Gelo acelera a liberação de ferro em solos árticos

O ponto de partida de praticamente toda estimativa sobre quanto ferro circula por solos do Ártico e de regiões montanhosas é uma ideia comum: abaixo de zero, a química perde ritmo. Quanto mais gelado o terreno, menor seria a decomposição de minerais.

Uma experiência conduzida por investigadores no norte da Suécia, porém, vai na direção oposta.

O gelo consegue extrair ferro de minerais comuns do solo com mais rapidez do que a água líquida fria - em alguns casos, a uma velocidade superior a quatro vezes.

O gelo acelera a decomposição de minerais

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

Para verificar isso de forma direta, a equipa desenhou um teste centrado em minerais de ferro - em especial a goethita, um mineral de cor ferrugem amplamente presente em solos, sedimentos e poeiras.

O ensaio foi feito em duas condições: uma em água líquida pouco acima do ponto de congelamento e outra em gelo sólido, bem abaixo de zero.

O mineral degradou-se mais depressa no gelo do que no líquido frio. Esse aumento acompanhou com precisão o quanto cada sal dissolvido se liga ao ferro.

O papel de minúsculos bolsões de líquido

A explicação mais provável está no que acontece quando a água congela. O gelo puro não acomoda sais dissolvidos nem minerais em suspensão; por isso, essas substâncias são expulsas durante a formação dos cristais.

As impurezas acabam concentradas em microbolsões de líquido remanescente, presos entre os cristais de gelo.

Nesses espaços, as concentrações podem subir para cerca de 500 vezes o valor observado na água ao redor - e isso parece ser o motor da química acelerada.

Dentro desses bolsões superconcentrados, a reação que retira ferro de um grão mineral pode ocorrer muito mais rápido do que aconteceria em uma solução diluída.

Ou seja: não é o gelo que “faz” a química; ele concentra os ingredientes e mantém tudo confinado.

O sal provoca uma reação mais rápida

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

Em água líquida, os sais que se ligam mais fortemente ao ferro removem o elemento do mineral mais depressa do que os ligantes fracos. Essa hierarquia já era conhecida - e esperava-se que o gelo apenas desacelerasse tudo.

O que apareceu, contudo, foi o inverso. Todos os sais reativos dissolveram ferro mais rapidamente no gelo do que no líquido.

O fluoreto, o ligante mais forte, libertou mais de quatro vezes a quantidade de ferro no gelo em comparação com a água líquida fria. O perclorato não dissolveu nada em nenhuma das duas fases.

“Os resultados foram notavelmente claros. O gelo aumentou a taxa de dissolução para todos os sais que se ligam ao ferro, e quanto mais forte a ligação, maior o aumento”, disse Boily.

Por que o ferro importa

O ferro condiciona o crescimento de plâncton e algas em enormes áreas do oceano aberto, regulando discretamente quanto carbono a água consegue absorver.

Uma longa linha de estudos aponta o elemento como um dos traços mais importantes na química ambiental.

Além disso, o ferro liga-se ao carbono orgânico nos solos e altera a cor e a acidez das águas naturais. A quantidade que sai de terrenos congelados para rios e zonas costeiras muda as regras dos ecossistemas a jusante.

Regiões frias guardam reservas imensas de ferro aprisionadas em solos de permafrost, sedimentos glaciares e terrenos 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 resultado de laboratório combina com algo que já vem acontecendo no norte do Alasca.

Na última década, mais de 200 cursos de água antes transparentes passaram a exibir um tom laranja leitoso, manchados por ferro e metais que estão a ser lixiviados de terrenos em degelo.

Investigadores relacionaram o escoamento com cor de ferrugem ao permafrost que, ao expor minerais enterrados, permite que eles sofram intemperismo.

A nova química do gelo acrescenta mais um caminho: mesmo onde o solo ainda não descongelou por completo, o ferro pode ser libertado por reações dentro desses bolsões congelados.

Esses riachos agora transportam ferro e metais dissolvidos em quantidade suficiente para prejudicar insetos aquáticos e ameaçar populações de salmão, como foi documentado em um estudo recente.

Saber que reações ocorrem no interior do gelo dá aos investigadores de campo um guia mais nítido do que procurar.

Modelos subestimam a química do solo congelado

A maioria dos modelos ambientais trata o congelamento como o momento em que a química entra em pausa: calcula-se a decomposição mineral com base em dados de temperaturas mais altas e depois reduz-se o ritmo para condições frias.

As novas medições indicam que essa prática pode estar a apontar na direção errada.

Cerca de 17 por cento da superfície terrestre do planeta assenta sobre permafrost, e áreas ainda maiores passam anualmente por ciclos de congelamento e degelo.

Se o gelo acelera, em vez de travar, a libertação de ferro, então os modelos de fluxo de nutrientes vêm sendo alimentados com entradas incompletas.

Essa subcontagem aparece, depois, em projeções sobre armazenamento de carbono em solos setentrionais, qualidade da água em rios do Ártico e entrega de ferro ao plâncton costeiro. Nenhuma dessas projeções foi construída incorporando uma química ativa no gelo.

Surge um padrão preditivo

Apesar da complexidade química dentro do gelo, o novo resultado é invulgarmente organizado.

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

Até este estudo, ninguém tinha estabelecido uma regra tão direta ligando força de ligação à decomposição mineral impulsionada pelo gelo. A regra é suficientemente simples para ser incorporada diretamente em modelos ambientais.

Boily afirmou que a consistência observada entre todos os compostos apanhou a equipa de surpresa.

Se o padrão se confirmar de forma ampla, ele pode permitir que modeladores estimem a libertação mineral impulsionada pelo gelo a partir de uma única propriedade química - algo que projeções de nutrientes em regiões frias nunca levaram em conta.

Crédito da imagem: USGS