Short-term Fe reduction and metal dynamics in estuarine soils impacted by Fe-rich mine tailings

Autor(es)

Barcellos, Diego ^{[1, 2]} ; Queiroz, Hermano M. ^[2] ; Ferreira, Amanda D. ^[2] ; Bernardino, Angelo F. ^[3] ; Nobrega, Gabriel Nuto ^[4] ; Otero, Xose L. ^[5] ; Ferreira, Tiago O. ^[2]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Fed Univ Sao Paulo UNIFESP, Dept Environm Sci, BR-09972270 Sao Paulo - Brazil

^[2] Univ Sao Paulo ESALQ USP, Luiz de Queiroz Coll Agr, Dept Soil Sci, BR-13418900 Sao Paulo - Brazil

^[3] Univ Fed Espirito Santo, Dept Oceanog, BR-29075910 Vitoria, ES - Brazil

^[4] Fed Fluminense Univ, Dept Geochem, Grad Program Geosci Geochem, Outeiro Sao Joao Batista S-N, Campus Valonguinho, BR-24020 Niteroi, RJ - Brazil

^[5] Univ Santiago de Compostela, Fac Biol, CRETUS Dept Edafoloxia & Quim Agr, Rua Lope G Marzoa S-N, Campus Sur, Santiago De Compostela 15782 - Spain

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: APPLIED GEOCHEMISTRY; v. 136, JAN 2022.
• Citações Web of Science: 0

Resumo

Rates of iron (Fe) reduction and oxidation greatly influence the release and retention of metals in redox-dynamic ecosystems such as estuaries. The fate of metals and Fe cycling operate in multiple timescales (days to years), but processes that occur from days to weeks have been poorly investigated, especially in estuarine soils contaminated with mine tailings. Here we tested the hypothesis that Fe reduction would increase rapidly (within days) when Fe-rich mining tailings are exposed to reducing conditions. Fe reduction is then expected to release metals bound/occluded into Fe oxyhydroxides to the estuarine system. We performed a laboratory incubation for 20 days, expositing estuarine soils to either anoxic or oxic conditions and analyzed HCl-extractable FeII and metals to test this hypothesis. We observed a rapid and significant increase in Fe reduction (FeII production) within 20 d under anoxic conditions, but no increase under oxic conditions. Also, during the 20-d of anoxia, a significant increase in the HCl-extractable metals was observed for Al (1.6 x ), Ba (1.4 x ), Cd (3.1 x ), Co (4.1 x ), Cr (2.6 x ), Cu (1.4 x ), Mn (6.1 x ), Ni (1.6 x ), Pb (1.7 x ), and Zn (3.6 x ), whereas no changes were observed in aerobic incubations. Accounting for the total pool of microbially-reducible Fe (i.e., the low-crystallinity or shortrange-ordered Fe phases), we estimated that the residence time for a potential release of metals ranged from 22 d for Mn to 121 d for Cr. Our results demonstrate the high speed of Fe biogeochemical cycling and metal dissociation in aquatic ecosystems impacted by upstream Fe-rich tailings. Our study also suggests that chronic contamination in these areas may persist for several months after the deposition of tailings and will likely persist with the continued arrival of tailings from the upstream river basin. (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
• Processo FAPESP: 19/19987-6 - Solos e plantas do estuário do Rio Doce e seu controle sobre a biogeoquímica de ferro e metais em resposta ao desastre de Mariana (MG)
• Beneficiário: Tiago Osório Ferreira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 19/17413-2 - Processos redox controlando a dinâmica de metais associados a óxidos de Fe no sedimentos do estuário do rio Doce após o desastre de Mariana
• Beneficiário: Hermano Melo Queiroz
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Processo FAPESP: 19/02855-0 - Flutuações redox, dinâmica de ferro e metais em solos do estuário do Rio Doce após o "desastre de Mariana (MG)": uma abordagem experimental
• Beneficiário: Diego Barcellos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/08408-2 - Estudos comparativos de transformações minerais de nanopartículas de óxidos de ferro em solos e sedimentos afetados por rejeitos de mineração e seus impactos na mobilização e fixação de metais pesados em dois ambientes redox contrastantes
• Beneficiário: Tiago Osório Ferreira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 19/14800-5 - Plantas estuarinas e seu controle na biogeoquímica de metais em solos impactados pelo `desastre de Mariana´
• Beneficiário: Amanda Duim Ferreira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado