Arsenic biogeochemistry in contaminated soils from mining sites at Minas Gerais state, Brazil

Abstract

O arsênio é um elemento reconhecidamente tóxico e carcinogênico, mesmo quando presente em concentrações relativamente baixas, que tem afetado milhões de pessoas em diversas partes do mundo. Por esta razão, vários países têm incentivado o desenvolvimento de pesquisas relacionadas ao comportamento ambiental do As. Atualmente há preocupação em compreender os processos que controlam a mobilidade do arsênio em áreas contaminadas. O conhecimento de aspectos relacionados ao transporte, adsorção, oxirredução e biotransformação do arsênio em solos, sedimentos e recursos hídricos é fundamental para o manejo adequado e mitigação dos riscos gerais relacionados com a contaminação por arsênio. Algumas espécies de microalgas são capazes de se desenvolver, absorver e bioacumular compostos de arsênio em meio contaminado. Considera-se que estes microorganismos utilizam a metilação do arsênio como mecanismo de detoxificação do meio onde crescem. A metilação é considerada um mecanismo de descontaminação ambiental porque, em geral, as formas inorgânicas de arsênio são mais tóxicas do quc as orgânicas e também o arsenito é potencialmente mais móvel que outras espécies de arsênio. Desta forma, o propósito geral deste estudo foi gerar conhecimento científico para melhorar a compreensão acerca do ciclo biogeoquímico do arsênio em águas e solos contaminados de regiões tropicais. Em vista do exposto, a pesquisa foi conduzida em três experimentos. No primeiro, algumas espécies de microalgas foram isoladas de amostras de solos contaminados por As provenientes de áreas impactadas pela atividade de mineração do ouro em Minas Gerais, Brasil. Foi avaliado o potencial de bioacumulação do arsênio de três gêneros: Chlorella sp., Anki.strodesmus sp. e Nostoc (Nostoc cf. calcicola and Nostoc muscorum) em meio contendo alta concentração deste elemento. Em uma segunda etapa, foi avaliada a dinâmica de espécies solúveis de As nos mesmos solos do primeiro experimento a fim de investigar a presença de compostos metilados sob condições anaeróbicas. No terceiro experimento, foi avaliada a biotransformação de diferentes espécies de arsênio por Chlorella sp. c Nostoc cf. calcicola. O crescimento das microalgas foi afetado pela adição de quanlidades crescentes de arsenato, embora o decréscimo no conteúdo de clorofila "a" não tenha sido tão drástico. As clorofitas apresentaram maior produção de biomassa e tolerância ao As do que as cianófitas, mas todos os genêros foram capazes de acumular o arsênio do meio. A bioacumulação aumentou com o aumento da concentração de arsênio no meio, chegando a 13% do arsênio adicionado ao meio de cultivo pela Chlorella sp. and Ankistrodesmus sp. E 5.6 % pela Nostoc cf. calcicola and N. Muscorum. A incubação anaeróbica proporcionou condições para a mobilização do As, Fe e Mn por meio da dissolução redutiva. O arsenito Íbi a principal espécie de As mobilizada durante todo o período experimemtal. A mobilização de As variou entre amostras, dependendo do teor de As total e da relação óxidos de ferro amorfos/oxidos de Fe bem cristalizados (Feo/Fed) nos solos. A liberação do As das amostras provenientes da Formação Paracatu (PF) e Sequência Riacho dos Machados (RMS) aumentou até 12 - 20 dias após incubação com subsequente decréscimo. Nas amostras do solo de Santa Bárbara (SB), o As liberado aumentou até o final do periodo experimental. Uma concentração extremamente alta de As foi liberada das amostras provenientes de Nova Lima (NL), cerca de 6.6 mg L-¹, na condição de escuro. O arsênio liberado em todas as amostras foi maior que o limite para água potável recomendado pela OMS. As microalgas Chlorella sp. e Nostoc cf. calcicola foram capazes de bioacumular diferentes formas de arsênio, entretanto não foram detectadas mudanças significativas nas espécies de As adicinadasao meio. Apenas uma parte do arsnitoadicionado foi oxidada para arsnato. A Chlorella sp. foi mais eficiente em bioacumular o arsênio do que a Nostoc cf. Calcícola. A clorófita acumulou, em média, 2726 ug g-¹, ao passo que a cianófita acumulou 1832 ug g-¹, na presença de espécies inorgânicas. As especies metiladas foram menos tóxicas e menos bioacumuladas do que o arsenato, o qual por sua vez foi menos tóxico e mais bioacumulado do que o arsenito. A despeito da biometilação não ter sido detectada nas condições experimentais utilizadas, as quanlidades de As bioacumuladas pelas microalgas foram suficientemente altas para considerar as clorófitas e cianófitas estudadas como bioindicadores e para fins de remediação de áreas contaminadas por As.