A água é um solvente químico muito ativo que interage com grande facilidade com o meio percolado dissolvendo e reagindo com substâncias orgânicas e inorgânicas. Nas regiões dos aqüíferos cristalinos as formas iônicas resultam de processos mecânicos e químicos de intemperismo das rochas.
Nos processos mecânicos ocorre a desagregação das rochas e dos minerais, sob a influência da variação da temperatura, vegetais e animais.
Nos processos químicos ocorre a decomposição dos minerais através de reações simultâneas de hidratação, hidrólise, oxidação e dissolução resultando as formas iônicas na água. A reação de hidratação representa a fase inicial de ataque aos minerais e consiste na penetração e incorporação da água no sistema reticular dos cristais, formando compostos químicos de fórmula bem definida. A reação de hidrólise ocorre entre o mineral e a água, atuando os íons da água, H+ e OH-, como reativos químicos. As reações de oxi-redução podem promover ou frear a solubilização de certas substâncias a depender do meio, oxidante ou redutor. E na reação de dissolução ocorre a solubilização completa do mineral, quando em meio ácido. Portanto, essas reações são favorecidas pelas baixas velocidades de circulação das águas subterrâneas, maiores pressões e temperaturas e facilidade de dissolver CO2 ao percolar o solo não saturado, (FEITOSA E FILHO, 1997).
Em se tratando da região de estudo composta predominantemente de rochas cristalinas, os minerais primários possuem componentes iônicos de Na+, Ca2+, Mg2+ e K+ ligados fracamente à estrutura silicatada de alumínio como feldspato, biotita, hornblenda e plagioclásios. Após os processos mecânicos e químicos descritos acima ocorre a liberação destes componentes iônicos para a água, que se acham submetidos a perdas por drenagem e/ou a recombinação e formação de novos minerais secundários, representados pelas argilas silicatadas e óxidos de ferro e alumínio, (DREVER, 1997). Desta forma, os plagioclásios podem constituir fontes de Na+ e Ca2+ para o ambiente aquático, enquanto que biotita e feldspato potássico podem ser fontes de Mg2+ e K+, respectivamente. A tabela 6
apresenta os minerais que mais contribuem na salinização das águas subterrâneas na região de estudo de aqüíferos fissurais bem como os íons liberados por eles.
Os principais constituintes iônicos estão contidos em quase todas as águas subterrâneas, representando, assim, suas características e concentrações. Identificá-los e quantificá-los, portanto, é de extrema importância para uma análise hidroquímica da área estudada. Esses parâmetros serão descritos resumidamente a seguir tendo como base as seguintes bibliografias: Feitosa (1997); Drever (1997); Eaton (2005) e Hem (1985).
4.1 PARÂMETROS FÍSICOS
a) Cor – este termo refere-se à cor verdadeira da amostra, proveniente principalmente da lixiviação de matéria orgânica. A cor de uma água está associada ao grau de redução da intensidade que a luz sofre ao atravessá-la, devido à presença de sólidos dissolvidos. Normalmente as águas subterrâneas são isentas de cor; quando presente pode estar associada à presença dos metais: ferro e manganês.
b) Turbidez – é uma expressão da propriedade óptica que dispersa e absorve luz, ao invés de transmiti-la. Comumente a turbidez na água subterrânea é causada pela presença de partículas em suspensão, tais como silte, argila, areias e matéria orgânica. Águas ricas em íons ferro quando entram em contato com o oxigênio do ar podem ter a turbidez elevada de acordo com a seguinte reação:
4.2 PARÂMETROS DE PROPRIEDADES IÔNICAS
a) Condutividade elétrica – é uma medida da habilidade de uma água conduzir corrente elétrica, o que permite avaliar o seu grau de mineralização. Esta medida resulta da relação existente entre o teor de sais minerais dissolvidos na água e a resistência que ela oferece à passagem da corrente elétrica dependendo, portanto, do tipo de íon presente e sua concentração total, mobilidade, valência e temperatura. Na água subterrânea a origem desses sais, tais como carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloretos deriva da lixiviação dos solos. A não recomendação do consumo de água com elevada condutividade elétrica está associado à elevada mineralização que se manifesta sob forma de sabor desagradável. Para usos na irrigação o prejuízo está associado à salinização do solo. A tabela 7 apresenta os valores de condutividade quanto a sua mineralização e qualidade.
Tabela 7 – Classificação da água quanto a sua mineralização tomando como referência os valores de condutividade elétrica.
Condutividade Mineralização Qualidade da água
<100 µS/cm Muito fraca Excelente
100 µS/cm - 200 µS/cm fraca Excelente
200 µS/cm - 400 µS/cm Pouco acentuada Excelente
400 µS/cm - 600 µS/cm Média Boa
600 µS/cm - 1000 µS/cm Importante Utilizável
> 1000 µS/cm Excessiva Dificilmente utilizável
>1500 µS/cm Excessiva Não utilizável na rega
Fonte: MENDES E OLIVEIRA,, 2004.
b) pH – é a medida da concentração hidrogeniônica – íons H+ – na água, calculado como - log[H+] e resultante inicialmente da dissociação das próprias moléculas da água e posteriormente acrescida pelos íons hidrogênio provenientes de outras fontes. O pH é essencialmente função do gás carbônico dissolvido e da alcalinidade da água.
c) Sólidos totais dissolvidos (TDS) – os sólidos dissolvidos em uma água representam basicamente o teor de minerais nela existentes, sendo os mesmos responsáveis pelas suas características: sabor, cor, alcalinidade e dureza.
d) Dureza – é o efeito produzido pela dissolução de cátions polivalentes, capazes de reagir com o sabão para formar precipitados insolúveis. Conseqüentemente a
espuma só aparece depois de completada a precipitação dos sais responsáveis pela dureza. Os principais cátions são cálcio e magnésio que estão associados geralmente a carbonatos (dureza temporária) e a sulfatos e cloretos (dureza permanente). Comumente as águas superficiais são mais “moles” do que as águas subterrâneas, todavia dependerão da formação geológica da superfície e do subsolo. Segundo a classificação de Custódio & Llamas (1985, apud FEITOSA, 1997, p.89) as águas com dureza total inferior a 50 mg/L CaCO3são do tipo brando,
de 50 a 100 mg/L CaCO3são pouco duras, de 100 a 200 mg/L CaCO3são duras e
acima de 200 mg/L CaCO3são muito duras.
e) Alcalinidade total – é causada por sais alcalinos de bicarbonatos (HCO3-),
carbonatos (CO32-) e hidróxidos (OH-), associados principalmente a sódio e cálcio e
mede a capacidade de neutralizar ácidos. As diversas espécies de alcalinidade dependem do pH, composição mineral e temperatura.
4.3 PARÂMETROS QUÍMICOS 4.3.1 Principais cátions
a) Sódio (Na+) – é um elemento químico quase sempre presente nas águas
subterrâneas, devido à extensa distribuição em minerais fontes; baixa estabilidade química dos minerais que o contém; solubilidade elevada e difícil precipitação dos seus compostos químicos em solução. Ocorre principalmente sob a forma de sal de cloreto. Seus principais minerais fonte nas rochas ígneas são feldspatos e plagioclásios. A alta concentração de sódio presente na água é um elemento limitante de seu uso na agricultura e no consumo humano.
b) Potássio (K+) – é um elemento químico abundante na crosta terrestre, mas ocorre em pequena quantidade nas águas subterrâneas, pois é facilmente fixado pelas argilas e intensivamente consumido pelos vegetais. Seus principais minerais fontes são: feldspato potássico, mica moscovita e biotita.
c) Cálcio (Ca2+) – é um dos principais constituintes de muitas rochas ígneas tendo como principais minerais a apatita e plagioclásio. No cristalino as formas comumente
encontradas são a anortita (CaAl2SiO2O8) e os plagioclásios calcosódicos. Na água
é um dos principais constituintes e o principal responsável pela dureza. Apresenta-se geralmente sob a forma de bicarbonatos, uma vez que na forma de carbonatos tendem a precipitar.
d) Magnésio (Mg2+) – possui propriedades similares ao cálcio, porém é mais solúvel e mais difícil de precipitar, pois são mais estáveis diante do intemperismo químico. Também é responsável pela dureza tendo os minerais fontes mais comuns na águas subterrâneas a biotita, clorita e cordiorita.
4.3.2 Principais ânions
a) Cloreto (Cl-) – os cloretos encontrados em águas naturais apresentam
variabilidade de concentração. Águas captadas em locais elevados apresentam teores de cloretos geralmente baixos, enquanto águas superficiais e subterrâneas contêm, em geral, teores elevados. Nas águas subterrâneas o cloreto é proveniente da lixiviação de minerais como halitas (NaCl) e silvitas (KCl) que, aliada à sua alta solubilidade e o lento movimento das águas no aqüífero promovem aumentos gradativos e constantes.
b) Sulfato (SO42-) – é um dos íons mais abundantes na natureza e surge nas águas
subterrâneas através da dissolução de solos e rochas sulfatadas como a gipsita e anidrita. São sais moderadamente solúveis a muito solúveis, exceto os sulfatos de estrôncio e bário. A presença dos sulfatos está associada ao seu efeito laxativo, quando combinados, principalmente, ao magnésio, requerendo um controle maior. c) Bicarbonatos (HCO3-) – em águas naturais este íon não se oxida nem se reduz,
mas precipita com muita facilidade como bicarbonato de cálcio.
d) Carbonatos (CO32-) – a concentração deste íon é função do pH e da
disponibilidade de CO2. A quantidade de carbonatos, em águas naturais, é bem
menor quando comparado com os bicarbonatos. O carbonato somente excederá o bicarbonato quando o pH for igual ou superior a 10 (LOGAN, 1965).
4.4 BALANÇO IÔNICO E ERRO PRÁTICO
O cálculo do erro das análises é utilizado para avaliar as informações das análises laboratoriais confirmando a consistência dos resultados. Muitos critérios podem ser utilizados como a soma das concentrações dos constituintes para cálculo de sólidos totais dissolvidos, balanço de carga, (EATON et al, 2005). O critério escolhido dependerá da quantidade de informações da analise.
Neste trabalho para o cálculo do balanço iônico e do coeficiente de erro das análises hidroquímicas utilizou-se o método de Custódio & Llamas (1983 apud FEITOSA, 1997, p.97). Segundo este autor o erro prático é calculado da seguinte forma:
Erro prático: Ep (%) = [(rΣn – rΣp) / 1/2(rΣp+rΣn)] *100, onde: rΣn: concentração total de ânions em meq/L;
rΣp: concentração total de cátions em meq/L;
O erro teórico é o erro prático máximo permitido levando em consideração a condutividade elétrica (CE) de acordo com a relação apresentada na tabela 8:
Tabela 8. Erro permitido (Ep%) considerando a condutividade elétrica (CE). CE (µS/cm) 50 200 500 2000 >2000 Erro permitido (%) 30 10 8 4 < 4 Fonte: Custódio & Llamas (op. cit.)
Para calcular os sólidos totais dissolvidos (TDS) através das somas das concentrações em mg/L a relação, de acordo com EATON (2005)é:
TDS = 0,6 (alcalinidade total) + Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+ + Cl- + SO22-+
4.5 APRESENTAÇÃO GRÁFICA E TIPO DE ÁGUA
A interpretação das análises químicas pode ser simplificada através da utilização de gráficos e diagramas sendo uma ferramenta útil para fazer comparação entre várias análises de água de um mesmo ponto em épocas diferentes, ressaltando a relação entre íons de uma mesma amostra e variações temporais. Para este estudo foi escolhido o Diagrama triangular de Piper devido a um grande número de análises químicas e por classificar e comparar os distintos grupos de águas quanto aos íons dominantes (expresso em meq/L), em cloretada, sódica, carbonatada, e magnesiana (FEITOSA E FILHO, 1997). Foi utilizado o programa Qualigraf disponível na Fundação Cearense de Metrologia e Recursos Hídricos. (FUNCEME, 2006) auxiliando na análise qualitativa dos dados quanto ao balanço iônico, análise de correlação e plotagem do diagrama de Piper.