Desenvolvimento de métodos analíticos e de amostragem para determinação de gases dissolvidos em águas subterrâneas: aplicação como traçadores naturais e de biodegradação

Abstract

Gases nobres são caracterizados por serem quimicamente inerte e a sua distribuição na natureza é bem conhecida, tornando os em excelentes traçadores, que juntamente com CO2 e CH4, dois importantes gases de efeito estufa, constituem potencial ferramentas geoquímicas para investigar processos físicos e químicos que afetam as concentrações de gases livres ou dissolvidos em subsuperfície. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver métodos analíticos rápidos, precisos e de baixa custo para analisar gases dissolvidos em águas subterrâneas e gases livres na zona vadosa. Demais objetivos foram as aplicações potenciais: (i) investigar a origem do CO2 nas águas de nascente do Circuito das Águas (Complexo Caxambu, MG), e (ii) avaliar a degradação de áreas contaminadas por hidrocarbonetos de petróleo como em Miguel Pereira (RJ) e Cubatão (SP). Este projeto resultou no desenvolvimento de um dispositivo de extração para amostragem in situ de gases dissolvidos em águas subterrâneas, combinado com análises laboratoriais por espectrometria de massa. Isso possibilitou a primeira abordagem utilizando dados de gases nobres para investigar as origens e os mecanismos de transporte de CO2 e He nas nascentes do Circuito das Águas de Minas Gerais. Os resultados das concentrações de gases dissolvidos foram complementados com a análise da razão 3He/4He e todas as amostras apresentam altas concentrações de hélio e valores elevados de 4He/20Ne em relação aos valores atmosféricos, indicando uma origem profunda e o acúmulo gradual de 4He radiogênico nas águas. As amostras das nascentes exibem valores de 3He/4He corrigidos para o ar atmosférico (Rc/Ra) entre 0,55 e 3,39 Ra, sugerindo uma mistura de contribuições voláteis da crosta e do manto. Observa-se uma diminuição consistente de 3He/4He com o aumento da distância em relação à zona de cisalhamento de Caxambu, indicando que a liberação de fluidos profundos é controlada por falhas geológicas. Foi sugerido que segmentos principais de falha dentro da zona de cisalhamento de Caxambu atuam como caminhos contínuos para a ascensão de CO2 e He derivados do manto, enriquecendo as nascentes da região do Circuito das Águas. Os dados de isótopos de carbono indicam uma contribuição significativa de CO2 derivado de carbonatos. Foram combinados estimativas de vazão com concentrações de carbono para quantificar um fluxo de CO2 de 4,26 × 106 mol por ano para o sistema superficial a partir de todas as nascentes nos quatro parques hidrominerais. Os resultados deste estudo, apresentados neste relatório, foram publicado na revista Chemical Geology com o título “Tracing CO2 and helium origins of mineral spring water of the Water Circuit of Minas Gerais in southeastern Brazil”.