Gelo acelera a liberação de ferro em solos árticos e de montanha

Toda estimativa de quanto ferro circula por solos do Ártico e de regiões montanhosas costuma partir de uma mesma premissa: abaixo de 0 °C, a química “desacelera”. Quanto mais frio o solo, menor seria a decomposição de minerais.

Pesquisadores no norte da Suécia realizaram um experimento que contraria diretamente essa ideia.

Em vez de frear o processo, o gelo pode extrair ferro de minerais comuns do solo mais rapidamente do que a água líquida fria - em alguns casos, por mais de quatro vezes.

O gelo acelera a decomposição de minerais

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

Para colocar a hipótese à prova de forma direta, seu grupo voltou a atenção para minerais de ferro, em especial a goethita - um mineral de coloração ferruginosa, presente em solos, sedimentos e poeira.

O ensaio foi conduzido em duas condições: uma com água líquida ligeiramente acima do ponto de congelamento e outra com gelo sólido bem abaixo desse ponto.

O resultado foi consistente: no gelo, o mineral se desfez mais depressa do que na água líquida fria. E esse aumento acompanhou, com precisão, o quanto cada sal dissolvido consegue se ligar ao ferro.

A função de minúsculos bolsões de líquido

A explicação mais provável está no que ocorre durante o congelamento da água. O gelo puro não “acomoda” sais dissolvidos nem minerais em suspensão - por isso, esses componentes acabam sendo expulsos.

As impurezas então se acumulam em pequenos bolsões de líquido remanescente, aprisionados entre cristais de gelo.

Nesses microambientes, as concentrações podem subir para cerca de 500 vezes o valor observado na água ao redor, o que aparentemente impulsiona a velocidade das reações.

Com tantos reagentes reunidos no mesmo lugar, a reação que arranca ferro de um grão mineral pode ocorrer muito mais rapidamente do que em uma solução líquida diluída.

Não é o gelo que “faz” a química; ele apenas concentra os ingredientes e os mantém confinados.

O sal dispara uma reação mais rápida

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

Na água líquida, os sais com ligação mais forte removeram ferro do mineral mais rapidamente do que aqueles com ligação mais fraca - uma ordem já observada anteriormente, e que reforçava a expectativa de que o gelo reduziria tudo.

O que se viu, porém, foi o inverso: todo sal reativo dissolveu ferro mais depressa no gelo do que na fase líquida.

O fluoreto, que apresenta 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 duas fases.

“O resultado foi notavelmente 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 determina o crescimento de plâncton e algas em grandes áreas do oceano aberto, regulando discretamente quanto carbono a água consegue absorver.

Uma longa sequência de estudos o coloca entre os elementos-traço mais influentes na química ambiental.

Além disso, ele se liga ao carbono orgânico nos solos e altera a cor e a acidez de águas naturais. A quantidade que sai de terrenos congelados para rios e zonas costeiras redefine as condições dos ecossistemas a jusante.

Regiões frias abrigam reservas enormes de ferro retidas em solos de permafrost, sedimentos glaciais e camadas de solo que congelam sazonalmente.

Entender como esse ferro chega a rios e oceanos está perto do centro de como o Ártico reage ao aquecimento.

Rios ficam alaranjados

O que foi observado em laboratório combina com um fenômeno já em curso no norte do Alasca.

Na última década, mais de 200 riachos antes transparentes ficaram com um tom laranja leitoso, manchados por ferro e metais liberados do solo em descongelamento.

Pesquisadores associaram esse escoamento de cor ferrugem ao permafrost, que ao se expor permite que minerais enterrados sofram intemperismo.

A nova química do gelo acrescenta outro caminho: mesmo sem descongelar por completo, o terreno pode liberar ferro por reações que acontecem dentro desses bolsões congelados.

Segundo um estudo recente, esses riachos agora carregam ferro e metais dissolvidos em níveis capazes de prejudicar insetos aquáticos e colocar populações de salmão sob ameaça.

Ao identificar quais reações continuam ativas dentro do gelo, pesquisadores de campo ganham um roteiro mais nítido do que monitorar.

Modelos subestimam a química de solos congelados

A maioria dos modelos ambientais trata o congelamento como o ponto em que a química “pausa”, calculando a decomposição de minerais com base em dados de temperaturas mais altas e depois reduzindo os valores.

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

Cerca de 17% da superfície terrestre está sobre permafrost, e áreas ainda maiores atravessam ciclos anuais de congelamento e degelo.

Se o gelo acelera - e não desacelera - a liberação de ferro, então modelos de fluxo de nutrientes vêm operando com entradas incompletas.

Essa subcontagem se espalha para projeções sobre armazenamento de carbono em solos do norte, qualidade da água em rios do Ártico e fornecimento de ferro para o plâncton costeiro. Nenhuma dessas projeções foi construída considerando uma química ativa no gelo.

Surge um padrão de previsão

Apesar da complexidade da química dentro do gelo, o achado final é incomumente organizado.

Uma única característica - o quão fortemente um composto se liga ao ferro - antecipou quanto o gelo amplificaria a decomposição mineral para todos os compostos testados.

Antes deste estudo, ninguém havia demonstrado uma regra tão direta conectando força de ligação e decomposição mineral impulsionada pelo gelo. A relação é simples o bastante para ser incorporada diretamente a modelos ambientais.

Boily afirmou que a regularidade entre os compostos surpreendeu a equipe.

Se esse padrão se confirmar em um conjunto mais amplo de substâncias, modeladores poderão estimar a liberação mineral no gelo a partir de uma única propriedade química - algo que projeções de nutrientes em regiões frias jamais haviam levado em conta.

Crédito da imagem: USGS