Brasil
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APPLICATION OF NOBLE GASES AND THEIR ISOTOPES IN THE HYDROGEOLOGY
APLICAÇÃO DE GASES NOBRES E SEUS ISÓTOPOS NA HIDROGEOLOGIA
Registro en:
10.14295/derb.v42.744
Autor
KIRCHHEIM, Roberto Eduardo
CHANG, Kiang Huang
GASTMANS, Didier
EZAKI, Sibele
STRADIOTO, Márcia Regina
Institución
Resumen
As the demands for water increase, it is imperative to better assess the dynamics of groundwater circulation in aquifers, information that is considered indispensable for sustainable management. The techniques involving environmental tracers and, among these, specifically those inherent to noble gas isotopes, provide valuable information, such as groundwater residence times and recharge paleotemperatures. Noble gases, namely He, Ne, Ar, Kr and Xe, have physical and chemical properties that vary systematically with their atomic weight, in addition to wide variations in their isotopic compositions resulting from nuclear processes from relatively more abundant parent elements. Because they are inert, noble gases do not undergo chemical and isotopic changes in water-rock interactions. Their presence in groundwater can be interpreted as mixing of atmospheric and non-atmospheric components (radiogenic and/or terrigenous). While the atmospheric component keeps records of past dynamics associated with recharge processes and, therefore, of paleoenvironments and climate, the non-atmospheric components, essentially associated with He isotopes (3He and 4He), as well as radiogenic isotopes, including 81Kr, 85Kr and 39Ar, provide valuable chronological information. This paper presents a complete bibliographic review on the meaning of the concentration of noble gases dissolved in water, their respective components and the methodological paths used to extract hydrogeological information. In the same way, field sampling practices, analytical strategies and methodological paths for data treatment are presented on the basis of the allusion to the main works developed by the international scientific community. Finally, the antecedents of noble gases in Brazil are presented and discussed, with emphasis on the Guarani Aquifer System, which has been the object of pioneering and current development with the application of noble gases. The paper provides a broad view of the use of noble gases and relevant information for the dissemination of these techniques in Brazil. À medida que as demandas por água aumentam, torna-se imperativo conhecer as dinâmicas de circulação das águas subterrâneas nos aquíferos, informação indispensável para a gestão sustentável dos mesmos. As técnicas envolvendo os traçadores ambientais e, dentre estes, especificamente aqueles inerentes aos gases nobres e seus isótopos, fornecem valiosas informações, como por exemplo, os tempos de residência das águas subterrâneas e as paleotemperaturas de recarga. Os gases nobres, representados pelo He, Ne, Ar, Kr e Xe possuem propriedades físicas e químicas que variam sistematicamente com seu peso atômico, além de amplas variações em suas composições isotópicas decorrentes de processos nucleares a partir de elementos parentais relativamente mais abundantes. Pelo fato de serem inertes, os gases nobres não sofrem alterações químicas e isotópicas nas interações água-rocha. Sua presença nas águas subterrâneas pode ser interpretada como uma mistura entre a componente atmosférica e a componente não atmosférica (radiogênica e/ou terrigênica). Enquanto a componente atmosférica guarda registros de dinâmicas pretéritas associadas aos processos de recarga e, portanto, de paleoambientes e clima, as componentes não atmosféricas, essencialmente associadas aos isótopos de He (3He e 4He), assim como isótopos radiogênicos, entre eles o 81Kr, 85Kr e 39Ar, fornecem informação de caráter cronológico. O presente artigo apresenta uma completa revisão bibliográfica sobre o significado da concentração dos gases nobres dissolvidos em água, suas respectivas componentes e os caminhos metodológicos empregados para extrair informações para a hidrogeologia. Da mesma forma, são apresentadas as práticas amostrais de campo, as estratégias analíticas e os caminhos metodológicos para o tratamento dos dados, a partir da alusão aos principais trabalhos desenvolvidos pela comunidade científica internacional. Finalmente, são apresentadas e discutidas as iniciativas pioneiras em gases nobres no Brasil, com destaque para as aplicações no âmbito do Sistema Aquífero Guarani. Dessa forma, o presente trabalho fornece uma ampla visão do uso dos gases nobres e informações relevantes para a difusão das referidas técnicas no país.