Metais pesados em solos: Metais como poluentes ambientais

Quase todos os metais presentes no ambiente são biogeoquimicamente ciclados desde a formação do planeta e, por isso, são de ocorrência natural. Entretanto, recentemente, tem sido observados “inputs” desses elementos de origem antrópica. Muitas dessas entradas provêm do descarte de resíduos, deposição atmosférica, uso de agroquímicos, ou mesmo reuso de resíduos urbanos e industriais. O crescente incremento de metais pesados nos diversos ecossistemas terrestres tem sido acompanhado pela preocupação com a disseminação desses elementos, em concentrações que podem comprometer a qualidade dos ecossistemas.
É necessário que se distingua a priori contaminante e poluente. Essa definição ainda é ambígua, sendo diferente dependendo da área. Quando se trata das ciências agrárias, por exemplo, é comum que poluente seja definido como um elemento ou composto que ocorre em concentrações mais elevadas do que as naturais, enquanto que contaminante é entendido como aquele elemento ou composto cuja concentração encontrada é suficiente para provocar danos aos componentes bióticos. Quando se trata de estudos na área de saneamento ambiental, é comum encontrar-se definição contrária, invertendo portanto, o sentido de tais definições. Faz-se necessário então a padronização de tais conceitos.
O problema central associado à contaminação dos solos por metais pesados se deve a existências de formas biodisponíveis desses elementos. Os metais encontrados nas formas solúveis e trocáveis são aqueles que apresentam maior biodisponibilidade, sendo, portanto, as formas mais preocupantes. Na forma solúvel, o metal está na forma iônica ou de complexos orgânicos e é facilmente absorvido pelas plantas ou é lixiviado, podendo atingir os corpos d´água subterrâneos. A lixiviação ocorre quando a carga crítica do solo é superada ou reduzida devido à mudanças ambientais, passando o solo a funcionar como um dreno e não mais como filtro. Já na forma trocável, o metal ligado eletrostaticamente em sítios de adsorção carregados negativamente na matéria orgânica ou em minerais, pode ser facilmente trocado por íons presentes na solução do solo, sendo então biodisponibilizados.
As concentrações desses elementos como íons livres na solução, ou como complexos quelatos-metálicos solúveis, são influenciadas por aspectos ambientais que possam afetar características dos solos como as condições de oxidação e redução e a acidez. De modo geral, condições oxidantes (quando o solo é bem drenado) ou ambientes mais ácidos favorecem a existência de formas biodisponíveis desses elementos. Em minerações de ouro, por exemplo, o minério está geralmente associado a minerais sulfetados que, quando expostos à condições oxidantes, tem o sulfeto levado a sulfato, com a conseqüente formação de ácido sulfúrico e então do fenômeno denominado Drenagem Ácida de Minas. Esse fenômeno têm frequentemente sido citado na literatura como um possível solubilizador de diversos tipos de metais pesados, entre eles o Arsênio, um dos elementos mais tóxicos aos seres vivos já estudados.
Os metais pesados são elementos não biodegradáveis e apresentam, geralmente, mais de um estado de oxidação. Esses diferentes estados de oxidação determinam sua mobilidade, biodisponibilidade e toxicidade. De modo geral, o tempo de residência de alguns metais pesados em solos é citado por BRIDGES (1991) como sendo entre 75 e 380 anos para o Cd, 500 a 1000 anos para o Hg e os mais fortemente adsorvidos são As, Cu, Pb, Se e Zn que têm tempo de residência de 1000 a 3000 anos. Esses elementos ainda podem ser bioacumulados, ou seja, podem ser acumulados nos seres vivos. Dessa forma, eles podem passar de espécie a espécie ao longo da cadeia alimentar, sendo encontrados maiores teores em níveis mais altos da mesma, correspondendo aos predadores.
Metais pesados podem interagir de maneira diferente com os organismos, levando os seres vivos a disfunções mais simples ou também ocasionar graves danos que podem levar à morte. Disfunções orgânicas como alterações enzimáticas podem ocorrer. As enzimas são responsáveis por controlr a velocidade das reações metabólicas no corpo humano. Elas, na presença de metais pesados, não agem normalmente graças à afinidade dos radicais SH (sulfidrilas) pelos metais. A disfunção das mesmas então pode levar o indivíduo à morte.
É importante lembrar que as populações estão expostas aos poluentes de várias maneiras. Isso pode acontecer pelo consumo de alimentos, de água, por via inalatória, dérmica, etc. É importante frisar novamente ainda, que as concentrações dos poluentes são magnificadas nos vegetais e animais, constituindo a chamada biomagnificação (bioconcentração ou bioacumulação). Isso acontece, por exemplo, com o mercúrio, que apresenta concentrações em certos peixes, que alimentam populações muitas vezes maiores do que na água do lago ou rio em que vivem.

Metais Pesados em Solos: Ocorrência

Os metais pesados têm origem natural como componentes de rochas, sendo que, nessa situação, apresentam menores riscos aos seres vivos (Costa et al., 2004).
A ocorrência natural de metais pesados em solos depende, principalmente, do material de origem sobre o qual o solo se formou e dos seus processos de formação. Consequentemente, os teores de metais pesados em solos e sedimentos depende, basicamente, da composição e proporção dos componentes de sua fase sólida.
A relação do solo com o material de origem é bastante evidenciada quando o primeiro é formado “in situ” sobre a rocha, tornando-se menos expressiva nos solos originados sobre materiais previamente intemperizados (Tiller, 1989).
Tiller (1989) cita que os solos originados diretamente sobre rochas básicas, apresentam-se mais ricos em metais pesados do que aqueles formados sobre rochas ácidas ou sedimentares.
À medida que o intemperismo atua, os solos guardam menos características de suas rochas de origem, dessa forma, solos muito intemperizados tendem a apresentar teores menores de metais pesados que aqueles com intemperismo incipiente.
Stevenson & Cole (1999) destacam que o ferro é o principal metal pesado associado às rochas ígneas. Isso, por motivos óbvios de riqueza em minerais ferromagnesianos nessas rochas. Os sulfetos também são constituintes importantes de tais rochas. Como os minerais sulfetados apresentam-se geoquimicamente afins de alguns metais como zinco, cobre e molibidênio, esses podem ser encontrados em teores significativos. Zinco, manganês e cobre também ocorrem em minerais ferromagnesianos, onde eles substituem isomorficamente o ferro e o magnésio na estrutura do mineral. Já o boro é encontrado largamente na turmalina, que é um borossilicato. Ferro, zinco, manganês e cobre são, sobretudo, mais abundantes no basalto, enquanto que boro e molibidênio são mais concentrados nos granitos
Esses autores também citam que é possível que rochas sedimentares possam conter metais pesados. Isso acontece porque elas são compostas por sedimentos provenientes de várias fontes cujos metais podem estar presentes, por exemplo, adsorvidos às argilas. Elas podem conter todos os metais existentes nas rochas primárias, embora não necessariamente nas mesmas proporções. De modo geral rochas compostas por sedimentos finos apresentam-se enriquecidas com zinco, cobre, cobalto, boro e molibidênio. Rochas metassedimentares como alguns xistos com elevados teores de matéria orgânica podem conter cobre e molibidênio.
Alloway (1990), Costa et al. (2004), Penkov (1991) citam que aumentos nos teores naturais de metais pesados podem ocorrer em áreas próximas de complexos industriais, urbanos e, também, nas áreas rurais de agricultura altamente tecnificada. É constatado em tais áreas aumento nos teores de Zn, Pb, Ni, Cd, Cu, Hg, As, entre outros. Feam (2003 e Penkov (1991) ainda revelam que as principais fontes de contaminação por metais pesados são indústrias, transportes e agricultura (irrigação e inundação com águas poluídas, tratamento de solos com pesticidas, herbicidas, corretivos e fertilizantes contendo metais pesados), deposição atmosférica, entre outras. A atividade mineradora também pode ser considerada como um importante mecanismo de disponibilização destes elementos. Isto acontece uma vez que estes metais, outrora numa situação estável, acabam expostos a fatores externos muitas vezes suficientes para torná-los biodisponíveis. Um exemplo de tal liberação de metais pesados é citado por Nilsson (1991). Segundo esse autor, algumas minas de carvão mineral podem gerar a chamada drenagem ácida graças à oxidação de materiais sulfetados, especialmente da Pirita e da Arsenopirita. A acidificação da solução em contato com as rochas gera a solubilização de metais pesados, tornando-os disponíveis.
Nilsson (1991) ainda afirma que os teores geralmente encontrados em solos contaminados, principalmente por atividades agropecuárias, são baixos. Porém, tomando-se uma perspectiva a longo prazo podem ser encontrados teores elevados provenientes de um acúmulo ao longo de anos de utilização desse compartimento ambiental. Esse mesmo autor também cita a possibilidade de contaminação de solos e aqüíferos por meio de aterros industriais e sanitários. A massa de resíduos sólidos podem conter metais pesados que, por sua vez, podem ser lixiviados graças à acidificação provocada pela decomposição da matéria orgânica combinado com a existência de materiais metálicos aterrados.
Refletindo-se agora a respeito da disposição de resíduos diretamente no solo, pode-se concluir que o contato direto de sua massa, através dos métodos de disposição final, permite antever a existência de um potencial de contaminação desse compartimento ambiental. Esse potencial é maior quando a massa de resíduos é disposta de forma inadequada ou quando em sua composição estão presentes substâncias nocivas ao ambiente ou à saúde dos seres vivos. Além disso, a disposição inadequada também representa riscos de emissão de gases tóxicos ou contaminação de corpos d’água em função da degradação desses resíduos, que geram ácidos orgânicos na fase da acidogênese e que, quando lixiviados pela massa de resíduos, podem solubilizar elementos tais como metais pesados presentes carreando-os para o solo ou para as água (subterrâneas ou superficiais) (Pereira Neto, 1996 e Bidone e Povinelli, 1999).
Ramalho et al. (2000) e Penkov (1991) descrevem a contaminação do solo por uma larga gama de metais pesados presentes como contaminantes ou como princípio ativo de uma série de agroquímicos. Além disso, metais pesados também podem chegar ao solo por meio de irrigação com águas contaminadas ou da fertirrigação. Feam (2003) cita que tais metais ocorrem como contaminantes de fertilizantes e corretivos e como princípio ativo de pesticidas e herbicidas.Costa et al. (2004) mostra que resíduos sólidos urbanos são fontes potenciais de Cd, Cu, Pb e Zn. Já os resíduos industriais, ainda segundo esses autores, podem ser fontes de Cr, Cd, Ni, Cr e Ba.

DN no. 116 – Nova Legislação em Vigor para Minas Gerais

Enfim, conscientes de que as atividades humanas têm intensificado de maneira significativa as mudanças globais ocorridas nas diferentes “esperas” do planeta, geosfera, atmosfera, hidrosfera e biosfera, orgãos governamentais responsáveis pela execusão de políticas de segurança ambiental estão estabelencendo uma séria de regulamentações para dificultar e, ao mesmo tempo, restringir que tais atividades (por exemplo, mineração e indústrias de bens e serviço) continuem causando, por negligência, passivos ambientais muitas das vezes irreversíveis ao meio ambiente.

Neste contexto, já esta vigorando desde o dia 28 de junho de 2008, para o estado de Minas Gerais, a Deliberação Normativa (DN) No. 116. O ponto chave desta DN é o fato de que todos os responsáveis por áreas suspeitas de contaminação (introdução no meio ambiente de organismos patogênicos, substâncias tóxicas ou outros elementos, em concentrações que possam afetar a saúde humana, meio ambiente ou a outro bem a proteger. Um caso particular de poluição) e contaminadas por substâncias químicas ficam convocados a apresentar à FEAM (Fundação Estadual do Meio Ambiente) até 31 de março de 2009 um Formulário de Cadastro de Áreas Suspeitas de Contaminação e Contaminadas por Substâncias Químicas. Em curtas palavras, uma autodeclaração de culpa por parte das empresas. A partir desta DN, o COPAM (Conselho Estadual de Política Ambiental) pretende cadastrar as empresas ou empreendimentos com potencial causador de passivo ambiental, na espectativas de gerar um banco de dados e de traçar estratégias de monitoramento destas empresas junto a FEAM.

Diante desta situação, pode-se vislumbrar inúmeras oportunidades tanto para pesquisa quanto para futuras fontes de emprego no estado, tendo em vista que, uma vez que o orgão ambiental é sabedor das potenciais fontes de contaminação, o trabalho de fiscalização pode ser mais atuante. Assim, as empresas deveram intensificar ou iniciar trabalhos de monitoramento ambiental não somente da sua área de atuação, mas das áreas de entorno.
No campo das pesquisas científicas, para que as empresas e orgãos ambientais possam atribuir que determinado local apresente padrões anômalos, por exemplo de elementos traço (metal pesado), é necessário o conhecimento de propriedades e, ou, características de áreas não antropisadas (áreas que apresentam características naturais, como áreas de matas nativa) que possam servir de referência. Dai a possibilidade de desenvolver diversos trabalhos direcionados para a obtenção de padrões de referências de “qualidade”, pesquisas estas incipientes e muito carentes no Brasil.

Metais Pesados em solos: Conceito Geral

Caros leitores,
Esse post tem como objetivo apenas a conceituação desse que é um dos maiores e mais importantes grupos de poluentes existentes. A partir de agora iniciarei uma série de outros posts visando esclarecer alguns aspectos importantes sobre os mesmos.
O termo metais pesados é de definição ambígua, mas vem sendo intensamente utilizado na literatura científica como referência a um grupo de elementos amplamente associados à poluição, contaminação e toxicidade (Amaral Sobrinho, 1993).
Conceitualmente metais pesados são definidos como elementos que possuem densidade superior a 6 g/cm3 ou raio atômico maior que 20. Essa definição é abrangente e inclui, inclusive, alguns ametais ou semi-metais, como As e Se (Alloway, 1990 e Meurer, 2004).
Alguns metais pesados são micronutrientes essenciais aos seres vivos como Cu, Zn, Mn, Co, Mo e Se e outros não essenciais como Pb, Cd, Hg, As, Ti e U. Para esses últimos talvez o termo metais tóxicos cairia melhor (Amaral Sobrinho, 1993).
Segundo Sevenson & Cole (1999) existem metais traços essenciais para plantas como ferro (Fe), zinco (Zn), manganês (Mn), cobre (Cu), boro (B), molibdênio (Mo) e níquel (Ni). Já o cobalto (Co), crômio (Cr), selênio (Se) e estanho (Sn), não são requeridos pelas plantas, mas são essenciais para animais.
Já outros como arsênio (As), cádmio (Cd), mercúrio (Hg) e chumbo (Pb), não são requeridos nem por plantas, nem por animais, porém foram estudados extensivamente por serem potencialmente perigosos para plantas, animais e microrganismos (Alloway, 1990).

Utilização de resíduos industriais e urbanos na agricultura – Uma introdução

Recentemente muito tem-se ouvido falar na tal da “crise mundial de alimentos”. Mas até que ponto essa crise é realmente sem solução? Meu colega Ítalo iniciou em seu último post uma análise do tema. Ele abordou, principalmente, o fato dos nutrientes absorvidos pelas culturas em determinados locais onde são produzidos serem exportados para outros, onde são comercializados. A idéia central do post era que essa necessidade implicaria no retorno aos locais de produção dos resíduos urbanos da área de consumo dos produtos.
A realidade é que a grande demanda por fertilizantes junto com a tão falada alta do petróleo têm elevado de maneira assustadora os preços dos alimentos. Portanto, a necessidade de renovação dos meios produtivos é indubtável. Tem-se então uma situação onde a busca de novos insumos associada à necessidade da ciclagem efetiva dos nutrientes exportados se faz necessária. Sendo assim, a utilização de resíduos industriais e urbanos como fonte de nutrientes pode ser uma saída efetiva não só para contribuir para a redução dos altos custos de produção, mas também são interessantes soluções para problemas ambientais.
Cada vez mais é preciso conduzir estudos visando o reaproveitamento salutar desses resíduos. Muito já tem sido desenvolvido. O uso de escórias de aciaria e siderurgia, de pós de marmoraria, resíduos urbanos de lixo e também de estações de tratamento de esgoto, dentre muitos outros na agricultura são exemplos dessa nova concepção. O input desses compostos em solos muitas vezes são fontes multielementares e também apresentam capacidade de atuar não só como fertilizantes, mas também como condicionadores de solo, atuando de maneira semelhante ao calcário e, algumas vezes, ao gesso.
É claro que quando se fala em utilização agrícola de resíduos de atividades antrópicas necessariamente se fala também na necessidade de controle dos impactos ambientais negativos por esse ato proporcionados. Nesse sentido é necessário estabelecer legislações adequadas para regular tal uso. Além disso, a elaboração de técnicas que permitam determinar sítios com menor possibilidade de sofrer tais impactos também se faz necessária.
Os impactos negativos de tais técnicas vão desde a possibilidade de inserção de organismos patogênicos até a contaminação do solo e das coleções de água dos sítios de disposição.
É óbvio que técnicas adequadas de tratamento dos resíduos orgânicos como, por exemplo, a compostagem, reduzem significativamente a possibilidade de ocorrência de contaminação biológica da área. Além disso, existem técnicas auxiliares como a adição de calcário aos compostos gerados que também minimizam esse risco.
Já a possibilidade de contaminação por substâncias químicas é menor em compostos provenientes de estações de tratamento de esgoto exclusivamente urbanas. Ela também é reduzida quando uma coleta seletiva eficiente é realizada nos resíduos sólidos urbanos (lixo urbano). A definição e o mapeamento de áreas de maior risco de contaminação, que por sua vez é função de características do solo, clima, geologia e geomorfologia do sítio também apresenta-se como importante fator a ser considerado. Outro fator importante, principalmente quando se leva em consideração o solo, é a definição não só da possibilidade de contaminação e consequente lixiviação imediata das substâncias químicas presentes nesse compartimento ambiental. Alguns contaminantes apresentam características de acumulação em solos e sedimentos, o que os torna, como já dito em posts anteriores, como bombas relógio. Portanto, a melhor forma de avaliação de risco de contaminação de outros compartimentos ambientais, após o solo se contaminar, é avaliando a carga crítica do mesmo.
Sendo assim, a solução dos problemas realizados ao altos custos dos insumos agrícolas na produção dos alimentos pode estar associado ao uso de resíduos na agricultura. Além disso, se realizado de forma adequada, essa adição de tais substâncias como insumos agrícolas pode ser solução para uma série de problemas ambientais. Porém, o que é solução também pode virar um grande problema se conduzido de maneira errônea, provocando a contaminação de outros compartimentos ambientais. Riscos à vida, portanto, podem existir caso tratemos do assunto de maneira equivocada. Acredito poder-se dizer que a principal questão quando se trata de contaminação química do solo e de outros compartimentos a ele associados é temporal. Ou seja, precisamos observar o comportamento de tais substâncias associadas ao solo a longo prazo e não com o imediatismo hoje observado.
A condução de estudos para utilização de tais compostos é de vital importância tanto para a saúde do planeta, quanto para a saúde alimentar da população. Pensemos no assunto.

Entendendo a contaminação de solos como uma bomba relógio

Quando os solos recebem cargas de contaminantes, seus diversos componentes atuam no sentido de diminuir a mobilidade dessas substâncias. Isso caracteriza as barreiras geoquímicas de GLAZOVSKAYA (1990). Porém, os contaminantes outrora acumulados, se incorporados continuamente, atingirão a carga crítica do solo em questão. Essa carga crítica pode ser definida como sendo a quantidade máxima de um certo contaminante que um ecossistema pode suportar sem graves danos às suas funções ecológicas (NILLSSON & GREENFELT, 1988).
A liberação dos contaminantes nos solos e sedimentos pode ocorrer quando: (1) teores de contaminantes superam a carga crítica do solo ou (2) a carga crítica do solo é reduzida devido a mudanças nas condições ambientais, modificando a capacidade de retenção de compostos ou elementos químicos individuais. Possíveis fatores de modificação são mudanças climáticas, acidificação, erosão, mudanças no uso da terra, entre outras (SMIDT, 1991). Uma vez liberados, os químicos podem atingir os suprimentos de água superficiais e subterrâneas ou serem absorvidos pelos vegetais via solução do solo. Pode-se antever então a possiblidade de entrada dessas substâncias na cadeia alimentar causando risco a toda biota.
Geralmente as mudanças ambientais causadoras da liberação dos químicos são lentas, e os fatos acima descritos, então, caracterizam as chamadas liberações retardadas ou, normalmente denominadas, Bombas Químicas de Tempo (BATJES & BRIDGES, 1993).
Bombas Químicas de Tempo foram definidas por STIGLIANI (1991) sendo “o conceito que se refere a uma cadeia de eventos, resultando na ocorrência de efeitos danosos retardados e repentinos devido à mobilização de compostos ou elementos químicos estocados em solos e sedimentos em resposta a lentas alterações no ambiente”.
SMIDT (1991) define as Bombas Químicas de Tempo como sendo agentes xenobióticos acumulando-se no meio ambiente sem causar dano ao mesmo, até certo momento a partir do qual surgem, de forma inesperada, danos apreciáveis e, muitas vezes, irreversíveis. É um dano crônico, por requerer um intervalo apreciável de tempo entre a exposição e o dano, e agudo uma vez que o dano ocorre inesperadamente e intensamente.
Esses conceitos permitem o entendimento do acúmulo de algumas substâncias químicas danosas ao ambiente em solos e sedimentos como uma bomba relógio. Logicamente o termo Bombas Químicas de Tempo é utilizado apenas como uma metáfora, representando uma analogia entre as Bombas Químicas de Tempo e as bombas relógios convencionais (KLIJN, 1991).
Esta comparação se torna possível, uma vez que em ambas situações se tem um estoque de explosivos e um agente detonador. Sem um dos dois a explosão não seria possível, portanto não existiria a bomba. O estoque de explosivos é representado pelo acúmulo de compostos ou elementos químicos nos solos e sedimentos, enquanto que o detonador é representado pelas lentas alterações no ambiente (KLIJN, 1991).
Outra semelhança às bombas relógios convencionais é descrita por KLIJN (1991). A semelhança consiste na presença de um alvo de contaminação. Esse alvo pode ser entendido como o compartimento afetado pela liberação do poluente. Dessa forma, podemos entender como possíveis alvos das Bombas Químicas de Tempo, as águas subterrâneas (freáticas ou artesianas), águas superficiais ou mesmo a biota (vegetais, animais e microrganismos).
Um exemplo clássico que consegue correlacionar satisfatoriamente a ação de uma substância química acumulada durante um certo período de tempo com os efeitos intensos provocados pela sua liberação é descrito por STIGLIANI (1988 ) em sua publicação denominada “Changes in valued capacities of soils and sediments as indicators of non-linear and time-delayed environmental effects” acerca dos efeitos provocados pela intensa liberação de SO2 na bacia do Big Moose Lake, no Estado de Nova York, Estados Unidos. O pH do lago permaneceu constante entre 1760 até 1950. A partir de então o pH do lago caiu cerca de uma unidade logarítimica em um intervalo de 30 anos. Esse fato ocorreu cerca de 70 anos após o início e 30 anos após o pico das emissões. A lenta mudança ambiental, nesse caso, é a queda gradual da capacidade tampão dos solos da bacia hidrográfica pela acidificação e como conseqüência a redução da capacidade tampão das águas do lago. A redução da capacidade tampão dos solos provavelmente foi causada pelo acúmulo da substância em questão em níveis superiores à carga crítica dos solos e sedimentos, ou o que é mais provável, a redução da carga crítica desses compartimentos ambientais devido à acidificação. Essa redução acarretou em mortandade de peixes no lago, exemplificando assim todas as fases das Bombas Químicas de Tempo.
Nesse exemplo o acúmulo de SO2 e outros elementos ou compostos poluentes caracteriza os explosivos. As lentas alterações ambientais provocando a redução no poder tampão dos solos e sedimentos e consequentemente a liberação de elementos ou compostos graças à acidificação representa o detonador. Já a redução do pH das águas do lago com o aporte dos poluentes e a conseqüente mortandade de peixes são os efeitos que caracterizam que os alvos foram atingidos.
A carga crítica dos solos depende principalmente de fatores (características) do próprio solo como, por exemplo, teores de matéria orgânica, óxidos de ferro, alumínio e manganês, pH, textura e capacidade de troca catiônica. Dessa forma, é possível mapear a carga crítica dos solos utilizando-se de índices calculados de acordo com a importância de cada variável no fenômeno de retenção de poluentes em solos. Esse é o princípio da obtenção de mapas de vulnerabilidade de solos à contaminação por compostos químicos. Áreas mais vulneráveis são aquelas onde a carga crítica é menor enquanto áreas menos vulneráveis são aquelas onde a carga crítica é maior.
Todo o cenário mostrado caracteriza a importância de estudos referentes às Bombas Químicas de Tempo. Esses estudos devem se concentrar na previsão de efeitos danosos devido ao acúmulo de químicos nos ambientes e a adoção de medidas mitigadoras dos efeitos potencialmente danosos aos meios físico, antrópico e biótico. Dessa forma, é necessária a obtenção de ferramentas que permitem antever e prevenir esses efeitos. Posteriormente essas ferramentas devem ser adotadas permitindo um manejo, uso e ocupação dos ambientes mais racionais e assim constituírem um importante passo para a obtenção de um desenvolvimento ecologicamente sustentável.

Introdução à geoquímica do arsênio

Por Renato W. Veloso
O arsênio é constituinte de mais de 200 minerais e sua origem geoquímica está ligada a fases sulfetadas. É considerado pela Agência de proteção ambiental americana como o mais tóxico elemento do planeta. A maior ocorrência desses minerais estão associadas a áreas de mineração e apresentam teores variados de As (Arsênio), Pb (chumbo), Ag (prata), Au (ouro), Sb (Antimônio), P (fósforo), W (tungstênio) e Mo (molibidênio). De modo geral, as rochas apresentam teores variados de As. As concentrações em rochas ígneas dependem da origem do magma, com teores médios entre 1,5 e 5,9 mg/kg. As rochas metamórficas apresentam concentrações que refletem suas precursoras ígneas e sedimentares, com teores inferiores a 5 mg/kg. As sedimentares têm valores superiores à média da crosta terrestre pois podem funcionar como verdadeiros “filtros” das soluções geradas pelo intemperismo da crosta superficial. A tendência de concentração nas rochas sedimentares depende da proporão de sulfetos, óxidos, matéria orgânica e argilominerais presentes nos sedimentos.
Nos solos, o tempo de retenção do As é função de características do solo, tais como pH, Eh e teores de matéria orgânica e de óxidos de Al e Fe. Além disso, as condições hidrológicas e climáticas também interferem de maneira significativa nas interações do As com o solo. Entre os efeitos antrópicos, pode-se citar fontes geradoras como descarte de lixo, cinzas da queima de carvão mineral, atividades de mineração (principalmente de carvão mineral e ouro), agrícolas e industriais.
O aumento da exposição ao As já afetou saúde de milhares de pessoas, principalmente em países subdesenvolvidos devido à falta de infra-estrutura de saneamento básico. O maior envenenamento por As da história humana foi registrado em Bangladesh, com números estimados em 35 milhões de pessoas contaminadas, e em Bengala Ocidental, onde 6 milhões de pessoas estão sob risco.
O arsênio é encontrado em formas inorgânicas e orgânicas, sendo que a capacidade de participar de inúmeras ligações químicas torna seu comportamento ambiental especialmente complexo, com reflexos na sua mobilidade, biodisponibilidade e toxidez. A metilação do As inorgânico, por exemplo, constitui importante mecanismo de redução de sua toxidez.
Em razão da complexidade geoquímica do As, apenas a determinação do teor total não é suficiente para descrever seu comportamento no meio ambiente. Há necessidade do uso de técnicas de especiação do As para avaliar convenientemente aspectos relacionados à toxicidade e biodisponibilidade desse metalóide no ambiente.

Degradação química do solo

Compostos e elementos químicos a muito tempo são utilizados pelo homem mas o uso desses compostos se expandidiu consideravelmente a partir da revolução industrial. Isso significa que os contaminantes derivados da indústria, agricultura e atividades domésticas foram se acumulando por um longo período de tempo em solos e sedimentos. Alguns contaminantes são acumulados em áreas localizadas (como depósitos de resíduos industriais e domésticos), mas outros se encontram difusamente distribuídos (como a deposição atmosférica).

O lançamento de poluentes químicos pode ser pontual, como na disposição de resíduos agrícolas, urbanos ou industriais. Outra forma de lançamento é a difusa, como a partir das chaminés de grandes indústrias ou escapamento de veículos automotores. Esse lançamento também pode ser classificado como “mais abrangente” quando se trata da poluição causada pela aplicação de corretivos de solo, fertilizantes ou outros condicionadores de solo. A entrada de substâncias químicas no solo pode ser classificada como: (1) deliberada como é o caso da atividade agrícola, já incluídos a aplicação de biossólidos provenientes de estações de tratamento de esgotos (ETE), estercos, fertilizantes, defensivos, corretivos e irrigação ou (2) acidental, que pode acontecer pela emissão atmosférica de resíduos industriais e urbanos, atividades de mineração e outras fontes.

Na poluição de caráter pontual tem-se uma pequena área atingida, porém concentrações mais elevadas do poluente podem ser encontradas. Esse fato implica em maior possibilidade da capacidade de retenção do solo ser alcançada mais rapidamente, aumentando assim o risco de contaminação de outros compartimentos ambientais como a biota e as águas subterrâneas. Já a poluição de caráter “mais abrangente” e/ou a difusa apresenta como principal característica, a possibilidade de alcance de uma grande área, algumas vezes maiores do que um estado ou países, mas com concentrações menos elevadas. O risco de contaminação ou poluição do solo por fontes de poluição atmosférica, por exemplo, está ligado ao fato de que elementos químicos como metais pesados podem ser liberados junto ao material particulado e após viajar por um determinado raio e tempo de alcance, podem ser depositados no solo constituindo assim a chamada Deposição Atmosférica.

É sabido nos dias de hoje que muitos dos problemas ambientais atuais acontecem devido a um acúmulo de poluentes acima da carga crítica de solos e sedimentos. Outro aspecto importante a ser considerado é a redução da carga crítica devido a mudanças ambientais ocorridas durante longos períodos de tempo, ocasionando a liberação de poluentes anteriormente acumulados.

As conseqüências dessa liberação vão desde uma interferência nas funções naturais dos solos acarretando perdas de produtividade ou da capacidade de retenção de poluentes, até a contaminação da solução do solo e conseqüentemente a contaminação das águas subterrâneas e absorção pelas plantas via raiz, podendo assim ocasionar a entrada de compostos e elementos estranhos na cadeia alimentar, algumas vezes se acumulando nos níveis tróficos superiores pelos processos de biomagnificação e bioacumulação.

Os solos e sedimentos funcionam como uma barreira protetora para os outros compartimentos ambientais graças à presença de minerais e matéria orgânica capazes de adsorver os diferentes compostos ou elementos químicos de modo a diminuir a disponibilidade dos mesmos. Além disso, graças à presença de uma larga gama de organismos vivos, ao tempo de retenção de substâncias químicas no solo e, algumas vezes a compostos químicos liberados pelas raízes das plantas e a decomposição da matéria orgânica depositada no solo, esse compartimento apresenta potencial de degradação para alguns poluentes, funcionando assim como uma espécie de “reator natural” capaz de, muitas vezes, diminuir o potencial danoso dos químicos nele depositados.

As interações de compostos ou elementos químicos com o ambiente são bastante complexas e individualizadas. Dessa forma, cada composto ou elemento químico apresenta relações diferenciadas com as várias frações do solo. Em geral essas interações são governadas por reações como adsorção, dessorção, complexação, troca com a fase sólida, dissolução, precipitação e oxiredução.

Por esses motivos assumia-se até poucas décadas atrás que os solos eram capazes de assimilar quantidades ilimitadas de resíduos, principalmente os orgânicos como dejetos humanos e animais. Entretanto, recentes pesquisas vêm mostrando que esse quadro não é verdadeiro e assume aspectos mais drásticos quando o poluente em questão é de difícil degradação. Esse é o caso dos metais pesados e outros xenobióticos.

As substâncias e elementos de baixa degradação apresentam afinidade por alguns minerais existentes no solo como os óxidos de ferro, manganês e alumínio e os argilominerais silicatados como a caulinita, além da matéria orgânica. Dessa forma, podem ficar retidos durante anos, décadas, séculos ou até milênios sem que danos maiores ocorram.

Porém, os solos e sedimentos apresentam uma capacidade máxima de retenção, que por sua vez é sensível às modificações ambientais, como os problemas de degradação exemplificados pela acidificação, erosão e salinização dos solos, modificações climáticas ou hidrológicas e outras modificações que alterem o potencial redox dos solos. Essa capacidade máxima de retenção é que, em último caso vai ditar o “poder protetor” que o solo exerce sobre os outros compartimentos ambientais. Portanto, o estudo das características do solo que atuam no sentido de reter e degradar poluentes se torna importante para, por exemplo, escolhas seguras de sítios para disposição de resíduos sólidos industriais e urbanos sejam realizadas.

 

 

 

Composição química de rochas

Temos recebido muitas perguntas ultimamente sobre composição química de rochas, principalmente depois da publicação deste post. Comumente perguntam-nos algo do tipo “qual o elemento químico que forma o granito” ou outra rocha qualquer. É necessário que as coisas fiquem bem claras. Uma rocha é, em geral, um agregado de minerais. O granito, por exemplo, é majoritariamente formado dos minerais quartzo, feldspatos e micas. Um mineral, por sua vez, é uma substância, natural ou artificial, de composição química conhecida e característica, com estrutura atômica ordenada, geralmente na forma de cristais. Há minerais formados por apenas um elemento químico, como o ouro, mas a maioria dos minerais é de compostos multielementares. Há grupos de minerais “aparentados”, como os silicatos, formados a partir de inúmeras combinações físicas e químicas a partir de tetraedros de silício. Todos os minerais que compõem o granito por exemplo são silicatos: o quartzo e o feldspato são tectosilicatos e as micas são filossilicatos. A composição mineralógica das rochas ígneas dependerá basicamente da composição do magma a partir do qual se formaram. A composição das rochas metamórficas e sedimentares dependerá da composição das rochas ou sedimentos que lhes deram origem, lembrando que sedimentos são em geral resultado da intemperização (“decomposição”) de outras rochas ou da precipitação de compostos químicos. Dentro de determinado grupo de rochas, no entanto, há predominância ou maior presença de certos elementos químicos. As rochas ígneas ácidas são ricas em silício e relativamente pobres em ferro e magnésio, geralmente apresentando cor clara (leucocráticas) e são também chamadas rochas félsicas (de FELdspato e SÍlica), um exemplo é o próprio granito. Os solos originados destas rochas são geralmente mais amarelados. As rochas ditas básicas são menos ricas em silício e mais ricas em minerais contendo magnésio e ferro, por isso são também chamadas máficas, são rochas mais escuras (melanocráticas) e os solos delas originados costumam ser mais avermelhados. Um exemplo comum de rocha máfica é o basalto. Os minerais que compõem as rochas básicas são predominantemente silicatos: olivina, piroxênio, feldspatóides e feldspatos. As rochas metamórficas costumam ter composição semelhante à da rocha que lhe deu origem: o gnaisse é composto pelos mesmos minerais do granito. Dependendo do ambiente onde se dá o metamorfismo, no entanto, pode haver mudanças na composição em relação à rocha original. A composição mineralógica das rochas sedimentares, como já foi dito, depende da composição dos sedimentos. Rochas formadas a partir da litificação de areias de quartzo, como arenitos, são compostas principalmente por este mineral. Alguns arenitos, chamados de arcosianos, contêm também feldspatos. O calcário é formado da precipitação de carbonato de cálcio. A composição química dos solos, formados a partir do intemperismo químico e físico das rochas, é até certo ponto herdada da rocha parental.  

Intemperismo químico de rochas e salinização de solos do semi-árido

Em certo trecho no último post comentei sobre a inadequação do uso de águas subterrâneas na irrigação em solos do semi-árido desenvolvidos sobre rochas que chamei de cristalinas. Este assunto, parece-me, merece um pouco mais de explicação. As rochas do mundo dividem-se em três grandes grupos: rochas ígneas, rochas sedimentares e rochas metamórficas. As rochas ígneas são aquelas que se originam do resfriamento do magma, quer no interior de câmaras magmáticas, quer no ambiente externo, como exemplos de rochas ígneas pode-se citar os granitos e os basaltos. Rochas sedimentares são aquelas originadas a partir da litificação (“petrificação”) de sedimentos. Os sedimentos podem originar-se da intemperização de outras rochas, da precipitação de compostos, como o carbonato de cálcio, ou de restos de organismos vivos. Os exemplos são o arenito, o calcário e os diatomitos. As rochas metamórficas, por sua vez, formam-se em ambientes de elevadas pressão e temperatura. As metamórficas podem ter origem tanto em rochas ígneas quanto em sedimentares: o gnaisse pode vir tanto de um granito quanto de um argilito. O que eu chamei de rochas cristalinas, muito comuns no semi-árido nordestino, são basicamente rochas ígneas e metamórficas dos grupos do granito e do gnaisse. Estes materiais são compostos predominantemente dos minerais quartzo, micas (biotita e muscovita) e vários feldspatos. Assim como já foi diversas vezes discutido aqui, a ação dos agentes intempéricos (água, vento, temperatura, organismos vivos…) causa a decomposição da rocha, o intemperismo. O intemperismo físico é resumidamente a quebra da rocha em pedaços menores. O intemperismo químico abrange tanto a perda de elementos químicos como a formação de minerais novos, chamados minerais secundários, em contraste com os minerais primários que compunham as rochas. Em regiões úmidas, a água, principal agente intemperizador químico, dissolve e carrega os elementos químicos em profundidade e superficialmente. É por isso que solos de regiões quentes e úmidas são nutricionalmente pobres. Em regiões semi-áridas, os solos costumam ser mais férteis porque o intemperismo tanto de rochas quanto de solos é muito menos intenso. Por esta mesma razão, as águas subterrâneas das áreas sobre material geológico cristalino têm teores de sais (medidos em termos de condutividade elétrica) mais alto. Além de o intemperismo ser incipiente, a alta evaporação muitas vezes faz com que haja ascensão de água subsuperficial por um processo chamado capilaridade. Esta água é rica em sais e, quando evapora, deixa o excesso de sal na superfície dos solos. Quando se irrigam as culturas com água de alta salinidade, é também a evaporação seguida de precipitação dos sais nos solos que causam a salinização. Além dos efeitos deletérios para as espécies vegetais, o excesso de sais pode comprometer também a estrutura dos solos, por causar dispersão de argilas e colóides orgânicos, destruindo os agregados, diminuindo a porosidade, aumentando a densidade do solo e agravando o problema já grave da erosão ao diminuir a infiltração de água nos solos. Assim, tanto a pobreza nutricional de solos de regiões tropicais úmidas, a profundidade do saprolito nestas áreas, quanto a riqueza nutricional de alguns solos do semi-árido e sua predisposição à salinização, dependem da intensidade da ação do intemperismo. 

Categorias

Sobre ScienceBlogs Brasil | Anuncie com ScienceBlogs Brasil | Política de Privacidade | Termos e Condições | Contato


ScienceBlogs por Seed Media Group. Group. ©2006-2011 Seed Media Group LLC. Todos direitos garantidos.


Páginas da Seed Media Group Seed Media Group | ScienceBlogs | SEEDMAGAZINE.COM