Author(s): Glória, Carina Filipa Carvalhosa da
Date: 2016
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/24680
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Águas ácidas; Contaminação; Hidrocarbonetos; Isótopos; Lagoa Sancha; Teses de mestrado - 2016; Departamento de Geologia
Tese de mestrado, Geologia Aplicada (Hidrogeologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016
A Lagoa da Sancha localiza-se na costa SW de Portugal a cerca de 7 km a N de Sines. A água e os sedimentos desta lagoa têm características ácidas desde os anos 2000, com pH entre 2,5 e 3,5 e concentração elevada de metais, o que constitui um problema ambiental grave. Uma vez que este ambiente se encontra numa área de Reserva Natural e longe das indústrias petrolíferas não era de esperar que ocorressem estes aspetos negativos na qualidade da água. O estudo que se apresenta teve como principal objetivo a identificação das fontes e processos contaminantes que originaram as alterações ambientais da massa de água da Lagoa da Sancha na última década e meia. Este constou da recolha de amostras de água e solo para análises químicas, inorgânicas e orgânicas, e análises isotópicas (18O, 2H, 13C e 34S) e os principais contaminantes encontrados foram metais e hidrocarbonetos, principalmente Aromáticos voláteis e policíclicos. As águas estudadas têm fácies hidrogeoquímicas que variam entre cloretadas sódicas ou magnesianas e bicarbonatadas sódicas ou magnesianas na zona E da bacia hidrográfica da Lagoa da Sancha, e entre bicarbonatadas cálcicas-sódico-magnesianas e cloretadas cálcicas ou na zona W. Observa-se elevada concentração em ferro em todos os pontos amostrados na Lagoa da Sancha e em águas amostradas a W da bacia hidrográfica da lagoa. Nitratos em excesso são encontrados essencialmente nos poços e furos localizados na parte central da bacia hidrográfica (Barranco dos Bêbedos), devido à presença de numerosos campos agrícolas e de criação de gado, apontando deste modo para uma possível ocorrência de poluição agrícola. A Lagoa da Sancha possui ainda valores elevados em cloretos, estrôncio, enxofre e sulfatos. O estudo da composição isotópica em δ2H e δ18O mostra que todas as amostras analisadas apresentam um desvio relativamente às retas de águas meteóricas (global e de Portugal), sendo esse desvio representativo de evaporação em não-equilíbrio. A razão isotópica δ13C obtida para a água da Lagoa indica que a maior parte do C tem origem orgânica. Assumindo valores de δ13C próximos de zero para as rochas carbonatas, o C presente na água deverá ter contribuição de CO2 (g) atmosférico, CO2 (g) orgânico no solo e em menor quantidade com origem em hidrocarbonetos. O valor analisado de +12,4 ‰ para δ34S pode ter origem na água do mar (sulfato oceânico dissolvido) evaporada ou na água subterrânea que está a dissolver os minerais das rochas evaporíticas presentes no leito da Lagoa da Sancha, causados pela entrada da água do mar que, em períodos de maior seca, evapora e precipita os sais. A água da Lagoa da Sancha apresenta composição físico-química semelhante à de uma água resultante da lixiviação de sulfuretos, e num diagrama de estabilidade pH vs Eh é projetada no campo de estabilidade das águas de mina, apesar de ter uma origem diferente destas. A montante da Lagoa da Sancha, na zona contaminada por rutura de recipientes com hidrocarbonetos (sendo estes essencialmente aromáticos voláteis (naftaleno) e policíclicos), o ambiente é anaeróbico. Com a lixiviação, os hidrocarbonetos infiltram-se no solo e durante o seu transporte pela água subterrânea são degradados progressivamente pelos microrganismos presentes. Estes microrganismos usam o Fe3+ presente nos hidrocarbonetos passando-o a Fe2+ sendo transportado até à Lagoa. Em contacto como oxigénio atmosférico o Fe(II) oxida passando e Fe(III), precipitando sob a forma de óxidos e hidróxidos. O mesmo acontece ao S sob a forma reduzida (H2S, HS- ou S2-) que, ao chegar à Lagoa, oxida sob a forma de sulfato, provocando a redução drástica do pH da água e mantendo as elevadas concentrações de ferro na água da lagoa. Tendo em consideração a migração de uma pluma de contaminação por hidrocarbonetos (para o interior e ao longo de um aquífero) e as zonas geoquímicas propostas por Baedecker et al. (1993, in Delin 1998), a água subterrânea que interseta a superfície na Lagoa da Sancha e que sofre forte oxidação, encontra-se na Zona 3. É caracterizada como uma zona anóxica das águas subterrâneas contendo elevada concentração de hidrocarbonetos e metais dissolvidos, tais como manganês (Mn2+), ferro (Fe2+) e ainda metano (CH4); as concentrações dos metais aumentam com o tempo de permanência do contaminante porque a sua redução e a metanogénese são as reações mais importantes na pluma anóxica. Deste modo, enquanto a fonte de hidrocarbonetos existir no local, as condições atípicas da Lagoa da Sancha irão continuar. A fim de devolver a esta Lagoa as condições que outrora já teve, propôs-se um plano de monitorização que se fundamenta na instalação de piezómetros na área contaminada até a uma zona próxima da Lagoa, de modo a acompanhar o percurso da água subterrânea. Seria assim possível identificar a dispersão e avanço da pluma de contaminação. A monitorização da qualidade da água subterrânea nos piezómetros e da água da Lagoa deverá ter periodicidade mensalmente de modo a controlar o restabelecimento condições normais da Lagoa.
Sancha Lagoon is located in the SW coast of Portugal, 7 km North of Sines. The water of this lagoon has acid characteristics since 2000, with pH between 2,5 and 3,5, and high concentration of metals which is a severe environmental problem. Since this environment is located in a environmental protected area and far away from the petroliferous industries, it wasn’t expected such kind of negative impacts on the quality of the water. This study had the main objective to indentify the contamination sources and processes that were in the origin of the environmental alterations of Sancha Lagoon, in the last decade and half. In this study samples of water (surface and groundwater) and soil were taken, chemical analysis of organic and inorganic species were perform, as well isotopic analysis (δ18O, δ2H, δ13C and δ34S). The main contaminant compounds founded in the lagoon water were metals and hydrocarbons, especially aromatic volatile and polycyclic hydrocarbons. The sampled water are characterized by hydrochemical facies of Na-Cl or Mg-Cl and Na-HCO3 types in the E part of the Sancha Lagoon basin, and Ca-Na-Mg-HCO3 in the W zone. It’s possible to observe very high concentration in iron in all the sampled waters from Sancha Lagoon and in some waters from the W zone of the basin. Nitrates in excess were found essentially on the waters located on the central part of the basin (Barranco dos Bêbedos), caused by intensive agriculture and livestock. The Sancha Lagoon is characterized also by high values of dissolved chloride, strontium and sulphate. The δ2H e δ18O signature of the sampled waters shows deviation from the meteorical water line (global rain and Portugal rain), representing non-equilibrium evaporation process. The δ13C of the Sancha Lagoon water indicates that the most important C source is organic. Assuming δ13C close to zero for carbonated rocks, the carbon C from the water should have the contribution of the atmospheric CO2(g), organic CO2 (g) present on soil and eventually C from hydrocarbon. The value of +12,4‰ to the δ34S can represent evaporated sea (sulphate from sea) or groundwater that dissolved evaporate minerals Sancha Lagoon bed. This minerals result from the evaporation processes during the Lagoon dry periods. The water of the Sancha Lagoon presents, in a stability diagram Eh vs pH, a chemical composition similar to the mine waste waters, formed by sulphide leaching , despite its origin is different. Upstream of the Sancha Lagoon, in a contaminated zone by the rupture of recipients with hydrocarbons (essentially volatile aromatics (naphthalene) and polycyclic hydrocarbon), the environment is anaerobic. The hydrocarbons are leached from the soil and infiltrates; during the transport in the saturated zone the hydrocarbon are biodegradable. This micro organisms use the Fe3+ present in the hydrocarbons to transform it to the Fe2+ that is transported to the lagoon. In contact with the atmosphere at the lagoon the Fe(II) oxidizes to Fe(III) and precipitates as solid oxides or hydroxides. The same oxidation process occurs with the S (as H2S, HS- or S2-) forming sulphate. The water pH decrease strongly and the iron concentration in the water lagoon still very high. Being in account the migration of a contamination plume by hydrocarbons (to the interior and over the aquifer) and the geochemical zones proposed by Baedecker et al. (1993, in Delin 1998), the groundwater that reaches the surface at the Sancha Lagoon, and suffers strong oxidation, can be found in the zone 3, characterized as a anoxic zone; still containing high concentration of hydrocarbons and dissolved metals, such as manganese (Mn2+) iron (Fe2+ and also methane (CH4); the concentration of metals increases with the residence time of the contaminant, because its reduction and metanogenesis are the most important reactions in the anoxic plume. While the source of hydrocarbons exist on site, atypical conditions Sancha Lagoon will continue. In order to return to this pond conditions that once have had, it was proposed a monitoring plan which is based on piezometers installation, located between the contaminated area and the lagoon, in order to follow the path of groundwater. With use of piezometers would carry would be possible to identify the dispersion and advancement of the contamination plume. Monitoring the quality of groundwater in piezometers and in the Lagoon would be monitored with monthly periodicity to control the re-establishment old the environmental conditions.
