Gelo acelera a dissolução de ferro da goethita em solos árticos

Todo cálculo sobre quanto ferro circula por solos do Ártico e de regiões montanhosas costuma partir de uma premissa comum: abaixo de 0 °C, a química desacelera. Quanto mais frio o terreno, menor seria a desagregação dos minerais.

No norte da Suécia, pesquisadores conduziram um experimento que vai na direção contrária dessa ideia.

Eles observaram que o gelo consegue extrair ferro de minerais comuns do solo mais rapidamente do que a água líquida fria - em alguns casos, por um fator superior a quatro.

O gelo acelera a degradação dos minerais

Jean-François Boily, professor do Departamento de Química da Universidade de Umeå, passa há anos contestando a noção de que ambientes congelados são quimicamente “silenciosos”.

Para verificar isso de forma direta, sua equipe decidiu colocar a hipótese à prova. O foco foram minerais de ferro, em especial a goethita - um mineral de tonalidade ferruginosa encontrado amplamente em solos, sedimentos e poeira.

O teste foi conduzido em dois cenários: um em água líquida pouco acima do ponto de congelamento e outro em gelo sólido bem abaixo dele.

O resultado mostrou que o gelo degradou o mineral mais depressa do que a água líquida fria. Esse aumento acompanhou com precisão o quanto cada sal dissolvido se liga ao ferro.

O papel de minúsculos bolsões líquidos

A explicação mais provável está no que ocorre quando a água congela. O gelo puro não comporta sais dissolvidos nem minerais em suspensão, e esses componentes acabam sendo expulsos.

As impurezas se acumulam em pequenos bolsões de líquido remanescente presos entre cristais de gelo.

Nesses microambientes, as concentrações podem chegar a cerca de 500 vezes o valor do meio aquoso ao redor, o que aparentemente impulsiona uma química mais rápida.

Dentro desses bolsões superconcentrados, a reação que arranca ferro de um grão mineral pode acontecer muito mais velozmente do que aconteceria em uma solução diluída.

Ou seja: não é o gelo que “faz” a química - ele concentra os reagentes e os mantém confinados.

O sal como motor de uma reação mais rápida

O grupo avaliou quatro compostos dissolvidos - fluoreto, sulfato, cloreto e perclorato. Três deles se ligam ao ferro com diferentes intensidades, enquanto o perclorato quase não interage com o ferro e foi usado como controle.

Em água líquida, os compostos de ligação mais forte removeram ferro do mineral mais rapidamente do que os de ligação fraca. Essa hierarquia já era conhecida - e esperava-se que o gelo apenas reduzisse todas as taxas.

No entanto, os pesquisadores encontraram o oposto. Todo sal reativo dissolveu mais ferro no gelo do que no líquido.

O fluoreto, que tem a ligação mais forte, liberou mais de quatro vezes mais ferro no gelo do que na água líquida fria. Já o perclorato não dissolveu nada em nenhuma das fases.

“ O resultado foi extraordinariamente claro. O gelo aumentou a taxa de dissolução para todo sal que se liga ao ferro e, quanto mais forte a ligação, maior o aumento ”, disse Boily.

Por que o ferro importa

O ferro controla o crescimento de plâncton e algas em grandes áreas do oceano aberto, regulando de forma discreta quanto carbono a água consegue absorver.

Uma extensa literatura o aponta como um dos elementos-traço mais decisivos na química ambiental.

Ele também se liga ao carbono orgânico nos solos e altera a cor e a acidez de águas naturais. A quantidade que escoa de terrenos congelados para rios e zonas costeiras muda as regras para os ecossistemas a jusante.

Regiões frias guardam enormes reservas de ferro aprisionadas em solos de pergelissolo, sedimentos glaciais e camadas de solo que congelam sazonalmente.

Entender como esse ferro chega aos rios e ao oceano está perto do centro das discussões sobre como o Ártico reage ao aquecimento.

Rios ficam alaranjados

O que foi visto em laboratório combina com algo que já vem ocorrendo no norte do Alasca.

Na última década, mais de 200 riachos antes límpidos ficaram com um tom laranja leitoso, tingidos por ferro e outros metais que passam a ser lixiviados de solos em descongelamento.

Pesquisadores associaram esse escoamento enferrujado ao pergelissolo, que ao degradar expõe minerais enterrados ao intemperismo.

A nova química do gelo sugere mais um caminho: mesmo sem descongelar por completo, o terreno pode liberar ferro por meio de reações que acontecem dentro de seus bolsões congelados.

Esses cursos d’água agora transportam ferro e metais dissolvidos em níveis suficientes para prejudicar insetos aquáticos e ameaçar populações de salmão, como documentado em um estudo recente.

Ao saber quais reações ocorrem dentro do gelo, pesquisadores de campo ganham um roteiro mais nítido do que monitorar.

Modelos subestimam a química em solos congelados

A maior parte dos modelos ambientais trata o congelamento como o momento em que a química “para”, estimando a degradação mineral a partir de dados de temperaturas mais altas e reduzindo os valores.

As novas medições indicam que esse procedimento pode estar apontando na direção errada.

Cerca de 17% da superfície terrestre fica sobre pergelissolo, e áreas ainda maiores passam por ciclos anuais de congelamento e degelo.

Se o gelo acelera - em vez de reduzir - a liberação de ferro, então modelos de fluxo de nutrientes têm trabalhado com entradas incompletas.

Essa subcontagem se propaga para projeções de armazenamento de carbono em solos do norte, qualidade da água em rios árticos e entrega de ferro ao plâncton costeiro. Nenhuma dessas projeções foi construída considerando uma química ativa no gelo.

Surge um padrão com poder preditivo

Apesar de toda a complexidade química dentro do gelo, o resultado novo é surpreendentemente organizado.

Uma única propriedade - o quão firmemente um composto se liga ao ferro - previu o quanto o gelo amplificaria a degradação do mineral para todos os compostos testados.

Antes deste estudo, ninguém havia estabelecido uma regra tão direta conectando força de ligação e degradação mineral impulsionada pelo gelo. Pelo visto, é simples o bastante para entrar diretamente em modelos ambientais.

Boily afirmou que a consistência entre todos os compostos pegou sua equipe de surpresa.

Se esse padrão se confirmar de forma ampla, ele pode permitir que modeladores estimem a liberação mineral induzida pelo gelo a partir de uma única propriedade química - algo que projeções de nutrientes em regiões frias nunca haviam incorporado.

Crédito da imagem: USGS