Material particulado em suspensão
Em oceanografia e limnologia, material particulado em suspensão (também conhecido pela sigla MPS) é o conjunto de partículas sólidas, de origem orgânica ou inorgânica, que está disperso na coluna de água de um corpo hídrico (rio, lago, oceano). Os termos sólidos suspensos ou material suspenso total na água também são empregados para referir-se ao material particulado em suspensão. Geralmente a concentração do material particulado em suspensão é expressa em unidades de mg/L.
Para fins didáticos, a definição tradicional de material particulado em suspensão é "todo material que fica retido em um filtro de 0,45 µm de porosidade após filtração da água".[1] O processo de filtração separa o material particulado e o material dissolvido na água. A solução que passa pelo filtro é uma mistura de material verdadeiramente dissolvido e colóides.[1] Porém, em estudos oceanográficos, nem sempre é possível ou viável seguir a definição tradicional. Assim, muitas vezes são empregadas membranas de filtração com outras porosidades para separação do material particulado em suspensão. Geralmente essas membranas têm retenção nominal um pouco maior que 0,45 µm (por exemplo, 0,7 μm ou 1,2 μm). Portanto, a distinção entre material particulado em suspensão e material dissolvido na água é operacional e depende da aplicação.
Composição[editar | editar código-fonte]
O material particulado em suspensão pode ter origem orgânica ou inorgânica.
Fração orgânica[editar | editar código-fonte]
A fração orgânica do material particulado em suspensão é composta por pequenos organismos planctônicos (fitoplâncton, zooplâncton, bactérias), fragmentos de plantas e animais em decomposição e pelotas fecais.[2] Essa fração é denominada matéria orgânica particulada (MOP) e geralmente é quantificada em termos de carbono orgânico particulado (COP).[3] Em oceanografia, estima-se que o carbono orgânico particulado representa 50% da matéria orgânica particulada. Assim, para calcular o total de matéria orgânica em suspensão na água, multiplica-se por dois o conteúdo em massa do carbono orgânico particulado.[2][3] Os outros 50% compõem o nitrogênio orgânico particulado (NOP), o fósforo orgânico particulado (FOP) e outros elementos que fazem parte da composição da matéria orgânica.[2] Dentro da fração orgânica, há ainda uma categoria que tem sido observada recentemente em ambientes aquáticos: os microplásticos.[4] Eles são pequenos fragmentos de plástico em suspensão na água, provenientes da decomposição de material plástico que é dispensado indevidamente nos rios e oceanos.[4]
Fração inorgânica[editar | editar código-fonte]
A fração inorgânica do material particulado em suspensão geralmente é formada por grãos de areia, silte e argila. Ela é representada por minerais existentes nas rochas da crosta terrestre, argilominerais formados a partir de intemperismo, cinzas vulcânicas, partículas minerais liberadas durante erupções vulcânicas submarinas e fontes hidrotermais. Ainda constituem essa fração outras partículas inorgânicas, como carbonato de cálcio, sílica biogênica e sulfato de bário. Essas partículas são formadas por reações químicas de precipitação na própria coluna de água ou por atividade biológica.[2]
Fontes para o oceano[editar | editar código-fonte]
As principais fontes de material particulado em suspensão para o oceano são descargas fluviais, deposição atmosférica, organismos planctônicos e detritos de atividade biológica.[2]
Os rios transportam minerais, como por exemplo quartzo e feldspato, que quando em frações finas (silte e argila) permanecem em suspensão por longos períodos na coluna de água. Além disso, os rios trazem sua contribuição biológica (fitoplâncton, zooplâncton e bactérias) por terem maior produtividade em relação ao oceano adjacente. Os rios que cortam cidades sem tratamento de esgoto adequado aportam ainda material particulado em suspensão proveniente de efluentes domésticos e industriais.
A deposição de partículas atmosféricas na superfície do oceano ocorre tanto por via seca como por via úmida (precipitação de chuva e neve). Os ventos transportam minerais dos continentes para os oceanos. As regiões desérticas, por exemplo, aportam sedimentos carreados pelo vento. As chuvas “lavam” a atmosfera, acelerando a transferência do material particulado do ar para a superfície dos oceanos.
Os organismos planctônicos representam a fração viva do material particulado em suspensão, sendo responsáveis pelas concentrações encontradas na camada fótica das bacias oceânicas, que estão distantes de fontes continentais.
De acordo com o local de origem do material particulado em suspensão, este pode ser classificado como autóctone ou alóctone.
Material particulado autóctone[editar | editar código-fonte]
Denomina-se autóctone todo material particulado produzido no próprio sistema no qual é encontrado. No caso de um estuário, por exemplo, o material particulado em suspensão originado na coluna de água e que permanece no sistema é caracterizado como uma fonte autóctone.
Material particulado alóctone[editar | editar código-fonte]
Ao contrário das fontes autóctones, o material particulado em suspensão de fontes alóctones é gerado em um local diferente daquele onde é encontrado. Nesse caso, o material alóctone é transportado para dentro do sistema onde ele se encontra. Por exemplo, em um estuário, o material particulado em suspensão proveniente do oceano adjacente e que foi transportado para dentro do estuário por uma corrente de maré é considerado alóctone.
Distribuição espacial[editar | editar código-fonte]
A distribuição do material particulado em suspensão varia espacialmente, influenciada pelo equilíbrio entre fontes, sumidouros e padrões de circulação costeira e oceânica.[3]
O material particulado em suspensão apresenta um gradiente de diminuição em suas concentrações da plataforma continental em direção à bacia oceânica, uma vez que as regiões costeiras sofrem influência das descargas dos rios que deságuam no mar. O aporte fluvial no oceano pode formar plumas de turbidez. Quando a vazão do rio é significativamente alta, sua pluma pode chegar à bacia oceânica.[5] A pluma do Rio Amazonas, por exemplo, pode alcançar o Mar do Caribe[6] ou se estender para noroeste até o meio da bacia devido à sazonalidade da Corrente Norte do Brasil, vazão do rio e direção e intensidade dos ventos alísios.[5]
No oceano, as maiores concentrações de material particulado em suspensão são observadas em águas neríticas. Os carbonatos são mais abundantes em águas oceânicas do Atlântico Norte e na bacia do Atlântico Sul, onde tem sido registradas concentrações de material particulado em suspensão na parte inferior da coluna de água.[7] Valores médios para águas oceânicas, consideradas transparentes, indicam que no Pacífico Sul a quantidade de material particulado em suspensão é menor e aumenta significativamente em direção ao Pacífico Norte.[7] Análises feitas no Oceano Atlântico verificaram a variação da concentração de material particulado em suspensão com a latitude.[2] Em regiões de altas latitudes (norte e sul) do Oceano Atlântico, as concentrações de material particulado em suspensão ultrapassam 100 µg/kg, enquanto em regiões subtropicais as concentração são mais baixas (< 20 µg/kg). Em baixas latitudes, entre 10° N e 10° S, as concentrações de material particulado em suspensão estão em torno de 25 µg/kg.[2]
A tabela abaixo apresenta as concentrações do material particulado em suspensão nos principais oceanos.[7]
| Oceano | Amplitude (mg/L) | Média (mg/L) |
|---|---|---|
| Atlântico Norte | 0,001 - 0,248 | 0,049 |
| Atlântico Sul | 0,002 - 0,197 | 0,051 |
| Pacífico Norte | 0,001 - 0,153 | 0,038 |
| Pacífico Sul | 0,005 - 0,087 | 0,030 |
| Índico | 0,009 - 0,177 | 0,072 |
Perfis sísmicos, que retratam a estratificação pelágica, mostram que pequenas partículas em suspensão (especialmente argilas) são encontradas até nas mais transparentes águas oceânicas.[7] Os grãos de argila podem ser transportados em suspensão por correntes superficiais e profundas por longos períodos de tempo, devido ao diminuto tamanho dos grãos.[7]
Técnicas de separação[editar | editar código-fonte]
Há basicamente três maneiras de separar o material particulado em suspensão e o material dissolvido na água: filtração, redes de arrasto ou centrifugação. A escolha da técnica vai depender dos objetivos do estudo.
Filtração[editar | editar código-fonte]
Existem várias técnicas de filtração que podem ser aplicadas para separar as frações particulada e dissolvida, empregando membranas com porosidades diferentes.
Filtração sob pressão[editar | editar código-fonte]
Na filtração sob pressão, o processo de separação é forçado pela pressão exercida por ar puro ou gás inerte, evitando mudanças nas condições redox da amostra.[1] Essa técnica geralmente é empregada em amostras sujeitas a análise de metais traço, com a finalidade de prevenir a formação de hidróxidos metálicos.[1] Nesse tipo de filtração são utilizadas membranas de polímeros plásticos, Teflon ou silicone.[1]
Filtração a vácuo[editar | editar código-fonte]
A filtração a vácuo é uma técnica de microfiltração que usa membranas com poros pequenos e geralmente uniformes. A aparelhagem necessária para a realização dessa filtração é: funil de filtração com suporte para membrana, kitasato, mangueira e bomba de vácuo.[8] O vácuo é utilizado para acelerar a filtração. Sem ele, o processo de filtração seria muito demorado, pois os poros das membranas usadas na microfiltração são muito pequenos e dificultam a passagem da água.
Essa técnica de filtração pode ser realizada em série para agilizar o processamento das amostras. Filtração a vácuo é a técnica de filtração mais utilizada na oceanografia, tendo aplicação em vários estudos como: análise gravimétrica do material particulado em suspensão, biomassa fitoplanctônica, matéria orgânica particulada, poluentes orgânicos, metais pesados, composição elementar e isotópica, etc. Existem vários tipos de membrana que podem ser utilizados na técnica de microfiltração. Eles são escolhidos com base no material que compõe a membrana, no tamanho, na porosidade e em outras características pertinentes à análise a ser feita com o material. A tabela abaixo apresenta os tipos de membranas que são comumente usados na microfiltração.[1]
| Material | Porosidade (µm) | Diâmetro (mm) | Características | Fabricante |
|---|---|---|---|---|
| Fibra de vidro | 0,7 - 1 - 1,2 - 1,6 - 2,7 | 25 - 47 - 90 - 142 - 293 | Livre de orgânicos | Millipore, Whatman |
| Policarbonato | 0,01 - 0,05 - 0,22 - 0,04 | 25 - 47 | Poros e densidade uniformes, alta resistência | Millipore, SterilTech, Sartorius |
| Polipropileno | 0,1 - 0,2 - 0,45 | 25 - 47 | Ampla compatibilidade química | SterilTech, Whatman |
| Polietersulfona | 0,1 - 0,22 - 0,45 | 25 - 47 | Baixa extração, alta resistência | Millipore, SterilTech, Sartorius |
| Nylon | 0,1 - 0,2 - 0,45 | 25 - 47 | Baixa extração, alta resistência | SterilTech, Whatman |
| Mistura de ésteres de celulose | 0,1 - 0,2 - 0,45 | 25 - 47 | Poros uniformes | Millipore, SterilTech, Whatman |
| Acetato de celulose | 0,2 - 0,45 | 25 - 47 | Poros uniformes | SterilTech, Sartorius, Whatman |
| Nitrato de celulose | 0,1 - 0,2 - 0,45 | 25 - 47 | Alta resistência | Sartorius, Whatman |
| Teflon hidrofílico | 0,1 - 0,2 - 0,45 | 25 - 47 | Quimicamente inerte | Millipore |
| Teflon hidrofóbico | 0,22 - 0,45 | 25 - 47 | Quimicamente inerte | Millipore, SterilTech, Sartorius |
| Prata | 0,2 - 0,45 | 25 | Bacteriostático, não adsorptivo | Millipore, SterilTech |
| Alumina | 0,02 - 0,1 - 0,2 | 25 - 47 | Sem cruzamentos laterais entre os poros | Whatman |
Filtração em fluxo tangencial[editar | editar código-fonte]
Nas filtrações sob pressão e a vácuo, o gradiente de pressão é aplicado na mesma direção do fluxo de água, podendo causar rapidamente o entupimento dos poros da membrana quando há muito material particulado em suspensão na amostra. Na filtração em fluxo tangencial esse problema é amenizado, pois o gradiente de pressão é aplicado perpendicularmente ao fluxo de água.[1] Essa técnica de filtração é comumente usada para separar a fração coloidal e a fração verdadeiramente dissolvida na água.[1]
Redes de arrasto[editar | editar código-fonte]
Comumente utilizada em estudos de oceanografia biológica, as redes de arrasto de plâncton são compostas basicamente por boca (abertura pela qual a água entra), rede de malha fina e copo coletor.[8] A abertura da malha da rede depende do tipo de organismo que se deseja coletar, sendo que as menores malhas (por exemplo, 20 μm ou 64 μm) são usadas para a coleta de fitoplâncton. Na boca da rede é geralmente fixado um fluxômetro que serve para estimar o volume de água filtrado.
Centrifugação[editar | editar código-fonte]
Também é possível separar os materiais particulado e dissolvido através de centrifugação. Esta consiste em colocar a amostra de água em um recipiente cilíndrico (com fundo cônico ou redondo) e rotacioná-lo em alta velocidade por alguns minutos. Durante o processo de centrifugação, o material particulado sedimenta no fundo do recipiente, sendo assim separado do material dissolvido na solução.
Técnicas de medição[editar | editar código-fonte]
A quantificação do material particulado em suspensão pode ser feita por meio de análise gravimétrica (considerada a mais precisa), medida de turbidez ou disco de Secchi. A escolha da técnica depende dos objetivos do estudo.
Análise gravimétrica[editar | editar código-fonte]
Ver artigo principal: Análise gravimétricaA análise gravimétrica é empregada para determinar a massa de peso seco do material particulado em suspensão. Para tanto, a membrana é pesada antes e depois da filtração. Sua massa é conferida algumas vezes durante a secagem para garantir que a membrana está totalmente seca e sem resquícios de umidade. A diferença entre as duas pesagens (antes e depois da filtração) fornece a massa de material particulado na amostra de água. A partir do volume filtrado de amostra é possível calcular a concentração do material particulado em suspensão conforme a fórmula abaixo:
onde C é a concentração do material particulado em suspensão na água (mg/L), PS é o peso seco obtido a partir da diferença de massa da membrana antes e depois da filtração (mg) e V é o volume filtrado da amostra de água (L).
O método gravimétrico é considerado o mais exato para medições de concentração do material particulado em suspensão.[9]
Medida de turbidez[editar | editar código-fonte]
A medida de turbidez é realizada através de um turbidímetro, equipamento que mede a concentração de sólidos em suspensão na água por meio de sensores ópticos ou acústicos. Esses sensores podem ser acoplados a uma sonda multiparâmetro ou um CTD.[8] Quando devidamente calibrados, esses sensores fornecem a medida de concentração de material particulado em suspensão na água. A calibração do turbidímetro é geralmente feita através de uma análise de regressão entre os valores medidos pelos sensores e os resultados obtidos a partir da análise gravimétrica, ambos com amostragens realizadas concomitantemente.[9]
Disco de Secchi[editar | editar código-fonte]
O disco de Secchi é um equipamento simples e barato que tem sido amplamente usado para estimar o coeficiente de extinção de luz na água. Apesar de não medir diretamente a concentração de material particulado em suspensão, ele consegue estimar indiretamente a turbidez da água que é inversamente proporcional à profundidade de desaparecimento do disco de Secchi. Quanto menor a profundidade de desaparecimento do disco de Secchi, maior a turbidez na coluna de água.
Aplicações em oceanografia[editar | editar código-fonte]
O material particulado em suspensão é estudado em aplicações variadas nas quatro áreas da oceanografia: química, física, biológica e geológica.
Na oceanografia biológica, o estudo do material particulado em suspensão é importante para a produção primária. O excesso de turbidez na água reduz a penetração de luz e diminui a zona eufótica, afetando a realização de fotossíntese pelos produtores primários.[10] Porém, águas muito transparentes geralmente são pobres em nutrientes dissolvidos, fato que também limita a produção primária. Em ambientes eutróficos, a produção primária é elevada e a concentração de material particulado em suspensão na água é alta. Estudos de oceanografia biológica também têm interesse na composição do material particulado em suspensão como fonte alimentar para avaliar seu valor nutricional para organismos filtradores.[2]
Estudos de oceanografia química investigam a composição do material particulado em suspensão para determinar a concentração de elementos traço e contaminantes adsorvidos (por exemplo, poluentes orgânicos persistentes e metais).[1] Assim é possível inferir possíveis mecanismos de contaminação para a biota aquática, desde organismos filtradores até aqueles que estão no topo da cadeia trófica. Além disso, também é possível identificar as principais fontes de matéria orgânica particulada (MOP) e caracterizá-las quanto à sua origem (natural ou antrópica) através de análises elementar e isotópica.[11] O material particulado em suspensão pode indicar também processos de dissolução de carbonato e sílica na coluna de água.[2]
Estudos de oceanografia física e oceanografia geológica investigam o transporte de material particulado em suspensão por correntes superficiais, processos de ressurgência/subsidência de massas de água e fluxos de correntes de turbidez.[2] A partir disso é possível identificar ambientes exportadores ou importadores de material particulado em suspensão.[12]
As análises quantitativa e qualitativa de material particulado em suspensão revelam importantes informações para a ciência oceanográfica, auxiliando no entendimento de processos físicos e biogeoquímicos no ambiente marinho.
Ver também[editar | editar código-fonte]
Referências
- ↑ a b c d e f g h i WURL, O. (2009). Practical Guidelines for the Analysis of Seawater. Boca Raton, FL: CRC Press. 401 páginas
- ↑ a b c d e f g h i j RILEY, J. P. (1978). Chemical Oceanography. London: Acadenmic Press. 508 páginas
- ↑ a b c MILLERO, F. J. (2006). Chemical oceanography. Boca Raton, FL: CRC/Taylor and Francis. 469 páginas
- ↑ a b NG, K. L.; OBBARD, J. P. (2006). «Prevalence of microplastics in Singapore's coastal marine environment». Marine Pollution Bulletin. 52 (7): 761-767
- ↑ a b GEYER, W. R.; BEARDSLEY, R. C.; LENTZ, S. L.; CANDELA, J.; LIMEBURNER, R.; JOHNS, W. E.; CASTRO, B. M.; SOARES, I. D. (1996). «Physical oceanography of the Amazon shelf». Continental Shelf Research. 16 (5-6): 575-616
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- ↑ a b GUILLÉN, J.; PALANQUES, A.; PUIG, P.; MADRON, X. D.; NYFFELER, F. (2000). «Field calibration of optical sensors of measuring suspended sediment concentration in the western». Mediterranean Scientia Marina. 64 (4): 427-435
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