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Projeto emissão de metano em banhado subtropical pgbac (final) cleber e marcelo (27 dez2012)
 

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    Projeto emissão de metano em banhado subtropical pgbac (final) cleber e marcelo (27 dez2012) Projeto emissão de metano em banhado subtropical pgbac (final) cleber e marcelo (27 dez2012) Document Transcript

    • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE - FURG PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA DE AMBIENTES AQUÁTICOS CONTINENTAIS LABORATÓRIO DE LIMNOLOGIA – ICB PROJETO DE MESTRADOEmissão de metano em banhado subtropical Autor: Marcelo Gomes Orientador: Dr. Cleber Palma Silva Co-orientadora: Dra. Edélti Faria Albertoni Rio Grande, 2012.
    • SUMÁRIORESUMO 31. INTRODUÇÃO 4 1.1 - A importância do metano como GEE 6 1.2 - Banhados, fontes naturais de metano 9 1.3 - Estimativas das emissões de metano 132. OBJETIVOS 143. METODOLOGIA 15 3.1 - Área de estudo 15 3.2 - Coleta das Amostras 16 3.4 - Análise de sedimento 18 3.5 - Análise de metano 19 3.6 - Determinação dos fluxos de metano 20 3.7 - Análise estatística 204. CRONOGRAMA 215. ORÇAMENTO/ VIABILIDADE 226. BIBLIOGRAFIA 23 2
    • RESUMOUm dos principais gases responsável pelo efeito estufa (GEE) é o metano (CH4). Umaparcela significativa do metano emitido para a atmosfera é produzido naturalmente emáreas alagadas e banhados, em solo saturado e anóxico. Os banhados correspondem,aproximadamente, a 40% do total do metano emitido na atmosfera e estudos temmostrado que este valor tem aumentado 1% ao ano. Este estudo pretende estimar aemissão de metano através da técnica de câmaras estáveis em um banhado localizado nomunicípio de Rio Grande-RS (32º 04’ S e 52º 09’ W). Serão determinadas as médias dastaxas de emissão em duas estações do ano, inverno e verão de 2013, distribuídas emgradiente de umidade do solo. A hipótese que norteia este estudo é que ocorre maioremissão de metano durante o verão nas áreas mais úmidas. As amostras de ar serãocoletadas em seringas e a concentração de CH4 será analisadas através de cromatografiagasosa. Será feita caracterização do perfil vertical dos 10 cm superficiais do sedimentodo banhado para análise das concentrações de CH4, porcentagem de matéria orgânica(M.O.) e granulometria (GR). Este trabalho pretende contribuir para a elaboração de umaestimativa representativa de emissão de metano em banhados subtropicais brasileiros.Palavras-chave: Gases efeito estufa, metano, carbono, banhado de clima subtropical. 3
    • 1. INTRODUÇÃO Às modificações climáticas de origem natural atualmente acrescentam-se aquelasque resultam de atividades humanas, pois sua amplitude tornou-se considerável. Essesfenômenos tem sido estudados em escala mundial por programas internacionais como oPIGB (Programa Internacional Geosfera Biosfera) ou PMRC (Programa Mundial dePesquisa sobre o Clima). Esse tipo de pesquisa tem como objetivo descrever e compreenderos fenômenos observados, criar modelos e prever sua evolução e seu impacto sobre abiosfera nos anos futuros (DAJOZ, 2006). Segundo DAJOZ (2006) a temperatura da superfície da Terra resulta de umequilíbrio entre a radiação solar incidente e a perda de energia por radiação para o espaço.Estima-se que sem a atmosfera a temperatura da superfície da Terra seria – 19ºC, ou seja35ºC menor que sua temperatura real. Isso se deve à presença na atmosfera de vapor deágua, de gás carbônico e outros gases que absorvem a radiação e assim criam o efeito estufanatural. A radiação infravermelha é parcialmente absorvida e refletida pelos GEEs. Consequentemente a zona interior da atmosfera e a superfície da terra são aquecidas Atmosfera .. .. . .. . ... . (GEEs). . . . .. .. ... .. .. A superfície da Terra absorve Superfície terrestre a maioria da radiação solar e utiliza-a para gerar calor. Figura I – Esquema efeito estufa na atmosfera. FONTE: Adaptado de IPCC 2007. 4
    • O efeito estufa deve-se à capacidade de alguns gases existentes na atmosferaterrestre, conhecidos como gases do efeito estufa (GEEs), de absorver e reemitir a radiaçãode onda longa, ou infravermelha (comprimentos de onda entre cerca de 0,7 μm e 100 μm)emitida pela superfície da Terra. Isto leva a um aumento da temperatura no sistema Terra-atmosfera (IPCC, 2007). A Figura I apresenta um esquema do efeito estufa na atmosfera,que é praticamente transparente à radiação solar e absorve fortemente na faixa doinfravermelho. Os principais gases responsáveis pelo efeito estufa são: dióxido de carbono (CO2),produzido através da queima de combustíveis fósseis, queima de biomassa e dorevolvimento do solo; metano (CH4), produzido naturalmente em banhados e em lavourasde arroz, fermentação entérica, queima da biomassa, aterros de lixo, minas de carvão eoceanos; clorofluorcarbonetos (CFCs), oriundos da atividade industrial; e, óxido nitroso(NO2), liberado após aplicação de fertilizantes nitrogenados em áreas agrícolas (MILICH,1999). Mudanças climáticas podem ocorrer como resultado da liberação excessiva de gasesde efeito estufa (GEEs) na atmosfera, ou seja, pelo desequilíbrio no balanço entre aemissão e absorção desses gases. Estes por sua vez formam uma espécie de cobertoratmosférico que torna o planeta cada vez mais quente por não permitir a saída de radiaçãoInfra-vermelho (UV) (WWF, 2012). O governo brasileiro instituiu no dia 17 de abril de 2009 o Painel Brasileiro sobreMudanças do Clima. A iniciativa reúne cientistas e pesquisadores de várias instituições ecentros universitários. O grupo de cientistas brasileiros vai compilar e analisar toda aprodução científica do País a respeito dos mais diferentes aspectos das alterações do climano país. Dentre a diversidade de áreas de pesquisas e rede de climas no território brasileiro,a FURG, Universidade Federal do Rio Grande assumiu o compromisso de estudar as ZonasCosteiras (PORTAL BRASIL, 2012). O aumento da temperatura global (efeito estufa) promoverá várias anomaliasclimáticas. Dada a grande preocupação gerada, o IPCC (Painel Intergovernamental sobreMudanças Climáticas) foi estabelecido em 1988 pela Organização Meteorológica Mundial eo Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) para fornecerinformações científicas, técnicas e socioeconômicas relevantes para o entendimento dasmudanças climáticas (IPCC, 2007). O IPCC em seu primeiro relatório de avaliação sobre o Meio Ambiente, publicadoem 1990, reuniu argumentos em favor da criação da Convenção do Quadro das Nações 5
    • Unidas para Mudanças do Clima, nessa instância os governos negociam políticas referentesà mudança climática. O segundo relatório do IPCC foi publicado em 1995 e acrescentouainda mais elementos às discussões que resultaram na adoção do Protocolo de Kyoto doisanos depois. O terceiro relatório do IPCC foi publicado em 2001. Em 2007, o grupo publicou seu quarto grande relatório. Desde o primeiro relatório, otrabalho do IPCC tem sido publicado em quatro etapas e é produzido por três grupos detrabalho. O primeiro grupo (GT – I) é responsável pelo primeiro capítulo, que reúneevidências científicas de que a mudança climática se deve à ação do homem. O segundo(GT – II) trata-se das consequências da mudança climática para o meio ambiente e para asaúde humana. O terceiro (GT – III) estuda maneiras de combater as mudança climáticas eprover alternativas de adaptação das populações. Um quarto capítulo sintetiza as conclusõesdos anteriores (IPCC, 2007). Em 2007, no relatório principal e uma versão resumida, conhecida como Summaryfor Policymakers (Resumo para os elaboradores da política), os principais pontos deconclusão foram que: 1) O aquecimento do sistema climático é inequívoco. A maioria do aumento observado na temperatura média global desde meados do século XX é muito parecido ao aumento observado na concentração de gases do efeito estufa antropogênico. 2) A temperatura mundial poderá aumentar entre 1,1 e 6,4 °C durante o século XXI. 3) O nível do mar provavelmente se elevará entre 18 a 59 cm. 4) Há um nível de confiança maior que 90% de que haverá mais derretimento glacial, ondas de calor e chuvas torrenciais. 5) Concentrações atmosféricas globais de dióxido de carbono, metano, e óxido nitroso têm aumentado significativamente como resultado de atividades humanas desde 1750 (IPCC, 2007 ).1.1 - A importância do metano como GEE O IPCC define a mudança climática como uma variação estatisticamente significaem um parâmetro climático médio ou sua variabilidade, persistindo por um período extenso,tipicamente décadas ou por mais tempo. A mudança climática pode ser devido a processosnaturais ou forças externas ou devido a mudanças persistentes causadas pela ação dohomem na composição da atmosfera ou do uso da terra (IPCC, 2007). 6
    • Dentre os gases, um de grande destaque é o metano (CH4), devido à quantidadeemitida e à atividade desempenhada na absorção radioativa. Com relação à quantidadeproduzida, o metano é o segundo gás mais importante, sendo superado apenas pelo CO2.Com uma concentração média de 1,7 ppm (DLUGOKENCKY et al., 1994). Apresentamédia de variação ente o hemisfério Norte e Sul de 0.14 ppm e variação sazonal de cerca de0,03 ppm (DLUGOKENCKY et al., 1994). Metano é um GEE, com capacidade de absorção de calor atmosférico 15 a 40 vezessuperior à do CO2 (CAO et al., 1998). Por outro lado, sua reação com o oxigênio (O2) napresença de óxido nítrico, forma ozônio na troposfera terrestre (MILICH, 1999). Alémdisso, o metano minimiza o ataque de átomos de cloro ao ozônio, reagindo com cloroformando ácido clorídrico, o qual atua como reservatório inerente de cloro (MILICH,1999). Ainda, segundo este autor a reação chave do metano na atmosfera inclui suaoxidação com radicais hidroxilas, formando água. A concentração troposférica do metano é estimada em 4700 teragramas (1Tg=1012g)(SASS,1994). Análises de ar preso em gelo polar estimaram emissão de metano de cerca de180 TgCH4/ano durante o século XV e 200TgCH4/ano no início do século XVIII (KHALIL,1994). Estudos mais atuais estimam a concentração atual de metano na atmosfera terrestreestá em torno de 1770 ppbv (parte por bilhões em volume) (SIMPSON et al., 2006),correspondendo a um reservatório atmosférico de mais de 4900 Tg ( = 1012gramas) demetano (TgCH4). As estimativas para o balanço global de metano indicam uma emissão anual total de503 ± 125 TgCH4/ano, com uma faixa de estimativa entre 410 e 660 TgCH4/ano e umsumidouro de 515 ± 85 TgCH4/ano, com uma faixa de estimativa entre 430-600 TgCH4/ano(WUEBBLES E HAYHOE, 2002). Embora atualmente seu balanço global seja determinado a partir de uma grande basede dados, até recentemente as fontes e sumidouros de metano não eram bem conhecido eincertezas importantes ainda permanecem nos fluxos individuais. A Tabela I (AMSTEL,1998), apresenta o balanço global de metano, onde a emissão global foi estimada em 515TgCH4/ano. 7
    • Tabela I – Fontes e sumidouros de metano Fonte: Adapatado de AMSTEL, 1998. Fontes e sumidouros de metano Fontes naturais TgCH4/ano Áreas alagadas 115 Cupins 20 Oceanos 10 Rios 5 Hidratos de metano 5 Fontes antropogênicasCombustíveis fósseis: carvão, gás natural, petróleo. 85 Cultivo de arroz irrigado 60 Fermentação entérica 80 Queima de biomassa 40 Dejeto de animais 25 Tratamento de esgoto doméstico 55 Lixeiras 30 Sumidouros Remoção na atmosfera 470 Remoção pelos solos 30 Excedente anual 32 O Principal sumidouro na atmosfera ocorre com a reação com o radical hidroxilacom o radical oxidrila (OH) na troposfera o qual é responsável pela remoção de mais de90% do metano emitido. Além desses, existem mais dois sumidouros menores, a absorçãopelos solos aerados e o transporte para a estratosfera. No balanço global observa-se umexcedente de emissão em relação ao removido anualmente de 32 TgCH4/ano, o quecorresponde ao crescimento anual de 0,6% desse gás na atmosfera (AMSTEL, 1998). 8
    • 1.2 - Banhados, fontes naturais de metano Uma parcela significativa do metano naturalmente produzido é proveniente dosedimento anóxico de zonas úmidas, áreas alagadiças ou banhados , cujo termo em inglês éuniversalmente conhecido como “wetlands” que são encontradas em todos os continentes(Figura II), latitudes temperadas, subtropicais e tropicais. Zonas úmidas Áreas com abundância de zonas úmidas Figura II- Distribuição geral das zonas úmidas no mundo. FONTE: Adaptado de MITSCH E GOSSELINK, 2000. A contribuição individual das áreas alagadas correspondem a cerca de 70% dasfontes naturais para este gás. Os banhados respondem por aproximadamente 40% do totaldo metano emitido na atmosfera (IPCC, 2007). Estudos de DLUGOKENCKY et al., (1994),concluiu que esses valor tem aumentado aproximadamente 1% ao ano (DLUGOKENCKYet al., (1994). 9
    • De acordo com estudos de CAO et al., (1998), a emissão anual oriunda de banhadosnaturais e não naturais é estimada em 145 Tg ano -1, a qual tem aumentado à taxa de 1% aoano. Essas áreas podem ser tanto naturais quanto antropogênicas (no caso dos arrozais).Nas áreas alagadas naturais, como banhados e áreas de inundação, a emissão do metanoproduzido no substrato para a atmosfera ocorre através da difusão através da lâmina d’águae da liberação por bolhas. Essas emissões podem ser influenciadas por fatores ambientaiscomo temperatura da água e do substrato, velocidade dos ventos, pH e quantidade deoxigênio dissolvido na água. Banhados são importantes componentes da Biosfera e possuem papel significante naciclagem e balanço do carbono global. A diversidade de tipos de banhados é resultado dageologia, topografia e clima regionais. Diversos tipos de classificação têm sido propostascom base na hidrologia, ecologia e características químicas dessas áreas. Geralmentebanhadas são áreas dificilmente drenadas, periodicamente saturadas ou cobertas com água(FORD, 1993). Essas áreas sustentam uma diversidade de habitats e abundância alimentarque permite a coexistência de muitas espécies. Zonas úmidas e banhados são formados de diversas maneiras (FORD, 1993): 1) Através de rios, lagos e até mesmo oceanos, que ao retornarem a seu nívelnatural, deixam porção significativa de água nessas terras. 2) Onde a drenagem do solo é ruim devido a impermeabilidade da rocha, oucamada de argila, ou quando a taxas de precipitação excedem a evaporação. 3) Devido a acumulação de matéria orgânica no sedimento de lagos ou comoconsequência da atividade humana. Os solos de banhados se formaram sob condições de saturação, inundação e ao longodo seu desenvolvimento propiciaram condições anaeróbicas. Segundo MITSCH EGOSSELINK (2000) solos de banhados são de dois tipos: (1) solos minerais ou (2) solosorgânicos. Geralmente todos os solos são constituídos de uma parte de matéria orgânica,quando o solo possui menos de 20 a 35% de matéria orgânica (MO) é considerado um solomineral. Em muitos ecossistemas lacustres as entradas de matéria orgânica é constituída poralgas. Contudo em banhados a fonte são originárias de macrófitas (FORD, 1993). 10
    • A definição e a classificação de áreas alagadas são difíceis e imprecisas, dependendodo regionalismo e da cultura local pode ser denominado de charcos, pântanos, brejos. Essasáreas são estrategicamente importantes, tendo em vista sua função de filtragem,armazenamento e reservatório de águas. Desempenham um papel vital para garantir oabastecimento de água potável, a população de peixes, conservação da biodiversidade,disponibilidade de água para a irrigação, ou mesmo proteção contra inundação. Assim,áreas de banhado oferecem uma valiosa contribuição para a subsistência local. A “Internacional Union for the Conservation of Nature and Natural Resources”(IUCN), adotou a seguinte definição: “Áreas alagadas são regiões com solos saturados deágua, ou submersas, naturais ou artificiais, permanentes ou temporárias, onde a água podeser estática ou com fluxo, salinas, salobras ou água doce”. Para COWARDIN (1979), banhados e zonas úmidas são ecossistemas onde asaturação com água é o fator essencial para o controle e desenvolvimento das espécies deplantas e animais que estão presentes. Neste trabalho o termo áreas alagadas (ou banhado)deverá referir-se ao mesmo ecossistema que, ou está permanentemente sob inundação ousofre inundação com flutuação de nível. Assim essas áreas são importantes fontes naturaisde gás metano (CH4) que é produzido por bactérias que vivem em condições anóxicas(COWARDIN, 1997). Este processo denominado metanogênese (realizado por arqueobactériasmetanogênicas) é o último estágio de decomposição do carbono em vários ambientesanaeróbicos, tais como o trato intestinal dos animais, solos inundados, habitats geotérmicose sedimentos de áreas alagadas de água doce ou salina (FENCHEL E MICHELL, 1998). Segundo Esteves (2011), a metanogênese é considerada um dos mais importantesprocessos de degradação da matéria orgânica em sedimento aquático anóxico. A produçãopode ocorre através da decomposição de acetato (1) ou transformação de CO2 em CH4 (2)como indicado as reações: (1) CH3COO- → CH4 + CO2 (2) CO2 + 4 H2 →CH4 + H2O Essas reações estão condicionadas também pela quantidade e natureza da matériaorgânica (MO) (MER 2001). Nesse sentido é importante o conhecimento da flora associadaaos banhados e áreas alagadiças e avaliação da disponibilidade da MO no sedimento.Observações realizadas relataram que a produção biológica de metano é dependente da 11
    • temperatura, com pico máximo de produção em torno de 30 ºC (BOONE E WHITMAN,2000). O regime hídrico é um importante fator que influencia a liberação de gases entre osolo e a atmosfera, tendo efeito direto nos processos envolvidos na produção, oxidação etransporte de metano. Solos alagados apresentam decréscimo de 10000 vezes na difusão degases, o que resulta em mudanças físico químicas e biológicas no solo, propiciandocondições que favorecem a produção e a emissão de metano (BHARATI et al., 2001). A produção de metano depende do conteúdo de água no solo, variando entre osperíodos de inundação ou drenagem do solo. Quando o conteúdo de água no solo é inferiora 23% a produção de metano é baixa, podendo ser desconsiderada, no entanto foi verificadacorrelação linear entre produção total de metano e conteúdo de água no solo para valoresentre 17 e 67% (YANG E CHANG, 1998). Ainda, segundo este, autor quanto maior for asubmersão do solo, maiores serão a taxa de produção de metano e o total produzido, o quese deve ao incremento da anaerobiose. A submersão de um solo aeróbico resulta em sucessivas reações de redução.Inicialmente, as mudanças químicas predominantes, devido à inundação do solo, são odesaparecimento do O2, a decomposição anaeróbica da matéria orgânica, acumulação deCO2 ou sua redução a CH4 (WANG et al., 1993). O potencial de redução do solo varia de400 a 600 mV em solos aerados e 100 a -300 mV em solos reduzidos ou anaeróbicos(KLUDZE et al., 1995). Estudos têm mostrado que as bactérias metanogênicas apresentam máximapopulação em solos completamente reduzidos. Nos estudos de KLUDZE et al. (1993)observou-se que a metanogênese era estimulada apenas quando o potencial de redução erainferior a -200mV. Os autores verificaram que a produção de metano aumentou de 10 a 17vezes quando o potencial de redução do solo foi reduzido de -200mV para -300mV. Estudosde MITRA et al. (1999) concluiuram que a produção de metano está na dependência dadisponibilidade de substrato e o potencial de redução do solo. Assim, a emissão de metanodepende do tipo do solo. 12
    • 1.3 - Estimativas das emissões de metano Segundo pesquisas de BARTLETT E HARRISS et al. (1993), a estimativa para aemissão global em áreas alagadas tropicais é de 66 TgCH4/ano, considerando que estasocupem uma área total de 1.885.000 km2, o que corresponderia a aproximadamente 60% dototal de emissões estimadas para todas as áreas alagadas naturais. Estudos realizados em diversos locais têm demonstraram que dependendo do tipo osolo alagado poderá ter alta emissão de metano (LIIKANEN et al. 2006). Contudo os dadossão variáveis devido aos diferentes ecossistemas e diferenças climáticas. Por exemplo,estudos de Tanner et al. (1997), tem mostrado que o fluxo de metano varia entre 28 e 278mg-C m-2 h-1 (tabela II) para diferentes tipos de banhados. TABELA II- Revisão de fluxo de metano para diferentes tipos de banhados. FONTE: WETLANDS INTERNATIONAL (2009).Tipos de Banhado Local CH4-C (mg CH4-C m-2 h-1) ReferenciaBanhado ciliar USA (Ohio) 3.5 Altor and Mitsch (2006)Campos alagados USA (Alaska) 0,66-17.75 Bartlett et al. (1992)Banhados de água China 130 Tai et al. (2002)doce 0,0091-Banhado artificial Estônia Mander et al (2008) 371.83Banhado artificial Nova Zelândia 27.6-278 Tanner et al (1997)Continuamente China (Norte) 0.5-0.19 Zhang et al. (2005)alagadoNaturalmente Brasil 8-92 Barlett et al. (1988)inundados Ström and ChristensenBanhado Sub-ártico Suécia 0.2-36.1 (2007) Apesar da importância da emissão de metano em banhados estar evidente nos diasatuais, há incertezas sobre as estimativas dos fluxos. Portanto as previsões continuam decerta forma obscuras tendo em vista a uma resposta a mudança climática global (CAO,1998). Alguns estudos em áreas alagadas tropicais no Pantanal Brasileiro têm estimado ofluxo de metano (Tabela III): 13
    • Tabela III - Revisão de fluxo de metano para diferentes tipos de banhados.Localização Emissão CH4 (mg CH4/m/dia) Referência Tipo da ÁreaBrasil 53-330 Engle e Melack (2000) Lago tropicalBrasil 2-25 Engle e Melack (2000) Lago tropicalBrasil 50-8 Melack et al. (2004) Lago Tropical Lago tropical comBrasil 120-40 Melack et al. (2004) vegetação e água rasa. Lago tropical comBrasil 320-70 Melack et al. (2004) vegetaçãoBrasil 140-310 Marani e Alvalá (2007) Lagos tropicais Apesar dos estudos estarem sendo desenvolvidos em diversos locais, a dinâmica dometano em ecossistemas de zonas úmidas em regiões subtropicais são relativamente poucocompreendidas. Desta forma, este estudo pretende estimar a emissão de metano através datécnica de câmaras estáveis em um banhado natural de clima sub tropical (32° 04 S e 52°09 W) localizado no município de Rio Grande-RS, determinando as médias das taxas deemissão em duas estação do ano, inverno e verão, em transectos de áreas secas e úmidas. Nossa hipótese é que ocorre maior emissão de metano durante o verão nas áreasmais úmidas. 2. OBJETIVOS Portanto o objetivo geral desse trabalho é contribuir para a elaboração de umaestimativa representativa de emissão de metano em um banhado subtropical brasileiros. Para realização do objetivo principal deste estudo, foram definidos como objetivosespecíficos:1) Implementar a coleta de amostras utilizando a metodologia das câmaras estáticas e asseringas de poliuretano.2) Avaliar a variação durante Verão e Inverno para emissão de metano.3) Avaliar a influência de fatores ambientais, como umidade do solo, matéria orgânica nosolo, temperatura da água, pH, nos fluxos de metano. 14
    • 4) Conhecer as características de textura, umidade e concentração de matéria orgânica dosedimento o qual o metano está sendo emitido 3. METODOLOGIA3.1 - Área de estudo A planície costeira do Rio Grande do Sul no sul no Brasil é caracterizada pelaabrangência de ecossistemas aquáticos, um total de 39% dos 37,000km2 é constituído porlagos, lagoas de água doce e áreas de banhados (SCHWARZBOLD E SCHÄFER 1984).Com seus banhados e área alagada sazonalmente, propicia grande disponibilidade dematéria orgânica, há um ambiente favorável à presença de organismos metanogênicos quetorna esses habitats potencialmente uma importante fonte regional de metano. O município de Rio Grande (32°04’S e 52°09’W), localizado ao sul do trópico deCapricórnio, encontra-se na área sedimentar costeira, de idade quaternária, conhecida comobacia de Pelotas. O território rio-grandino, encontra-se sob condições climáticas brandas,com forte influência oceânica. Pela classificação de Strahler descrita em STRAHLER eSTRAHLER (1997), o clima desta região é subtropical úmido, carcterizado pela intensaumidade no inverno e primavera, quando os índices pluviométricos registram os maioresvalores. Durante o verão há dessecação dos solo, dadas as médias termométricas superioresà 20ºC (KRUSCHE et al. 2002). Os banhados naturais no presente estudo estão localizados na Universidade Federaldo Rio Grande FURG (Figura IV, V). Com área de aproximadamente 250 ha o CampusCarreiros possui uma grande número de zonas alagadiças naturais e corpos de água rasosque respondem a regimes de cheia durante o inverno, e regimes de seca durante o verão, oque propicia estudos de fluxo de metano. 15
    • Figura IV – Banhado da reitoria – Campus Carreiros. Figura V - Banhado reitoria (vista lateral). 3.2 - Coleta das Amostras As amostras serão coletadas utilizando-se a técnica da câmara estática (estável), muito utilizada nesse tipo de estudo e descrita por KHALIL (1998). Basicamente, a técnica consiste de coletas de amostras de ar, realizadas em determinados intervalos de tempo, do interior de uma cúpula fechada colocada sobre a superfície da qual se pretende determinar o fluxo. Neste trabalho, será utilizada câmara cilíndrica construída em PVC (com diâmetro de 0,30 m, área da base de 0,066 m2 e volume de 26 litros. A cúpula deverá ser coberta com uma manta térmica, refletiva, para reduzir a variação de temperatura interna e evitar grandes alterações do microambiente criado dentro da cúpula em relação ao ambiente externo. As cúpulas serão presas no sedimento por estacas que deixarão completamente estáticas ou em caso de cheia será sustentadas por flutuadores de espuma fixados em suas bases. As amostras de ar serão retiradas do interior da cúpula através de um tubo de teflon, instalado à sua meia altura. A Figura VI, mostra todo o conjunto que será utilizado na coleta das amostras de ar, formado pela cúpula de coleta e a seringa. 16
    • Figura VI - Conjunto para coleta de ar com cúpula e seringa. FONTE: Adaptado de BARTLLET et al. (1990) Manta térmica reflexiva Seringa Cúpula Cúpula Substrato As cúpulas serão levadas até o ponto de amostragem. Tomaremos a precaução paraque a perturbação sobre a superfície da água e sedimento seja mínima no ponto deamostragem. Após a chegada ao local, espera-se cerca de 10 minutos antes das cúpulasserem instaladas para a realização da amostragem. As coletas serão realizadas sempre entreas 10:00h e 16:00h horas (hora local). Nesse intervalo, os principais parâmetros ambientais,principalmente a temperatura, já se encontrarão estabilizados. Após o término das coletas dodia, todos os equipamentos retornarão ao Laboratório de Limnologia da UniversidadeFederal do Rio Grande, onde as câmaras serão limpas e os demais equipamentos de medidalimpos e calibrados. Seguindo a metodologia utilizada por Khalil et al. (1998). As amostras serãocoletadas em seringas de poliuretano de 60 ml, equipadas com uma torneira de três vias,com trava tipo “luer lock”. O intervalo entre as coletas será fixado em 6 minutos, com trêsamostras coletadas (6, 12 e 18 minutos após a colocação da câmara). O intervalo de 6minutos é considerado ideal, por ser suficientemente longo para que o limite de detecção de1 mgCH4m-2d-1 seja ultrapassado, e curto o suficiente para que a presença da cúpula nãoaltere substancialmente o ambiente, causando desvios no fluxo medido. Após o término dacoleta em um ponto, uma nova coleta em outro ponto será realizada somente depois deesperados cerca de 30 minutos. Esse período é necessário para que a concentração do ar no 17
    • interior da cúpula se equilibre com a concentração do ar ambiente, impedindo assim acontaminação nos fluxos seguintes. Amostras de ar ambiente também serão coletadas próximo ao local de amostragem,em intervalos de 30 a 60 minutos. Essas amostras serão utilizadas na validação dos fluxosobtidos. Em cada ponto de amostragem, também serão coletadas informações sobrealgumas variáveis ambientais que potencialmente poderão influenciar na emissão de metanoe também necessárias para o cálculo do fluxo. As variáveis de interesse que serão anotadassão as temperaturas do ar, da água, a pressão atmosférica, o pH, o potencial de redução(EH), a profundidade e a presença de vegetação. A pressão atmosférica (em mbar) é medida utilizando-se um barômetro digital, comprecisão de ±1 mbar. Para as medidas de pH é uzado um pHmetro digital, com precisão de±0,1. As temperaturas do ar serão obtidas com auxílio de um termômetro digital. Todas asamostras de ar coletadas em campo serão levadas ao Laboratório de Limnologia, naUniversidade Federal do Rio Grande – Campus Carreiros, onde terão suas concentrações demetano determinadas através da técnica de cromatografia gasosa. Antes do início das campanhas das coletas, serão realizados alguns testes piloto comas câmaras, com a finalidade de se determinar a melhor configuração, e a definição dospossíveis intervalos de tempo que ela ficará instalado no ambiente.3.4 - Análise de sedimento Será feita caracterização do perfil vertical dos 10cm iniciais da coluna sedimentar dobanhado. As amostras serão seccionadas em seis frações (0-1, 1-2, 2-4, 4-6, 6-8 e 8-10 cm),para posterior análise das concentrações metano (CH4), porcentagem de matéria orgânica(M.O.) e granulometria (GR). Para a caracterização sazonal será realizado o acompanhamento das variações nasfrações superficiais da coluna sedimentar. Os testemunhos serão seccionados em duas frações(0-2 e 2-4 cm). As coletas serão realizadas em março (verão) e setembro (inverno) de 2013.Para cada data serão determinadas as concentrações de CH4 e M.O. O coletor utilizado será do tipo testemunho, tubo de acrílico (50 x 9 cm), que possibilitaa análise da distribuição vertical dos parâmetros analisados, com pouca ou nenhumaperturbação da sequência estratigráfica do sedimento. Depois de retiradas do tubo, as amostrasserão seccionadas com auxílio de um fatiador de testemunho, para separação das frações. Parafacilitar as amostragens e evitar perda de material ou mistura entre as camadas, será utilizada 18
    • uma haste de PVC, com a extremidade superior de diâmetro levemente inferior ao do tubo deacrílico e uma rolha de isopor. O conteúdo da matéria orgânica no sedimento será mensurado com a porcentagem dematerial orgânico, por gravimetria. Uma quantidade de sedimento será pesada para se estimar opeso inicial (P1), após secar em temperatura entre 103-105ºC, e esfriar em de cadinhos, omaterial será pesado novamente (P2). Após será calcinado em forno mufla a 503ºC, resfriado epesado novamente (P3). A porcentagem de matéria orgânica por peso seco será obtida pelafórmula %MOPS=100(P2-P3)/P1. Para a análise granulométrica as amostras de sedimento serão secas em temperaturaentre 105 a 110º C. A metodologia utilizada para a análise da composição granulométricaserá a proposta por Suguio (1973). As partículas serão distribuídas quanto à frequência depeso dos diversos tamanhos de grãos (escala phi), as partículas são divididas em três tiposbásicos: areia, siltes e argilas.3.5 - Análise de metano As amostras serão analisadas utilizando um Cromatográfo gasoso (Varian Co 450-GC). Devido à grande precisão, sensibilidade e linearidade, a cromatografia gasosa émundialmente utilizada em estudos similares de poluição urbana. As concentrações demetano nas amostras coletadas serão determinadas através da comparação obtida para opico da amostra com a área de pico de amostra. No Laboratório de Limnologia da FURG, opera-se um cromatográfico gasoso queserá utilizado na análise das amostras. Calcula-se aproximadamente total de 150 amostrascoletadas. 19
    • 3.6 - Determinação dos fluxos de metano A determinação do fluxo de metano emitido pela superfície de determinadosubstrato será feito a partir da variação temporal da sua concentração no interior da cúpula. Admitindo a variação do fluxo através da área A (m2), o fluxo de metano (mgCH4m-2 dia-1) pode ser escrito através da seguinte equação. Fonte: Adaptado de MARANI eALVALÁ, (2007). Componentes de fórmula: M CH4 = Massa molar do metano (16,04 g mol-1), p = pressão total (atm), V = volume total (litros), R = a constante dos gases (0,082 atm l mol-1K-1), T = temperatura (K), A = área (m2), Δt = intervalo de tempo.3.7 - Análise estatística Medidas de fluxo mostram resultados em distribuições não normais, pois sãocombinações de emissões através de diferentes mecanismos de perda (BARTLETT et al.,1998). Estudos tem demonstrado que um pequeno número de medidas com fluxos muitoaltos tende a deslocar os valores médios derivados deste conjunto para valores mais altos,levando a grande diferença entre médias e medianas (RAMOS, 2006). 20
    • Portanto o presente trabalho considerará tanto as médias de fluxos quanto as suas medianas, possibilitando a comparação e avaliação da importância dos fluxos na estimativa da emissão na região. Para a avaliação dos componentes temporais em áreas secas e úmidas, serão separados os dados em diferentes conjuntos com a comparação entre médias obtidas entre cada conjunto. A hipótese de que as médias de quatro conjuntos são estatisticamente diferentes será testada através da aplicação do método Análise de Variância. (ANOVA) com medidas repetidas. A hipótese nula assumida é de que existam diferenças significativas entre os quatro conjuntos. Aplicaremos o pós-teste de Tukey, para determinar quais grupos apresentam diferença entre as médias do conjunto. 4. CRONOGRAMA 2012 2013 2014 NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MARPRÉ PROJETO X XREVISÃO X X X X X X X X X X X X X X X X XBIBLIOGRÁFICACOLETA DE X X X XCAMPOANÁLISE LAB X X X XRELATÓRIO X XPARCIALAPRESENTAÇÃO XDA DISSERTAÇÃOSUBMETER X XPUBLICAÇÃO 21
    • 5. ORÇAMENTO/ VIABILIDADE Para a execução do projeto não serão necessários investimentos em materiais permanentes, pois já se encontram disponíveis no Laboratório de Limnologia, do Instituto de Ciências Biológicas (ICB), da Universidade Federal do Rio Grande (FURG). Os gastos do projeto serão viabilizados pela FURG e pelo Programa de Pós Graduação em Biologia de Ambientes Aquáticos Continentais (PPG-BAC), com a verba do PROAP. Os itens a serem adquiridos estão apresentados na tabela abaixo com o custo estimado. item valor (unid) valor1. Despesas custeio Vidraria e Filtros R$ 4.000,00 Regentes R$ 3.000,00 Seringas de poliuretano (60 ml) R$ 3,00 R$ 450,00 Trava do tipo "luer lock" R$ 3,00 R$ 300,00 Manta térmica de alumínio (m2) R$ 5,00 R$ 500,00 Construção câmaras PVC R$ 100,00 R$ 300,00TOTAL R$ 8.550,00 22
    • 6. BIBLIOGRAFIAAMSTEL, A.V.: Global anthropogenic methane emission emission comparisons. IGACAtivities Newsletter, v.12, p.11-17, 1998.BHARATI, K., MOHANTY, S.R., RAO, V.R., et al.: Influence of flooded and non-flooded conditions on methane efflux from two soils planted to rice. Chemosphere –Global Change Science, Oxford, v.3, p.25-32, 2001.BARTLETT, K. B.; HARRISS, R. C.: Review and assessment of methane emission fromwetlands. Chemosphere, v. 26, n. 1-4, p. 261-320, 1993.BARTLETT, K. B.; CRILL, P. M,: BONASSI, J. A.; RICHEY, J. E. HARRISS, R. C.:Methane flux from the Amazon River floodplain: emissions during the rising water.Journal of Geographysical Research, v. 95, p. 19773 – 16788. 1990.BOONE, D. R.; WHITMAN, W. B.: Diversity an taxonomy of metanogens, em: Ferry, J. G.Methanogenesis, Chapman and Hall. New York, p. 33 – 80. 2000.CAO, M.; GREGSON, K.; MARSHALL, S.: Global methane emission from wetlands andits sensitivity to climate change. Atmospheric Environment. v.32, p. 3293 – 3299. 1998.COWARDIN.: Wetland and swamp microbiology, em: Fordy, T. E: AquaticMicrobiobiology: an ecological approach. Blackwell Scientific Publications. Oxford. p.215 – 238. 1979.DAJOZ, R.: Princípios de ecologia. Artmed. Porto Alegre. p.41. 2006.DLUGOKENCKY, E. J.; STEELE L.P.; MASARIE K.A. The growth rate and distributionof atmospheric methane. Journal of Geophysical Research, v. 99. 1998.ENGLE, D.; MELACK, J. M.: Methane emissions from the Amazon floodplain: enhancedrelease during episodic mixing of lakes. Biogeochemistry, v.51, p.71–90. 2000. 23
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