Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/12332
Title: Integration of geochemical and biological modifications in mining areas: waters, sediments and diatoms
Other Titles: Integração de modificações geoquímicas e biológicas em áreas mineiras: águas, sedimentos e diatomáceas
Author: Luís,Ana Teresa Lopes Ferreira
Advisor: Anselmo,Eduardo
Almeida,Salomé Fernandes Pinheiro de
Keywords: Ciências da terra - Teses de doutoramento
Diatomáceas
Biofilmes
Exploração mineira
Metais
Defense Date: 25-Nov-2013
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: The development of mining activities over thousands of years in the region of Aljustrel is nowadays visible as a vast area of ore tailings, slag and host rocks of sulphides mineralization. The generation of acidic waters by the alteration of pyritic minerals - Acid Mine Drainage (AMD) - causes a significant impact on the river system both in the south of the village (Rib ª. Água Forte) and in the north of it (Rib ª. Água Azeda and Barranco do Farrobo), which is reflected in extremely low pH values (< 3) and high concentrations of As, Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn and sulphates. This study aimed to assess the environmental impacts extent, integrating geochemical (surface waters and stream sediments) and biological (diatoms) parameters. Three groups of sites were defined, based on sediments and water analysis, which integration with diatom data showed the same association of groups: Group 1- impacted, with acidic pH (1.9-5.1), high metal contents (0.4-1975 mg L-1) and Fe-Mg-sulphate waters, being metals more bioavailable in waters in cationic form (Me2+); mineralogically the sediments were characterized by phyllosilicates and sulphates/oxy-hydroxysulphate phases, easily solubilized, retaining a high amount of metals when precipitated; dominant taxon was Pinnularia aljustrelica (a new species); Group 2- slightly impacted, weak acid to neutral pH (5.0-6.8), metal contents not so high (0.2-25 mg L-1) and Fe-Mg-sulphate to Mg-chloride waters; dominant taxa were Brachysira neglectissima and Achnanthidium minutissimum; Group 3- unimpacted, alkaline pH (7.0-8.4), low metal contents (0-7 mg L-1) with Mg-chloride waters. In this group, metals were associated to the primary phases (e.g. sulphides), not so easily available; the existence of high chloride contents explained the presence of typical taxa of brackish/marine (e.g. Entomoneis paludosa) waters. Taxonomical aspects of the diatoms were studied (discovery of a new species: Pinnularia aljustrelica Luis, Almeida et Ector sp. nov.), as well as morphometric (size decrease of diatoms valves, as well as the appearance of deformed valves of Eunotia exigua in Group 1 and A. minutissimum in Group 2) and physiological (effective to assess the effects of metals/acidity in the photosynthetic efficiency through PAM Fluorometry) aspects. A study was carried out in an artificial river system (microcosm) that aimed to mimic Aljustrel’s extreme conditions in controlled laboratory conditions. The chronic effects of Fe, SO42- and acidity in field biofilms, inoculated in the artificial rivers, were evaluated as well as their contribution to the communities’ tolerance to metal toxicity, through acute tests with two metals (Cu and Zn). In general, the effects caused by low pH values and high concentrations of Fe and SO42- were reflected at the community level by the decrease in diversity, the predominance of acidophilic species, the decrease in photosynthetic efficiency and the increase of enzymatic (e.g. catalase, superoxide dismutase) and non-enzymatic activities (e.g. total glutathione and total phytochelatins). However, it was possible to verify that acidity performed a protective effect in the communities, upon Cu and Zn addition. A comparative study between Aljustrel mining area and New Brunswick mining area was carried out, both with similar mining and geological conditions, reflected in similar diatom communities in both mines, but in very different geographic and climatic areas.
O desenvolvimento de actividades mineiras ao longo de milhares de anos na região de Aljustrel, reflecte-se actualmente em vastas áreas ocupadas por escombreiras com minério, escórias e rochas encaixantes das mineralizações de sulfuretos. A geração de águas ácidas por oxidação dos sulfuretos - Drenagem Ácida de Mina (DAM) - provoca um impacte significativo na rede hidrográfica, quer na zona sul da vila de Aljustrel (Ribª. de Água Forte) quer na região norte da mesma (Ribª. da Água Azeda e Barranco do Farrobo), que se traduz em valores extremamente baixos de pH (<3) e elevadas concentrações de As, Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn e SO4. Este estudo teve como objectivo avaliar a extensão destes impactos ambientais, integrando parâmetros geoquímicos (águas superficiais e sedimentos de corrente) e biológicos (diatomáceas). Três grupos de locais foram definidos com base na análise dos sedimentos de corrente e águas superficiais, cuja integração com as diatomáceas mostrou a mesma associação de grupos: Grupo 1- impactados, com pH ácido (1.9-5.1), conteúdo em metais alto (0.4-1975 mg L-1) e águas sulfatadas ferromagnesianas, estando os metais mais biodisponíveis nas águas sob a forma catiónica (Me2+); mineralogicamente os sedimentos caracterizaram-se por existência de fases filossilicatadas e sulfatadas/óxi-hidroxisulfatadas facilmente solubilizáveis que retêm grande quantidade de metais aquando da sua precipitação; o taxon dominante foi Pinnularia aljustrelica (espécie nova); Grupo 2- ligeiramente impactados, pH ácido fraco a neutro (5.0-6.8), conteúdo em metais pouco elevado (0.2-25 mg L-1) e com águas do tipo sulfatadas ferromagnesianas a cloretadas magnesianas; os taxa dominantes foram Brachysira neglectissima e Achnanthidium minutissimum); Grupo 3- não impactados, pH alcalino (7.0-8.4), conteúdo em metais baixo (0-7 mg L-1), águas essencialmente cloretadas magnesianas. Neste grupo, os metais estavam associados às fases primárias (por exemplo, sulfuretos), não se encontrando por isso tão disponíveis; verificam-se altos conteúdos em cloro o que justifica a presença de taxa típicos de águas salobras/marinhas (por exemplo, Entomoneis paludosa). As amostras de diatomáceas foram estudadas do ponto de vista taxonómico (descoberta de uma nova espécie: Pinnularia aljustrelica Luís, Almeida et Ector sp. nov.), morfométrico (diminuição do tamanho das valvas de diatomáceas, assim como o aparecimento de formas deformadas de Eunotia exigua no Grupo 1 e A. minutissimum no Grupo 2), fisiológico (uso da Fluorometria de Pulso Modulado foi eficaz na avaliação dos efeitos dos metais/acidez na eficiência fotossintética). Foi efectuado um estudo em sistema de rios artificiais (microcosmos) que teve como objectivo simular as condições extremas existentes em Aljustrel em condições controladas de laboratório. Avaliaram-se os efeitos crónicos do Fe, SO42- e acidez nas comunidades inoculados nos rios artificiais e a sua contribuição para a tolerência dessas comunidades à toxicidade a dois metais (Cu e Zn) através de testes agudos. De um modo geral, os efeitos provocados pelos valores baixos de pH e pelos elevados teores em Fe e SO42- reflectiram-se a nível das comunidades de diatomáceas, na diminuição da diversidade, no predomínio de espécies acidofílicas, na diminuição da eficiência fotossintética e no aumento das actividades enzimáticas e não enzimáticas. Contudo, aquando da adição do Cu e do Zn, a acidez teve um efeito protector nas comunidades. Foi também efectuado um estudo comparativo entre a zona mineira de Aljustrel e a zona mineira de New Brunswick (Canadá) que apresentavam condições geológicas e de mineração semelhantes, refletindo-se em comunidades de diatomáceas análogas, mas com uma localização geográfica e climática muito distinta.
Description: Doutoramento em Geociências
URI: http://hdl.handle.net/10773/12332
Appears in Collections:UA - Teses de doutoramento
DGeo - Teses de doutoramento

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