O gelo acelera a libertação de ferro nos solos do Ártico

Todos os cálculos sobre a quantidade de ferro que circula nos solos do Ártico e das montanhas partem de uma premissa comum: abaixo do ponto de congelação, a química abranda. Quanto mais frio está o solo, menor é a decomposição dos minerais.

Investigadores do norte da Suécia realizaram uma experiência que contraria essa ideia.

Em alguns casos, o gelo consegue extrair ferro de minerais comuns do solo a uma velocidade mais de quatro vezes superior à da água líquida fria.

O gelo acelera a decomposição dos minerais

Jean-François Boily, professor do Departamento de Química da Universidade de Umeå, questiona há anos a noção de que os ambientes congelados são quimicamente inativos.

A sua equipa decidiu testá-la de forma direta. O trabalho centrou-se em minerais de ferro, em particular na goetite - um mineral de cor ferrugem presente em solos, sedimentos e poeiras.

A experiência foi efetuada em duas condições: em água líquida pouco acima do ponto de congelação e em gelo sólido bem abaixo desse limite.

O gelo decompôs o mineral mais depressa do que o líquido frio. O aumento acompanhou exatamente a força com que cada sal dissolvido se liga ao ferro.

O papel de minúsculos bolsões líquidos

A explicação mais provável está no que sucede quando a água congela. O gelo puro não comporta sais dissolvidos nem minerais em suspensão, pelo que estes são expulsos.

Essas impurezas acumulam-se em pequenos bolsões de líquido remanescente, presos entre cristais de gelo.

Neles, as concentrações podem atingir valores cerca de 500 vezes superiores aos da água circundante, o que aparentemente impulsiona a química mais rápida.

Nesses espaços densamente concentrados, a reação que extrai ferro de um grão mineral pode decorrer muito mais rapidamente do que num líquido diluído.

O gelo não executa a química - concentra os ingredientes e mantém-nos no mesmo local.

O sal conduz a uma reação mais rápida

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

Em água líquida, os compostos com ligação forte removiam ferro do mineral mais rapidamente do que os de ligação fraca. Esta ordem já tinha sido observada anteriormente - esperava-se que o gelo abrandasse todos os processos.

Em vez disso, os investigadores registaram o resultado contrário. Todos os sais reativos dissolveram ferro mais depressa no gelo do que no líquido.

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

“O resultado foi extraordinariamente claro. O gelo aumentou a velocidade de dissolução de todos os sais que se ligam ao ferro e, quanto mais forte era a ligação, maior era esse aumento”, afirmou Boily.

Porque é que o ferro importa

O ferro controla o crescimento de plâncton e algas em vastas áreas do oceano aberto, regulando discretamente a quantidade de carbono absorvida pela água.

Uma longa série de investigações estabelece-o como um dos oligoelementos mais importantes da química ambiental.

Também se liga ao carbono orgânico nos solos e altera a cor e a acidez das águas naturais. A quantidade que passa de terrenos congelados para rios e zonas costeiras próximas muda as condições dos ecossistemas a jusante.

As regiões frias contêm enormes reservas de ferro retido em solos de permafrost, sedimentos glaciares e terrenos que congelam sazonalmente.

A forma como esse ferro chega aos rios e oceanos está no cerne da resposta do Ártico ao aquecimento.

Os rios tornam-se cor de laranja

O resultado laboratorial coincide com algo que já está a ocorrer no norte do Alasca.

Na última década, mais de 200 cursos de água antes transparentes adquiriram uma tonalidade alaranjada e leitosa, tingidos por ferro e metais libertados de terrenos em descongelação.

Os investigadores associaram o escoamento de cor ferrugem ao permafrost, que expõe minerais enterrados à meteorização.

A nova química do gelo acrescenta outro mecanismo: mesmo os terrenos que ainda não descongelaram totalmente podem libertar ferro através de reações nos seus bolsões congelados.

Segundo um estudo recente, estes cursos de água transportam atualmente ferro e metais dissolvidos em quantidade suficiente para prejudicar insetos aquáticos e ameaçar populações de salmão.

Saber quais as reações que ocorrem no gelo oferece aos investigadores no terreno um modelo mais claro do que devem monitorizar.

Os modelos subestimam a química dos solos congelados

A maioria dos modelos ambientais considera que o congelamento é o momento em que a química para, calculando a decomposição mineral a partir de dados de temperaturas mais elevadas e reduzindo depois esses valores.

As novas medições indicam que essa abordagem tem apontado na direção errada.

Cerca de 17 percent da superfície terrestre encontra-se sobre permafrost, e áreas muito mais extensas passam anualmente por ciclos de congelação e descongelação.

Se o gelo acelera a libertação de ferro, em vez de a travar, os modelos de fluxo de nutrientes têm trabalhado com dados incompletos.

Essa subestimação repercute-se nas projeções sobre o armazenamento de carbono nos solos do norte, a qualidade da água dos rios do Ártico e o fornecimento de ferro ao plâncton costeiro. Nenhuma dessas projeções foi concebida para incluir uma química ativa do gelo.

Surge um padrão previsível

Apesar de toda a química complexa no interior do gelo, o novo resultado é invulgarmente simples.

Uma única propriedade - a força com que um composto se liga ao ferro - antecipou o grau em que o gelo amplificaria a decomposição mineral em todos os compostos testados.

Até este estudo, ninguém tinha estabelecido uma regra tão clara que ligasse a força de ligação à decomposição mineral provocada pelo gelo. Afinal, é suficientemente simples para ser incorporada diretamente nos modelos ambientais.

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

Se este padrão se confirmar de forma abrangente, poderá permitir aos modeladores prever a libertação mineral provocada pelo gelo com base numa única propriedade química - algo que as projeções de nutrientes nas regiões frias nunca tiveram em conta.

Crédito da imagem: USGS