Teses

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Gabriela Santos Caldeira

Cláudia Carvalhinho Windmöller

Estudos de Distribuição e Avaliação de Risco de Elementos Potencialmente Tóxicos Em Sedimentos do Rio Negro (amazônia) Coletados Em Um Evento de Extrema Seca com Foco No Fracionamento de Elementos Terras Raras e de

Distribution Studies And Risk Assessment Of Potentially Toxic Elements In Sediments From The Negro River (amazon) Collected During An Extreme Drought Event, With a Focus On Rare Earth Element Fractionation And Stable

Química

Química Analítica e de Alimentos

 

29/01/2026

Auditório II - Aluísio Pimenta

13:00

Profa. Cláudia Carvalhinho Windmöller - Orientadora (Dr. (UFMG))
Prof. Fernando Barboza Egreja Filho - Coorientador (Dr. (UFMG))
Profa. Alessandra Schneider Henn (Dr. (UFMG))
Prof. Gabriela Bielefeld Nardotto (Dr. (UNB))
Prof. Louise Aparecida Mendes (Dr. (UFOP))
Prof. Ronaldo de Almeida (Dr. (UFRO))

Esta tese investigou a distribuição, o comportamento geoquímico e o risco ecológico associado a elementos potencialmente tóxicos com foco nos elementos terras raras (ETRs) e em isótopos de mercúrio (Hg) em sedimentos do Rio Negro, coletados durante um evento de seca extrema na Amazônia Central. Inicialmente, avaliou-se a eficiência de cinco métodos de digestão, incluindo métodos padronizados (USEPA 3051a e 3052) e métodos modificados visando a completa solubilização de fluoretos formados durante a decomposição de matrizes geológicas complexas. Foi demonstrado que o método otimizado com HF + HNO₃ +HF seguido de tratamento com H₃BO₃ apresentou melhor desempenho analítico para a determinação de ETRs em solos, rochas e sedimentos. A seguir, foram analisados sedimentos do Rio Negro expostos pela seca extrema de 2023, permitindo mapear a distribuição de ΣLREE, ΣHREE e metais maiores, identificar padrões de fracionamento normalizados à UCC e avaliação do Risco Potencial Ecológico. Os resultados revelaram que as concentrações de ETRs refletiram a assinatura geoquímica do Rio Negro, com fracionamentos nos elementos terras raras pesados (HREE), proveniente dos Escudos das Guianas, além de apresentarem anomalias significativas de Ce e Eu, indicativas de processos redox e de variações na proveniência sedimentar durante o período de seca. O Índice de Risco Ecológico Potencial (PERI), calculado para todos os ETR individualmente, demonstrou risco moderado, nas amostras de sedimentos expostas pela seca extrema localizadas em Manaus com as maiores contribuições de Eu, Tb, Ho, Tm e Lu, elementos associados a lixo eletrônico e atividades industriais. No terceiro capítulo, foram determinadas concentrações de Hg, metais potencialmente tóxicos e a composição isotópica de Hg (δ⁰Hg, Δ⁹⁹Hg e Δ⁰Hg). Observou-se forte correlação entre metais, incluindo Hg e matéria orgânica, e os dados de isótopos sugerem que os processos de aporte de Hg atmosférico, ciclagem em solos lixiviados e transferência via vegetação são as principais rotas de Hg para o sistema, embora alguns sinais isolados possam refletir remobilização de Hg transportado a longa distância ou passado histórico regional. Além disso, as amostras de sedimentos expostas de praia, mostraram variações no Δ⁹⁹Hg, evidenciando como o potencial dos isótopos estáveis de Hg como ferramentas sensíveis para reconstruir condições ambientais e identificar episódios de variação climática extrema. Por fim, o cálculo do PERI revelou que o mercúrio foi o único elemento a apresentar valores de risco ecológico considerável, além de exceder os limites orientadores estabelecidos pela legislação para sedimentos. Esse resultado evidencia a relevância do Hg como contaminante nos ambientes amostrados e reforça a necessidade de monitoramento contínuo, especialmente em cenários de secas extremas, que favorecem a exposição e a concentração do metal nos sedimentos do rio Negro.

Amazônia, Elementos terras raras, Eventos climáticos extremos, Isótopos estáveis de Hg, Rio Negro

This thesis investigated the distribution, geochemical behavior, and ecological risk associated with potentially toxic elements, with a focus on rare earth elements (REEs) and mercury (Hg) isotopes in sediments from the Negro River, collected during an extreme drought event in the Central Amazon. Initially, the efficiency of five digestion methods was evaluated, including standardized protocols (USEPA 3051a and 3052) and modified approaches aimed at the complete solubilization of fluorides formed during the decomposition of complex geological matrices. It was demonstrated that the optimized method using HF + HNO₃ + HF followed by treatment with H₃BO₃ provided the best analytical performance for the determination of REEs in soils, rocks, and sediments. Subsequently, sediments from the Negro River exposed by the 2023 extreme drought were analyzed, allowing for the mapping of ΣLREE, ΣHREE, and major metals distribution, identification of UCC-normalized fractionation patterns, and assessment of potential ecological risk. The results revealed that REE concentrations reflected the geochemical signature of the Negro River, with heavy REE (HREE) fractionation originating from the Guiana Shield, along with significant Ce and Eu anomalies indicative of redox processes and changes in sediment provenance during the drought period. The Potential Ecological Risk Index (PERI), calculated individually for each REE, indicated moderate risk in sediment samples exposed by the extreme drought in the Manaus region, with the highest contributions from Eu, Tb, Ho, Tm, and Luelements commonly associated with electronic waste and industrial activities. In the third chapter, concentrations of Hg, other potentially toxic metals, and Hg isotopic composition (δ⁰Hg, Δ⁹⁹Hg, and Δ⁰Hg) were determined. A strong correlation was observed between Hg and organic matter, and the isotope data suggest that atmospheric Hg deposition, leaching from soils, and vegetation-mediated transfer are the main pathways of Hg input into the system. However, some isolated signals may reflect remobilization of long-range transported Hg or historical regional contamination. Furthermore, exposed beach sediment samples showed variations in Δ⁹⁹Hg, highlighting the potential of stable Hg isotopes as sensitive tools to reconstruct environmental conditions and detect episodes of extreme climatic variability. Finally, PERI calculations revealed that mercury was the only element to present considerable ecological risk values, in addition to exceeding guideline thresholds established by sediment quality legislation. This result underscores the relevance of Hg as a contaminant in the studied environments and reinforces the need for ongoing monitoring, especially under extreme drought scenarios that promote the exposure and concentration of the metal in sediments of the Negro River.

Amazon, Extreme climate events, Negro River, Rare Earth Elements, stable Hg isotopes