Percepções sobre experimentos de campo de intemperismo rochoso acelerado

Medindo Sinais de Intemperismo Aprimorado de Rochas

Neste post, nosso novo Líder de Pesquisa, Dr. Philipp Swoboda, nos fornecerá algumas informações sobre os desafios de trabalhar com Experimentos de Campo de Intemperismo Aprimorado de Rochas e, especificamente, as muitas maneiras de medir a quantidade de carbono sequestrado através da dissolução da rocha.

O Intemperismo Aprimorado de Rochas (ERW) de minerais silicáticos libera elementos essenciais e sequestra CO₂ dissolvido na água da chuva como carbono inorgânico (principalmente bicarbonato (HCO₃^–)), que é transferido e armazenado nos oceanos por >100.000 anos. Outra via de ERW que sequestra cerca de metade do CO₂ é a formação subsequente de minerais carbonáticos (carbonatação). Assim, para quantificar o sequestro de CO₂ através do ERW, as mudanças no carbono inorgânico dissolvido (DIC), carbono inorgânico total (TIC, fase sólida) e elementos minerais liberados (fase líquida e sólida) devem ser calculadas – o que é tão desafiador nisso? Bem, tudo se resume à medição real.

Medição através do Carbono Inorgânico Dissolvido (DIC)

Vamos começar com o DIC e os elementos na solução. No geral, tentamos medir um pequeno sinal (adicional) de um processo que ocorre natural e constantemente no solo – o intemperismo mineral. A Figura 1 mostra um perfil de solo incluindo dois círculos ampliados. No primeiro círculo ampliado (rosa) são mostrados o intemperismo mineral e alguns de seus principais produtos: estes incluem HCO₃^– e cátions como Ca₂⁺, Mg₂⁺, K⁺, e Na⁺, que lixiviam e se difundem em várias direções no solo. O segundo círculo ampliado (amarelo) mostra os principais constituintes agregados heterogeneamente da matriz do solo: minerais (~45%), água (~25%), ar (~25%) e matéria orgânica (~5%) – e as partículas de pó de rocha adicionadas que constituem apenas uma fração muito pequena em comparação com os minerais do solo já presentes.

Agora, considere uma alta dosagem de pó de rocha de 50t/ha – uma quantidade praticamente questionável, mas provavelmente necessária para obter um sinal de medição. Isso corresponde a 5 kg de pó de rocha por m². Assumindo que (para condições tropicais ideais) 4% desse pó de rocha, 200g, se dissolveria por ano, menos de um grama de pó de rocha por dia. O fluxo diário resultante de mili- e microgramas de produtos de intemperismo deve ser rastreado dentro de várias toneladas de solo altamente heterogêneo através de amostras de água de poros ou lixiviado, que são medições pontuais que capturam apenas uma pequena parte do fluxo total de água.

Como já indicado no início, o desafio aqui é que o fluxo natural de produtos de intemperismo do solo está na faixa de mili- e microgramas e que as variações desse fluxo natural por si só podem ser maiores do que os fluxos de intemperismo (adicionais) da ERW. Uma das principais razões para essas variações no fluxo natural de intemperismo é a variação espaço-temporal na precipitação e temperatura interagindo com a estrutura altamente heterogênea do solo.

Uma questão não resolvida aqui é também como exatamente manusear/analisar as amostras de água do solo para que sejam representativas, já que a pressão parcial de CO₂ no solo difere substancialmente da atmosfera (onde a análise é feita), influenciando assim a quantidade de CO₂ dissolvido e, consequentemente, a quantidade de DIC. Por outro lado, um problema adicional para cátions como Mg₂⁺ como proxies de intemperismo é que eles não são apenas transportados em várias direções, mas também são absorvidos pelas raízes das plantas, ligados à matéria orgânica ou reprecipitados em superfícies minerais existentes – obscurecendo assim as taxas reais de intemperismo [1].

Medição através do Carbono Inorgânico Total (TIC)

A outra via de carbonatação da ERW é tipicamente quantificada através de mudanças no TIC[2] e diferenciações adicionais de carbonatos pedogênicos (formados no solo) e litogênicos (herdados) [3]. Medir a carbonatação é igualmente desafiador, já que os carbonatos podem se formar em toda a profundidade do perfil do solo. Mais especificamente, a carbonatação depende do pH e das atividades das espécies de carbonato e (principalmente) Ca₂⁺/Mg₂⁺, que podem diferir substancialmente dentro dos macro- e microagregados heterogêneos que compõem o solo. Como a quantidade típica de solo analisada para o teor de carbonato é de apenas alguns gramas, as amostras – como no caso da solução do solo – podem não capturar um sinal representativo.

No geral, existem outras e/ou combinadas maneiras de abordar os desafios de medição, como mudanças na composição isotópica[4], alcalinidade [5], análise de plantas [6], sacos de intemperismo e respiração do solo[7].

Os benefícios da implementação da ERW nos trópicos

Primeiro, a dissolução de silicatos é favorecida em solos fortemente intemperizados, combinada com temperaturas mais altas e altas taxas de precipitação. Segundo, esses solos fortemente intemperizados geralmente possuem baixas reservas de minerais silicatados intemperizáveis, o que implica que o "ruído" de intemperismo de fundo natural é menor, e é, portanto, mais provável obter um sinal – tanto na fase sólida quanto na solução. Terceiro, mesmo após décadas de calagem, esses solos frequentemente não contêm carbonatos, o que significa que a segunda e menos eficiente via de ERW via carbonatação pode provavelmente ser descartada (comunicação pessoal com o Prof. Antonio Azevedo). No entanto, também existem questões não resolvidas em solos tropicais, como o destino das espécies de carbonato quando o pH é muito baixo, o que pode levar novamente à desgaseificação parcial de CO₂.

É importante ressaltar que não obter um sinal não significa necessariamente que a ERW não funciona – na verdade, a maioria dos experimentos anteriores mostra que funciona – apenas implica que uma quantificação robusta é desafiadora. No futuro, provavelmente teremos que empregar o maior número possível de parâmetros e réplicas e justapor os dados resultantes através de vários modelos para abordar incrementalmente o sinal da ERW no palheiro.

Se você quiser saber mais sobre o monitoramento, relato e verificação do Intemperismo Aprimorado de Rochas nos trópicos ou quiser iniciar seu primeiro projeto de intemperismo aprimorado conosco, entre em contato!

[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0883292715001389?via%3Dihub

[2] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.8b02477

[3] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969712007164?via%3Dihub

[4] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcb.15089

[5] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fclim.2022.849948/full

[6] https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0042098

[7] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1750583618300057?via%3Dihub