Metais em águas e sedimentos da plataforma dos Açores

Abstract

A presente tese tem por objetivo principal contribuir para o conhecimento da geoquímica sedimentar da zona oceânica da crista da Terceira e montanhas submarinas a sul (região entre 29-39ºN e 27-32ºW), integrando também a caraterização dos metais e nutrientes na coluna de água e propondo concentrações para servirem de referência nesta região do Atlântico Central. Para o efeito foram realizadas amostragens na coluna de água em sete locais e de sedimento em cinco locais, durante a campanha oceanográfica designada por EMEPC/AÇORES/G3/2007 a bordo do navio SV Kommandor Jack, no âmbito do projeto da Estrutura de Missão para a Extensão da Plataforma Continental (EMEPC). Os perfis de CTD da coluna de água na região estudada revelam a presença de massas de água distintas: a Western North Atlantic Central Water (WNACW), a Eastern North Atlantic Central Water tropical (ENACWt), a Eastern North Atlantic Central Water polar (ENACWp), a Mediterranean Overflow Water (MOW), a Deep Mediterranean Water (DMW) e a North Eastern Atlantic Deep Water (NEADW). Observou-se nos perfis de temperatura e salinidade, referentes aos primeiros 200 m da coluna de água, um gradiente meridional negativo entre as estações localizadas na crista da Terceira e as estações localizadas mais a sul. Observou-se nas águas superficiais valores de oxigénio dissolvido de 93% e de pH de 8,1, assim como que as concentrações dos nutrientes NOx, PO4 e SiO2 variam de acordo com a atividade biológica, tendo-se registado concentrações medianas mais baixas, respetivamente de 6,5, 0,23 e 1,3 mol L-1, que aumentam com a profundidade devido à ausência de produção primária (respetivamente 31, 1,4 e 22 mol L-1). As concentrações de NH4 e de SO4 não variam significativamente nas massas de água, sendo os valores medianos mínimos e máximos de 0,69 a 0,79 mol L-1 para o NH4 e de 30 a 32 mol L-1 para o SO4. São propostas concentrações de referência para as massas de água, para os elementos cobre, cádmio, chumbo e arsénio. Os perfis de sedimento analisados permitem distinguir os sedimentos na crista da Terceira (core A) dos restantes (cores B a E). A grande variabilidade textural encontrada no core A, que contrasta com os outros cores analisados, deve-se a importantes contribuições terrígenas, originadas pela erosão sub-aérea e pela atividade vulcânica das ilhas próximas.

iv resumo (continuação) A análise mineralógica, efetuada à fração areia e à fração fina (< 63 μm), confirma que os sedimentos do core A derivam de rochas vulcânicas formadas maioritariamente por piroxenas, olivinas, anfíbolas, biotite, alterites e ainda calcite, plagióclase e magnetite, tendo-se identificado ao microscópio a glauconite e o vidro vulcânico. De acordo com a composição química destes minerais o core A apresenta valores mais elevados de Al, Fe, K, P, Mg, Si, Na, Zn, V, Cr e Mn relativamente aos cores B a E. Os cores B a E apresentam grandes quantidades de calcite (>80%) formada maioritariamente por foraminíferos e nanoplâncton calcário (cocolitóforos). A fração areia confirma a composição maioritariamente carbonatada com grande abundância de material biogénico formado por oozes de foraminíferos (planctónicos e bentónicos) com raras espículas de espongiários e restos de conchas. Os cores B a E apresentam valores muito mais elevados que o core A para os elementos Ca e Sr. Os resultados para o Al, Fe, K, P, Si, Na, As, Cu, Ni, Zn, V, Cr, Li, Pb, Cd e Co presentes nos locais B, C, D e E sugerem que estes cores são comparáveis aos sedimentos de fundo carbonatados. Propõe-se concentrações de referência para a região do Atlântico compreendida entre 29-39ºN e 27-32ºW considerando a primeira camada colhida em cada core. Para o core A as concentrações são normalizadas a 5% de Al e CaCO3, enquanto que para os cores B a E são normalizadas a 2% de Al e CaCO3. Assim as concentrações de referência para o core A são: As – 18 mg kg-1, Cr – 91 mg kg-1, Cu – 127 mg kg-1, Ni – 84 mg kg-1, Pb – 41 mg kg-1, Hg – 41 ng g-1 e Zn – 482 mg kg-1. Para os cores B a E as concentrações de referência são: As – 3 mg kg-1, Cr – 10 mg kg-1, Cu – 36 mg kg-1 Ni – 12 mg kg -1, Hg – 3 ng g-1 e Zn – 20 mg kg-1. Para os restantes metais as concentrações de referência para o core A são: Al – 9%, Si – 25%, Fe – 6%, Ca – 13%, K – 2%, Mg – 2%, Na – 3%, P – 0,4%, Sr – 900 mg kg-1, Li – 10 mg kg-1, Mn – 1200 mg kg-1, Ba – 700 mg kg-1 e V – 140 mg kg-1. Para os cores B a E as concentrações de referência são: Al – 0,9%, Si – 2%, Fe – 0,2%, Ca – 95%, K – 0,3%, Mg – 0,4%, Na – 0,3%, P – 0,04%, Sr – 2600 mg kg-1, Li – 5 mg kg-1, Mn – 240 mg kg-1, Ba – 345 mg kg-1, Co – 2 mg kg-1 e V – 6 mg kg-1. Os resultados da presente tese constituem um contributo para a caraterização geoquímica da região e podem servir de referência à monitorização futura do mar dos Açores e montes submarinos a sul.

This thesis aims to contribute to the sedimentary geochemistry knowledge in the oceanic zone of Azores platform including Terceira ridge and the underwater mountains to the south (region between 29-39° N and 27-32° W), integrating also the characterization of metals and nutrients in the water column and submiting a proposal on guideline values for this region of the central Atlantic. For this purpose, a total of seven samples of water column and five samples of sediment were collected during the oceanographic campaign EMEPC/AÇORES/G3/2007 aboard the ship SV Kommandor Jack working within Task Force for the Extension of the Continental Shelf (EMEPC). The CTD profiles of the water column in the region studied reveal the presence of distinct water masses: the Western North Atlantic Central Water (WNACW), the Eastern North Atlantic Central Water tropical (ENACWt), the Eastern North Atlantic Central Water polar (ENACWp), the Mediterranean Overflow Water (MOW), the Deep Mediterranean Water (DMW) and the North Eastern Atlantic Deep Water (NEADW). It was observed that the temperature and salinity profiles, for the first 200 m of the water column, feature a southern negative gradient between stations located on the Terceira ridge and stations located further south. Values of dissolved oxygen of 93% and pH 8.1 were observed in the surface waters, as also that nutrient concentrations of NOx, PO4 and SiO2 vary according to the biological activity, as lower median concentrations of 6.5, 0.23 and 1.3 mol L-1 respectively, which increase with depth due to the absence of primary production (31, 1.4 and 22 mol L-1, respectively). The concentrations of NH4 and SO4 do not vary significantly in the water masses, being the median minimum and maximum values 0.69 to 0.79 mol L-1 for NH4 and 30 to 32 mol L-1 for SO4. Background concentration values are proposed for the water masses for elements copper, cadmium, plumb and arsenic. Sediment profiles analyzed allow the distinction of the sediments found near the Terceira ridge (core A) from the remaining (cores B to E). The great textural variability found in core A, which contrast with the other cores analyzed, is due to important terrigenous contributions, originated in subaerial erosion and in the volcanic activity of the nearby islands.

vi abstract (cont.) Mineralogical analysis of the sand fraction and of the fine fraction (< 63 m) confirms that core A sediments derives from volcanic rocks formed mainly by pyroxenes, olivine, amphiboles, biotite, alterites and calcite, plagioclase and magnetite, with glauconite and volcanic glass being identified in the microscope. According to the chemical composition of the minerals core A has higher values of Al, Fe, K, P, Mg, Si, Na, Zn, V, Cr, and Mn relatively to cores B to E. Cores B to E feature large amounts of calcite (80%) formed mostly by foraminifera and nanoplancton limestone (coccolithophores). Sand fraction confirms the composition mainly carbonated with great abundance of biogenic material formed by oozes of foraminifera (plantonic and benthonic) with rare spicules of spongiary and remains of shells. Cores B to E feature much higher values than core A for Ca and Sr. Results for Al, Fe, K, P, Si, Na, As, Cu, Ni, Zn, V, Cr, Li, Pb, Cd and Co present in sites B, C, D and E suggest that these cores are comparable to carbonated bottom sediments. Background concentration values are proposed for the Atlantic region between 29-39° N and 27-32° W considering the first layer collected in each core. For core A the concentrations are normalized to 5 % Al and CaCO3, while for cores B to E they are normalized to 2 % Al and CaCO3. The proposed background concentration values for core A are: As - 18 mg kg-1, Cr - 91 mg kg-1, Cu - 127 mg kg-1, Ni - 84 mg kg-1, Pb - 41 mg kg-1, Hg - 41 ng g-1 and Zn - 482 mg kg-1. For cores B to E the proposed background concentration values are: As – 3 mg kg-1, Cr – 10 mg kg-1, Cu – 36 mg kg-1, Ni – 12 mg kg -1, Hg – 3 ng g-1 and Zn – 20 mg kg-1. For the remaining metals the background concentration values for core A are: Al – 9%, Si – 25%, Fe – 6%, Ca – 13%, K – 2%, Mg – 2%, Na – 3%, P – 0,4%, Sr – 900 mg kg-1, Li – 10 mg kg-1, Mn – 1200 mg kg-1, Ba – 700 mg kg-1 and V – 140 mg kg-1.. For cores B to E background concentration values are: Al – 0,9%, Si – 2%, Fe – 0,2%, Ca – 95%, K – 0,3%, Mg – 0,4%, Na – 0,3%, P – 0,04%, Sr – 2600 mg kg-1, Li – 5 mg kg-1, Mn – 240 mg kg-1, Ba – 345 mg kg-1, Co – 2 mg kg-1 and V – 6 mg kg-1. The results of this thesis constitute a contribution for the geochemical characterization of the region and may serve as a reference for future monitoring of Azores sea and seamounts to the south.