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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.91.2020.tde-12082020-144612
Document
Auteur
Nom complet
Maria Gabriella da Silva Araújo
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2020
Directeur
Jury
Neu, Vania (Président)
Ballester, Maria Victoria Ramos
Richey, Jeffrey Edward
Sawakuchi, Henrique Oliveira
Titre en portugais
Variação sazonal de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) no rio Tocantins, à jusante do reservatório da UHE de Tucuruí
Mots-clés en portugais
Biogeoquímica
Fluxo de gases
Gases de efeito estufa
Sistemas fluviais
Resumé en portugais
Os rios desempenham um papel importante no balanço regional e global de carbono e nitrogênio, por meio do processamento e da emissão de gases para a atmosfera. Nesse sentido, o objetivo deste estudo é investigar a dinâmica do dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) no rio Tocantins. O estudo foi desenvolvido na região do baixo Tocantins, à jusante da usina hidrelétrica de Tucuruí. As amostragens foram realizadas mensalmente entre setembro de 2014 a novembro de 2016, no canal principal do rio Tocantins, à 30 cm e 60% de profundidade do rio, a partir da superfície. As coletas foram realizadas com o auxílio de uma bomba de imersão, que sob fluxo contínuo, bombeou água do rio para dentro de uma proveta graduada de 2 litros. A obtenção de amostras destinadas à determinação da pressão parcial do CO2, N2O e CH4 na água do rio foi realizada por meio da técnica do equilíbrio de fases água-ar (headspace). O ar atmosférico foi coletado por meio de seringas à 3 m da superfície do rio. A partir das amostras de gases da água e do ar, determinou-se a composição isotópica do CO2. A pCO2 também foi determinada in situ por meio de um analisador de gases por infravermelho (LiCor, modelo LI-820) conectado a um sistema equilibrador e um computador portátil. A determinação do fluxo de CO2 foi realizado pela técnica da câmara flutuante conectada ao analisador de gás por infravermelho. Já os fluxos de CH4 e de N2O foram calculados com base na velocidade de transferência do CO2, obtida a partir de seu fluxo, e o número de Schmidt de cada gás. In situ, também foram determinados os parâmetros físico-químicos da água (oxigênio dissolvido, pH, condutividade elétrica e temperatura), velocidade do vento, temperatura e umidade relativa do ar. A concentração dos gases e análise isotópica foram realizadas nos Laboratórios de Análise Ambiental e Ecologia Isotópica do CENA/USP. Os resultados indicam águas supersaturadas em CO2 (1.082,4 ± 624,4 µatm), CH4 (0,12 ± 0,05 µM) e N2O (8,9 ± 1,2 ƞM), com diferença sazonal significativa (p<0,05) para o CO2 e o CH4. Os fluxos sentido rio-atmosfera, foram de 1,91 ± 3,42 µmol CO2.m-2.s-1; 9,6 ± 13,1 mmol CH4.m-2.d-1; e 0,08 ± 0,06 mmol N2O.m-2.d-1, não ocorrendo diferença sazonal significativa (p>0,05) apenas para o CO2. Os resultados obtidos convergem para confirmação que o rio Tocantins é uma fonte de CO2, CH4 e N2O para a atmosfera e o fluxo desses gases, assim como os parâmetros físico-químicos da água, são governados principalmente pela flutuação sazonal do nível da água. No ponto à jusante da represa de Tucuruí, o fluxo de CO2 e N2O foi de, aproximadamente, 2 e 1,5 vezes menor, respectivamente, em relação ao reservatório da UHE. Esses resultados reforçam que a formação de sistemas lênticos modificam a transferência de carbono e nitrogênio à jusante, reconfigurando o estado trófico do rio, no reservatório e nos trechos à montante e jusante do barramento. Com uma significativa correlação observada entre o δ13CO2 dissolvido na água e a vazão do rio, a diferença observada entre as médias dos períodos de maior vazão (-23,2 ± 5,1‰) e menor vazão (-16,6 ± 2,7‰) sugere que haja uma mudança de fontes de carbono para o canal do rio conforme a sazonalidade. A partir dos fluxos dos gases mensurados no rio Tocantins, as estimativas de emissões anuais de GEE's dos sistemas aquáticos da bacia são de 50,3 Tg C.ano-1, 1,07 Tg CH4.ano-1 e 24,4 Gg N.ano-1, contribuindo em aproximadamente 0,7%; 0,9% e 7,3% das emissões globais de CO2, CH4 e N2O dos ambientes aquáticos continentais estimadas. O CO2 foi o gás emitido em maior quantidade, seguido do CH4 e do N2O. Os resultados deste estudo evidenciam a relação das variáveis hidrobiogeoquímicas na dinâmica (produção e consumo) dos gases que estão dissolvidos na coluna d'água de rios. Diante do que foi apresentado, destaco a importância deste estudo por fornecer uma base de dados ainda não gerada para a região do baixo Tocantins, principalmente, quanto à dinâmica de gases de efeito estufa.
Titre en anglais
Seasonal variation of carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) in the Tocantins river, downstream of Tucuruí hydroelectric reservoir
Mots-clés en anglais
Biogeochemistry
Gas flow
Greenhouse gases
River systems
Resumé en anglais
Rivers play an important role in the regional and global balance of carbon and nitrogen, through the processing and emission of gases into the atmosphere. Accordingly, the aim of this study is to investigate the dynamics of carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) in Tocantins river. The study was carried out in the region of the lower Tocantins, downstream from the Tucuruí hydroelectric dam. Samples were taken monthly between September/2014 and November/2016 in the main channel of Tocantins river, 30 cm and 60% river depth, from the surface. Samples were collected with the aid of an immersion pump which, under continuous flow, river water pumped into a 2 liter graduated cylinder. Sampling for determining the partial pressure of CO2, N2O and CH4 in the river water was carried out using the water-air phase equilibrium technique (headspace). Atmospheric air was collected using syringes at 3 m from the river's surface. From the water and air gas samples, the isotopic composition of CO2 was determined. pCO2 was also determined in situ by means of an infrared gas analyzer (LiCor, model LI-820) connected to a balancing system and a portable computer. The CO2 flow was determined by the floating chamber technique connected to the infrared gas analyzer. The CH4 and N2O flows were calculated based on the CO2 transfer speed obtained from its flow and the Schmidt number of each gas. In situ, the physical-chemical parameters of the water (dissolved oxygen, pH, electrical conductivity and temperature), wind speed, temperature and relative air humidity were also determined. The concentration of gases and isotopic analysis were carried out at the Environmental Analysis and Isotopic Ecology Laboratories at CENA/USP. The results indicate supersaturated water in CO2 (1,082.4 ± 624.4 µatm), CH4 (0.12 ± 0.05 µM) and N2O (8.9 ± 1.2 ƞM), with significant seasonal difference (p<0.05) for CO2 and CH4. The positive flows, in the river-atmosphere direction, were 1.91 ± 3.42 µmol CO2 m-2 s-1; 9.6 ± 13.1 mmol CH4 m-2 d-1; and 0.08 ± 0.06 mmol N2O m-2 d-1, with no significant seasonal difference (p>0.05) for CO2 only. The results obtained converge to confirm that the Tocantins River is a source of CO2, CH4 and N2O for the atmosphere and the flow of these gases, as well as the physical-chemical parameters of the water, are governed mainly by the seasonal fluctuation of the water level. At the point downstream of the Tucuruí dam, it had a CO2 and N2O flow of approximately 2 and 1.5 times less, respectively, in relation to the dam reservoir. These results reinforce that the formation of lentic systems modify the transfer of carbon and nitrogen downstream, reconfiguring the trophic state of the river, in the reservoir and in the sections upstream and downstream of the dam. With a significant correlation observed between the δ13CO2 dissolved in water and the flow of the river, the difference observed between the averages of the periods of higher flow (-23.2 ± 5.1‰) and lower flow (-16.6 ± 2.7‰) suggests that there is a change in carbon sources for the river channel according to seasonality. From the gas flows measured in the Tocantins River, estimates of annual GHG emissions from aquatic systems in the basin are 50.3 Tg C year-1, 1.07 Tg CH4 year-1 and 24.4 Gg N year-1, contributing approximately 0.7%, 0.9% and 7.3% of the global emissions of CO2, CH4 and N2O from the estimated continental aquatic environments. CO2 was the gas emitted in greater quantity, followed by CH4 and N2O. The results of this study show the relationship of hydrobiogeochemical variables in the dynamics (production and consumption) of gases that are dissolved in the water column of rivers. In light of what has been presented, highlight the importance of this study as it provides a database not yet generated for the region of the lower Tocantins, mainly regarding the dynamics of greenhouse gases.
 
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Date de Publication
2020-08-13
 
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