Geoquímica do ferro em solos estuarinos tropicais afetados por desastres antrópicos e naturais

Autor(es)

Hermano Melo Queiroz

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Piracicaba.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALA/BC)
• Data de defesa: 2021-06-18

Membros da banca

Tiago Osorio Ferreira; Fernando Dini Andreote; Eduardo Guimarães Couto; Yuri Jacques Agra Bezerra da Silva

• Orientador: Tiago Osorio Ferreira

Resumo

Ferro (Fe) é um dos elementos mais abundantes e dinâmicos da Terra. Está presente em rochas, minerais, solos, oceanos e é um elemento essencial para praticamente todos os seres vivos em ecossistemas terrestres. Devido à sua dinâmica no ambiente, o Fe desperta o interesse de diversas áreas da ciência. Para a ciência do solo, a importância desse elemento está principalmente relacionada à sua capacidade de interagir com vários elementos químicos. Nesse sentido, o ciclo biogeoquímico do Fe está diretamente associado aos ciclos de outros elementos, como carbono (C), fósforo (F), enxofre (S) e metais pesados. Em solos estuarinos, a geoquímica do Fe é marcada por um equilíbrio dinâmico regido pelas oscilações redox dos solos nesses ambientes. No entanto, distúrbios antrópicos ou naturais podem afetar o comportamento geoquímico de Fe e, consequentemente, o destino de outros elementos (e.g., C, P, S e metais). Nesse sentido, este estudo teve como objetivos: (i) estudar a geoquímica do Fe em solos estuarinos tropicais afetados por impactos antrópicos e naturais; e (ii) avaliar o controle da geoquímica do Fe sobre a dinâmica de outros elementos, como metais traço, P, S e C. Para isso, dois estuários tropicais, afetados por desastres antrópicos (i.e., afetados por deposição de rejeitos de Fe) e naturais (morte maciça de mangue) foram avaliados. Observamos uma mudança significativa nas condições físico-químicas dos solos após uma enorme mortalidade da floresta de mangue. Os solos dos manguezais mortos mudaram de um ambiente predominantemente anóxico para um ambiente subóxico. Essa mudança resultou em uma redução de 50% nos teores de Fe do solo. As perdas de Fe foram principalmente associadas às frações pirita e oxihidróxidos de Fe de baixa cristalinidade. Além disso, estimamos uma perda de 170 toneladas de Fe dos 500 hectares de florestas de mangue mortas. Além disso, o processo de piritização foi profundamente comprometido e, portanto, a capacidade das florestas de mangue de fornecer serviços ecossistêmicos, como retenção de poluentes (ou seja, metais) e sequestro de carbono. Em outro cenário, o estuário do Rio Doce recebeu cerca de 60 milhões de m3 de rejeitos ricos em Fe após o rompimento da barragem de Fundão. O comportamento biogeoquímico do Fe controlou o destino dos metais, P, e a pedogênese dos solos estuarinos após este evento, reconhecido como o maior desastre de mineração do mundo. Os rejeitos, principalmente compostos por oxihidróxidos de Fe de alta cristalinidade (e.g., goethita e hematita), foram transportados por 600 km direção ao estuário. Ao longo deste caminho, os rejeitos atuaram como um transportador de contaminantes (e.g., metais) e grandes quantidades de P. Após a chegada dos rejeitos, observou-se aumento expressivo dos teores de P e metais nos solos estuarinos. Esses poluentes foram predominantemente associados aos oxihidróxidos de Fe. Com o passar do tempo, a deposição de rejeitos favoreceu o estabelecimento e o crescimento de plantas que promoveram aporte de C no solo e drásticas mudanças físico-químicas. Essas mudanças resultaram em um ambiente de redução favorável à redução do Fe microbiano e um aumento das formas de Fe de baixa cristalinidade (e.g., ferrihidrita e lepidocrocita). Essas condições levaram à dissolução redutiva dos oxihidróxidos de Fe, perdas de Fe e aumento da biodisponibilidade de metais. Dentre os metais estudados, o manganês (Mn) apresentou as maiores perdas no solo e aumento de 880% na água estuarina. O aumento da biodisponibilidade de Mn levou a um aumento dos níveis de Mn no fígado e músculos dos peixes comumente consumidos pela população local. A dinâmica de Fe recém- estabelecida desencadeou liberações maciças de Mn e altos riscos de contaminação. Nesse contexto, um comportamento semelhante foi observado para P. As mudanças associadas à redução dissimilatória do Fe levaram a um aumento do P prontamente disponível nos solos estuarinos e na água. Além disso, nossos resultados indicam que os oxihidróxidos de Fe atuam como uma fonte contínua de P dissolvido para o ecossistema, e que os rejeitos, ricos em Fe, depositados no ecossistema estuarino podem estar ligados a um potencial processo de eutrofização. No entanto, dentro de quatro anos após o desastre, o crescimento da vegetação sobre os rejeitos depositados desencadeou a formação de um solo no estuário. Diferentes processos pedogenéticos foram descritos e evidenciados (e.g., melanização, bioturbação, incipiente paludização e gleização). O Technossolo recém-formado mostrou evidências de potencialmente fornecer serviços ecossistêmicos, como sequestro de carbono e ciclagem de nutrientes, que antes não eram fornecidos no estuário. Em resposta às mudanças biogeoquímicas, observamos uma perda maciça de Fe dos solos estuarinos, que pode representar uma importante fonte de Fe do estuário para as águas do oceano. A entrada de Fe nos oceanos (i.e., a fertilização dos oceanos com Fe) está diretamente associada à produtividade marinha e ao fornecimento de serviços, como o sequestro de carbono. Assim, este estudo traz uma nova abordagem de como os impactos antrópicos ou naturais podem alterar a dinâmica do Fe em ecossistemas costeiros e como isso afeta os ciclos de outros elementos importantes tanto para o estuário quanto para os ambientes adjacentes. (AU)

• Processo FAPESP: 18/04259-2 - Biogeoquímica de ferro e seu controle sobre a dinâmica de metais traço nos solos do estuário do Rio Doce após o "desastre de Mariana"
• Beneficiário: Hermano Melo Queiroz
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado