Um estudo publicado em outubro do ano passado na revista Science propôs um novo modelo matemático que conecta física, química e geologia para explicar a oxidação da pirita em rochas subterrâneas, sem interferência de microorganismos. O trabalho foi uma colaboração entre o grupo da geoquímica Susan Brantley, da Universidade do Estado da Pensilvânia, Estados Unidos, e o físico Fábio Reis, professor da Universidade Federal Fluminense.
A pirita é um cristal de dissulfeto de ferro, popularmente conhecida como “ouro de tolo”. É o sulfeto mineral mais abundante da crosta terrestre. Reage facilmente com água e oxigênio, tendo um papel importante nos ciclos terrestres dos elementos ferro, enxofre, carbono e oxigênio.
A oxidação da pirita acontece principalmente na superfície do solo, acelerada pela ação de bactérias que a metabolizam. Os produtos da oxidação provocam a acidificação de solos e águas, podendo causar sérios problemas ambientais em minas abandonadas.
Brantley e seus colegas coletaram dados coletados em perfurações realizadas em montanhas de rochas sedimentares formadas há mais de 420 milhões de anos, no Shale Hills Critical Zone Observatory, Pensilvânia, Estados Unidos. Análises das colunas de solo e rochas extraídas mostraram que a oxidação subterrânea da pirita acontece ali por exposição à água e oxigênio da superfície, que chega ao subsolo por meio de fraturas microscópicas, pequenas até mesmo para a passagem de bactérias.
Levando em conta processos como a erosão da superfície e a elevação das rochas ao longo do tempo geológico, os pesquisadores concluíram que a pirita subterrânea sobrevive por 50 mil anos antes de ser oxidada. As concentrações de água e oxigênio nas fraturas da rocha, porém, sugerem que a pirita deveria ter um tempo de sobrevivência muito menor, de apenas de 10 anos. A explicação para essa extrema lentidão é a dificuldade do oxigênio de se difundir pelos poros dos fragmentos de rocha subterrânea. Reis criou um modelo físico-químico para explicar a difusão e a reação do oxigênio, conseguindo prever corretamente a largura da frente de reação de oxidação observada nas rochas.
Os pesquisadores utilizaram o modelo também para entender melhor as condições que levaram ao chamado Grande Evento de Oxidação (GEO), um aumento de cem mil vezes na concentração de oxigênio na atmosfera da Terra, desencadeada pelo surgimento dos primeiros microorganismos capazes de realizar fotossíntese, entre 2,4 e 2 bilhões de anos atrás. Trabalhos anteriores apresentam evidências de que o GEO foi antecedido por uma grande acidificação dos oceanos, provavelmente provocada pela oxidação de pirita. O modelo proposto por Reis corrobora essa hipótese. De acordo com cálculos do modelo, a concentração de oxigênio da atmosfera terrestre antes do GEO era pequena demais para que ocorresse a oxidação subterrânea da pirita, fazendo com que o mineral chegasse em abundância à superfície da Terra primitiva.
O trabalho contou com apoio financeiro da FAPERJ, CAPES e CNPq.
Artigo científico
Deep abiotic weathering of pyrite
Xin Gu1, Peter J. Heaney, Fabio D. A. Aarão Reis e Susan L. Brantley
Science – 23 de outubro de 2020
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Igor Zolnerkevic
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