistema estudado;

Aplicar técnica metodológica de vanguarda, através de cromatografia gasosa

acoplada a espectrometria de massas (CG-EM), para análise de metabólitos

biliares individuais de HPA em peixes da Baía de Guanabara;


Determinar, preliminarmente, as concentrações de metabólitos biliares de

HPA em alguns peixes demersais na Baía de Guanabara;

Comparar os níveis de metabólitos das espécies de peixes estudadas a HPA

em duas macro-regiões da Baía de Guanabara (entrada e fundo);

Comparar as concentrações de metabólitos biliares de HPA em peixes da

Baía de Guanabara com outras áreas do mundo;

Avaliar a distribuição dos metabólitos biliares individuais de HPA em peixes

demersais da região estudada, identificando os compostos de maior

contribuição.

2. Aspectos Teóricos e Revisão da Literatura 6

-

Capítulo 2

Aspectos Teóricos e Revisão da Literatura


-

2. Aspectos Teóricos e Revisão da Literatura

2.1. Introdução

Nos últimos anos, as companhias de petróleo têm vivenciado muitos desafios

diante de redirecionamentos de seus negócios não somente para o aumento da

prospecção e produção de petróleo em águas profundas, bem como para o alcance

da excelência em gestão ambiental e segurança operacional, visando minimizar

riscos ambientais e contribuir para o desenvolvimento sustentável e para

responsabilidade social.

A maior empresa de energia do país, a Petrobras, é responsável por quase a

totalidade da prospecção, produção, refino e transporte de petróleo em território

nacional (www.petrobras.com.br). Dentro da gestão ambiental, vários procedimentos

para ajuste ambiental entre a empresa e os órgãos ambientais têm sido realizados,

visando a regularização completa do licenciamento de operação das unidades de

negócio da Petrobras. Inserido no Plano de Contingência da Companhia, destaca-se

o programa de contenção, caracterização e monitoramento de ecossistemas

afetados por suas atividades.

Muitos estudos de caracterização e monitoramento de ecossistemas da área

de influência direta e indireta de diversas unidades das companhias de petróleo no

mundo têm sido desenvolvidos. Estes auxiliam na determinação do comportamento

do óleo ou efluente no meio ambiente e subsidiam a avaliação dos ecossistemas.

Os estudos para avaliar o comportamento de um derrame de óleo ou de

descarte rotineiro de efluente em corpos receptores demandam a caracterização

detalhada de hidrocarbonetos em amostras ambientais e sua correlação com as

diversas fontes de hidrocarbonetos conhecidas. Como se sabe, os hidrocarbonetos

presentes no meio ambiente em todo o planeta (geralmente em baixas

concentrações: partes por milhão ou partes por trilhão) advêm principalmente do uso

do petróleo como uma das mais importantes fontes de energia. Entretanto, é preciso

ressaltar que existem vários mecanismos diferentes pelos quais os hidrocarbonetos


-

podem ser introduzidos no meio ambiente, que não o derrame de óleo ou o efluente

da indústria petrolífera, que são: despejos domésticos e industriais, queima natural

ou intencional de madeira e plantações, drenagens pluviais urbanas, combustão

incompleta de óleo combustível e processos naturais que incluem transformações

diagenéticas de produtos naturais (ceras epicuticulares de plantas superiores, algas,

plânctons) e exsudações naturais.

Portanto, a caracterização dos hidrocarbonetos associada à sua correlação a

fontes conhecidas torna-se extremamente importante em amostras ambientais,

independente da dificuldade inerente a esta tarefa. O desafio recai não apenas na

complexidade das amostras, bem como nos efeitos de transformação sobre a

composição dos óleos derramados ou do efluente descartado no meio ambiente. A

identificação de uma fonte específica dos hidrocarbonetos é geralmente difícil, pois a

caracterização pode ser obscurecida pelos hidrocarbonetos provenientes de outras

fontes.

Por isto, torna-se imprescindível a utilização de ferramentas que possibilitem

a determinação das fontes de hidrocarbonetos. Dentre elas destacam-se as razões

diagnósticas dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA), também conhecidas

como índices composicionais dos HPA (Wang et al., 1999; Yunker et al., 2002) e a

análise de componentes principais de HPA (Yunker et al., 2000).

Os HPA, compostos com anéis aromáticos com ou sem ramificações

saturadas, configuram uma classe importante de compostos orgânicos presentes na

composição do petróleo, apesar de sua baixa concentração em relação aos outros

hidrocarbonetos constituintes do petróleo. Sua importância recai no fato de serem

compostos com menor suscetibilidade a degradação no meio ambiente, constituindo

então uma classe de marcadores geoquímicos ambientais extensamente utilizada

nos estudos científicos, permitindo sua aplicação em investigações forenses (Neff,

2002; Stout et al., 2002; Stout and Wang, 2007; Bence et al., 2007; Douglas et al.

2007; Meniconi and Barbanti, 2007).


-

2.2. Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos

Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) são uma extensa série de

compostos de ocorrência ubiquoa (Neff, 1979), isto é, estão presentes em todos os

ambientes terrestres e marinhos, constituindo uma importante classe de compostos

orgânicos extensamente investigados na literatura científica não apenas pela sua

abundância, mas também face ao seu potencial efeito tóxico aos organismos dos

ecossistemas naturais.

Os HPA são uma família de moléculas constituídas unicamente de carbono e

hidrogênio, com estrutura aromática de 2 ou mais anéis condensados, cada anel

com 5 ou 6 átomos de carbono (HPA parentais) e podem apresentar ramificações

constituídas de cadeias hidrocarbônicas alifáticas, sendo denominados HPA

alquilados.

Os HPA mais estudados na literatura recente são os compostos de 2 até 6

anéis aromáticos. Os compostos heterocíclicos contendo enxofre como os

benzotiofenos, dibenzotiofenos e suas séries alquiladas têm sido também

investigados face sua igualmente extensa ocorrência em amostras ambientais e

similaridade química e funcional aos HPA. Por conveniência, estes compostos serão

mencionados daqui para frente como simplesmente HPA.

A Figura 2.1 ilustra as fórmulas estruturais e a nomenclatura IUPAC

(International Union of Pure and Applied Chemistry) dos 16 HPA parentais

prioritários segundo a agência de proteção ambiental americana (USA-EPA:

Environmental Protection Agency) e a Figura 2.2 apresenta as estruturas e nomes

dos HPA mais frequentemente reportados na literatura, incluindo os 16 HPA

prioritários, os compostos alquilados, a série dos dibenzotiofenos, o benzo(e)pireno

e o perileno. Ainda na Figura 2.2 é apontada a região de “baía” do benzo(a)pireno

como exemplo da região côncava dos HPA. Esta região viabiliza reações

enzimáticas importantes de processos de biotransformação dos HPA, conferindo

uma forte capacidade de ligação destes compostos com o DNA. Os HPA

analisados neste estudo e suas abreviaturas estão listados no Anexo A.

2.A

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CH3

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2,6-Dimetilnaftaleno 1,3-Dimetilnaftaleno 1,7-Dimetilnaftaleno

CH3

CH3

CH3

CH3

2,3-DimetilnaftalenoAcenaftileno

1,5-Dimetilnaftaleno Acenafteno

CH3

CH3

CH3

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2,3,5-Trimetilnaftaleno

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Fluoreno 1,4,5-Trimetilnaftaleno 1,2,3,4-Tetrametilnaftaleno Dibenzotiofeno

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9-Metilfenantreno 2-Metilfenantreno 1-Metilfenantreno

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CH3

CH3

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CH3

CH33,6-Dimetilfenantreno Fluoranteno Pireno

CH3

CH3

CH3

2,3,5-Trimetilfenantreno Benzo(a)antraceno

Criseno Benzo(b)fluoranteno Benzo(k)fluoranteno Benzo(e)pireno Benzo(a)pireno

Perileno Indeno[1,2,3-c,d]pireno Dibenzo(a,h)antraceno Benzo(g,h,i)perileno

Figura 2.2. Estruturas e nomenclatura de HPA parentais e alquilados mais frequentemente investigados na literatura e região de “baía” do benzo(a)pireno (Fonte: adaptado de Silva, 2005).

Regiãode baía


-

2.3 Comportamento dos HPA no Ambiente Marinho e seus Metabólitos

2.3.1. Propriedades físico-químicas dos HPA

Algumas propriedades físico-químicas de alguns HPA estão apresentadas na

Tabela 2.1. Estes compostos são inertes quimicamente e são encontrados na forma

sólida na temperatura ambiente, apresentando pontos de ebulição (218 a 496ºC) e

de fusão (80 a 262ºC) elevados. De um modo geral apresentam volatilidade

relativamente baixa face à baixa pressão de vapor, exceto os compostos de menor

massa molar (Mackey et al., 1992).

As propriedades físico-químicas dos HPA são importantes uma vez que vão

determinar a sua distribuição e comportamento dentro dos diferentes

compartimentos ambientais existentes: atmosfera, água, solo e sedimento e, por

conseguinte, auxiliar nos estudos de avaliação do comportamento e intemperismo

destes compostos no meio ambiente, isto é, da alteração dos mesmos como

conseqüência da combinação dos processos de evaporação, dissolução,

degradação biológica, foto-oxidação e sedimentação (Stout et al., 2002; Neff, 2002;

Stout and Wang, 2007).

Como pode ser observado na Tabela 2.1, a solubilidade dos HPA na água é

baixa (a solubilidade do naftaleno é 31 mg L-1) e diminui com o aumento de sua

massa molar (até 4 ordens de magnitude entre os compostos de 2 a 6 anéis).

Segundo McElroy e colaboradores (1989), a temperatura e a salinidade apresentam

também alguma influência sobre a solubilidade destes compostos, porém em menor

magnitude que a massa molar. Dados experimentais reportam aumento da

solubilidade de duas a cinco vezes para uma faixa de variação de temperatura entre

5 a 30°C, dependendo do composto. Em relação à salinidade, a variação entre 0 a

36%o pode reduzir a solubilidade dos HPA por um fator máximo de dois. Esta baixa

influência da salinidade na solubilidade dos HPA, determinada em laboratório, foi

confirmada com dados de campo obtidos em amostras de água do estuário Tamar,

na Inglaterra (Readman et al., 1982). Devido a sua solubilidade limitada na água e

natureza hidrofóbica (avaliada através do parâmetro Kow – coeficiente de partição

octanol-água), a concentração dos HPA dissolvidos na água (associados à matéria


-

orgânica dissolvida presente na água) é muito baixa. Devido a estas características,

os HPA tendem a se adsorver em material orgânico natural sólido disponível na

água (presente nas partículas ou colóides em suspensão) e subsequentemente,

depositados nos sedimentos de rios, lagos e águas marinhas (Gearing et al, 1980,

McElroy et al, 1989, Cerniglia and Heitkamp, 1989). A relevância dos sedimentos

como “depósitos’ de HPA tem sido amplamente documentada na literatura (Neff,

1979; Wakeham and Farrington, 1980c; Gschwend and Hites, 1981; Boehm and

Farrington, 1984, NRC, 1985; Sicre et al, 1987; Kennicutt II et al, 1994; Lipatou and

Albaigés, 1994, Page et al, 1995, Garrides et al, 1995, Budzinki et al, 1997; Yunker

et al, 2000), conferindo a este compartimento como o mais adequado para o estudo

de HPA.

2.A

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-

2.3.2 Ciclos Geoquímico e Biológico dos HPA no Meio Ambiente

Conforme já mencionado, os HPA são compostos ubíquos no ambiente e esta

característica pode ser explicada tanto pela multiplicidade de suas fontes quanto

pela sua estabilidade e transporte a longas distâncias, (Neff, 1979, MacDonald et al,

2000a e b, Yunker, 2002). Eles podem estar presentes nos compartimentos água,

sedimento e atmosfera. Na água, podem estar dissolvidos (associados à matéria

orgânica dissolvida) ou adsorvidos às partículas ou colóides em suspensão. No

sedimento, podem ser encontrados adsorvidos sobre as partículas ou dissolvidos na

água intersticial. Na atmosfera, os HPA podem estar na forma gasosa ou adsorvidos

sobre o material particulado atmosférico. Um esquema simplificado das diversas

origens e dos processos de transporte e transformação dos HPA no meio ambiente

encontra-se ilustrado na Figura 2.3.

O transporte dos HPA dentro do meio ambiente pode ocorrer de várias

formas. O transporte atmosférico é importante, pois permite percorrer longas

distâncias, podendo inclusive cruzar oceanos (Macdonald et al, 2000b , Simoneit,

2000). Do compartimento atmosférico, os HPA podem ser transferidos e depositados

para os ambientes continental e marinho. A transferência destes compostos do

ambiente continental para o marinho pode ocorrer, subsequentemente, através da

erosão dos solos seguido do transporte fluvial.

Ao longo de todo seu transporte, os HPA podem passar por transformações

através de mecanismos físicos, químicos e biológicos. Os HPA, quando presentes

na superfície da água ou durante o processo de sedimentação, podem ser foto-

oxidados dentro da zona fótica ou biodegradados por bactérias (Cerniglia and

Heitkamp, 1989). Estão sujeitos também a evaporação, com perdas seletivas dos

compostos de baixa massa molar (abaixo de 150 unidades de massa atômica) e

baixo ponto de ebulição (abaixo de aproximadamente 175°C) (Stout et al, 2002).

2.A

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-

Uma metodologia de predição de evaporação de óleo ou derivados de

petróleo foi desenvolvida por Fingas (2001b), considerando perda mássica do óleo a

180°C na curva de destilação, a temperatura ambiente e o tempo de exposição.

Alguns óleos seguem a equação logarítima (1) e outros seguem a equação de raiz

quadrada (2).

Equação logarítima:

% evaporação = 0,165 (%D) + 0,045 (T – 15) ln(t) (1)

Equação de raiz quadrada:

% evaporação = [0,0254 (%D) + 0,01 (T – 15) (tempo)] (2)

Onde %D é a percentagem mássica destilada do óleo a 180°C, T é a

temperatura ambiente (°C) e t é o tempo (minutos).

Quando depositados nos sedimentos marinhos, os HPA podem também

sofrer biodegradação por ação de bactérias hidrocarbonoclásticas e fungos

(Cerniglia and Heitkamp, 1989, Juhasz et al, 1997, Cerniglia, 1992, Nadalig, 1998,

Luo et al, 2005). Esta degradação biológica dos HPA, no entanto, depende de

fatores tais como disponibilidade de nutrientes, existência de substratos alternativos,

concentração dos HPA e concentração dos microorganismos (E & P FORUM, 1994).

Depende também do número de anéis na estrutura: quanto menor o número de

anéis, maior a taxa de degradação do composto. Portanto, com o acréscimo da

massa molecular dos compostos a resistência à degradação aumenta (Stout et al,

2002, Page et al, 1995, Bence et al, 1996).

O grau de alquilação é outro fator que influencia na taxa de degradação dos

HPA, sendo também inversamente proporcional: quanto menor alquilação, maior a

taxa de degradação do composto (Bailey et al, 1973, Cerniglia and Heitkamp, 1989;

Bence et al, 1996, Macdonald et al, 2000b). Importante também mencionar que as

taxas de biodegradação em sedimentos contaminados com HPA é mais elevada que

em sedimentos pristinos possivelmente devido a adaptações na população

microbiana por exposição crônica aos HPA, resultando em maior resistência a


-

toxicidade ou no aumento da habilidade em usar os HPA como substratos (Cerniglia

and Heitkamp, 1989).

Amostras ambientais contendo HPA que sofreram intemperismo apresentam

uma distribuição característica destes compostos, diferente daqueles contendo HPA

sem alterações provocadas por evaporação, dissolução, degradação biológica ou

foto-oxidação. Isto pode ser observado na Figura 2.4 de duas formas:

a abundância relativa dos naftalenos diminui em relação aos fluorantenos,

fenantrenos, dibenzotiofenos e crisenos, pois os primeiros são mais

susceptíveis a degradação ;

o padrão de distribuição dos isômeros dos naftalenos, fenantrenos e

dibenzotiofenos se altera: passa de uma distribuição gaussiana, com

concentração máxima nos isômeros alquilados com 2 e 3 carbonos (C2 e C3

HPA alquilados) para uma distribuição crescente com concentração máxima

para o isômero de maior alquilação (HPA parental < C1 <C2 < C3 < C4). Isto

ocorre porque os isômeros de maior alquilação são mais resistentes à

degradação (Sauer and Uhler, 1994-1995; Stout et al, 2002, Page et al, 1995).

Figura 2.4. Variação da distribuição dos HPA em amostra de sedimento de Prince William Sound, Alaska, após acidente do navio Exxon Valdez face ao intemperismo. a) amostra do óleo derramado cru 1989; b) amostra de sedimento da linha de costa 1989 (adaptado de Page et al.,1995). Abreviaturas no Anexo A.


-

A avaliação desta alteração no padrão de distribuição dos HPA devido ao

processo diferenciado de degradação entre os compostos é geralmente

acompanhada através da razão entre C2 Criseno e C2 Fenantreno uma vez que o

criseno é mais resistente a este processo que o fenantreno (Figura 2.5). Desta

forma, com o tempo, a razão C2 Criseno/C2 Fenantreno aumenta. O mesmo pode

ser observado para a razão C2 Criseno/C2 Dibenzotiofeno (Page et al, 1995, Wang

et al., 1999, Stout et al, 2002, Bence et al., 2007). A razão entre os naftalenos

alquilados (alquil N) e o total de HPA também pode ser utilizada para acompanhar a

evolução do intemperismo, apresentando um comportamento inverso à razão C2

Criseno/C2 Fenantreno uma vez que os naftalenos alquilados são mais rapidamente

degradados que as demais HPA.

Figura 2.5. Evolução da razão C2 Criseno/C2 Fenantreno para amostras do óleo derramado do navio tanque Exxon Valdez no Alasca ao longo do tempo (adaptado de Page et al., 1995). Abreviaturas no Anexo A.

As características do ambiente marinho também influenciam na distribuição

dos HPA no meio ambiente. O teor de carbono orgânico nas partículas em

suspensão ou no sedimento é um parâmetro importante, pois observa-se que,

quanto mais ricos em carbono orgânico forem os sedimentos ou partículas, mais

forte é a afinidade dos HPA por estes compartimentos (Knezovich et al., 1987).


-

A distribuição da granulometria do sedimento é também outro parâmetro que

se deve levar em conta. Os sedimentos mais finos, com uma surperfície de adsorção

mais elevada, tendem a apresentar maior afinidade com os HPA que os sedimentos

com maior granulometria. Além disso, dentre os HPA, os compostos de maior massa

molar são concentrados preferencialmente nos sedimentos finos. Com isso, existe

uma tendência de maior concentração de HPA de massa molar mais elevada em

sedimentos finos (Prahl and Carpenter, 1983; Raoux and Garrigues, 1993; Gobas

and Zhang, 1994).

Ainda sobre as características do ambiente marinho que podem influenciar na

distribuição dos HPA, vale ressaltar que o tempo de contato entre estes compostos e

sedimentos envelhecidos abaixo da superfície fortalece as interações contaminante-

matriz; e com isto constata-se uma diminuição da disponibilidade dos HPA ao longo

da profundidade da coluna sedimentar (Harkey et al., 1995).

Ao longo de todo o ciclo geoquímico dos HPA no ambiente, estes compostos

podem estar disponíveis aos organismos. A disponibilidade dos HPA dissolvidos na

coluna d’água é maior que a dos HPA adsorvidos em sedimentos e partículas (Neff,

1984). Após absorção pelos organismos, os HPA podem se transferir e ser retidos

nos órgãos ricos em lipídios, podendo ocorrer a bioacumulação. A absorção dos

HPA presentes no sedimento por organismos aquáticos pode ocorrer através da via

alimentar (caso dos organismos bentônicos) ou através da absorção pela pele

(Bailey et al., 1973). Alguns organismos aquáticos podem também filtrar os

sedimentos através das brânquias.

A disponibilidade dos HPA aos organismos varia em função da maneira de

viver dos mesmos. Os organismos que vivem na região entremaré estão mais

expostos aos HPA que os que vivem em águas profundas face ao maior número de

fontes destes compostos. Os organismos fixos filtrantes (mexilhões, ostras), uma

vez expostos aos HPA, tendem a acumulá-los em seu tecido e por isso são

comumente utilizados como organismos sentinelas (Farrington et al., 1983, Baumard

et al., 1998a, b, c, d, Varanasi et al., 1990, Sericano et al., 1995, O’Connor, 1996,

NOAA, 1997, Wade et al., 1998, Durell et al., 2000, Francioni, 2001). Os

invertebrados bênticos (poliquetas, caranguejos, lagostas, camarões) quando


-

expostos aos HPA depositados nos sedimentos marinhos podem acumular estes

compostos em seus tecidos e posteriormente transferi-los aos organismos da cadeia

trófica imediatamente acima deles, porém esta transferência é interrompida pelos

organismos marinhos vertebrados (peixes, mamíferos) e o processo de

biomagnificação dos HPA nos níveis tróficos superiores da cadeia alimentar não

ocorre. Os HPA são metabolizados por estes organismos, secretados na bile e,

subsequentemente, excretados no trato alimentar (Buhler and Williams, 1989,

Foureman, 1989, Broman et al., 1990, Varanasi and Stein, 1991, E & P Forum, 1994;

ONU, 1999; Saxton, 1993; NOAA, 1989; Krahn et al., 1992, NOAA, 1993; UNEP,

1999).

Portanto, a concentração/acumulação dos HPA nos tecidos dos organismos

aquáticos é governada por um fenômeno complexo: resulta do equilíbrio entre a

aquisição (uptake) dos HPA (que depende da biodisponibilidade do contaminante e

do tipo de dieta do organismo) e sua depuração (que depende da capacidade de

biotransformação do organismo em relação à cadeia trófica). A Figura 2.6 apresenta

de forma simplificada este processo.

O uptake é governado primeiramente pela biodisponibilidade, que por sua

vez, está associado com sua solubilidade na água. Como os HPA são hidrofóbicos,

tendem a adsorver em partículas e com isto sua solubilidade decresce (Neff, 1979).

Além disso, como a solubilidade dos HPA decresce com o aumento da massa molar,

a sua bioacumulação nos organismos é geralmente maior para os compostos de

menor massa molar que apresentam maior solubilidade em água (Djomo et al.,

1996).

O uptake é governado também pelo tipo de dieta do organismo: a acumulação

dos HPA em organismos que se alimentam diretamente do sedimento ou vivem em

contato íntimo com o sedimento, mais expostos aos contaminantes, é maior que em

organismos que se alimentam de outros organismos, como os carnívoros, por

exemplo, que estão menos expostos aos HPA (Baumard et al., 1998a).

E finalmente, organismos de distintos níveis tróficos acumulam, de forma

diferente, os HPA assimilados devido às suas diferentes capacidades de


-

biotransformação. À medida que se sobe na cadeia trófica, maior é a capacidade de

biotransformação/ metabolização dos HPA e, portanto, menor acúmulo dos mesmos

(Buhler and Williams, 1989, Foureman, 1989, Broman et al., 1990, E & P Forum,

1994). Ocorrem também diferentes taxas de biotransformação dos HPA, sendo as

maiores taxas para compostos de massa molar mais elevada. Assim, subindo na

cadeia trófica, a tendência é haver uma discriminação dos HPA de elevada massa

molar, isto é, um acúmulo preferencial dos HPA de baixa massa molar (Broman et

al., 1990).

OH

1-Hidroxinaftaleno

Exposição

Absorção Depuração Bioacumulação

Toxicidade

OH

Biotransformação(Metabólitos)

Figura 2.6. Processo de transformação dos HPA em organismos aquáticos.

Em decorrência da elevada capacidade de metabolização apresentada pelos

peixes, os teores de HPA em seus tecidos, quando expostos à estes compostos, são

usualmente baixos (Krahn et al, 1986a; Varanasi et al, 1989; Varanasi and Stein,

1991; van der Oost et al, 2003). Portanto, torna-se mais adequada a determinação

dos teores dos metabólitos dos HPA para uma avaliação do nível de exposição

destes organismos.

Os metabólitos dos HPA têm sido extensamente analisados na bile de peixes

através de metodologias já consagradas (Krahn et al, 1986a e b, Krahn et al, 1987,

Krahn et al, 1992, Krahn et al, 1993a,b, van der Oost et al., 1994, Ruddock et al.,

2002, Richardson et al., 2001, Mazeas, 2004, Budzinski et. al, 2004, Silva, 2005,

Silva et al, 2006, Le Dû et al, 2006, Vuorinen et al., 2006). São classificados de

acordo com NRC (National Research Council) (1987) e WHO (World Health

Organization) (1993) como biomarcadores de exposição, isto é, moléculas


-

resultantes da interação dos HPA com o organismo vivo (resposta biológica), medido

dentro do organismo ou em seus fluidos biológicos; um sinal precoce de exposição

de organismos à contaminação de HPA.

Dados da literatura corroboram a correlação entre a concentração de

metabólitos na bile de peixes e a concentração de HPA no meio ambiente (Khran et

al, 1992, Khran et al, 1993, Yu et al, 1995). Collier and Varanasi (1991) ressaltam, no

entanto, que o nível de metabólitos na bile se apresenta como melhor indicador

quando os organismos são expostos a concentrações elevadas de HPA, não se

mostrando, em geral, sensível quando expostos a baixos níveis destes

contaminantes.

A conexão entre os níveis externos, os níveis internos dos tecidos/fluídos dos

organismos e os efeitos adversos iniciais de exposição aos HPA precisa ser

estabelecida para uma avaliação criteriosa de riscos do ambiente contaminado com

estes compostos. O estabelecimento do impacto dos HPA sobre o ambiente

aquático tem sido extensamente estudado na literatura, mas ainda não totalmente

determinado (van der Oost et al, 2003).


-

2.3.3 Biotransformação dos HPA (Metabólitos) e sua Toxicidade

Os HPA, conforme já mencionado anteriormente, são moléculas de estruturas

relativamente simples (plana e altamente conjugada) e inertes, porém são

classificados como compostos químicos mutagênicos e carcinogênicos. Para exercer

seus efeitos mutagênicos ou carcinogênicos, os HPA requerem, no entanto, sua

ativação metabólica, que pode ocorrer através de metabolismos dentro de

organismos vivos (Harvey, 1991; Miller, 1978, Miller and Miller, 1996; Golddstein and

Faletto, 1993, Harris, 1991).

Os HPA, uma vez absorvidos pelos organismos vivos, passam por um

processo de biotransformação (metabolização) que ocorre no fígado,

hepatopâncreas, estômago ou glândula digestiva, dependendo de tratar-se de

peixes, crustáceos ou moluscos (Singer and Lee, 1977, James, 1989; Livingstone,

1989, Deshpande et al, 2002).

Dentre os diversos mecanismos para a ativação metabólica dos HPA propostos

na literatura (Xue and Warshawsky, 2005), três são mais estudados:

oxidação dos HPA por reação enzimática em três etapas, catalisada pelo

citocromo P450 na região de “baía” (côncava) dos HPA, gerando compostos

eletrofílicos tais como os diol-epóxidos (epóxidos, dihidrodióis, fenóis) capazes de

se ligarem com DNA e de se associarem a substratos hidrosolúveis endógenos

como glutationa, glucuronida, aminoácidos (aceito como o mecanismo

carcinogênico mais dominante);

oxidação com remoção de um eletron da molécula de HPA e formação do

radical catiônico ;

oxidação dos HPA catalisada pelo dihidrodiol dehidrogenase (DD) com formação

de orto-quinonas (Harvey, 1991; Cavalieri and Rogan, 1992; Penning et al, 1999).


-

Como pode ser observado na Figura 2.7, o processo enzimático de ativação

metabólica dos HPA catalisado pelo citocromo P450 (mecanismo mais dominante) é

realizado em 2 etapas: funcionalização e conjugação. Inicialmente os HPA

transformam-se em compostos eletrolíticos tais como epóxidos, fenóis, dihidrodiols,

quinonas, diols, triols e quatriols através da ação de enzimas mono-oxigenases

citocromo P 450. Esta etapa é conhecida como fase de funcionalização, ou fase I

(Buhler and Williams, 1989). Em seguida, na etapa de conjugação, ou fase II, os

compostos formados na fase I se ligam com grupamentos hidrofílicos tais como o

ácido glucorônico, sulfatos, glutationa, formando produtos conjugados hidrofílicos

para favorecer a sua excreção (Foureman, 1989). Os principais conjugados

formados por peixes são os glucoronídeos e glutationideos (George, 1994). A Figura

2.8 ilustra as estruturas e nomenclaturas dos principais metabólitos livres de HPA e

alguns metabólitos conjugados formados através do processo de biotransformação

dos HPA.

HPAhidrofóbicos

EfeitosTóxicos

Fase I

MetabólitosEletrofílicos

Fase II

Metabólitos Conjugadoshidrofílicos

Excreção

Funcionalização

Conjugação

DESINTOXICAÇÃO

Figura 2.7. Esquema da ativação metabólica de HPA através de oxidação por reação enzimática.


-

OH

OH OH OH

OHOH OH

OH

1-Hidroxinaftaleno 2-Hidroxinaftaleno 2-Hidroxibifenil 9-Hidroxifluoreno

9-Hidroxifenantreno 1-Hidroxipireno 1-Hidroxicriseno

1-Hidroxibenzo(a)pireno

Figura 2.8. Estruturas e nomenclaturas de metabólitos livres (A) e conjugados (B) de

HPA.

Conjugação ao ácido Glucorônico

Conjugaçãoao Sulfato

Conjugação a Glutationa B

A3-Hidroxibenzo(a)pireno


-

A toxicidade dos HPA está relacionada com a sua capacidade de produzir

efeito deletério a um organismo e a mutagenicidade e a carcinogenicidade são as

propriedades tóxicas mais estudadas nos HPA. Estão relacionadas com os

compostos eletrofílicos formados na fase I da biotransformação dos HPA, que não

são convertidos a conjugados hidrofílicos, podem se ligar com DNA, RNA ou

proteínas e, subsequentemente, induzir mutações genéticas e tumores cancerígenos

(Miller and Miller, 1996; Pahlman and Pelkonen, 1987; Varanasi et al., 1989; Harvey

et al., 1991 e 1999; Nesnow et al., 2002; Neff, 2002).

Dentre os HPA, o Benzo(a)antraceno, o Benzo(a)pireno e

Dibenzo(a,h)antraceno são considerados os mais tóxicos, classificados como

“provavelmente cancerígenos” ao homem pela organização internacional IARC

(International Agency for Research on Cancer) e pela US-EPA (Environmental

Protection Agency) (Tabela 2.2), seguidos pelo Benzo(b)fluoranteno,

Benzo(k)fluoranteno e Indeno(1,2,3-cd)pireno, classificados como “possivelmente

cancerígenos” ao homem. Segundo o Programa Internacional de Segurança

Química (IPCS) estes compostos, juntamente com o Benzo(j)fluoranteno e o

Criseno, são classificados como cancerígenos à mamíferos.

Tabela 2.2. Classificação dos HPA de acordo com seu potencial carcinogênico.

Carcinogenicidade Composto

IARC a USA-EPAbIPCS c IARC a:

Naftaleno 2B C (?) 1: Carcinogênico ao homem

Aceftileno D 2A: Provavelmente carcinogênico ao homem

Fenantreno 3 D - 2B: Possivelmente carcinogênico ao homem

Antraceno 3 D - 3: Não classificado

Fluoranteno 3 D (+) b USA-EPA:Pireno 3 D (?) A: Carcinogênico ao homem

Benzo(a)antraceno 2A B2 + B1 e B2: Provavelmente carcinogênico ao homem

Criseno 3 B2 + C: Possivelmente carcinogênico ao homem

Benzo(b)fluoranteno 2B B2 + D: Não classificado

Benzo(k)fluoranteno 2B B2 + E: Provavelmente não carcinogênico

Benzo(j)fluoranteno 2B + c IPCS:Benzo(a)pireno 2A B2 + +: efeito positivo

Indeno(1,2,3-c,d)pireno 2B B2 + -: efeito negativo

Dibenzo(a,h)antraceno 2A B2 + ?: incerto

Benzo(ghi)perileno 3 D ( ): resultado derivado de número pequeno de dados


-

2.3.4. Critérios de Qualidade Ambiental: Valores Orientadores de HPA

Em função de seu potencial carcinogênico e mutagênico, as instituições

governamentais em diversos países do mundo selecionaram, dentre vários

compostos, alguns HPA como contaminantes prioritários a serem avaliados nos

diversos compartimentos ecológicos (solo, sedimento, água e atmosfera) e

estabeleceram valores orientadores e de referência para estes ambientes. As

Tabelas 2.3 e 2.4 reportam as concentrações limites dos HPA nos corpos d’água e

sedimentos nos EUA e no Canadá (http://response.restoration.noaa.gov/2006; http://

www.ec.gc.ca/CEQG-RCQE/english/default.cfm/2006).

Para sedimentos marinhos, alguns critérios de qualidade podem ser

destacados: a NOAA estabelece a concentração total de HPA de 4022 ng g-1 como

ERL – effects range-low, a partir da qual a toxicidade poderia ser observada em

espécies sensíveis e a concentração total de HPA de 16770 ng g-1 como PEL –

probable effects level, acima da qual se espera que ocorram frequentemente efeitos

adversos. Segundo Long e colaboradores (1995), concentrações entre 4022 e 44792

ng g-1 representam uma faixa na qual efeitos adversos biológicos poderiam

ocasionamente ocorrer em sedimentos marinhos e estuarinos. Kennicutt (1995)

utilizou esta concentração de HPA de 4022 ng g-1 como limítrofe para ambientes

contaminados no estudo conduzido em Casco Bay, Maine.

O Canadá estabelece, também para sedimentos marinhos, a concentração

total de HPA de 7070,9 ng g-1 como PEL – probable effects level, acima da qual é

provável que ocorram efeitos adversos na biota. Estabelece também o nível de HPA

total de 766 ng g-1 como ISQG (interim sediment quality guideline), guia de qualidade

de sedimento interino, valor usado quando dados são limitados, visando proteger

todas as formas de vida marinha em todos os aspectos de seus ciclos de vida e por

um tempo de exposição às substâncias químicas indefinido.

Dentro dos critérios de qualidade estabelecidos pela NOAA para a água

marinha, verifica-se concentração máxima para cada HPA na faixa de 300 g L-1,


-

exceto para acenafteno e naftaleno, cujos valores são 970 e 2350 g L-1,

respectivamente.

No Brasil, o Conselho Nacional do Meio Ambiente através da Resolução

CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005 (CONAMA, 2005), define as

concentrações de alguns HPA em águas doces, salinas e salobras de acordo com

sua classificação de padrões de qualidade da água, que varia conforme seus usos

preponderantes (Tabela 2.5). Observa-se que em águas doces e salgadas onde

existe o cultivo de organismos para consumo humano (classe I, tabela II para águas

doces e classe 1, tabela V para águas salinas, respectivamente) os teores máximos

dos HPA individuais são bastante restritivos: 0,018 g L-1.

A Cetesb (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São

Paulo) estabelece valores orientadores de diversos HPA para solos e águas

subterrâneas como referência para intervenção (Cetesb, 2005). Os valores para

solos encontram-se na Tabela 2.6, onde se observa, por exemplo, que a

concentração máxima de Benzo(a)pireno é 0,4 mg Kg-1 (400 ng g-1).

2.A

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2.3.

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-

2.4. Principais Fontes de HPA no Ambiente Marinho

Os HPA encontrados em ambientes marinhos são resultantes de uma mistura

de compostos que podem ser provenientes de diversas fontes, de origem natural ou

antropogênica (pela ação do homem), e seu aporte pode ocorrer através de

descartes diretos ou deposição/precipitação atmosférica indireta.

2.4.1. Fontes Antropogênicas

As principais fontes antropogênicas de HPA são de origem pirolítica e

petrogênica.

As fontes antropogênicas de HPA de origem pirolítica estão relacionadas

majoritariamente à combustão incompleta de combustíveis como carvão mineral,

óleo, madeira e gás para geração de energia, aquecimento residencial e transporte

veicular (Lee et al., 1977; Prahl and Carpenter, 1983; Ehrhardt and Petrick, 1993,

Kennicutt II et al., 1994; Lipatou and Albaigés, 1994; Budzinski et al., 1997, Fraser et

al., 1998, Wang et al., 1999, Elias et al., 2000, Readman et al., 2002; Yunker et al.,

2000 and 2002). Alguns processos de preparo de alimentos tais como defumação e

fritura com óleo de cozinha e queima de incensos também contribuem como fonte

pirolítica de HPA (Guillen et al., 2000, Endo et al., 2000, Mazeas, 2004).

O padrão de distribuição dos HPA provenientes de fontes pirolíticas se caracteriza

pela predominância de compostos parentais não substituídos (Wakeham et al,

1980a, Law and Biscaya, 1994, Page et al, 1995, Bence and Burns, 1995, Bence et

al, 1996, Baumard et al, 1998b, Wang et al, 1999, Schauer et al., 1999, Readman et

al, 2002, Yunker et al, 2002) e pela maior concentração de HPA de elevada massa

molar, de 3, 4 e 5 anéis (Page et al, 1995, Bence and Burns, 1995).

As fontes antropogênicas de HPA de origem petrogênica estão relacionadas

à utilização do combustível fóssil, petróleo, que é uma mistura complexa de

hidrocarbonetos com compostos contendo heteroátomos de nitrogênio, oxigênio e

enxofre (NOS), resultante da alteração lenta da matéria orgânica preservada em

sedimentos profundos (rochas geradoras) à temperaturas de 100 a 150C e altas


-

pressões (Tissot and Welte, 1984; Stout et al., 2002). A Figura 2.9 representa

esquematicamente seu processo de formação e seu armazenamento nas camadas

geológicas subsuperficiais. O petróleo é uma das mais importantes matérias-prima

do mundo moderno, estando relacionado com uma lista extensa de produtos que

viabilizam a vida do homem. O aporte dos HPA petrogênicos no ambiente advém

dos processos de exploração e produção de petróleo, transporte por navios e

tubulações, distribuição de seus derivados, associados aos derrames acidentais,

descarte de efluentes industriais e urbanos, e o escoamento de águas pluviais (NRC,

1985, GESAMP, 1993; Page et al, 1995; Fingas, 2001a; Readman et al., 2002;

Yunker et al., 2000 and 2002, Stout et al, 2002).

Florestas Alagadas

Plantas são enterradas com lamas estagnadas

Compactação e alteração química

Deposição profunda para geração de óleo e gás

Lago ou oceano com nutrientes em abundância

Plancton

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Lama rica em matéria orgânica

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Florestas Alagadas

Plantas são enterradas com lamas estagnadas

Compactação e alteração química

Deposição profunda para geração de óleo e gás

Lago ou oceano com nutrientes em abundância

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Querogêneocarbonizado:

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Sem óleo ou gás

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Campo de gás

Campo de óleo e gás

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óleo e gás

Figura 2.9. Processo de formação de petróleo e seu armazenamento.


-

As amostras ambientais com predominância em HPA de origem petrogênica

apresentam um padrão de distribuição mais complexo que as de origem pirolíticas,

consistindo de compostos parentais e alquilados, onde, em geral, os grupos

alquilados de 2 e 3 carbonos (C2 e C3 HPA alquilados) são mais abundantes que o

HPA parental (Boehm and Farrington, 1984, Sauer and Boehm, 1991, Law and

Biscaya, 1994, Sauer and Uhler, 1994-1995; Page et al, 1995, Bence and Burns,

1995, Yunker et al, 1996, Yunker et al, 1999, Wang et al, 1999, Pereira et al, 1999,

Stout et al, 2001, Yunker et al, 2002, Stout et al, 2002). Este padrão de distribuição

dos HPA é conhecido como perfil na forma de sino (bell shaped profile) ou

distribuição gaussiana. A Figura 2.10 mostra de forma sintética as diferenças acima

descritas entre os perfis de distribuição de HPA derivados de material petrogênico e

pirolítico, em que os HPA em cor azul claro são alquilados.

A literatura reporta, de forma resumida, a introdução de hidrocarbonetos no

ambiente marinho mundial através de estudos estatísticos. Segundo Fingas (2001a),

a maior contribuição se dá através de despejos industriais e municipais, que atinge

50% do aporte total, seguida da atividade de transporte de petróleo (24%). As fontes

naturais e atmosférica são também importantes, consistindo de 11 e 13%,

respectivamente. Já as atividades de exploração e produção de petróleo contribuem

com apenas com 2%.

No entanto, em áreas urbanas e industrializadas verifica-se que a principal

fonte de HPA em ambientes aquáticos é a deposição atmosférica de HPA

proveniente da pirólise incompleta de combustíveis fósseis (LaFlame and Hites,

1978, Gschwend and Hites, 1981, McElroy et al, 1989, Yunker et al, 2002, Stout et

al, 2004, Tolosa et al, 2004).


-

Petrogênico

Pirolítico

Figura 2.10. Perfis de distribuição de alguns HPA demonstrando as diferenças entre fontes petrogênicas e pirolíticas em função da abundância relativa dos HPA parentais e seus respectivos alquilados – adaptado de Stout et al., 2002.

Os dados para a Baía de Guanabara mostram que a maior contribuição de

hidrocarbonetos se dá através do escoamento de esgoto municipal e águas pluviais

(57 e 27%, respectivamente), na sua maioria sem tratamento (Ferreira, 1995). Os

despejos industriais, inclusive duas refinarias e outras instalações correlatas,

atingem 9% do aporte total, enquanto o aporte atmosférico é cerca de 5%. As

atividades de transporte de petróleo dentro da baía (onde se incluem os derrames

acidentais de óleo e derivados) correspondem a apenas 1% de toda introdução de

hidrocarbonetos na região (Ferreira, 1995).


-

Dentre os principais aportes de hidrocarbonetos, os derrames acidentais de

óleo chamam a atenção face ao seu potencial agudo de contaminação. A Tabela 2.7

revela alguns dos principais acidentes com derrame de óleo e/ou seus derivados

ocorridos nos últimos anos, listados de acordo com seu volume, incluindo os

acidentes com navios tanque transportadores de petróleo.

O vazamento de óleo durante a Guerra do Golfo em 1991 foi a maior

ocorrência até a presente data, onde foram derramadas 800 mil toneladas de óleo

no Kuwait. O blow out numa plataforma de produção do Golfo do México em 1979 foi

responsável pelo vazamento de cerca de 470 mil toneladas de óleo e o acidente com

o navio Atlantic Empress no Mar do Caribe resultou no vazamento de 300 mil

toneladas de óleo. O acidente ocorrido com o navio Exxon Valdez no Alaska, em

1989, resultou no derramamento de cerca de 37 mil toneladas de óleo, considerado

na estatística mundial como um acidente de porte médio. No entanto, a partir deste

evento, inúmeros estudos sobre transporte, comportamento e efeito do óleo sobre a

biota foram desenvolvidos, fornecendo uma fonte importante de dados para o mundo

atual.

Para o caso de vazamentos de óleo relacionados com seu transporte no

ambiente marinho, pode-se verificar uma tendência natural de diminuição do número

de acidentes e da quantidade de óleo derramado ao longo do tempo, segundo dados

do International Tanker Owners Pollution Federation ITOPF (2005/2006). Na década

de 70 ocorreram, em média, 25 acidentes/ano, seguidos de 9 a 8 acidentes/ano nas

décadas subseqüentes. Já entre os anos 2000 e 2004, esta média diminuiu para 3,8

acidentes/ano (Figura 2.11).


-

Figura 2.11. Estatística de derrames de óleo segundo ITOPF (adaptado do handbook 2005/2006).

Vale ressaltar que o ITOPF possui uma classificação de acidentes com

petroleiros em função da quantidade de petróleo derramado. Acidentes com

vazamentos até 7 m3 (aproximadamente 6,3 toneladas) são considerados de

pequeno porte. Vazamentos entre 7 e 700 m3 (aproximadamente 630 toneladas)

enquadram-se em acidentes de médio porte e acima de 700 m3, de grande porte.

1970-79 25,2 eventos/ano em média




Derrames/ano

Média de 10 anos

Número de derrames grandes (acima 700 ton), 1974-2004

Quantidade de óleo derramado, 1970-2004


-

Tabela 2.7. Lista dos principais acidentes com derrame de óleo nos últimos anos.

Fonte: Fingas, 2001a; Mazeas, 2004; Gabardo et al, 2001; Meniconi et al., 2001, 2002.

Nome do Navio / Incidente Local AnoQuantidade(toneladas)

1 Guerra do Golfo Kuwait 1991 800000

2 Blowout IXTOC Golfo do México 1979 470000

3 Atlantic Empress Mar do Caribe-Tobago 1979 300000

4 Blowout plataforma de óleo Iran 1993 270000

5 ABT Summer Angola 1991 260000

6 Amoco Cadiz França 1978 235000

7 Odyssey Canadá 1988 145000

8 Heaven Itália 1991 140000

9 Torrey Canyon Inglaterra 1967 130000

10 Ruptura de duto Rússia 1994 105000

11 Urquiola Espanha 1976 100000

12 Braer Reino Unido 1993 85000

13 Sea Empress Reino Unido 1996 72000

14 Aegean Sea Espanha 1992 75000

15 Prestige Espanha / França 2002 63000

16 Tanque de armazenamneto Japão 1974 39000

17 Exxon Valdez Alasca, EUA 1989 37000

18 Tanque de armazenamneto EUA 1976 36000

19 Blowout plataforma México 1986 34000

20 Tanque de armazenamneto Panamá 1986 30000

21 Plataforma off-shore Noruega: Mar do Norte 1977 27000

22 Cosmos A Hong Kong 1994 23000

23 Ruptura de duto Rússia 1993 20000

24 Erika França 1999 20000

25 Tanio França 1980 16000

26 Ann Mildred Broving Alemanha 1966 16000

27 Tanque de armazenamneto Singapura 1983 15000

28 Mega Born EUA 1990 13000

29 Tarik Ibn Ziyad Brasil 1975 12000

30 Plataforma off-shore Arábia Saudita 1980 12000

31 Brazilian Marina Brasil 1978 10000

32 Tanque de armazenamneto República Checa 1996 10000

33 Blowout de poço Uzbekistan 1994 8000

34 Frontier Express Coréia 1993 7000

35 Sea Spray Vietnan 1974 6000

36 Ruptura de duto: Baía de Guanabara Brasil: Rio de Janeiro 2000 130037 Ruptura de duto: Rio Iguaçu Brasil: Paraná 2000 4000


-

No Brasil, os dois maiores acidentes ocorreram com os navios

transportadores de petróleo Tarik Ibn Ziyad (março de 1975, Rio de Janeiro) e

Brazilian Marina (janeiro de 1978, São Sebastião), com vazamentos de 12 mil e 10

mil toneladas de óleo, respectivamente (Fingas, 2001a). Em julho de 2000, a ruptura

de uma junta de expansão na área de dutos da refinaria Presidente Getúlio Vargas,

localizada em Araucaria, Paraná, ocasionou um vazamento de óleo de

aproximadamente 4 mil toneladas de óleo, afetando os rios Barigui e Iguaçu

(Meniconi et al., 2002).

O vazamento acidental na Baía de Guanabara, Rio de Janeiro, em janeiro de

2000 foi ocasionado pela ruptura de uma tubulação que transportava óleo da

Refinaria Duque de Caxias para o Terminal da Ilha D’água. Vazaram 1292 m3 (1268

toneladas) de óleo combustível MF 380. A porção majoritária do óleo, transportado

por correntes de maré e ventos, espalhou-se sobre a água e alcançou ilhas, linhas

de costa, praias e mangues situados na parte nordeste e norte da baía. Após o

vazamento foi delineado um estudo diagnóstico para avaliação dos compartimentos

água, sedimento e biota da Baía de Guanabara (UFRJ et al., 2000, Gabardo et al.,

2001, Meniconi et al, 2001; Meniconi et al., 2002).

Neste estudo de diagnóstico realizado na Baía de Guanabara após o

acidente, as análises químicas de HPA nas 14 estações de amostras de água

estudadas (topo e fundo), coletadas dez dias após o derrame, mostraram resultados

de <0,04 a 11,56 µg L-1 em equivalente de criseno (técnica fluorescência de UV) e

1,67 a 5,45µg L-1 por CG-EM (Gabardo et al., 2001). As maiores concentrações de

HPA para água foram encontradas em 5 estações localizadas na porção

norte/nordeste da baía, as quais estavam de acordo com a observação visual da

mancha de óleo. Os níveis de HPA totais nas demais estações da Baía de

Guanabara, dez dias após o derrame, encontraram-se, em média, na mesma faixa

de estudos reportados para a própria baía e outras áreas costeiras no Brasil

(Azevedo, 1998, Hamacher, 1996, Hamacher et al, 2000). Ensaios toxicológicos

(Microtox) foram realizados para 3 espécies: Artemia salina, Mysidium gracile e

Vibrio fisheri. Estes testes não indicaram toxicidade aguda para qualquer das

amostras de água estudadas.


-

Para as 57 amostras de sedimento coletadas na região entremarés (exposta

na maré baixa) e infralitoral (permanentemente submersa), verificou-se os seguintes

resultados: para as 30 amostras da região entremarés os teores de HPA variaram de

15 a 8035 ng g-1 ( 20 HPA); para as 27 amostras do infralitoral, as concentrações

de HPA estiveram na faixa de 139 a 9732 ng g-1 ( 20 HPA) (Gabardo et al., 2001).

Estas faixas de contaminação por HPA foram similares às faixas de dados pretéritos

reportados para a área por Hamacher, 1996 (554 a 1894 ng g-1), Lima, 1996 (1564 a

18438 ng g-1) e Chalaux, 1995 (1051 a 5861 ng g-1), estudos estes que quantificaram

17 a 23 compostos.

Com relação às análises de HPA dos peixes, foram realizadas coletas de

amostras, cerca de 20 dias após o derrame do óleo, de duas espécies (corvina e

taínha) que constituem a base comercial da Baía de Guanabara e apresentam

hábitos alimentares distintos. A corvina entra e sai regularmente da baía e alimenta-

se de organismos bentônicos (consumidor terciário) e a tainha, residente na baía, é

herbívora, podendo se alimentar também de filmes fitobentônico acima da lama de

fundo (consumidor primário) (Haimovici, 1997; IBAMA CEPESUL, 1995). Os

espécimes foram coletados em currais e em redes na região norte/nordeste da baía,

regiões mais afetadas pela dispersão da mancha de óleo, considerada a área mais

crítica. Foram também realizadas as análises de HPA em amostras de tainha e

corvina coletadas antes do acidente (jan/1999) e mantidas preservadas para

condução de estudos de mestrado na Pontifícia Universidade Católica (PUC-Rio).

Estas amostras foram utilizadas como referência.

Os HPA nas amostras de tecido de peixe encontraram-se na faixa de 15,8 a

76,3 ng g-1. Os níveis encontrados nas amostras coletadas antes do acidente foram

79,8 a 313 ng g-1. Estes resultados mostraram que as amostras de peixe coletadas

antes e após o vazamento apresentaram concentrações de HPA similares, em níveis

considerados baixos de contaminação quando comparados com dados e critérios

internacionais (protocolo da Rhode Island Department of Health (RIDOH); critério do

State of Maine Department of Environment Protection (MDEP); critério da National

Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)) (MAUSETH, 1997, NOAA, 1993).

Também não foi detectada a presença de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de

característica carcinogênica em qualquer das 6 amostras de peixe analisadas.


-

Concluiu-se, portanto, que passados cerca de 20 dias do acidente, as concentrações

encontradas no tecido dos peixes não configuravam condições agudas de poluição e

que o pescado da Baía de Guanabara não apresentava contaminação por

hidrocarbonetos. Este resultado corroborou dados de literatura referentes à

contaminação com HPA em nécton, que usualmente não representa riscos

significativos para a saúde humana, mesmo para consumidores de subsistência

(GESAMP, 1993; EPA, 1997). Dados específicos para peixes revelam taxas de

depuração de HPA relativamente rápidas, impedindo sua acumulação nos tecidos

(API, 1978, E & P Forum, 1994; ONU, 1999; Saxton, 1993; NOAA, 1989; NOAA,

1993; UNEP, 1999). Além disso, peixes apresentam a habilidade de detectar a

presença de óleo, mesmo a baixas concentrações, e podem evitar áreas de derrame

de óleo devido a sua mobilidade (NOAA, 1993).

Um fator muito importante a ser considerado num derramamento de óleo é o

intemperismo (Neff, 2002; Stout et al., 2002), isto é, a alteração de suas

propriedades face aos diversos processos físico-químicos pelos quais o óleo passa

quando em contato com o meio ambiente tais como espalhamento, evaporação,

dissolução, dispersão, formação de emulsão, oxidação, biodegradação,

sedimentação (Figura 2.12). Estes processos ocorrem em janelas de tempo

diferentes como pode ser visto na Figura 2.13. Como resultado do intemperismo do

óleo, o teor dos compostos voláteis e de baixa massa molar diminui e a

concentração relativa de compostos polares e elevada massa molar aumenta,

tornando o óleo derramado menos tóxico, porém mais persistente.


-

Figura 2.12. Processos de alteração de um óleo após contato com o meio ambiente.

p p

Paul Boehm, Workshop 2001

Figura 2.13. Escala de tempo dos diversos processos de intemperismo de óleo no meio ambiente (adaptado de Boehm, 2001).


-

2.4.2. Fontes Naturais

As fontes naturais de HPA no meio ambiente estão relacionadas,

principalmente, com a combustão natural de florestas e pradarias, a exsudação

natural de petróleo através de fendas nas rochas sedimentares, as transformações

diagenéticas de produtos naturais (tais como os terpenóides, esteróis, quinonas e

pigmentos), a erosão de sedimentos continentais e os processos de biossíntese por

organismos tais como, bactérias, algas e fungos (Youngblood and Blumer, 1975,

Neff, 1979, 2002, Wakeham et al, 1980b; Venkatesan, 1988, Page et al, 1995,

Baumard et al, 1998b, Stout et al, 2002). Estes compostos de aportes naturais

constituem o background natural dos HPA no ambiente.

A combustão é a fonte de HPA mais comum na natureza, relacionada com a

queima de vegetações: florestas, pradarias, plantações (Laflamme and Hites, 1978).

O padrão de distribuição destes HPA, similar ao padrão dos HPA de fonte pirolítica

antropogênica, se caracteriza pela predominância de compostos parentais não

substituídos, principalmente os hidrocarbonetos fluorantenos, pirenos e

benzo(a)pirenos (Stout et al, 2002).

As transformações diagenéticas de determinados compostos orgânicos

(terpenóides e pigmentos) em sedimentos com condições anóxicas contribuem para

a formação de HPA específicos no meio ambiente. Por exemplo, a formação de

perileno em sedimentos marinhos anóxicos pode ocorrer através de processos

diagenéticos de precursores terrestres tais como plantas e diatomáceas (Neff, 2002).

A redução de pigmentos de quinona, muito comum em insetos e fungos, também

pode produzir perileno em sedimentos anóxicos (Laflamme and Hites, 1978). Alguns

retenos são derivados da desidrogenação de ácido abiético e alguns diterpenóides e

triterpenóides, que são abundantes em plantas terrestres e cinzas de madeira (Neff,

2002). Os detritos de plantas vasculares também contribuem para o meio ambiente

com os diterpenos, sesquiterpenos e esterenos, além dos n-alcanos de número

ímpar de carbono na faixa de C25 a C33. Os detritos de algas, por sua vez,

contribuem com os n-alcanos na faixa de 15 e 20 átomos de carbono, terpenos e

esterenos (Stout et al, 2002).


-

A biossíntese direta de HPA não é considerada uma fonte quantitativamente

importante para o ambiente marinho. Organismos bentônicos como algas e bactérias

seriam capazes de secretar substâncias com estruturas semelhantes aos HPA, com

substuições de nitrogênio, oxigênio e enxofre (N, S, O) que, em condições

anaeróbicas e anóxicas, seriam transformadas em formas mais estáveis (Neff, 2002,

Wakeham et al., 1980b).

A exsudação natural de petróleo (oil seeps) é um fenômeno extremamente

comum e ocorre em todo o globo terrestre, resultante do escape espontâneo de

hidrocarbonetos de uma rocha geradora de petróleo ou acumulado em reservatórios

de subsuperfície, para a superfície emersa ou submersa (MacDonald et al., 1993,

Stout et al, 2002) (Figura 2.14). Foram responsáveis pelas primeiras descobertas de

petróleo em áreas emersas, quando métodos mais sofisticados de exploração não

existiam. Quando o escape se dá em área submersa, sua ocorrência na superfície

marinha irá depender da vazão de óleo no fundo e do padrão local de circulação

oceânica superficial, formando manchas de óleo com feições circulares (logo após

atingir a superfície do oceano) e ou alongadas (após ação dos ventos e correntes

superficiais), como pode ser observado na Figura 2.15 (Bentz, 2006). Na costa da

Califórnia, Golfo do Alaska e Golfo do México a ocorrência de exsudação natural

encontra-se amplamente registrada (Page et al, 1995, Stout et al., 2002),

constituindo, de forma importante, uma fonte natural hidrocarbonetos de petróleo na

região, isto é, uma contaminação de background. No Golfo do México a exsudação é

intensa, resultante do escape quase contínuo de quantidades consideráveis de óleo,

chegando a representar um problema ambiental (Miranda et al., 2002 e 2004).


-

Figura 2.14. Representação de uma exsudação de óleo na superfície do oceano. (Fonte: http://www.esa.int )

.

Figura 2.15. Exsudações na superfície do oceano (a) formas circulares (b) formas alongadas (Fonte: http://www.esa.int )

Exsudações


-

2.5. Diferenciação de Fontes de HPA em Amostras Ambientais

Conforme já citado anteriormente, os HPA encontrados em ambientes

marinhos são resultantes de uma mistura de compostos que podem ser provenientes

de fontes natural e/ou antropogênica. A correlação dos HPA encontrados em

amostras ambientais com fontes conhecidas, principalmente as amostras de

ambientes mais contaminados como os grandes centros urbanos e industriais, torna-

se crucial para os estudos de avaliação, monitoramento e danos ambientais.

As diferentes fontes de HPA no meio ambiente produzem compostos com

características moleculares específicas em diferentes abundâncias relativas. Estas

características são utilizadas para sua identificação dentro das amostras ambientais.

Vale salientar, no entanto, que os HPA, uma vez no meio ambiente, podem sofrer

transformações físico-químicas e biológicas e ter suas características alteradas.

Ocorre o “intemperismo”, que é uma combinação de processos como a evaporação,

dissolução, degradação biológica, foto-oxidação dos compostos (Page et al., 1995;

Wang et al., 1999; Fingas, 2001a, Bence, 1996, Boehm et al., 1998, Stout et al.,

2002). Face à estas alterações, a identificação das fontes dos HPA em amostras

ambientais torna-se um desafio para os químicos analíticos e geoquímicos e

inúmeros estudos têm sido conduzidos pela comunidade científica no sentido de

otimizar as técnicas analíticas necessárias para identificação e quantificação dos

HPA bem como as técnicas de interpretação dos dados analíticos.

As técnicas mais frequentemente utilizadas para identificação das fontes dos

HPA incluem os padrões de distribuição relativa dos compostos, a determinação de

razões diagnósticas de compostos específicos (Colombo et al., 1989; Page et al.,

1995, Garrides et al., 1995, Budzinski et al., 1997, Baumard et al., 1998 a, b, Wang

et al., 1999, Yunker et al., 2000, Readman et al., 2002, Yunker et al., 2002, Meniconi

et al, 2002., Stout et al., 2002, Meniconi et al., 2003, Meniconi et al., 2005, .Meniconi

and Barbanti, 2007, Tolosa et al., 2004; Stout et al., 2004, Saber, 2005, Liu et al.,

2005, Farias, 2006, Oliveira et al., 2006), análises isotópicas (Philp, 1985, Philp et

al., 2002 e 2006, O’Sullivan et al., 2005) e uso de análises de multivariáveis do tipo


-

PCA - principal component analysis (Yunker et al, 2000, Stout et al, 2001; Meniconi

et al, 2005, Christensen et al, 2005a e b, Mudge, 2005).

Como os HPA, tanto os parentais quantos os alquilados, podem ser

provenientes de fontes naturais e antropogênicas, suas composições em amostras

ambientais podem se sobrepor, particularmente para o caso dos HPA patentais não

substituídos. E é imperativa a necessidade de se avaliar a significância dos HPA

antropogênicos contra o background dos HPA naturais.

2.5.1. Razões Diagnósticas de HPA

As razões diagnósticas de HPA têm sido amplamente utilizadas na literatura

para auxiliar na identificação e diferenciação de fontes destes compostos em

amostras ambientais, se oriundos de fontes petrogênicas, pirogênicas ou naturais.

As razões evidenciam as relativas proporções de HPA de diferentes massas

molares, facilitando a interpretação do padrão de distribuição total dos HPA.

Diversas razões diagnósticas foram definidas, podendo conter HPA parentais, HPA

alquilados ou ambos. As razões mais utilizadas encontram-se na Tabela 2.8,

associadas às suas faixas limítrofes de identificação de fontes. Estas razões foram

estabelecidas com base em dados da literatura, envolvendo inúmeros estudos com

amostras de diferentes origens.


-

Tabela 2.8. Valores característicos das razões moleculares para identificação de fontes de HPA.

Razão Faixa limítrofe Classificação de Origem Referência

HPA parentais

Fe / An >15<10

PetrogênicaPirolítica

Soclo, 1986

Fl / Pi <1>1


Sicre et al., 1987

An / (An+Fe) <0,1 >0,1


Yunker et al., 2002

Fl / (Fl+Pi) <0,4

>0,4 e <0,5 >0,5

PetrogênicaCombustão de petróleo Combustão de carvão,

Yunker et al., 2002

BaAn / C <0,4 >0,9


Parlanti, 1990

BaAn / BaAn + C <0,2 >0,35


Yunker et al., 2002

IPi / (IPi+BPe) <0,2

>0,2 e <0,5 >0,5

PetrogênicaCombustão de petróleo Combustão de carvão,

Yunker et al., 2002

HPA Alquilados

MetilFe / Fe >2<2


Prahl and Carpenter, 1983; Garrigues et al., 1995

MetilDBT / DBT Alto

BaixoPetrogênica

Pirolítica Blummer and Youngblood,

1975

Fe+An/(Fe+An+C1Fe)<0,5 >0,5

Petrogênica ou Pirolítica Pirolítica

Yunker et al., 2002

(Outros HPA 3-6 anéis)* / (5séries HPA aquilados)**

<0,08>0,50


Wang et al., 1999

Pe/ HPA com 5 anéis) *** >10 Biogênica Baumard et al., 1998b

C3DBT / C3Fe versusC2DBT / C2Fe

agrupamento Mesma origem Page et al., 1995

* Outros HPA 3-6 anéis = todos os HPA analisados menos as 5 séries de HPAs alquilados. ** 5 séries HPAs alquilados = Naftalenos, Fluorenos, Dibenzotiofenos, Fenantrenos and Crisenos.

HPA com 5 anéis) = Benzo(b)fluoranteno + Benzo(k)fluoranteno + Benzo(a)pireno + Benzo(e)pireno + Dibenzo(a,h)antraceno (abundância relativa do perileno).

Abreviaturas: Fe/An: Fenantreno/Antraceno; Fl/Pi: Fluoranteno/Pireno; An/(An+Fe): Antraceno/Antraceno + Fenantrenos; Fl/(Fl+Pi): Fluoranteno/(Fluoranteno+Pireno); BaAn/C: Benzo(a)antraceno /Criseno; BaAn/ BaAn+C: Benzo(a)antraceno / Benzo(a)antraceno +Criseno; BePi/BaPi:Benzo(e)pireno/Benzo(a)pireno; IPi/(IPi+BPe):Indeno1,2,3(cd)pireno / (Indeno1,2,3 (cd)pireno+Benzo(ghi)perileno);MetilFe/Fe: Metilfenantreno/Fenantreno; MetilDBT/DBT: MetilDibenzotiofenos/Dibenzotiofenos; Fe+An/(Fe+An+C1Fe): Fenantreno+Antraceno /(Fenantreno +Antraceno+C1Fenantreno); C2DBT/C2Fe: C2Dibenzotiofenos/C2Fenantrenos; C3DBT/C3Fe: C3Dibenzotiofenos/C3Fenantrenos;Pe: Perileno.


-

O uso de razões diagnósticas contendo HPA alquilados traduz de forma mais

direta a contribuição de fontes petrogênicas de hidrocarbonetos em amostras

ambientais. Isto se dá porque o padrão de distribuição dos HPA em petróleos ou

seus derivados se caracteriza pela maior abundância relativa dos HPA alquilados em

relação ao HPA parental de cada série homóloga destes compostos, conforme

mencionado anteriormente (Blummer and Youngblood, 1975, Boehm and Farrington,

1984, Sauer and Boehm, 1991, Sauer and Uhler, 1994-1995, Page et al., 1995,

Wang et al., 1999).

Já o uso das razões diagnósticas parentais como indicadores de fontes de

HPA requer, entretanto, o entendimento básico de alguns fundamentos:

1) os diferentes HPA parentais possuem uma habilidade relativa de discriminação

face as suas relativas estabilidades termodinâmicas;

2) cada fonte de HPA possui suas características próprias;

3) podem ocorrer modificações na composição dos HPA entre a fonte e o sedimento

onde foram depositados.

Quanto à habilidade relativa de discriminação de fontes dos diferentes HPA

parentais, a literatura baseia-se na avaliação da estabilidade termodinâmica dos

HPA que é feita através do calor de formação dos compostos isômeros em questão.

Calcula-se a diferença do calor de formação entre dois compostos, sempre em

relação ao isômero mais estável (Yunker et al., 2002). Para este cálculo leva-se em

conta somente os compostos que apresentam a mesma razão massa sobre carga

(m/z) utilizada para sua detecção na análise por CG-EM (vide Anexo A) no sentido

de minimizar as dificuldades de interpretação dos dados ou interferências devido as

diferenças de propriedades dos HPA entre dois e seis anéis tais como volatilidade,

solubilidade em água, adsorção (Readman et al, 1986, Yunker et al, 2000 and 2002).

Programas computacionais tais como AM1 (Hyperchem, V4,5, Hypercube, Inc, 419

Philip St., Waterloo, Ontario, Canada) e PCMODEL (V5.13, Serena Software, Box

3076, Bloomington, Indiana, USA) têm sido utilizados para calcular o calor de

formação dos HPA (Yunker et al., 2000).


-

Seria de se esperar que quanto maior a diferença de calor de formação entre

dois isômeros, isto é, quanto maior a faixa de variação em estabilidade entre eles,

maior a capacidade de discriminação de fontes da razão diagnóstica que utiliza

estes dois isômeros.

Por exemplo, a diferença de calor de formação entre os isômeros fenantreno

e antraceno (m/z 178) é 5,48 Kcal mol-1, tendo o fenantreno como referência por ser

o isômero mais estável (Figura 2.16 a). Já a diferença de calor de formação entre os

isômeros pireno e fluoranteno (m/z 228) é 20,58 Kcal mol-1, pireno como referência

(Figura 2.16 b). Espera-se, portanto, que a razão diagnóstica que utiliza os

compostos isômeros pireno e fluoranteno venha a apresentar maior habilidade de

discriminação entre os HPA de origem petrogênica e pirolítica que a razão de

fenantreno e antraceno, por apresentar a maior diferença de calor de formação.

Para entendimento deste critério de avaliação da habilidade relativa de

discriminação em relação às relativas estabilidades termodinâmicas, vale ressaltar

que os HPA originados por processos de combustão incompleta (pirolíticos)

geralmente apresentam uma maior proporção de isômeros menos estáveis

termodinamicamente: chamados isômeros cinéticos. Os HPA mais estáveis

termodinamicamente são aqueles que se originaram por processos de baixa

temperatura, que são controlados pelas propriedades termodinâmicas tais como a

geração dos HPA durante o processo catagênico de formação do petróleo. Com

base neste critério de estabilidade termodinâmica, podemos classificar os isômeros

como representantes dos aportes petrogênicos e pirolíticos, como pode ser

observado na Tabela 2.9.


-

Razão Fe/An

m/z 178

Antraceno(Menos estável)

(Mais estável)

Fenantreno

m/z 178

a

Razão Fl/Pi

m/z 202

Fluoranteno

(Mais estável)

(Menos estável)

Pirenom/z 202

b

Diferença de Calor de Formação

(Kcal/mol)

5,5

20,5

Figura 2.16. Habilidade de discriminação de razões diagnóstica com base em isômeros parentais através de estabilidade termodinâmica (processo de baixa temperatura).

Tabela 2.9. Habilidade de discriminação de aportes petrogênicos e pirolíticos em relação às relativas estabilidades termodinâmicas de alguns isômeros.

m/z 178 202 276

Isômero Termodinâmico Mais Estável Aporte Petrogênico

Fenantreno Pireno Benzo(ghi)perileno

Isômero Cinético Menos Estável Aporte Pirolítico

Antraceno Fluoranteno Indeno(1,2,3-cd)pireno

Hf (Kcal/mol) 5,48 20,58 16,6

Conforme mencionado anteriormente, o uso das razões diagnósticas como

indicadores de fontes também depende do entendimento do fato de que cada fonte

de HPA possui características próprias, com sua própria assinatura. Por exemplo,

uma série homóloga de HPA parental e alquilados com maiores concentrações dos


-

compostos alquilados em relação ao parental, geralmente distribuídos na forma de

uma curva gaussiana, sugere a presença predominante de uma matéria orgânica

matura como o petróleo, não degradado, em uma amostra ambiental (Blumer and

Youngblood, 1975, API, 1978, Bence and Burns, 1995, Wang et al, 1999).

Contrariamente, uma série homóloga de HPA parental e alquilados com maior

abundância relativa do composto parental não substituído indica a predominância de

produtos de combustão (Blumer and Youngblood, 1975, Lee et al, 1977, Grimmer et

al, 1983; Simoneit, 1985, Sauer and Boehm, 1991, Schauer et al, 1999, Lim et al,

1999, Stout et al,2002).

Finalmente, é importante lembrar que o uso das razões diagnósticas como

indicadores de fontes também dependem do entendimento de que podem ocorrer

modificações na composição dos HPA entre a fonte e o sedimento onde foram

depositados. Estas modificações estariam relacionadas à estabilidade relativa dos

diferentes compostos isômeros e às diferentes fontes dos HPA (Yunker et al., 2002).

Estas modificações devem ser levadas em conta principalmente quando na

utilização de razões contendo HPA alquilados, que são preferencialmente

degradados na seqüência C1>C2>C3>C4 ((Sauer and Uhler, 1994-1995; Bence and

Burns, 1995, Stout et al, 2002, Page et al, 1995, Wang, 1999). As razões

C3DBT/C3Fe e C2 DBT/C2Fe são frequentemente utilizadas uma vez não são

afetadas pelo intemperismo da amostra, pois ambos os compostos apresentam

taxas de degradação similares, mantendo a mesma razão que a do óleo ou fonte

original, antes do processo de degradação. Desta forma, amostras intemperisadas e

de mesma origem apresentam valores similares destas razões, formando um

agrupamento no diagrama de C3 DBT/C3Fe versus C2 DBT/C2Fe.


-

2.5.2. Análise de Componente Principal (ACP)

Análise de Componente Principal (ACP) é uma ferramenta estatística que

também tem sido utilizada para auxiliar na diferenciação de fontes de HPA em

amostras ambientais (Yunker et al., 2000, Johnson et al., 2002; Meniconi et al.,

2005, Christensen et al., 2005b, Mudge, 2005). A análise de ACP foi realizada

utilizando-se um algorítimo iterativo não linear de mínimos quadrados (non-linear

iterative partial least squares) que permite uma avaliação simultânea das projeções

das variáveis (concentrações dos HPA individuais) e das amostras (respectivamente

loadings e scores).

A utilização da ACP requer, no entanto, um pré-processamento dos dados para

evitar desvios de interpretação de fatores como diferenças muito grandes da

concentração dos compostos entre as amostras, compostos em concentrações

abaixo do limite de detecção do método, etc. Os pré-processamentos são:

O uso da metade do valor do limite de detecção do método para os

compostos que não foram detectados

A normalização da concentração de cada composto pela concentração total

de HPA da amostra para evitar a influência de uma ampla faixa de

concentração de amostras

A correção pela média e desvio padrão: a concentração normalizada de cada

composto é reduzida da média e do desvio padrão daquele composto em

relação a todas as amostras.

3. Área de Estudo 55

Capítulo 3

Área de Estudo


3. Área de Estudo

A área escolhida para este trabalho foi a Baía de Guanabara, situada na

cidade do Rio de Janeiro, RJ. É um ecossistema estuarino altamente urbanizado e

industrializado que recebe uma poluição crônica intensa da região metropolitana e

municipalidades vizinhas e que foi cenário de um derramamento acidental de cerca

de 1300 m3 de óleo combustível de navio (marine fuel MF 380) em janeiro de 2000.

Trata-se, portanto, de uma região complexa.

3.1. Características Regionais da Baía de Guanabara e sua Poluição

Antropogênica Crônica

A Baía de Guanabara está localizada na região costeira do Estado do Rio de

Janeiro, entre 22°40’ e 23°00’ de latitude e 043°00’ e 043°18’ de longitude e abrange

diretamente 8 municípios dispostos ao longo de seu contorno: Rio de Janeiro

(inclusive Ilha de Paquetá), Duque de Caxias, São João de Meriti, Magé,

Guapimirim, Itaboraí, São Gonçalo e Niterói. Já a sua bacia de drenagem (Figura

3.1) possui uma área de 4080 Km2 (Kjerfve et al., 1997) e é composta por 15

municípios, contando também com Belford Roxo, Nilópolis, Tanguá, Nova Iguaçu,

Cachoeiras de Macacu, Rio Bonito e Petrópolis.

Figura 3.1. Bacia de Drenagem da Baía de Guanabara (Fonte: Mayr, 1998).


A Baía de Guanabara possui atualmente uma área superficial de

aproximadamente 400 Km2, uma linha de costa de 156 Km e profundidade variável,

chegando até 50 metros na área do canal central. A baía apresenta 46% de sua

área, principalmente ao longo de seu contorno em profundidade abaixo de 5 metros

(linha tracejada na Figura 3.2) e uma variação de maré até 1,2 metros. É uma baía

tipicamente de baixa energia, podendo ser dividida em três áreas: zona externa

influenciada pela ação das ondas e correntes de maré; zona interna caracterizada

por baixa energia (mais influenciada pelos ventos); e uma área de transição (Batista

Neto et al., 2006). Apesar disso, a média da taxa de renovação de água da baía

(50% de seu volume) é significativa, cerca de 11 dias (Kjerve et al., 1997).

Figura 3.2. Características socio-fisico-econômica da Baía de Guanabara.

Ilha de Paquetá Polo Petroquímico

Ilha Governador

Manguezal


A granulometria do sedimento da Baía de Guanabara varia de areia grossa a

argila, com teores de carbono orgânico na faixa de 2% a 6% (Mendonça Filho et al.,

2003, Batista Neto et al., 2006). A entrada da baía e a área do canal principal até a

ponte Rio-Niterói são constituídas de areia grossa à muito fina e é uma região que

está sujeita às ações intensas de ondas e correntes de maré. A partir da região do

Aeroporto Santos Dumont, a baía se alarga e a velocidade das correntes diminuem,

acarretando a deposição de sedimentos finos nos dois lados do canal. Estes

sedimentos contêm até 2% de carbono orgânico e são caracterizados pela presença

de silte e argila. As regiões central e norte da baía são mais rasas e mais protegidas

das ações de ondas e correntes, apresentando baixa energia hidrodinâmica. O

sedimento lamoso é constituído de, predominantemente, silte e argila, e possui

carbono orgânico na faixa de 4 a 6% (Batista Neto et al., 2006). Este alto teor de

carbono orgânico é resultado da elevada produtividade da água desta região da baía

(produção primária líquida de 0,17 mol C m-2 dia-1 segundo Rebello et al., 1986) e do

grande aporte de despejos domésticos não tratados, correspondendo a uma

introdução anual de 3,2x109 mol P e 6,2x1010 mol N na baía (Wagener, 1995).

Resultante da intensa atividade microbiológica local, o sedimento da baía apresenta

um predomínio de matéria orgânica amorfa (Mendonça Filho et al., 2003).

Dados da literatura científica indicam uma divisão da Baía de Guanabara em

quatro a cinco regiões com níveis de poluição distintos para suas águas e

sedimentos (Batista Neto et al., 2006). A área noroeste da baía e a área portuária do

Rio de Janeiro, onde deságuam os rios mais poluídos, depositários dos rejeitos da

região mais urbanizada e industrializada, registram as maiores concentrações de

poluentes, no caso, metais. A região nordeste da baía, que conta em seu contorno

com uma área de manguezal mais preservado (Área de Proteção Ambiental de

Guapimirim desde 1984 – Amador, 1997), apresenta menor nível de poluição por

metais que área noroeste, apesar da semelhança destas áreas em termos

granulométricos e hidrodinâmica. Na entrada da baía (região sul), que apresenta

sedimentos arenosos e alta energia hidrodinâmica, a concentranção de metais é

baixo. Na região de transição, entre as regiões nordeste, noroeste e sul da baía, a

poluição por metais é variável (Batista Neto et al., 2006).


A região norte/nordeste da Baía de Guanabara conta com uma área de

manguezal remanescente de cerca de 82 Km2 (Amador, 1997), dos quais 65 Km2

estão localizados dentro da “Área de Proteção Ambiental” (APA) de Guapimirim

(Bentz, 2002) O delineamento das regiões de manguezais na baía está ilustrado na

Figura 3.2. A superfície atual de manguezais na Baía de Guanabara corresponde a

apenas 31% da área original existente no ano de 1500 (262 Km2), tendo passado

por sucessivos processos de destruição pela ocupação humana (Amador, 1997). O

desmatamento e a invasão imobiliária descontrolada dos últimos 100 anos tem

contribuído para a constante modificação dos ecossistemas da baía, aumentando os

fluxos dos rios e a elevação das taxas de sedimentação e transporte para a baía,

hoje na faixa de 1 a 2 cm ano-1 (Godoy et al., 1998). Na região rasa norte/nordeste

da baía, encontram-se distribuídos cerca de 350 currais de peixe que compõem um

dos artefatos de pesca da comunidade pesqueira artesenal da Baía de Guanabara.

A ampla região de drenagem da Baía de Guanabara abriga cerca de dez

milhões de habitantes, o equivalente a 80% da população do estado e apresentou no

período 1980 a 1991, a maior taxa de crescimento do país (JICA, 1994). Cerca de

55 rios e riachos deságuam na baía numa taxa de aproximadamente 350 m3/s

(Amador, 1997), com alta contribuição de efluentes domésticos brutos ou

parcialmente tratados, águas pluviais e efluentes industriais de mais de 14.000

estabelecimentos industriais. Com isto, a introdução de carga orgânica na baía situa-

se na faixa de 465 toneladas/dia, onde 17 m3 s-1 correspondem a efluentes

domésticos (Feema, 2006).

O aporte dos hidrocarbonetos na baía, considerando-se todas as fontes

(transporte de produtos de petróleo, deposição atmosférica dos produtos de

combustão incompleta de combustível fóssil automotivo e industrial e escoamentos

de rejeitos domésticos e industriais), encontra-se em torno de 6588 toneladas/ano. A

contribuição de escoamento de rejeitos municipais é responsável pelo maior aporte

de hidrocarbonetos para a baía e encontra-se em torno de 3770 toneladas de

hidrocarboneto/ano (50% do total), seguido do escoamento urbano (runoff) com

1802 toneladas de hidrocarbonetos/ano (27%), enquanto a contribuição das

refinarias é de 460 toneladas de hidrocarbonetos/ano (7%) (Ferreira, 1995).


Atualmente, após instalação de um sistema de recirculação e reuso da água de

refrigeração da refinaria Duque de Caxias, esta contribuição é menor que a

reportada por Ferreira em 1995 (Revista Alpina em Ação, 2004). A Figura 3.2 ilustra

os pontos de escoamento de esgoto doméstico e industrial da Baía de Guanabara.

Os efluentes industriais que chegam à baía são compostos de inúmeros tipos

de poluentes, inclusive aqueles de características persistentes e extremamente

tóxicas como bifenilas policloradas (PCBs), pesticidas, compostos de estanho (TBT),

entre outros. Das 13.000t/dia de lixo sólido oriundas da região do Grande Rio, 8.000

são encaminhadas para o aterro de Gramacho, localizado próximo à margem da

baía, sendo um foco de contaminação do solo e poluição das águas superficiais e

subterrâneas (Feema, 2006). As demais 5.000 t/dia de lixo, constituídas dos mais

diversos tipos de materiais (televisores, sofás, colchões, sacos plásticos, garrafas

PET, dentre outros) são dispersas na bacia de drenagem da baía.

Vale ressaltar que já no final do século XIX, já eram reportados problemas

com relação à descarga de esgotos domésticos in natura na baía e sinais de

poluição industrial, particularmente associada às atividades da indústria naval e

têxtil. Finalmente, os maiores níveis de degradação ambiental são encontrados no

século XX, a partir da Primeira Guerra Mundial, e, mais recentemente, a partir dos

anos 50-60, quando ocorreu um crescimento exponencial da população, sem o

devido acompanhamento de infra-estrutura urbanística e sanitária básica. Este

processo foi acompanhado por aterros sucessivos na linha de costa da baía e um

desmatamento desordenado de seus bosques de manguezais. Nesta ocasião

consolida-se o parque industrial do Rio de Janeiro, que se estende pela região

periférica da Baía de Guanabara (Pereira, 1996; Amador, 1997). A baía é

atualmente um retrato de um processo crescente de degradação ambiental que, no

entanto, tem demonstrado surpreendentemente, grande resiliência (Mayr, 1998).

Compõem também o ecossistema da baía a presença de dois aeroportos, 14

terminais marítimos de carga e descarga de produtos oleosos, dois portos

comerciais, diversos estaleiros, um grande número de embarcações de transporte

de passageiros, embarcações de pesca e iates, duas refinarias de petróleo, mais de


mil postos de combustíveis e uma intrincada rede de transporte de matérias-primas,

combustíveis e produtos industrializados permeando zonas urbanas altamente

congestionadas (FEEMA, 2006; SEMA et al, 1998). O porto do Rio de Janeiro é o

segundo maior do Brasil, onde mais de 2000 navios comerciais atracam por ano.


3.2. Derrame de Óleo Combustível na Baía de Guanabara – Janeiro de 2000

O derrame acidental de óleo ocorrido na Baía de Guanabara em janeiro de

2000 foi um evento pontual e agudo, ocasionando o vazamento de 1292 m3 (1268

toneladas) de óleo combustível MF-380 (UFRJ et al., 2000). O vazamento foi

ocasionado pela ruptura de uma tubulação que transportava óleo da Refinaria Duque

de Caxias para o Terminal da Ilha D’água. Grande parte do óleo, transportado por

correntes de maré e ventos, espalhou-se sobre a água e alcançou ilhas, linhas de

costa, praias e mangues situados na parte nordeste e norte da baía (Gabardo et al.,

2001, Meniconi et al., 2002).

A evolução da mancha de óleo na baía foi acompanhada através de imagens

de radar e vôos de helicópteros diários. A extensão máxima da mancha foi de 56

Km2 na superfície da baía, no segundo dia depois do acidente (Bentz and Miranda,

2001), como pode ser observado na Figura 3.3. Após os esforços de contenção e

limpeza do óleo na água e na linha de costa, permaneceram somente iridiscências

de óleo por alguns dias, isto é, filmes delgados de óleo na superfície da água.

Segundo base de dados levantada por Fingas (2001a), este acidente na Baía

de Guanabara poder ser classificado como de pequeno porte. A base inclui

acidentes com derrames de óleo ocorridos em todo o planeta, considerando todas as

possíveis causas tais como: acidentes em tanques de armazenamento de

combustível, navios tanque, ruptura de dutos, blow out de poço, guerras, etc. O mais

famoso acidente de navio do mundo, o do Exxon Valdez, resultou no derramamento

de 37 mil toneladas de óleo cru no Alaska equivalendo, a um vazamento 29 vezes

maior que o ocorrido na Baía de Guanabara (Fingas, 2001a). Por outro lado,

adotando a classificação de acidentes do ITOPF (derrames de óleo acima de 700 m3

são considerados de grande porte), o vazamento ocorrido na Baía de Guanabara em

janeiro de 2000 se enquadraria na categoria de grande porte.


Figura 3.3. Evolução da mancha de óleo após acidente de janeiro de 2000 na Baía de Guanabara.

Após o acidente, inúmeros estudos foram conduzidos na Baía de Guanabara.

O Diagnóstico inicial foi realizado por uma parceria entre Universidades do Rio de

Janeiro (UFRJ, PUC-Rio, UERJ, UFF) e a Petrobras e teve início 10 dias após o

ocorrido. O estudo contemplou avaliações ecotoxicológicas do óleo derramado e do

corpo d’água da baía. Contemplou também análises químicas de HPA e n-alcanos

dos compartimentos sedimento e água, associados às análises de HPA em tecido de

peixes da baía (UFRJ et al., 2000, Gabardo et al, 2001, Meniconi et al, 2002).

Também foram conduzidas três inspeções visuais da linha de costa da Baía

de Guanabara nos meses de janeiro, março e abril de 2000, possibilitando

acompanhar o processo de limpeza natural da região. Foram conduzidas por

técnicos da PETROBRAS, em conjunto com órgãos ambientais, governamentais e

não governamentais, e comunidade científica (UFRJ, UERJ, UFF, PUC). Estas


inspeções geraram mapas digitalizados contendo o levantamento das regiões

atingidas por óleo, evidenciando a evolução do panorama encontrado (Gabardo et

al., 2003). Foram utilizadas classificações visuais, uma delas baseada na

metodologia adotada pela NOAA e adaptada pelo Instituto Baía de Guanabara que

define cinco categorias de cobertura por óleo: grave, moderada, leve, muito leve e

sem óleo.

Nove meses depois do acidente deu-se início ao Monitoramento Ambiental da

Baía de Guanabara através do convênio firmado entre o Estado do Rio de Janeiro,

através da SEMADS (Secretaria de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável)

e a Petrobras, onde foram conduzidos estudos ambientais nos compartimentos

água, sedimento e manguezais da baía. Os estudos contemplaram levantamento de

dados de Química, Botânica, Caranguejos, Macrozoobentos, Costões, Larvas,

Praias e Avifauna por um período de um ano (setembro/2000 a agosto/2001). Os

estudos deste convênio foram realizados por um pool de Universidades do Rio de

Janeiro: UFRJ, PUC-Rio, UERJ e UFF.

O presente estudo, cujo objetivo é identificar as fontes de hidrocarbonetos na

BG, foi desenvolvido com amostras de sedimento coletadas em duas campanhas:

uma imediatamente após o derrame de óleo de 2000 e a segunda, três anos depois,

permitindo uma investigação temporal dos dados obtidos. Todas as estações

amostrais foram coincidentes com estações utilizadas no estudo de Diagnóstico

após derrame acidental de óleo de 2000 (UFRJ et al, 2000, Gabardo et al, 2001,

Meniconi et al, 2002), algumas delas tendo sido motivo de pesquisa acadêmica nas

universidades PUC-Rio (Hamacher, 1996, Lima, 1996) e UFF (Catanzaro et al.,

2004, Batista Neto et al., 2006) antes do derrame.

4. Materiais e Métodos 65

Capítulo 4

Materiais e Métodos


4. Materiais e Métodos

O planejamento experimental do presente trabalho teve como base os

estudos em hidrocarbonetos e outros contaminantes conduzidos na Baía de

Guanabara. Foram consideradas estações de amostragem em diversos pontos da

baía, representando as seguintes regiões: intermaré, infralitoral, atingidas e não

atingidas pelo derrame de óleo em janeiro de 2000, baixa e alta energia

hidrodinâmica, dentro e fora da área de proteção ambiental (APA de Guapimirim),

próxima a unidades da indústria de petróleo, sob influência direta e indireta dos

lançamentos de despejos industriais e domésticos, próxima a atividade pesqueira,

nas regiões rasas (abaixo de 5 m) e nas regiões mais profundas (acima de 5 m), etc.

Serão descritas a seguir as metodologias utilizadas na condução dos estudos

de diferenciação de fontes de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara e de

avaliação preliminar dos níveis de metabólitos de HPA em bile de peixes. Os

métodos de análise dos compostos de interesse foram quantitativos e todos os

quesitos de preservação e manipulação das amostras foram levados em

consideração e se encontram nos itens que se seguem.

4.1. Diferenciação de Fontes de HPA em Sedimentos da Baía de Guanabara -

Campanhas 2000 e 2003

As etapas principais do procedimento experimental e analítico são

apresentadas na Figura 4.1. As amostras de sedimentos, após as coletas realizadas

nas campanhas de 2000 e 2003, foram analisadas por cromatografia gasosa

acoplada a espectrometria de massas para determinação de HPA individuais. Em

seguida foram aplicadas técnicas estatísticas e descritivas para avaliação da

variação temporal dos níveis de HPA entre as duas campanhas. Posteriormente

foram testadas técnicas de diferenciação de fontes de hidrocarbonetos incluindo a

avaliação da distribuição das séries de HPA, as razões diagnósticas e a análise de

componentes principais de HPA.


Amostragem20002003

21 Estações Determinação de 38 HPA por CG-EM

Tratamento EstatísticoAvaliação Temporal

Wilcoxon ANOVA

Distribuição

Razões Diagnósticas

sedimentos 4 óleos

Análise de Componentes

Principais sedimentos 4 óleos

Diferenciação de Fontes

Figura 4.1. Fluxograma do procedimento experimental e analítico do estudo de diferenciação de fontes de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara.

4.1.1. Estratégia Amostral

A estratégia de amostragem utilizada para a identificação de fontes de

hidrocarbonetos na Baía de Guanabara foi baseada nas análises de hidrocarbonetos

em sedimentos, e incluiu um número grande de combinações entre os 38 HPA

analisados. Dentre as 57 estações de sedimentos analisadas no estudo de

Diagnóstico conduzido imediatamente após o derrame de óleo de janeiro de 2000,

21 estações foram selecionadas para desenvolver o presente trabalho,

representando áreas atingidas e não atingidas pelo óleo derramado (Meniconi et al.,

2002). As estações escolhidas para a identificação de fontes foram: T1, T7, T9, T15,

T22, T24, T28, T31, T32, D34, T36, D39, D43, T46, T51, D53, T54, T55, T56 e T57.


As estações T1 a T28 representam região de intermaré e as estações de T31 a T57,

do infralitoral. As denominações das estações com letra T e D referem-se ao tipo de

amostrador utilizado: T para testemunhadores e D para dragas. A Figura 4.2 mostra

as posições geográficas dos 21 pontos de amostragens na Baía de Guanabara para

o presente estudo. As coordenadas geográficas estão listadas no Anexo B.

Figura 4.2. Posição geográfica das 21 estações de sedimento coletadas em 2000 e 2003 na Baía de Guanabara - Sistema de coordenadas geográficas Datum SAD 69.

Na primeira campanha, realizada em 2000, as amostras foram coletadas 10

dias depois do acidente. Na segunda campanha, realizada em 2003, as amostras

foram coletadas nas mesmas estações selecionadas para o estudo de diferenciação

de fontes em 2000, o que permitiu uma investigação temporal na região. Uma sub-

amostra de 3 cm da camada superior do sedimento foi transferida para frascos de

alumínio de boca larga com selo de Teflon na tampa e subseqüentemente

armazenadas congeladas para posterior análise de HPA (Figura 4.3).


Com base nas características regionais da Baía de Guanabara e sua poluição

crônica, descrita anteriormente (item 3.1), as 21 estações de sedimento estudadas

podem também ser classificadas, em relação à contaminação por hidrocarbonetos,

de acordo com zonas de interferência próximas:

Grupo 1 – próximo as descargas de esgoto doméstico e industrial de Duque

de Caxias, Belford Roxo e João do Meriti, ao local do acidente de janeiro de

2000 e a bosques de manguezal (intermaré NW): T15, T18, T22, T24, T28;

Grupo 2 – próximo as descargas de esgoto doméstico e industrial do Rio de

Janeiro, São Gonçalo e Niterói (infralitoral SW, SE): T54, T55, T56, T57;

Grupo 3 – próximo as descargas de esgoto doméstico e a bosques de

manguezal do rio Suruí e da APA de Guapimirim (intermaré NE): T1, T7, T9,

D43,T46;

Grupo 4 – área de tráfego de embarcações pesqueiras, próximo a Ilha de

Paquetá e a região entre Ilha do Governador e o local do acidente (infralitoral

no fundo da baía): T31, T32, D34, T36, D39, T51, D53;

Algumas estações merecem destaque. As estações T22 e T24 são próximas

do pólo petroquímico da baía e do local de vazamento de óleo em janeiro de 2000.

As estações T31, T32 e D34 se localizam sob o espelho d’água, entre o pólo e a Ilha

do Governador, recebendo a influência da descarga fluvial dos rios Iguaçu e

Sarapuí. As estações T7 e T9 ficam próximas da desembocadura do rio Suruí e

foram atingidas pelo óleo derramado em janeiro de 2000. A estação T54 fica junto ao

Terminal da Petrobras da Ilha d’Água e a T1 representa uma área mais preservada,

na franja do maior bosque de manguezal da baía.


Figura 4.3. Coleta de amostras de sedimento da baía de Guanabara com testemunhadores e dragas e sub-amostragem da camada superior do sedimento.


4.1.2. Determinação dos HPA em Sedimentos

Nas amostras de sedimento coletadas nas regiões do infralitoral e intermaré

da Baía de Guanabara em 2000 e 2003 procedeu-se um detalhamento da

caracterização dos hidrocarbonetos, através da determinação de 38 HPA individuais

com dois a seis anéis condensados (parentais e alquilados). Dentre os 38 HPA

determinados (Figura 4.4), encontram-se os 16 HPA parentais prioritários segundo a

agência de proteção ambiental americana USA-EPA (naftaleno, acenaftileno,

acenafteno, fluoreno, fenantreno, antraceno, fluoranteno, pireno, benzo(a)antraceno,

criseno, benzo(b)fluoranteno, benzo(k)fluoranteno, benzo(a)pireno, indeno(1,2,3-

c,d)pireno, dibenzo(a,h)antraceno, benzo(ghi)perileno, incluindo-se também

dibenzotiofeno, perileno e benzo(e)pireno). Os demais compostos, incluindo as

séries alquilados dos HPA e a série dos dibenzotiofenos (C1 a C4 naftalenos, C1 a

C3 fluorenos, C1 a C3 dibenzotiofenos, C1 a C4 fenantrenos, C1 e C2 pirenos, e C1

e C2 crisenos), foram estudados por se tratarem de compostos relevantes na

identificação da origem dos hidrocarbonetos. A lista dos compostos analisados

associados com suas massas/carga utilizadas para detecção por CG-EM encontram-

se no Anexo A.

Naftaleno

1,Me-Naftaleno

2,Me-Naftaleno

C2-Naftaleno

C3-Naftaleno

C4-Naftaleno

Acenaftileno

Acenafteno

Fluoreno

C1-Fluoreno

C2-Fluoreno

C3-Fluoreno

Dibenzotiofeno

C1-Dibenzotiofeno

C2-Dibenzotiofeno

C3-Dibenzotiofeno

Fenantreno

Antraceno

C1-Fenantreno/Antraceno




Fluoranteno

Pireno

C1-Fluoranteno/pireno

C2-Fluoranteno/pireno

Benzo(a)antraceno

Criseno

C1-Criseno

C2-Criseno

C3-Criseno

Benzo(b)fluoranteno

Benzo(k)fluoranteno

Benzo(a)pireno

Benzo(e)pireno

Perileno

Indeno(1,2,3-cd)pireno

Dibenzo(a,h)antraceno

Benzo(g,h,i)perileno

* 16 HPA prioritários

Figura 4.4. Lista dos 38 HPA analisados neste estudo: 16 prioritários EPA, as séries alquiladas e outros (Método EPA 8270 C).

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*


O desenho esquemático da análise para a determinação de HPA em

sedimentos da Baía de Guanabara é apresentado na Figura 4.5. A descrição

detalhada da metodologia utilizada encontra-se nos item a seguir. Cada batelada de

análise de 7 amostras de sedimento da Baía de Guanabara era acompanhada de

realização de um branco analítico e de uma amostra de material certificado NIST

2974.

Sub-amostra (5g)

Introdução de padrão de recuperação

p-terfenil-d14

Extração em Soxhlet com remoção de enxofre

Solvente: DCM

Fracionamento do ExtratoFases: Sílica-gel e Alumina básica

Eluição Fração 1 – HC alifáticos: Hexano

Eluição Fração 2 – HC aromáticos: DCM:Hexano(1:1v/v)

Adição de Padrão Internonaftaleno-d8 fenantreno d10 acenafteno-d10

criseno-d12 perileno-d12

Análise CG-EM

Figura 4.5. Fluxograma das etapas analíticas envolvidas na determinação de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara.

4.1.2.1. Extração da Amostra

As amostras de sedimento, após remoção de gravetos, foram extraídas

seguindo a metodologia EPA Method 3540 (soxhlet). As amostras foram

descongeladas, homogeneizadas e uma sub-amostra (5g) foi misturada com sulfato

de sódio (1:4; p/p). A extração foi executada em um sistema Soxhlet por 24 horas

com 200 mL de diclorometano. Antes da extração, um hidrocarboneto aromático (p-

terfenil-d14) foi adicionado às amostras de sedimento como surrogate (padrão para


determinação de recuperação). O enxofre foi removido durante a extração com

cobre elementar ativado. Um evaporador rotatório foi usado para reduzir o volume do

extrato para 5 mL, e então o solvente foi substituído por n-hexano em um sistema

tipo Kuderna-Danish até um volume final de 1 mL.

4.1.2.2. Fracionamento do Extrato

Os extratos de sedimento foram fracionados através de cromatografia de

adsorção, baseado na metodologia EPA Method 3630 modificado. Uma coluna

aberta foi preenchida com 2,5g de areia pirolisada a 400°C, 20g de sílica-gel

desativada a 5%, 10g de alumina básica desativada a 1%, 2,5g de areia pirolisada a

400°C e 2,5 g de sulfato de sódio pirolisado. O extrato concentrado (1 mL) foi

cuidadosamente adicionado ao topo da coluna e as frações seguintes foram

coletadas: (F1 - Hidrocarbonetos alifáticos, isoprenos e UCM), utilizando-se 50 mL

de n-hexano e (F2 - compostos aromáticos), utilizando-se 200 mL da mistura 1:1 de

diclorometano : hexano. O volume da fração F2 contendo os compostos aromáticos

foi reduzido através de um evaporador rotatório e sob um fluxo suave de nitrogênio

puro até um volume final de 1 mL e a fração foi armazenada sob refrigeração até a

análise de HPA.

4.1.2.3. Análise de HPA por CG-EM

A análise de HPA e as séries alquiladas da fração de aromáticos do extrato

de sedimento foi realizada utilizando-se cromatrografia gasosa acoplada a

espectrometria de massas (CG-EM), seguindo a metodologia EPA Method 8270-C,

com modificações. Isto foi conduzido em um cromatógrafo a gás HP 5890 séries II

acoplado a um sistema de detector de massas Finnigan GCQ. O espectrômetro de

massa foi operado no modo de impacto de elétrons (EI - 70eV) e os dados foram

adquiridos no modo full scan (15-400 amu). As condições de GC foram as seguintes:

temperatura do forno de 40°C por 5 min., seguida de uma programação de 8oC/min

até 280°C, com manutenção desta temperatura por de 30 min). Nestas condições

analíticas, o cromatograma de massas de uma mistura padrão, contendo os HPA

parentais, apresenta-se conforme ilustrado na Figura 4.6.


A quantificação foi realizada através do método de padrão interno usando

uma solução com acenafteno-d10, naftaleno-d8, fenantreno-d10, criseno-d12 e

perileno-d12. O método analítico foi certificado pela extração, em triplicata, de

materiais de referência de sedimento marinho e mexilhões liofilizados da NIST (SRM

1941a e SRM 2974) e brancos foram periodicamente processados para verificar

problemas de contaminação. A Associação Canadense para Laboratórios Analíticos

Ambientais (CAEAL) certifica o laboratório duas vezes por ano. Os limites de

detecção do método (LDM) foram calculados como 1 ng.g-1 para o sedimento, peso

seco.

RT: 9.00 - 40.00

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Tempo (min)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Ab

un

dân

cia

rela

tiva

29.16

28.07 32.9627.27

22.68 36.7332.8422.18

14.71 19.07 22.88

17.10

38.0416.23

13.26

10.93

19.99

9.91 38.2035.1025.31 31.5811.55 21.18

RT: 9.00 - 40.00

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Tempo (min)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

RT: 9.00 - 40.00

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Tempo (min)

0

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10

15

20

25

30

35

40

45

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70

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90

95

100

Ab

un

dân

cia

rela

tiva

29.16

28.07 32.9627.27

22.68 36.7332.8422.18

14.71 19.07 22.88

17.10

38.0416.23

13.26

10.93

19.99

9.91 38.2035.1025.31 31.5811.55 21.18

Figura 4.6. Cromatograma de massas de HPA parentais de uma mistura padrão (adaptado de Gabardo et al., 2005).


4.1.3. Técnicas de Identificação de Fontes de HPA

A identificação das fontes dos hidrocarbonetos nas amostras de sedimento de

Baía de Guanabara foi feita usando as seguintes abordagens: índices diagnósticos

de HPA e análises multi-variáveis de HPA.

4.1.3.1. Razões Diagnósticas

Conforme previamente reportado, muitas razões moleculares de HPA têm

sido utilizadas para auxiliar a identificação das fontes de HPA em amostras

ambientais, distinguindo fontes petrogênica, biogênica e pirolítica (Youngblood e

Blumer, 1975; Gschwend e Hites, 1981; Sicre et al., 1987; Lipatou e Albaigés, 1994;

Kennicutt II, 1995; Budzinski et al., 1997; Baumard et al., 1998, Wang et al., 1999;

Yunker et al., 2000; Readman et al., 2002; Yunker et al., 2002). Dentre as diversas

razões citadas na literatura, foram utilizadas neste estudo razões moleculares de

HPA parentais e alquilados, as quais estão listadas a seguir:

HPA parentais:

Fenantreno/Antraceno

Fluoranteno/Pireno

Antraceno/Antraceno+ Fenantrenos

Fluoranteno/(Fluoranteno+Pireno)

Indeno1,2,3(cd)pireno/( Indeno1,2,3(cd)pireno+Benzo(ghi)perileno)

Índice de abundância de perileno: Perileno/ HPA com 5 anéis) onde

HPA com 5 anéis) = BbFl + BkFl + BaPi + BePi + DBAn (Abreviaturas no Anexo A)


HPA alquilados:

Fenantreno+Antraceno/(Fenantreno+Antraceno+C1Fenantreno)

Índice pirogênico: (Outros HPA 3-6 anéis) / (5 séries HPA alquilados) onde:

5 séries HPAs alquilados = Naftalenos, Fluorenos, Dibenzotiofenos, Fenantrenos and Crisenos)

Outros HPA 3-6 anéis = todos os outros HPA analisados

A interpretação dos dados foi realizada através de diagramas cruzados das

razões diagnósticas de HPA obtidas dos resultados das campanhas realizadas em

2000 e 2003, o que possibilita obter uma melhor estimativa das fontes (Budizinski et

al., 1997, Yunker et al., 2002), tornando o estudo mais robusto e integrado.

Além disso, foram analisados dados de quatro óleos e derivados de petróleo

em conjunto com os dados das amostras de sedimento. Isto permitiu aferir os

indicadores em estudo, isto é, as razões que identificavam as amostras de óleo fora

das faixas limítrofes reservadas para amostras com características

pedrominantemente petrogênicas eram desconsideradas. Por outro lado, as razões

que identificavam as amostras de óleo dentro da faixa petrogênica eram

classificadas como promissoras. Os óleos utilizados para esta aferição foram: o óleo

vazado no acidente de janeiro de 2000 (óleo combustível pesado - MF380), um

petróleo árabe (AL), um óleo leve (Ar) e um óleo diesel (DM).


4.1.3.2. Análise de Componentes Principais (APC)

A análise de multivariáveis dos dados de concentração de HPA aplicada

neste estudo foi realizada com base em análise de componentes principais (ACP),

utilizando-se um algorítimo iterativo não linear de mínimos quadrados (non-linear

iterative partial least squares), que permite uma avaliação simultânea das projeções

das variáveis (concentrações dos HPA individuais) e das amostras (loadings e

scores, respectivamente). As projeções das amostras foram diagramadas para as

campanhas de 2000 e 2003, separadamente, utilizando-se o programa Statistica,

versão 5.0.

Antes da realização da análise de componentes principais, os dados dos HPA

passaram por um pré-processamento para permitir a utilização dos dados dos

compostos com concentrações abaixo do LDM e para evitar desvios de interpretação

devido às diferenças de concentração dos compostos entre as amostras (Kvalheim,

1985, Yunker et al., 2002). Os pré-processamentos realizados foram:

O uso da metade do valor do limite de detecção do método para os

compostos que não foram detectados. Com isto, os compostos não

detectados adquiriram concentração de 0,5 ng/g.

A normalização da concentração de cada composto pela concentração total

de HPA da amostra para evitar a influência de uma ampla faixa de

concentração de amostras. Isto é:

AmostranaHPATotalConc.

CompostoConc.aNormalizadãoConcentraç

A correção pela média e desvio padrão: a concentração normalizada de cada

composto é reduzida da média e do desvio padrão daquele composto em

relação a todas as amostras.

asNormalizadConc.dasPadrãoDesvio

asNormalizadConc.dasMédia-aNormalizadConc.FinalãoConcentraç


4.2. Metabólitos de HPA em Bile de Peixes da Baía de Guanabara

As etapas principais do procedimento experimental e analítico do estudo de

exposição de peixes da Baía de Guanabara através da quantificação de seus

metabólitos biliares de HPA são apresentadas sumariamente na Figura 4.7.

Entre EspéciesAvaliação QualitativaIsômeros: m/z 290 m/z 340

Determinação de 12 Metabólitos de HPA por CG-EM

Tratamento EstatísticoAvaliação Espacial por

Família Kruskal-Walli

Comparação Descritiva

Temporal

Espacial

Remoção da Vesícula Biliar

Constituição de Amostras Compostas de Bile por espécie

Amostragem de Peixes: 2006Fevereiro / Março / Abril

4 Estações Entrada da baía Interior da baía

Figura 4.7. Fluxograma das etapas do estudo de metabólitos de HPA em bile de peixes da Baía de Guanabara.


4.2.1. Estratégia Amostral

Para uma avaliação preliminar do nível de exposição a que os peixes da Baía

de Guanabara estão submetidos, foram conduzidas campanhas de coleta de

amostras de bile de peixes, ao longo de 3 meses, no ano de 2006.

O presente estudo teve como objetivo quantificar metabólitos individuais de

HPA biliar, presentes em 4 espécies de peixe representativas de 3 famílias

diferentes, que foram coletadas na Baía de Guanabara durante os meses de

fevereiro, março e abril de 2006: Genidens genidens da família Ariidae,

Micropogonias furnieri e Ctenoscianea gracilicirrhus da família Sciaenidae,

Cyclichthys spinosus da família Diodontidae. A Figura 4.8 ilustra as espécies

estudadas.

A espécie Genidens genidens (Ariidae), conhecida como bagre marinho, é

uma espécie bentônica com ocorrência em toda a costa atlântica americana,

inclusive regiões estuarinas, geralmente em água pouco profunda e em fundos

lodosos ou arenosos. Não circula na coluna d’água. Esta espécie é carnívora,

alimentando-se de pequenos peixes, invertebrados e detritos orgânicos (Szpilman,

2000, Fishbase, 2007). Na Baía de Guanabara, é uma espécie que apresenta

hábitos estuarino-residente e seu habitat preferencial é o demersal inconsolidado,

mantendo-se em áreas mais internas, com baixa salinidade, isto é, com maior

influência de águas continentais. Os bagres capturados neste estudo, por arrasto de

fundo, se encontram sempre presentes, ao longo de todo o ano (Carvalho et al.,

2007).

A espécie Micropogonias furnieri, conhecida como corvina, é uma espécie

demersal que ocorre em águas rasas tropicais e subtropicais da costa atlântica das

Américas Central e do Sul. As corvinas habitam fundos lodosos ou arenosos e

podem ser consideradas estuarinas-dependente pois utilizam o estuário para seu

crescimento e desova, dirigindo-se para fora da baía quando adultas. É uma espécie

carnívora, alimentando-se de pequenos invertebrados bentônicos e os adultos

capturam também pequenos peixes e vermes (Szpilman, 2000, Vazzoler et al.,

1999). Na Baía de Guanabara, a corvina, capturada por arrasto de fundo, utiliza toda


a extensão da baía durante todo o ano, apresentando abundâncias relativamente

elevadas (Andrade-Tubino et al., 2007). É uma espécie que revolve o sedimento e

que também tem vida na coluna d’água.

Já a espécie Ctenoscianea gracilicirrhus, também da família Sciaenidae,

conhecida como cangauá, é considerada demersal estuarina-oportunista na Baía de

Guanabara pois não utiliza o estuário na sua totalidade, apresentando preferências

pelas áreas sob influências oceânicas (Andrade-Tubino et al., 2007).

A espécie Cyclichthys spinosus (família Diodontidae), composta por baiacu-

de-espinho, é uma espécie com habitat bentopelágica de águas relativamente rasas

e vivem sobre fundos coralinos, rochosos e arenosos. Alimentam-se de uma grande

variedade de invertebrados, incluindo os moluscos, caranguejos e ouriços do mar,

que são esmagados por seus dentes com formato de bico de papagaio. Esta espécie

não é utilizada para consumo humano (Szpilman, 2000). Na Baía de Guanabara, o

baiacu-de-espinho pode ser considerado estuarino-dependente, distribuindo-se por

todo o corpo d’água ao longo de todo o ano. É mais representativo nas áreas mais

próximas à entrada da baía, podendo se alimentar também nos costões (Andrade et

al., 2007).

Família Diodontidae Cyclichthys spinosus

Família Sciaenidae

Micropogonias furnieri &

Ctenoscianea gracilicirrhus

Família Arridae Genidens genidens

Figura 4.8. Imagens das espécies de peixes estudadas na Baía de Guanabara.


A pesca de fundo com uma única rede de arrasto com malha de 20 mm foi

realizada ao longo de 50 minutos, a fim de coletar os peixes. As duas regiões de

interesse, norte da baía (parte interna) e sul da baía (entrada) foram escolhidas para

representar diferentes qualidades de água da baía.

As estações de arrasto realizadas na área interna da Baía de Guanabara –

fundo da baía (áreas 1 e 2, próximas ao rio Estrela e Ilha de Paquetá,

respectivamente) são representativas de uma região mais contaminada, com energia

hidrodinâmica baixa e alta eutrofização; as estações localizadas na entrada da baía

(áreas 3 e 4, enseadas de Botafogo e Boa Viagem, respectivamente) têm energia

hidrodinâmica mais elevada, com contaminação por hidrocarbonetos variável (baixa

e alta). A Figura 4.9 apresenta as posições geográficas das 4 estações de arrasto na

Baía de Guanabara para execução deste estudo.

Figura 4.9. Local geográfico das estações de coleta de peixes por arrasto na Baía de Guanabara para a análise de metabólitos biliares de PAH (Sistema de coordenadas geográficas Datum SAD 69).

Entrada da baía

Fundo da baía


4.2.2. Coleta de Bile de Peixe

Após cada arrasto, os peixes coletados foram transportados para o laboratório

em caixas térmicas contendo gelo. Os peixes foram então identificados, medidos e

pesados. Em seguida foram dissecados e tiveram a visícula biliar extraída, que foi

transferida para frasco de eppendorf e imediatamente congelada em nitrogênio

líquido e posteriormente armazenada em freezer (-20°C). Este processo encontra-se

na Figura 4.10.

Figura 4.10. Ilustração do procedimento de extração da vesícula biliar de peixes da Baia de Guanabara.

De um modo geral, o volume de amostra individual de bile se mostrava muito

reduzido e insuficiente para análise (mínimo necessário: 100 l).

Consequentemente, amostras compostas eram constituídas pelo agrupamento de

duas ou mais amostras de bile individual. A Tabela 4.1 apresenta a composição das


9 amostras analisadas neste estudo, especificando as espécies de peixes coletadas

e dados de biometria.

Tabela 4.1. Amostras de bile de peixe da Baía de Guanabara para análise de metabólitos de HPA.

Código da amostra

Área da baía No de indiví-duos

EspécieComprimento

(mm) * Peso (g) *

Massabile (g)

Data

788201 GA 1

Fundo (Norte) 1Genidensgenidens

287 218 0,0083 23/02/06

788201 GB 1


276 200 0,0402 23/02/06

788202 G

1Fundo (Norte) 4

Genidensgenidens

263 123 0,0576 09/03/06

788203 M 2

Fundo (Norte) 2Micropogonias

furnieri185 68 0,0214 23/03/06

788203 Cy 2

Fundo (Norte) 3Cyclichthys

spinosus144 167 0,1287 23/03/06

788204 CtA 3

Entrada (Sul) Botafogo

5Ctenoscianeagracilicirrhus

- - 0,0209 05/04/06

788204 Cy 4

Entrada (Sul)

Boa Viagem 4

Cyclichthys spinosus

163 221 0,1344 05/04/06

788204 M 4

Entrada (Sul)

Boa Viagem 2

Micropogoniasfurnieri

230 121 0,0259 05/04/06

788205 G 1


255 135 0,0421 06/04/06

* = média dos valores individuais

Vale ressaltar que as espécies de peixes coletadas neste estudo representam

hábitos alimentares, teores de lipídios, idade, comprimento e peso diferentes, o que

dificulta a interpretação dos resultados. No entanto, o trabalho é válido uma vez que

se pretendeu fazer apenas uma investigação preliminar dos teores de metabólitos de

HPA em bile de peixes presentes na Baía de Guanabara, resultante da exposição

destes organismos a um ecossistema altamente urbanizado e industrializado que

recebe poluição antropogênica crônica intensa.


4.2.3.Determinação dos Metabólitos Biliares de HPA

A análise dos metabólitos de HPA (OH-HPA) em bile de pescados foi

realizada no Laboratório de Físico-toxicoquímica de Sistemas Naturais da

Universidade de Bordeaux I, França, sob orientação da Dra Hélène Budzinski.

A análise foi conduzida de acordo com o protocolo estabelecido por Le Dû e

colaboradores (2006), ainda não implementado em laboratórios nacionais. Este

método permitiu a determinação de metabólitos individuais de HPA em bile de

peixes pela primeira vez no Brasil. O fluxograma das etapas da análise é

apresentado na Figura 4.11 e consiste em deconjugação enzimática, extração,

purificação e derivatização para posterior análise por GC-EM.

Introdução de padrão interno (1-OHPi-d9)

Deconjugação enzimática(37°C, pH 5, 20h)

Extração em fase sólidaFase C18

Ativação da coluna: água/metanol (70:30 v/v)

Eluição: metanol

PurificaçãoFase NH2

Eluição: metanol/diclorometano (20:80 v/v)

Derivatização(30 min, 65°C)

Adição de padrão de recuperação fenantreno d10

Análise CG-EM

Figura 4.11. Fluxograma das etapas analíticas envolvidas na determinação de

metabólitos de HPA em bile de peixes.


Segundo o protocolo seguido, 12 metabólitos são identificados e quantificados:1-hidroxinaftaleno, 1-hidroxifenantreno, 9-hidroxifenantreno,

2-hidroxinaftaleno, 2-hidroxifenantreno, 1-hidroxipireno,

3-hidroxibifenila, 3-hidroxifenantreno, 1-hidroxicriseno ,

9-hidroxifluoreno, 4-hidroxifenantreno, 3-hidroxibenzo(a)pireno.

4.2.3.1. Preparo da Amostra

As amostras de bile foram preparadas para a determinação de metabólitos de

PAH de acordo com o protocolo acima descrito, passando pelas etapas de

deconjugação enzimática, extração e purificação em fase sólida e derivatização com

BSTFA (bis(trimetilsilil)-trifluoracetamida).

Deconjugação enzimática: As amostras (cerca de 100 L) foram tratadas com

20 ul de enzima ß-glucuronidase, utilizando com um tampão de acetato para manter

pH 5. Padrão interno para quantificação dos metabólitos (1- hidroxipireno d9) e anti-

oxidante (2 mercaptoetano) foram adicionados à mistura antes de ser colocada em

um forno às 37°C durante 20 horas. Após deconjugação (quebra da estrutura

conjugada hidrofílica dos metabólitos e consequente formação de metabólitos livres

eletrolíticos), os aglomerados de enzima formados durante deconjugação foram

então separados do sobrenadante contendo os metabólitos livres, pigmentos e

outros compostos hidrofílicos através de centrifugação.

Extração em fase sólida (solid phase extraction - SPE): Os compostos

hidrofílicos indesejáveis foram inicialmente separados dos metabólitos e pigmentos

utilizando-se extração em fase sólida (cartuchos com fase C18 de 500 mg). Os

compostos hidrofílicos foram eluídos com uma solução tampão/metanol (70/30)

enquanto os metabólitos e pigmentos ficavam retidos na fase sólida. Em seguida, os

metabólitos e pigmentos foram eluídos da coluna com metanol (2 x 2,5 mL).

Purificação: A purificação dos metabólitos foi realizada utilizando-se extração

em fase sólida (cartuchos com fase NH2 de 500 mg). Os metabólitos foram eluídos

com uma solução de diclorometano/ metanol (80/20) (2 x 2,5 mL), ficando os


pigmentos retidos na fase. O extrato foi levado a secura sob fluxo de nitrogênio e

posteriormente dissolvido em diclorometano.

Derivatização: Os metabólitos, concentrados em diclorometano, foram

subseqüentemente derivatizados, acrescentando-se 30 L BSTFA

(bis(trimetilsilano)-trifluoroacetamida) e mantidos em forno a 65°C por 30 minutos.

Desta forma, os analitos de interesse foram silanizados antes da análise

cromatográfica para se obter picos gaussianos bem resolvidos, sem alargamentos e

caudas. Depois da derivatização, um padrão (pireno d10) foi adicionado à amostra

para determinação da recuperação, seguindo-se a análise dos metabólitos por CG-

EM.

4.2.3.2. Análise de Metabólitos de HPA por CG-EM

As análises foram conduzidas em um cromatógrafo a gás HP 6890 série II

acoplado a um sistema de detector de massas HP 5973. O espectrômetro de massa

foi operado no modo de impacto de elétron (70eV) e os dados foram adquiridos em

modo SIM (single íon monitoring). As condições de cromatografia foram as

seguintes: injeção sem divisão de fluxo (splitless); temperatura do forno: 70 C por 2

min., taxa de aquecimento de 5 C/min até 180 e taxa de 10 C/min de 180 até 290 C

com isoterma final de 1 min; temperatura de interface: 280 C. A coluna

cromatográfica foi HP5/MS (30m x 0,25mm x 0,25 m). Nestas condições analíticas,

o cromatograma de massas de uma mistura padrão contendo os 12 metabólitos de

HPA após derivatização apresenta-se conforme ilustrado na Figura 4.12. Os

diferentes isômeros do hidroxifenantrenos (m/z 266) são também apresentados.

A quantificação foi feita através de padronização com uma solução de 1

hidroxipireno deuterado (1- hidroxipireno d9). A lista dos 12 compostos analisados e

seus íons de identificação encontram-se no Anexo C. Os compostos são, de um

modo geral, detectados sob a forma de HPA-O-Si(CH3)3+ com valor de m/z = massa

molecular + 72. Os principais íons de espectros de massas obtidos com a

derivatização (e sem a derivatização) estão apresentados na Tabela 4.2.


10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

-->

TIC: GBTEST05.D

2-OH N

1-OH N

3-OH Bi

9-OH F

OH Fenantrenos

1-OH Pi

1-OH C

3-OH BaPi

013.5013.6013.7013.8013.9014.0014.1014.2014.3014.4014.5

Ion 266.00 (265.70 to 266.70): GBTEST05.D

2-OH Fe

1-OH Fe

3-OH Fe9-OH Fe

4-OH Fe

Pi-d10

+1-OH Pi-d9

+1-OH Pi-d9

Figura 4.12. Cromatograma de massas de 12 metabólitos de HPA de uma mistura padrão após derivatização (adaptado de Mazeas, 2004).

Tabela 4.2. Principais íons (m/z) característicos dos espectros de massas obtidos por CG-EM com e sem derivatização.

Composto Código Íons (m/z) semderivatrização

Íons (m/z) com derivatrização

1-hidroxinaftaleno 1-OHN 144,115 (85) 201, 216 (90)

2-hidroxinaftaleno 2-OHN 144, 115 (60) 216, 201 (65)

2-hidroxibifenila 2-OHBi 170, 169 (75), 141 (32) 211, 227 (60), 242 (40)

9-hidroxifluoreno 9-OHF 181, 182 (77), 152 (38) 165, 254 (25), 73 (25), 180 (10)

9-hidroxifenantreno 9-OHFe 194, 165 266, 251 (63)

1-hidroxipireno 1-OHPi 218, 189 (77) 290, 275 (25), 291 (20)

1-hidroxicriseno 1-OHC 244, 215 (75) 316, 301, 285

3-hidroxibenzo(a)pireno 3-OHBaPi 268, 239 (68) 340, 341 (30)

1- hidroxipireno d9 1-OHPi-d9 227 299

pireno d10 Pi-d10 212 -

Os números entre parêntesis são os percentuais de abundância de cada íon em relação ao primeiro, fixo em 100%.

Tempo (min)

5. Resultados e Discussão 88

Capítulo 5

Resultados e Discussão


5. Resultados e Discussão

5.1. Quantificação e Distribuição dos HPA em Sedimentos da Baía de

Guanabara

A concentração dos HPA individuais, o somatório dos 16 HPA prioritários

segundo EPA ( 16 HPA) e a soma total dos 38 HPA analisados ( HPA) nos

sedimentos coletados na Baía de Guanabara em 2000 (logo após o derramamento

de óleo) e em 2003 encontram-se no Anexo D. Os teores de HPA dos óleos e

derivados utilizados ao longo deste estudo para auxiliar no exercício de identificação

e diferenciação de fontes de hidrocarbonetos nos sedimentos da Baía de

Guanabara, através das razões diagnósticas e análises estatísticas multivariadas,

também se encontram no Anexo D.

As Tabelas 5.1 e 5.2 apresentam um resumo dos resultados de HPA de

sedimentos da baía para as campanhas de 2000 e 2003, respectivamente,

considerando as áreas das estações de sedimentos de intermaré e infralitoral. Para

ambas as campanhas o total de HPA variou de forma relevante ao longo da baía,

apresentando teores entre 559 a 58439 ng g-1 peso seco (concentração mediana:

4877 ng g-1) para a campanha de 2000 e 400 a 52384 ng g-1 peso seco

(concentração mediana: 3603 ng g-1) para a campanha de 2003.

Baseada em análises estatísticas paramétrica (ANOVA) e não paramétrica

(teste Wilcoxon) (Daniel, 1978), verificou-se que não existe diferença significativa em

concentrações de HPA entre as amostras de 2000 e 2003 (Anexo E).


Tabela 5.1. Resumo dos resultados de HPA (ng g-1 peso seco) de amostras de sedimento da Baía de Guanabara para a campanha de 2000.

T1 T7 T9 T15 T18 T22 T24 T28 16HPA 207 526 819 866 719 1866 3235 797 Total HPA 691 8259 13191 4198 3058 34048 58439 2614

Intermaré

T31 T32 T36 T46 T51 T54 T55 T56 T57 D34 D39 D43 D53 16HPA 1264 1524 2352 735 2189 303 2267 4119 600 1366 13425 381 9399 Total HPA 6174 18240 4877 2487 5398 559 4019 9816 952 3730 24555 1048 16793

Infralitoral

Tabela 5.2. Resumo dos resultados de HPA (ng g-1 peso seco) de amostras de sedimento de Baía de Guanabara para a campanha de 2003.

T1 T7 T9 T15 T18 T22 T24 T28

16PAH 184 212 388 560 349 647 3653 269

Total PAH 400 838 1004 2516 1303 4931 52384 3603

Intermaré

T31 T32 T36 T46 T51 T54 T55 T56 T57 D34 D39 D43 D53

16PAH 675 1448 1891 443 2611 1829 2090 5110 614 1028 818 368 3177

Total PAH 7993 37014 3856 1861 5090 4028 4130 9734 1242 2944 3063 726 7182

Infralitoral

Para comparar os dados deste estudo com os previamente reportados para a

Baía de Guanabara, faz-se necessário avaliar apenas os resultados dos 16 HPA

prioritários da EPA, uma vez que os dados pretéritos não consideraram todos os

compostos alquilados. Os somatórios dos 16 HPA para as campanhas de 2000 e

2003 variaram de 207 até 13425 ng g-1 e 184 a 5110 ng g-1, respectivamente. As

variações desta contaminação dos sedimentos da baía por hidrocarbonetos

mostram-se dentro dos mesmos intervalos observados por Lima (1996) (1564 a

18438 ng g-1), Hamacher (1996) (554 a 1894 ng g-1) e Chalaux (1995) (1051 a 5861

ng g-1).


A comparação dos dados deste estudo com os de algumas regiões estuarinas

e costeiras no mundo está apresentada na Tabela 5.3, onde estão listados os teores

de HPA em diversos sedimentos marinhos analisados recentemente na Europa,

Ásia, América e Oceania. As concentrações de HPA em sedimentos da Baía de

Guanabara coletados por ocasião do derramamento de óleo e 3 anos depois

encontram-se similares entre si e numa faixa semelhante daquelas observadas em

vários regiões estuarinas internacionais, correlacionadas ou não com

derramamentos de óleo.

Estes dados comparativos citados acima (literatura internacional e teses)

indicam, numa abordagem inicial, que as concentrações de HPA nos sedimentos da

Baía de Guanabara estejam relacionadas mais diretamente com o aporte

antropogênico crônico de hidrocarbonetos e não com o evento agudo do derrame de

óleo de 2000. Estes resultados são corroborados com dados de biomarcadores

geoquímicos obtidos para estas amostras de sedimento da Baía de Guanabara

coletadas em 2000 e 2003 (Meniconi and Barbanti, 2007).

As análises de esteranos e terpanos realizadas por Meniconi and Barbanti

(2007) revelaram que a maioria das amostras da baía não apresentou correlação

com o óleo derramado. Os sedimentos apresentaram nítida contribuição de

hidrocarbonetos derivados de ambiente deposicional marinho carbonático. No

entanto, o óleo derramado MF 380 tem como base óleo derivado de um ambiente

deposicional lacustre de água salgada, que apresenta um padrão de distribuição de

terpanos e esteranos diferente do encontrado nos sedimentos da Baía de

Guanabara (Meniconi and Barbanti, 2007). As exceções foram para apenas duas

amostras de intermaré situadas em uma área atingida pelo óleo em janeiro de 2000

(estações T7 e T9). Desta forma, os dados de biomarcadores evidenciaram uma

predominância de hidrocarbonetos originados de poluição antropogênica crônica nos

sedimentos da baía, demonstrando que o óleo vazado e espalhado sobre a

superfície d’água da Baía de Guanabara em 2000 não afundou nem se misturou

com o material em suspensão da coluna d’água, para posterior sedimentação

(Gabardo et al., 2001, Meniconi et al., 2002). Em suma, verificou-se que o derrame

de óleo de janeiro de 2000 não causou alterações significativas sobre os teores de


HPA nos sedimentos da Baía de Guanabara.

Considerando a distribuição de HPA nas amostras de sedimentos da Baía de

Guanabara para as campanhas de 2000 e 2003 (Anexo F), observou-se uma

contribuição de HPA alquilado mais elevada para alguns dos sedimentos de

intermaré da campanha de 2000, que pode ser explicado pelo contato direto da água

com o sedimento em decorrência da maré e da ação das ondas na linha de costa.

Isto é mostrado na Figura 5.1, onde todas as séries de HPA alquilados

intemperizados são predominantes para as amostras das estações T7, T9 (próximas

da desembocadura do rio Suruí e que foram atingidas pelo óleo derramado em

janeiro de 2000) e T22 (próxima do local de vazamento em 2000) na campanha de

2000. A degradação das amostras pode ser nitidamente verificada pela distribuição

das séries dos HPA alquilados com concentração máxima para o isômero de maior

alquilação (HPA parental < C1 <C2 < C3 < C4).

Por outro lado, para ambas as campanhas, foi observada a predominância

dos HPA de quatro e cinco anéis sobre os outros compostos, principalmente para os

sedimentos das estações do infralitoral, na área de influência da mancha de óleo de

janeiro de 2000 e em outras estações localizadas fora da área de influência do

acidente (Figuras 5.2 e 5.3, respectivamente). As Figuras 5.4 e 5.5 resumem estas

observações para todas as amostras estudadas.


Tabela 5.3. Comparação dos teores de HPA (ng g-1 peso seco) deste estudo com dados de literatura para sedimentos de inúmeros locais costeiros no mundo.

Local Número de

HPAdeterminados

Faixa de Concentração

(ng/g) Referências

Oceania

Estuário do Rio Brisbane, Australia 17 2840-13470 Kayal and Connell, 1989

Ásia

Masan Bay, Coreá 16 41-1100 Khim et al., 1999

Estuário do Rio Jiulongjiang, China 21 515-1522 Witt and Siegel, 2000

Baoshan, Shangai, China 7 61-7618 Xu et al, 2001

Estuário do Rio Pearl, China 3551

184-14497 323-21324

Bixian et al., 2001

Daya Bay, Hong Kong, China 16 115-1134 Zhou and Maskaoui, 2003

Estuário do Rio Yalujiang, Norte China

10 79-1500 Wu et al, 2003

Estuário do Rio Minjiang, China 16 112-887 Zhang et al., 2004

Deep Bay (banco de lama), China 16 238-416 Zhang et al, 2004

Estuário do Rio Pearl, China 15 94-4300 Fung et al., 2005

Masan Bay, Coréa 24 207-2670 Yim et al., 2005

EuropaEstuário do rio Gironde e Baía de Arcachon, França

14 3,5-853 Sicre et al., 1987

Estuário do Rio Mersey, RU 13 5310 Readman et al., 1986

Estuário do Rio Tamar, RU 13 8630 Readman et al., 1986

Porto de Toulon, França 18 9994 Baumard et al., 1998b

Delta do Rio Rhone, França 16 1400-83800 Lipiatou et al., 1997

Estuário do rio Gironde, França 17 622-4888 Budzinski et al., 1997

Portos mediterrâneos, França 14 282-13000 Baumard et al., 1998a, b

Porto Ajaccio, Corsega, França 18 43-20000 Baumard et al., 1998a, b

Mar Cáspio, Europa 16 1-1600 Tolosa et al., 2004

Delta do rio Rhone 11 1070-6364 Bouloubassi and Saliot, 1993

AméricaEstuário do Rio de La Plata, Argentina

18 50-555000 Colombo et al., 1989

Canal do Rio de La Plata (depois de derrame), Argentina

16 10 – 70000 Colombo, 2000

Casco Bay, EUA 23 16-20748 Kennicutt et al., 1994

Sarasota Bay, EUA 11 17-26771 Sherblom et al., 1995

Cerritos channel, Los Angeles, EUA 23 10000 Brown et al., 1998

San Diego, EUA 36 80-20000 Anderson et al., 1996

San Francisco Bay, EUA 17 2653-27680 Pereira et al, 1996

Porto de Boston, EUA 16 7300-358000 Wang et al., 2001

Porto de Pórtland, EUA 43 860-20644 Stout et al., 2004

Porto de Tagle, WA, EUA 43 8524-80913 Stout et al., 2004

Baía de Guanabara, Brasil 17 554-1894 Hamacher, 1996

Baía de Guanabara, Brasil 23 1564-18438 Lima, 1996

Baía de Guanabara (2000), Brasil 1638

207-13425 559-58439

Baía de Guanabara (2003), Brasil 1638

184-3653 400-52384

Este estudo

Obs: PEL (Nível Provável de Efeito adverso em biota) é de 16770 ng g-1, segundo NOAA.


T7

0

200

400

600

800

1000

1200

N

1MN

2MN

C2N

C3N

C4N Acl

Ace

F

C1F

C2F

C3F

DBT

C1D

BT

C2D

BT

C3D

BT

Fe

C1F

e

C2F

e

C3F

e

C4F

e

An F

l

Pi

C1P

i

C2P

i

BaA

n C

C1C

C2C

BbF

l

BkF

l

BeP

i

BaP

i

Pe IPi

DBAn

BPe

2000 2003

T9

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

N

1MN

2MN

C2N

C3N

C4N Acl

Ace

F

C1F

C2F

C3F

DBT

C1D

BT

C2D

BT

C3D

BT

Fe

C1F

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C2F

e

C3F

e

C4F

e

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i

BaA

n C

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C2C

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l

BkF

l

BeP

i

BaP

i

Pe IPi

DBAn

BPe

2000 2003

T22

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

N

1MN

2MN

C2N

C3N

C4N Acl

Ace

F

C1F

C2F

C3F

DBT

C1D

BT

C2D

BT

C3D

BT

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C1F

e

C2F

e

C3F

e

C4F

e

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C2P

i

BaA

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C1C

C2C

BbF

l

BkF

l

BeP

i

BaP

i

Pe IPi

DBAn

BPe

2000 2003

Figura 5.1. Predomínio de HPA alquilados em amostras de intermaré para a campanha de 2000 em relação à de 2003 na Baía de Guanabara (ng g-1).


T36

0

50

100

150

200

250

300

350

N

1MN

2MN

C2N

C3N

C4N Acl

Ace

F

C1F

C2F

C3F

DBT

C1D

BT

C2D

BT

C3D

BT

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C1F

e

C2F

e

C3F

e

C4F

e

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i

BaA

n C

C1C

C2C

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l

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l

BeP

i

BaP

i

Pe IPi

DBAn

BPe

2000 2003

T51

0

50

100

150

200

250

300

350

400

N

1MN

2MN

C2N

C3N

C4N Acl

Ace

F

C1F

C2F

C3F

DBT

C1D

BT

C2D

BT

C3D

BT

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C2F

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C3F

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C4F

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BaA

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l

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l

BeP

i

BaP

i

Pe IPi

DBAn

BPe

2000 2003

D53

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

N

1MN

2MN

C2N

C3N

C4N Acl

Ace

F

C1F

C2F

C3F

DBT

C1D

BT

C2D

BT

C3D

BT

Fe

C1F

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C2F

e

C3F

e

C4F

e

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i

BaA

n C

C1C

C2C

BbF

l

BkF

l

BeP

i

BaP

i

Pe IPi

DBAn

BPe

2000 2003

Figura 5.2. Predomínio de HPA de quatro e cinco anéis para as amostras do infralitoral para as campanhas de 2000 e 2003 dentro da área de influência da mancha de óleo de janeiro de 2000 (ng g-1).


T55

0

50

100

150

200

250

300

350

N

1MN

2MN

C2N

C3N

C4N Acl

Ace

F

C1F

C2F

C3F

DBT

C1D

BT

C2D

BT

C3D

BT

Fe

C1F

e

C2F

e

C3F

e

C4F

e

An F

l

Pi

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i

C2P

i

BaA

n C

C1C

C2C

BbF

l

BkF

l

BeP

i

BaP

i

Pe IPi

DBAn

BPe

2000 2003

T56

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

N

1MN

2MN

C2N

C3N

C4N Acl

Ace

F

C1F

C2F

C3F

DBT

C1D

BT

C2D

BT

C3D

BT

Fe

C1F

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C2F

e

C3F

e

C4F

e

An F

l

Pi

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i

BaA

n C

C1C

C2C

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l

BkF

l

BeP

i

BaP

i

Pe IPi

DBAn

BPe

2000 2003

T57

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

N

1MN

2MN

C2N

C3N

C4N Acl

Ace

F

C1F

C2F

C3F

DBT

C1D

BT

C2D

BT

C3D

BT

Fe

C1F

e

C2F

e

C3F

e

C4F

e

An F

l

Pi

C1P

i

C2P

i

BaA

n C

C1C

C2C

BbF

l

BkF

l

BeP

i

BaP

i

Pe IPi

DBAn

BPe

2000 2003

Figura 5.3. Predomínio de HPA de quatro e cinco anéis para as amostras do infralitoral para as campanhas de 2000 e 2003 fora da área de influência da mancha de óleo de janeiro de 2000 (ng g-1).


2000

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

T1 T7 T9 T15 T18 T22 T24 T28 T31 T32 T36 T46 T51 T54 T55 T56 T57 D34 D39 D43 D53

Amostras

Con

cent

raçã

o de

HP

A (

ng g

-1)

2 Anéis

3 Anéis

4 Anéis

5 Anéis

6 Anéis

Figura 5.4. Distribuição dos HPA por número de anéis para os sedimentos da Baía de Guanabara – campanha 2000.

2003

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000


Amostras

Co

nce

ntr

açã

o d

e H

PA

(n

g g

-1)

2 Anéis

3 Anéis

4 Anéis

5 Anéis

6 Anéis

Figura 5.5. Distribuição dos HPA por número de anéis para os sedimentos da Baía de Guanabara – campanha 2003.


5.2. Diferenciação de Fontes de HPA em Sedimentos da Baía de Guanabara

5.2.1. Razões Diagnósticas

Comparações entre vários conjuntos de razões diagnósticas de HPA foram

usadas para identificar as fontes de hidrocarbonetos das amostras de sedimento de

Baía de Guanabara, incluindo razões de HPA parentais e as razões de HPA

alquilados. Na tabela 5.4 são listadas as razões utilizadas para compor os diagramas

cruzados e seus valores característicos de identificação de fontes.

Tabela 5.4. Razões diagnósticas utilizadas para os sedimentos da Baía de Guanabara e suas faixas limítrofes de identificação de fontes.

Razão Faixa limítrofe Classificação de Origem HPA parentais

Fe / An >15<10


Fl / Pi <1>1


An / (An+Fe) <0,1>0,1


Fl / (Ft+Pi) <0,4

entre 0,4 e 0,5 >0,5

PetrogênicaCombustão de Petróleo Combustão de carvão,

madeira, vegetação

IPi / (IPi+BPe) <0,2

entre 0,2 e 0,5 >0,5

PetrogênicaCombustão de Petróleo Combustão de carvão,

madeira, vegetação HPA Alquilados

Fe+An/(Fe+An+C1Fe)<0,5>0,5

Petrogênica ou Pirolítica Pirolítica

(Outros HPA 3-6 anéis)* / (5séries HPA aquilados)**

<0,08>0,50


Pe/ HPA com 5 anéis) *** abundância relativa do perileno

>10 Biogênica

C3DBT/ C3Fe versus C2DBT/C2Feagrupamento Mesma origem

* Outros HPA 3-6 anéis = todos os HPA analisados menos as 5 séries de HPAs alquilados ** 5 séries HPAs alquilados = Naftalenos, Fluorenos, Dibenzotiofenos, Fenantrenos and Crisenos

HPA com 5 anéis) = Benzo(b)fluoranteno + Benzo(k)fluoranteno + Benzo(a)pireno + Benzo(e)pireno + Dibenzo(a,h)antraceno.


No Anexo G encontra-se a tabela contendo os valores das razões diagnósticas

utilizadas neste estudo para as amostras de sedimentos da Baía de Guanabara

coletadas nas campanhas 2000 e 2003 e para os óleos estudados.

O diagrama de razão dupla Fenantreno/Antraceno (Fe/An) versus

Fluoranteno/Pireno (Fl/Pi) tem sido freqüentemente utilizado para diferenciar a

mistura de aportes petrogênico e pirolítico em sedimentos (Soclo, 1986, Baumard et

al., 1998, Tam.et al, 2001, Readman et al., 2002, Ke et al., 2002) apesar da prevista

baixa capacidade de discriminação da razão Fe/An (pequena diferença de calor de

formação entre os isômeros). A Figura 5.6 representa diagrama de razão parental

cruzada para amostras de Baía de Guanabara, coletadas para as campanhas

realizadas em 2000 e 2003, registradas junto com quatro amostras de óleo e

derivados que são: o óleo combustível derramado em janeiro de 2000 - MF 380

(produzido a partir de um petróleo cru de uma bacia marginal brasileira); um óleo cru

árabe (AL), freqüentemente usado em refinarias brasileiras; um óleo leve (Ar) e um

óleo diesel (DM), produzido em uma refinaria no sul do país. Foi observado que esta

razão cruzada não fornece uma interpretação robusta das fontes de HPA, apesar de

alguns sedimentos de intermaré (T1, T9, T15 e T18) terem mostrado características

pirolíticas, isto é, Fl/Pi maior que 1 e Fe/An menor que 10, como reportado em

estudos de Budizinski et al., 1997, Baumard et al., 1998a e Readman et al., 2002.

Esta diferenciação foi determinada efetivamente pela razão Fl/Pi. Todas as outras

amostras da Baía de Guanabara e inclusive os óleos estudados MF 380, AL e Ar

apresentaram características de mistura, situando-se no quadrante esquerdo inferior

deste diagrama de razão dupla (Fl/Pi menor que 1 e Fe/An menor que 10). A

exceção foi para o óleo diesel (DM) que situou-se no quadrante esquerdo superior

correspondente a fontes petrogênicas. Esta baixa capacidade de discriminação era

esperada, uma vez que o par de compostos Fenantreno e Antraceno possuem

diferença relativa em estabilidade termodinâmica pequena entre os isômeros e por

isto, a razão Fe/An torna-se provavelmente menos eficaz em identificar fontes de

HPA (Yunker et al, 2000).


Petróleo Combustão

Petróleo

Combustão

Fe

/ A

n

Fl / Pi

T55T56

T54T46

T51

D43

D53D39

T57

D34T36

T15

T18

T9T1

T7

T31

T32

T28

T22

T24

T55

T56

T54

T46

T51

D43

D53D39

T57

D34

T36

T15T18 T9T1

T7

T31

T32

T28

T22

T24

MF380

D.M.

Ar.A.L.

0,1

1

10

100

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

2000 2003 Oil

Figura 5.6. Diagrama cruzado de Fenantreno/Antraceno versus Fluoranteno/Pireno para sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas 2000 e 2003 e MF 380, óleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM).

Um diagrama de razão dupla similar a Fe/An versus Fl/Pi, proposta por

Yunker e colaboradores (2000): Antraceno/Antraceno+Fenantreno versus

Fluoranteno / (Fluoranteno+Pireno) foi empregada para verificar sua habilidade em

distinguir entre os aportes de combustão e petróleo. Isto pode ser visto na Figura

5.7. É preciso ressaltar que a razão proposta Fluoranteno/(Fluoranteno+Pireno)

(Fl/(Fl + Pi)) apresenta limites mais detalhados para a fonte pirolítica das amostras:

ela diferencia fontes de combustão de combustível fóssil (0,4< Fl/(Fl + Pi) <0,5) de

fontes de combustão de plantas e carvão (Fl/(Fl + Pi) >0,5). As faixas limítrofes para

a razão Fl/(Fl + Pi) e de outras razões apresentadas neste estudo foram

estabelecidas por Yunker e colaboradores (2000) e foram baseadas em mais de 40

estudos da literatura internacional, incluindo resultados de aproximadamente 250

amostras tais como vários tipos de petróleos, fontes específicas de combustão

(carvão, madeira, gramíneas, combustível fóssil) e amostras ambientais (queima de

vegetação, material particulado de túneis, material particulado de estradas, ar

urbano).

A baixa eficiência para determinar fontes de HPA através dos compostos

Antraceno e Fenantreno foi confirmada, pois esta razão

Antraceno/Antraceno+Fenantreno (An/An + Fe) incluiu todas as amostras da Baía de


Guanabara na categoria de amostras com características pirogênicas (An/An + Fe

maior que 0,1).

Por outro lado, a razão Fl/(Fl+Pi) mostrou uma melhor habilidade em distinguir

aportes de hidrocarbonetos de combustão e de petróleo, separando as amostras da

Baía de Guanabara em dois agrupamentos: Fl/(Fl+Pi) menor que 0,4 para amostras

com características petrogênicas e Fl/(Fl+Pi) maior que 0,4 para aquelas com fontes

de combustão (Figura 5.7). Além disto, esta razão também mostrou a capacidade de

diferenciação entre características de combustão de madeira/vegetação/carvão

(valor maior que 0,5) e de combustão de petróleo, com razão na faixa de 0,4 a 0,5

(Figura 5.7). Isto foi também observado nas amostras do Rio Fraser (Yunker et al,

2000, 2002).

Combustão CombustãoPetróleo Petróleo Vegetação/Madeira/Carvão

Combustão

Petróleo

An

/ (F

e +

An

)

Fl / (Fl + Pi)

T55

T56

T54T46

T51

D43

D53

D39

T57

D34

T36

T15

T18

T9

T1

T7

T31

T32

T28

T22

T24

T55

T56

T54

T46

T51

D43

D53

D39

T57

D34

T36

T15T18 T9

T1

T7

T31

T32

T28

T22

T24

MF380

D.M.

Ar.

A.L.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

2000 2003 Oil

Figura 5.7. Diagrama cruzado de Antraceno/Antraceno+Fenantreno versusFluoranteno /(Fluoranteno+Pireno) para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas 2000 e 2003 e MF 380, óleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM).

O par de compostos Fluoranteno e Pireno possuem diferença relativa em

estabilidade termodinâmica mais elevada que o par Fenantreno e Antraceno, sendo

então mais eficaz para determinar as fontes de HPA. Em geral, a maioria das

amostras das estações do infralitoral (de T31 adiante) apresentaram características

de combustão.

Outro diagrama de razão dupla reportada na literatura e utilizada neste estudo

foi o Indeno 1,2,3-(cd)Pireno/Indeno 1,2,3-(cd)Pireno+Benzo(ghi)Perileno versus


Fl/(Fl+Pi). A razão IPi/(IPi+BPe prevê a diferenciação de fontes de combustão de

combustível fóssil (0,2< IPi/(IPi+BPe <0,5) de fontes de combustão de plantas e

carvão (IPi/(IPi+BPe >0,5) (Yunker et al., 2002). Esta razão apresentou baixa

eficiência em diferenciar as fontes petrogênicas das pirolíticas (Figure 5.8). As

amostras apresentaram características predominantemente de combustão, a maioria

de queima de vegetação/carvão. Esta baixa capacidade em identificação de fontes

petrogênicas com esta razão pode ser explicada face à pouca relevância dos

compostos Indeno 1,2,3-(cd)Pireno e Benzo(ghi)Perileno na caracterização de

petróleos. Geralmente são compostos com baixas concentrações ou ausentes nos

óleos. Observa-se que no diagrama cruzado apresentado na Figura 5.8, os óleos MF

380, AL, Ar e DM não foram inseridos pois estes compostos não foram detectados

nos óleos.

Combustão CombustãoPetróleo Petróleo Vegetação/Madeira/Carvão

Combustão

CombustãoPetróleo

Petróleo

IPi / (IPi + BPe)

Fl

/ (F

l +

Pi)

T55

T56

T54T46T51

D43

D53

D39

T57

D34 T36

T15T18

T9

T1

T7T31

T32

T28

T22

T24

T55

T56

T54T46T51D43

D53

D39T57

D34T36

T15

T18 T9

T1

T7

T31T32

T28

T22

T24

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

2000 2003

Figura 5.8. Diagrama cruzado de Indeno 1,2,3-(cd)Pireno/Indeno 1,2,3-(cd)Pireno+ Benzo(ghi)Perileno versus Fluoranteno/(Fluoranteno + Pireno) para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas 2000 e 2003.

Além da razão diagnóstica parental Fl/(Fl+Pi), foi observado que a razão

alquilada Fenantreno/Antraceno/(Fenantreno+Antraceno+C1Fenantreno) (Yunker et

al, 2000) também exibiu uma capacidade elevada para discriminar as fontes das

amostras da Baía de Guanabara. Esta razão foi diagramada contra Fl/(Fl+Pi) e está

na ilustrada na Figura 5.9. O diagrama duplo destas duas razões exibiu a mais

elevada habilidade em diferenciar as fontes pirogenênicas e petrogênicas dos HPA

para este estudo (Meniconi and Barbanti, 2007).


Observou-se que a razão Fe+An/(Fe+An+C1Fe) foi capaz de separar as

amostras em 2 agrupamentos. As amostras com razão maior que 0,5 correspondem

as fontes de combustão dominante e menor que 0,5 podem indicar características

tanto de combustão quanto de petróleo, conforme comprovado por Yunker e

colaboradores (2000).

Petróleo ouCombustão Combustão

Vegetação/Madeira/CarvãoCombustion

CombustãoPetróleo

Petróleo

Fl /

(F

l +

Pi)

(Fe + An) / (Fe + An + C1Fe)

T55

T56

T54T46T51

D43

D53

D39

T57

D34 T36

T15T18

T9

T1

T7

T31T32

T28

T22

T24

T55

T56

T54T46 T51D43

D53

D39T57

D34T36

T15

T18 T9

T1

T7

T31T32

T28

T22

T24 MF380D.M.

Ar.

A.L.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

2000 2003 Oil

Figura 5.9. Diagrama cruzado de Fluoranteno/(Fluoranteno+Pireno) versus Fenantreno+Antraceno/(Fenantreno+Antraceno+C1Fenantreno) para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas de 2000 e 2003 e MF 380, Petróleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM).

Como mencionado anteriormente, a razão Fl/(Fl+Pi) apresentou a habilidade

de diferenciar entre aportes de combustão e petróleo, separando as amostras em 2

agrupamentos: razão menor que 0,4 para amostras com características petrogênicas

dominantes e razão maior que 0,4 para aquelas de fontes pirolíticas (combustão de

petróleo e combustão de madeira/gramíneas/carvão).

Então, foi observado que, para as amostras de sedimento da Baía de

Guanabara com Fl/(Fl+Pi) maior que 0,4 e Fe+An/(Fe+An+C1Fe) maior que 0,5, a

combustão é a fonte dominante dos HPA. Isto corresponde ao quadrante superior

direito do diagrama da Figura 5.9. As amostras com essas características foram D34

T36, D43, D53, T54, T55, T57, para a campanha de 2000 e T1, T9, T36, D43, T54,

T55, T57 para a campanha de 2003 – a maioria delas da região do infralitoral da

baía. A interpretação deste diagrama de razão dupla forneceu boa relação com o

perfil de distribuição completo para estas amostras, como pode ser observado nos

Anexos F1 e F2 e, mais detalhadamente, nas Figuras 5.2 e 5.3, onde estão


apresentadas as distribuições dos HPA com assinaturas predominantemente

pirolíticas.

Amostras com Fl/(Fl+Pi) menor que 0,4 (aporte de petróleo) e

Fe+An/(Fe+An+C1Fe) menor que 0,5 (pode representar aportes tanto de petróleo

quanto de combustão) corresponderiam então a amostras com fontes petrogênicas

predominantes. Isto corresponde ao quadrante inferior esquerdo do diagrama,

preenchido com cor cinza escuro (Figura 5.9). Para a Baía de Guanabara, as

amostras T7 T9, T22, T24, T31, T32 (campanha de 2000) e T7, T22, T24, T28, T31,

T32 (campanha de 2003), situadas no quadrante inferior esquerdo do diagrama,

refletem esta assinatura petrogênica. A maioria destas amostras estão localizadas

na região de intermaré da baía, atingidas pelo óleo derramado em 2000; contam

também com algumas mostras do infralitoral de áreas próximas ao local do acidente.

Importante enfatizar que as amostras de óleo analisadas em conjunto com as

amostras de sedimento da baía (MF 380, petróleo árabe, óleo leve e óleo diesel)

situaram nitidamente no quadrante inferior esquerdo do diagrama (círculo em

destaque), confirmando suas características petrogênicas. Novamente, verificou-se

que a interpretação de fontes de hidrocarbonetos baseada nas razões duplas de

HPA (área cinza escuro da Figura 5.9) refletem as características da distribuição

global dos HPA para estas amostras da Baía de Guanabara (Figura 5.1 e Anexo F).

Já as amostras com Fl/(Fl+Pi) maior que 0,4 (aporte pirolítico) e

Fe+An/(Fe+An+C1Fe) menor que 0,5 (aporte petrogênico ou de combustão)

corresponderiam então, face a contribuição pirolítica da razão Fl/(Fl+Pi), a fonte de

combustão predominante. Isto corresponde ao quadrante superior esquerdo do

diagrama da Figura 5.9 com as amostras de T1, T15, T18, T28, T51 para a

campanha de 2000 e as amostras de T15, T18, T34, D39, T46 para a campanha de

2003 (área sombreada de cinza claro, quadrante esquerdo). Deste modo, uma

grande parte das amostras da Baía de Guanabara mostrou características pirolíticas,

situadas em ambos os quadrantes superiores esquerdo e direito do diagrama. Isto

inclui as amostras das estações T1, T9, T15, T18, T28, D34, T36, D39, T43, T46,

T51, T54, T55, T57 – a maioria delas da região do infralitoral da baía. Este resultado

comprova a relevância da deposição de partículas formadas por combustão

incompleta na região da Grande Rio de Janeiro, confirmando observações


reportadas na literatura de associação entre a proximidade de grandes centros

urbanos e contribuição importante de emissões atmosféricas de pólos industriais e

de estradas com intenso tráfego veicular (Laflame and Hites, 1977, Sicre, 1987,

McElroy et al., 1989, Aboul-Kassim and Simoneit, 1995, Budsinsky et al., 1997,

Yunker et al., 2002).Este predomínio de contaminação pirolítica em sedimentos da

Baía de Guanabara foi também evidenciada em estudos pretéritos conduzidos na

região (Chalaux, 1995, Hamacher, 1996, Gabardo et al., 2001).

Verificou-se ainda, para esta razão cruzada, a presença de algumas amostras

da Baía de Guanabara com características conflitantes, isto é, com Fl/(Fl+Pi) menor

que 0,4 (aporte petrogênico) e Fe+An/(Fe+An+C1Fe) maior que 0,5 (aporte

pirolítico). Isto corresponde ao quadrante inferior direito da Figura 5.9 (cor branca).

Assim, não foi possível identificar com clareza as fontes dominantes para os

sedimentos das estações D39 (campanha 2000), D53 (campanha 2003) e T56

(campanhas 2000 e 2003), refletindo, provavelmente, uma forte superposição de

aportes petrogênicos e pirolíticos de HPA.

Uma investigação temporal na baía pode ser feita comparando os dados das

campanhas de 2000 e 2003 obtidas para a razão Fl/(Fl+Pi) versus

Fe+An/(Fe+An+C1Fe). Não foram verificadas mudanças relevantes nos tipos de

fontes predominantes de hidrocarbonetos para as amostras deste estudo. Só as

amostras de T9 e T28 mostraram uma contribuição diferente de fonte de HPA de

uma campanha para a outra. Na campanha de 2000, a amostra T9 mostrou

características predominantemente petrogênicas, confirmando a inspeção visual da

região de intermaré atingida pelo petróleo depois do derramamento de janeiro de

2000, que foi mais afetada.

Uma outra razão composicional usado para diferenciar os HPA pirolíticos e

petrogênicos é o índice pirolítico reportado por Wang. et al (1999), que é definido

como a razão entre os HPA parentais prioritários da EPA de 3 a 6 anéis aromáticos

e as 5 séries de HPA alquillados [ (HPA parentais de 3-6 anéis)/ (5 séries de HPA

alquilados)]. Esta razão fornece alta exatidão e consistência uma vez que a

interferência de flutuações de concentração de um composto para outro é

minimizada. Baseados em mais de 60 óleos e produtos de petróleo analisados por


Wang e colaboradores, as razões com valores até 0,08 para o índice pirolítico

indicaram categoricamente a contribuição de petróleo e produtos refinados enquanto

valores superiores a 0,5 (razão de ordem de grandeza uma vez maior) indicaram

fontes derivadas de combustão.

Para as amostras da Baía de Guanabara, o índice pirolítico definido por Wang

e colaboradores (1999) apresentou uma boa resolução (Figura 5.10), agrupando as

estações principalmente do infralitoral, e excepcionalmente as estações de intermaré

T1 (de ambas as campanhas) e T9 (da campanha de 2003), na região do diagrama

que corresponde às amostras com características pirolíticas [( (HPA parentais de

3-6 anéis)/ (5 séries de HPA alquilados) > 0,05]. Tal distribuição confirmou os

resultados obtidos através do diagrama de razão dupla de Fl/(Fl+Pi) versus

Fe+An/(Fe+An+C1Fe). Além disso, pode ser visto na Figura 5.10 que o índice

pirolítico alocou as amostras de T7, T9, T22, T24 da campanha de 2000 e de T32 da

campanha de 2003 no quadrante relativo às amostras com fontes nitidamente

petrogênicas, alinhadas com as amostras de óleo analisadas (ver valores das razões

no Anexo G). A interpretação deste índice pirolítico apresentou estreita relação com

a distribuição dos HPA individuais das amostras analisadas, como poder ser

observado nos Anexos F1 e F2 e, mais detalhadamente, nas Figuras 5.1, 5.2 e 5.3.

Porém, a razão ainda alocou algumas amostras, principalmente da área de

intermaré, entre os valores de 0,08 até 0,5 (área sombreada de cinza no diagrama).

Estas amostras não tiveram suas fontes predominantes definidas pelo índice

pirolítico, apresentando características de mistura de aportes de HPA.


Petróleo Combustão0,06 0,5

Petróleo

Combustão

(Outros HPA 3-6 anéis) / (5 séries HPA alquilados)

Fe

/ A

n

T55T56

T54T46

T51

D43

D53D39

T57

D34T36

T15

T18

T9T1

T7

T31

T32

T28

T22

T24

T55

T56

T54

T46

T51

D43

D53D39

T57

D34

T36

T15 T18 T9T1

T7

T31

T32

T28

T22

T24

MF380

D.M.

Ar.A.L.

0,1

1

10

100

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

2000 2003 Oil

0,08

Figura 5.10. Diagrama das razões [ (HPA parentais de 3-6 anéis)/ (5 séries de

HPA alquilados)]. versus Fenantreno/Antraceno para sedimentos da Baía de

Guanabara das campanhas de 2000 e de 2003 e e MF 380, Petróleo árabe (AL),

óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM).

Na Figura 5.11 é apresentado um diagrama de razão dupla pioneiro, [ (HPA

parentais de 3-6 anéis)/ (5 séries de HPA alquilados)] versus Fl/(Fl+Pi), que trouxe

alguma resolução para o índice pirolítico na faixa dos valores de 0,08 a 0,5 (área

cinza da Figura 5.10). Como previamente reportado, seria esperado uma

predominância de fontes petrogênicas para as amostras com Fl/(Fl+Pi) menor que

0,4, enquanto amostras com valores de Fl/(Fl+Pi) maiores que 0,4 mostrariam

características de combustão. Desta maneira, a razão cruzada [ (HPA parentais de

3-6 anéis)/ (5 séries de HPA alquilados)] versus Fl/(Fl+Pi) indicaria a contribuição

petrogênica nas amostras situadas no quadrante inferior à esquerda da Figura 5.11,

isto é, índice pirolítico menor que 0,5 e Fl/(Fl+Pi) menor que 0,4 (área sombreada de

cor cinza escuro). Estas amostras estão, majoritariamente, localizadas na região de

intermaré da Baía de Guanabara atingidas pelo óleo derramado em 2000; as

exceções são amostras da região do infralitoral situadas próximas ao local do

acidente. As amostras localizadas no quadrante superior sombreada de cinza claro

da Figura 5.11 (índice pirolítico maior que 0,08 e Fl/(Fl+Pi) maior que 0,4)

apresentariam fonte pirolítica predominante – a maioria das amostras da região do

infralitoral da baía. Um terceiro grupo de amostras (T56, D39 e D53), localizadas no

quadrante inferior à direta da Figura 5.11 (área de cor branca), apresenta ainda uma

superposição de fontes de hidrocarbonetos. No entanto, o número de amostras sem


definição de suas fontes predominantes para esta razão (índice pirolítico versus

Fl/(Fl+Pi) foi muito menor que para a razão cruzada apresentada na Figura 5.10

(índice pirolítico versus Fe/An). Pode ser observado que o padrão final desta razão

cruzada correspondeu razoavelmente para o padrão obtido pela razão dupla

Fl/(Fl+Pi) versus Fe+An/(Fe+An+C1Fe) da Figura 5.9, dando consistência à este

estudo (Meniconi and Barbanti, 2007).

Petróleo Combustão0,06 0,5

CombustãoVegetação/Madeira/Carvão

CombustãoPetróleo

Petróleo

F

l / (

Fl

+ P

i)

(Outros HPA 3-6 anéis) / (5 séries HPA alquilados)

T55

T56

T54T46T51

D43

D53

D39

T57

D34 T36

T15T18

T9

T1

T7T31

T32

T28

T22

T24

T55

T56

T54T46 T51D43

D53

D39T57

D34T36

T15

T18 T9

T1

T7

T31T32

T28

T22

T24MF380D.M.

Ar.

A.L.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

2000 2003 Oil

0,08 0,5

Figura 5.11. Diagrama das razões Fluoranteno/(Fluoranteno+Pireno) versus[ (HPA parentais de 3-6 anéis)/ (5 séries de HPA alquilados)] para sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas de 2000 e de 2003 e MF 380, Petróleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM).

Outro índice composicional utilizado para diferenciar entre o HPA natural e o

petrogênico foi a abundância relativa de perileno reportada por Baumard.et al,

1998b, que estabelece a razão entre o perileno e os isômeros de 5 anéis (perileno/(

(HPA de 5 anéis)) sendo HPA de 5 anéis os compostos benzo(b)fluoranteno,

benzo(k)fluoranteno, benzo(a)pireno, benzo(e)pireno e dibenzo(a,h)antraceno (BbFl,

BkFl, BaPi, BePi e DBAn). Razão superior a 10 indica aporte diagenético natural. A

maioria das amostras da região de intermaré da Baía de Guanabara (T1,T7, T15,

T18, T22, T28) e os sedimentos T31, T32, T46, D43 do infralitoral indicaram uma

contribuição de hidrocarboneto natural, possivelmente oriunda da plantas dos

manguezais da baía (Figura 5.12; Anexo G ). Estes dados confirmaram os

resultados obtidos no estudo diagnóstico após o acidente de janeiro de 2000 (UFRJ

et al., 2000), onde os perfis cromatográficos da fração saturada destes sedimentos


evidenciaram uma maior contribuição de n-alcanos de número ímpar de carbono na

faixa de C25 a C33, típico de aporte de detritos de plantas vasculares.

Abu

ndân

cia

de P

erile

no(%

)

Amostras

Abu

ndân

cia

de P

erile

no(%

)

Amostras

Figura 5.12. Abundância relativa de perileno (Perileno/( BbFl, BkFl, BaPi, BePi e DBAn) para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas de 2000 e de 2003.

O diagrama cruzado C3BDT/C3Fe versus C2BDT/C2Fe, utilizado por Page e

colaboradores (1995), Bence e Burns (1995) e Boehm, 2001 nos estudos de fontes

de hidrocarbonetos em Prince William Sound, Alasca, após acidente do Exxon

Valdez em 1989, foi também testado para as amostras de sedimento da Baía de

Guanabara (Figura 5.13). Estas razões são usualmente utilizadas uma vez elas não

são afetadas pelo intemperismo da amostra, pois ambos os compostos apresentam

taxas de degradação similares, mantendo a mesma razão que a da fonte original,

antes do processo de degradação. Amostras de mesma origem formam um

agrupamento no diagrama de C3BDT/C3Fe versus C2BDT/C2Fe, apresentando

valores similares. Observou-se um nítido agrupamento para a maioria dos

sedimentos analisados, incluindo o óleo combustível MF 380, o óleo diesel (D.M.) e

o óleo leve (Ar), indicando natureza/origem predominante similar para as amostras.

Estes óleos têm como base em suas linhas de produção, óleos da bacia sedimentar

marginal brasileira, amplamente utilizados nas refinarias nacionais. Somente as

amostras T43, D34, o óleo árabe (AL), T7 e T31 constituíram exceção (valores das

razões no anexo G). Este resultado traduz a complexidade das amostras analisadas

da baía e a dificuldade inerente para a identificação das fontes.


T24T22T28T32T31T7

T1

T9T18 T15T36

D34

T57D39D53D43T51 T46T54T56T55

T24T22

T28

T32T31

T7

T1

T9

T18 T15T36D34

T57

D39D53

D43

T51T46T54

T56T55

A.L.

Ar.D.M.

MF380

0

1

2

3

4

5

6

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5C2DBT/C2Fe

C3D

BT

/C3

Fe

2000 2003 Oil

Figura 5.13. Diagrama cruzado de C3BDT/C3Fe versus C2BDT/C2Fe para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas 2000 e 2003 e MF 380, Petróleo árabe (AL), óleo leve (Ar) e óleo diesel (DM).

Neste trabalho foi ainda realizada uma avaliação qualitativa da degradação

dos HPA nas amostras de sedimento entre os anos 2000 e 2003, utilizando-a razão

de C2Criseno/C2Fenantreno. Ao longo do tempo, o criseno é mais resistente à

degradação que o fenantreno e existe uma tendência de aumento da relação

C2Criseno/C2Fenantreno devida ao enriquecimento relativo do criseno (Page et al.,

1995). Para as amostras de sedimento da Baía de Guanabara a média da razão

C2Criseno/C2Fenantreno variou de 0,83 em 2000 para 1,36 em 2003, indicando um

pequeno aumento da abundância relativa do criseno e, consequentemente, uma leve

degradação das amostras (valores da razão no Anexo G). A Figura 5.14 ilustra as

contribuições de cada amostra para este enriquecimento relativo do criseno

observado. Verifica-se que os sedimentos T22, T24, D43 e T51 foram os que

apresentaram as maiores variações da razão. As duas primeiras amostras estão

localizadas na região de intermaré próximo ao local de vazamento em janeiro de

2000, podendo refletir a influência localizada do derrame. Já as amostras D43 e T51

podem estar relacionadas com a heterogeneidade do sedimento da baía.


0

1

2

3

4

5

6


Amostras

C2C

/C2F

e

2000 2003

Figura 5.14. Razão C2Criseno/C2Fenantreno para os sedimentos da Baía de Guanabara das campanhas 2000 e 2003.

Em resumo, as razãos diagnósticas de HPA utilizadas neste estudo que

puderam melhor diferenciar entre os aportes pirolíticos e petrogênicos para os

sedimentos da Baía de Guanabara foram Fe+An/(Fe+An+C1Fe), (HPA parentais

de 3-6 anéis)/ (5 séries de HPA alquilados) e Fl/(Fl+Pi). Estas razões diagnósticas

indicaram que os sedimentos da Baía de Guanabara podem ser separados em três

grupos distintos: um com um padrão típico de introdução petrogênica (região de

intermaré atingida pelo óleo derramado em 2000, principalmente nas imediações do

acidente), outro com as características de aporte de combustão (predominantemente

da região do infralitoral) e um terceiro com contribuições sobrepostas de aportes

petrogênicos e pirolíticos (região do infralitoral). Além disso, a abundância relativa de

perileno em relação a seus isômeros de 5 anéis apresentou a habilidade de apontar

uma contribuição de HPA natural diagenética aos sedimentos da baía, que ocorreu

na região de intermaré próximo aos manguezais da baía. A Figura 5.15 ilustra a

classificação das fontes de HPA para os sedimentos estudados na Baía de

Guanabara: pirolítica, petrogênica, mistura e natural.


Figura 5.15. Classificação das fontes de HPA para os sedimentos da Baía de Guanabara considerando as campanhas 2000 e 2003.

A avaliação temporal da natureza das fontes predominantes de HPA na Baía

de Guanabara entre os anos de 2000 e 2003 não apontou variações relevantes,

sugerindo uma correlação mais estreita destes compostos com o expressivo aporte

crônico de hidrocarbonetos na região.

MMiissttuurraa

Pirolítica

Petrogênica

Diagenética


5.2.2 Análise de Componentes Principais (ACP)

As Figuras 5.16 e 5.17 mostram os resultados de análise de componente

principal de HPA das campanhas de 2000 e de 2003, respectivamente, onde a

maioria das amostras de sedimento foi separada em grupos (ver Anexo H com

dados processados de HPA para análise de ACP). Esta análise permitiu uma

avaliação das projeções das variáveis (no caso as concentrações normalizadas de

HPA – diagrama B) e dos objetos (amostras de sedimento – diagrama A). No

diagrama a distância e direção do eixo central têm o mesmo significado para ambas

as variáveis de HPA (loadings) e as amostras (scores).

Para ambas as campanhas, o primeiro componente principal (F1) define 2

grupos de variáveis, separando os HPA alquilados dos HPA parentais nos lados

esquerdo e direto, respectivamente. O segundo componente principal (F2) separa os

HPA em 2 grupos: um predominantemente projetado por todos os naftalenos

alquilados, seguidos de C1 fluorenos e dibenzotiofeno na área inferior esquerda; e

outro projetado por dibenzotiofenos alquilados, fenantrenos alquilados e C1 e C2

fluorenos na parte superior esquerda.

PCA 2000 PCA 2000

Petróleo

CombustãoÓleo

F2

(21,

62 %

)

F1 (47,85 %)

C2Pi

C1Pi

CBaAnPi

C4FeC3Fe

Fl An

C1C

IPiPeBPe

DBAnBaPi

BbFl

C2C

BePiBkFlAclC4N

F

Ace

C3N

1MNNC2N2MN

C1F

Fe

C3DBT

C2Fe

C1Fe

C2DBTC3F

C2FC1DBT

DBT

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-1 -0,5 0 0,5 1

T57

D34

D39T54

T55 T56 A.L.

MF380

D.M.

D43

D53

Ar.

T51

T15

T18 T22

T1

T7

T9 T32

T36 T46

T24

T28

T31

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

Figura 5.16. Projeções de ACP de variáveis de HPA (B) e amostras de sedimento (A) da campanha de 2000 e o óleos MF 380, óleo leve (Ar), óleo árabe (AL) e óleo diesel (DM).

BA


PCA 2003 PCA 2003

Petróleo

Óleo Combustão

F

2 (2

4,58

%)

F1 (45,33 %)

T57

D34D39

T54

T55 T56 A.L.

MF380

D.M. D43

D53

Ar.

T51

T15T18

T22

T1

T7

T9

T32

T36

T46

T24

T28

T31

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

C2Pi

C1Pi

CBaAnPi

C4Fe

C3Fe

Fl

An

C1C

IPiPe BPe

DBAnBaPi

BbFl

C2C

BePiBkFlAcl

C4N

F

Ace

C3N 1MN

NC2N

2MN

C1F

Fe

C3DBT

C2Fe

C1Fe

C2DBT

C3F

C2F

C1DBT

DBT

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-1 -0,5 0 0,5 1

Figura 5.17. Projeções de ACP de variáveis de HPA (B) e as amostras de sedimentos (A) de campanha de 2003 e MF 380, óleo leve (Ar), óleo árabe (AL) e óleo diesel (DM).

O modelo de ACP separou de forma clara as amostras de sedimentos da

Baía de Guanabara (objetos) e os quatro óleos de referência analisados. Para

ambas as campanhas, os óleos foram projetados no lado esquerdo inferior do eixo y,

com contribuição elevada de compostos de baixo peso molecular, que estão, de um

modo geral, presentes em petróleos crus, mas são prioritariamente degradados no

meio ambiente. Algumas amostras (T7, T22, T24, T31, T32) foram projetadas no

lado esquerdo superior do eixo y, sugerindo a predominância de fonte petrogênica,

devido à contribuição dos fenantrenos alquilados e dibenzotiofenos alquilados. Um

outro grupo de amostras foi projetado no lado direito inferior do eixo y, amostras

estas com características pirolíticas indicadas pela predominância de compostos de

alto peso molecular (T36, D43, T51, D53, T54, T55, T56, T57).

Desta maneira, o lado esquerdo inferior do eixo y corresponde a óleos não

degradados; o lado esquerdo superior corresponde a amostras com origem

petrogênica predominante associadas a algum intemperismo; o lado direito inferior

corresponde à amostras com origem predominantemente pirolítica.

De uma campanha para a outra não foi verificada alteração relevante na

classificação das amostras em relação à fonte predominante de hidrocarbonetos. As

A B

Óleo


exceções foram observadas para as estações T1, T7, T9, T28, T31 e D39. No ano

de 2000, as amostras de intermaré T7 e T9 (próximas da desembocadura do rio

Suruí) apresentaram claramente padrões de contribuição de HPA de origem

petrogênica, correlacionando com as inspeções visuais da região de intermaré que

foi atingida pelo óleo durante o acidente de 2000. Para a campanha de 2003, os

efeitos do derrame de óleo nestas estações não foram mais observados, devido,

principalmente, aos esforços de retenção e limpeza do óleo conduzidos após o

acidente e à capacidade de lavagem natural da região através das marés e

correntes. A comparação do padrão de distribuição dos HPA (fingerprinting) entre as

campanhas de 2000 e 2003 para estas amostras (Figura 5.1) confirma esta

observação, onde evidencia-se o predomínio de isômeros alquilados intemperizados

(C1<C2<C3<C4) apenas na campanha de 2000.

A amostra da estação T28, localizada na região de intermaré, lado NW da

baía, apresentou características claramente petrogênicas na campanha de 2003, o

que poderia representar algum evento independente e de pequeno vulto, não

havendo relação alguma com o óleo derramado em janeiro de 2000. Na campanha

de 2000, esta estação não apresentou predomínio de aporte petrogênico,

projetando-se do lado direito do eixo y. As distribuições dos HPA (fingerprinting) da

estação T28 fornece uma boa correlação com os dados de ACP, revelando, para a

campanha de 2003, concentrações mais elevados dos isômeros alquilados

intemperizados e mais baixas para os compostos de 4 e 5 anéis em relação a

campanha de 2000.

Para o caso das amostras do infralitoral da estação T31 (região entre Ilha do

Governador e o local do acidente) e estação D39 (próximo a Ilha de Paquetá), a

mudança das características da fonte predominante de HPA entre as campanhas

2000 e 2003 poderia estar relacionada com a heterogeneidade do sedimento da

baía, também não apresentando nenhuma correlação com o óleo derramado em

janeiro de 2000.

A estação T1, localizada na franja do manguezal da APA, por outro lado,

revelou características pirolíticas mais evidentes na campanha de 2003, apesar dos

baixos níveis dos HPA encontrados. Entretanto, o padrão de distribuição de HPA


(fingerprinting) da amostra não apresentou diferenças relevantes entre as duas

campanhas, exceto pela elevada concentração de C2 naftalenos na campanha de

2000, o que poderia ter refletido nos resultados obtidos pelo ACP.

Sumarizando, os resultados globais deste estudo de quantificação e

distribuição de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara, associado à avaliação e

identificação de suas origens, permitiram inferir que estes contaminantes estão, de

um modo geral, relacionados mais diretamente com a introdução antropogênica

crônica de hidrocarbonetos na região que com o evento agudo de derramamento de

óleo ocorrido em janeiro de 2000. A Baía de Guanabara é um ecossistema

altamente urbanizado e industrializado, permitindo a entrada de hidrocarbonetos

através de múltiplas fontes: transporte de produtos de petróleo (dutos e navios),

tráfego marítimo, deposição atmosférica dos produtos de combustão incompleta de

combustível fóssil automotivo e industrial, drenagem de águas pluviais e

escoamentos de rejeitos domésticos e industriais. Uma contribuição relevante de

processos diagenéticos naturais foi também observada na área de estudo, originária

predominantemente dos bosques de manguezais situados na região norte/nordeste

da baía.

A aplicação de razões diagnósticas de HPA para interpretar e diferenciar as

suas múltiplas e sobrepostas fontes em sedimentos da Baía de Guanabara mostrou-

se útil e eficiente, corroborando os dados de literatura. As razões diagnósticas que

melhor diferenciaram entre os aportes pirolíticos e petrogênicos para os sedimentos

estudados foram Fe+An/(Fe+An+C1Fe), (HPA parentais de 3-6 anéis)/ (5 séries

de HPA alquilados) e Fl/(Fl+Pi). A abundância relativa de perileno em relação a seus

isômeros de 5 anéis também apresentou-se como uma razão importante,

identificando uma contribuição de HPA biogênico aos sedimentos da baía.

As razões diagnósticas de HPA indicaram que os sedimentos da Baía de

Guanabara podem ser separados em três grupos: um com um padrão típico de

introdução petrogênica, outro com as características de aporte de combustão e um

terceiro com contribuições sobrepostas de aportes petrogênicos e pirolíticos.

Sobrepondo esta informação, o índice de abundância relativa de perileno indicou a

ocorrência de aporte de HPA natural diagenético aos sedimentos da baía


principalmente na região de intermaré, próximo aos manguezais.

A utilização da análise de componentes principais como técnica para

diferenciação de fontes de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara foi

igualmente importante, apresentando-se como ferramenta promissora. Separou a

maioria dos sedimentos da Baía de Guanabara em grupos com características

predominantes petrogênicas e pirolíticas definidas, corroborando os resultados

obtidos pelas razões diagnósticas.


5.3. Estudo dos Metabólitos de HPA em Bile de Peixes da Baía de Guanabara

Neste estudo, após aplicação do protocolo completo de análise de

metabólitos de HPA que constava das etapas deconjugação, extração, purificação,

derivatização e análise por CG-EM, foram identificados e quantificados 12

compostos em bile de peixes demersais coletados na Baía de Guanabara. O

cromatograma de massas de uma das amostras de bile analisada encontra-se na

Figura 5.18.

9.00 10.0011.0012.0013.0014.0015.0016.0017.0018.0019.0020.0021.00

50000

100000

150000

200000

250000

300000

Time-->

Abundance

TIC: GBTEST13.D

Figura 5.18. Cromatograma de massas dos metabólitos de HPA depois da derivatização para a amostra de bile da Cyclichthys spinosus coletada no fundo da Baía de Guanabara, em março/2006.

As concentrações individuais de 12 metabólitos biliares de HPA e o seu

somatório ( 12 OH-HPA) para cada amostra composta de bile de peixe das quatro

espécies (Genidens genidens - família Ariidae, Micropogonias furnieri e

Ctenoscianea gracilicirrhus - família Sciaenidae, Cyclichthys spinosu - família

Diodontidae) coletadas na área interna e na entrada da Baía de Guanabara durante

os meses de fevereiro, março e abril de 2006 encontram-se na Tabela 5.5. Os

resultados estão apresentados por espécie de peixe, data e área da baía. Vale

ressaltar que a concentração dos metabólitos de HPA é reportada em relação à

massa de bile analisada ( g g-1 de bile). As áreas 1 e 2, localizadas no fundo da

baía, estão próximas ao manguezal do rio Estrela e a Ilha de Paquetá,

respectivamente. As áreas 3 e 4, na entrada da baía, localizam-se nas enseadas de


Botafogo e Boa Viagem, respectivamente.

Tabela 5.5. Concentrações de 12 metabólitos biliares de HPA ( g g-1 bile) de peixes da Baía de Guanabara.

Fevereiro A Fevereiro B Março Abril Março Abril Março AbrilÁrea 1 Área 1 Área 1 Área 1 Área 2 Área 4 Área 1 Área 4

Paquetá Boa Viagem Estrela Boa Viagem(fundo) (entrada) (fundo) (entrada)

1-OH N nd 1,9 1,1 1,2 0,3 1,3 18,9 3,42-OH N 13,3 17,4 3,8 nd 0,3 0,7 2,2 nd3-OH Bi 34,4 33,0 15,9 nd 1,2 1,9 10,3 nd9-OH F 22,8 15,3 11,8 nd 0,8 2,9 6,3 nd4-OH Fe 5,1 2,5 0,8 1,5 0,3 0,1 2,2 nd9-OH Fe nd nd 1,1 nd nd nd nd nd3-OH Fe nd nd nd nd 0,3 3,9 nd nd1-OH Fe 55,1 17,1 13,2 7,5 3,4 7,6 18,0 nd2-OH Fe 29,3 9,8 14,2 nd 1,3 3,3 5,7 nd1-OH Pi 14,3 8,9 11,5 2,8 7,4 27,2 10,1 9,21-OH C 2,5 nd 1,1 nd nd nd nd nd3-OH BaPi nd nd nd nd nd nd nd ndSoma 12 OH HPA 177 106 75 13 15 49 74 13

(fundo da baía)

Cyclichthys spinosus Micropogonias furnieri

(BAGRE) (BAIACU) (CORVINA)

2,51,9

(CANGAUÁ)Abril

Área 3

Botafogo

10,08,50,7ndndnd5,2

20,0ndnd49

Composto

SciaenidaeSciaenidaeDiodontidaeAriidae

(entrada da baía) Concentração (µg g-1)

Estrela

Ctenoscianea gracilicirrhusGenidens genidens

nd: < do limite de quantificação (0,1 g g-1)

A distribuição das concentrações totais dos 12 metabólitos biliares ( 12 OH-

HPA) por espécie de peixe nas áreas estudadas pode ser observada nas Figuras

5.19, 5.20 e 5.21.

Figura 5.19. Somatório das concentrações ( g g-1) de metabólitos de HPA ( 12 OH-HPA) para a espécie Genidens genidens coletada no fundo da Baía de Guanabara em fevereiro, março e abril.

Fundo da baía

177

106

75

13

177

106

75

13


Figura 5.20. Somatório das concentrações ( g g-1) de metabólitos de HPA ( 12 OH-HPA) para a espécie Micropogonias furnieri coletada no fundo e na entrada da Baía de Guanabara.

Figura 5.21. Somatório das concentrações ( g g-1) de metabólitos de HPA ( 12 OH-HPA) para a espécie Cyclichthys spinosus amostrada no fundo e na entrada da Baía de Guanabara.

Fundo da baía

Entrada da baía

74

13

Entrada da baía

Fundo da baía

15

49


As análises dos metabólitos de HPA ao longo das três campanhas revelou

variações entre as espécies estudadas, apresentando teores na faixa de 13 a 177 g

g-1 de bile. Para a espécie Genidens genidens, coletada somente no fundo da Baía

de Guanabara, as concentrações totais de metabólitos foram 106 e 177 g g-1 para o

mês de fevereiro, 75 g g-1 em março e 13 g g-1 em abril. A espécie Micropogonias

furnieri, coletada no fundo e na entrada da Baía de Guanabara, apresentou teores

de metabólitos totais de 74 g g-1 e 13 g g-1, respectivamente. Para a espécie

Cyclichthys spinosus, também coletada no fundo e na entrada da Baía de

Guanabara, foi inverso ao observado para a Micropogonias furnieri. A concentração

de fundo foi 15 g g-1 e a da entrada da baía foi 49 g g-1.

Os teores de metabólitos encontrados para os peixes analisados neste estudo

mostram-se mais elevados que os encontrados em algumas áreas de estudo na

Europa, porém similares ou abaixo dos níveis reportados para peixes em São

Sebastião, Brasil e Puget Sound, Washington, EUA. Isto pode ser observado na

Tabela 5.6. No entanto, as comparações devem ser feitas com cautela devido a

variabilidade de fatores que influenciam na concentração de metabólitos em

organismos como espécie, habitat, tipo de dieta alimentar, além das técnicas

analíticas empregadas. A cromatografia líquida de alta performance com detector de

fluorescência (CLAP_F) e a cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de

massas (CG-EM) são metodologias consagradas para a determinação de

metabólitos em bile de peixes. No entanto, vale ressaltar que o método por CLAP_F

é geralmente aplicado para determinação semi-quantitativa dos metabólitos, com

concentrações expressas em equivalentes de HPA ou metabólitos específicos

(naftaleno, benzo(a)pireno, criseno, benzo(a)pireno tetrahidrotetrol, etc).


Tabela 5.6. Concentração de metabólitos totais em bile de peixes (ng g-1 de bile) em regiões costeiras nacionais e internacionais.

Espécie Local

ConcentraçãoTotal de

Metababólitos(ng g-1)

Concentraçãode

Hidroxipireno(ng g-1)

Referência

Análise por CLAP-F Parophrys

vetulus Puget Sound, Washington, EUA 67 a 2100 b - Krahn et al.,

1986Parophrys

vetulus Puget Sound, Washington, EUA 150 b - Collier &

Varanasi, 1991 Parophrys

vetulus Puget Sound, Washington, EUA

39 a 410000 a

78 a 5500 b-

Mayer set al., 1991

Opsanus tau Elizabeth river, Chesapeake Bay, EUA 199 a 7888 c - Deshpande et

al., 2002 Anoplarchuspurpurescens

Prince Wiiliam Sound, Alasca

4,5 a 4,9 b

0,010 a 0,019 c-

Huggett et al., 2006

Platichthysflesus

Baía Wismar, Mar Báltico - nd a 1800 Vuorinen et al.,

2006Cyclichthys

spinosusCanal de São Sebastião, Brasil

93000 a 250000 a

60 a 1100 b-

Prionotusnudigula

Canal de São Sebastião, Brasil

26000 a 500000 a

150 a 290 b-

Silva et al., 2006

Análise por CG-EM Parophrys

vetulus Puget Sound, Washington, EUA

7200 a 1028000 2000 a 300000 Krahn et al., 1987

Oncorhynchusgorbuscha

Prince Wiiliam Sound, Alasca

416 e 137870 Mazeas, 2004

Lethrinuskallopterus

Golfo Pérsico 660 a 18990 Krahn et al., 1993b

Mullusbarbatus

Porto de Barcelona, Espanha

- 1240 Escartin and Porte, 1999

Cyprinuscarpio

Rio de Barcelona, Espanha

1000 a 6000 400 a 5500 Fernandes,2002

Platichthysflesus

Estuário da Baía do rio Sena, França

28 a 3432 2782

Platichthysflesus

Norte da Baía do rio Sena, França

8 a 545 299 Mazeas, 2004

Solea solea Baía de Biscaia, França após acidente NT Erika

133 a 4039 133 a 1425 Mazeas, 2004; Budzinski et al., 2004

Limanda limanda

Estuário da Baía do rio Sena, França

30 a 400 20 a 250 Le Dû et al, 2006

Cyclichthys spinosus

15230 a 48780 7383 a 27158

Micropogoniasfurnieri

12600 a 73722 9235 a 10100

Genidensgenidens

Baía de Guanabara, Brasil

12853 a 176925 2754 a 14336

Este estudo

CLAP-F: cromatografia líquida de alta performance com detector de fluorescência a: concentração em equivalentes de naftaleno b: concentração em equivalentes de benzo(a)pireno c: concentração em equivalentes de benzo(a)pireno tetrahidrotetrol (BAPT)


5.3.1. Análise Descritiva dos Teores de Metabólitos de HPA

As análises descritivas dos dados dos teores de metabólitos biliares

individuais e do somatório dos 12 compostos obtidos para os peixes da Baía de

Guanabara foram conduzidas considerando a localização espaço-temporal das

espécies Genidens genidens, Micropogonias furnieri, Ctenoscianea gracilicirrhus,

Cyclichthys spinosus. A forma abordada na avaliação descritiva dos dados

considerou a possibilidade de iteração entre estes três fatores: Espécie, Local e

Tempo. Com isto, admite-se a possibilidade de que as variações observadas nas

amostras dependam simultaneamente da presença de mais de um fator.

Neste estudo foi possível realizar uma comparação temporal descritiva das

médias das concentrações dos metabólitos de HPA para as amostras de bile da

espécie Genidens genidens coletadas na área mais interna da baía (Norte), como

pode ser visto na Figura 5.22. Vale ressaltar que a Genidens genidens, residente na

Baía de Guanabara, é uma espécie demersal com permanente contato com o

sedimento e que se alimenta de organismos bentônicos como crustáceos, moluscos,

pequenos peixes e detritos orgânicos (Szpilman, 2000, Fishbase, 2007), devendo

estar mais exposta aos contaminantes sedimentares que as espécies pelágicas,

como é o caso do Cyclichthys spinosus.

De forma descritiva, observa-se para a espécie Genidens genidens,

capturada apenas no fundo da baía, que os teores de metabólitos decrescem entre

fevereiro e abril de 2006 e que os compostos majoritários identificados são os

hidroxifenantrenos, seguidos do 2-hidroxibifenila. Verifica-se também uma

distribuição bem definida dos metabólitos: a forma de curva gaussiana para os

compostos de menor peso molecular (OHN até OHF) e a forma de decremento

exponencial para os compostos 1-OHFe, 2-OHFe e 1-OHPi.


Comparação temporal: Fundo da BG Genidens genidens

177

106

75

13

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1-OH N 2-OH N 3-OH Bi 9-OH F 4-OH Fe 9-OH Fe 3-OH Fe 1-OH Fe 2-OH Fe 1-OH Pi 1-OH C 3-OH BaPi Soma 12OH-HPA

Con

cent

raçã

o (

g g-

1 bi

le)

Favereiro A

Fevereiro B

Março

Abril

Figura 5.22. Gráfico de barras descritivo das concentrações de metabólitos de HPA em bile de Genidens genidens na área interna da Baía de Guanabara (Área 1) coletadas em fevereiro, março e abril de 2006.

Através dos resultados preliminares obtidos neste estudo foi ainda possível

estabelecer uma descrição espacial para duas espécies de peixes (Micropogonias

furnieri e Cyclichthys spinosus), considerando as duas macro-regiões: o fundo da

baía (norte) e a entrada da mesma (sul). Verificou-se para a espécie Micropogonias

furnieri, teores mais elevados de metabólitos nos peixes da região do fundo da baía

(Figura 5.23). Estes resultados corroboraram os dados de literatura que indicam esta

região como mais contaminada que a entrada da baía (Amador, 1997, Mayr, 1998,

Batista Neto, 2006). Similar à espécie Genidens genidens, a Micropogonias furnieri é

uma espécie demersal com intenso contato com o sedimento e que se alimenta de

pequenos invertebrados bentônicos, pequenos peixes e vermes (Szpilman, 2000,

Vazzoler et al., 1999).

Por outro lado, para a espécie Cyclichthys spinosus, os teores mais elevados

foram observados na bile de peixes da região de entrada da baía, cuja qualidade

ambiental é melhor que da área mais interna (Figura 5.24). Este resultado, oposto ao

obtido para Micropogonias furnieri, pode estar refletindo as inúmeras diferenças

biológicas entre estas espécies como: comportamento migratório da Cyclichthys

spinosus que não é residente na baía; capacidade de biotransformação dos HPA;

teores de gordura em seus tecidos; ou ainda biometria dos espécimes analisados

como peso e comprimento. Mais importante, no entanto, são as diferenças no hábito

Co

nce

ntr

açã

o (

µg

g-1

bile

)


alimentar da espécie da Cyclichthys spinosus, que capturada na área 4 (enseada de

Boa Viagem), pode estar refletindo alguma exposição recente a produtos de petróleo

nos costões rochosos da região, situados próximos a faixa de intenso tráfico de

barcos e navios que entram na baía.

Observa-se que os compostos majoritários identificados para a espécie

Micropogonias furnieri foram os 1-hidroxinaftaleno e hidroxifenantrenos, seguidos de

hidroxipireno. Esta distribuição foi similar a da espécie Genidens genidens, exceto

pela maior abundância relativa do 1-hidroxinaftaleno e 1-hidroxipireno (Figuras 5.23

e 5.22, respectivamente). Já a espécie Cyclichthys spinosus apresentou uma

distribuição dos metabólitos diferente, com maior contribuição do hidroxipireno. Esta

predominância do hidroxipireno em amostras de bile também foi observada para a

espécie Platichthys flesus, analisada por Mazeas (2004) no estuário da Baía do Rio

Sena, França e para a Anguilla anguilla capturada em estuários do Reino Unido

(Ruddock et al, 2003). A distribuição dos metabólitos em peixes é bastante variável e

depende tanto das espécies em estudo, que podem apresentar comportamento

demersal ou pelágico e hábito alimentar diferenciado, quanto da fonte da

contaminação (Escartin and Porte, 1999, Fernandes et al., 2002).

Comparação espacial: Micropogonias furnieri

74

13

0

20

40

60

80

100

1-OH N 2-OH N 3-OH Bi 9-OH F 4-OH Fe 9-OH Fe 3-OH Fe 1-OH Fe 2-OH Fe 1-OH Pi 1-OH C 3-OHBaPi

Soma 12OH-HPA

Con

cent

raçã

o (

g g-

1 bi

le)

Fundo da BG - Março

Entrada BG Boa Viagem Abril

Figura 5.23. Gráfico de barras descritivo das concentrações de metabólitos de HPA para a espécie de peixe Micropogonias furnieri coletada na área interna e entrada da Baía de Guanabara.

Con

cent

raçã

o (µ

g g

-1 b

ile)


Comparação espacial: Cyclichthys spinosus

15

49

0

20

40

60

80

100

1-OH N 2-OH N 3-OH Bi 9-OH F 4-OH Fe 9-OH Fe 3-OH Fe 1-OH Fe 2-OH Fe 1-OH Pi 1-OH C 3-OHBaPi

Soma12 OH-

HPA

Con

cent

raçã

o (

g g-

1 bi

le)

Fundo da BG - Março

Entrada BG Boa Viagem Abril

Figura 5.24. Gráfico de barras descritivo das concentrações de metabólitos de HPA para a espécie de peixe Cyclichthys spinosus coletada na área interna e entrada da Baía de Guanabara.

Uma comparação descritiva entre as espécies estudadas foi também

realizada para cada macro-região da baía, fundo e entrada, considerando o mesmo

período de coleta. Na área mais interna (mês de março) verificou-se que as espécies

Genidens genidens e Micropogonias furnieri apresentaram concentrações de

metabólitos similares entre si e superiores à espécie Cyclichthys spinosus (Figura

5.25). Na entrada da baía (mês de abril), contrariamente, a espécie Cyclichthys

spinosus apresentou concentrações de metabólitos mais elevadas que a espécie

Micropogonias furnieri (Figura 5.26).

Comparação entre espécies: Fundo da BG

15

7475

0

20

40

60

80

100

1-OH N 2-OH N 3-OH Bi 9-OH F 4-OH Fe 9-OH Fe 3-OH Fe 1-OH Fe 2-OH Fe 1-OH Pi 1-OH C 3-OH BaPi Soma 12OH-HPA

Con

cent

raçã

o (

g g-

1 bi

le)

Cyclichthys - Março

Micropogonias - Março

Genidens - Março

Figura 5.25. Gráfico de barras descritivo das concentrações de metabólitos de HPA para as espécies Cyclichthys spinosus, Genidens genidens e Micropogonias furnieri na área interna da Baía de Guanabara.

Co

nce

ntr

açã

o (

µg

g-1

bile

) C

once

ntra

ção

(µg

g-1

bile

)


Figura 5.26. Gráfico de barras descritivo para as espécies Cyclichthys spinosus e Micropogonias furnieri na entrada da Baía de Guanabara.

Os resultados preliminares deste estudo, que utilizou um número reduzido de

organismos e de réplicas, apontam para a necessidade de um delineamento

experimental planejado, que permita controlar e testar fatores de variabilidade

ambientais e biológicos como espaço, tempo e espécies de peixes. Assim será

possível um melhor entendimento desta promissora técnica de avaliação da

exposição de organismos aquáticos a HPA – os metabólitos biliares de HPA.

Ainda neste estudo, a aplicação da metodologia de análise de metabólitos de

HPA em bile de peixes capturados na Baía de Guanabara permitiu verificar a

presença de alguns compostos em concentrações elevadas além dos 12 metabólitos

previamente estabelecidos pelo protocolo. A ausência de padrões dificultou sua

identificação, mas a proximidade dos tempos de retenção destes compostos com os

tempos dos padrões 1-hidroxipireno (m/z 290) e 3-hidroxibenzo(a)pireno (m/z 340)

sugere a presença de seus isômeros (Tabela 5.7).

Co

nce

ntr

açã

o (

µg

g-1

bile

)


Tabela 5.7. Tempos de retenção e íons de quantificação dos metabólitos de HPA analisados nas condições descritas no protocolo.

Composto Código Tempo de Retenção

(min)Íons (m/z) com derivatrização

1-hidroxinaftaleno 1-OHN 9,91 201, 216

2-hidroxinaftaleno 2-OHN 10,10 216, 201

2-hidroxibifenila 2-OHBi 10,37 211

9-hidroxifluoreno 9-OHF 11,92 165

4- hidroxifenantreno 4-OHFe 13,72 266

9-hidroxifenantreno 9-OHFe 13,97 266




1-hidroxipireno 1-OHPi 16,10 290

m/z 290 A 16,22 290

m/z 290 B 16,28 290

1-hidroxicriseno 1-OHC 18,07 316

3-hidroxibenzo(a)pireno 3-OHBaPi 21,72 340

m/z 340 21,18 340

1- hidroxipireno d9 1-OHPi-d9 16,12 299

pireno d10 Pi-d10 14,06 212*

* Padrão interno: sem derivatização


A Figura 5.27 ilustra um cromatograma de massas para o íon m/z 290 (íon de

identificação do metabólito 1-hidroxipireno) para uma amostra padrão contendo

apenas os 12 metabólitos do protocolo (linha preta) e todas as amostras da espécie

Cyclichthys spinosus analisadas neste estudo (linhas coloridas). Foram observados

dois isômeros do metabólito 1-hidroxipireno (m/z 290; tempo de retenção 16,12 min):

isômero m/z 290 A, com tempo de retenção de 16,22 min e isômero m/z 290 B em

16,28 min. Estes isômeros podem ser os compostos 2-hidroxipireno ou 3-

hidroxipireno ou ainda algum dos isômeros do hidroxifluoranteno (Figura 5.28). Vale

ressaltar que não se pode confirmar a identificação destes compostos sem a análise

do respectivo padrão.

15.7515.8015.8515.9015.9516.0016.0516.1016.1516.2016.2516.3016.3516.400

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

Time-->

Abundance

Ion 290.00 (289.70 to 290.70): GBTEST05.DIon 290.00 (289.70 to 290.70): GBTEST13.DIon 290.00 (289.70 to 290.70): GBTEST18.DIon 290.00 (289.70 to 290.70): GBTEST20.DIon 290.00 (289.70 to 290.70): GBTEST21.DIon 290.00 (289.70 to 290.70): GBTEST22.D

OHOH1-OHPi

Tempo (min)

tr = 16,12 min A B

isômeros m/z 290

15.7515.8015.8515.9015.9516.0016.0516.1016.1516.2016.2516.3016.3516.400

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

Time-->

Abundance


OHOH1-OHPi

Tempo (min)

tr = 16,12 min A B

isômeros m/z 290

Tempo (min)

tr = 16,12 min A B

isômeros m/z 290

Figura 5.27. Cromatograma de massas para íon m/z 290 para uma amostra padrão (GBTEST05) e amostras de bile da espécie Cyclichthys spinosus da Baía de Guanabara.

CH3OH

10 isômeros

OH

OH

2-OHPi 3-OHPi

Figura 5.28. Estruturas de possíveis isômeros do 1-hidroxipireno (m/z 290).


Para as espécies Genidens genidens e Micropogonias furnieri foi observado

apenas a presença do isômero m/z 290 A, tempo de retenção de 16,22 min (Figura

5.29).

16.0416.0616.0816.1016.1216.1416.1616.1816.2016.2216.2416.2616.2816.300

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

Time-->

Abundance

Ion 290.00 (289.70 to 290.70): GBTEST05.DIon 290.00 (289.70 to 290.70): GBTEST12.DIon 290.00 (289.70 to 290.70): GBTEST23.D

15.95 16.00 16.05 16.10 16.15 16.20 16.25 16.300

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Time-->

Abundance


Micropogonias furnieri Genidens genides

1-OHPi isômero m/z 290 A 1-OHPi isômero m/z 290 A

16.0416.0616.0816.1016.1216.1416.1616.1816.2016.2216.2416.2616.2816.300

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

Time-->

Abundance


15.95 16.00 16.05 16.10 16.15 16.20 16.25 16.300

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Time-->

Abundance


Micropogonias furnieri

16.0416.0616.0816.1016.1216.1416.1616.1816.2016.2216.2416.2616.2816.300

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

Time-->

Abundance


15.95 16.00 16.05 16.10 16.15 16.20 16.25 16.300

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Time-->

Abundance


Micropogonias furnieri Genidens genides

1-OHPi isômero m/z 290 A 1-OHPi isômero m/z 290 A

Figura 5.29 . Cromatograma de massas para íon m/z 290 para uma amostra padrão (linha preta) e amostras de bile das espécies Micropogonis furnieri e Genidiens genidens. da Baía de Guanabara (linhas coloridas).

A Figura 5.30 ilustra um cromatograma de massas para o íon m/z 340 (íon de

identificação do metabólito 3-hidroxibenzo(a)pireno) para uma amostra padrão

contendo apenas os 12 metabólitos do protocolo (linha preta) e todas as amostras

da espécie Cyclichthys spinosus analisadas neste estudo (linhas coloridas).

Importante ressaltar que o metabólito 3-hidroxibenzo(a)pireno (tempo de retenção

21,72 min) não foi identificado em nenhuma amostra de peixe da Baía de

Guanabara. Foi verificado, no entanto, a possibilidade de um isômero deste

metabólito com tempo de retenção de 21,18 min, que pode ser, dentre várias

possibilidades (são 19 compostos listados na NIST com até 12 isômeros cada), o

hidroxibenzo(e)pireno (Figura 5.31).

Este isômero não identificado, com massa iônica m/z 340, apresenta uma

concentração elevada para todas as amostras de bile analisadas, podendo indicar

uma contribuição pirolítica de HPA relevante (Krahn et al., 1992, Mazeas, 2004). No

entanto, a identificação de fontes através da distribuição dos metabólitos é uma

tarefa difícil, que requer cautela. Inicialmente, é imprescindível a identificação dos

compostos alquilados para a avaliação da contribuição de hidrocarbonetos de

origem petrogênica. Em seguida, é preciso lembrar dos processos que conduzem à

discriminação em relação aos compostos de alta massa molecular: sua menor

biodisponibilidade devido a sua menor solubilidade em água, suas maiores taxa de


biotransformação em relação ao compostos de menor peso molecular, as diferentes

eficiências de metabolização entre-espécies, os tipos e proporções de metabólitos

produzidos intre-espécies, dentre outros (Buhler and Williams, 1989, Krahn et al.,

1992, Djomo et al., 1996)

21.00 21.10 21.20 21.30 21.40 21.50 21.60 21.70 21.80 21.90 22.000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

Time-->

Abundance


3-OHBaPi

tr = 21,72 min

Isômerom/z 340

Tempo (min)

OH

Benzo(a)pireno

21.00 21.10 21.20 21.30 21.40 21.50 21.60 21.70 21.80 21.90 22.000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

Time-->

Abundance


3-OHBaPi

tr = 21,72 min

Isômerom/z 340

Tempo (min)

21.00 21.10 21.20 21.30 21.40 21.50 21.60 21.70 21.80 21.90 22.000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

Time-->

Abundance


3-OHBaPi

tr = 21,72 min

Isômerom/z 340

Tempo (min)

OH

Benzo(a)pireno

Figura 5.30. Cromatograma de massas para íon m/z 340 para uma amostra padrão de Guanabara (linhas coloridas).

( )f

OHOH

OHOH

Ben o(e)pireno( )f

OHOH

OHOH

Ben o(e)pireno

Figura 5.31. Estruturas de possíveis isômeros do 3-hidroxibenzo(a)pireno (m/z 340).


A Tabela 5.8 ilustra o somatório dos 12 metabólitos com identificação

inequívoca (Soma 12 OH-HPA), os isômeros com íons mássicos 290 e 340 e o

somatório de todos os compostos (Total OH-HPA). A contribuição destes isômeros

em relação à concentração total de metabólitos de HPA é elevada, correspondendo

a uma faixa de 44 a 91% do total. A relevância destes isômeros não identificados é

exemplificada na Figura 5.32 onde observa-se a distribuição dos metabólitos para as

espécies Cyclichthys spinosus, Genidens genidens e Micropogonias furnieri na área

interna da Baía de Guanabara, no mês de março.

Tabela 5.8. Concentrações dos metabólitos biliares de HPA ( g g-1 bile) de peixes da Baía de Guanabara considerando os 12 compostos e 3 isômeros.

Fevereiro A Fevereiro B Março Abril Março Abril Março AbrilÁrea 1 Área 1 Área 1 Área 1 Área 2 Área 4 Área 1 Área 4

Paquetá Boa Viagem Estrela Boa Viagem(fundo) (entrada) (fundo) (entrada)

Soma 12 OH HPA 177 106 75 13 15 49 74 13m/z 290 A 2,6 7,4 13,6 1,5 1,1 0,5 nd 1,8m/z 290 B 6,7 18,6 26,2 5,8 2,6 7,1 94,9 5,9m/z 340 25,6 57,3 122,1 80,0 32,6 38,6 161,3 119,2

Total OH HPA 442 189 236 100 52 95 330 140% isômeros 60 44 68 87 70 49 78 91

2,560,311256

490,4

(entrada da baía) Concentração (µg g-1)

(CANGAUÁ)Abril

Área 3

Estrela Botafogo

Ctenoscianea gracilicirrhusAriidae Diodontidae Sciaenidae Sciaenidae

Composto

Genidens genidens Cyclichthys spinosus Micropogonias furnieri

(BAGRE) (BAIACU) (CORVINA)

(fundo da baía)

Comparação entre espécies: Fundo da BG

52

15

330

74

236

75

0

50

100

150

200

250

300

350

1-OH N 2-OH N 3-OH Bi 9-OH F 4-OH Fe 9-OH Fe 3-OH Fe 1-OH Fe 2-OH Fe 1-OH Pi m/z 290A

m/z 290B

1-OH C 3-OHBaPi

m/z 340 Soma 12OH-HPA

TotalOH-HPA

Con

cent

raçã

o (

g g-

1 bi

le)

Cyclichthys - Março

Micropogonias - Março

Genidens - Março

Figura 5.32. Gráfico de barras descritivo para as espécies Cyclichthys spinosus, Genidens genidens e Micropogonias Furnieri na área interna da Baía de Guanabara, considerando os 12 metabólitos e 3 isômeros (m/z 290 A e B e m/z 340).

Isômeros

Con

cent

raçã

o (µ

g g

-1 b

ile)


5.3.2. Avaliação Estatística dos Teores de Metabólitos de HPA

Para a avaliação estatística dos dados utilizou-se o teste não paramétrico

Kruskal-Wallis (Daniel, 1978) para testar a hipótese nula de que as populações têm

distribuições idênticas contra a hipótese alternativa de que pelo menos uma difere

das demais quanto à mediana. Foram avaliados os teores dos metabólitos

individuais e o somatório dos 12 compostos. Para tal, as análises foram conduzidas

considerando os fatores Família, Local e Tempo independentes entre si (famílias dos

peixes separadamente do local de coleta e do tempo). Esta opção de estudo foi a

mais adequada face à estrutura do banco de dados que não contemplou as réplicas

de amostras para o teste da iteração, isto é, não foram observadas réplicas de todas

espécies dentro de todos os locais em todos os tempos.

O teste não paramétrico Kruskal-Wallis exige que os níveis de um

determinado fator testado sejam independentes entre si. Por exemplo, quando o

Fator Família foi testado admitiu-se que os níveis deste fator, a saber, Ariidae,

Sciaenidae e Diodontidae são independentes entre si. O mesmo foi considerado

para o Fator Local (Entrada e Fundo da Baía). No entanto, o Fator Tempo (fevereiro,

março e abril) pressupõe correlação temporal entre seus níveis definidos pelo

período de coleta ocorrido nos meses de fevereiro, março e abril, podendo não

atender a suposição de independência. A ausência de pareamento dos dados

dificultou a aplicação do teste não paramétrico adequado para avaliar a variação

temporal (Friedman, Daniel 1978). Assim sendo, optou-se por avaliar o Fator Tempo

com o mesmo teste empregado nos demais fatores, Família e Local, isto é, o teste

Kruskal-Wallis . Ressalta-se que este resultado deve ser interpretado com cautela,

pois a suposição de independência pode estar ausente.

As Tabelas 5.9 A e B apresentam o banco de dados dos metabólitos

analisados bem como o seu somatório. Para o Fator Família observam-se os ranks e

os níveis descritivos amostrais (p-valor) para os metabólitos individuais nas Tabelas

5.10 e 5.11. Para os fatores Tempo e Local, os ranks e os níveis descritivos

amostrais (p-valor) encontram-se nas Tabelas 5.12 e 5.13 e Tabelas 5.14 e 5.15,

respectivamente.

5.

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5.9.

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Tabela 5.10. Ranks quanto ao fator Família.

FAMÍLIA n Média dos Ranks

1-hidroxinaftaleno Ariidae 4 3,50 Sciaenidae 3 8,00

Diodontidae 2 3,50 Total 9 2-hidroxinaftaleno Ariidae 4 6,38

Sciaenidae 3 4,17 Diodontidae 2 3,50

Total 9 3-hidroxibifenila Ariidae 4 6,38


Total 9 9-hidroxifluoreno Ariidae 4 6,38


Total 9 4-hidroxifenantreno Ariidae 4 7,00






Total 9 1-hidroxipireno Ariidae 4 4,25


Total 9 Soma HPA Ariidae 4 6,50


Total 9

Tabela 5.11. Níveis descritivos amostrais (p-valor) para os metabólitos de HPA em relação ao Fator Família (Teste Kruskal-Wallis).

1-OH N 2-OH N 3-OH BI 9-OH F 4-OH Fe 1-OH Fe 2-OH Fe 1-OH Pi Soma HPAChi-Square 5,4 1,902 1,902 1,902 4,2 2,196 1,902 0,544 2,178

p-valor 0,067 0,386 0,386 0,386 0,122 0,334 0,386 0,762 0,337


Tabela 5.12. Ranks quanto ao fator Tempo.

TEMPO N Média dos Ranks 1-hidroxinaftaleno Fevereiro 2 3,50

Março 3 4,67 Abril 4 6,00

Total 9 2-hidroxinaftaleno Fevereiro 2 8,50


Total 9 3-hidroxibifenila Fevereiro 2 8,50


Total 9 9-hidroxifluoreno Fevereiro 2 8,50


Total 9 4-hidroxifenantreno Fevereiro 2 8,50






Total 9 1-hidroxipireno Fevereiro 2 5,00


Total 9 Soma HPA Fevereiro 2 8,50


Total 9

Tabela 5.13. Níveis descritivos amostrais (p-valor) para os metabólitos de HPA em relação ao Fator Tempo (Teste Kruskal-Wallis).

1-OH N 2-OH N 3-OH BI 9-OH F 4-OH Fe 1-OH Fe 2-OH Fe 1-OH Pi Soma HPAChi-Square 1,178 5,49 5,49 4,941 4,9 4,751 4,751 0,311 5,444

p-valor 0,555 0,064 0,064 0,085 0,086 0,093 0,093 0,856 0,066


Tabela 5.14. Ranks quanto ao fator Local

LOCAL N Média dos Ranks 1-hidroxinaftaleno Fundo 6 4,17

Entrada 3 6,67 Total 9 2-hidroxinaftaleno Fundo 6 5,75

Entrada 3 3,50 Total 9 3-hidroxibifenila Fundo 6 5,75

Entrada 3 3,50 Total 9 9-hidroxifluoreno Fundo 6 5,58

Entrada 3 3,83 Total 9 4-hidroxifenantreno Fundo 6 6,33



Entrada 3 3,50 Total 9 1-hidroxipireno Fundo 6 4,00

Entrada 3 7,00 Total 9 Soma HPA Fundo 6 5,83

Entrada 3 3,33 Total 9

Tabela 5.15. Níveis descritivos amostrais (p-valor) para os metabólitos de HPA em relação ao Fator Local (Teste Kruskal-Wallis).

1-OH N 2-OH N 3-OH BI 9-OH F 4-OH Fe 1-OH Fe 2-OH Fe 1-OH Pi Soma HPA

Chi-Square 1,667 1,361 1,361 0,824 4,267 3,294 1,361 2,4 1,667p-valor 0,197 0,243 0,243 0,364 0,039 0,07 0,243 0,121 0,197


Para efeito de decisão, adotou-se um nível de significância de 5%, isto é, para

que a hipótese nula seja rejeitada, será necessário observar um nível descritivo

amostral (p-valor) menor que 0,05 (p <0,05). Conforme a Tabela 5.11, não foi

possível rejeitar as hipóteses nulas estabelecidas para testar o efeito do fator

Família. Desta forma é possível afirmar com 95% de confiança que as famílias

Ariidae, Sciaenidae e Diodontidae têm distribuições idênticas quanto aos metabólitos

de HPA e à soma dos metabólitos de HPA. O mesmo resultado pode ser extendido

para o Fator Tempo, onde foi verificado um nível descritivo amostral (p-valor) maior

que 0,05 para todos os metabólitos estudados (Tabela 5.13).

Para o Fator Local, rejeitou-se a hipótese nula de igualdade das distribuições,

permitindo concluir que o parâmetro 4-hidroxifenantreno difere quanto aos locais

avaliados, entrada e fundo da baía. Conforme ranks descritos na Tabela 5.14, a

mediana observada para o 4-hidroxifenantreno no fundo da Baía de Guanabara é

significantemente maior que a mediana observada na entrada da baía.

No entanto, alguns resultados descritos nas Tabelas 5.11, 5.13 e 5.15,

sugerem que os metabólios medidos nas amostras podem revelar comportamentos

distintos quanto aos Fatores testados. Por exemplo, a probabilidade de que o 1-

hidroxinaftaleno tenha a mesma distribuição em todas as famílias é baixa e igual a

0,067 (Tabela 5.11). Os ranks calculados com base no teste Kruskal-Wallis (Tabela

5.10) revelaram que a família Sciaenidae (rank=8, corvina) pode apresentar uma

mediana maior que as famílias Ariidae (rank=3,5, bagre) e Diodontidae (rank=3,5,

baiacú), estas últimas provavelmente idênticas entre si.

Os mesmos resultados podem ser estendidos para os parâmetros 2-

hidroxinaftaleno e 3-hidroxibifenila, quando testados em relação ao Fator Tempo

(p=0,064, Tabela 5.13). Para ambos os parâmetros, a maior diferença entre ranks

(Tabela 5.12) foi verificada entre os meses de fevereiro (rank =8,5) e abril (rank =3),

tendo sido constatado que o mês de março ficou localizado em uma posição

intermediária (rank =5,33).


Para o parâmetro 1-hidroxifenatreno no teste de Fator Local (p=0,070),

Tabela 5.15), os ranks calculados (Tabela 5.14) revelaram que o fundo da baía (rank

= 6,17) pode apresentar uma mediana maior que a entrada da baía (rank =2,67).

Portanto, uma avaliação final das análises estatísticas dos metabólitos,

alterando o paradigma do nível de significância fixo de 95%, é discutida com base

nos níveis descritivos amostrais (p-valor) calculados para a veracidade da hipótese

nula (distribuições idênticas). Desta forma, conclui-se que:

Fator Família (independente do tempo e local): Somente a concentrações do

metabólito 1OH-N revelou um nível descritivo amostral baixo (p=0,067). Desta

forma, com uma probabilidade de p=0,067 é possível rejeitar a hipótese nula

de que as populações têm distribuições idênticas, identificando diferença

significativa entre as medianas da Família Sciaenidae (espécie Micropogonias

Furnieri, peixe Corvina) em relação às outras duas Famílias Ariidae e

Diodontidae (das espécies Genidens genidens e Cyclichthys spinosus, peixes

Bagre e Baiacu, respectivamente). No entanto, para todos os outros

metabólitos e o seu somatório, verificou-se resultados similares de teores de

metabólitos individuais e seu somatório entre as Famílias analisadas na Baía

de Guanabara. Em suma, não foi possível observar diferença significativa na

distribuição dos metabólitos e no seu teor total quando consideradas as

Famílias estudadas, exceto para 1-hidroxinaftaleno.

Fator Tempo: Já, na avaliação temporal entre os meses de fevereiro, março e

abril (independente da família e local), foi possível rejeitar a hipótese nula de

igualdade das distribuições entre os meses, identificando desta forma, a

possibilidade de diferença significativa na mediana de pelo menos um dos

meses avaliados com os seguintes níveis descritivos amostrais: 3-

hidroxibifenila (p=0,064); 2-hidroxinaftaleno (p=0,064); 9-hidroxifluoreno

(p=0,085); 4-hidroxifenantreno (p=0,086); 1-hidroxifenantreno (p=0,093); 2-

hidroxifenantreno) (p=0,093) e no somatório destes compostos (p=0,066).

Fator Local: Observou-se que, somente para a concentração do metabólito 4-

hidroxifenantreno (p=0,039), a uma nível de significância de 5%, foi possível


rejeitar a hipótese nula de que as populações têm distribuições idênticas,

identificando desta forma, diferença significativa entre Fundo da baía e

Entrada da baía. O metabólito 1-hidroxifenantreno revelou um nível descritivo

amostral baixo, sendo possível rejeitar a hipótese nula com uma probabilidade

de p=0,070, apresentando concentração mais elevada no fundo da baía

quando comprada com a concentração da entrada.

6. Conclusões 141

Capítulo 6

Conclusões

6. Conclusões 142

6 Conclusões

Diferenciação de Fontes de HPA em Sedimentos da Baía de Guanabara

Neste estudo, os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) parentais e

alquilados (total de 38 compostos) foram quantificados em 21 amostras de

sedimentos de um ecossistema que sofre de elevada ação antropogênica, a Baía de

Guanabara, situada no Rio de Janeiro. O es tudo foi executado em duas campanhas,

após o acidente de derramamento de óleo em janeiro de 2000 e tr ês anos depois. A

estratégia de amostragem permitiu uma repr esentatividade das diversas fontes de

contaminação de hidrocarbonetos na baía. As identificações de fontes de

hidrocarbonetos para as amostras de sedimento foram feitas utilizando-se razões

diagnósticas de HPA e análise de componentes principais (ACP). Os resultados

obtidos neste trabalho permitiram verificar que:

As diferenças nos teores de HPA para os sedimentos da Baía de Guanabara

entre as campanhas de 2000 e de 2003 não foram estatisticamente

significativas, traduzindo a poluição antropogênica crônica da baía. Isto indica

que o derrame de óleo de janeiro de 2000 não causou alterações

significativas sobre os teores de HPA nos sedimentos da Baía de Guanabara;

As concentrações de HPA em sedim entos variaram bastante ao longo da

baía, para ambas as campanhas, apresentando-se na faixa de 400 a 58439

ng g-1, refletindo contaminações baixas, médias e elevadas.

As concentrações de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara

apresentaram-se semelhantes a várias regiões estuarinas internacionais com

grande influência antrópica, e dentro da mesma faixa de concentrações de

dados pretéritos obtidos na Baía de Guanabara;

As razões diagnósticas que apresentar am as melhores capacidades em

distinguir as fontes de hidrocarbonetos petrogênica e pirolítica para os

sedimentos da Baía de Guanabara foram:

6. Conclusões 143

Fenantreno+Antraceno/( Fenantreno+Antraceno+C1Fenantrenos);

Fluoranteno/(Fluoranteno+Pireno);

(HPA parentais de 3-6 anéis)/ (5 séries de HPA alquilados);

A abundância relativa de perileno em re lação a seus isômeros de 5 anéis

(benzo(b)fluoranteno, benzo(k)fluoranteno, benzo(a)pireno, benzo(e)pireno,

dibenzo(a,h)antraceno) indicou que os sedimentos da Baía de Guanabara

recebem importante contribuição de HPA de origem natural diagenética na

área de influência dos manguezais;

A análise de componentes principais (ACP) apresentou-se como uma

ferramenta adicional para a identificação de fontes de HPAs no meio

ambiente e corroborou os resultados obtidos pelas razões diagnósticas para

aportes de hidrocarbonetos petrogênico s e pirolíticos para a baía;

Os sedimentos da Baía de Guanabar a podem ser separados nos seguintes

grupos em relação às fontes de HPA:

Amostras com um padrão de contribuição petrogênica pedrominante –

a maioria localizada nas imediações do acidente de janeiro de 2000 e

na região de intermaré atingida pelo óleo derramado.

Amostras com características de combustão – a maioria da região do

infralitoral;

Amostras com superposição de contribuições de aportes petrogênico e

pirolítico - região do infralitoral;

Amostras com contribuição biogênica - a maioria da região de

intermaré e algumas do infralitoral, próximas aos manguezais;

A avaliação temporal das fontes de hidrocarbonetos realizado neste trabalho

não identificou mudanças relevantes para as classes predominantes

(petrogênicas, pirolíticas e biogênicas) nas 21 amostras de sedimento da baía

estudadas entre os anos 2000 e 2003. Isto sugere que, numa avaliação

global, os HPA presentes nos sedimentos da Baía de Guanabara estão

relacionados mais diretamente com a introdução antropogênica crônica de

6. Conclusões 144

hidrocarbonetos na região e não com o evento agudo de derramamento de

óleo ocorrido em janeiro de 2000.

6. Conclusões 145

Metabólitos de HPA em Bile de Peixes da Baía de Guanabara

Neste estudo piloto para peixes demersais da Baía de Guanabara, foram

realizadas avaliações descritivas e estatís ticas dos resultados preliminares obtidos,

na tentativa de descrever a variação das concentrações dos metabólitos em função

dos fatores de interesse, Espécie, Local e Te mpo. No entanto, o número escasso de

organismos e réplicas e a ausência de dados abióticos nas campanhas de captura

dos organismos dificultaram a obtenção de dados conclusivos sobre as possíveis

variações e iterações dos teores de metabó litos entre as quatro espécies estudadas,

as duas macro-regiões da baía com qualidades ambientais distintas e os meses de

fevereiro, março e abril de 2006. No entanto, algumas observações podem ser

feitas:

Obteve-se sucesso na aplicação do protocolo analítico desenvolvido pela

Universidade de Bordeaux, França, que utiliz a a técnica de cromatografia gasosa

acoplada a espectrometria de massas (CG- EM), na identificação e quantificação

de 12 metabólitos biliares de HPA em bile de peixes;

O somatório das concentrações dos metabólitos de HPA em bile de peixes da

Baía de Guanabara situou-se na faix a de partes por milhão (13 a 177 g g-1),

similar a outras regiões com influência antropogênica elevada;

As concentrações totais dos metabólit os biliares de HPA em peixes demersais

capturados na Baía de Guanabara indicara m, preliminarmente, a exposição

destes organismos aos HPA continuadamente presentes na baía;

Foi possível quantificar três metabólitos além dos 12 estabelecidos pelo protocolo

analítico utilizado, dois isômeros de 1-hidroxipireno (m/z 290) e um isômero de 3-

hidroxibenzo(a)pireno (m/z 340). Estes compostos, ainda não reportados na

literatura, apresentaram concentrações bem mais elevadas que os 12 metabólitos

identificados e indicam uma contribuição pirolítica de HPA importante aos

organismos aquáticos da Baía de Guanabar a. Este resultado evidenciou a

necessidade da introdução de novos padrões de metabólitos de HPA para

6. Conclusões 146

possibilitar a identificação inequívoca destes isômeros tão importantes na

composição dos metabólitos de peixe da região estudada.

As concentrações individuais da maiori a dos compostos e o somatório dos 12

metabólitos apresentaram uma possível variação temporal entre os meses de

fevereiro, março e abril, considerando os níveis descritivos amostrais (p valor);

A espécie demersal Micropogonias furnieri . apresentou, de forma descritiva, uma

concordância entre os maiores níveis de metabólitos totais e a área mais

contaminada da baía (fundo). Já a espécie Cyclichthys spinosus, que se alimenta

de sedimentos de fundo, mas também da coluna d’água, apresentou resultado

inverso, com níveis mais elevados de metabólitos totais na entrada da baía, área

com maior energia hidrodinâmica;

As concentrações do metabólito 4-hidr oxifenantreno apresentaram, para um nível

de significância de 5%, diferença signifi cativa entre as duas macro-regiões

estudadas: o Fundo e a Entrada da baía (Fator Local);

A variação das concentrações individuais dos 12 metabólitos e do somatório dos

metabólitos em relação à Local e Fa mília, não apresentou padrão uniforme,

apesar de ter revelado possíveis diferenças significativas para alguns dos

compostos.

7. Recomendações 147

Capítulo 7

Recomendações


7. Recomendações

No estudo de diferenciação de fontes de hidrocarbonetos em amostras de

sedimento da Baía de Guanabara através da aplicação das razões diagnósticas de

HPA foi possível identificar aquelas com maior habilidade de distinção entre os

aportes petrogênicos e pirolíticos. Verifi cou-se também opor tuna a utilização de

análise de componentes principais de HPA para diferenciação das fontes de

hidrocarbonetos nos sedimentos da baía. No entanto, para algumas amostras não foi

possível distinguir claramente as contribuições das múltiplas fontes de

hidrocarbonetos nelas presentes.

Portanto, recomenda-se a continuidade deste estudo de caso uma vez que a Baía

de Guanabara retrata um ecossistema est uarino crítico e complexo, com um

processo de introdução antropogênica de hi drocarbonetos significativo. Novas

razões de HPA poderiam ser testadas. Outr as ferramentas poderiam também ser

incorporadas tais como as razões diagnósticas dos biomarcadores geoquímicos

(esteranos e terpanos), índices composicionais de hidrocarbonetos alifáticos lineares

e ramificados e composições isotópicas individuais de carbono e hidrogênio.

Recentemente, a distribuição isotópica de compostos individuais tem surgido como

uma técnica promissora para avaliaç ão das origens dos hidrocarbonetos em

amostras ambientais, uma vez que os efeitos de degradação na composição

isotópica destas moléculas são mínimos. Desta maneira, esta técnica pode auxiliar

nos estudos de correlação entre os compostos degradados presentes na matriz em

estudo e na amostra original, diminuindo os desafios impostos pelas amostras

intemperizadas.

O estudo de exposição de organismos aquáticos da Baía de Guanabara a

hidrocarbonetos teve um caráter eminentemente exploratório, onde foram analisados

os metabólitos de HPA em bile de peixes demersais coletados na baía. Foi possível

verificar o potencial desta metodologia, uma vez que as concentrações dos

metabólitos biliares de HPA encontraram-se na faixa de g g-1. No entanto, o número

de organismos e réplicas foi pequeno, o que di ficultou uma análise estatística mais

ampla das amostras, isto é, a possibilidade de considerar a interação entre estes os


fatores analisados (tempo, local, espécie). Recomenda-se, portanto, um experimento

planejado para controlar fatores de variabili dade ambientais e biológicos, incluindo

também análises dos compartimentos sedimento e água da região de captura dos

peixes. Deve-se ainda adquirir novos padrões de metabólitos de HPA na tentativa de

identificar os compostos de alto peso molecular, possíveis isômeros dos metabólitos

identificados pelo protocolo. Os metabólitos alquilados também devem ser

identificados face sua importância co mo marcadores de aportes petrogênicos de

HPA no meio ambiente.

A continuidade do estudo deve também comp reender análises de HPA nos tecidos

dos peixes estudados, permitindo constatar a capacidade de metabolização dos

HPA pelos mesmos, quando as concentrações destes compostos nos tecidos

tendem a se manter similar para organismos expostos e não expostos a HPA.

Recomenda-se, além disso, realizar experim entos controlados de exposição à HPA

em laboratório para melhor compreensão dos mecanismos de biotransformação dos

compostos em função da espécie, i dade, sexo, hábito alimentar, etc.

Finalmente, pode-se ainda estender o estudo para avaliação dos efeitos genotóxicos

dos HPA nos organismos analisados, complementando a caracterização ambiental

da região. Após a biotransformação dos HPA, os metabólitos podem, eventualmente,

interagir com DNA, fornecendo potencial de ocorrência de mutação genética.

8. Referências Bibliográficas 150

Capítulo 8

Referências Bibliográficas


8. Referências Bibliográficas

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YUNKER, M.B.; MACDONALD, R.W.; BR EWER, R.; SYLVESTRE, S.; TUOMINEN, T.; SEKELA, M.; MITCHELL, R.H.; PATON , D.W.; FOWLER, B.R.; GRAY, C.; GOYETTE, D.; SULLIVAN, D., Assessm ent of Natural and Anthropogenic Hydrocarbon Inputs using PAHs as Tracers. The Fraser River Basin and Strait of Georgia 1987-1997, Report DOE FRAP, Environment Canada and Fisheries and Oceans Canada, Vancouver, BC, 128 p., 2000.

YUNKER, M.B.; MACDONALD, R.W.; BREW ER, R.; VINGARZAN, R.; MITCHELL, R.H.; GOYETTE, D.; SYLVESTRE, S., PAHs in the Fraser River Basin: A Critical Appraisal of PAH Ratios as Indicators of PAH source and Composition, OrganicGeochemistry, v. 33, p. 489-515, 2002.

171

ANEXOS

172

ANEXO A - Lista dos HPA analisados por CG-EM em sedimento da Baía de Guanabara, suas abreviaturas, os padrões internos de quantificação, o padrão de recuperação (surrogate), as razões massa sobre carga (m/z) utilizadas para sua detecção por CG-EM e suas estabilidades termodinâmicas relativas (diferenças de calor de formação Hf)

COMPOSTO AbreviaturasÍons de

quantificação (m/z) Padrão-interno Hf *

(Kcal/mol)Naftaleno N 128 Naftaleno d-8

1 Metil naftaleno 1MN 141+142 Naftaleno d-8

2 Metil naftaleno 2MN 141+142 Naftaleno d-8

C2 naftalenos C2N 156 Naftaleno d-8



Acenaftileno Acl 152 Acenafteno d-10

Acenafteno Ace 153+154 Acenafteno d-10

Fluoreno F 165+166 Acenafteno d-10

C1 fluorenos C1F 180 Acenafteno d-10



Dibenzotiofeno DBT 184 Fenantreno d-10

C1Dibenzotiofenos C1DBT 198 Fenantreno d-10



Antraceno An 178 Fenantreno d-10 0Fenantreno Fe 178 Fenantreno d-10 5,48

C1 fenantrenos C1Fe 192 Fenantreno d-10




Fluoranteno Fl 202 Fenantreno d-10 20,58Pireno Pi 202 Criseno d-12 0

C1 pirenos C1Pi 216 Criseno d-12

C2 pirenos C2Pi 216 Criseno d-12

Criseno C 228 Criseno d-12 0,72

C1Crisenos C1C 242 Criseno d-12

C2Crisenos C2C 256 Criseno d-12

Benzo(a)antraceno BaAn 228 Criseno d-12 2,75

Benzo(e)pireno BePi 252+253 Perileno d-12 0Benzo(a)pireno BaPi 252+253 Perileno d-12 3,52

Perileno Pe 252+253 Perileno d-12 5,31Benzo(b)fluoranteno BbFl 253+253 Perileno d-12 19,25Benzo(k)fluoranteno BkFl 252+253 Perileno d-12 25,08

Benzo(ghi)perileno BPe 276+277 Perileno d-12 0Indeno (1,2,3-cd)pireno IPi 276+277 Perileno d-12 25,02

Dibenzo(a,h)antraceno DBAn 278+279 Perileno d-12

p-Terfenil d-14 S 244 Criseno d-12

Naftaleno d-8 PI (1) 136 - Acenafteno d-10 PI (2) 162+164 - Fenantreno d-10 PI (3) 188 -

Criseno d-12 PI (4) 240+236 - Perileno d-12 PI (5) 260+264 -

S: SURROGATE PI: PADRÃO INTERNO

* Hf = diferença do calor de formação para cada isômero relativo ao isômero mais estável (adaptado de Yunker et al, 2000).

173

ANEXO B - Lista das coordenadas geográficas das estações de sedimento na Baía de Guanabara utilizadas no estudo de diferenciação de fontes de HPA em 2000 e 2003.

Estação Coordenada X Coordenada YT-1 43º02'02,04"W 22º43'03"ST-7 43º06'45"W 22º41'42"ST-9 43º07'05,16"W 22º42'28,08"ST-15 43º11'12,12"W 22º43'23,88"ST-18 43º11'57,12"W 22º43'33,96"ST-22 43º13'15,96"W 22º44'24"ST-24 43º13'57"W 22º44'38,04"ST-28 43º15'19,08"W 22º45'30,96"ST-31 43º12'21,96"W 22º45'07,92"ST-32 43º12'47,88"W 22º45'18"SD-34 43º12'05,04"W 22º45'54"ST-36 43º09'12,96"W 22º44'53,88"SD-39 43º08'11,04"W 22º45'29,16"SD-43 43º04'22,08"W 22º43'41,88"ST-46 43º03'30,96"W 22º44'43,08"ST-51 43º08'54,96"W 22º45'56,88"SD-53 43º07'10,92"W 22º47'13,92"ST-54 43º10'05,88"W 22º48'55,08"ST-55 43º05'21,12"W 22º48'29,88"ST-56 43º13'18,12"W 22º51'11,88"ST-57 43º07'19,92"W 22º51'00"S

174

ANEXO C - Lista de metabólitos de HPA analisados em bile de peixes.

Tipo Composto Código Íons de quantificação* Padrão-interno

A 1-hidroxinaftaleno 1-OHN 201 1- hidroxipireno d9

A 2-hidroxinaftaleno 2-OHN 216 1- hidroxipireno d9

A 3-hidroxibifenila 2-OHBi 211 1- hidroxipireno d9

A 9-hidroxifluoreno 9-OHF 165 1- hidroxipireno d9

A 4-hidroxifenantreno 4-OHFe 266 1- hidroxipireno d9





A 1-hidroxipireno 1-OHPi 290 1- hidroxipireno d9

A 1-hidroxicriseno 1-OHC 316 1- hidroxipireno d9

A 3-hidroxibenzo(a)pireno 3-OHBaPi 340 1- hidroxipireno d9

PI 1- hidroxipireno d9 1-OHPi-d9 299

S fenantreno d10 Fe-d10 212

A: ANALITO S: SURROGATE PI: PADRÃO INTERNO *: íons com derivatização

175

ANEXO D - Concentração de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara, campanhas 2000 e 2003 e nos óleos estudados

17

6

An

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3C

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ibe

nzo

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3F

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181

ANEXO E2 - Análise paramétrica ANOVA dos teores de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara entre campanhas 2000 e 2003

Estatísticas Descritivas

ANO Statistic Std. Error SOMA 2000.00 Média 21394.53 8721.84

Mediana 6173.55 Variância 1901764077.04 Desvio

Padrão43609.22

Mínimo 558.86 Máximo 217282.40 2003.00 Média 18702.41 8804.89 Mediana 4028.00 Variância 1938153550.20 Desvio

Padrão44024.47

Mínimo 400.00 Máximo 217282.40

LN_SOMA 2000.00 Média 8.91 .30 Mediana 8.73 Variância 2.18 Desvio

Padrão1.48

Mínimo 6.33 Máximo 12.29 2003.00 Média 8.54 .31 Mediana 8.30 Variância 2.33 Desvio

Padrão1.53

Mínimo 5.99 Máximo 12.29

Type 3 Tests of Fixed Effects

Num Den Effect DF DF F Value Pr > F

ano 1 24 3,61 0,0693

Considerando um nível de significância de 5% ( 05,0 ), não é possível rejeitar a hipótese nula de que as

médias dos anos 2000 e 2003 são iguais entre si (p=0,0693).

ou

Com um nível descritivo amostral p= 0,0693 , não é possível rejeitar a hipótese nula de que as médias dos anos 2000 e 2003 são iguais entre si.

182

Mediana 25%-75% Amplitude sem outlierOutliers

2000 2003

ano

5

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Gráfico Box-plot do Logaritmo da Soma dos HPA dentro de cada ano, 2000 e 2003.

2000 2003

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9.8

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som

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Gráfico de perfil para as médias do Logaritmo da Soma dos HPA considerando os dois níveis (grupos) do fator Tempo, 2000 e 2003.

183

ANEXO F - Distribuição de HPA em sedimentos da Baía de Guanabara para as campanhas 2000 e 2003.

Concentrações Individuais

(ng g-1 peso seco)

Legenda:

N:Naftaleno; 2MN: 2Metilnaftaleno; 1MN: 1Metilnaftaleno; C2N: C2 naftalenos; C3N: C3 naftalenos; C4N: C4 naftalenos; Ace: Acenafteno; Act: Acenaftileno; F: Fluoreno; C1F: C1 fluorenos; C2F: C2 fluorenos; C3F: C3 fluorenos; DBT: Dibenzotiofeno; C1DBT: C1 dibenzotiofenos; C2DBT: C2 dibenzotiofenos; C3DBT: C3 dibenzotiofenos; Fe:Fenantreno; C1Fe: C1 fenantrenos: C2Fe: C2 fenantrenos: C3Fe: C3 fenantrenos: C4Fe:C4 fenantrenos: An: Antraceno; Fl: Fluoranteno; Pi: Pireno; C1Pi: C1 pirenos; C2Pi: C2 pirenos; BaAn: Benzo(a)antraceno; C: Criseno; C1C: C1 crisenos; C2C: C2 crisenos; BbFl: Benzo(b)fluoranteno; BkFl: benzo(k)fluoranteno; BePi: Benzo(e)pireno BaPi:Benzo(a)pireno; Pe: Perileno; IPi: Indeno(1,2,3-cd)pireno; DBAn: Dibenzo(a,h)antraceno; BPe: Benzo(ghi)perileno.

184

2000 2003

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE … · fontes destes hidrocarbonetos nas amostras ambientais, os HPA estão sujeitos a vários processos geoquímicos que conduzem à alteração