Sedimentary sterols as indicators of environmental conditions in Southeastern Guanabara Bay, Brazil

As enseadas de Icaraí e Jurujuba, localizadas na porção sudoeste da Baía de Guanabara, são sujeitas a impactos ambientais decorrentes da ocupação humana nas suas bacias de drenagem. No presente trabalho foi determinada a composição elementar (C e N) e molecular (esteróides) da matéria orgânica em amostras de sedimentos superficiais (n = 24) e de um testemunho curto (c = 47 cm) nas enseadas. As concentrações de coprostanol, em comparação com outras áreas da Baía de Guanabara, indicaram elevado nível de contaminação por esgotos nas estações mais próximas ao ponto de lançamento de efluentes, na Enseada de Icaraí. A Enseada de Jurujuba, mais enclausurada e eutrófica, apresentou uma maior contribuição de matéria orgânica autóctone, conforme evidenciado pelos marcadores colesterol, dinosterol, e parcialmente, também , brassicasterol. A presença de estigmasterol e b-sitosterol indicaram leve contribuição de matéria orgânica oriunda de vegetação terrestre, conforme revelou a análise por componentes principais. No registro sedimentar, foram observados maiores teores de matéria orgânica e esteróis na camada superior, corroborando a acumulação recente de esgotos e de matéria orgânica fitoplanctônica, como conseqüência do processo de eutrofização do sistema. A presença de processos de degradação da matéria orgânica foi evidenciada pelas razões entre esteróis/estanóis, e o perfil do dinosterol indicou que na Enseada predomina o acúmulo de material fitoplanctônico anteriormente ao processo de eutrofização.The interconnected Icaraí and Jurujuba embayments, set within the lower south-eastern portion of Guanabara Bay, SE-Brazil, have been subject to the direct input of domestic effluents and other associated contaminants from human activities in their watersheds. This study addresses the composition of carbon, nitrogen and molecular steroid markers of surface sediments (n = 24) and a short core (L = 47 cm), in order to evaluate the impact by sewage, the contribution between allochthonous and autochthonous derived organic matter and eutrophication of the embayments. Coprostanol concentrations revealed, when compared to other regions in Guanabara Bay, high contamination by sewage close to the point of sewage discharge in Icaraí embayment. In contrast, the more enclosed and eutrophic Jurujuba embayment exhibited a larger contribution of autochthonous organic matter, as shown by the combination of cholesterol, dinosterol and, partially, also brassicasterol. The presence of stigmasterol and b-sitosterol also indicated a minor contribution of organic matter from terrestrial plants, as revealed by principal component analysis. The sedimentary record of the Jurujuba embayment exhibited highest concentrations of all sterol markers in the top layer, corroborating the recent increase in the accumulation of sewage, plankton derived organic carbon and also eutrophication. Trend in degradation of organic matter was evidenced by sterol/stanol ratios and the behavior of dinosterol indicated that the embayment has been dominated by the accumulation of phytoplankton derived organic matter since earlier times

Biopolímeros, Carbono e Enxofre Totais Associados à Atividade Bacteriana dos Sedimentos Superficiais do Delta do Paraíba do Sul, RJ-Brasil

A bacia de drenagem do Rio Paraíba do Sul localiza-se ao longo do eixo Rio de Janeiro-São Paulo, de grande densidade demográfica e intensa industrialização. Este trabalho objetivou analisar quali-quantitativamente a matéria orgânica (biopolímeros, carbono orgânico total e enxofre) e o estado metabólico bacteriano nos sedimentos superficiais estuarino-deltaicos do Rio Paraíba do Sul, relacionando-os a distribuição granulométrica. Em média, 65,5% dos sedimentos foi classificado como arenoso e empobrecidos em carbono e enxofre, cujas concentrações médias foram 0,71% e 0,04%, respectivamente. A razão elementar C:S indica que o ambiente é predominantemente oxidante, coerente com a forte influência fluvial no estuário desse rio de médio porte. Os biopolímeros carboidratos (média de 2075,93 μg C/g), proteínas (média de 25,70 μg C/g) e lipídeos (média de 363,10 μg C/g) também apresentaram concentrações inferiores a outros ambientes. Em função dessas baixas concentrações, pôde-se classificar o ambiente como sendo meso-oligotrófico. A razão CARBOIDRATO:COT identificou o impacto de atividades antrópicas, mais especificamente o aporte de efluentes domésticos ao longo de todo o seu curso e da indústria açucareira fortemente presente no seu baixo curso. A comunidade bacteriana, responsável pela hidrólise da matéria orgânica, é predominantemente anaeróbia e anaeróbia facultativa, implicando em perda de nitrogênio para a atmosfera (desnitrificação) e produção de sulfetos (sulfato-redução) e os baixos valores da razão PROTEINA:CARBOIDRATO refletem essa perda de nitrogênio (presente nos compostos protéicos) considerando a ocorrência de bactérias desnitrificantes. Os valores encontrados de carbono bacteriano são elevados (3,29 μg C/g) que também, provavelmente, são devidos aos impactos descritos

Geomicrobiology and Biochemical Composition of Two Sediment Cores from Jurujuba Sound - Guanabara Bay – SE Brazil

O objetivo deste trabalho foi quantificar os biopolímeros associados as enzimas esterase e identificar a atividade respiratória das bactérias em dois testemunhos amostrados na Enseada de Jurujuba, Baía de Guanabara, Rio de Janeiro. A concentração dos biopolímeros foram dez vezes menos do que o relatado na literatura, tornando necessária a criação e estabelecimento de novos índices dos níveis de eutrofização, compatível com os sistemas costeiros brasileiros. A relação representante bioquímicas dos testemunhos foi equivalente aos dados disponíveis para ambientes costeiros marinhos. A quantidade de enzimas esterases no sedimento mostrou que a mineralização de biopolímeros está em processo contínuo, mesmo com a preferência do metabolismo anaeróbico. Apesar do fato, dos estudos em geomicrobiologia serem incipientes, os resultados deste estudo indicam a possível aplicação da microbiologia para proporcionar uma melhor compreensão dos processos geoquímicos em ambiente tropical

Geomicrobiologia e composição bioquímica de dois testemunhos da Enseada de Jurujuba: Baía de Guanabara - SE Brasil

The aim of this work was to quantify the biopolymers associated to esterase enzymes and identify the bacterial respiratory activity in two cores collected in Jurujuba Sound, Guanabara Bay, Rio de Janeiro State. Biopolymer concentrations were ten times less than reported in the literature, rendering necessary the creation and establishment of new eutrophication levels indices more compatible with Brazilian coastal systems. The biochemical representative relationship in the cores was equivalent to the available data for coastal marine environments. The amount of esterase enzymes in the sediment proved that the mineralization of biopolymers is in continuous process, even with preferentially anaerobic metabolism. Despite the fact that geomicrobiology studies are incipient, this study's results indicate the possible application of microbiology for providing a better understanding of the geochemical processes in tropical environment.O objetivo deste trabalho foi quantificar os biopolímeros associados as enzimas esterase e identificar a atividade respiratória das bactérias em dois testemunhos amostrados na Enseada de Jurujuba, Baía de Guanabara, Rio de Janeiro. A concentração dos biopolímeros foram dez vezes menos do que o relatado na literatura, tornando necessária a criação e estabelecimento de novos índices dos níveis de eutrofização, compatível com os sistemas costeiros brasileiros. A relação representante bioquímicas dos testemunhos foi equivalente aos dados disponíveis para ambientes costeiros marinhos. A quantidade de enzimas esterases no sedimento mostrou que a mineralização de biopolímeros está em processo contínuo, mesmo com a preferência do metabolismo anaeróbico. Apesar do fato, dos estudos em geomicrobiologia serem incipientes, os resultados deste estudo indicam a possível aplicação da microbiologia para proporcionar uma melhor compreensão dos processos geoquímicos em ambiente tropical

Aplicação de marcadores geoquímicos para a avaliação dos impactos das barragens nos sedimentos do estuário do Rio São Francisco (AL/SE)

O Rio São Francisco (RSF) possui uma cascata de barragens, construídas entre 1975-1994, ao longo do seu médio e médio-baixo curso, que reduziu drasticamente a vazão, o aporte de matéria dissolvida e particulada para a zona costeira e praticamente eliminou o padrão sazonal de descarga fluvial. Este trabalho caracterizou as mudanças ocorridas nas contribuições relativas das diversas fontes terrestres, marinhas e antropogênicas da matéria inorgânica e orgânica sedimentar total no estuário do RSF, em escala espacial (15 amostras superficiais) e temporal (8 testemunhos). A distribuição granulométrica espacial e temporal, predominantemente 64% silte (2-63 μm) e 27% areia fina (63-200 μm), revela o caráter altamente dinâmico da região, além de identificar ambientes mais deposicionais na parte enclausurada do mangue, na margem sul, e em uma pequena enseada fluvial. A quantidade de minerais, metais e matéria orgânica aumentaram com o teor de sedimentos finos (< 63μm). Os minerais de argila restringem-se basicamente a caolinita, ilita, clorita e opalina (medianas respectivas de 29%, 29%, 10% e 11%). A clorita não foi identificada em concentrações significativa em um trabalho realizado na área estudada em 1995, o que indica que a erosão aumentou consideravelmente nos últimos 10 anos. Os perfis da razão caolinita/clorita também revelam a magnificação do processo erosivo estuarino. Todos os metais analisados são basicamente provenientes de uma única fonte litogênica (Formação Barreiras) e o nível de base foi determinado para os metais Fe (0,26 - 4,31 %), Ti (0,06 – 0,52 %), Mn (18 – 257 mg/kg), Cr (10 – 81 mg/kg), Cu (1 – 26 mg/kg), Ni (2 – 29 mg/kg), Pb (4 – 16 mg/kg), Zn (4 – 50 mg/kg). Algumas amostras apresentaram-se pouco enriquecidas em metais, sendo os fertilizantes e pesticidas utilizados na agricultura regional (atividade de maior importância no Baixo RSF) e ração na carcinicultura, as possíveis fontes. Os baixos valores de carbono orgânico (0,02 – 6,74 %), nitrogênio total (0,00 – 0,33 %), fósforo total (18 – 539 μg/g) e razão molar C/N (11 – 45) nos sedimentos refletem a oligotrofia do sistema. As maiores concentrações de metais e de matéria orgânica foram encontradas nos sedimentos finos das regiões enclausuradas e as menores, no horizonte arenoso observado no topo da maioria dos testemunhos. O 13C e o 15N nos sedimentos variaram, respectivamente, de -28,24 e 2,20 ‰ na região do mangue a -20,30 e 8,21 ‰ na pequena enseada fluvial, valores distribuídos entre os sinais isotópicos das três espécies de maior importância na região Elodea sp. (-15,77 e 4,10 ‰), Montrichadia linífera Schott (-26,93 e 5,48 ‰) e Rhizophora mangle (-28,21 e 3,05 ‰). A lignina confirmou esse padrão, evidenciando a contribuição preferencial da origem flúvioterrestre e indicando que a matéria orgânica sedimentada foi pouco degradada. A análise de dados espatial e temporal dos marcadores geoquímicos identifica um horizonte (4-12 cm) de drástica alteração sedimentar, comum a quase todos os testemunhos. A taxa de sedimentação de 0,16 cm/ano, determinada no testemunho de manguezal mais preservado pelo método do 210Pb, indicou que esse horizonte depositou-se nos últimos 20 anos. A avaliação integrada do registro hidrológico fluvial e da análise de dados da composição geoquímica sedimentar identifica a composição semelhante e permite interpretar que este horizonte depositou-se durante o mesmo período em todos os testemunhos, caracterizando-o como um período pósbarragensCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorThe São Francisco River (RSF) has a cascade of dams, constructed from 1975 to 1994 along its middle and middle-lower basin, dramatically reducing the discharge, the input of dissolved and particulate matter to the coastal zone and almost eliminating the fluvial seasonal pattern. This study characterized the occurred changes in the relative contributions of diverse terrestrial, marine and anthropogenic sources of inorganic and organic matter for the total sediments of the RSF estuary, in spatial (fifteen surface samples) and temporal (eight cores) scales. The spatial and temporal grain size variability, mainly 64% silt (2-63 μm) and 27% fine sand (63-200 μm), revealed the highly dynamic characteristic of the region, identifying depositional areas in the enclosed part of the mangrove and in a fluvial embayment. The amount of minerals, metals and organic matter increased as fine sediments fraction (< 63 μm) increases. The clay minerals are mainly kaolinite, illite, chlorite and opal (respective medians of 29%, 29%, 10% and 11%). Clorite was not identified in significant concentrations in the studied area in 1995, indicating that erosion increased considerably in the last 10 years. The kaolinite/chlorite ratio profiles also revealed the recent magnification of the estuarine erosion processes. All the metals analyzed are mainly from one lithogenic source (Barreiras Formation) and the concentration ranges represent the natural variability of the region: Fe (0.26 – 4.31 %), Ti (0.06 – 0.52 %), Mn (18 – 257 mg/kg), Cr (10 – 81 mg/kg), Cu (1 – 26 mg/kg), Ni (2 – 29 mg/kg), Pb (4 – 16 mg/kg), Zn (4 – 50 mg/kg). Some samples showed a low metal enrichment, for which the fertilizes and pesticids used in regional agriculture (the most important activity in the Lower RSF) and aquafeeds from shrimp farming are possible sources. The low values of organic carbon (0.02 – 6.64 %), total nitrogen (0,00 – 0,33 %), total phosphorus (18 – 539 μg/g) and C/N molar ratio (11 – 45) in the sediments reflect an oligotrophic environment. The highest metal and organic matter concentrations were found in fine sediments of the enclosed regions and the lowest were found in the sandy layer on the top of most of the cores. The 13C and 15N in the sediments vary, respectively, from -28.24 and 2.20 ‰ in the mangrove area to -20.30 and 8.21 ‰ in the small fluvial embayment, values reflect strong influence of isotopic signature of the two most important plant species in the region Montrichadia linífera Schott (-26.93 e 5.48 ‰) e Rhizophora mangle (-28.21 e 3.05 ‰). Lignin confirmed this pattern, indicating the main contribution of the riverine-terrestrial sources and evidencing that the sedimentary organic matter was little degraded. The spatial and temporal analyses of geochemical markers identified an layer (4-12 cm) of drastic sedimentary changes common in almost all cores. The sedimentation rate of 0.16 cm/year, determined in the most preserved mangrove core by 210Pb dating, indicated that this layer deposited in the last 20 years. An integrated evaluation of the fluvial hydrologic record and the data analyses of the geochemical sedimentary composition indicate a similar composition and allow to interpret that this layer deposited during the same period in all cores, characterizing it as a post-dam period

Análise da biodisponibilidade de metais a partir de ensaio de ressuspensão de sedimentos da Baía de Sepetiba, Rio de Janeiro

A ressuspensão de sedimentos por processos naturais ou atividades antrópicas (como as dragagens) pode afetar a biodisponibilidade de metais-traço. Esta hipótese foi testada numa área da Baía de Sepetiba (RJ) afetada por elevada contaminação por Cd e Zn, que recebe aporte fluvial de efluentes industriais e urbanos. Desta forma, o objetivo geral do presente estudo foi avaliar os efeitos da ressuspensão de sedimentos da região afetada pelo Saco do Engenho (Baía de Sepetiba) sobre a biodisponibilidade de metais-traço potencialmente tóxicos (Cd, Cu, Ni, Pb e Zn), por meio de ensaio laboratoriais, como estratégia de abordagem visando subsidiar a avaliação de risco ambiental associado à dragagem. Amostras de 12 pontos de amostragem foram coletadas próximas ao Canal do Saco do Engenho e do Porto de Itaguaí e submetidas a dois intervalos de tempo de ressuspensão (1 hora e 24 horas). Com a exceção do Ni, os metais-traço superaram os valores de background locais. Em particular, concentrações muito elevadas de Cd e Zn foram observadas, acima dos valores de background locais 5-71 vezes e 2-56 vezes, respectivamente, e até 16 e 27 vezes acima dos valores orientadores de qualidade de sedimentos de Nível 1 adotados pela Resolução CONAMA 454/2012, respectivamente. Houve predominância da fração fracamente ligada (extraída em HCl 1 mol/L), exceto para o Ni, ocorrendo tendência de redução da biodisponibilidade potencial com a distância do Canal do Saco do Engenho em relação a Cd, Cu, Pb e Zn. As mudanças nas concentrações fracamente ligadas de Cd e Zn após a ressuspensão foram acima dos valores orientadores de Nível 1 em apenas duas amostras. Foi evidenciado que compostos de Fe e Mn são importantes fatores de influencia sobre a fração fracamente ligada aos sedimentos, enquanto o carbono orgânico total (COT) mostrou correlação com Cd, Zn e Cu na fração fortemente ligada aos sedimentos (extraída em HNO3 concentrado), demonstrando a importância da matéria orgânica para a preservação destes metais nesta fração menos susceptível a incorporação biológica. Embora tenham sido encontradas concentrações de sulfetos voláteis em meio ácido (AVS) suficientes para reter os metais simultaneamente extraídos (SEM) na fase sólida na maior parte das amostras, as concentrações de AVS não apresentaram nenhuma correlação com os metais. Os resultados evidenciam que a ressuspensão afeta a biodisponibilidade de diferentes metais, principalmente no primeiro intervalo de tempo (1 hora), refletindo mudanças abruptas em função da exposição a condições oxidantesThe re-suspension of sediments due to natural processes or anthropogenic activities (such as dredging) can influence the trace metal bioavailability. This hypothesis was tested in an area of Sepetiba Bay (RJ) affected by elevated contamination by Cd and Zn, which receive industrial and urban effluents by fluvial input. Therefore, the main objective of this study was to evaluate the effects of re-suspension of sediments from the region affected by Saco do Engenho (Baía de Sepetiba) on the bioavailability of potentially-toxic trace metals (Cd, Cu, Ni, Pb and Zn), by performing laboratory assays, as a strategy to subside the environmental risks associated to dredging. Samples from 12 sampling points were collected near the Saco do Engenho creek and the Itaguaí Harbor, being submitted to two re-suspension time intervals (1 hour and 24 hours). With the exception of Ni, trace metals exceeded local background values. In particular, very high concentrations were found for Cd (5‒71 times local background) and Zn (2‒56 times local background), corresponding to values above sediment quality guideline of Level 1 adopted by the CONAMA resolution 454/2012 (up to 16-times higher for Cd and 27-times higher for Zn). There was predominance of weakly-bound fraction (extracted in 1 mol/L HCl), except for Ni, occurring a tendency of decrease in the potential bioavailability with the distance from the Saco do Engenho creek in relation to Cd, Cu, Pb and Zn. Changes in the weakly-bound concentrations of Cd and Zn after re-suspension were above the Level 1 for two samples only. It was evidenced that Fe and Mn compounds are important factors affecting the weakly-bound fraction, while total organic carbon (TOC) showed correlations with Cd, Zn and Cu strongly-bound fraction (extracted in concentrated HNO3), demonstrating the importance of organic matter for the preservation of these metals in such fraction less susceptible to biological incorporation. Although there were acid-volatile sulfide (AVS) concentrations sufficient to retain simultaneously-extracted metals (SEM) in the solid phase in most samples, the AVS concentrations were not correlated with metals. Results evidence that re-suspension affects the bioavailability of different metals, principally in the first time interval (1 hour), reflecting abrupt changes due to exposure to oxidizing condition