Medição de sinais Intemperismo Acelerado de Rochas
Nesta postagem, nosso novo líder de pesquisa, Dr. Philipp Swoboda, nos fornecerá alguns insights sobre os desafios de trabalhar com o site Intemperismo Acelerado de Rochas e, especificamente, as várias maneiras de medir a quantidade de carbono sequestrado por meio da dissolução da rocha.
Intemperismo Acelerado de Rochas (ERW) de minerais de silicato libera elementos essenciais e sequestra o CO₂ dissolvido na água da chuva como carbono inorgânico (principalmente bicarbonato (HCO3-)), que é transferido e armazenado nos oceanos por mais de 100.000 anos. Outra rota de ERW que sequestra cerca de metade do CO₂ é a formação subsequente de minerais de carbonato (carbonatação). Portanto, para quantificar o sequestro de CO₂ por meio da ERW, é necessário calcular as alterações no carbono inorgânico dissolvido (DIC), no carbono inorgânico total (TIC, fase sólida) e nos elementos minerais liberados (solução e fase sólida). Bem, tudo se resume à medição real.
Medição por meio de carbono inorgânico dissolvido (DIC)
Vamos começar com o DIC e os elementos na solução. De modo geral, tentamos medir um pequeno sinal (adicional) de um processo que ocorre natural e constantemente no solo: o desgaste mineral. A Figura 1 mostra um perfil de solo com dois círculos ampliados. No primeiro círculo ampliado (rosa), o intemperismo mineral e alguns de seus principais produtos são mostrados: eles 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 constituintes principais e heterogeneamente agregados da matriz do solo: minerais (~45%), água (~25%), ar (~25%) e matéria orgânica (~5%) - e as partículas 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. Supondo 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 miligramas e microgramas de produtos de intemperismo deve ser rastreado dentro de várias toneladas de solo altamente heterogêneo por meio de amostras de água de poros ou lixiviados, que são medições pontuais que capturam apenas uma pequena parte do fluxo total de água.
Como já foi indicado no início, o desafio aqui é que o fluxo natural de produtos de intemperismo do solo está na faixa de miligramas e microgramas e que as variações desse fluxo natural por si só podem ser maiores do que os fluxos de intemperismo (adicionais) do ERW. Um dos principais motivos para essas variações do fluxo natural de intemperismo é a variação espaço-temporal da chuva e da temperatura que interage com a estrutura altamente heterogênea do solo.
Uma questão não resolvida aqui também é como exatamente manusear/analisar as amostras de água do solo para que sejam representativas, pois a pressão parcial de CO₂ no solo difere substancialmente da atmosfera (onde a análise é feita), influenciando assim a quantidade de CO₂ dissolvido e, portanto, a quantidade de DIC. Por outro lado, um problema adicional para cátions como o Mg₂+ como indicadores 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 por meio do carbono inorgânico total (TIC)
A outra rota de carbonatação do ERW é normalmente quantificada por meio de alterações no TIC [2] e diferenciações adicionais de carbonatos pedogênicos (formados no solo) e litogênicos (herdados) [3]. A medição da carbonatação é igualmente desafiadora, pois 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 quanto ao teor de carbonato é de apenas alguns gramas, as amostras, como no caso da solução do solo, podem não capturar um sinal representativo.
Em geral, há outras formas e/ou formas combinadas de enfrentar os desafios de medição, como alterações na composição isotópica [4], alcalinidade [5], análise de plantas [6], bolsas de intemperismo e respiração do solo [7].
Os benefícios da implantação de ERW nos trópicos
Primeiro, a dissolução do silicato é favorecida em solos fortemente intemperizados, combinados com temperaturas mais altas e altas taxas de precipitação. Em segundo lugar, esses solos fortemente intemperizados normalmente têm baixas reservas de minerais de silicato intemperizáveis, o que implica que o ruído de fundo natural do "intemperismo" é menor e, portanto, é mais provável que se obtenha um sinal, tanto na fase sólida quanto na solução. Em terceiro lugar, mesmo após décadas de calagem, esses solos geralmente não contêm carbonatos, o que significa que a segunda e menos eficiente rota de ERW via carbonatação provavelmente pode ser descartada (comunicação pessoal com o Prof. Antonio Azevedo). No entanto, também há questões não resolvidas em solos tropicais, como o destino das espécies de carbonato quando o pH é muito baixo, o que pode levar à desgaseificação parcial do CO₂ novamente.
É importante ressaltar que não obter um sinal não significa necessariamente que a ERW não funcione - na verdade, a maioria dos experimentos anteriores mostra que ela funciona - apenas implica que uma quantificação robusta é um desafio. No futuro, provavelmente teremos que empregar o maior número possível de parâmetros e réplicas e justapor os dados resultantes por meio de vários modelos para nos aproximarmos cada vez mais do sinal ERW no palheiro.
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[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
