Desvendando os mecanismos de escala de poros do ciclo do nitrogênio em aquíferos porosos

• Processo: 25/06742-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Geociências - Geologia
• Pesquisador responsável: Ricardo César Aoki Hirata
• Beneficiário: Daphne Silva Pino
• Instituição Sede: Instituto de Geociências (IGC). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 20/15434-0 - SACRE: soluções integradas para cidades resilientes, AP.TEM
• Assunto(s): Hidrogeologia Poluição ambiental Aquíferos Aquífero Bauru Ciclo do nitrogênio
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: contaminação de aquiferos | hidrogeologia | Sistema Aquífero Bauru | Hidrogeologia

Resumo

A contaminação por nitrato é quase onipresente em aquíferos urbanos livres no Estado de São Paulo, configurando uma dificuldade para um estado em que mais de 80% de seus municípios são abastecidos total ou parcialmente por águas subterrâneas. Um dos desafios científicos críticos atuais é estabelecer as condições sob as quais as espécies de nitrogênio se degradam em aquíferos, e o papel efetivo dos mecanismos antropogênicos e biogeoquímicos que regulam a extensão das plumas de contaminação no ciclo hidrológico. Os casos relatados variam, com a contaminação por nitrato atingindo porções mais profundas do aquífero (> 100 m bgs) e, em outros, com plumas bem estabelecidas em profundidades superficiais ou não mais profundas que 60 m bgs.Recentemente, grupos de pesquisa avançados sugeriram a integração de técnicas hidrogeoquímicas tradicionais com novas ferramentas, como multitraçadores (CFCs, SF6, 39Ar, 14C, 11B, 15N, 18ONO3, 87Sr/86Sr e adoçantes artificiais), microbiologia (RNA 16S, genes narG, napA, nirS, nirK, norB e nosZ) e tecnologia síncrotron (microtomografia de raios-X resolvida no tempo). O foco nos mecanismos hidrobiogeoquímicos que ocorrem em escala de poros produzirá dados valiosos sobre a contaminação por nitrogênio e, portanto, apoiará a gestão ambiental em escala de campo dos extensos aquíferos urbanos contaminados. Embora a microtomografia de raios-X (µCT) seja usada há muito tempo na indústria petrolífera para caracterização de reservatórios, a aplicação da tecnologia síncrotron focada em águas subterrâneas é recente, particularmente no processo de remediação com nanopartículas metálicas em meios porosos. Em relação ao ciclo do nitrogênio, existem estudos focados em sua caracterização em solos, porém, apenas em escala laboratorial. O estudo proposto, portanto, seria um dos primeiros a analisar tais reações em sistemas aquíferos profundos (30-60 m), onde residem as lacunas no conhecimento sobre a geoquímica das espécies de nitrogênio.O objetivo deste projeto é identificar as potenciais características hidrobiogeoquímicas que controlam o processo de nitrificação e/ou desnitrificação e determinar os parâmetros que controlam a produção e a emissão de N2O referentes às reações de nitrificação e desnitrificação no Sistema Aquífero Bauru em escala de poros. A área de estudo abrange uma região cronicamente afetada pela insegurança hídrica: as bacias hidrográficas dos rios Batalha e Bauru, parte das bacias hidrográficas Tietê-Batalha e Tietê-Jacaré, constituindo, portanto, um excepcional "laboratório de campo". Este estudo representa uma oportunidade importante e inédita para implementação metodológica relacionada à investigação de aquíferos em alta resolução, possibilitada pela tecnologia síncrotron. Seus objetivos específicos são: (i) a caracterização dos meios porosos do sistema aquífero, em escala de poros, por meio de µCT com fonte síncrotron; e (ii) a avaliação da dinâmica do fluxo de águas subterrâneas por meio de experimentos de injeção 4D em microescala. Espera-se que os resultados permitam a caracterização da estrutura porosa de diferentes unidades hidrogeológicas; a identificação de evidências da presença de microrganismos desnitrificantes e nitrificantes; o fornecimento de insights sobre os processos hidrobiogeoquímicos do ciclo do nitrogênio; e a definição de procedimentos para estudos hidrobiogeoquímicos em instalações síncrotron. (AU)