Livro “Geoquímica – uma introdução”

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Geoquímica – uma introdução
Francis Albarède
Tradução: Fábio R. D. de Andrade
Novo livro detalha os fundamentos da geoquímica moderna e sua
aplicação no estudo dos mais diversos ambientes
Relativamente nova, a geoquímica apresenta-se como a vanguarda
científica de diversas áreas de conhecimento, levando-se em conta sua
interdisciplinaridade e alcance enquanto ciência. Presente em quase
todos os campos das ciências da Terra, a geoquímica utiliza princípios
da química para explicar os mecanismos que regulam o funcionamento dos
principais sistemas geológicos.
Apesar de haver periódicos dedicados à divulgação da pesquisa na área,
ainda é pequeno o número de livros de geoquímica geral que cobrem de
modo amplo os vários segmentos da geoquímica moderna. Esta é uma das
razões que fazem do livro de Francis Albarède um livro oportuno,
direcionado aos cursos introdutórios para alunos de graduação.
Brilhantemente traduzido pelo professor de geoquímica da USP, Fábio
Ramos, o livro explica de forma didática os fundamentos da geoquímica
moderna, que atua desde a medição do tempo geológico, passando pela
origem dos magmas, pela evolução dos continentes, dos oceanos e do
manto, até a compreensão das mudanças ambientais. Com exemplos e
exercícios, a obra enfatiza os princípios gerais da geoquímica e traz
informações essenciais para estudantes de ciências da Terra e ciências
ambientais.
A partir de uma introdução sobre as propriedades dos átomos e núcleos
dos elementos químicos, o autor discute os princípios de
fracionamento, mistura de isótopos e de elementos, geocronologia e uso
de traçadores radiogênicos na caracterização de reservatórios e
fontes. Explora o transporte geoquímico por advecção e difusão, o
conceito de temperatura de fechamento, cromatografia e taxas de reação
em sistemas de larga escala, como os oceanos, a crosta e o manto.
Pela abrangência e profundidade dos temas tratados e pela excelência
do trabalho de tradução, este livro certamente será bastante útil não
apenas aos estudantes da disciplina, mas a todos os interessados nos
conceitos e aplicações da Geoquímica nas diversas áreas das ciências
da Terra.
PÚBLICO A QUE SE DESTINA
…………………………………………………………………………………………..
• Cursos introdutórios de geoquímica, alunos de graduação e
profissionais da área.
MAIS INFORMAÇÕES…………………………………………………………………………………………………….
• Preço: R$ 108,00 |ISBN: 978-85-7975-020-5 | Formato: 18X25,5
cm | Páginas: 400

Resolução CONAMA 420/2009

Há muito venho criticando a forma como o compartimento ambiental solo é tratado pelos órgãos responsáveis pela área ambiental não só no Brasil, mas no mundo. Minhas críticas até então vinham sendo conduzidas, principalmente, frente à falta de políticas públicas visando planejamento, conservação e até mesmo preservação desse recurso, tão importante não só como meio de cultivo de alimentos e meio de sustentação de obras, mas também como parte do ciclo hidrológico e de outros ciclos tão importantes para a manutenção da qualidade de vida e da própria existência de vida no planeta, como o do carbono, do nitrogênio, do fósforo, do enxofre, etc…
Bem, mas não é o caso de “teorizar” sobre a importância ambiental do solo. Pelo menos não nesse post. Muito menos é caso de criticar. Estou hoje aqui para elogiar e corrigir o título do meu último post, “Mais um ano de fiascos”. Confesso que até a escrita desse último eu não tinha conhecimento a respeito da publicação da resolução do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) de número 420. Ela foi publicada no dia 28 de Dezembro de 2009 e “dispõe sobre os critérios e valores orientadores de qualidade do solo quanto à presença de substâncias químicas e estabelece diretrizes para o gerenciamento ambiental de áreas contaminadas por essas substâncias em decorrência de atividades antrópicas“. Tal resolução mostra que o ano, apesar de muitos fiascos, não foi somente deles.
Críticas à parte, a resolução é um avanço sem tamanho para o reconhecimento da ciência do solo como, também, parte das ciências ambientais no Brasil. Bem ou mal é uma primeira tentativa oficial e nacional de propor efetivamente dados para consulta sobre degradação química de solos e suas consequências. O passo mais difícil foi dado. A partir de agora é aperfeiçoá-la e fazer com que ela, cada vez mais, se aproxime da realidade.
A resolução pode ser vista e obtida através do endereço eletrônico http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=620.
Até a próxima…

Adsorção de cátions metálicos por espécies oxídicas do solo – Uma pequena abordagem teórica.

Por Carlos Pacheco
Discutindo com alguns colegas de trabalho sobre as formas de retenção de cátions metálicos em solos tipicamente “tropicais”, enriquecidos em óxidos férricos e de alumínio, percebi uma frequente “confusão” a respeito dos processos que cercam esse fenômeno. Sobretudo, essa confusão se aplicava às questões relacionadas à adsorção específica de cátions metálicos de elementos enquadrados como metais de transição na tabela periódica por óxidos, oxihidróxidos e hidróxidos componentes da fração argila de tais solos. Nunca é demais lembrar que tais elementos apresentam importância relevante em termos ambientais pois, vários deles, podem apresentar toxicidade acentuada aos seres vivos, representados por aqueles denominados de metais pesados. Outros, por sua vez, são micronutrientes importantes para grande parte dos vegetais. Esses fatos, por si só, já mostram a relevância do assunto. Resolvi então escrever algo sobre o assunto, com linguagem à medida do possível simples, mas com conteúdo suficiente para um blog científico.
A dúvida principal gira em torno de como cátions metálicos são adsorvidos em superfícies reconhecidamente positivas em baixos pHs. Aqui faz-se necessário lembrar que óxidos de ferro e alumínio (usarei essa designação genérica para óxidos, hidróxidos e oxihidróxidos) apresentam elevado Ponto de Carga Zero (PCZ). Esse por sua vez é o pH de equilíbrio entre cargas positivas e negativas. Abaixo do mesmo cargas positivas são predominantes e acima dele as negativas é que os são. Como a maior parte dos solos tropicais são extremamente intemperizados, lixiviados, há naturalmente um empobrecimento em bases e o pH tende a ácido. São comuns pHs abaixo de 6, indicando um pH abaixo do PCZ dos óxidos, que gira em torno de 7 a 9.
Fica evidente, então, o predomínio de cargas positivas na superfície desses minerais. O pensamento que logo vem à cabeça é que solos cuja fração argila apresenta-se enriquecida com óxidos apresentariam baixo potencial de retenção de cátions, afinal, positivo com positivo se repelem. Mas a história não é bem assim. Realmente esse fato se aplica àqueles metais alcalinos e alcalinos terrosos, mas não aos metais de transição. Dessa forma, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, entre outros, são facilmente perdidos em tais solos, explicando, de certa forma, a baixa fertilidade predominante à medida que o intemperismo avança.
Em contrapartida, tem sido constatado que solos “oxídicos” apresentam grande capacidade de retenção de elementos-traço por mecanismos similares àqueles que os tornam grandes “drenos” de fosfatos. Em outras palavras, a interação não é puramente eletrostática (interação entre cargas), mas depende de diversos outros fatores abaixo citados, finalmente constituindo uma ligação química forte, tendendo à irreversibilidade, por vários autores citada como próxima à uma ligação covalente. É importante lembrar que, simplificadamente, ligações covalentes são caracterizadas por “compartilhamentos” de elétrons, não havendo a dependência tão evidente de cargas como nas ligações iônicas, por exemplo.

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Um pouco de geoquímica II

Olá amigos da comunidade geofágica, depois de algumas conversas e puxões na orelha, I’m back!
Turbulências ocorridas nas minhas tarefas diárias me levaram a perda total da administração do meu tempo e, com isso, negligenciei o Geófagos. Sinceras desculpas a todos, em especial aos meus amigos autores deste blog, os quais eu crédito toda a fama, não merecida, a mim atribuída pelos leitores.
Pois bem, agora com tudo nos devidos lugares e fazendo o tempo correr a meu favor, manterei maior regularidade nas postagens em respeito a todos vocês leitores e aos meus companheiros de jornada. Obviamente a prioridade será falar de ciência, Pilar Mestre deste blog, mas já peço desculpas no caso de algum deslize.

Assim, retornando ao trabalho, vou pagar minha dívida com vocês, respondendo ao Quiz deixado na minha última postagem: Porque, de maneira geral, se observa mais feldspatos potássicos (ortoclásio, KSi3AlO8) do que cálcicos (anortita, CaSi2Al2O8) nos solos tropicais?

Na tentativa de facilitar o entendimento, vamos adotar os dados listados na tabela abaixo:

Energia molar de formação de alguns óxidos metálicos, nos minerais silicatados

Íon

Grupo

minerais silicatados

Energia (kg/cal)

Ca2+

839

Mg2+

912

Fe2+

322

K+

299

H+(na oxídrila, OH)

525

Ti4+

2882

Al3+ (nos sais)

1878

Al3+ (nos Al silicatos)

1793

Si4+ nos MSiO4 Nesossilicato

3142 (18852)

Si4+ nos MSi2O7 Sorossilicato

3137 (21511)

Si4+ nos MSiO3 Inossilicato

3131(25048)

Si4+ nos MSi4O11 Inossilicato

3127 (27290)

Si4+ nos MSi2O5 Filossilicato

3123 (29981)

Si4+ nos SiO2 Tectossilicato

3110 (37320)

M = metal (Fe, Mg, Ca, Al, K, etc.);
Os números entre parênteses foram calculados fixando as quantidades de oxigênio

Como podemos observar, a energia de formação das pontes entre os metais alcalinos e alcalinos terrosos e oxigênio são menores em relação a ligação Al-O, que por sua vez é inferior as ligações Si-O.

Antes de responder ao quiz e indo um pouco mais adiante, a partir dos dados acima podemos extrair mais duas informações importantes: a sequência de cristalização e a estabilidade termodinâmica desses minerais, ou seja a maior ou menor resistência deles ao intemperismo. Por exemplo, a energia de formação para os diferentes grupos de minerais silicatados (dados entre parênteses) aumenta na direção dos nesossilicatos para os tectossilicatos, onde claramente há um aumento no número de íons silício por mol de oxigênio. Na medida em que ocorre este aumento, maior é a estabilidade do mineral. Deste modo, é por isso que observamos a grande quantidade de quartzo (tectossilicatos) nos solos tropicais.

Concluindo, na medida em há o aumento na substituição do Si pelo Al na estrutura do mineral, ele se tornará mais susceptível ao intemperismo por causa do enfraquecimento da estrutura cristalina. Como mencionado no post anterior, no ortoclásio (KSi3AlO8) a relação Si:Al é 1:1, contra 2:2 para anortita (CaSi2Al2O8). Respondido? Espero que sim e qualquer dúvida estamos ai para ajudar.

PS: Observem o valor da energia de formação dos óxidos de Ti! Agora está mais claro porque a presença do rútilo (TiO2) e da ilmenita (Fe2+TiO3) tem sido rotineiramente constatada nos solos de regiões tropicais.

Juscimar Silva

Um pouco de geoquímica

O adjetivo ‘essencial’ e suas derivações são utilizados nas diferentes áreas de estudo para qualificar algo que constitui a parte necessária ou inerente de uma coisa. Porém, a qualificação quanto ser ou não essencial depende, a meu ver, de avaliação individual. Um exemplo é a maneira na qual o alumínio (Al), metal de número e massa atômica igual 13 e 26,98154 g, respectivamente, pode ser “considerado” na Ciência do Solo. Na fertilidade do solo, por exemplo, existe o termo elementos essenciais que agrupa certos elementos químicos (N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Mo, Zn, Cu, Co, Cl e B) que na ausência de pelo menos um deles a produtividade das plantas é comprometida. Como adendo, existe também os elementos benéficos (Ni, Se, V, etc.) que, embora não tenham sido comprovadas suas essencialidades, pode estimular o desenvolvimento de plantas ou substituir, parcialmente, a função dos elementos essenciais. Por outro lado, o Al é considerado elemento tóxico, ou seja, ele é um dos fatores que pode limitar a produção da maioria das espécies cultivadas e, sendo assim, sua atividade na solução do solo deve ser reduzida. A calagem (uso de calcários ou outras fontes de corretivos da acidez do solo) é a prática mais simples e eficiente adotada.

Entretanto, avaliando a importância do Al em outras áreas, como na geoquímica, mineralogia e gênese do solo, este passa ter papel crucial, haja vista o papel relevante que desempenha durante o resfriamento do magma, cristalização dos minerais e, por fim, formação dos diferentes tipos de rocha. Durante esses processos, a inserção do Al na estrutura dos minerais primários ou secundários (produto de intemperismo), denominada substituição isomórfica (não há modificação da estrutura original), por um lado interfere na gênese dos minerais silicatados e por outro modifica as propriedades físicas, químicas e físico-químicas dos oxihidróxidos de Fe do solo. Vale ressaltar que tais substituições são possíveis porque o raio iônico do Al (0,50 Å) é ligeiramente maior que o íon Si (0,41 Å) e menor que o íon Fe (0,64 Å).

Recapitulando! Os minerais silicatados são classificados de acordo com as diferentes ligações do seu arranjamento estrutural básico, o tetraedro de silício (SiO4). Dentre os diferentes grupos existentes há os tectossilicatos (SiO2), que tem o quartzo como representante mais conhecido. Pertencente a esse grupo, tem-se também os feldspatos que podem ser derivados do quartzo, durante a sua solidificação (cristalização). Para isso, a substituição isomórfica do íon Si pelo íon Al é condição sine qua non. Quando isso ocorre, há um desbalanço de carga estrutural nos feldspatos (SixAlyO8)x-4 que é balanceada pela incorporação de um cátion monovalente (K+), quando a substituição Al: Si é 1:1 (ortoclásio, KSi3AlO8) ou de um cátion divalente (Ca2+), quando são 2:2 (anortita, CaSi2Al2O8). Substituições similares do Si, Fe e Mg também ocorrem nas estruturas dos outros silicatos promovendo grande variedade na composição desses minerais. Nos filossilicatos, a substituição do íon Al por íons Mg e Fe2+ PARECE ser determinante para a gênese da biotita [K(Mg, Fe2+)3(Si3Al)O10(OH,F)2] ou da muscovita [Kal2(Si3Al)O10(OH,F)2].

De maneira generalizada, pode-se inferir que a pouca reserva de nutrientes, principalmente de K, observada nos solos pobres de regiões tropicais se deve à presença intrusa do Al seja durante a cristalização do quartzo, formando os feldspatos, ou na formação da muscovita. Seria isso um tipo de seqüestro de metais alcalinos e alcalinos terrosos? Desculpe o entusiasmo, mas na ausência do Al a quantidade de quartzo nas rochas e, consequentemente, nos solos seria bem maior devido sua maior resistência ao intemperismo. Teríamos também muito pouca muscovita que é mais resistente ao intemperismo que sua “irmã”, a biotita.

Como já mencionado, o Al está presente também nos oxihidróxidos de Fe dos solos. Postula-se que a maioria dos oxihidróxidos naturais (e.g. goethita, hematita, ferrihidrita, etc.) apresenta substituição isomórfica por Al. O menor tamanho do Al em relação ao Fe altera as propriedades da cela unitária (arranjamento mais simples dos átomos ou moléculas que se repetem regularmente na estrutura cristalina), resultando geralmente na diminuição do tamanho dos cristais. No Doutorado trabalhei com amostras sintéticas de goethita sem e com substituição por Al e pude constatar, na prática, tais alterações. Por exemplo, a redução no tamanho dos cristais das goethitas com substituição teve seus valores de superfície específica aumentado de 4 a 6 vezes em relação à goethita pura. Este aumento refletiu diretamente na capacidade máxima de adsorção de arsenato (As+5), que foi em média 6 vezes superior a do mineral puro. Além disso, a presença do Al aumentou a estabilidade da goethita em condições de baixo potencial de oxirredução (Eh).

Diante do exposto, como não considerar o Al é essencial, se por um lado ele contribui para diferenciação mineralógica que garantirá reserva de nutrientes, embora pequena, em regiões onde o intemperismo atua de maneira acentuada (regiões tropicais, por exemplo) ou, por outro, sua presença nos oxihidróxidos de Fe do solo aumenta a estabilidade desses minerais sob condições redutoras e a capacidade deles em reter elementos nocivos ao meio ambiente, agindo como “filtro”.

Por fim, como iniciei este post a essencialidade é subjetiva e depende de uma interpretação conveniente.

Juscimar Silva

Quiz: Porque, de maneira geral, se observa mais feldspatos potássicos (ortoclásio, Ksi3AlO8) do que cálcicos (anortita, CaSi2Al2O8) nos solos trópicais? Deixem a resposta no campo cometários.

 

Comportamento sortivo de alguns dos principais cátions metálicos traço.

Repetidamente venho recebendo solicitações para escrever um pouco mais sobre o comportamento de cátions metálicos traços em solos. Esses nada mais são do que alguns dos anteriormente referidos metais pesados. Questionamentos sobre a força de ligação, preferências por sítios de adsorção, entre outras têm sido o foco da discussão em conversas e solicitações via e-mail. Sendo assim, procurarei esclarecer um pouco mais essa questão. Levarei em consideração durante esse post a possibilidade de ocorrência de contaminação por diversos cátions simultaneamente e concentrarei a discussão em torno de alguns dos principais metais associados à depósitos antropogênicos, sendo eles, o crômio (Cr), cobre (Cu), chumbo (Pb), zinco (Zn), níquel (Ni) e cádmio (Cd). Elementos ametálicos e semi-metálicos também inclusos na definição de metais pesados serão objetos para futura discussão.
Primeiramente, é necessário relembrar as principais formas de retenção de elementos-traço em solos. Os aspectos aqui giram em torno dos processos sortivos (adsorção e dessorção), complexação pela matéria orgânica, da formação de precipitados e da formação de estruturas contendo tais elementos. A curto prazo e para solos tropicais e sub-tropicais úmidos, as questões relacionadas aos processos sortivos são, sem dúvida, as mais importantes. Nesse sentido, ainda precisa-se segregar o processo de adsorção em específica e não específica. Simplificadamente, o primeiro consiste na formação de ligações fortes e não estequiométricas onde o metal fica ligado diretamente à matriz sólida via ligação covalente. Já o segundo processo, se dá por meio de ligações fracas, eletrostáticas e estequiométricas. Nesse caso, os metais ficam interpostos por uma ou mais moléculas de água entre eles e a matriz sólida, o que não permite a formação de fortes ligações.
Estudos conduzidos nas últimas três décadas têm sido bastante objetivos e enfáticos ao caracterizar a afinidade de metais específicos pelos sítios de adsorção disponíveis em solos, sejam eles tropicais úmidos ou não. Parace-me próximo ao consenso que para todos esses solos uma sequência de afinidade é bem definida, sendo ela Cr=Pb>Cu>Zn>Ni>Cd. As principais alterações observadas na literatura referem-se à mudança de ordem entre Cr e Pb e Ni e Cd.
Os primeiros metais da lista, especialmente Cr e Pb, repetidamente aparecem como os metais mais afins aos sítios de adsorção específica. O Cu também o é. Entretanto, Cr e Pb parecem estar mais relacionados aos sítios de adsorção específica minerais, enquanto o Cu parece estar mais associado à formação de complexos orgânicos.
É importante ressaltar aqui a importância da caracterização dos compostos orgânicos aos quais o Cu está se ligando para formação dos complexos. Isso porque quando ligado à matéria orgânica de elevada solubilidade, esse elemento pode formar complexos solúveis, aumentando sua biodisponibilidade. Via de regra, esse fato ocorre quando o Cu se liga a material orgânico de menor massa molecular.
Em relação ao  Cr e o Pb, eles têm se mostrado muito afim da, principalmente, fração oxídica dos solos ou da formação de precipitados. O primeiro caso se torna especialmente importante para solos bastante intemperizados como os Latossolos e Argissolos, de ocorrência comum no território Brasileiro. Já a formação de precipitados se dá, sobretudo, em solos menos desenvolvidos e com valores de pH mais básicos, como alguns solos calcários pobremente desenvolvidos.
Os três outros metais, Zn, Ni e Cd, têm frequentemente mostrado preferência para os sítios de adorção não específicas. Esses metais, portanto, tem comportamento eletrostático. Por esse motivo, são mais facilmente dessorvidos, ou seja, mais facilmente liberados da matriz sólida. Esse fato os torna extremamente perigosos, principalmente o Cd que é o mais tóxico dos três. Isso porque, uma vez liberados, tais metais estarão solúveis na solução do solo, podendo ser lixiviados para águas subterrâneas ou absorvidos por espécies vegetais, entrando assim na cadeia alimentar animal.
Dessa forma, pode-se concluir que, uma vez em solos, Cr, Pb e Cu tendem a formar ligações fortes e, por isso, são dificilmente liberados. Já o Zn, Ni e Cd são mais fracamente ligados à matriz sólida, sendo facilmente liberados em contrapartida à substituição dos mesmos no complexo de troca quando da entrada de outros cátions, não necessariamente metálicos traços, porém, com preferência aos sítios de adsorção ou com maior força iônica em solução.
O estudo e conhecimento de tais formas de retenção de elementos-traço em solos apresenta importância ambiental elevada, uma vez que pode conduzir a definição de destinos ambientalmente mais adequados aos resíduos que os possuam. No entanto, é necessário lembrar que os posts aqui publicados tem o intuito de introduzir o leitor aos assuntos neles contidos. Caso deseje-se um maior aprofundamento é necessário a busca por outras fontes, que detalhem os pormenores da questão a ser abordada.
Em um próximo post serão tratados questões referentes à especiação de espécies metálicas e comportamento de metais pesados presentes na forma aniônica em solos e sedimentos.
Carlos Pacheco

O fascínio da Ciência (ou Desaprendendo para ensinar)

Entre os que defendem a visão científica do mundo como a forma mais eficaz para realmente explicar o universo e todo o resto, é comum utilizarmos como argumento o fato de o conhecimento científico não ser estático, dogmático, ao contrário de outras formas de interpretação da realidade. Em meu próprio campo de estudo, acabo de esbarrar, esta é a palavra mais apropriada, com algo do tipo. Entre minhas atribuições como bolsista PRODOC-Capes está a de ministrar aulas. Estou atualmente responsável pela disciplina de Matéria Orgânica do Solo na pós-graduação e, previsivelmente, preciso ler muito para oferecer o que há de mais atual na literatura científica sobre o assunto. Quando estudei comecei a me familiarizar com as pesquisas sobre decomposição da matéria orgânica do solo, lá pelos idos do começo do milênio, foi-me ensinado que uma das variáveis mais importantes no controle da decomposição era a razão entre conteúdo de carbono e conteúdo de nitrogênio de um composto orgânico, conhecida como relação C/N: quanto maior esta relação, mais carbono em relação a nitrogênio, mais difícil de se decompor o material, maior a imobilização de nitrogênio pelas células microbianas, o que poderia afetar negativamente a nutrição vegetal. Melhor do que a relação C/N como indicadora de qualidade do material orgânico, aprendi então, era a relação lignina/N: a relação C/N era muito geral e não indicava exatamente quais compostos carbonáceos eram mais resistente à decomposição, a relação lignina/N já refinava a coisa, ao considerar que os compostos ricos em lignina eram os mais resistentes, afetando mais diretamente a capacidade decompositora dos microrganismos. Estava eu ontem me preparando para uma aula sobre nitrogênio no solo a ser dada amanhã, quando encontro este recente trecho de um texto sobre o assunto, de autoria do cientista do IAC, Heitor Cantarella: “A relação lignina/N também tem sido usada como um indicador para a mineralização de substratos orgânicos, porém a relação C/N tem se mostrado mais útil para tal” e cita uma quantidade de artigos recente apoiando a afirmação. As implicações desta mudança de visão não são pequenas: é necessário reavaliar-se práticas de manejo do solo visando não só a nutrição de plantas como o sequestro de carbono em solos tropicais. Senti-me irremediavelmente ultrapassado, mas não. Isto é a ciência em funcionamento, saudável funcionamento: fatos mais recentes e conclusivos desdizem o que antes se acreditava, oferecendo uma perspectiva mais confiável, possivelmente, dos processos naturais. Que outra forma de interpretação do mundo permite isso? O dogmatismo religioso, talvez?

Florestas, solos pobres e ciclagem biogeoquímica

O cidadão leigo deve achar estranho ou até improvável quando um especialista afirma categoricamente que a maior parte dos solos sob a floresta amazônica são solos nutricionalmente pobres, distróficos em nosso jargão profissional. Como solos pobres em nutrientes minerais poderiam sustentar vegetação tão exuberante? Pode parecer estranho, mas é a pura verdade e a Amazônia não é um caso isolado. Em meu doutorado trabalhei com solos nutricionalmente pobres, desenvolvidos sobre material de origem (rochas) também muito pobres, mas estes solos muitas vezes sustentavam comunidades vegetais exuberandtes e biodiversas. Tanto na Amazônia quanto na área de minha tese (Área de Proteção Ambiental Estadual Cachoeira das Andorinhas, em Ouro Preto, Minas Gerais), os principais solos são classificados como Latossolos e, em menor extensão, Espodossolos (logo teremos um post sobre as classes de solo do Brasil), solos normalmente pobres ou muito pobres em nutrientes minerais. A pobreza em nutrientes pode ser herdada do material de origem ou resultado de séculos de intemperismo químico. Em condições naturais, os teores mais altos de nutrientes nestes solos são via de regra observados nos horizontes (camadas mais ou menos paralelas à superfície que caracterizam um solo e permitem sua classificação) mais superficiais, mais ricos em matéria orgânica. Pela impossibilidade de depender das reservas naturais de nutrientes nestes solos, as espécies e indivíduos apresentando natural tendência de acúmulo eficiente de nutrientes no tecido vegetal e/ou com adaptações morfológicas e fisiológicas que permitem a rápida reabsorção dos ditos elementos nutrientes uma vez liberados do material orgânico decomposto, têm mais chances de dominar nestes ambientes. Assim, ao invés de depender do usual suprimento de elementos nutrientes pelo intemperismo químico de minerais primários e secundários, estas comunidades vegetais dependem da ciclagem biogeoquímica. Que é esta ciclagem biogeoquímica? Primeiro, a ciclagem geoquímica são os vários compartimentos geológicos por que passa um elemento químico: os elementos presentes nos magmas são incorporados às rochas que se formam pelo resfriamento destes, pelo intemperismo das rochas podem ser carregados pelas águas, levados por rios, armazenados em sedimentos; estes sedimento podem se tornar novamente rochas e o ciclo recomeçar. Agora acrescente-se a vida, principalmente vegetal, neste ciclo e ele deixa de ser apenas geoquímico e passa a ser biogeoquímico: o intemperismo das rochas pode dar origem aos solos, suporte principal da vida vegetal, os elementos químicos liberados podem ser absorvidos pelas plantas, quando os tecidos vegetais são depositados ao solo, podem ser decompostos, liberando novamente os elementos químicos, que podem ser perdidos, entrando novamente no ciclo geoquímico, ou reabsorvidos pelas plantas, continuando ainda por um tempo no compartimento biológico. Quando se acelera a decomposição da matéria orgânica do solo pela atividade humana, como quando se introduz a agricultura em área anteriormente florestada, perde-se grande parte dos nutrientes armazenados. Por isso, a introdução de espécies agrícolas em solos pobres em que a vegetação natural dependia grandemente da ciclagem biogeoquímica, geralmente é fadada ao insucesso ou passa a depender grandemente de fertilização química.

Elementos-traço: enriquecimento do solo e valores orientadores II

 
A obtenção de valores de referência de elementos-traço, embora incipiente no Brasil, já é bem estabelecida em países como Estados Unidos, Alemanha, França e, principalmente, Holanda, que desenvolvem respeitáveis políticas ambientais para proteção do solo e das águas subterrâneas, por meio de suas agências de proteção ambiental. A Holanda foi a pioneira em criar sua lista de valores orientadores, e atualmente apresenta uma metodologia já consolidada de avaliação de risco, fundamentada em critérios científicos, denominada C-soil. Na União Européia existe a “Estratégia Temática para Proteção do Solo” que estabelece bases e regulamentações para manutenção ou, até, melhoria da qualidade do solo.
Até o presente momento, apenas os estados do Rio Grande do Sul e São Paulo, supostamente, já têm alguma definição quanto aos valores de referência para elementos-traço em solos. No estado de São Paulo, a definição dos valores orientadores, por intermédio de sua agência ambiental – CETESB, teve por base a metodologia adotada em outros países, principalmente a Holanda. Neste País, os valores de referência de qualidade são derivados a partir de algumas propriedades dos solos. Não obstante, os valores de referência adotados pela CETESB não estão relacionados com características dos solos, sendo considerado um único valor de cada elemento para os solos de todo o estado.
Recentemente foi publicado um trabalho formulando uma proposta de valores de referência para “solos do Brasil”. Nesta proposta, sugere-se a definição dos valores de referência para vários elementos-traço a partir de algumas características dos solos tais como: capacidade de troca catiônica e teores de silte, argila, ferro e manganês, por meio de equações empíricas, denominadas funções de classificação, obtidas experimentalmente. Tal proposta, entretanto, utiliza algumas características de solo com base teórica questionável e agrupa os solos por similaridade estatística (análise de agrupamento), aparentemente sem qualquer controle por formação geológica. Além disso, possivelmente utiliza-se de amostras majoritariamente do estado do Rio de Janeiro, carecendo de confirmação em estudos de maior abrangência, com maior número de amostras, de modo a pretender o âmbito nacional. Além desse trabalho, existem também vários estudos pontuais avaliando os teores de elementos-traço em solos brasileiros, sugeridos para serem adotados como valores de referência.
Obviamente, variações significativas nos teores naturais de elementos-traço podem ser esperadas, mesmo dentro de classes de solo relativamente homogêneas pelos padrões pedogenéticos. Processos diferenciados de formação das diferentes rochas, ígneas, metamórficas e sedimentares, em tese conduzem a diferenças na distribuição de elementos-traço em solos e sedimentos. Por exemplo, um Latossolo Vermelho originado de sedimentos detrito-lateríticos terciários poderá apresentar teores diferentes de elementos-traço em relação a esta mesma classe de solo originado de um basalto cretáceo. Por outro lado, os processos pedogenéticos tendem, até certo ponto, a homogeneizar os produtos de intemperismo dos materiais parentais. Há de se ter em mente que boa parte dos solos desenvolvidos sob condições tropicais é passível de intenso processo de redistribuição de material, não só ao longo do perfil, mas também lateralmente, que talvez alterem o padrão de herança geoquímica originalmente presente.
Via de regra, a metodologia adotada na definição destes valores permite também derivar valores relacionados com riscos ecotoxicológicos, que foram designados, no Brasil, como “valores de alerta” e “valores de investigação”, bem como valores relacionados com as concentrações naturais destas substâncias nos solos, denominados “valores de referência de qualidade”.
Indubitavelmente, os valores orientadores estabelecidos para uma região específica não devem ser adotados para outras, não obstante a proximidade geográfica. Em especial os valores de referência de qualidade que merecem a criação de um banco de dados global, tendo em vista a diversidade e as peculiaridades das formações geológicas e dos solos. Por fim, a determinação detalhada de valores de referência permite a tomada de decisões mais seguras quanto a usos de solos. Por exemplo, a constatação de valores de background naturalmente altos em determinado solo pode auxiliar na tomada de decisão quanto ao uso deste solo como área de disposição de resíduos industriais. Em termos de uso agrícola, será possível distinguir adição antrópica, via aplicação de insumos, do teor natural de elementos tóxicos no solo. Neste caso, também, pode-se tomar decisões mais racionais quanto à utilização de insumos como fosfatos, gesso agrícola, calcários, escórias de aciaria e lodos de esgoto ricos em elementos tóxicos em solos que naturalmente apresentam concentrações altas destes elementos.
Juscimar Silva

Elementos-traço: enriquecimento do solo e valores orientadores I

 

A agência de fomento à pesquisa, CNPq, lançou recentemente edital para apoiar projetos cujo objetivo seja avaliar o uso eficiente e fontes alternativas de nutrientes para agricultura. A princípio pode parecer uma iniciativa inovadora para sanar um problema pontual, porém pesquisas visando à utilização de subprodutos na agricultura já vem sendo desenvolvida a algumas décadas, inclusive muitas delas financiadas pela propria agência. De qualquer maneira, como é de conhecimento geral, dentre os grandes desafios da agricultura nacional estão a busca pela diminuição dos custos de produção, tendo em vista os autos preços dos fertilizantes, e a obteção de fontes alternativas de fertilizantes e condicionadores de solos- corretivos da acidez, uma vez que as fontes atuais são finitas. Conforme enfatizado no edital, será dada preferência para projetos que abordem o uso de rochas “nacionais”, entretanto, a idéia central nos pareceu ser a reciclagem de resíduos na agricultura, tema já abordado aqui no Geofágos. É sabido que diferentes materiais podem ser utilizados para esse propósito. Contudo, o que não pode ser negligenciado é a ocorrência também de agentes poluidores que podem causar passivos ambientais.
Conforme já bem enfatizado em postagens anteriores, estes agentes poluidores existem, na maior parte, naturalmente, mas as atividades antrópicas podem concentrá-los em quantidades potencialmente prejudiciais. Assim, o uso continuado de determinado resíduo ou subproduto industrial (ex.: escória de aciaria, lodo de esgoto, etc.) ou material natural (ex.:pós de basalto, carbonatitos, etc.), como condicionantes de solo ou fertilizantes, pode resultar no aumento dos teores de elemetos-traço no solo. Uma vez que o teor de um determinado elemento exceda a aqueles de ocorrência natural ele será considerado poluente, conforme definição apresentada no post Metais pesados em solos: Metais como poluentes ambientais.
Lembremos que os atuais insumos agrícolas utilizados com finalidade corretiva ou nutricional, já representam uma provável fonte de contaminação, em especial os fertilizantes fosfatados e seus derivados que, em geral, contém diversos elementos-traço (Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn e Ni), fluoretos e elementos tóxicos (As, Al, Cd, Pb e Hg), conforme a origem do material. Um estudo conduzido pela Agencia de Proteção Ambiental dos Estados Unidos- USEPA revelou que a adição anual máxima ao solo (também chamada de carga máxima anual) permitida para elementos-traço provenientes de insumos agrícolas poderia ser superada pelo uso de alguns fertilizantes fornecedores de micronutrientes e subprodutos utilizados como corretivo de acidez.
É altamente salutar lembrarmos ou alertar a todos que no Brasil não há legislação estabelecendo quais são esses teores de ocorrência natural de elementos-traço em solos. Assim, para evitar que o uso das potenciais fontes alternativas de fertilizantes não seja promovida de maneira aleatória, é de fundamental importância pesquisas direcionadas também para obtenção de valores orientadores (também denominados de valores de “background”) de elementos-traço em solos para elaboração de um banco de dados, que por sua vez possam ser utilizados como referência pelos órgãos de fiscalização ambiental.
Como o Brasil, pelas suas dimensões continentais, repousa sobre uma infinidade de tipos de rochas, a ação dos fatores formadores de solo ao longo do tempo originará um grande número de solos diferentes. Estas condições são ideais, para a avaliação da presença dos elementos-traço e da influência dos ambientes edáficos e extra-edáficos no comportamento destes elementos ao longo do perfil do solo. Também, aspectos da interação dos elementos-traço com as matrizes minerais e orgânicas dos solos podem ser convenientemente avaliados nestas condições.
A boa notícia! Atento a esta carência de informações, o Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA está preparando um documento que determinará que todos os estados do território nacional possuam seus próprios valores orientadores de elementos-traço. E, uma vez implementada, pode-se vislumbrar a aproximação dos órgãos ambientais com os centros de pesquisa e, ou, as universidades para celebração de convênios e parcerias, abrindo mais oportunidades inclusive para pesquisadores em início de carreira que buscam se engajar numa linha de pesquisa de interesse bastante relevante.

Continua…

Juscimar Silva

 

 

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