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INPE-00000-TDI/0000
ESTUDO DA EMISSÃO DE METANO NO PANTANAL SUL-
MATOGROSSENSE
Luciano Marani
Tese de Doutorado do Curso de Pós-Graduação em Geofísica Espacial, orientada pelo
Dr.Plínio Carlos Alvalá, aprovada em 26 de Fevereiro de 2007.
INPE
São José dos Campos
2007
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INPE-00000-TDI/0000
ESTUDO DA EMISSÃO DE METANO NO PANTANAL SUL-
MATOGROSSENSE
Luciano Marani
Tese de Doutorado do Curso de Pós-Graduação em Geofísica Espacial, orientada pelo
Dr.Plínio Carlos Alvalá, aprovada em 26 de Fevereiro de 2007.
INPE
São José dos Campos
2007
FOLHA DE APROVAÇÃO
“No Pantanal ninguém pode passar a régua. Sobre muito quando chove. A régua é a
existidura de limite. E o Pantanal não tem limites”.
MANOEL DE BARROS
A meus pais,
Valdair Marani
Maria Syrlei Siviero Marani.
AGRADECIMENTOS
Agradeço todas as pessoas que estiveram comigo ao longo de mais esta etapa de minha
vida.
Ao meu orientador Dr. Plínio Carlos Alvalá, pelos conselhos que me mostraram o
caminho a seguir, pelo conhecimento passado, e pela orientação e apoio na realização
deste trabalho. Gostaria de agradecer também ao meu amigo Plínio, por toda a
compreensão e amizade construída ao longo destes seis anos de convivência.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq, pela
bolsa de doutorado concedida, à Fundação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
Superior - CAPES, pelo auxilio financeiro pelas viagens a congressos nacionais e ao
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE, pela oportunidade de estudos e
utilização de suas instalações.
Ao Laboratório de Ozônio, pelo apoio de seus técnicos e funcionários (Willian,
Domingos, Marcelo, Mangueira e Angélica), que contribuíram de maneira significativa
no desenvolvimento deste trabalho.
À Universidade Federal do Matogrosso do Sul, pelo apoio a esse trabalho através da
Base de Estudos do Pantanal.
Aos professores do Curso de Geofísica do INPE, por todo o conhecimento
compartilhado ao longo do mestrado e doutorado.
Aos muitos amigos que encontrei em São José dos Campos. Especialmente aos meus
grandes amigos Alisson, Ricardo, Jean, Laura e Cristiano, que ajudaram a tornar mais
fácil e agradável esse período sempre me incentivando a seguir em frente quando
surgiam dificuldades e dúvidas.
À minha amiga Elisangela, que mesmo distante, sempre esteve presente nos momentos
mais importantes.
E finalmente, agradeço a meus pais e irmãos. Ao me apoiarem em todas as minhas
escolhas, me incentivaram a seguir em frente na esperança de alcançar meus sonhos.
RESUMO
Apresentam-se os resultados de uma avaliação da contribuição das áreas alagadas
tropicais no balanço atmosférico de metano. Neste estudo, foram realizadas oito
campanhas na região Sul-Matogrossense do Pantanal durante os anos de 2004 e 2005,
com coletas de amostras em sete diferentes locais escolhidos próximos ao Rio Miranda.
Utilizou-se a técnica de cúpula estática em conjunto com a coleta de seringas de
poliuretano. Na análise dos fluxos, os locais de coleta foram divididos em lagoas e
planícies alagadas e algumas variáveis ambientais que podem afetar a emissão de
metano como a profundidade, temperatura, pH e oxigênio dissolvido também foram
medidas. A média geral dos 560 fluxos válidos obtidos nas campanhas entre março de
2004 e dezembro de 2005 foi de 116.8 ± 257.8 mgCH
4
m
-2
d
-1
, com mediana de 11,1
mgCH
4
m
-2
d
-1
, próximo ao observado em outras regiões alagadas tropicais. Em cerca de
40% das medidas de fluxo ocorreram aumentos não lineares na concentração dentro das
cúpulas, os quais foram relacionados à liberação de metano através de bolhas. O fluxo
ebulitivo representou cerca de 90% da liberação total de metano para a atmosfera, e
apresentou valores entre 1,1 e 2187,0 mgCH
4
m
-2
d
-1
com uma média de 279,5 ± 289,5
mgCH
4
m
-2
d
-1
e mediana de 127,5 mgCH
4
m
-2
d
-1
. O fluxo difusivo variou entre 1,0 e
145,5 mgCH
4
m
-2
d
-1
com uma média de 13,1 ± 20,7 mgCH
4
m
-2
d
-1
e mediana de 5,0
mgCH
4
m
-2
d
-1
. Os fluxos de lagoas foram menores que os observados nas planícies
alagadas, onde o alagamento é mais dependente do ciclo sazonal. O fluxo difusivo
mostrou uma pequena variação sazonal, com valores médios menores durante a estação
de seca. Embora não tenham apresentado uma correlação explícita com os fluxos, a
profundidade, a temperatura, a quantidade de oxigênio dissolvido e a presença de
vegetação mostraram ter alguma influência nos fluxos de metano. A partir da estimativa
de área alagada obtida de um modelo baseado em observações de sensoriamento remoto
e da extrapolação de nossas medidas para todo o Pantanal, foram feitas estimativas de
emissão para a região. Considerando-se o fluxo médio e área média no período, a
emissão anual do Pantanal foi de 1,37 TgCH
4
/ano. Ao se considerar as diferenças
observadas entre os habitats e a influência da vegetação nos fluxos, tem-se uma emissão
de 2.20 TgCH
4
/ano. Estas estimativas ainda conservam grande incerteza, resultante da
extrapolação das medidas realizadas em uma região para todo o Pantanal, mas indicam
que o Pantanal pode ser considerado uma das mais importantes fontes natural de metano
para a atmosfera na América do Sul.
ESTUDY OF METHANE EMISSONS ON PANTANAL OF MATOGROSSO DO
SUL
ABSTRACT
The results of an evaluation of the tropical wetland regions contribution to the methane
burden are presented. In this study, a total of eight campaigns were performed during
the years of 2004 and 2005 inside the Pantanal region of Matogrosso do Sul State in
seven sites, near the Miranda River. Static chamber technique with polyurethane syringe
sampling was used. In the fluxes analyses, the sites were divided in lakes and
floodplains, and some environmental variables that can affect methane emissions, as
water depth, pH, dissolved oxygen and water temperature were also measured. The
overall average of the 560 individual methane valid fluxes measured from March, 2004
to December, 2005 was 116.8 ± 257.8 mgCH
4
m
-2
d
-1
and median of 11.1 mgCH
4
m
-2
d
-1
,
near that observed in others tropical flooded regions. In about 40% of flux
measurements occurred non-linear increases in the chamber concentrations that were
assumed to be linked to methane loses through bubbles. The bubble flux represented
about 90% of the total methane loses in the measurements and ranged from 1.1 to
2187.0 mgCH
4
m
-2
d
-1
, with an average of 279.5 ± 289.5 mgCH
4
m
-2
d
-1
and median of
127.5 mgCH
4
m
-2
d
-1
. The diffusive fluxes ranged from 1.0 to 145.5 mgCH
4
m
-2
d
-1
, with
an average of 13.1 ± 20.7 mgCH
4
m
-2
d
-1
and median of 5.0 mgCH
4
m
-2
d
-1
. The fluxes
from lakes are smaller than that observed in the floodplains, where the flooding was
controlled by the seasonal cycle. The diffusive flux showed a slight seasonal variation,
with small average fluxes during the dry season. A direct correlation between fluxes and
environmental factor (water depth, water temperature, dissolved oxygen and presence of
aquatic vegetation) was not found, however, these factors showed to have some
influence on the methane fluxes. Estimates of methane emission from the Pantanal were
performed based on estimates of flooded area obtained of a remote sensing model and
the extrapolation of our fluxes measurements to the whole region. When considering
just the average flux and the average flooded area in the measurement period, the annual
methane emission was of 1.37 TgCH
4
/year. When the observed difference between
habits and the influence of vegetation was considered, the annual emission was of 2.20
TgCH
4
/year. These estimates conserve a large uncertain resulting of the extrapolation
for the whole Pantanal of the measurements made in one region only, but they indicate
that the Pantanal is one of the most important natural sources of atmospheric methane in
South America.
SUMÁRIO
Pág.
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
LISTA DE SIGLAS, SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
1 - INTRODUÇÃO.......................................................................................................11
1.1 Objetivos................................................................................................................... 12
1.1.1 Objetivo Geral ....................................................................................................... 12
1.1.2 Objetivos Específicos ............................................................................................ 12
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...............................................................................14
2.1 Participação do metano na Física e Química da Atmosfera..................................... 14
2.2 O Metano na Atmosfera Terrestre ............................................................................ 15
2.3 Balanço Atmosférico Global.................................................................................... 19
2.3.1 Fontes..................................................................................................................... 21
2.3.1.1 Fontes biológicas................................................................................................ 21
2.3.1.2 Fontes não-biológicas ......................................................................................... 22
2.3.2 Sumidouros ............................................................................................................ 23
2.4 Áreas Alagadas ......................................................................................................... 24
3 - METODOLOGIA...................................................................................................30
3.1 Local de Amostragem – O Pantanal......................................................................... 30
3.2 Coleta das Amostras .................................................................................................32
3.3 Análise das Amostras – Cromatografia Gasosa........................................................ 35
3.4 Determinação dos Fluxos de Metano ....................................................................... 38
3.5 Validação dos fluxos................................................................................................. 40
3.6 Análise Estatística..................................................................................................... 41
4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................43
4.1 Introdução ................................................................................................................. 43
4.2 Emissões por Habitat................................................................................................ 47
4.3 Influência de parâmetros ambientais da coluna d’água ............................................ 54
4.4 Influência da Vegetação ...........................................................................................57
4.5 Variabilidade Sazonal e Interanual........................................................................... 59
4.6 Estimativa de emissão de metano para o Pantanal................................................... 64
4.6.1 Fluxo anual médio ................................................................................................. 65
4.6.2 Área alagada .......................................................................................................... 68
4.6.3 Estimativa regional de emissão de metano ............................................................ 70
4.6.4 Comparação com outras áreas alagadas tropicais.................................................. 72
5 - CONCLUSÕES .......................................................................................................76
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................80
APÊNDICE A TABELAS..........................................................................................85
APÊNDICE B PRESSÃO PARCIAL DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO.....................
LISTA DE FIGURAS
2.1 - Concentração atmosférica global média e taxa de acúmulo anual para o
metano atmosférico................................................................................................. 17
2.2 - Mapa global ilustrando a distribuição das áreas alagadas...................................... 26
3.1 - Pico de cheia do Rio Paraguai, medido em Ladário, de 1973 a 2006 e a
classificação do tipo de cheia. ................................................................................ 31
3.2 - Conjunto para a coleta de ar com a câmara e seringa. ...........................................33
3.3 - Componentes básicos de um cromatógrafo a gás................................................... 36
3.4 - Detector de Ionização de Chama............................................................................ 37
3.5 - Variação temporal da concentração medida no interior da cúpula para (a)
fluxos difusivo e (b) fluxo ebulitivo. ...................................................................... 40
4.1 - Mapa mostrando a divisão do Pantanal em sub-regiões. Destaca-se a região
de coleta e os locais de amostragem (setas brancas) e a BEP (seta amarela)......... 44
4.2 - Fluxos difusivo e ebulitivo individuais, suas médias por campanha e
temperatura média da água por campanha.............................................................. 47
4.3 - Razão de ocorrência de bolhas, por faixa de profundidade, em lagoas e
planícies alagadas. .................................................................................................. 53
LISTA DE TABELAS
2.1 - Fontes e Sumidouros de metano............................................................................. 20
2.2 - Fluxo médio de metano .......................................................................................... 28
4.1 - Valores médios e medianos observados para o fluxo difusivo de metano, a
profundidade, a pressão parcial do O
2
dissolvido, o pH e a temperatura da
água para lagoas e planícies alagadas. Também são apresentados os valores
mínimos e máximos encontrados............................................................................ 50
4.2 - Valores médios e medianos observados para o fluxo difusivo de metano, a
profundidade, a pressão parcial do O
2
dissolvido, o pH e a temperatura da
água para lagoas e planícies alagadas. Também são apresentados os valores
mínimos e máximos encontrados............................................................................ 51
4.3 - Fluxos difusivo e ebulitivo médio sobre áreas de vegetação e sobre áreas de
água aberta. As medianas também são apresentadas.............................................. 58
4.4 - Valores médios para o fluxo difusivo, a profundidade, a temperatura da água,
o oxigênio dissolvido e o pH para as estações de cheia e seca............................... 59
4.5 - Valores médios para o fluxo ebulitivo, a profundidade, a temperatura da
água, o oxigênio dissolvido e o pH para as estações de cheia e seca. .................... 60
4.6 - Valores médios para o fluxo difusivo, profundidade, temperatura da água,
oxigênio dissolvido e pH para 2004 e 2005............................................................ 62
4.7 - Valores médios para os fluxos ebulitivo, a profundidade, a temperatura da
água, o oxigênio dissolvido e o pH para 2004 e 2005. ........................................... 63
4.8 - Fluxos difusivo e ebulitivo e fluxo médio anual. ................................................... 68
4.9 - Área alagada máxima e média anual para o Pantanal em 2004, 2005 e no
período 2004-2005. Também é mostrada a contribuição das lagoas e
planícies para a área alagada média anual. ............................................................. 70
4.10 - Emissão anual para os habitats............................................................................. 71
4.11 - Fluxo anual médio e emissão anual de metano para áreas alagadas da
mérica do Sul obtidas em diversos trabalhos.......................................................... 74
A.1 - Valores médios de fluxo, oxigênio dissolvido, pH e temperatura, obtidos da
separação pela mediana da profundidade, em lagoas. ............................................ 85
A.2 - Valores médios de fluxo, oxigênio dissolvido, pH e temperatura, obtidos da
separação pela mediana da profundidade, em planícies alagadas. .........................85
A.3 - Valores médios de fluxo, pH, profundidade e temperatura, obtidos da
separação pela mediana do oxigênio dissolvido, em lagoas................................... 86
A.4 - Valores médios de fluxo, pH, profundidade e temperatura, obtidos da
separação pela mediana do oxigênio dissolvido, em planícies alagadas. ............... 86
A.5 - Valores médios de fluxo, profundidade, temperatura e oxigênio dissolvido,
obtidos da separação pela mediana do pH, em lagoas............................................ 87
A.6 - Valores médios de fluxo, profundidade, temperatura e oxigênio dissolvido,
obtidos da separação pela mediana do pH, em planícies alagadas. ........................ 87
A.7 - Valores médios de fluxo, oxigênio dissolvido, pH e profundidade, obtidos
da separação pela mediana da temperatura, em lagoas........................................... 88
A.8 - Valores médios de fluxo, oxigênio dissolvido, pH e profundidade, obtidos
da separação pela mediana da temperatura, em áreas alagadas.............................. 88
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
A - Área, m
2
B.E.P. - Base de Estudos do Pantanal
D.E.S. - Diferença Estatística Significativa
m - Massa, g
M - Massa molar, g mol
-1
n - Número de Moles
p - Pressão atmosférica, atm
ppbv - Partes por bilhão por volume
ppmv - Partes por milhão por volume
r - coeficiente de regressão linear
R - Constante dos gases, 0,082 atm l mol
-1
K
-1
t - Tempo, min
ton - toneladas, 10
6
g
T - Temperatura, K
Tg - Teragrama, 10
12
g
UFMS - Universidade Federal do Matogrosso do Sul
V - Volume, l
Φ - Fluxo, mg m
-2
d
-1
χ - Concentração, ppbv
σ - Desvio-padrão
1
1 INTRODUÇÃO
O metano (CH
4
) é o mais abundante hidrocarboneto na atmosfera terrestre e
desempenha um papel importante na química da atmosfera, sendo um dos principais
sumidouros do radical hidroxila (OH), o qual indica o poder oxidante da atmosfera.
Além disso, o metano é um dos principais gases que participam do efeito estufa, com
uma contribuição relativa de aproximadamente 20% do efeito total observado.
Sua produção primária tem origem da decomposição de matéria orgânica por bactérias
em meios anaeróbios, como áreas alagadas, aterros sanitários, trato digestivo de
ruminantes e outros animais. Parte do metano atmosférico tem origem na utilização de
combustíveis fósseis e na queima de biomassa. A remoção do metano da atmosfera se
deve principalmente à sua reação com a hidroxila (OH) responsável por 90% da
remoção. Da fração restante, parte é transportada para a estratosfera, onde tem papel
importante na remoção do cloro, e parte é absorvida por solos aerados.
Desde o início da industrialização, a concentração média global de metano atmosférico
aumentou por um fator de 2,5, estando atualmente próxima de 1770 ppbv (partes por
bilhão em volume). O monitoramento contínuo de sua concentração global média nas
últimas duas décadas mostra que o aumento contínuo observado até a década de 1990 se
reduziu, e a concentração de metano nos últimos sete anos pode ser considerada estável,
mas ainda apresentando uma considerável variação interanual. O aumento nas
concentrações durante o século passado parece ter sido causado principalmente pela
atividade humana, enquanto alterações na emissão de algumas fontes antropogênicas
podem ser as responsáveis pela estabilização do conteúdo de metano atmosférico. As
variações interanuais observadas na taxa de acúmulo do metano na atmosfera podem ter
uma contribuição considerável das áreas alagadas, que constituem a principal fonte
natural de metano para a atmosfera terrestre.
Diversos trabalhos realizados em áreas alagadas tropicais ressaltam sua importância
para o balanço global do metano atmosférico, mas as estimativas de emissão desta fonte
2
ainda são muito dependentes de medidas realizadas na planície amazônica. Uma das
principais áreas alagadas do Brasil é a região do Pantanal, uma planície que sofre
inundações sazonais e que representa um grande tipo de ecossistema tropical ainda
pouco estudado. O Pantanal ocupa uma área de 138 183 km
2
e pode ser considerado
como a maior área alagada da América do Sul. O alagamento na região apresenta
claramente um ciclo sazonal, com máximo após dezembro e um atraso em relação ao
período de chuvas (que tem início em outubro e se estende até março), que tem início
em outubro devido ao lento escoamento da água através da região.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo Geral
O Pantanal com sua área alagada sazonalmente, grande período anual de alagamento e
disponibilidade de matéria orgânica, tem um ambiente favorável à presença de
organismos metanogênicos que o torna potencialmente uma importante fonte regional
de metano. O objetivo geral desse trabalho é contribuir para a elaboração de uma
estimativa mais representativa de emissão das áreas alagadas tropicais, avaliando o
potencial de emissão do Pantanal através da análise das variações sazonais, interanuais e
espaciais dos fluxos, e comparar as estimativas de emissão encontradas para o Pantanal
com as realizadas para outras áreas alagadas tropicais, particularmente na América do
Sul.
1.1.2 Objetivos Específicos
Para a realização do objetivo principal deste trabalho, foram definidos como objetivos
específicos:
1. Implementar a coleta de amostras utilizando seringas de poliuretano;
3
2. Obtenção de, no mínimo, 12 fluxos de metano por lagoa em cada uma das
campanhas de coleta;
3. Avaliar a variação sazonal na emissão de metano entre as estações de cheia e de
seca;
4. Observar a possível influência de fatores ambientais, como temperaturas da
água, pH e potencial de redução da água, nas emissões de metano.
5. Obter fluxos em áreas alagadas vegetadas, para a observação da influência da
presença de vegetação na emissão de metano para a atmosfera;
6. Obter através da amostragem em diversas lagoas uma melhor representatividade
da emissão regional de metano;
7. Comparar os fluxos obtidos com dados de outras regiões com ecossistemas
similares, avaliando assim a contribuição relativa do Pantanal como fonte de
metano.
4
5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Participação do metano na Física e Química da Atmosfera
O metano (CH
4
) é um dos principais gases que participam do efeito estufa, com
influências diretas e indiretas sobre o forçante radiativo atmosférico. Ele apresenta uma
forte banda de absorção em torno de 7,66 µm (infravermelho) que é uma região
espectral onde o gás carbônico e a água absorvem fracamente. Isso faz com que sua
participação no balanço radiativo da troposfera e da estratosfera seja significativo
(Donner e Ramanathan, 1980; Dickinson e Cicerone, 1986). Devido ao aumento do seu
conteúdo na atmosfera, sua contribuição para o forçante climático aumentou ~30%
desde 1860 (Mitchell, 1989) correspondendo a cerca de 20% do efeito total observado
(Wuebbles e Hayhoe, 2002).
A química do metano desempenha um importante papel na determinação da composição
da atmosfera e, indiretamente, também afeta o clima. Aproximadamente 85% das
moléculas de metano emitidas para a atmosfera são removidas por oxidação na
troposfera. Esse processo de remoção é iniciado pela reação com a hidroxila (OH):
432
OHCHCHHO
+→+ (2.1)
A reação (2.1) é o segundo maior processo de perda do radical OH na atmosfera (Logan
et al., 1981). A oxidação do metano ainda envolve cinco espécies intermediárias (CH
3
,
CH
3
O
2
, CH
3
O, CH
2
O e HCO) e outras espécies químicas, incluindo O(
1
D), Cl, NO,
NO
2
, HO
2
e O
2
(Ravishankara, 1988). Estas espécies e suas reações desempenham um
importante papel na determinação da capacidade oxidante da atmosfera (Thompson,
1992). A oxidação do metano leva à produção do CO
2
e, sob condições onde a
concentração atmosférica do oxido nitroso (NO) é superior a 10 pptv (partes por trilhão
6
por volume), também pode produzir ozônio (Cicerone e Oremland, 1988). Como o CO
2
e o O
3
são gases do efeito estufa, a oxidação do metano tem um efeito indireto sobre o
clima.
Na estratosfera, o metano é oxidado pelo OH produzindo vapor d’água (Blake e
Rowland, 1988) que reage com o O (
1
D) e com o Cl. Como destacam Cicerone e
Oremland (1988), a reação do metano com átomos de cloro é importante, uma vez que
os aprisiona em um reservatório temporário (as moléculas de HCl) interrompendo o
ciclo catalítico de destruição do ozônio pelo Cl.
2.2 O Metano na Atmosfera Terrestre
As medidas da concentração de metano atmosférico obtidas a partir de testemunhos de
gelo revelam algumas características importantes da sua concentração global nos
últimos 1000 anos, como a existência de uma variação de 10-15% em torno de um nível
pré-industrial de 700 ppbv (partes por bilhão por volume), um gradiente de 30-60 ppbv
entre os pólos norte e sul, com maiores emissões no Hemisfério Norte, uma contínua
correlação com a temperatura durante a chamada Pequena Era do Gelo no meio do
milênio, e um significante mas lento aumento entre os anos de 1750 e 1800 (Chappellaz
et al., 1997; Etheridge et al., 1998; Khalil e Rasmussen, 1987). Estes dados mostram
que os níveis globais de metano mais que dobraram desde a era pré-industrial, e
continuam aumentando (Blake e Rowland, 1988; CMDL, 2001; CMDL, 2002;
Dlugokencky et al., 1998; Rasmussen e Khalil, 1981). Diversos estudos e modelos
mostram que a maior parte do aumento nas concentrações de metano desde os tempos
pré-industriais é devida principalmente ao aumento das emissões de fontes
antropogênicas (Khalil e Rasmussen, 1994; Stern e Kaufmann, 1996; Subak, 1994).
Khalil e Rasmussen (1994) encontraram boa concordância entre o aumento da
população, emissões agrícolas e o aumento nas concentrações atmosféricas observados
durante os últimos 200 anos. O mesmo ocorre com os combustíveis fósseis, cujo uso
7
também contribuiu significantemente para o aumento na concentração do metano
atmosférico no último século.
Embora o metano (CH
4
) tenha sido identificado como um constituinte da atmosfera
terrestre em 1948, através da análise de linhas de absorção em espectros solares de alta
resolução, medidas sistemáticas diretas, tanto da tendência de sua concentração
atmosférica global quanto de sua distribuição espacial, só começaram a ser realizadas a
partir de 1978 (Fraser et al., 1986; Steele et al., 1992; Khalil e Rasmussen, 1990). O
aumento da concentração do metano ao final da década de 1970 apresentava uma taxa
de crescimento média de 20 ppbv/ano (Blake e Rowland, 1988). A concentração
atmosférica global média do metano e sua taxa de acúmulo entre 1978 e 2005 são
mostradas na Figura 2.1.
A concentração atual de metano na atmosfera terrestre está em torno de 1770 ppbv
(Simpson et al., 2006), correspondendo a um reservatório atmosférico de mais de 4900
Tg (10
12
g) de metano (TgCH
4
). As estimativas para o balanço global de metano indicam
uma emissão anual total de 503 (± 125) TgCH
4
/ano, com uma faixa de estimativa entre
410 e 660 TgCH
4
/ano e um sumidouro de 515 (± 85) TgCH4/ano, com uma faixa de
estimativa entre 430-600 TgCH4/ano (Wuebbles e Hayhoe, 2002).
Como destacam Simpson et al. (2006), em contraste com as taxas positivas de
crescimento durante as duas primeiras décadas de medida, o conteúdo global de metano
está agora em seu sétimo ano de crescimento atmosférico muito baixo (de dezembro de
1998 a dezembro de 2005, Figura 2.1). Durante esse período, a taxa anual de
crescimento variou entre -3.8 ± 1.2 e 4.9 ± 1.2 ppbv/ano, e a concentração global de
metano em 2005 (1772 ± 1 ppbv) foi maior que a medida em 1998 (1767 ± 1 ppbv) por
cerca de 5 ppbv. Este é um crescimento muito mais lento no conteúdo global de CH
4
do
que o observado anteriormente em períodos de sete anos: os níveis de 1998 foram 42
ppbv maiores que os observados em 1991 (1725 ± 1 ppbv) enquanto a concentração em
1991 foi 96 ppbv acima da média obtida para o ano de 1984 (1629 ± 1 ppbv). Os
registros globais tiveram início em 1978, com concentração medida de 1515 ppbv.
Intensas mudanças nas taxas anuais de crescimento do metano em períodos de 2 a 3
8
anos (variando de crescimentos de 1% por ano a valores ligeiramente negativos, como -
0,2%) estão superpostas a uma clara tendência de queda na taxa de acúmulo de metano
na atmosfera (Figura 2.1b).
Figura 2.1 - Concentração atmosférica global média (A) e taxa de acúmulo anual (B)
para o metano atmosférico.
FONTE: Adaptada de Simpson et al. (2006)
Quando são examinados os efeitos sazonais e regionais nos dados, observa-se que o
decréscimo na taxa de acúmulo é maior entre 30 e 90
o
N (Dlugokencky et al., 1998;
Steele et al., 1992), mas a amplitude do ciclo sazonal não tem mostrado nenhuma
tendência global, com amplitudes típicas em torno de 30 ppbv nas altas latitudes sul e
60 ppbv nas altas latitudes norte. Diversos trabalhos tentam explicar as grandes
variações na taxa de crescimento. Mudanças na emissão de metano de suas maiores
fontes, como áreas alagadas, uso de combustíveis fósseis ou queima de biomassa podem
Acúmulo (ppbv/ano)
CH
4
(ppbv)
9
ser as causas das variações ano a ano observadas na taxa de crescimento do metano
atmosférico. O aumento global na taxa de crescimento em 1991 parece ter sido causado
por variações na remoção do metano pelo OH nas regiões tropicais após a erupção do
Mt. Pinatubo, em julho de 1991 (Dlugokencky et al., 1996), que levou a um aumento na
concentração do metano atmosférico.
A diminuição observada na taxa de crescimento em 1992 pode ser em parte explicada
por uma redução nas emissões por áreas alagadas (Walter et al., 2001b). Walter et al.
(2001a) utilizaram modelagem para relacionar variações nas taxas de precipitação e na
temperatura para estimar a emissão global de metano por áreas alagadas. Para tanto,
utilizaram estimativas de área obtidas por imagens de satélite, dados de emissão
medidos in situ com diversas técnicas, e dados de precipitação e temperatura da
Organização Meteorológica Mundial (WMO – World Meteorological Organization).
Durante o ano de 1992, tanto a precipitação quanto a temperatura estiveram abaixo da
média histórica, principalmente nas áreas alagadas entre 30 e 90
o
N o que pode ter
resultado em uma redução nas emissões de metano destas áreas, que se refletiu em uma
queda na concentração do metano na atmosfera.
Os resultados obtidos pelo modelo de Walter et al. (2001b) mostraram também que, em
1998, as emissões das áreas alagadas entre 30 e 90º N foram acima da média para os
anos analisados. Apesar das incertezas nestas estimativas serem grandes, os resultados
obtidos sugerem fortemente que variações nas emissões em áreas alagadas contribuíram
para explicar em parte as variações observadas na taxa de crescimento do metano
atmosférico. Segundo Walter et al. (2001b) a principal fonte de incerteza nos resultados
obtidos é o pequeno número de medidas de fluxo de metano em áreas alagadas das
regiões tropicais.
Enquanto o aumento no conteúdo atmosférico de metano e sua importância no balanço
radiativo e na química da atmosfera terrestre estão bem fundamentados, a causa exata
das variações nas taxas de crescimento da sua concentração na atmosfera não é bem
conhecida.
10
2.3 Balanço Atmosférico Global
O metano difere do gás carbônico pelo fato de que ele é liberado para a atmosfera por
um grande número de fontes tanto naturais quanto antropogênicas. Emissões
antropogênicas surgem de fontes biológicas relacionadas à agricultura e à pecuária,
incluindo fermentação entérica em rebanhos herbívoros, cultivo de arroz, resíduos
animal e humano, queima de biomassa e aterros sanitários. O metano também é emitido
na extração de combustíveis fósseis como o gás natural, o carvão e o petróleo. Já as
emissões naturais são devidas às áreas alagadas, pântanos, cupins, ruminantes
selvagens, oceanos, entre outros. Devido à variedade de fontes o balanço global do
metano pode ser afetado por diversos fatores, como mudanças nas políticas de geração e
uso de energia, distribuição da população humana, alterações em práticas agrícolas e
variações no clima (principalmente precipitação e temperatura). A Tabela 2.1 apresenta
as principais estimativas das fontes e sumidouros envolvidos no balanço global do
metano atmosférico. Observa-se na tabela que as incertezas nas estimativas de emissão
e remoção ainda permanecem grandes, com total de emissões compreendendo uma faixa
entre 410 e 660 TgCH
4
/ano e a remoção situando-se entre 430 e 600 TgCH
4
/ano. A
seguir, é feita uma descrição das principais fontes e sumidouros e dos fatores mais
importantes que podem alterar sua participação no balanço global.
11
Tabela 2.1 - Fontes e Sumidouros de metano
FONTE EMISSÃO
(TgCH
4
/ano)
FAIXA DE ESTIMATIVA
(TgCH
4
/ano)
Áreas alagadas
Cupins
Oceanos
Outros
100
20
4
21
92-232
2-22
0,2-2,0
12,4-38,2
Total Natural 145
Ruminantes
Cultivo de arroz
81
60
65-100
25-90
Total agrícola 141
Gás natural
Mineração de carvão
Queima de carvão
Indústria petrolífera
Queima de biomassa
Aterros sanitários
30
46
15
15
50
61
25-50
15-64
1-30
5-30
27-80
40-100
Total antropogênico
não-agrícola
217
TOTAL 503 410-660
SUMIDOURO ABSORÇÃO
(TgCH
4
/ano)
FAIXA DE ESTIMATIVA
(TgCH
4
/ano)
OH troposférico
Transporte
Absorção por solos
445
40
30
360-530
32-48
15-45
TOTAL 515 430-600
FONTE: Adaptada de Wuebbles e Hayhoe, 2002).
12
2.3.1 Fontes
2.3.1.1 Fontes biológicas
A emissão de metano a partir de fontes biológicas é resultado da decomposição
anaeróbia de matéria orgânica por bactérias chamadas de metanogênicas, que estão
presentes em solos alagados, pântanos ou aterros sanitários, e também nos tratos
digestivos de ruminantes como gado ou ovelhas, de ruminantes selvagens como búfalos,
de cupins, e também nos humanos. Foi observado que a produção biológica de metano é
dependente da temperatura, com pico máximo de produção em torno de 30 ºC (Boone,
2000). Esta dependência com a temperatura pode representar um importante mecanismo
de realimentação na mudança de clima: se a atmosfera se aquece, as emissões dessas
fontes aumentam, elevando a concentração de CH
4
na atmosfera e ampliando o
aquecimento, que pode causar um novo aumento nas emissões.
Os solos alagados representam um ambiente ideal para o desenvolvimento de bactérias
metanogênicas, já que o meio anaeróbio é garantido pela presença da lâmina d’água.
Essas áreas podem ser tanto naturais quanto antropogênicas. Nas áreas alagadas
naturais, como pântanos e áreas de inundação, a emissão do metano produzido no
substrato para a atmosfera ocorre através da difusão através da lâmina d’água e da
ebulição (liberação de bolhas). Essas emissões podem ser influenciadas por fatores
ambientais como temperatura da água e do substrato, velocidade dos ventos, pH e
quantidade de oxigênio dissolvido na água. As áreas alagadas antropogênicas
compreendem represas e, principalmente, áreas de cultivo de arroz. O arroz cultivado
sob inundação contribui com um valor estimado em 60 Tg/ano do total de metano
emitido para a atmosfera (Wuebbles e Hayhoe, 2002). Dentre os países produtores de
arroz, o Brasil ocupa o décimo primeiro lugar em emissões de metano, com uma
emissão estimada em 0,53 TgCH
4
/ano para as áreas produtoras de arroz (Agostinetto et
al., 2002). A taxa de emissão de metano a partir de lavouras de arroz depende do estádio
de desenvolvimento das plantas, bem como de condições que afetam o solo, como o
regime de irrigação, adição e tipo de fertilizantes, deposição de resíduos orgânicos e
condições climáticas (Khalil et al., 1998d; Khalil et al., 1998b). O metano é absorvido
13
pelas raízes das plantas de arroz junto com a água ou até mesmo em estado gasoso,
sendo emitido para a atmosfera principalmente por difusão através dos aerênquimas das
plantas de arroz e também pela ebulição de bolhas de gás (Wassmann et al., 1996). As
emissões anuais também são determinadas pelo número de colheitas por ano e pela área
total cultivada (Khalil et al., 1998c).
O metano também é emitido pela decomposição de resíduos orgânicos em meios
anaeróbios como aterros sanitários e lagoas de decantação. Devido à grande quantidade
de matéria orgânica normalmente presente nestes lugares, sua emissão é significativa, e,
juntamente com as plantações de arroz, constituem as maiores fontes individuais
antropogênicas. As emissões em aterros são afetadas por numerosos fatores, como
temperatura, mistura dos resíduos com o solo, quantidade e idade do lixo e a espessura
da camada de cobertura (Peer et al., 1993).
Além dos processos biológicos de produção de metano, a queima de matéria orgânica e
de biomassa é responsável pela liberação de grandes quantidades de metano para a
atmosfera, além de outros poluentes. Quando a combustão é completa, a maior parte da
emissão consiste em gás carbônico. Entretanto, se o material queima lentamente (na
forma de brasas) e a combustão é incompleta, grande quantidade de CH
4
e outros
hidrocarbonetos podem ser produzidos. As emissões de metano dependem do estágio de
combustão atingido, assim como do conteúdo de carbono na matéria e do total de
matéria orgânica queimada (Levine et al. 2000).
2.3.1.2 Fontes não-biológicas
Além das fontes consideradas biológicas, o metano também pode ser emitido em
processos considerados não biológicos, como no uso de combustíveis fósseis como o
gás natural, o carvão e os derivados do petróleo. A principal fonte de metano no uso de
combustíveis fósseis são os vazamentos que ocorrem durante o processamento, a
transmissão e a distribuição do gás natural, já que este consiste em 90% de metano. A
magnitude desta fonte depende diretamente da taxa de perda, que é estimada entre 1% e
2% de todo gás natural produzido nos países desenvolvidos. As incertezas permanecem
altas, já que estes valores são baseados nos sistemas de gás dos países desenvolvidos,
14
onde o transporte é mais cuidadosamente controlado do que em nações menos
desenvolvidas. As perdas regionais podem ser estimadas entre 1% e 15% da produção
total de gás natural, dependendo da qualidade dos dutos, do processo de extração, do
controle de vazamentos, do método usado para estimar as perdas de gás, entre outros
fatores (Beck et al., 1993). A Rússia é um dos maiores produtores mundiais de gás
natural, e a melhoria no seu sistema de transporte de gás nos últimos anos pode ser um
dos principais responsáveis pela tendência de queda observada nas taxas de
concentração de metano atmosférico (Simpson et al, 2006).
2.3.2 Sumidouros
Em contraste com as numerosas fontes de metano, existem apenas três mecanismos de
remoção para o metano troposférico. A reação com a hidroxila (OH) é responsável pela
remoção de aproximadamente 445 TgCH
4
/ano (em torno de 85% da remoção total),
fazendo a concentração de OH o mais importante determinante da taxa de remoção do
metano da atmosfera (Ehhalt e Schmidt, 1978). Como a espécie orgânica mais
abundante na atmosfera, o metano desempenha um papel fundamental na determinação
da capacidade oxidante da troposfera. O aumento na concentração do metano nas
últimas décadas do século XX pode ter contribuindo para uma queda gradual na
concentração do radical OH, alterando assim a capacidade de remoção de outras
espécies químicas da atmosfera (Crutzen e Zimmermann, 1991). O metano restante é
removido através da absorção por solos aerados, sendo esse mecanismo responsável por
uma remoção de 30 TgCH
4
/ano (~ 5%). Já o transporte para a estratosfera é estimado
em 40 TgCH
4
/ano, ou 7% da remoção total estimada (Wuebbles e Hayhoe, 2002).
Os processos bioquímicos envolvidos na absorção pelos solos não são bem conhecidos
mas a absorção deve-se em sua maior parte à presença de bactérias metanotróficas, que
têm no metano seu único alimento. As bactérias que oxidam a amônia (NH
3
) também
consomem metano (Seiler e Conrad, 1987). A umidade, a temperatura do solo e a
população bacteriana podem ter grande influência sobre a amplitude desse sumidouro
15
ao regular as populações bacterianas e mudanças no uso da terra devem alterar
significativamente a absorção de metano pelos solos (Keller et al., 1990).
O transporte do metano para a estratosfera se dá por processos de difusão turbulenta de
circulação global. Na estratosfera, o metano torna-se a maior fonte de vapor d'água
através de sua oxidação. O mecanismo de remoção dominante ainda é a reação com o
radical OH, seguido pelas reações com o cloro (Cl), com o oxigênio excitado O (
1
D) e ,
em pequenas frações, com o flúor (F). A reação com o cloro forma o ácido clorídrico
(HCl), importante na química desta região atmosférica, por retirar o cloro do ciclo
catalítico de destruição do ozônio (Cicerone e Oremland, 1988).
As grandes incertezas existentes nas estimativas das emissões das diversas fontes ainda
dificultam a avaliação do impacto da variação nas suas emissões individuais no balanço
global do metano. As variações recentes, observadas na concentração atmosférica do
metano indicam que podem estar ocorrendo mudanças em diversas de suas fontes e
talvez em seu principal sumidouro.
Apesar do conteúdo de metano estar atualmente em balanço (como indica a
estabilização de sua concentração atmosférica), não existem razões para acreditar que
elas se manterão assim no futuro, dadas às possibilidades de que os níveis de CH
4
possam aumentar como resultado de aumento do uso de gás natural, através de
mecanismos de re-alimentação nas fontes biológicas, causados pelas mudanças globais,
e/ou um decréscimo na concentração global do OH. Até mesmo uma redução dos níveis
de CH
4
pode ser esperada, se políticas de redução de emissão forem aplicadas como
planejado por diversos paises (Simpson et al., 2006). Uma melhor avaliação das
emissões e variações de cada fonte pode ajudar a determinar seus impactos no balanço
global e uma melhor compreensão das atuais taxas de acúmulo do metano na atmosfera,
além de auxiliar na elaboração e implementação de políticas que visem reduzir e
controlar as emissões de cada fonte.
16
2.4 Áreas Alagadas
As emissões de metano em áreas alagadas naturais são favorecidas pela grande
disponibilidade de material orgânico e pela presença do meio anaeróbio causado pelo
alagamento dos solos. Estas áreas, que compreendem pântanos, charcos, várzeas e lagos
rasos, representam a maior fonte individual de metano, contribuindo com
aproximadamente 20% da emissão global anual, ou cerca de 100 Tg de metano por ano
(Wuebbles e Hayhoe, 2002). A distribuição das áreas alagadas no globo é mostrada na
Figura 2.2, onde se pode observar que a maior parte delas situa-se em regiões de clima
temperado, no Hemisfério Norte.
As emissões de áreas alagadas naturais são influenciadas por uma grande variedade de
fatores ambientais, como características do substrato e disponibilidade de matéria
orgânica, presença e tipo de vegetação, profundidade e temperatura do solo (Alvalá e
Kirchhoff, 2000; Bartlett et al., 1988; Bartlett et al., 1990; Crill et al, 1988;; Devol et al.,
1988). Diversos estudos demonstraram que pode existir uma alta sensibilidade das
emissões de áreas alagadas à variações sazonais e interanuais do nível de água e da
temperatura (Alvalá e Kirchhoff, 2000; Bartlett et al., 1990; Crill et al, 1988; Devol et
al., 1988; Marani e Alvalá, 2007; Walter et al., 2001a).
Grande parte dos estudos em áreas alagada naturais tropicais se concentra na Amazônia
(Crill et al, 1988; Bartlett et al., 1990; Devol et al., 1988). Estes experimentos mostram
a importância destas regiões como fonte de metano, em comparação com as áreas
temperadas do Hemisfério Norte. Bartlett et al. (1988) estimam que a emissão de
metano da bacia Amazônica situa-se entre 3 Tg e 21 Tg de metano por ano, com o fluxo
de áreas abertas (lagoas e lagos) sendo responsável por entre 0.08 e 0.6 TgCH
4
/ano, não
incluindo estimativas para rios, enquanto o restante da emissão teria origem na planície
alagada sazonalmente. Bartlett e Harriss (1993) apresentaram uma estimativa para a
emissão global em áreas alagadas tropicais de 66 TgCH
4
/ano, considerando que estas
ocupem uma área total de 1.885.000
km
2
, o que corresponderia a aproximadamente 60%
do total de emissões estimadas para todas as áreas alagadas naturais.
17
Figura 2.2 - Mapa global ilustrando a distribuição das áreas alagadas.
Fonte: Adaptada de Lehner e Döll, 2004.
La
go
Reservatório
Rio
Pântano, Planície Alagada
Brejo, Floresta Alagada
Mangue
Garimpo, Alagado Salino
Charco, Lamaçal
Lago/Alagadiço Intermitente
Área úmida (50-100%)
Área úmida (25-50%)
Complexo úmido (0
-
25%)
18
Melack et al. (2004), com base em dados de sensoriamento remoto da variação temporal
da extensão da inundação e da cobertura de vegetação combinados com medidas de
campo das taxas de emissão obtidas utilizando cúpulas em uma grande variedade de
ambientes e durante vários estágios do ciclo de alagamento, calcularam a emissão de
metano de toda a bacia Amazônica em 29,3 TgCH
4
/ano. Apesar das incertezas presentes
na extrapolação em larga escala necessária para a estimativa da emissão, o resultado
coloca a região Amazônica como uma significante fonte de metano.
Como já destacado, estas estimativas ainda conservam muitas incertezas, que estão
relacionadas principalmente às incertezas na extensão total coberta pelos diferentes
ecossistemas e pelas variações nas emissões entre cada um deles. As diferenças de
emissão observadas por diversos trabalhos entre áreas alagadas abertas e áreas cobertas
por vegetação (Bastviken et al., 2004; Bartlett et al., 1988; Bartlett et al., 1990; Bartlett
e Harriss, 1993; Crill et al., 1988; Devol et al., 1988), as incertezas no tamanho da área
coberta por vegetação em cada ambiente, a influência da profundidade e a quantidade de
metano liberada para a atmosfera através de fluxo ebulitivo e difusivo em cada ambiente
também são grandes fontes de incerteza nas extrapolações.
O fluxo médio obtido na região amazônica reportado por Bartlett et al. (1990) durante a
estação de chuvas nos anos de 1985 (início da vazante) e 1987 (durante a subida do
nível do rio) variou entre 74 mgCH
4
m
-2
d
-1
em áreas abertas, 201 mgCH
4
m
-2
d
-1
para
áreas com presença de vegetação e 126 mgCH
4
m
-2
d
-1
nas áreas de floresta alagada, num
total de 284 fluxos medidos. Foi observada uma pequena variação sazonal, que não
pôde ser considerada significativa estatisticamente em parte, devido à grande
variabilidade dos fluxos individuais, que variaram de -11,3 (único fluxo negativo
observado) a 2 087 mgCH
4
m
-2
d
-1
. Essa faixa de variação foi semelhante à encontrada
em diversos outros trabalhos conduzidos durante a década de 1980 na região
Amazônica, realizados como parte do programa NASA Global Tropospheric
Experiment’s Amazon Boundary Layer Experiment/Amazon Ground Emissions (GTE
ABLE 2A/AGE). Os resultados obtidos durante o GTE ABLE 2A/AGE estão resumidos
na Tabela 2.2, que apresenta comparações entre os valores médios obtidos em diversos
19
trabalhos. Nestes estudos, os fluxos individuais apresentam grande variabilidade.
Observou-se que os maiores fluxos ocorreram em áreas alagadas com vegetação e nas
áreas de florestas alagadas. Em um dos poucos trabalhos realizados fora da região
amazônica, Smith et al. (2000), obtiveram um extenso conjunto de medidas nas áreas
alagadas do Rio Orinoco (Venezuela) durante um período de 17 meses nos anos de 1991
e 1992, e encontraram um fluxo médio de 114 mgCH
4
m
-2
d
-1
, resultando numa emissão
de 0,2 TgCH
4
/ano para esta região, com o fluxo ebulitivo sendo responsável por 65% da
emissão total.
Tabela 2.2 – Fluxo médio de metano (mgCH
4
m
-2
d
-1
)
Áreas Alagadas
Autor
Local
abertas com vegetação Florestas
Período
estudado
Bartlett et al. (1988)* Amazônia
27 ± 5 320 ± 72 192 ± 27
jul/ago
Crill et al. (1988)* Amazônia
27 ± 30
- - jul/ago
Devol et al. (1988)* Amazônia
88 ± 30 390 ± 110 75 ± 31
jul/ago
Devol et al. (1988)* Amazônia
44 ± 7 214 ± 64 150 ± 98
anual
Bartlett et al. (1990)* Amazônia
74 ± 14 201 ± 35 126 ± 20
abr/maio
Devol et al. (1990)* Amazônia
51 ± 9 131 ± 47 122 ± 48
nov/dez
Smith et al. (2000) Orinoco 23 25 109 anual
Alvalá e Kirchhoff (2000) Pantanal
238 ± 238
- - out/abr
Alvalá e Kirchhoff (2000) Pantanal
7 ± 14
- - mai/set
Chang e Yang (2003) Taiwan - 52 - anual
Ding et al. (2004) China - 550 - maio/out
Marani e Alvalá (2007) Pantanal
142 ± 314
- - anual
*trabalhos relacionados ao GTE ABLE 2A/AGE
Em todos os trabalhos que separam as emissões de metano em suas componentes
difusiva e ebulitiva, o fluxo ebulitivo teve uma participação significativa no fluxo total
médio para todos os ambientes observados (áreas abertas, áreas alagadas vegetadas e
florestas alagadas). Também se observou que a freqüência de ocorrência de bolhas e a
contribuição para o fluxo total foram menores durante da subida das águas do que no
período de vazante (Bartlett et al., 1990). Keller e Stallard (1994) e Bastviken et al.
(2004) ressaltam que ocorrência de fluxos ebulitivos é primariamente relacionada com a
taxa de produção de metano nos sedimentos e com a pressão hidrostática que deve ser
superada para que as bolhas sejam liberadas. Além disso, fatores como a troca de calor e
20
os ventos podem induzir turbulências na superfície da água e desencadear a liberação de
bolhas (Bastviken et al., 2004; Crill et al., 1988; Devol et al., 1988; Keller e Stallard,
1994; Ramos et al., 2006). Assim, observa-se que diversos fatores estão relacionados à
liberação de metano através de bolhas, e a importância de cada um deles deve ser
investigada para um melhor entendimento da participação do fluxo ebulitivo para a
emissão de cada ecossistema.
Ainda há pouca informação sobre a região do Pantanal, que cobre uma área de 138 183
km
2
. Durante os anos de 1997 e 1998, Alvalá e Kirchhoff (2000) realizaram 15
campanhas para coleta de amostras em uma lagoa no Pantanal, com um total de 274
amostras coletadas e 61 fluxos válidos determinados. Os fluxos individuais
apresentaram grande variabilidade (de 1 a 1389 mgCH
4
m
-2
dia
-1
), com média anual em
1997 de 25 ± 28 mgCH
4
m
-2
dia
-1
e em 1998 de 190 ± 237 mgCH
4
m
-2
dia
-1
. Além da
grande variação ano a ano observada, também existe uma grande variabilidade sazonal,
com valores médios de 238 ± 238 mgCH
4
m
-2
dia
-1
na estação de cheia (outubro a abril) e
de 7 ± 14 mgCH
4
m
-2
dia
-1
na estação de seca (maio a setembro). Durante o ano de 2004,
Marani e Alvalá (2007) realizaram quatro campanhas para coleta de amostras em
diversas lagoas no Pantanal, que resultaram em 1720 amostras coletadas, com 320
fluxos válidos obtidos. O fluxo médio foi de 142.2 ± 313.9 mgCH
4
m
-2
d
-1
. Os fluxos
obtidos por Marani e Alvalá (2007) e Alvalá e Kirchhoff (2000) são maiores que os
obtidos em outras regiões climáticas, e comparáveis aos obtidos para a região
amazônica.
A variabilidade observada em todos os trabalhos é grande, e a melhora das estimativas
da emissão de metano para as áreas alagadas tropicais requer que os diversos fatores que
podem influenciá-la sejam avaliados. Tanto a variação sazonal quanto a interanual que
podem estar presentes nas emissões das áreas alagadas devem responder à parte
significante da variação interanual observada na concentração atmosférica de metano,
como é destacado por Walter et al. (2001a), e precisam ser melhor entendidas. Dentro
desse cenário, faz-se necessária uma melhor caracterização da emissão do Pantanal,
além da avaliação da influência dos diversos parâmetros ambientais, determinando
assim o potencial da região com fonte de metano para o balanço atmosférico.
21
3. METODOLOGIA
3.1 Local de Amostragem – O Pantanal
O Pantanal é uma complexa planície localizada na bacia do alto Paraguai, com altitudes
entre 80 e 120 metros acima do nível do mar. Sua área estimada é de 138.183 km
2
, e
está contida quase totalmente em território brasileiro, com pequenas áreas na Bolívia e
no Paraguai. O Rio Paraguai e diversos afluentes drenam a região, transportando
sedimentos e matéria orgânica de forma contínua. Esse transporte tem implicações na
própria formação do Pantanal, que se constitui em uma bacia sedimentar. Durante as
cheias, as águas espalham os sedimentos por toda a região, contribuindo para a
fertilidade do solo. O material orgânico depositado pelas cheias em áreas alagadas e
lagoas permanentes é a fonte principal de nutrientes para a produção bacteriológica de
metano no substrato.
Mais de 70% dos solos da bacia pantaneira é pouco fértil, devido ao prolongado
alagamento na parte norte e ao alto conteúdo de sódio nas áreas ao sul. Em pontos mais
elevados, especialmente nas serras e morros isolados, o solo é árido, com grande
presença de calcário (Pacheco do Amaral, 1986). Devido à sua composição
predominantemente argilo-arenosa os solos do Pantanal são caracterizados como pobres
em sua parte mais profunda, entretanto são bastante férteis na camada superficial, graças
à deposição de matéria orgânica resultante da decomposição de restos animais e
vegetais (Magalhães, 1992).
O clima do Pantanal é predominantemente tropical, com invernos secos e verões
úmidos, que caracterizam as savanas do hemisfério Sul. A temperatura média anual
varia em torno de 25 °C, com as temperaturas máximas atingindo 40 °C no verão;
entretanto, devido à penetração de massas de ar frio, oriundas das planícies dos pampas
e do Chaco, a temperatura diminui rapidamente, podendo haver ocorrência de geadas
(Por, 1995). A precipitação anual nas regiões adjacentes mais altas é superior a 1500
mm (Por, 1995). De abril a setembro, a estação seca ou inverno caracteriza-se por
apresentar chuvas raras e temperaturas amenas. Com um regime hidrológico peculiar, o
22
Pantanal apresenta dois regimes sazonais distintos, com épocas secas (de abril a
setembro) e, a partir de outubro, épocas inundadas de acordo com a intensidade e a
duração das precipitações (Rao et al., 1996).
O nível máximo anual atingido pelo Rio Paraguai, medido pela Marinha do Brasil em
Ladário (MS) desde o ano de 1900 é chamado de pico de cheia e constitui-se num dos
principais referenciais de seca ou cheia no Pantanal. A Figura 3.1 apresenta os picos de
cheia durante o período 1973-2006 e a classificação do tipo de cheia feita pela
EMBRAPA Pantanal.
5,46
4,33
4,85
5,36
6,17
5,46
6,55
6,07
4,33
6,64
6,12
4,50
6,56
5,69
4,66
3,15
5,38
5,36
3,94
2,09
4,99
5,07
4,60
4,64
5,18
5,11
4,26
5,10
5,16
5,49
6,28
5,52
3,29
5,40
2
3
4
5
6
7
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Ano
Pico da cheia (m)
Super-cheia
Cheia
normal
Cheia
pequena
Seca
Figura 3.1 - Pico de cheia do Rio Paraguai, medido em Ladário, de 1973 a 2006 e a
classificação do tipo de cheia.
Fonte: Adaptada de EMBRAPA (2006).
Quando o pico de cheia fica abaixo de 4 metros (como ocorreu em 2005, com apenas
3,29 metros) o ano é considerado como de seca no Pantanal. Por outro lado, se o pico da
cheia for igual ou superior a 4 metros, o ano é considerado um ano de cheia. Para
valores entre 4 a 4,99 metros (como ocorreu em 2004, com 4,26 metros), diz-se que é
um ano de cheia pequena. Se o nível máximo anual fica compreendido entre 5 e 5,99
metros, o ano é de cheia normal. Para níveis medidos na régua de Ladário iguais ou
23
superiores a 6 metros, têm-se um ano de cheia grande ou "super-cheia". A última vez
que ocorreu "super-cheia" no Pantanal foi em 1995, quando a régua de Ladário registrou
a sua terceira maior marca do século passado, com 6,56 metros. Já a maior de todas as
cheias que se tem registro no Pantanal ocorreu em 1988, com a marca histórica de 6,64
metros (EMBRAPA, 2006).
O Pantanal mostra uma grande variabilidade interanual na área máxima alagada, como
se pode estimar a partir da grande variação observada nos valores do pico de cheia
medidos em Ladário desde 1900, com uma tendência para períodos de vários anos de
seca ou cheia e alguns anos com pequenas cheias. Essa variação interanual na inundação
é causada em grande parte pela variabilidade climática que é dirigida pelas anomalias na
Temperatura da Superfície do Mar, no Oceano Pacífico, chamados de fenômenos El
Niño e La Nina (Hamilton et al., 2002).
3.2 Coleta das Amostras
As amostras foram coletadas utilizando-se a técnica da cúpula (ou câmara) estática,
muito utilizada nesse tipo de estudo e descrita por Khalil et al. (1998a). Basicamente, a
técnica consiste de coletas de amostras de ar, realizadas com certos intervalos de tempo,
do interior de uma cúpula fechada colocada sobre a superfície da qual se pretende
determinar o fluxo.
Neste trabalho, foram utilizadas cúpulas cilíndricas, construídas em PVC com diâmetro
de 0,30 m, área da base de 0,066 m
2
e volume de 26 litros. A cúpula foi coberta com
uma manta térmica, refletiva, para reduzir a variação de temperatura interna e evitar
grandes alterações do micro-ambiente criado dentro da cúpula em relação ao ambiente
externo. Para garantir que no momento da coleta o ar no interior da cúpula estivesse
bem misturado, foram instaladas pequenas ventoinhas que eram ligadas momentos antes
da coleta de cada amostra. As cúpulas eram sustentadas por flutuadores de espuma
fixados em suas bases. As amostras de ar foram retiradas do interior da cúpula através
de um tubo de teflon, instalado à sua meia altura. A Figura 3.2 mostra todo o conjunto
24
utilizado na coleta das amostras de ar, formado pela cúpula de coleta com os flutuadores
e a seringa.
Figura 3.2 - Conjunto para a coleta de ar com a cúpula e seringa.
As cúpulas foram levadas até o ponto de amostragem utilizando-se um barco. Tomou-se
o cuidado para que a perturbação sobre a superfície da água, causada pelo deslocamento
do barco fosse mínima no ponto de coleta. Após a fixação do barco, esperava-se cerca
de 10 minutos antes das cúpulas serem colocadas no local para a realização da
amostragem. Nesse momento, para evitar perturbações e movimentos na água, as
cúpulas eram colocadas cuidadosamente sobre a água. As coletas foram realizadas
sempre entre as 10:00 e 16:00 horas (hora local). Nesse intervalo, os principais
parâmetros ambientais, principalmente a temperatura, já se encontravam estabilizados.
Após o término das coletas do dia, todos os equipamentos retornavam à base, onde as
cúpulas eram limpas e os demais equipamentos de medida limpos e calibrados.
30 cm
Profundidade
45 cm
25
As amostras foram coletadas em seringas de poliuretano de 60 ml, equipadas com uma
torneira de três vias, com trava tipo “luer lock”. O intervalo entre as coletas foi fixado
em 6 minutos, com três amostras coletadas (6, 12 e 18 minutos após a colocação da
cúpula). O intervalo de 6 minutos foi considerado ideal, por ser suficientemente longo
para que o limite de detecção de 1 mgCH
4
m
-2
d
-1
fosse ultrapassado, e curto o suficiente
para que a presença da cúpula não alterasse substancialmente o ambiente, causando
desvios no fluxo medido. A partir da 2ª campanha de coletas (junho de 2004) passou-se
a coletar, em diversos fluxos, uma amostra em 1 minuto após a cúpula ser colocada.
Essa amostra extra foi utilizada para verificar se a colocação da cúpula estaria
perturbando a superfície da água, o que poderia causar uma liberação de metano intensa
no início da coleta elevando rapidamente a concentração no interior da cúpula e sendo
confundida com a liberação de uma bolha. Após o término da coleta em um ponto, uma
nova coleta em outro ponto era realizada somente depois de esperados cerca de 30
minutos. Essa espera foi necessária para que a concentração do ar no interior da cúpula
se equilibrasse com a concentração do ar ambiente, impedindo assim a contaminação
nos fluxos seguintes.
Amostras de ar ambiente também foram coletadas próximo ao local de amostragem, em
intervalos de 30 a 60 minutos. Essas amostras foram utilizadas na validação dos fluxos
obtidos. Em cada ponto de amostragem, também foram coletadas informações sobre
algumas variáveis ambientais que poderiam influenciar a emissão de metano e também
necessárias para o cálculo do fluxo. As variáveis de interesse que foram anotadas são as
temperaturas do ar (dentro e fora da cúpula) e da água (a aproximadamente 10 cm de
profundidade), a pressão atmosférica, o pH, o potencial de redução (E
H
), a profundidade
e a presença de vegetação.
A partir do potencial de redução E
H
(medido, em mVolts), pode-se obter a intensidade
de redução, pε, um parâmetro considerado equivalente ao pH mas que representa a
tendência da solução em doar elétrons. A partir do pε e do pH, a pressão parcial de
oxigênio dissolvido na água (p
O2
), em atm, pode ser calculada, como descrito por
Stumm e Morgan (1996). A determinação da pressão parcial de oxigênio dissolvido a
partir do potencial de redução e do pH é apresentada no Apêndice B.
26
A pressão atmosférica (em mbar) foi medida utilizando-se um barômetro digital
(Barômetro/Altímetro portátil Oregon Scientific EB833/F), com precisão de ±1 mbar.
Para as medidas de pH utilizou-se um pHmetro digital (Oakton Waterproof pHTest R2),
com precisão de ±0,1 pH. Já para as medidas do EH foi utilizado um medidor digital de
potencial de redução (ORP Portable Oxygen Sensor Corning OS-19), com precisão de
±1 mV. Os medidores eram calibrados diariamente, antes e após a coleta, na Base de
Estudos do Pantanal (BEP) da Universidade Federal do Matogrosso do Sul (UFMS). As
temperaturas foram medidas com a ajuda de um termômetro digital construído no
Laboratório de Ozônio e a profundidade foi determinada utilizando-se uma vara reta,
com a medida em centímetros obtida através de uma trena. Todas as amostras de ar
coletadas no Pantanal foram trazidas ao Laboratório de Ozônio, no INPE em São José
dos Campos, onde tiveram suas concentrações de metano determinadas através da
técnica de cromatografia gasosa.
Antes do início das campanhas de coleta, foram realizados diversos testes com as
cúpulas, com a finalidade de determinar a melhor configuração para reduzir variações
na temperatura interna. A capacidade de armazenagem das amostras nas seringas
também foi testada e mostrou que estas podiam ser estocadas durante o período de
amostragem e a realização da análise laboratorial sem variações significativas na
concentração de metano. Nestes testes também foram determinados o intervalo de coleta
e o tempo total de amostragem por fluxo.
Destacam-se entre as dificuldades encontradas na realização do trabalho de campo a
dificuldade de acesso aos pontos de coleta, distância ao laboratório onde as amostras
foram analisadas e o tempo disponível para a análise cromatográfica. Todas essas
dificuldades limitam o número de campanhas realizadas ao longo do ano, a quantidade
de dias em cada campanha, bem como o número de áreas que puderam ser amostradas e
o número de fluxos amostrados em cada área.
27
3.3 Análise das Amostras – Cromatografia Gasosa
A cromatografia gasosa foi utilizada pela primeira vez para análise de gases por Ramsay
em 1905, na separação de gases e vapores. Devido à grande precisão, sensibilidade e
linearidade conseguidas, a cromatografia foi utilizada no estudo de poluição urbana, e
depois passou a ser também aplicada em estudos da atmosfera global, através da análise
de amostras de ar limpo, onde as quantidades envolvidas dos chamados gases-traço são
muito pequenas (Alvalá, 1995).
Pode-se definir a cromatografia como um processo físico-químico de separação onde os
constituintes da amostra são distribuídos entre uma fase estacionária e uma fase móvel
(Ciola, 1985). A fase móvel é sempre um fluido (líquido, na chamada cromatografia
líquida ou gás, na cromatografia gasosa). Na cromatografia gasosa, a amostra é
carregada por um gás, chamado de gás de arraste, através de uma coluna, onde
diferenças entre a interação dos constituintes da amostra com o material que compõe a
coluna (chamado de fase estacionária), faz com que cada constituinte a percorra em
diferentes tempos, o que causa a separação. O tempo transcorrido entre a injeção da
amostra e o pico do constituinte de interesse é denominado tempo de retenção. Após
percorrerem a coluna, os compostos de interesse são detectados por um detector
apropriado.
A Figura 3.3 ilustra a configuração típica do sistema de cromatografia gasosa. As
principais partes de um cromatógrafo são a coluna cromatográfica (responsável pela
separação dos constituintes da amostra), o forno (onde a coluna é aquecida e mantida a
uma temperatura constante), o detector e o integrador que são responsáveis pela
detecção e determinação dos picos dos constituintes de interesse.
Em uma análise, a amostra é inserida na coluna através de um sistema de injeção
(“loop” de amostragem) e levada através da coluna pelo gás de arraste a uma velocidade
constante. Na coluna, os constituintes da amostra migram entre a fase móvel e a fase
estacionária, de acordo com suas propriedades fisico-químicas. Para a determinação de
concentrações da ordem de partes por bilhão por volume (ppbv), é necessária a
utilização de um gás de arraste ultrapuro (99,999%). Para a análise de metano, o gás
28
adotado é o nitrogênio (N
2
), mantido sob alta pressão em cilindros especiais e que flui
através do sistema a um fluxo constante.
Figura 3.3 - Componentes básicos de um cromatógrafo a gás.
FONTE: Adaptada de Ciola (1985).
O detector utilizado na análise do metano é o detector de ionização de chama (DIC),
mostrado na Figura 3.4. O detector de ionização de chama é um dos mais amplamente
usados na cromatografia gasosa. Ele é de fácil utilização, mas destrói a amostra, já que o
gás de arraste proveniente da coluna é queimado em presença de ar e H
2
.
A chama produzida na queima da amostra se encontra em um campo elétrico. O DIC é
um detector altamente sensível a compostos orgânicos. Ao sair da coluna, o gás
(componentes da amostra + gás de arraste) é misturado com hidrogênio e ar sintético, e
então queimado em um queimador de aço inoxidável. Os compostos orgânicos
produzem íons e elétrons que podem conduzir eletricidade através da chama. Um
eletrodo polarizador sobre a chama coleta os íons formados, gerando uma corrente que é
amplificada. O sinal gerado é enviado a um integrador, que realiza a análise dos
cromatogramas, calculando o tempo de retenção, a área e a altura dos picos de cada
espécie química.
29
A concentração de metano nas amostras coletadas foi determinada através da
comparação da área obtida para o pico da amostra com a área de pico de uma amostra
conhecida, chamada de gás-padrão. Eram analisadas 3 alíquotas do gás (amostra ou gás-
padrão) para a determinação da área do pico. A cada três análises de amostras
(seringas), realizava-se uma nova calibração, de maneira a garantir a estabilidade da
relação sinal/ruído.
Figura 3.4 - Detector de Ionização de Chama.
FONTE: Adaptada de Ciola (1985).
No Laboratório de Ozônio do INPE, opera-se um cromatógrafo comercial, da marca
Shimadzu, modelo GC-14A otimizado para a análise do metano por Alvalá (1995), com
erro relativo para cada amostra analisada menor ou igual a 1%. Este cromatógrafo é
equipado com um loop de amostragem de 2,5 ml e duas colunas cromatográficas de aço
inoxidável, com 1/8 de polegada de diâmetro. A primeira coluna, de 2,5 metros, é
preenchida com gel de sílica e é utilizada para minimizar o tempo total de análise pela
retenção do vapor d’água, do CO
2
e de compostos de carbono mais pesados que o
metano. A segunda é uma coluna empacotada com peneira molecular de zeolite 5Å (5
Ângstrons), com 3,0 metros de comprimento, que é a responsável pela separação
cromatográfica dos gases da amostra. O gás-padrão utilizado foi adquirido da NOAA
(National Oceanic and Atmospheric Administration), e apresenta concentração de
1749,4 ± 4,5 ppbv. Cada análise cromatográfica tem duração (tempo de retenção) de 5
Coletor
Ignitor
Polarizador
Gases
da
Coluna
Amplificador
Eletrométrico
ar
H
2
Registrador
Integrador
30
minutos, o que representa 15 minutos de análise para cada amostra coletada. Com cerca
de 2600 amostras coletadas, o tempo total utilizado para a análise cromatográfica foi de
cerca de 650 horas.
3.4 Determinação dos Fluxos de Metano
A determinação do fluxo de metano emitido pela superfície da lagoa é feita a partir da
variação temporal da sua concentração no interior da cúpula. A concentração de metano
em uma amostra de gás pode ser escrita como a razão entre sua pressão parcial (p
i
) e a
pressão total (p), ou pela razão entre o número de moles de CH
4
(
4
CH
n
) e o número
total de moles da mistura (n
t
). O número de moles de uma substância presente na
amostra é dado pela razão entre a massa da substância (
4
CH
m ) e sua massa molar
(
4
CH
M ) ou
44
4
CHCH
CH
nmM= . Adotando-se uma variação no número de moles de
metano (
4
CH
n
∆ ), e aplicando-se a equação dos gases ideais (pV=mRT/M), pode-se
escrever:
4
4
44
CH
CH
CH
t
CH
pVM
RTm
n
n
χ∆=
∆
=
∆
(3.2)
ou
RT
pVM
m
CHCH
CH
44
4
χ
∆
=∆ (3.3)
onde p é a pressão total (atm), V o volume total (litros),
4
CH
M é a massa molar do
metano (16,04 g mol
-1
), R é a constante dos gases (0,082 atm l mol
-1
K
-1
) e T é a
temperatura (K). Admitindo-se que a variação do fluxo através da área A (m
2
) é
constante durante um intervalo de tempo
t
∆
, pode-se escrever o fluxo
4
CH
Φ (em
mgCH
4
m
-2
dia
-1
) como:
31
t
ART
pVM
t
ART
pVM
tART
pVM
CHCHCHCHCHCH
CH
∂
∂
=
∆
∆
=
∆
∆
=Φ
444444
4
χ
χ
χ
(3.4)
A mais importante variável em (3.3) é
4
CH
t
∂χ∂
, que é derivada das medidas de
concentração. Todas as demais variáveis são medidas diretamente no momento da
coleta. A grandeza
4
CH
t
∂χ∂
é estimada a partir da regressão linear, considerando-se
4
CH
t
∂χ∂
como o “b” em
0
bt
χ=χ+
, e o coeficiente de correlação r entre
χ
e t é uma
medida da incerteza em
4
CH
t
∂χ∂
.
Para se utilizar a regressão linear na obtenção de
4
CH
t
∂χ∂
, considera-se que o fluxo é
constante durante o tempo de coleta de amostras. Conforme suas características de
transporte ao longo da coluna d’água, o fluxo de metano pode ser dividido em fluxo
difusivo e fluxo ebulitivo. No primeiro, o metano produzido nos sedimentos se difunde
lentamente na água, até atingir a superfície e ser emitido para a atmosfera. Esse tipo de
fluxo é aproximadamente constante. No fluxo ebulitivo, a emissão de metano do
substrato se dá através de bolhas, que depois de liberadas atingem quase
instantaneamente a atmosfera. Nesse tipo de fluxo, que é esporádico, as quantidades
liberadas de metano normalmente são maiores que no fluxo difusivo. Na Figura 3.5 são
mostrados os resultados de duas coletas. Em (a) o fluxo é apenas difusivo e a
linearidade entre
χ
e t é mantida. Já em (b) observa-se a ocorrência de bolhas entre a
coleta em 6 minutos e em 12 minutos, que elevou a concentração dentro da cúpula em
mais de 4500 ppbv.
32
Figura 3.5 - Variação temporal da concentração medida no interior da cúpula para (a)
fluxos difusivo e (b) fluxo ebulitivo.
Quando ocorre fluxo ebulitivo, o fluxo não pode ser considerado constante e o
coeficiente de correlação entre a concentração e o tempo cai. Nesses casos, pode-se
obter apenas um fluxo médio a partir da diferença entre as concentrações inicial e final
dentro da cúpula.
3.5 Validação dos fluxos
Nem todos os fluxos coletados são válidos devido a diversas causas, como erros de
coleta e contaminação de amostras, e que contribuem para que algumas das medidas
sejam perdidas. Nesse trabalho, foram utilizados dois critérios objetivos para separar os
fluxos em difusivo ou ebulitivo e selecionar as medidas consideradas válidas. O
primeiro critério é dado pelo quadrado do coeficiente de correlação (r
2
), o qual deveria
ser superior a 0.9, garantido assim a linearidade requerida para um fluxo difusivo. Este
critério tem sido utilizado em diversos estudos sobre emissão de metano (Sass et al.,
1992; Khalil et al., 1998b; Alvalá e Kirchhoff, 2000). Esse critério não é excludente:
uma vez não atingida a linearidade, o fluxo não pode ser considerado difusivo, mas,
00:00 06:00 12:00 18:00
2100
2150
2200
2250
2300
2350
2400
2450
Linear Regression for A26F02_media:
Y = A + B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A 2095,73293 8,81981
B 25003,43557 1130,33257
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------
0,99796 10,01392 4 0,00204
------------------------------------------------------------
Concentração (ppbv)
Tempo (min)
00:00 06:00 12:00 18:00
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Concentração (ppbv)
Tempo (min.)
a
b
33
dependendo de suas características, pode ser considerado ebulitivo. O segundo critério
considera a concentração inicial
0
χ
(para t = 0) obtida a partir da regressão linear, a
qual foi comparada à concentração atmosférica observada nas amostras de ar ambiente,
coletadas próximas ao local de amostragem. A concentração
0
χ
deve ser próxima à
concentração ambiente medida. Se ambos os critérios forem respeitados, o fluxo é
válido, e classificado como fluxo difusivo.
O primeiro critério é baseado na consideração de que o fluxo difusivo de metano não
muda significativamente durante o intervalo de tempo envolvido na coleta (que é
inferior a 30 minutos). O segundo critério é necessário para eliminar fluxos anômalos
que, apesar de passarem pelo primeiro critério, podem apresentar alguma perturbação
ocorrida no início da coleta e causada, por exemplo, por movimentos na superfície da
água durante a colocação da cúpula.
Os fluxos ebulitivos normalmente não satisfazem o segundo critério, apesar de, em
alguns casos, passarem pelo primeiro critério. Assim, todas as curvas de concentração
dos fluxos que não satisfazem o segundo critério foram analisadas para determinar se
ocorreram bolhas durante as coletas, identificadas pela observação de um crescimento
abrupto na concentração medida no interior da cúpula (Smith et al, 2000). Um terceiro
critério de validação foi então aplicado exclusivamente a estes fluxos: a ocorrência da
bolha deveria ser identificada apenas depois da primeira amostra coletada, para evitar
que perturbações no momento da instalação da cúpula fossem confundidas com bolhas.
Assim, a primeira amostra (coletada em 6 minutos e, em alguns casos em 1 minuto)
deveria ter sua concentração não muito acima da concentração ambiente. Os fluxos
classificados como ebulitivos puderam ser tratados em separado com relação aos fluxos
difusivos, e sua importância para a emissão regional de metano foi então avaliada.
3.6 Análise Estatística
Medidas de fluxo nas quais se podem separar os componentes difusivo e ebulitivo
mostram que estas resultam em distribuições não-normais, pois são combinações de
34
emissões através de diferentes mecanismos de perda (Bartlett et al., 1988). Assim, os
conjuntos de dados para os fluxos obtidos se aproximam, mas não seguem distribuições
normais, uma situação comumente vista para emissões de gases traço (Bartlett et al.,
1990; Devol et al., 1990). Observa-se que um pequeno número de medidas com fluxos
muito altos tende a deslocar os valores médios derivados destes conjuntos para valores
mais altos, levando a uma grande diferença entre as médias e medianas (Ramos et al,
2006; Christensen et al., 2003, Keller e Stallard, 1994). Apesar de relativamente raras
em nossas medidas (cerca de 5%), estas amostras são representativas de emissões que
ocorrem em regiões rasas altamente produtivas e são ocasionadas principalmente pela
liberação episódica de bolhas e também por alguns fluxos difusivos extremos. Incluir os
valores altos observados no cálculo das médias, e sua utilização nas estimativas de
emissão, ao invés da utilização das medianas, torna as estimativas mais representativas
do fluxo da região. Para um grande número de medidas, como o obtido em nosso
trabalho, o Teorema do Limite Central assegura que a distribuição das observações será
aproximadamente normal (Wilks, 2006). Como conseqüência do Teorema, os conjuntos
obtidos para fluxo de gases traço costumam ser tratados de forma gaussiana (Bartlett et
al., 1990, Devol et al., 1988, Crill et al., 1988). Assim, neste trabalho, apresentamos
tanto as médias dos fluxos quanto suas medianas, possibilitando a comparação e
avaliação da importância dos fluxos intensos na estimativa da emissão da região, como
feito por Bartlett et al. (1988), Devol et al. (1988), Crill et al. (1988), Bartlett et al.
(1990) e Smith et al. (2000), cujos dados são tratados supondo uma distribuição
gaussiana. Nas comparações entre médias neste trabalho foi aplicado o teste t para duas
amostras, muito utilizado na análise de dados meteorológicos (Wilks, 2006). Em todas
as comparações entre médias realizadas nesse trabalho, assumiu-se um nível de
confiança de 95% para a validação da hipótese estatística assumida.
35
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Introdução
Na realização desse trabalho foram coletadas amostras em locais onde se pudesse obter
informações sobre os fluxos de metano em diferentes habitats ao longo de todo o ano,
possibilitando assim a realização de uma melhor estimativa da emissão de metano para
a região do Pantanal. Foram escolhidos vários pontos de coleta próximos da Base de
Estudos do Pantanal (BEP), da Universidade Federal do Mato Grosso do Sul (UFMS),
situados ao longo da estrada vicinal conhecida como Estrada Parque, o que permitiu um
acesso mais fácil a esses pontos. A BEP está situada na localidade chamada de Passo do
Lontra (19º 34,6’ S e 57º 01,1’O) no município de Corumbá, e oferece infra-estrutura
para a estadia durante os trabalhos de campo, incluindo laboratórios que foram
utilizados para a preparação do material para a realização das coletas e a calibração de
medidores.
No Pantanal as lagoas, definidas como bacias que contém água durante todo o ano,
compreendem uma pequena porção da área alagada total. Hamilton et al. (2002)
estimam que a área ocupada por lagoas permanentes e rios é de cerca de 3120 km
2
,
apresentando pouca variação ao longo do ano. O restante da área alagada do Pantanal é
constituído por vastas planícies que são alagadas principalmente quando os rios da
região transbordam e também pelo acúmulo local da água das chuvas. Muitas dessas
planícies secam sazonalmente, apesar de algumas áreas permanecerem com algum
alagamento residual durante todo o ano. Essas planícies apresentam profundidades
menores que as lagoas, e sua vegetação predominante varia ao longo do ano e do nível
de inundação. O Pantanal também pode ser subdividido de acordo com os tipos de solo.
Esta subdivisão foi apresentada sucintamente por Tundisi e Matsumura-Tundisi (1987)
e mais detalhadamente por Pacheco do Amaral (1986). O solo também pode ser usado
como um critério de delimitação do Pantanal, assim como o relevo, o regime de
inundação e a vegetação (Vila da Silva, 1998).
36
Os locais de coleta neste trabalho foram escolhidos para representar de maneira geral
estes dois habitats (lagoas e planícies alagadas), da sub-região do Abobral, no Pantanal
Sul-Matogrossense. O Pantanal, sua divisão em sub-regiões e a localização dos pontos
de coleta e da Base de Estudos do Pantanal são mostradas na Figura 4.1.
Durante os anos de 2004 e 2005, foram realizadas oito campanhas para coleta de
amostras no Pantanal. As coletas foram realizadas nos meses de março, junho, setembro
e dezembro de cada ano, com um total de 2602 amostras coletadas que resultaram na
determinação de 560 fluxos de metano válidos em 6 diferentes locais (Medalha e
Mirante Baú, São João, Baixa e Arara-Azul) na sub-região do Pantanal conhecida como
Abobral. Também foram realizadas coletas em uma lagoa na subregião Paraguai (Lagoa
do Arrozal) no mês de março de 2004. Esta lagoa tem como característica principal
estar ligada diretamente ao rio Paraguai.
O período de coletas foi caracterizado por taxas de precipitação abaixo da média dos
últimos 30 anos na região, o que levou a inundação em 2004 a atingir uma área menor
que a média dos anos anteriores. No ano de 2005, a precipitação abaixo da média
persistiu, e este pôde ser considerado como um ano de seca, com a régua de Ladário
registrando nível máximo de 3,29 metros (EMBRAPA, 2006). Entre 1974 e 2006,
apenas três anos foram considerados de seca (1994, 2001 e 2005). A baixa precipitação
e o pequeno transbordo dos rios da região levaram a um pequeno acúmulo de água nas
planícies, o que deixou a planície alagada São João praticamente seca durante a
campanha de dezembro de 2004, não permitindo a realização de medidas. As planícies
alagadas Arara-Azul e Baú também apresentaram intensa redução do nível de água, mas
ainda foi possível coletar algumas amostras.
37
Latitude Longitude Distância à BEP (km) Habitat
1
BEP
19º 34,6’S 57º 01,1’O
- -
2
Medalha
19º 34,5’S 57º 00,8’O
0,57 Lagoa
3
São João
19º 23,9’S 57º 02,9’O
19,9 Planície
4
Mirante
19º 23,9’ S 57º 03,0’O
21,2 Lagoa
5
Arara-Azul
19º 19,2’S 57º 03,2’ O
28,4 Planície
6
Baú
19º 19,2’ S 57º 03,2’O
28.8 Planície
7
Baixa
19º 18,5’ S 57º 03,3’O
30,1 Planície
8
Arrozal
19º 04,0’ S 57º 31,2’O
>200 Lagoa
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
Figura 4.1 - Mapa mostrando a divisão do Pantanal em sub-regiões. Destaca-se a região
de coleta , os locais de amostragem (setas brancas) e a BEP (seta amarela).
FONTE: adaptada de Miranda e Coutinho (2004) e EMBRAPA (2006).
38
A partir dos critérios linearidade e concentração inicial próxima à concentração
ambiente medida descritos anteriormente (ver Metodologia), os fluxos foram
classificados como fluxos difusivos ou fluxos ebulitivos. Nas oito campanhas realizadas
ao longo dos anos de 2004 e 2005, o fluxo difusivo variou de 1,0 a 145,5 mgCH
4
m
-2
d
-1
,
com um fluxo médio de 13,1 ± 20,7 mgCH
4
m
-2
d
-1
(n = 342) e uma mediana de 5,0
mgCH
4
m
-2
d
-1
. Por outro lado, os fluxos ebulitivos apresentaram valores maiores que
aqueles observados para o transporte difusivo, além de uma maior variabilidade (de 1,6
a 2187,0 mgCH
4
m
-2
d
-1
), com uma média de 279,5 ± 289,5 mgCH
4
m
-2
d
-1
(n = 218) e
uma mediana de 127,5 mgCH
4
m
-2
d
-1
. O fluxo geral médio sobre todas as medidas
(n=560) foi de 116,8 ± 275,8 mgCH
4
m
-2
d
-1
(mediana de 11,1 mgCH
4
m
-2
d
-1
), próximo às
médias encontradas por Smith et al. (2000) nas áreas alagadas do Rio Orinoco (114
mgCH
4
m
-2
d
-1
) e por Bartlett e Harris (1993) em medidas realizadas na região da
planície amazônica nos anos de 1985 e 1987 (148 mgCH
4
m
-2
d
-1
).
Os fluxos médios obtidos por Bartlett e Harris (1993) foram similares aos obtidos por
uma série de trabalhos realizados durante as décadas de 1980, também realizados na
região amazônica (Bartlett et al., 1988; Crill et al., 1988; Devol et al, 1988; Bartlett et
al, 1990; Devol et al., 1990). Em uma série de campanhas realizadas no Pantanal
durante 1997 e 1998, Alvalá e Kirchhoff (2000) observaram uma grande variabilidade
nos fluxos medidos. Os fluxos médios obtidos foram de 25 ± 28 mgCH
4
m
-2
d
-1
em 1997
e 190 ± 237 mgCH
4
m
-2
d
-1
em 1998. O fluxo médio para o ano de 1998 foi similar ao
obtido nesse trabalho.
Observou-se tanto no fluxo total quanto nos fluxos difusivo e ebulitivo uma
considerável diferença entre as médias e as medianas, o que também está representado
por um desvio na distribuição dos dados em relação a uma distribuição Gaussiana. Este
comportamento é observado em grande parte das medidas de emissão de gases traço
(Ramos et al., 2006; Christensen et al., 2003; Keller e Stallard, 1994; Devol et al., 1988;
Devol et al., 1990; Bartlett et al., 1988) e decorre principalmente da existência de alguns
fluxos muito intensos, principalmente no caso dos fluxos ebulitivos. Cerca de 80% dos
fluxos ebulitivos medidos se situa na faixa entre 1 e 100 mgCH
4
m
-2
d
-1
, enquanto apenas
39
2,7% estão acima de 1000 mgCH
4
m
-2
d
-1
.
Crill et al. (1988) também encontraram uma
distribuição similar nas medidas realizadas na região amazônica, com cerca de 92% dos
fluxos ebulitivos apresentando intensidade inferior a 100 mgCH
4
m
-2
d
-1
. Como apontam
Bartlett et al. (1988) esses fluxos intensos são causados pela liberação episódica de
grandes bolhas e, apesar de raros, são importantes para a realização de estimativas de
emissão e sua exclusão nas estimativas de fluxo médio causaria uma perda de
representatividade, levando à subestimação da emissão de metano da região.
A Figura 4.2 apresenta todos os fluxos medidos, separados em difusivo e ebulitivos, e
os fluxos médios por campanha e o desvio padrão obtidos para cada uma das oito
campanhas realizadas na região do Pantanal.
M J S D M J S D
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Fluxo Difusivo (mgCH
4
m
-2
d
-1
)
15
20
25
30
35
Temperatura da água (
o
C)
M J S D M J S D
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
2400
Fluxo Ebulitivo (mgCH
4
m
-2
d
-1
)
15
20
25
30
35
Temperatura da água (
o
C)
Figura 4.2 - Fluxos difusivo e ebulitivo individuais, suas médias por campanha e
temperatura média da água por campanha.
40
A temperatura média da água em cada campanha também é apresentada, como um
indicativo da variação climática. A variabilidade observada é a esperada em emissões de
metano, principalmente para áreas alagadas naturais rasas, como é ressaltado por
Bartlett et al. (1988) e Keller e Stallard (1994). Apesar da grande variabilidade
observada nas medidas de fluxo, a qual se reflete em altos valores de desvios-padrão, a
comparação entre o valor médio por campanha do fluxo difusivo com a temperatura
média indica a existência de um comportamento sazonal, com os maiores fluxos médios
ocorrendo nas campanhas de março e dezembro (período da cheia) enquanto os menores
ocorreram nas campanhas de junho e setembro (período da seca) de maneira similar ao
que ocorreu com a temperatura média da água.
4.2 Emissões por Habitat
Os trabalhos realizados por Bartlett et al. (1988), Crill et al. (1988) e Devol et al. (1988)
na planície amazônica indicaram a existência de diferenças na emissão de metano entre
os diferentes habitats que constituem aquela região. Marani e Alvalá (2007) mostram
que os fluxos, principalmente o ebulitivo, apresentam grande diferença entre as lagoas e
as planícies alagadas. Assim, os dados para os fluxos ebulitivo e difusivo neste trabalho
foram analisados em separado para cada habitat, e testes estatísticos foram aplicados
para determinar se existia diferença significativa entre as emissões de cada um deles.
Observou-se que os fluxos ebulitivos foram substancialmente maiores nas planícies
alagadas quando comparados aos fluxos ebulitivos obtidos nas lagoas. Os fluxos
difusivos não mostraram diferença estatisticamente significativa. A ausência de
diferenças no fluxo difusivo sugere que a liberação de metano através desse mecanismo
pode ser mediada por processos similares operando nos dois habitats, como a
estratificação da coluna d’água, a mistura turbulenta, a taxa de produção nos sedimentos
e a taxa de dissolução do metano na coluna d’água. Assim, as diferenças na influência
da inundação e as diferenças observadas nas emissões por ebulição dos dois habitats
sugerem que a divisão dos pontos de coleta em dois grupos diferentes leva a uma
análise mais representativa das emissões de metano.
41
Nas lagoas permanentes (chamadas localmente de baias) ocorreu uma pequena
influência do ciclo sazonal de alagamento, com pequena variação da altura da coluna
d’água ao longo do ano. Sua profundidade variou principalmente com a distância à
margem, atingindo até 4 metros nos locais mais profundos. Além disso, estas áreas
permanecem alagadas ao longo de todo ano, e sua área total apresenta pouca variação
sazonal. A vegetação dominante é flutuante (chamada de camalote ou aguapé –
Eichhornia crassipes e Eichhornia azurea). Nas margens, a vegetação dominante é um
tipo próprio de capim, chamado de mimoso-de-talo (Paspalidium paladivagum).
As planícies alagadas são caracterizadas como extensas planícies. São regiões
normalmente utilizadas para pastagem pelas fazendas locais durante o período seco e
que estão sob forte influência do ciclo de inundação. O nível da lâmina d’água varia
consideravelmente ao longo do ano, e apenas pequenas áreas permanecem com água
durante o pico da seca. Em anos de seca intensa, ou durante uma seqüência de anos de
cheias pequenas, essas áreas costumam secar completamente. Sua profundidade média é
inferior a 1 metro mesmo durante o pico da cheia. Sua vegetação apresenta grande
dinâmica, ou seja, grande variação na quantidade de determinadas espécies, de um ano
para outro, além de mudanças em função do processo de sucessão natural (mudança das
espécies aquáticas causada pela variação da profundidade), como é destacado por Pott e
Pott (2000). Estão presentes desde vegetação flutuante, como a orelha-de-onça
(Phyllanthus fluitans) até plantas com partes aéreas e raízes ligadas ao substrato, com
dominância da guapé (Pontederia parviflora Alexander), da lagartixa (Nymphaea
jamesoniana) e do lodinho-branco (Egeria najas), todas plantas aquáticas flutuantes
fixas (ligadas aos sedimentos). As plantas enraizadas tendem a ser dominantes nas áreas
mais razas, enquanto as plantas flutuantes surgem como espécies principais em
profundidades superiores a 1,5 metro.
Em razão das características descritas anteriormente, os pontos de coleta Arara-Azul,
Baixa, Baú e São João foram considerados planícies alagadas, enquanto que os pontos
denominados por Arrozal, Medalha e Mirante foram considerados lagoas permanentes,
como foi mostrado na Figura 4.1.
42
Após a separação por habitats, foram calculados os valores médios e medianos para os
fluxos difusivo e ebulitivo de metano e demais fatores ambientais de interesse (pH,
pressão parcial de oxigênio dissolvido, temperatura e profundidade da água). Os
resultados obtidos para o fluxo difusivo são mostrados na Tabela 4.1, que apresenta as
médias para o fluxo, a profundidade, a pressão parcial de oxigênio dissolvido na água
(na forma de log), o pH e a temperatura da água. Também são apresentadas as medianas
e os valores máximos e mínimos para cada grandeza.
Tabela 4.1 - Valores médios e medianas observados para o fluxo difusivo de metano
(mgCH
4
m
-2
d
-1
), a profundidade (m), a pressão parcial do O
2
dissolvido
(atm) o pH e a temperatura da água (°C) para lagoas e planícies alagadas.
Também são apresentados os valores mínimos e máximos encontrados.
Lagoas (n=201) Planícies Alagadas (n=141)
Média (±dp)
Mediana Min/Máx
Média (±dp)
Mediana Min/Máx
Fluxo
12,3 ± 16,6
5,4 1 / 90,5
14,1 ± 25,4
4,2 1 / 145,5
Profundidade
1,6 ± 1,0
1,3 0,2 / 3,5
0,5 ± 0,3
0,4 0,1 / 1,4
log p
O2
-39,5 ± 41,8
-53,5 -122,1 / 59,0
-33,5 ± 32
-38,4 -74,3 / 48,4
pH
7,3 ± 0,4
7,35 6,5 / 9,2
7,8 ± 1,0
7,65 6,4 / 9,8
Temperatura
27,6 ± 3,8
27 21 /38
28,8 ± 4,3
28 22 / 39
Observa-se que os valores médios do fluxo difusivo em lagoas e planícies alagadas são
muito semelhantes. Embora com valores inferiores, as medianas também se mostraram
semelhantes. As planícies alagadas apresentam uma variabilidade maior no fluxo
difusivo que a encontrada nas lagoas, o que pode estar relacionada com a influência da
vegetação no transporte de metano para a atmosfera e aos menores valores de
profundidade encontrados nas planícies alagadas. A aplicação do teste t indica que
existe uma diferença estatística significativa entre a profundidade média das lagoas e
das planícies alagadas. Em uma primeira aproximação, a diferença de profundidade
entre os ambientes não influiu significativamente no fluxo difusivo.
43
Diferentemente do observado para o fluxo difusivo, o fluxo ebulitivo apresentou grande
diferença de comportamento entre lagoas e planícies alagadas, com as médias
apresentando diferença estatística significativa. O mesmo observou-se com a
profundidade, que também apresentou diferença estatística significativa. A Tabela 4.2
apresenta as médias do fluxo, profundidade, pressão parcial de oxigênio dissolvido na
água (na forma de log), pH e temperatura da água. Também são apresentados as
medianas e os valores máximos e mínimos para cada grandeza.
Tabela 4.2 - Valores médios e medianas observados para o fluxo ebulitivo de metano
(mgCH
4
m
-2
d
-1
), a profundidade (m), a pressão parcial do O
2
dissolvido
(atm) o pH e a temperatura da água (°C) para lagoas e planícies alagadas.
Também são apresentados os valores mínimos e máximos encontrados.
Lagoas (n=76) Planícies Alagadas (n=144)
Média (±σ)
Mediana Min/Máx
Média (±σ)
Mediana Min/Máx
Fluxo 134,2 ± 216,0 82,2 2,0 / 5719,0 354,1 ± 435,7 204,4 1,6 / 2187,0
Profundidade
1,6 ± 1,1 1,0 0,1 / 3,5 0,6 ± 0,3 0,5 0,1 / 1,4
log p
O2
-41,2 ± 37,1 -55,3 -102,0/55,1
-30,4 ± 32,9
-37,5 -71,1 / 63,8
pH
7,3 ± 0,3
7,4 6,6 / 7,8
7,5 ± 0,9
7,4 6,4 / 9,6
Temperatura
29,2 ± 3,8
29,5 21 / 36
29,4 ± 4,1
29 21 / 39
Tanto a média do fluxo ebulitivo quanto a mediana obtidas nas planícies alagadas são
significativamente maiores que aqueles observados nas lagoas. Como as planícies
alagadas representam a maior parte da área alagável do Pantanal, estimativas para a
emissão de metano devem levar essa diferença em consideração. Este comportamento
diferente entre os dois habitats na emissão ebulitiva de metano deve estar relacionada
principalmente às diferenças de profundidade observadas entre lagoas e planícies
alagadas e possivelmente também com a disponibilidade de nutrientes. Vê-se na tabela
que a profundidade média nas planícies alagadas é significativamente inferior à
observada nas lagoas.
44
Além da maior intensidade dos fluxos ebulitivos nas planícies alagadas, também
observou-se uma maior taxa de ocorrência destes. A ocorrência de bolhas foi detectada
em 51% dos fluxos coletados nas planícies alagadas, enquanto apenas 27% das medidas
realizadas em lagoas indicaram a presença de fluxo ebulitivo. Os fluxos ebulitivos são
primariamente relacionados com a taxa de produção de metano nos sedimentos e com a
pressão hidrostática que deve ser superada para que as bolhas deixem os sedimentos,
como destacam Bastviken et al. (2004) e Keller e Stallard (1994). Assim, a maior
profundidade observada nas lagoas age como um atenuante na emissão de bolhas do
substrato, já que a pressão hidrostática é maior. Além disso, fatores como a troca de
calor e os ventos podem induzir turbulências na superfície da água e desencadear a
liberação de bolhas (Bastviken et al., 2004; Crill et al., 1988; Devol et al., 1988; Keller e
Stallard, 1994; Ramos et al., 2006). Assim, variações na insolação (cobertura de
nuvens) e nos ventos também podem estar relacionadas à ocorrência de bolhas. Nas
lagoas pesquisadas, a presença de matas nas margens pode ter diminuído a ação dos
ventos. Já as áreas alagadas constituem-se de áreas mais abertas, portanto, mais sujeitas
à ação de rajadas de vento e à ocorrência de turbulência, que deve ter favorecido a
liberação de bolhas pelos sedimentos.
Como mencionado por Bartlett et al. (1988) e Devol et al. (1988), a ocorrência de
bolhas é um evento ocasional, mas que quando ocorre domina a liberação de metano. A
presença de bolhas foi observada em 39% de todas as medidas de fluxo, mas foi
responsável por aproximadamente 90% da quantidade total de metano emitido para a
atmosfera. Keller e Stallard (1994) observaram que o fluxo ebulitivo é dependente da
profundidade, de forma inversamente proporcional, através da pressão hidrostática. Por
outro lado, Bastviken et al. (2004) observaram que a porcentagem de medidas com
ocorrência de bolhas em áreas alagadas temperadas é não-linearmente relacionada à
profundidade com bolhas sendo detectadas em uma faixa de 25 a 80% das cúpulas e
com uma maior razão de ocorrência de bolhas nos locais com menor profundidade. A
Figura 4.3 apresenta a frequência (ou razão) de ocorrência de bolhas em relação ao
número total de fluxos por faixa de profundidade em lagoas e em planícies alagadas.
Em nossas observações, a presença de bolhas foi detectada em 39% de todas as
45
medidas, variando entre 23% e 52% dependendo da faixa de profundidade e do habitat.
Observa-se uma diferença clara entre os dois habitats, com uma razão menor de
ocorrência de bolhas nas lagoas. Além disso, a maior ocorrência de bolhas nas lagoas
foi entre 0,1 e 0,49 metro (42%). Essa razão foi próxima à encontrada para as áreas
alagáveis nesta mesma faixa de profundidade (45%). As áreas das lagoas com pequenas
profundidades correspondem às áreas próximas às margens, sujeitas a condições
sazonais semelhantes às planícies alagadas e muitas vezes ficando secas durante o
período de seca.
0,1-0,49 0,5-0,69 0,7-0,89 0,9-1,29 1,3-1,49 1,5-1,89 1,9-2,99 3,0-3,5
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Faixa de Profundidade (m)
n
Ebulivo
/ n
Lagoas
Figura 4.3 - Razão de ocorrência de bolhas, por faixa de profundidade, em lagoas e
planícies alagadas.
Para profundidades maiores, a taxa de ocorrência de fluxos ebulitivos observada é
diferente entre as lagoas e as planícies alagadas. A maior frequência de ocorrência de
bolhas para planícies alagadas se deu entre 0,5 e 1,29 metros, com taxa de ocorrência de
bolhas de cerca de 70% na faixa 0,9-1,29 metro. A taxa média de ocorrência de bolhas
para as planícies alagadas foi de 51%. Como destacam diversos autores (Bastviken et
al., 2004; Crill et al., 1988; Devol et al., 1988; Keller e Stallard, 1994; Ramos et al.,
2006) a liberação de bolhas depende de um balanço complexo entre taxa de produção de
metano no substrato, condições físico-químicas da coluna d’água e pressão hidrostática.
Além disso, variações na pressão hidrostática, causadas por vento ou trocas de calor na
0,1-0,49 0,5-0,69 0,7-0,89 0,9-1,29 1,3-1,49
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
n
Ebulivo
/ n
Faixa de Profundidade (m)
Planícies Alagadas
46
superfície da água, podem ser fatores decisivos para desencadear a liberação de bolhas.
Keller e Stallard (1994) observam que a ocorrência de bolhas é mínima em locais mais
profundos que 9 metros, com a taxa de emissão de bolhas e a profundidade da água
fortemente anti-correlacionadas. Além disso, ao medirem a concentração de metano em
cada bolha, observaram uma tendência das bolhas capturadas em locais mais profundos
a terem concentrações de metano inferiores do que as capturadas em locais mais rasos.
A concentração de metano média nas bolhas de locais rasos foi de 77%, em locais de
profundidade média foi de 79%, enquanto as bolhas dos locais mais profundos
apresentaram uma concentração média de 66%. Relações significativas entre os fluxos e
profundidades foram observadas em trabalhos com medidas realizadas entre 0,1 e 15
metros (Bastviken et al., 2004; Keller e Stallard, 1994). A faixa de profundidade
encontradas no Pantanal foi pequena quando comparada a aqueles trabalhos, tendo
variado entre 0,15 e 3,5 metros, o que tornou difícil a observação de uma relação direta
entre fluxos e profundidade.
4.3 Influência de parâmetros ambientais da coluna d’água
A existência de relações entre os fluxos (ebulitivo ou difusivo) e os fatores ambientais
medidos (oxigênio dissolvido, pH e temperatura da água) foi investigada através de
regressões lineares. Os resultados dos testes de correlação entre cada variável e os
fluxos difusivo e ebulitivo indicam que não existe uma correlação direta entre as
emissões de metano e cada fator. Em todos os casos investigados, o coeficiente de
correlação (r) encontrado foi baixo (mais informações sobre o coeficiente de correlação
encontrado entre os fluxos de metano e as variáveis ambientais estão disponíveis nas
tabelas do Apêndice A). Além da regressão, procurou-se investigar a existência de
alguma influência destes fatores através da divisão dos fluxos em dois conjuntos,
tomando como referência a mediana do fator ambiental que se estava investigando. Em
um dos conjuntos foram mantidos os valores acima da mediana, enquanto o outro foi
constituído das medidas com valores da variável de interesse abaixo da mediana. As
médias dos fluxos e das demais variáveis foram determinadas para cada conjunto. Com
47
a aplicação do teste t verificou-se a existência de uma diferença estatística significativa
entre as médias obtidas para cada variável nos dois conjuntos. Essa metodologia de
comparação foi utilizada por Smith et al. (2000) na análise de fluxos de metano obtidos
em áreas alagadas na Venezuela e possibilita avaliar de forma qualitativa se as variáveis
ambientais estão conectadas à emissão de metano, apesar de não possibilitar a
realização de análises mais aprofundadas.
A maioria dos organismos metanogênicos é sensível ao pH do ambiente, habitando
preferencialmente locais com pH próximo à neutralidade (são ditos neutróficos), e
apresentam produção eficiente de metano quando o pH dos sedimentos varia entre 6,4 e
7,8 com queda nas taxas de produção para pH maiores ou menores (Wang et al., 1993).
Yang e Chang (1998) verificaram que a maior produção de metano ocorreu para valores
de pH 6,0 a 7,7 e que, nessa faixa, não ocorreram diferenças na taxa de produção, porém
a produção de metano foi inibida quando o pH dos sedimentos foi inferior a 3,2 (meio
ácido) ou superior a 9,3 (meio básico). Em nossas observações no Pantanal, o pH
medido próximo da superfície da água variou entre 6,4 e 9,8. Não foi possível medir os
fatores ambientais nos sedimentos, mas os valores observados na água próximo à
superfície podem ser considerados como indicativos do comportamento nos sedimentos.
Cerca de 90% das medidas apresentaram pH entre 6,5 e 7,7 com apenas 6% das
medidas acima de pH 9,0. A média obtida foi de 7,5 ± 0,7 com mediana de 7,4. Com
estes valores, pode-se dizer que a variação do pH ficou dentro da faixa considerada
ótima para as bactérias metanogênicas e que grandes variações nos fluxos nesta faixa de
pH não seriam esperadas. A existência de uma relação entre o pH e os fluxos não foi
observada, com a correlação encontrada muito baixa (r < 0,17). A separação em dois
conjuntos, baseada na mediana do pH, mostrou a existência de uma diferença
significativa entre os fluxos nas lagoas (Tabelas A.3 e A.4 do Apêndice A). Nas
planícies alagadas, não foi observada nenhuma diferença estatística significativa entre
os fluxos dos dois conjuntos. Também se observou uma diferença significativa no
oxigênio dissolvido, na temperatura, e na profundidade entre o conjunto com pH acima
da mediana e o conjunto com pH abaixo da mediana, tanto para o fluxo difusivo quanto
para o fluxo ebulitivo das lagoas. Como a faixa de variação do pH foi pequena, pode-se
48
considerar que a sua influência na produção de metano foi baixa, e a diferença
observada nos fluxos pode ter sido influenciada pelos demais fatores.
A produção de metano é máxima em ambientes completamente reduzidos, livres de
oxigênio, onde as bactérias metanogênicas apresentam máxima população. Por sua vez,
a presença de oxigênio dissolvido na água favorece a existência de bactérias
metanotróficas, responsáveis pela oxidação do metano. A quantidade de oxigênio
dissolvido nas águas do Pantanal ao longo dos anos de 2004 e 2005 foi baixa, com as
medidas realizadas em 2005 apresentando valores menores do que os observados em
2004. Cerca de 85% dos valores observados ficaram abaixo da condição de equilíbrio
com a atmosfera (log p
O2
= -0,68) e próximos à condição de anoxia, como também
encontrado por Hamilton et al. (1995), indicando a existência de um déficit de oxigênio.
Em geral, as lagoas tenderam a apresentar menos oxigênio dissolvido que as planícies
alagadas.
O coeficiente de correlação entre o oxigênio dissolvido e os fluxos de metano
apresentou um valor negativo e baixo tanto para as lagoas (r = -0,36 para o fluxo
difusivo e r = -0,24 para o fluxo ebulitivo) quanto para as planícies alagadas (r = -0,12
para o fluxo difusivo e r = 0,02 para o fluxo ebulitivo). Além disso, das Tabelas A.5 e
A.6 do Apêndice A, observa-se que a faixa de variação da pressão parcial do oxigênio
dissolvido foi bem maior nas lagoas, com algumas medidas muito baixas, como se pode
constatar da grande diferença entre médias e medianas. Nas lagoas, a separação com
base na mediana do log p
O2
mostrou que existe uma diferença estatística significativa
entre os dois conjuntos tanto no fluxo difusivo (6,9, ± 11,7 mgCH
4
m
-2
d
-1
e 20,0 ± 19,2
mgCH
4
m
-2
d
-1
) quanto no fluxo ebulitivo (71,8 ± 72,4 mgCH
4
m
-2
d
-1
e 228,3 ± 314,0
mgCH
4
m
-2
d
-1
), com as maiores médias de fluxo acontecendo no conjunto com os
valores de oxigênio dissolvido abaixo da mediana. Portanto, o fluxo mostrou-se muito
maior no conjunto com menor quantidade de oxigênio dissolvido, o que se relaciona à
condição de anoxia necessária para a presença de bactérias metanogênicas levando a
uma maior taxa de produção de metano no substrato e sua liberação através de bolhas e
também a uma possível menor destruição de metano durante a difusão ao longo da
coluna d’água. A grande diferença entre os fluxos médios de cada conjunto indica que a
49
concentração de oxigênio dissolvido na água tem influência na emissão de metano ao
garantir um ambiente ideal para a produção bacteriana.
A produção do metano é dependente da temperatura dos sedimentos, tendo taxa máxima
de produção em torno de 37°C (Yang e Chang, 1998). Nossas medidas de temperatura
se restringiram a 10 cm de profundidade mas pode-se dizer que a temperatura nos
sedimentos tende a ser sempre inferior às medidas realizadas próximas à superfície da
água. Esta segue o padrão de variação sazonal da temperatura. Em nossas medidas, a
temperatura da água próxima à superfície variou entre 21 e 39°C, com os menores
valores acontecendo durante os meses de junho e setembro. Apesar de não apresentar
uma correlação com os fluxos de metano, a divisão em conjuntos, a partir das medianas
da temperatura, mostrou uma diferença estatística significativa no fluxo difusivo nas
lagoas, com fluxo médio para o conjunto com temperaturas abaixo da mediana de 3,8 ±
2,7 mgCH
4
m
-2
d
-1
de 18,6 ± 19,5 mgCH
4
m
-2
d
-1
para o conjunto de temperaturas acima da
mediana, como podem ser visto nas Tabelas A7 e A8 do Apêndice A. A divisão em dois
conjuntos baseada na mediana da temperatura causou a separação dos fluxos entre os
meses de junho/setembro e dezembro/março, e mostra que a variação da temperatura é a
principal responsável pela variação sazonal observada no fluxo difusivo das lagoas. Nas
planícies, o fluxo difusivo não apresentou uma diferença estatisticamente significativa.
4.4 Influência da Vegetação
Além do transporte por meio da difusão na coluna d’água e da liberação de bolhas pelos
sedimentos, um outro mecanismo de emissão potencialmente importante é o transporte
direto de metano para a atmosfera através dos caules de vegetação. Os caules podem
atuar como dutos por onde o metano produzido nos sedimentos é transportado e
liberado para a atmosfera sem sofrer a ação oxidante da coluna de água. Além disso,
partes das plantas, como as raízes, constituem uma fonte de matéria orgânica para a
ação das bactérias. Diversos trabalhos, realizados tanto em áreas alagadas tropicais
(Devol et al., 1988; Bartlett et al., 1990; Crill et al., 1988) quanto em áreas alagadas
temperadas (Christensen et al., 2003) mostram que as maiores emissões de metano são
50
de áreas alagadas cobertas por vegetação. Para investigar a influência da presença da
vegetação na emissão de metano do Pantanal, algumas medidas foram realizadas sobre
pontos em que ao menos uma das cúpulas cobria vegetação aquática, enquanto as
demais estavam colocadas sobre água aberta próxima. A Tabela 4.3 resume os
resultados obtidos na análise da influência da vegetação nos fluxos difusivo e ebulitivo
em cada habitat, apresentando os valores médios, o desvio padrão (σ) e suas medianas.
Quando comparadas, as medidas sobre vegetação e água aberta mostram a existência de
diferença estatística significativa apenas entre os fluxos difusivos medidos nas planícies
alagadas.
Tabela 4.3 - Fluxos difusivo e ebulitivo médios (mgCH
4
m
-2
d
-1
) sobre áreas de vegetação
e sobre áreas de água aberta. As medianas também são apresentadas.
Planícies Alagadas Lagoas
n
Média (±?() Mediana n Média (??() Mediana
Água
aberta
90 8,0 ? 12,3 4,1
17
6
12,3 ? 16,0 5,4
Difusivo
Vegetação 51 24,8 ??36,8 4,7 25 12,7 ??20,6 5,2
Água
aberta
77 397,2 ??478,0 240,3 65 139,8 ??228,0 75,4
Ebulitivo
Vegetação 67 304,5 ??378,9
190,9 9
94,2 ± 88,1
87,0
Como aponta Devol et al. (1988) e Christensen et al. (2003), o transporte através da
vegetação ocorre quando esta é ligada aos sedimentos pelas raízes, e é dependente da
densidade de plantas. No Pantanal, a vegetação cobre grandes extensões das áreas
alagadas, mas em geral, elas estão ligadas ao sedimento apenas próximo às margens,
onde a profundidade é menor. Nas lagoas, nossas medidas foram realizadas
principalmente em pontos da região central, onde a vegetação predominante é flutuante.
Assim a influência da vegetação no transporte deve ter sido minimizada. Já nas
planícies alagadas, a profundidade média é menor, e, em muitos casos, a vegetação
51
apresenta raízes que a ligam ao sedimento, possibilitando a ocorrência do transporte do
metano através da vegetação. Esse transporte se dá de maneira contínua, aparecendo nas
medidas como parte do componente difusivo. Como as planícies alagadas são a
principal componente da área alagada anualmente no Pantanal, as estimativas de
emissão devem levar em consideração quanto dessa área é coberta por vegetação. As
grandes variedades de vegetação, bem como a variação espacial e sazonal de sua
distribuição, tornam a avaliação da influência da vegetação na emissão total de metano
uma tarefa difícil. A partir de imagens de satélite, Hamilton et al. (1995) estimaram de
forma aproximada que até 80% das áreas alagadas do Pantanal podem ser cobertas por
vegetação, mas sem realizar uma melhor caracterização do tipo de vegetação, se são
flutuantes livres ou fixadas aos sedimentos. Na realização das estimativas de emissão,
foi considerado que a vegetação predominante nas planícies alagadas tem ligação com
os sedimentos e, portanto, tem contribuição para o fluxo de metano.
4.5 Variabilidade Sazonal e Interanual
Para analisar a existência de um padrão sazonal nas emissões de metano, os fluxos
medidos foram separados em dois conjuntos: o conjunto da estação de cheia, contendo
os fluxos medidos em dezembro e março, e o conjunto de seca, com os fluxos obtidos
nas campanhas de junho e setembro. A Tabela 4.4 apresenta os valores médios
observados para o fluxo difusivo, a profundidade, a temperatura da água, o oxigênio
dissolvido e o pH, para cada estação do ano.
A comparação entre o fluxo difusivo médio obtido durante a cheia e o obtido durante a
seca mostrou que existe diferença estatística significativa entre eles tanto nas planícies
alagadas quanto nas lagoas. Além disso, a profundidade, a temperatura da água e a
quantidade de oxigênio dissolvido também foram diferentes nas duas estações do ano,
ressaltando a influência da variação sazonal destas variáveis como causa da variação
sazonal do fluxo difusivo. Como observado na análise da influência das variáveis
ambientais, a variação na quantidade de oxigênio dissolvido entre a cheia e a seca deve
ser a principal influência na variação sazonal do fluxo difusivo.
52
Tabela 4.4 - Valores médios para o fluxo difusivo, a profundidade, a temperatura da
água, o oxigênio dissolvido e o pH para as estações de cheia e seca.
Planícies Alagadas Lagoas
Cheia (n = 54) Seca (n = 87) Cheia (n = 82) Seca (n = 119)
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 21,3 ± 34,7 9,7 ± 16,0 16,7 ± 18,4 9,4 ± 14,5
Profundidade (m) 0,6 ± 0,4 0,5 ± 0,2 2,1 ± 1,1 1,3 ± 0,8
Temperatura da água (°C)
33,0 ± 3,5 26,2 ± 2,1 31,2 ± 2,7 25,2 ± 2,0
log p
O2
-49,9 ± 19,1 -15,7 ± 33,6 -56,7 ± 28,2 -25,1 ± 45,8
pH 8,0 ± 1,0 7,7 ± 1,0 7,2 ± 0,3 7,4 ± 0,3
Os resultados obtidos para o fluxo ebulitivo são mostrados na Tabela 4.5. O fluxo
ebulitivo médio entre as estações de cheia e de seca não apresentou diferença
estatisticamente significativa em nenhum dos dois habitats, mesmo com a temperatura,
a profundidade da água e a quantidade de oxigênio dissolvido apresentando diferenças
estatísticas significativas. A diferença observada na quantidade de oxigênio dissolvido
não foi grande e, além disso, a análise da influência das variáveis ambientais mostrou
que o fluxo ebulitivo é pouco dependente dos demais fatores.
Tabela 4.5 - Valores médios para o fluxo ebulitivo, a profundidade, a temperatura da
água, o oxigênio dissolvido e o pH para as estações de cheia e seca.
Planícies Alagadas Lagoas
Cheia (n = 72) Seca (n = 72) Cheia (n = 42) Seca (n = 32)
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 356,8 ± 429,4 351,4 ± 445,0 152,6 ± 210,0 110,2 ± 224,8
Profundidade (m) 0,7 ± 0,3 0,5 ± 0,2 2,1 ± 1,2 1,0 ± 0,5
Temperatura da água (°C)
32,5 ± 3,2 26,2 ± 2,0 31,9 ± 2,3 25,8 ± 2,3
log p
O2
-44,6 ± 16,8 -13,2 ± 39,2 -48,0 ± 21,0 -32,5 ± 49,9
pH 7,5 ± 0,9 7,6 ± 0,9 7,2 ± 0,3 7,4 ± 0,3
53
Estes resultados são indicativos de que a liberação de metano para a atmosfera através
do fluxo ebulitivo deve envolver outros fatores, como por exemplo, os diferentes
compostos orgânicos presentes nos sedimentos e coluna d’água e também variações na
pressão hidrostática que possam desencadear a liberação das bolhas.
Em um trabalho realizado na planície amazônica, Bartlett et al. (1990) comparam os
resultados obtidos durante a cheia em 1985 com resultados obtidos durante o período de
vazante em 1987, os quais sugerem que as taxas de emissão permaneceram
relativamente constantes durante o período de subida e de descida da água. Mas como
destaca Bartlett et al. (1990), nesse trabalho foram analisados os fluxos obtidos durante
a subida (1985) e a descida (1987) do rio, em torno do nível máximo atingido pelo rio, e
ainda durante a estação das chuvas. Não foram obtidos fluxos no período de seca,
quando o rio atinge seu menor nível. Além disso, analisou-se o fluxo médio, sem
considerar os fluxos ebulitivo e difusivo em separado. Em nosso trabalho, apenas o
fluxo difusivo apresentou variação sazonal significativa. O fluxo médio, devido à
grande contribuição do fluxo ebulitivo, não apresentou uma variação sazonal
significativa. Em um trabalho realizado durante os anos de 1997 e 1998 na Lagoa da
Medalha (também utilizada nesse trabalho), Alvalá e Kirchhoff (2000) observaram a
presença de uma forte variação sazonal na média mensal dos fluxos difusivos, com
valores médios para o período da cheia (outubro a abril) de 238 ± 238 mgCH
4
m
-2
d
-1
enquanto no período de seca o valor médio foi de apenas 7 ± 14 mgCH
4
m
-2
d
-1
.
Resultados preliminares apresentados por Marani e Alvalá (2007) também indicam a
existência de uma pequena variação sazonal nos fluxos difusivos ao longo do ano de
2004, com valores mais intensos durante o período de cheia em comparação com os
obtidos para o período de seca. A variação sazonal observada apenas no fluxo difusivo
indica que a variação sazonal no fluxo de metano no Pantanal pode não ser significativa
na extrapolação e na realização de estimativas de emissão da região. A variação da área
alagada é mais significativa, se mostrando como o principal fator determinante da
sazonalidade na emissão regional de metano.
Com base em informações sobre variabilidade interanual dos fluxos de metano em áreas
alagadas das regiões temperadas do Hemisfério Norte, Walter et al. (2001a) estimam
54
que a grande variabilidade observada nas taxas de crescimento anual da concentração de
metano na atmosfera pode estar relacionada, em grande parte, à variabilidade interanual
nas emissões das áreas alagadas causadas por variações nas taxas de precipitação (que
causa variações na área total alagada e na profundidade) e na temperatura em diferentes
anos.
São poucos os dados sobre a variabilidade interanual em áreas alagadas tropicais, com
apenas um trabalho realizado na região da planície amazônica (Bartlett et al., 1990), que
indicou não existir uma diferença estatística significativa no fluxo geral médio entre os
dois anos de estudo (1985 e 1987), no entanto, os períodos do ano analisado foram
diferentes. Enquanto em 1985 analisou-se o fluxo de metano durante o período de
subida do rio, em 1987 foi analisado o início do período da vazante. Mesmo não
observando uma variação interanual significativa no fluxo, Bartlett et al. (1990)
sugerem que a variabilidade no tamanho da área alagada ano a ano poderia causar uma
variação interanual grande na emissão da planície amazônica como um todo. Assim,
pode-se destacar duas causas possíveis para a variabilidade na emissão de metano de
uma região: a variação do tamanho da área alagada e a variação do fluxo, que podem ser
causadas pela variabilidade na precipitação (que se refletiriam na profundidade e na área
alagada) e na temperatura em diferentes anos. No caso do Pantanal, Hamilton et al.
(2002) destacam que a maior parte da variabilidade climática observada é dirigida pelas
anomalias na temperatura superficial das águas do Oceano Pacífico (os fenômenos El
Niño e La Niña) que influem diretamente na taxa de precipitação na bacia pantaneira e
seus afluentes. A Tabela 4.6 apresenta os valores médios obtidos para o fluxo difusivo,
profundidade, temperatura da água, oxigênio dissolvido e pH, obtidos para cada ano.
A comparação entre os fluxos difusivos medidos nos anos de 2004 e de 2005, através do
teste t, mostra que as médias de cada ano para esse fluxo apresentam uma diferença
estatística significativa apenas para as lagoas, que também apresentam diferença
significativa entre as profundidades médias e a quantidade de oxigênio dissolvido. O
fluxo difusivo médio das lagoas em 2005 foi maior que o de 2004, enquanto a
profundidade e a quantidade de oxigênio dissolvido foram menores. O maior fluxo
médio observado em 2005 pode ter sido causado pelo ambiente mais anoxico e mais
55
raso quando comparado a 2004, o que teria levado a uma maior produção e emissão de
metano por meio de difusão. Nas planícies alagadas, mesmo com uma menor
quantidade de oxigênio dissolvido em 2005, não se observou diferença estatística
significativa no fluxo difusivo médio. A profundidade média nos dois anos também não
foi estatisticamente diferente, o que pode ter contribuído para que o fluxo difusivo nas
planícies alagadas fosse similar entre os dois anos.
Tabela 4.6 - Valores médios para o fluxo difusivo, profundidade, temperatura da água,
oxigênio dissolvido e pH para 2004 e 2005.
Planícies Alagadas Lagoas
2004 (n = 61) 2005 (n = 80) 2004 (n = 105) 2005 (n = 96)
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 12,0 ± 17,4 15,7 ± 30,1 7,5 ± 11,4 17,6 ± 19,5
Profundidade (m) 0,5 ± 0,2 0,5 ± 0,4 1,9 ± 1,1 1,3 ± 0,8
Temperatura da água (°C)
28,9 ± 5,7 28,7 ± 2,7 27,7 ± 4,9 27,5 ± 1,8
log p
O2
-13,5 ± 26,6 -61,9 ± 9,4 -13,1 ± 33,8 -76,7 ± 15,1
pH 7,6 ± 0,8 8,1 ± 1,1 7,2 ± 0,4 7,5 ± 0,3
A Tabela 4.7 apresenta os resultados médios obtidos para o fluxo ebulitivo, a
profundidade, a temperatura da água, o oxigênio dissolvido e o pH para 2004 e 2005. Os
valores médios encontrados para o fluxo ebulitivo nas planícies alagadas e nas lagoas
foram maiores para o ano de 2005, mas só apresentaram diferença estatística
significativa para as lagoas.
Nas planícies alagadas, a única variável medida que apresentou diferença estatística
significativa foi a quantidade de oxigênio dissolvido na água, com o ano de 2005
apresentando condições mais anóxicas para a coluna d’água, o que também foi
observado nas lagoas. Nas lagoas a profundidade também foi diferente entre 2004 e
2005, com valor médio menor em 2005. As demais variáveis não apresentaram
diferença significativa.
56
Dos parâmetros medidos, a profundidade e a quantidade de oxigênio dissolvido parecem
ter sido os principais fatores responsáveis pela variação no fluxo ebulitivo médio. Como
indicam Keller e Stallard (1994) e Bastviken et al. (2004), tanto o fluxo ebulitivo quanto
a frequência de ocorrência de bolhas apresentaram dependência com a profundidade,
tendo maior intensidade em profundidades menores. Outros fatores como a quantidade
de matéria orgânica disponível, as taxas de produção de metano nos sedimentos e seu
consumo na coluna d’água (metanotrofia) podem apresentar variações de um ano para o
outro influenciando a emissão do metano para a atmosfera, e dificultando a
quantificação da influência de cada um dos fatores.
Tabela 4.7 - Valores médios para os fluxos ebulitivo, a profundidade, a temperatura da
água, o oxigênio dissolvido e o pH para 2004 e 2005.
Planícies Alagadas Lagoas
2004 (n = 66) 2005 (n = 78) 2004 (n = 40) 2005 (n = 34)
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 322,3 ± 479,1 381,0 ± 396,5 76,0 ± 76,8 202,7 ± 295,5
Profundidade (m) 0,5 ± 0,2 0,6 ± 0,3 1,9 ± 1,2 1,3 ± 0,9
Temperatura da água (°C) 28,5 ± 5,3 30,1 ± 2,6 29,8 ± 4,9 28,6 ± 1,9
log p
O2
-9,0 ± 32,6 -52,2 ± 13,0 -18,1 ± 36,6 -67,7 ± 10,7
pH 7,5 ± 0,8 7,6 ± 1,1 7,2 ± 0,2 7,5 ± 0,3
A realização de estimativas da emissão de metano que investiguem a participação das
áreas alagadas tropicais na variação interanual da concentração atmosférica deve
considerar a diferença observada nos fluxos difusivo e ebulitivo das lagoas. Um maior
número de anos de observação é necessário para uma melhor compreensão dessas
contribuições.
57
4.6 Estimativa de emissão de metano para o Pantanal
Estimativas de emissão de metano são derivadas da combinação dos fluxos médios com
informações sobre a área alagada. Apesar da considerável incerteza causada pela grande
variabilidade e espalhamento nas medidas de fluxos, estas estimativas ajudam a indicar
a importância de determinada área alagada na emissão global de metano e sua influência
no balanço atmosférico. A caracterização da variabilidade temporal e espacial dos
fluxos de metano e das áreas de emissão é necessária para a realização de estimativas de
fluxo em escala regional de áreas grandes, complexas e heterogêneas como o Pantanal.
A avaliação da importância dos componentes difusivo e ebulitivo do fluxo de metano,
bem como de seus comportamentos em diferentes ambientes também se faz necessária
para diminuir a incerteza presente nestas estimativas.
Como ressaltam Bastviken et al. (2004), ainda existem questões em aberto relacionadas
ao conteúdo global de metano, incluindo discrepâncias entre extrapolações de medidas
de pequena escala feitas em ambientes específicos e modelos que calculam emissões
desses ambientes baseados em observações da concentração atmosférica do metano e
sua composição isotópica. As atuais estimativas de emissão de metano das áreas
alagadas tropicais apresentam três principais deficiências: a excessiva dependência de
dados da planície Amazônica; pouca informação sobre variações sazonais e espaciais
dos fluxos e o conhecimento insuficiente da área alagada nos trópicos. Bartlett et al.
(1990) indicam que as taxas de emissão de metano utilizadas em estimativas anteriores
de emissão de áreas alagadas tropicais eram muito baixas quando comparadas aos
fluxos médios obtidos durante o GTE ABLE 2A/AGE (Bartlett et al, 1988, Devol et al,
1988, Crill et al, 1988). Da mesma forma, a estimativa de emissão de metano baseada
em medidas intensivas de fluxo no Pantanal é necessária para melhorar o entendimento
da participação desta área para o conteúdo global de metano.
A análise dos fluxos de metano apresentada neste trabalho mostra a importância do
componente ebulitivo para o fluxo médio de metano nos ambientes em que as medidas
foram realizadas (lagoas e planícies alagadas), além da existência de variabilidade nos
fluxos difusivo e ebulitivo em escala espacial em uma mesma área de coleta e entre
58
diferentes áreas da mesma região. A análise da variabilidade temporal mostrou a
existência de uma pequena variação sazonal, observada no fluxo difusivo, e de uma
possível variação interanual. Esses dados foram utilizados para uma estimativa
aproximada da emissão de metano da região considerando as variabilidades observadas.
Nos cálculos de estimativas foram considerados apenas os casos em que foi observada
diferença estatística significativa entre os parâmetros.
4.6.1 Fluxo anual médio
Foram realizadas várias estimativas considerando-se progressivamente as diferenças
observadas no fluxo de metano. Para comparação com a emissão de outras regiões
alagadas tropicais, que possuem áreas diferentes, inicialmente foi determinado o fluxo
médio anual, em gCH
4
km
-2
ano
-1
. Uma primeira estimativa para o fluxo de metano no
Pantanal foi obtida a partir do fluxo médio de 116,8 mgCH
4
m
-2
d
-1
ao se considerar todas
as amostras, resultando em um fluxo anual médio de 42,6 tonCH
4
km
-2
ano
-1
. Esta
primeira estimativa pode ser considerada bem grosseira, uma vez que não considera as
diferenças entre o fluxo ebulitivo e difusivo e as demais variáveis observadas, e deve se
considerar apenas como indicativa da ordem de grandeza do fluxo de metano no
Pantanal.
Ao se considerar a separação entre fluxos difusivo e ebulitivo, deve-se levar em
consideração que o fluxo ebulitivo não acontece durante todo o tempo, como ocorre
com o fluxo difusivo, podendo se supor este último constante em toda a área. Para dar a
devida importância ao fluxo ebulitivo, deve-se considerar a razão de ocorrência desse
fluxo com relação ao número total de medidas. Para essa estimativa do fluxo de metano,
considerou-se apenas a separação entre os fluxos difusivo e ebulitivo que, em nossas
medidas, ocorreu em 218 dos 560 fluxos medidos, ou na razão de 38,9% dos fluxos.
Assim, ao calcular o fluxo médio anual, consideramos que o fluxo difusivo ocorreu em
toda a área (100%) enquanto o fluxo ebulitivo apenas em uma fração (38,9%) da área do
Pantanal. Com base nessas considerações, o fluxo anual médio do Pantanal pode ser
estimado em 44,6 tonCH
4
km
-2
ano
-1
com uma contribuição de 4,8 tonCH
4
km
-2
ano
-1
do
59
fluxo difusivo e de 39,8 tonCH
4
km
-2
ano
-1
do fluxo ebulitivo, o que resulta 5% maior do
que ao se considerar apenas o fluxo médio.
Durante a análise dos resultados, mostrou-se também que existe uma diferença
importante entre os fluxos de metano medidos nas lagoas e os fluxos medidos nas
planícies alagadas. Essa diferença é significativa entre os fluxos ebulitivos médios
destes dois habitats (134,2 mgCH
4
m
-2
d
-1
e 354,1 mgCH
4
m
-2
d
-1
para lagoas e planícies,
respectivamente). Assim, estimativas que levem em conta essa diferença tendem a
serem mais precisas. A razão de ocorrência de bolhas em cada habitat também se
mostrou diferente, sendo maior nas planícies alagadas (51% contra 27% nas lagoas).
Considerando o fluxo por habitat, a estimativa de fluxo de metano resulta em 18,0
tonCH
4
km
-2
ano
-1
para as lagoas, frente um fluxo estimado em 70,7 tonCH
4
km
-2
ano
-1
para as planícies alagadas, o que destaca a importância das planícies alagadas como
principal emissora de metano dentro do Pantanal e da importância da realização de
medidas nesses ambientes.
Neste ponto, pode-se fazer uma avaliação da variação de emissão anual nos dois anos de
amostragem, lembrando que tanto o fluxo difusivo quanto o ebulitivo das lagoas
apresentou uma diferença estatística significativa entre 2004 e 2005. Fluxo difusivo
médio anual nas lagoas foi de 2,7 tonCH
4
km
-2
ano
-1
e 6,4 tonCH
4
km
-2
ano
-1
para 2004 e
2005, respectivamente. Já o fluxo ebulitivo médio nas lagoas foi de cerca de 7,5
tonCH
4
km
-2
ano
-1
para 2004 e de 20,0 tonCH
4
km
-2
ano
-1
para 2005. O fluxo médio anual
nas lagoas foi então estimado em 10,2 tonCH
4
km
-2
ano
-1
para o ano de 2004 e, para o
ano de 2005, em 26,4 tonCH
4
km
-2
ano
-1
, com uma variação de cerca de mais de 250% de
um ano para o outro.
Outra diferença significativa observada ao longo das análises foi a influência da
vegetação na emissão de metano. A vegetação pode atuar como um caminho que facilita
a emissão de metano do substrato para a atmosfera, impedindo que este seja destruído
ao longo da coluna d’água. Essa influência foi observada nas medidas de fluxo difusivo
nas planícies alagadas (24,8 mgCH
4
m
-2
d
-1
em águas vegetadas e 8,0 mgCH
4
m
-2
d
-1
em
água aberta). Assim, uma melhor estimativa da emissão de metano para as planícies
60
alagadas deve levar em consideração a influência da vegetação no fluxo difusivo.
Hamilton et al. (1995) estimam que a vegetação cubra a maior parte dos ambientes no
Pantanal (cerca de 80% da área total). Sob essas considerações, o fluxo difusivo médio
anual nas áreas alagadas foi calculado em 7,8 tonCH
4
km
-2
ano
-1
. A contribuição das
áreas com presença de vegetação foi de 7,2 tonCH
4
km
-2
ano
-1
enquanto as áreas sem
vegetação foram responsáveis por apenas 0,6 tonCH
4
km
-2
ano
-1
. O fluxo médio anual
por área para as planícies alagadas se torna então 73,7 tonCH
4
km
-2
ano
-1
. A Tabela 4.8
resume os resultados das estimativas para a emissão anual média de metano por área,
mostrando a contribuição relativa dos fluxos difusivo e ebulitivo em cada área.
Tabela 4.8 - Fluxos difusivo e ebulitivo e fluxo médio anual (tonCH
4
km
-2
ano
-1
).
Habitat Fluxo Difusivo Fluxo Ebulitivo Fluxo Anual
Pantanal
1
- - 42,6
Pantanal
2
4,8 39,8 44,6
Lagoas
3
4,8 13,2 18,0
Planície
3
4,8 65,9 70,8
Lagoas (2004)
4
2,7 7,5 10,2
Lagoas (2005)
4
6,4 20,0 26,4
Planície (Veg)
5
7,8 65,9 73,7
1
Considerando o fluxo geral médio;
2
Considerando separadamente os fluxos difusivo e ebulitivo;
3
Considerando a diferença nos fluxos difusivo e ebulitivo entre lagoas e planícies alagadas;
4
Considerando a variação interanual nos fluxos para as lagoas entre 2004 e 2005;
5
Considerando a influência da vegetação no fluxo difusivo das planícies e cobertura de vegetação de 80%;
4.6.2 Área alagada
Um fator importante de uma determinação da emissão de metano do Pantanal para a
atmosfera é a extensão espacial da área alagada. Essa extensão é primariamente
controlada pela variação sazonal do nível do rio e pelo acúmulo de água da precipitação.
Com base em dados de satélite, Hamilton et al. (2002) obtiveram diversas estimativas
sobre o alagamento no Pantanal, considerando a área total, área média e também a
61
duração do período da inundação, os quais foram utilizados nas estimativas de emissão
do Pantanal.
A área máxima sujeita à inundação (incluindo lagoas permanentes, canais de rios e
planícies alagadas) foi estimada por Hamilton et al. (2002) em 130 920 km
2
, se
constituindo assim como a maior área alagada da América do Sul. Desta área, cerca de
3120 km
2
representam áreas abertas (lagoas e rios) e apresentam pouca variação em sua
extensão ao longo do ano. No período 1979-1987, a área alagada máxima atingida em
um ano foi de 109 590 km
2
, e a área alagada média neste período foi de 52 710 km
2
.
Durante o mesmo período, a área alagada máxima da planície amazônica foi de 90.300
km
2
, enquanto a área alagada média foi de 46 190 km
2
(Hamilton et al., 2002), com rios
e lagos respondendo por 20 750 km
2
. Também foi estimado que ao longo de um ciclo de
alagamento, ao menos metade da área permanece alagada por cerca de 170 dias, o que
coloca o Pantanal como a área alagada da América do Sul em que o alagamento tem
maior duração anual. Também se observou que ocorre uma defasagem de 2 a 3 meses
entre o período de chuva e o pico de alagamento causado pelo lento escoamento das
águas através da planície pantaneira, mantendo um alagamento significativo mesmo
durante a estação de seca. Em algumas regiões, principalmente na parte sul do Pantanal,
o pico de inundação pode ocorrer durante o período de seca nos anos em que a chuva se
concentra na cabeceira dos afluentes do rio Paraguai (Hamilton et al., 2002).
Com base na comparação entre as áreas alagadas no período de observações e o nível do
Rio Paraguai na estação de Ladário, Hamilton et al. (2002) obtiveram uma relação
linear entre a extensão da área alagada média mensal (Y, em km
2
) e o nível médio
mensal do rio (X, em metros), que pode ser escrita como Y = -17.309 + 18.520X (com
r
2
=0,90), e é válida para o nível do rio entre 1,3 a 6,4 metros. A partir dessa relação, e
com base em registros históricos do nível do Rio Paraguai entre 1900 e 1999, a área
alagada média durante o século passado foi estimada (Hamilton et al., 2002) em 34 880
km
2
.
A partir da relação encontrada por Hamilton et al. (2002), a área alagada máxima em
um dado ano pode ser estimada do nível máximo do rio Paraguai (pico da cheia) medido
62
em Ladário. Entre 1979 e 1987, a média anual da área alagada foi de cerca de 60% da
área máxima atingida.
Considerando-se o pico da cheia para 2004 (4,26 metros) e 2005 (3,29 metros) temos
uma área máxima alagada de 61 586 km
2
em 2004 e de 43 622 km
2
em 2005. A média
anual da área alagada para o período 2004-2005 foi de 31 561 km
2
. A área de rios e
lagos é estimada por Hamilton et al. (2002) em 3120 km
2
, resultando em uma área anual
média para as planícies alagadas de 28 441 km
2
. A Tabela 4.9 apresenta as áreas
alagada máxima e anual média para o Pantanal, destacando a contribuição das lagoas e
as planícies alagadas para a área anual média em 2004 e 2005, além do valor médio para
o período.
Tabela 4.9 - Área alagada máxima e média anual (km
2
) para o Pantanal em 2004, 2005 e
no período 2004-2005. Também é mostrada a contribuição das lagoas e
planícies para a área alagada média anual.
Área Máxima Área Anual Média Lagoas Planícies
2004 61 586 36 949 3120 33 829
2005 43 622 26 173 3120 23 053
2004-2005 52 604 31 561 3120 28 441
4.6.3 Estimativa regional de emissão de metano
Considerando o fluxo médio (116,8 mgCH
4
m
-2
d
-1
) e a área alagada média (31 561 km
2
),
temos uma primeira estimativa da emissão de metano para todo o Pantanal de 1,34
TgCH
4
/ano. Quando se considera a separação entre fluxo difusivo e ebulitivo, a emissão
média anual atinge 1,41 TgCH
4
/ano, com contribuição de 0,15 TgCH
4
/ano e 1,26
TgCH
4
/ano do fluxo difusivo e do fluxo ebulitivo respectivamente.
A separação entre lagoas e planícies alagadas mostrou que os fluxos de metano em cada
ambiente são diferentes, de modo que as estimativas de emissão de metano na região se
tornam mais precisas ao calcular a contribuição de cada habitat. Considerando a área
63
para lagoas e rios de 3120 km
2
(Hamilton et al., 2002), a emissão anual média de
metano foi de 0,06 Tg, das quais 0,02 Tg via fluxo difusivo e 0,04 Tg via fluxo
ebulitivo. A emissão principal do Pantanal se concentra nas planícies alagadas, as quais
representam a maior parte de sua área, e foi estimada em 2,01 TgCH
4
/ano, dos quais
0,14 TgCH
4
/ano por fluxo difusivo e 1,87 TgCH
4
/ano por fluxo ebulitivo. Neste caso, a
emissão anual total de metano do Pantanal (lagoas + planícies alagadas) foi estimada em
2,07 Tg.
Pode-se também calcular a emissão para o ano de 2004 e para o ano de 2005,
considerando a variação estatisticamente significativa observada nos fluxos difusivo e
ebulitivo das lagoas entre os dois anos e a variação na área alagada média das planícies,
que foi menor em 2005. Para as lagoas, a emissão para 2004 pode ser estimada em 0,03
TgCH
4
/ano (0,01 TgCH
4
/ano de fluxo difusivo e 0,02 TgCH
4
/ano de fluxo ebulitivo)
enquanto em 2005 atingiu 0,08 TgCH
4
/ano (0,02 TgCH
4
/ano por fluxo difusivo e 0,06
TgCH
4
/ano por fluxo ebulitivo). Para as planícies alagadas, a emissão foi estimada em
2,39 TgCH
4
/ano para 2004 (difusivo: 0,16 TgCH
4
/ano; ebulitivo: 2,23 TgCH
4
/ano) e em
1,63 TgCH
4
/ano para 2005 (difusivo: 0,11 TgCH
4
/ano; ebulitivo: 1,52 TgCH
4
/ano).
Assim, a emissão total estimada para o Pantanal em 2004 foi de 2,42 TgCH
4
/ano e em
2005 foi de 1,71 TgCH
4
/ano. Apesar dos fluxos nas lagoas terem sido maiores em 2005,
a menor área atingida nesse ano e a maior importância das planícies alagadas como
fonte de metano no Pantanal fez com que a emissão estimada fosse menor do que em
2004 em cerca de 30%.
Ao se considerar a influência da vegetação observada no fluxo difusivo das planícies
alagadas, a estimativa de emissão por difusão sobe para 0,23 TgCH
4
/ano, e a emissão
anual média pelas planícies alagadas do Pantanal totaliza 2,14 Tg de metano e a emissão
anual de metano do Pantanal (lagoas + planícies alagadas) atinge 2,20 Tg. Os resultados
de cada estimativa estão resumidos na Tabela 4.10.
As estimativas de emissão anual de metano no Pantanal variaram de 1,37 Tg,
considerando-se apenas os valores médios de fluxo e área, para 2,20 Tg/ano quando se
considera as diferenças entre os fluxos das lagoas e das planícies, além da influência da
64
vegetação, que pode ser considerada a estimativa mais completa para a emissão média
anual obtida para o Pantanal. A diferença de 60% entre as estimativas de emissão média
mostra a importância de considerar as diferenças observadas entre os fluxos e habitats.
A principal incerteza nestas estimativas resulta na extrapolação das medidas, realizadas
na sub-região do Abobral, para todo o Pantanal. Mesmo assim, pode-se afirmar que a
emissão anual de metano do Pantanal é significativa e faz desta região uma importante
contribuinte para o conteúdo atmosférico global de metano.
Tabela 4.10 - Emissão anual para os habitats (Tg/ano).
Ambiente Fluxo Difusivo Fluxo Ebulitivo Emissão Anual
Pantanal
1
- - 1,37
Pantanal
2
0,15 1,28 1,43
Lagoas
3
0,02 0,04 0,06
Planície
3
0,14 1,91 2,05
Pantanal (2004)
4
0,17 2,25 2,42
Pantanal (2005)
4
0,13 1,58 1,71
Planície (Veg)
5
0,23 1,91 2,14
1
Considerando a área média e o fluxo geral médio;
2
Considerando a área média e os fluxos difusivo e ebulitivo separadamente;
3
Considerando a área média para dada habitat e a diferença nos fluxos difusivo e ebulitivo entre os habitats;
4
Considerando a variação interanual na área das planícies alagadas e nos fluxos para as lagoas entre 2004 e 2005;
5
Considerando a influência da vegetação no fluxo difusivo das planícies e cobertura de vegetação de 80%;
4.6.4 Comparação com outras áreas alagadas tropicais
A Tabela 4.11 apresenta as principais estimativas de emissão de metano da América do
Sul, incluindo o Pantanal, onde se destaca a existência de grande variabilidade nas
determinações das emissões, o que evidencia a dificuldade presente na extrapolação das
medidas realizadas em uma região para outras.
65
Tabela 4.11 - Fluxo anual médio e emissão anual de metano para áreas alagadas da
América do Sul obtidas em diversos trabalhos.
Região Autores Fluxo Anual Médio
(tonCH
4
km
-2
ano
-1
)
Emissão
(TgCH
4
/ano)
Amazônia
1
Bartlett et al., 1988 42,8 3 - 21
Amazônia
1
Bartlett et al., 1990 54,0 2 - 14
Rio Orinoco
2
Smith et al., 2000 41,6 0,17
Amazônia
1
Melack et al, 2004 40,5 1,73
Pantanal
3
Melack et al, 2004 95,2 3,32
Pantanal
4
este trabalho 42,6-69,7 1,37-2,20
1
Fluxos medidos em diversos habitats amazônicos e estimativas de emissão baseadas em área diferentes;
2
Fluxos medidos em diversos habitats ao logo do rio Orinoco
3
Estimativa para o Pantanal feita com base em fluxos medidos na bacia Amazônica;
4
Fluxos medidos em lagoas e planícies alagadas no Pantanal e área média entre 2004 e 2005;
Bartlett et al. (1988), Crill et al (1988) e Devol et al. (1988) apresentaram as primeiras
estimativas para emissão de metano na Amazônia, baseadas em uma série de medidas
de fluxo realizadas como parte do GTE ABLE 2A/AGE, durante o ano de 1985, ao
longo da planície alagada dos rios Solimões e Amazonas e em alguns lagos da região. O
fluxo anual médio obtido variou entre os trabalhos, dependendo do ambiente
examinado. Bartlett et al. (1988), analisando tanto áreas de lagos, áreas com vegetação e
de floresta alagada, obtiveram um fluxo anual médio de 42,8 tonCH
4
km
-2
ano
-1
, com o
fluxo de lagos sendo responsável por 1,1 tonCH
4
km
-2
ano
-1
. A emissão anual foi
estimada entre 3 e 21 TgCH
4
/ano considerando a área total da bacia Amazônica
compreendida entre 70 000 e 500 000 km
2
. Já Crill et al. (1988) analisaram as emissões
dos vários ambientes (água aberta, floresta alagada e vegetação flutuante) encontrados
em um lago próximo ao Rio Solimões (Lago Calado), e encontraram um fluxo anual
médio de 50,0 tonCH
4
km
-2
ano
-1
. Ao considerar que os lagos representariam uma área de
14.000 km
2
, as emissões de metano desse ambiente amazônico foram estimadas em 0,7
Tg/ano. Já em uma revisão destes trabalhos, realizados na Amazônia durante o GTE
ABLE 2A/AGE, juntamente com a análise de novos fluxos medidos durante o ano de
1987, Bartlett et al. (1990) estimaram o fluxo anual médio em 54,0 tonCH
4
km
-2
ano
-1
,
com emissão anual para a região da planície amazônica entre 2 e 14 Tg de metano,
valores muito próximos aos apresentados por Bartlett et al. (1988) e Crill et al. (1988).
66
O fluxo anual médio apresentado nestes trabalhos foi inferior ao observado para o
Pantanal, mas as estimativas de emissão regional apresentam faixas bem maiores,
resultado das diferentes estimativas para a área alagada amazônica.
Baseando suas estimativas de emissão de metano na planície amazônica em medidas de
fluxo realizadas em diferentes ambientes alagados da Amazônia, incluindo as medidas
realizadas durante o GTE ABLE 2A/AGE, Melack et al (2004) encontraram um fluxo
anual médio de 40,5 tonCH
4
km
-2
ano
-1
para a bacia principal Solimões/Amazonas. Os
lagos seriam responsáveis pela emissão de mais 18,5 tonCH
4
km
-2
ano
-1
. A emissão total
da Amazônia foi estimada com base em novas medidas de área alagada e cobertura
vegetal, realizadas através de sensoriamento remoto, os quais indicaram que a área
alagada média da região da bacia principal Solimões/Amazonas era de cerca de 42 700
km
2
e portanto bem inferior às utilizadas nas estimativas anteriores. A estimativa de
emissão anual do metano foi de 1,73 Tg (Melack et al., 2004). Ao considerar estas
novas estimativas para a área da bacia Amazônica, a emissão total para a Amazônia dos
trabalhos de Bartlett et al. (1988), Bartlett et al. (1990) e Crill et al. (1988) pode ser
revisada, levando a uma estimativa de emissão entre 1 e 2 TgCH
4
/ano (Melack et al.,
2004), estando assim na mesma ordem de grandeza das estimativas de emissão do
Pantanal.
Uma das poucas estimativas de emissão de metano em áreas alagadas tropicais fora da
planície amazônica foi realizada em uma área alagada do Rio Orinoco, na Venezuela
(Smith et al., 2000), onde foi realizada uma série de medidas durante 17 meses ao longo
de 1991 e 1992 nos principais ambientes desta área. O fluxo anual médio foi estimado
em 41,6 tonCH
4
km
-2
ano
-1
, com uma emissão para toda a área de 0,17 TgCH
4
/ano.
A partir de medidas realizadas na Amazônia, em áreas de vegetação semelhante às
savanas encontradas nas principais áreas alagadas da América do Sul, Melack et al.
(2004) determinaram estimativas para a emissão destas áreas, assumindo um fluxo de
metano anual médio de 95,2 tonCH
4
km
-2
ano
-1
igual para todas. Também considerou a
área alagada média de 34 880 km
2
obtida por Hamilton et al. (2002). A emissão anual
de metano para o Pantanal foi estimada em 3,32 Tg (Melack et al., 2004). Ao comparar
67
o fluxo médio assumido por Melack et al. (2004) como representativo do Pantanal com
o fluxo médio de 68,6 tonCH
4
km
-2
ano
-1
, obtido em nosso estudo, verifica-se que este é
cerca de 30% superior, além de ser aproximadamente o dobro dos resultados obtidos por
Smith et al (2000) nas áreas alagadas do Rio Orinoco. Para a emissão anual o valor
encontrado por Melack et al. (2004) mostrou-se 50% superior ao deste trabalho.
As últimas estimativas de área obtida do sensoriamento remoto mostram que o Pantanal
é a maior área alagada da América do Sul, enquanto que a área alagada da planície
amazônica resultou menor do que se estimava anteriormente (Melack et al. 2004,
Hamilton et al., 2002). Assim, quando se compara tanto o fluxo médio por área, quanto
a emissão regional anual, os resultados têm indicado que o Pantanal se mostra a mais
importante região emissora de metano para a atmosfera entre as áreas alagadas da na
América do Sul.
68
69
5 CONCLUSÕES
As áreas alagadas são consideradas a principal fonte individual de metano para a
atmosfera e diversos estudos mostram que as áreas alagadas tropicais podem ser
responsáveis por cerca de 60% da emissão anual dessa fonte. Até recentemente, a
avaliação da importância das áreas alagadas tropicais no balanço global de metano foi
muito dependente das medidas realizadas na região amazônica, enquanto outras áreas
importantes ainda não haviam sido estudadas. O Pantanal é a maior área alagada da
América do Sul, e a realização de estimativas de emissão para esta região é importante
para entender a participação das áreas alagadas tropicais tanto no balanço atmosférico
global do metano quanto na variabilidade ano a ano observada na sua taxa de acúmulo
na atmosfera.
A implantação de coletas de amostra utilizando seringas de poliuretano permitiu a
realização de um maior número de amostragem, com a medida de fluxo em diversos
pontos do Pantanal Sul Mato-grossense e assim possibilitou uma avaliação da
contribuição de diferentes habitats e da importância de cada componente do fluxo na
emissão anual de metano.
A separação dos fluxos considerando a forma de transporte do metano dos sedimentos
para a atmosfera (bolhas ou difusão) e a divisão da área alagada em dois habitats
conforme suas características de alagamento permitiram uma melhor avaliação da
emissão de metano do Pantanal. Dos habitats analisados, as planícies alagadas
constituem a maior parte da área alagada do Pantanal durante o período de coletas e
foram responsáveis por 97% da emissão anual de metano. O fluxo ebulitivo observado
foi significativamente mais intenso, respondendo por cerca de 90% da emissão das
planícies (ebulitivo: 1,91 TgCH
4
/ano e difusivo: 0,23 TgCH
4
/ano) e a 67% da emissão
das lagoas (ebulitivo: 0,04 TgCH
4
/ano e difusivo: 0,02 TgCH
4
/ano). Observou-se
também que, a razão de ocorrência de bolhas nas planícies alagadas (51%) foi maior do
que a observada nas lagoas (27%).
70
A avaliação dos fatores ambientais (oxigênio dissolvido, temperatura e pH da água) não
permitiu obter uma relação direta da influência destes no fluxo de metano. Contudo,
uma análise qualitativa baseada na separação em conjuntos através da mediana de cada
fator indicou quais destes fatores ambientais podem apresentar influência na emissão. A
quantidade de oxigênio dissolvido na água mostrou ter influência nos fluxos de metano
nas lagoas, com os conjuntos considerados mais anóxicos apresentando fluxos difusivos
médios maiores. A temperatura também mostrou ser importante, principalmente no
fluxo difusivo, mas as temperaturas encontradas no Pantanal situaram-se em torno da
faixa de produção ótima de metano, mesmo durante o inverno, minimizando assim um
efeito sazonal mais intenso. Da mesma forma, os valores de pH medidos na água
também se encontraram dentro da faixa em que a produção de metano pelas bactérias é
mais eficiente, não ocorrendo diferenças significativas observáveis entre os fluxos.
A profundidade mostrou ter influência na liberação de bolhas nas planícies alagadas,
mas não foi possível obter uma correlação direta entre profundidade e fluxo de metano.
Outros fatores, como turbulências na água e variações na pressão hidrostática sobre os
sedimentos, também estão envolvidos no mecanismo de liberação de bolhas. Além
disso, a faixa de profundidade medida neste trabalho foi pequena quando comparada
com outros trabalhos, os quais indicam a existência de uma anticorrelação entre os
fluxos e a profundidade.
Um outro fator que se mostrou importante na emissão de metano foi a presença de
vegetação ligada aos sedimentos pelas raízes. O fluxo difusivo médio observado nas
planícies alagadas em áreas com presença de vegetação aquática foi de 24,8 ±? 36,8
mgCH
4
m
-2
d
-1
, significativamente maior que o observado nas áreas de água sem
vegetação (8,0 ± 12,3 mgCH
4
m
-2
d
-1
), evidenciando a ocorrência desse tipo de transporte
quando a vegetação é ligada pelas raízes aos sedimentos. Em geral, nas lagoas, a
profundidade maior faz com que a vegetação predominante seja flutuante, sem ligação
com os sedimentos, e não foi observada diferença entre os fluxos em áreas com
vegetação e de água aberta.
71
A partir das medidas realizadas nos diferentes habitats do Pantanal, os fluxos obtidos
foram extrapolados (para a realização de estimativas para a emissão da região). Em uma
primeira estimativa, considerou-se apenas o fluxo médio (116,8 mgCH
4
m
-2
d
-1
) e a área
alagada média (31 561 km
2
) nos dois anos de observação resultando em uma emissão
anual de metano média de 1,37 Tg. Quando as diferenças estatisticamente significativas
observadas entre os fluxos de lagoas e de planícies alagadas e de áreas vegetadas e sem
vegetação foram consideradas, a emissão de metano do Pantanal passou para 2,20
Tg/ano, levando a um aumento de 60% na contribuição do Pantanal ao conteúdo
atmosférico de metano. Mesmo com a incerteza decorrente da limitação da realização
das medidas à apenas uma sub-região do Pantanal, essa extrapolação permite uma
primeira quantificação da emissão de metano dessa área alagada.
A variação sazonal foi pequena e observada principalmente no fluxo difusivo. A
variação da área alagada é mais significativa e deve ser o principal fator relacionado à
variabilidade sazonal da emissão regional de metano. Da mesma forma, a comparação
entre as emissões anuais de metano em 2004 e 2005 mostra que a variação na extensão
atingida pela área alagada também é um fator importante na variabilidade interanual. O
fluxo anual médio para o Pantanal (considerando os fluxos anuais médios das lagoas e
das planícies alagadas) em 2005 (100,1 tonCH
4
km
-2
ano
-1
) foi maior do que o observado
em 2004 (83,9 tonCH
4
km
-2
ano
-1
). Mesmo assim, a área alagada média menor em 2005
fez com que a emissão extrapolada para o Pantanal nesse ano fosse menor (2004: 2,42
TgCH
4
/ano e 2005: 1,71 TgCH
4
/ano). Uma melhor caracterização e precisão na
quantificação da emissão regional e das variações sazonal e interanual demandam mais
anos de observação e um volume maior de medidas de fluxo, incluindo as demais sub-
regiões do Pantanal.
A comparação com a emissão obtida para outras áreas alagadas da América do Sul
coloca o Pantanal, com sua grande extensão, permanência do alagamento durante
grande parte do ano, e fluxo intenso, como uma importante fonte de metano para a
atmosfera na América do Sul e uma dos maiores contribuintes naturais de emissão das
áreas alagadas.
72
Sugestões de trabalhos futuros:
Para a elaboração de estimativas de emissão de metano mais representativas do
Pantanal, faz-se necessário estender as medidas às outras sub-regiões, diminuindo as
incertezas causadas pela extrapolação das medidas. A continuidade das medidas de
fluxo também possibilitará uma melhor caracterização das variações ano a ano presentes
nos fluxos.
Deve-se incrementar as medidas dos parâmetros ambientais, incluindo a quantidade de
metano dissolvido ao longo de diferentes profundidades da coluna d’água,
possibilitando a obtenção do perfil desses parâmetros além da quantificação da
metanotrofia na coluna d’água e sua relação com a emissão de metano para a atmosfera.
As dificuldades logísticas no Pantanal em experimentos como o deste trabalho, são os
principais fatores limitantes. A utilização de dados de sensoriamento remoto,
juntamente com a melhor caracterização das medidas em cada habitat, deve levar a uma
melhor precisão nas estimativas de emissão de metano para o Pantanal.
73
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79
APÊNDICE A - TABELAS
TABELA A.1 - Valores médios de fluxo, oxigênio dissolvido, pH e temperatura,
obtidos da separação pela mediana da profundidade, em lagoas.
FLUXO DIFUSIVO – Profundidade (média: 1,6 ± 1,0 m; faixa: 0,25/3,50; mediana 1,3 m,
r=0,01)
Variável
Acima (n=101) Abaixo (n=100)
D.E.S
*
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 12,3 ± 15,0 12,4 ± 18,1 Não
log p
O2
-41,8 ± 34,9 -37,0 ± 48,0 Não
pH 7,2 ± 0,2 7,4 ± 0,4 Sim
Temperatura (°C) 28,2 ± 4,2 27,1 ± 3,1 Sim
FLUXO EBULITIVO – Profundidade (média: 1,6 ± 1,1 m; faixa: 0,15/3,50; mediana
1,05m,r=0,10)
Variável
Acima (n=41) Abaixo (n=33)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 141,4 ± 212,1 125,4 ± 223,7 Não
log p
O2
-43,0 ± 28,2 -39,2 ± 45,2 Não
pH 7,2 ± 0,2 7,4 ± 0,3 Sim
Temperatura (°C) 30,4 ± 3,8 27,7 ± 3,3 Sim
TABELA A.2 - Valores médios de fluxo, oxigênio dissolvido, pH e temperatura,
obtidos da separação pela mediana da profundidade, em planícies
alagadas.
FLUXO DIFUSIVO – Profundidade (média: 0,5 ± 0,3 m; faixa: 0,15/1,45; mediana 0,45 m,
r=0,18)
Variável
Acima (n=71) Abaixo (n=70)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 18,1 ± 31,7 10,0 ± 16,0 Não
log p
O2
-27,9 ± 28,0 -38,5 ± 34,6 Não
pH 7,3 ± 0,8 8,3 ± 0,8 Sim
Temperatura (°C) 28,3 ± 3,5 29,3 ± 4,9 Não
FLUXO EBULITIVO – Profundidade (média: 0,6 ± 0,3 m; faixa: 0,10/1,40; mediana 0,5 m;
r=0,06)
Variável
Acima (n=73) Abaixo (n=71)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 419,8 ± 433,9 286,5 ± 430,2 Não
log p
O2
-32,8 ± 28,9 -28,1 ± 36,5 Não
pH 7,3 ± 0,8 7,8 ± 0,9 Sim
Temperatura (°C) 29,2 ± 3,3 29,5 ± 4,9 Não
80
*
Diferença Estatística Significativa (D.E.S.)
TABELA A.3 - Valores médios de fluxo, profundidade, temperatura e oxigênio
dissolvido, obtidos da separação pela mediana do pH, em lagoas.
FLUXO DIFUSIVO – pH (média: 7,3 ± 0,4; faixa: 6,5/9,2; mediana 7,3; r=0,08)
Variável
Acima (n=89) Abaixo (n=89)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 16,7 ± 18,0 10,4 ± 15,9 Sim
Profundidade (m) 1,3 ± 0,8 2,0 ± 1,1 Sim
Temperatura (°C) 27,3 ± 2,6 28,6 ± 4,7 Sim
log p
O2
-51,0 ± 46,7 -27,7 ± 32,3 Sim
FLUXO EBULITIVO – pH (média: 7,3 ± 0,3; faixa: 6,6/7,8; mediana 7,4; r=0,10)
Variável
Acima (n=37) Abaixo (n=35)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 186,3 ± 286,5 80,4 ± 85,4 Sim
Profundidade (m) 1,3 ± 0,9 2,0 ± 1,3 Sim
Temperatura (°C) 28,2 ± 2,8 20,5 ± 4,4 Sim
log p
O2
-50,9 ± 39,7 -30,7 ± 31,4 Sim
TABELA A.4 - Valores médios de fluxo, profundidade, temperatura e oxigênio
dissolvido, obtidos da separação pela mediana do pH, em planícies
alagadas.
FLUXO DIFUSIVO – pH (média: 7,8 ± 1,0; faixa: 6,4/9,8; mediana 7,65; r=-0,17)
Variável
Acima (n=52) Abaixo (n=52)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 12,0 ± 19,4 19,8 ± 33,7 Não
Profundidade (m) 0,3 ± 0,1 0,7 ± 0,4 Sim
Temperatura (°C) 30,6 ± 3,4 28,7 ± 3,4 Sim
log p
O2
-38,7 ± 33,7 -28,3 ± 29,5 Não
FLUXO EBULITIVO – pH (média: 7,5 ± 0,9 m; faixa:6,4/9,6; mediana 7,4; r=-0,03)
Variável
Acima (n=68) Abaixo (n=63)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 333,1 ± 458,2 390,4 ± 420,4 Não
Profundidade (m) 0,4 ± 0,2 0,7 ± 0,3 Sim
Temperatura (°C) 29,5 ± 5,1 29,9 ± 2,3 Não
log p
O2
-24,3 ±46,0 -37,0 ± 19,3 Sim
81
TABELA A.5 - Valores médios de fluxo, pH, profundidade e temperatura, obtidos
da separação pela mediana do oxigênio dissolvido, em lagoas
FLUXO DIFUSIVO – log p
O2
(média: -39,5 ± 41,8; faixa: -122,1/59,0; mediana -53,5; r=-0,36)
Variável
Acima (n=89) Abaixo (n=91)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 6,9 ± 11,7 20,0 ± 19,2 Sim
pH 7,2 ± 0,4 7,4 ± 0,3 Sim
Profundidade (m) 1,6 ± 0,9 1,7 ± 1,1 Não
Temperatura (°C) 26,3 ± 4,1 29,5 ± 2,8 Sim
FLUXO EBULITIVO – log p
O2
(média: -41,2 ± 37,1; faixa: -102,2/55,1; mediana -55,3; r=-
0,24)
Variável
Acima (n=43) Abaixo (n=29)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 71,8 ± 72,4 228,3 ± 314,0 Sim
pH 7,2 ± 0,3 7,4 ± 0,3 Não
Profundidade (m) 1,6 ± 1,2 1,6 ± 1,1 Não
Temperatura (°C) 29,3 ± 4,5 29,4 ± 2,4 Não
TABELA A.6 - Valores médios de fluxo, pH, profundidade e temperatura, obtidos
da separação pela mediana do oxigênio dissolvido, em planícies
alagadas.
FLUXO DIFUSIVO – log p
O2
(média: -33,5 ± 32,0; faixa: -74,3/48,4; mediana -38,5; r=-0,12)
Variável
Acima (n=52) Abaixo (n=52)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 12,0 ± 19,4 20,0 ± 35,4 Não
pH 8,6 ± 0,6 8,1 ± 1,0 Sim
Profundidade (m) 0,3 ± 0,1 0,6 ± 0,4 Sim
Temperatura (°C) 30,6 ± 5,5 31,6 ± 3,1 Não
FLUXO EBULITIVO – log p
O2
(média: -30,4 ± 32,9; faixa: -71,1/63,8; mediana -37,5; r=0,02)
Variável
Acima (n=66) Abaixo (n=65)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 371,6 ± 497,9 349,5 ± 375,0 Não
pH 7,3 ± 0,8 7,8 ± 1,0 Sim
Profundidade (m) 0,6 ± 0,2 0,6 ± 0,3 Não
Temperatura (°C) 27,7 ± 4,2 31,7 ± 3,1 Sim
82
TABELA A.7 - Valores médios de fluxo, oxigênio dissolvido, pH e profundidade,
obtidos da separação pela mediana da temperatura, em lagoas.
FLUXO DIFUSIVO – Temperatura (média: 27,6 ± 3,8ºC; faixa: 21/38; mediana 27ºC; r=0,14)
Variável
Acima (n=116) Abaixo (n=85)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 18,6 ± 19,5 3,8 ± 2,7 Sim
log p
O2
-62,2 ± 25,8 2,3 ± 32,1 Sim
pH 7,3 ± 0,3 7,3 ± 0,4 Não
Profundidade (m) 1,7 ± 1,1 1,5 ± 0,9 Não
FLUXO EBULITIVO – Temperatura (média: 29,2 ± 3,8ºC; faixa: 21/36; mediana 29,5ºC;
r=0,10)
Variável
Acima (n=38) Abaixo (n=36)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 164,1 ± 217,5 102,7 ± 212,8 Não
log p
O2
-47,2 ± 22,0 -35,0 ± 47,5 Não
pH 7,2 ± 0,2 7,5 ± 0,2 Sim
Profundidade (m) 2,2 ± 1,2 1,0 ± 0,6 Sim
TABELA A.8 - Valores médios de fluxo, oxigênio dissolvido, pH e profundidade,
obtidos da separação pela mediana da temperatura, em áreas alagadas.
FLUXO DIFUSIVO – Temperatura (média: 28,8 ± 4,3ºC; faixa: 22/39; mediana 28ºC; r=0,11)
Variável
Acima (n=77) Abaixo (n=62)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 17,4 ± 30,8 10,2 ± 16,2 Não
log p
O2
-50,2 ± 17,8 -6,6 ± 31,5 Sim
pH 7,9 ± 0,9 7,6 ± 0,9 Não
Profundidade (m) 0,6 ± 0,4 0,5 ± 0,2 Não
FLUXO EBULITIVO – Temperatura (média: 29,4 ± 4,1ºC; faixa: 21/39; mediana 29ºC;
r=0,05)
Variável
Acima (n=79) Abaixo (n=65)
D.E.S.
Fluxo (mgCH
4
m
-2
d
-1
) 358,9 ± 417,4 348,2 ± 460,3 Não
log p
O2
-45,2 ± 15,1 -7,9 ± 39,5 Sim
pH 7,4 ± 0,9 7,8 ± 1,0 Sim
Profundidade (m) 0,6 ± 0,3 0,5 ± 0,2 Sim
83
APÊNDICE B – PRESSÃO PARCIAL DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO
Como definido em Stumm e Morgan (1996), o pH de uma solução mede a
tendência relativa desta a aceitar ou transferir prótons. Em uma solução ácida, esta
tendência é baixa, e em uma solução alcalina é alta. Similarmente, pode-se definir
o parâmetro pε como sendo uma medida da tendência relativa de uma solução a
aceitar ou transferir elétrons. Em uma solução altamente redutora, a tendência de
doar elétrons, isto é, a hipotética “pressão de elétrons” é relativamente alta. Assim
como a atividade de hipotéticos de íons hidrogênio é muito baixa em soluções de
pH alto, a atividade de hipotéticos elétrons é muito baixa em soluções de pε alto.
Logo, altos pε indicam uma relativamente alta tendência de oxidação. O pε pode
ser relacionado ao potencial de redução E
H
através da expressão:
)3,2(
1−
= RTFEp
H
ε
(B.1)
onde R=0,082 atm l mol
-1
K
-1
é a constante dos gases ideais, T é a temperatura da
solução (em Kelvins) e F é a constante de Faraday (F=96500).
Para soluções aquosas à um dado pH, cada valor de pε é associado com a pressão
parcial de H
2
e de O
2
. Em uma forma logarítmica, a equação de equilíbrio redox
pode ser escrita como:
εppHp
O
441,83log
2
++−= (B.2)
84
Assim, através do pH e do pε pode-se obter a pressão parcial de oxigênio
dissolvido
2
O
p . Para águas naturais (pH entre 4 e 10) a faixa de variação do pε se
estende aproximadamente de -10 à 17. Além desses valores, a água é reduzida
para H
2
ou oxidada para O
2
, respectivamente. Pode-se dizer que soluções que
apresentam altos valores de pε apresentam altas concentrações de O
2
dissolvido.
As bactérias metanogênicas necessitam de meios anaeróbios (livres de oxigênio)
para sua sobrevivência. Quanto menor o valor de pε, maior a probabilidade de
existência destas bactérias neste meio. Considerando-se uma solução com pH=7, a
produção de metano é efetiva a partir do pε=-5,6 (Stumm e Morgam, 1996).
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