Grupo de pesquisa - CNPq:
Física Nuclear Aplicada a Estudos Ambientais

Participante de INCT:
Instituto Nacional de Ciência e tecnologia da Criosfera (INCT da Criosfera)

Cursos de Pós-graduação a que está credenciado:
Programa de Pós-Graduação em Biologia Marinha e Ambientes Costeiros (PBMAC) da UFF
Curso de Pós-graduação em Física da UFF
Pós-Graduação em Ensino de Ciências da Natureza da UFF

O LARA utiliza de métodos analíticos nucleares e isotópicos inovadores para realizar estudos de ponta no âmbito de áreas ambientais como biofísica, geofísica, geoquímica, paleontologia, arqueologia e radioecologia; uma vez que o uso simultâneo destas técnicas permitem, por exemplo, grandes avanços tanto para a datação quanto para a caracterização de fenômenos ambientais ligados a efeitos de mudanças globais pretéritas e modernas.

Isótopos radioativos de origem natural ou artificial são continuamente introduzidos no meio ambiente. A possibilidade de rastrear o trânsito ou acúmulo desses elementos em distintas partes da biosfera torna-os ferramentas extraordinárias, as quais permitem o estudo de inúmeros processos físicos, químicos e biológicos, favorecendo o surgimento de uma área de pesquisa científica multidisciplinar denominada de Radioecologia.

Tradicionalmente várias técnicas de Física Nuclear têm sido aplicadas no desenvolvimento de trabalhos de proteção radiológica, visando à compreensão do impacto da liberação de substâncias ou rejeitos radioativos no meio ambiente. Entretanto, radionuclídeos naturais ou artificiais também podem ser utilizados como rastreadores ou traçadores, os quais têm se tornado ferramentas tecnológicas extremamente importantes na compreensão de diversos fenômenos da natureza. Sob este ponto de vista, radioisótopos naturais e artificiais têm sido usados em nosso laboratório na compreensão do funcionamento de ecossistemas terrestres e aquáticos, da evolução de suas espécies, além da investigação de padrões e frequência de perturbações naturais e impactos antrópicos nestes ecossistemas e suas restaurações. Estes podem ser medidos, por exemplo, através da espectrometria das radiações alfa e gama, utilizando detectores semicondutores de silício e de germânio hiper-puro (HPGe) associado a blindagens de ultrabaixo fundo, respectivamente. Medidas da radioatividade gama natural, por exemplo, têm formado a base para estudos envolvendo processos atmosféricos, mapeamento litológico de rochas e sedimentos, exploração mineral (principalmente para minerais pesados e fosfatos), transporte de sedimentos (incluindo a compreensão de seus efeitos naturais e impactos tanto sobre a construção quanto a erosão costeira). Radionuclídeos artificiais, por outro lado, têm sido utilizados no estudo de fatores bióticos e abióticos, que atuam sobre nossos ecossistemas naturais e semi-naturais, visando compreender, por exemplo, a dinâmica de solo, preservação de recursos hídricos, além de estudos sobre o acúmulo e distribuição de nutrientes vegetais e substâncias radioativas em plantas tropicais e subtropicais. Medidas da radiação alfa possuem grande aplicabilidade em estudos geocronológicos (tais como a datação de sedimentos, materiais fósseis, corais etc.), podendo ser aplicadas no uso de traçadores isotópicos de diversos processos como diferenciação de massas de água, origem e mistura de águas subterrâneas e de superfície. Em especial, esta técnica possibilita a datação de sedimentos de períodos recentes (últimos 100 anos, sendo um período marcado pelas maiores perturbações de origem antrópica no ambiente, ou seja, poluição).

Análises elementares (Bulk) e de seus compostos orgânicos permitem o uso de biomarcadores baseados em razões isotópicas de carbono (δ¹³C), deutério (δ²H), nitrogênio (ő¹⁵N), oxigênio (δ¹⁸O) e enxofre (δ³⁴S). Isto se deve ao fato de que a matéria orgânica presente em sedimentos e outras matrizes ambientais apresenta uma série de indicadores, que podem ser utilizados na reconstrução paleoambiental e ambiental dos sistemas estudados. Trata-se de uma complexa mistura de lipídeos, carboidratos, proteínas, ácidos graxos e outros componentes, produzidos por organismos que podem fornecer informações sobre variações ambientais locais ou regionais, ocorridas naturalmente ou induzidas pelo Homem. Atualmente a técnica de CSSI (Compound-Specific Stable Isotope), acoplada a análises orgânicas elementares, é considerada o que há de mais inovador em análises isotópicas. Através de medições das proporções de ocorrência natural de isótopos estáveis em diversos compostos dos indivíduos, que compõe a matéria orgânica presente em amostras sedimentares, pode-se identificar com uma grande margem de segurança a origem da matéria sedimentar. Por exemplo, podem ser verificadas diferentes assinaturas (“impressões digitais”) isotópicas de carbono em indivíduos oriundos de espécies de plantas C3 e C4, organismos bentônicos, fito e zooplanctônicos, etc. Assim, estes compostos orgânicos são cruciais na identificação e quantificação de alterações em ecossistemas terrestres e marinhos, além de testar o quanto a decomposição da matéria orgânica e a fisiologia microbiológica são sensíveis à variação da temperatura. Adicionalmente, a medidas das razões isotópicas de carbono (δ¹³C), são essenciais em estudos de gases, tais como CO₂ e CH₄, que estão relacionados com a ocorrência do efeito estufa.

A Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (Fourier Transform Infrared Spectroscopy - FTIR) é uma importante técnica de caracterização de materiais, sendo muito utilizada na identificação da natureza química de vários tipos de materiais, tais como, solos e sedimentos, atuando também em estudos de revestimentos, materiais plásticos, betumes e adjuvantes. Assim, o sistema FTIR presente no LARA tem o objetivo de avaliar a parte orgânica em relação à inorgânica de amostras de solo e sedimento, que permitindo o desenvolvimento de estudos de reconstrução paleoambiental e ambiental dos sistemas estudados, bem como fornecer informações sobre variações ambientais locais ou regionais, ocorridas naturalmente ou induzidas pelo Homem.

Dentro deste contexto, o LARA faz parte de uma Equipe Interdisciplinar de Pesquisadores (composta de físicos teóricos e experimentais, biólogos, químicos, engenheiros, geólogos e arqueólogos) que tem o objetivo de desenvolver e aprimorar as aplicações mais recentes e importantes da Física Nuclear em estudos radioecológicos, geofísicos e geocronológicos, visando a compreensão do funcionamento de nosso meio ambiente e dos organismos vivos que o habitam.

Contudo, esta Equipe acredita que para se compreender perfeitamente o funcionamento do habitat dos organismos vivos é necessário compreendê-lo de forma global e duradoura, não apenas olhando-o por um único ângulo ou subárea de pesquisa. Isto inclui tanto o conhecimento do ingresso, trânsito, incorporação e taxa de acúmulo de determinados elementos radioativos naturais ou antrópicos na biosfera quanto a reconstituição ambiental do passado recente da Terra. Assim, necessita-se constantemente de determinações de composições, concentrações e de idades absolutas de vários elementos presentes em rochas, sedimentos e materiais orgânicos.

— LARA - Laboratório de Radioecologia e Alterações Ambientais - IF-UFF
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