A água subterrânea em terrenos cristalinos no estado de RN está presente em litologias pré-cambrianas (figura 1.4) que incluem em ordem geocronológica: (i) um embasamento formado por ortognaisses migmatíticos de idade paleoproterozóica que apresentam núcleos arqueanos (região leste do estado) e augen gnaisses e ortognaisses graníticos a granodioríticos localmente migmatizados ou milonitizados (outras regiões) de idade paleoproterozóica; (ii) um grupo de rochas supracrustais composto por micaxistos, gnaisses, mármores, calciossilicáticas, quartzitos e metaconglomerados depositados e deformados durante o Neoproterozóico e (iii) granitóides e pegmatitos intrusivos em todas as unidades descritas. Para uma geologia mais detalhada, veja o capítulo I.
Essas rochas apresentam em geral dois planos de foliação, um mais marcante, de boa penetratividade e um outro mais antigo, de menor expressão. No embasamento, a foliação dominante apresenta-se em geral com mergulhos suaves, enquanto nos micaxistos a foliação principal é sub-vertical e dobra uma foliação mais antiga. A direção geral dos planos de foliação e dos cisalhamentos transcorrentes é NNE, encurvando-se para E-W à medida que se aproxima do Lineamento Patos, no estado da Paraíba (figura 1.4).
A nossa pesquisa é focalizada somente nos aqüíferos de terrenos cristalinos, relacionados à geologia do Pré-cambriano, embora muitos poços, quase sempre localizado em leitos de rios e riachos, cortem de 2 a 5m (em média) de manto de intemperismo e aluviões.
2.2. Métodos
As características hidrogeoquímicas e os processos que contribuem para a salinização dos aqüíferos foram estudados através da análise dos seus parâmetros físico-químicos básicos. O pH e a condutividade foram medidos em laboratório. Cl¯ , NO3¯ e SO4= foram analisados por cromatografia de íons e HCO3¯ por titulação
potenciométrica. A concentração de cátions foi medida através fotometria de chama (Na+ e K+) e volumetria (Ca++ e Mg++). O resíduo de evaporação foi obtido pelo aquecimento das amostras a 105ºC.
Neste trabalho foram utilizados 931 dados de resíduo seco, entre dados da Secretaria de Recursos Hídricos do RN de poços perfurados de 1997 a 2001 e dados compilados por Costa (1986), de poços perfurados de 1981 a 1985 (figura 2.1). Porém, destes 931 poços, somente 350 têm análise química completa. Os resultados estão expostos no apêndice I.
Figura 2.1. Mapa de distribuição dos poços perfurados em terrenos cristalinos no estado do RN nos períodos de 1981 a 1985 e de 1997 a 2001 pela Secretaria de Recursos Hídricos do estado.
Para o cálculo da capacidade de troca catiônica do material do fundo do açude, 10 g da amostra foram tratados com acetato de amônia (CH3COONH4) a 1N e pH 7.0; sendo lavada e filtrada sucessivas vezes e finalmente diluída para análise química da solução produzida. A metodologia para análise dos cátions em solução foi a mesma daquela utilizada para as águas subterrânea e superficial, descrita anteriormente. Uma outra alíquota da amostra foi retirada e pesada para análise mineralógica e das frações granulométricas. Após ter sido removida toda a matéria orgânica utilizando H2O2 e NaOH, a amostra lavada e seca foi tratada com HCl para
remoção de carbonatos. Finalmente, após nova lavagem e secagem seguiu-se a análise granulométrica por difratometria a laser e a preparação de lâminas de argilominerais para análise por difratometria de R-X. Para a tomada da granulometria foi utilizado o analisador de partículas Cilas 1180L, que usa água destilada como meio suspensor a uma temperatura de cerca de 23,0ºC. Todos os procedimentos para tratamento das amostras foram realizados no Laboratório de Sedimentologia do Departamento de Geologia da UFRN. As análises químicas foram realizadas no Laboratório de Análises de Solo, Água e Plantas da EMPARN (Empresa de Pesquisas Agropecuárias do RN) e as análises para identificação de argilas foram realizadas no Laboratório de Difratometria de R-X do Departamento de Química da UFRN.
2.3. Hidrogeologia
2.3.1. Elementos de recarga e infiltração
A princípio, as fontes potenciais de recarga desses aqüíferos são a infiltração de águas superficiais de açudes e riachos e da precipitação através de fraturas e planos de foliação (este último caso muito mais no caso dos micaxistos). Mas por causa do clima semi-árido, pequena recarga é esperada como resultado de infiltração da precipitação direta. Trabalhos recentes que utilizaram metodologias de sensoriamento remoto e geologia de superfície (Coriolano, 2002) mostraram que os elementos estruturais responsáveis pela maior parte da infiltração de água superficial na região oriental do estado de RN são jogos de fraturas verticais a subverticais de direção NW-SE e NE-SW. Na região sul, fraturas E-W (±20º) que agem como juntas de extensão têm um potencial hidrológico mais alto que aquelas de direção de N-S, que tendem a ser preenchidas (Silva & Jardim de Sá, 2000). De modo geral, os poços perfurados segundo linhas tectônicas de direção E-W (±20º), NE ou NW, ainda apresentam bons rendimentos mesmo após quase 20 anos de exploração; por outro lado, os poços secos ou de baixa vazão foram locados ou segundo estruturas N-S (±20º), que tendem a ser fechadas, ou em locais menos fraturados.
Os planos mais favoráveis à infiltração são os planos estruturais predominantes na região, representados por grandes zonas de cisalhamento de dimensões continentais: o sistema E-W e NE-SW, que pode se apresentar
conjugado a planos NW-SE. As redes de drenagem são controladas por esses sistemas de fraturas, apresentando padrão dendrítico a retangular dendrítico (esse último sendo mais comum em terrenos de micaxistos). Em nossas visitas ao campo, observamos que em geral, os micaxistos são litologias mais favoráveis à infiltração, comumente apresentando foliações subverticais a verticais e planos dissolvidos pelo processo de alteração. Nos ortognaisses, fraturas de alívio paralelas à foliação são comuns e favorecem a infiltração quando conectadas a fraturas verticais (figura 2.2).
Figura 2.2. (A) seção-tipo em micaxisto e (B) seção-tipo em ortognaisse. Os micaxistos são litologias mais favoráveis à infiltração, com foliação geralmente subvertical e planos dissolvidos pelo processo de alteração. Nos ortognaisses, fraturas de alívio paralelas à foliação são comuns e quando conectadas a fraturas verticais favorecem a infiltração da água superficial.
2.3.2. Materiais geológicos em contato com a água
A maioria dos poços em terrenos cristalinos tem uma relativa contribuição sedimentar relacionada seja ao manto de intemperismo ou às lentes de material argiloso no fundo dos açudes, seja aos sedimentos de aluvião. É incomum
encontrar poços perfurados diretamente sobre rocha fresca. Nos riachos o pacote de aluviões tem espessura de 2 a 5 m. O manto de intemperismo nas regiões semi- áridas tem de 0.5 a 2.0 m de espessura em geral, enquanto na região leste, sob influência de clima subtropical, tem cerca de 5 m em média. Basicamente três grupos de material reagem com os tipos de água estudados: mantos de alteração, sedimentos lamosos de fundo de açude e sedimentos de aluvião, dos quais serão descritos os dois primeiros.
Rocha primária e produtos de alteração
Ortognaisses, migmatitos, granitos e micaxistos quartzo-feldspáticos são as litologias dominantes. Nas três primeiras a mineralogia essencial é formada por quartzo, microclina, plagioclásio e biotita ± hornblenda. Como acessórios encontra- se com maior freqüência ilmenita, magnetita, titanita, zircão e apatita. Fora dos cisalhamentos a foliação principal tem mergulho entre 30 e 40º e há baixa densidade de fraturas.
Os micaxistos são formados essencialmente por biotita, quartzo, plagioclásio e ocasionalmente granada, mas em zonas onde o cisalhamento atingiu temperaturas mais elevadas (metamorfismo em fácies anfibolito) ou nos contatos com rochas intrusivas, como nas vizinhanças do batólito granítico de Acari (região sul do estado) podem ocorrer cordierita, andaluzita, estaurolita ou sillimanita em porcentagens variáveis. A foliação principal sub-verticalé na maioria das vezes aberta por causa da dissolução da biotita e a densidade de fraturas é maior que nos ortognaisses, tornando-se rochas mais favoráveis à infiltração.
Os minerais neogênicos mais freqüentemente identificados num primeiro estágio de alteração são clorita e sericita (provenientes da alteração de biotitas e K- feldspatos) e num estágio mais avançado, ilita e caolinita em proporções equivalentes. As argilas foram identificadas através da análise em difratômetro de RX dos solos, em perfis utilizados para análise do balanço de massa dos processos de alteração, na região sul do estado (capítulo III).
Sedimentos de fundo de açude
Uma amostra de assoalho de açude (região de Parelhas, 55 Km a SE de Caicó) foi coletada na época seca para identificação mineralógica e granulométrica e análise da sua capacidade de troca catiônica. O material seco é altamente
compactado e apresenta relativa dificuldade para desagregação. É composto por cerca de 20.5% de matéria orgânica e 79.5% de sedimentos terrígenos, dos quais 1.69% correspondem à fração < 2µ, 63.97% à fração entre 2 e 20µ e 34.34% à fração > 20µ até o máximo de 112µ. Na fração argila foram identificados ilita > caulinita > hidrobiotita > caulinita-montmorilonita (veja o difratograma no item 7 -
argilominerais). A hidrobiotita é de fato o principal produto de alteração das biotitas (ver capitulo III) e é de fato bastante abundante, sobretudo em regiões de micaxistos. Como o mineral é mimético da própria biotita, ele guarda praticamente o tamanho do mineral primário, e em conseqüência disso, se concentra nas frações granulométricas superiores a 2 µ. Por esta razão a análise de difração de R-X da fração argilosa (inferior a 2 µ) evidencia pouco a presença da hidrobiotita nos sedimentos. A capacidade de troca catiônica calculada para o material bruto atacado com acetato de amônia foi de cerca de 29.29 meq/100g, valor que corresponde não somente aos tipos de argilas encontrados, mas também à considerável quantidade de matéria orgânica contida na amostra.