Introdução
Quando se fala sobre a qualidade da água, muitas vezes se enfatiza sua claridade ou cor, mas os nutrientes dos lagos influenciam silenciosamente quase tudo o que ocorre abaixo da superfície. Um aumento modesto na carga de nutrientes pode marcar a diferença entre um reservatório claro e rico em oxigênio e outro afetado por eutrofização crônica com proliferação recorrente de algas.
Para os gestores de água potável, compreender os nutrientes dos lagos não é apenas um exercício acadêmico. Está diretamente relacionado aos custos de tratamento, episódios de sabor e odor e segurança do abastecimento a longo prazo. Neste artigo, analisamos uma definição prática de eutrofização, como funciona o ciclo do fósforo nos lagos e como o monitoramento e o controle baseados em ultrassom podem ajudar a manter os reservatórios em um estado mais saudável. Para obter uma visão geral concisa de como o enriquecimento de nutrientes altera os lagos, consulte o resumo do USGS sobre nutrientes e eutrofização.
O que são nutrientes lacustres e por que são importantes?
Na ciência da água doce, os nutrientes lacustres geralmente se referem às formas de nitrogênio e fósforo que as algas e plantas aquáticas podem usar para seu crescimento. Em níveis baixos a moderados, esses nutrientes sustentam uma rede trófica produtiva com fitoplâncton, zooplâncton e peixes.
Os problemas começam quando os aportes da agricultura, águas residuais ou escoamento urbano empurram os lagos para além do seu equilíbrio natural. Uma definição prática de eutrofização é o enriquecimento gradual de um lago ou reservatório com nutrientes, o que leva a uma maior biomassa de algas e a mudanças nas condições de oxigênio.
No início, o excesso de nutrientes nos lagos pode significar simplesmente uma água ligeiramente mais verde no verão. No entanto, com o tempo, a eutrofização pode causar florações densas, águas turvas e zonas com baixo nível de oxigênio que causam estresse aos peixes e organismos bentônicos. A Agência Europeia do Ambiente informa que as concentrações de nutrientes em muitos lagos europeus melhoraram nas últimas décadas, mas que o fósforo e o nitrogênio continuam a ser demasiado elevados numa parte significativa das massas de água.
O papel do fósforo na eutrofização
Dado que o fósforo é frequentemente o nutriente limitante nos lagos, o ciclo do fósforo desempenha um papel fundamental na rapidez com que a eutrofização se desenvolve. O fósforo chega com as entradas de água, deposita-se nos sedimentos do fundo e pode posteriormente ser libertado novamente na água em condições de baixo nível de oxigênio. Essa reciclagem interna significa que um reservatório pode continuar reagindo às cargas de nutrientes do passado muito tempo depois que as entradas externas começaram a diminuir. As diretrizes da Agência Ambiental do Reino Unido sobre fósforo e eutrofização de água doce destacam o fósforo como o principal fator de eutrofização em muitas águas doces.
Fonte: Greenpeace Internacional – “Como podemos restaurar os ciclos de nutrientes da Terra?”
A eutrofização e como ela altera os lagos ao longo do tempo
A maioria dos livros didáticos descreve a eutrofização como um enriquecimento de nutrientes que aumenta a produção primária e altera a composição das espécies. No campo, ela se manifesta na forma de proliferação mais frequente de algas, redução da visibilidade através da coluna de água e períodos mais longos de baixo nível de oxigênio perto do fundo. As informações básicas da EPA sobre a poluição por nutrientes indicam que níveis elevados de nitrogênio e fósforo podem duplicar a probabilidade de deterioração dos ecossistemas dos lagos e rios.
À medida que a disponibilidade de nutrientes aumenta, as algas de crescimento rápido superam as plantas mais lentas. Formam-se densas proliferações perto da superfície, que impedem a luz de chegar à vegetação submersa. Quando essas proliferações morrem, as bactérias decompõem a matéria orgânica e consomem o oxigênio dissolvido.
Em lagos estratificados, esse processo pode criar águas profundas com baixo nível de oxigênio ou mesmo anóxicas, que liberam mais fósforo do sedimento, alimentando a próxima floração e aprofundando a eutrofização. Esse ciclo de retroalimentação é uma das razões pelas quais os gestores prestam tanta atenção ao estado trófico. Uma vez que a carga interna se torna significativa, mesmo uma redução substancial dos aportes de nutrientes pode não melhorar a qualidade da água tão rapidamente quanto as comunidades esperam.
O conjunto de dados sobre o estado trófico dos lagos do USGS utiliza dados de satélite para classificar dezenas de milhares de lagos como oligotróficos, eutróficos ou intermediários, o que ilustra o quão generalizado se tornou o impacto dos nutrientes.
Nutrientes dos lagos, o ciclo do fósforo e os reservatórios de água potável
Os reservatórios de água potável são especialmente sensíveis à eutrofização porque os administradores precisam equilibrar a saúde ecológica com normas rígidas de qualidade da água. As camadas superficiais quentes e estáveis, combinadas com altas concentrações de nutrientes, criam as condições ideais para as cianobactérias. Algumas espécies produzem cianotoxinas, portanto, compreender como o ciclo do fósforo interage com a estratificação é essencial para manter a segurança do abastecimento.
As diretrizes sobre água potável da Organização Mundial da Saúde e as páginas sobre política de nutrientes da Agência de Proteção Ambiental dos EUA destacam a eutrofização como um fator que influencia o sabor, o odor e os desafios de tratamento do abastecimento de água superficial. Elas recomendam o monitoramento sistemático da clorofila a, dos nutrientes e dos perfis de oxigênio para detectar problemas precocemente.
Em muitos reservatórios, os administradores agora utilizam plataformas com bóias e estações costeiras como parte de uma rede de monitoramento online. As medições contínuas de variáveis-chave ajudam-nos a ver quando a camada superior se aquece mais rapidamente do que o habitual, quando as algas começam a responder aos pulsos de nutrientes e quando as condições de baixo oxigênio podem desencadear uma liberação adicional de fósforo do sedimento.
Medição dos nutrientes do lago e detecção precoce da eutrofização
Os programas de monitoramento geralmente combinam a análise laboratorial dos nutrientes do lago com sensores in situ para medir a temperatura, o oxigênio e as algas. Amostras aleatórias indicam aos operadores a quantidade exata de nitrogênio e fósforo presente, enquanto perfis contínuos mostram como a estratificação e a mistura alteram a forma como esses nutrientes se movem através da coluna de água.
Agências como o USGS utilizam conjuntos de dados de longo prazo para estudar as tendências de eutrofização em milhares de lagos e reservatórios. O seu trabalho demonstra que a redução das cargas externas ajuda, mas que os processos internos relacionados com o ciclo do fósforo podem retardar a recuperação, especialmente em sistemas profundos ou muito estratificados.
A teledeteção acrescenta outra camada. Os produtos baseados em satélites dos programas destacados nos materiais de formação sobre a qualidade das águas continentais da NASA podem cartografar a clorofila e a turbidez superficiais em vastas áreas, o que ajuda a identificar os pontos críticos de eutrofização que merecem uma amostragem mais detalhada. Estudos de caso sobre o Lago Utah mostram como a detecção precoce de mudanças de cor permitiu que as agências de saúde agissem dias antes do que teriam sido capazes de fazer usando apenas observações terrestres. Veja também o resumo da NASA sobre a detecção precoce de proliferações de algas por satélite para obter mais detalhes sobre este exemplo.
Gerenciamento do enriquecimento de nutrientes da bacia hidrográfica até o reservatório
A melhor defesa a longo prazo contra a eutrofização é reduzir o fluxo de nutrientes da bacia hidrográfica circundante. Isso geralmente envolve uma combinação de boas práticas agrícolas, melhor tratamento de águas residuais e melhor gestão das águas pluviais em áreas urbanas. Os pântanos e as faixas de vegetação podem capturar parte da carga de nutrientes antes que ela chegue ao reservatório.
Como o ciclo do fósforo tem componentes externos e internos, os gestores geralmente planejam uma mudança gradual em vez de resultados imediatos. Por exemplo, eles podem combinar medidas na bacia hidrográfica com ações no lago, como otimização das profundidades de extração, aeração ou outras ferramentas específicas do local que ajudem a manter o oxigênio nas águas do fundo e retardar a liberação interna de fósforo. O guia técnico da EPA sobre critérios de nutrientes para lagos e reservatórios oferece conselhos práticos para estabelecer objetivos que reflitam as condições locais e os usos designados.
Também é importante uma comunicação clara com as comunidades. Explicar a eutrofização em linguagem simples e mostrar como as concentrações de nutrientes mudaram ao longo do tempo ajuda as partes interessadas a compreender por que as medidas são necessárias na bacia hidrográfica mais ampla e por que a resposta visível no reservatório pode demorar algum tempo. Folhetos informativos dirigidos ao público, como a Visão geral da contaminação por nutrientes da EPA, podem ajudar a apoiar essas conversas com públicos não técnicos.
Controle baseado em ultrassom como parte de uma estratégia integrada
Embora a redução de nutrientes aborde as causas fundamentais da eutrofização, muitos reservatórios também precisam de ferramentas que atuem diretamente sobre as algas. A LG Sonic aplica ultrassom de baixa potência em combinação com monitoramento contínuo para reduzir a biomassa de algas em lagos e reservatórios de água potável sem adicionar produtos químicos à água.
Os sistemas baseados em boias medem a clorofila a, a ficocianina, a temperatura e outras variáveis e, em seguida, ajustam os programas de ultrassom às condições locais. Ao limitar o acesso das algas à luz e alterar sua posição na coluna de água, essas soluções ajudam a reduzir o impacto dos altos níveis de nutrientes e a retardar os sintomas visíveis da eutrofização. Para obter uma visão geral de como funciona, consulte a explicação da tecnologia da LG Sonic.
Na prática, os ultrassons são usados em conjunto com medidas de captação e um acompanhamento cuidadoso do ciclo do fósforo. Os painéis de controle em tempo real permitem que os operadores vejam como os indicadores de algas respondem ao longo das semanas e estações, e demonstrem aos reguladores e às comunidades que a estratégia combinada está reduzindo a frequência das florações e contribuindo para uma maior estabilidade dos reservatórios. Nas páginas de projetos da LG Sonic, você pode consultar estudos de caso de grandes reservatórios de água potável que utilizam o controle baseado em ultrassom.
Conclusão
Os nutrientes dos lagos estão no centro de muitos desafios relacionados à qualidade da água. Quando os aportes de nitrogênio e fósforo aumentam, aumenta o risco de eutrofização e de proliferação de algas nocivas, especialmente em reservatórios de água potável quentes e estratificados. Compreender o ciclo do fósforo, aplicar uma definição clara de eutrofização e utilizar dados confiáveis ajuda os gestores a tomar melhores decisões.
Ao combinar a redução a longo prazo dos nutrientes na bacia hidrográfica com o monitoramento contínuo e o controle baseado em ultrassom da água, é possível manter as concentrações de nutrientes em níveis gerenciáveis e proteger tanto os ecossistemas quanto os suprimentos de água potável. Os detalhes sempre variam de um lugar para outro, mas a mensagem geral é bastante simples: quando levamos a eutrofização a sério e agimos a tempo, os lagos e reservatórios têm muito mais chances de se recuperar.