Qual a verdadeira qualidade da água que bebemos?
Já faz algum tempo, mais especificamente desde os tempos de graduação em Engenharia Ambiental que faço alguns questionamentos sobre a verdadeira qualidade da água que bebemos. Analisemos alguns aspectos muitas vezes negligenciados no dia a dia. Imaginem uma grande bacia hidrográfica. Ao longo dessa bacia diversos municípios captam água para ser consumida pelas suas populações. Segundo números publicados no site www.tratamentodeagua.com.br cerca de 75% dos municípios brasileiros apresentavam rede coletora de esgotos em 2006. Desses municípios, uma minoria apresenta estações de tratamento de esgotos em pleno funcionamento. Além disso, os métodos convencionais de tratamento de esgotos e de água não apresentam técnicas de retirada de compostos químicos de difícil degradação, como metais pesados, agrotóxicos ou mesmo medicamentos ingeridos e posteriormente excretados pela população. Especialistas atribuem à retirada dos sólidos em suspensão, tanto no tratamento de esgoto quanto no tratamento de água, a retirada paralela desses compostos que estariam adsorvidos à fração sólida presente na água ou no esgoto a serem tratados. Mas até que ponto essa afirmação é verdadeira? Até acredito que seja, porém, qual a eficiência de retirada desses compostos via tal método? Essas são perguntas ainda sem respostas, até porque no controle de qualidade da água técnicas de identificação de tais compostos não são rotineiramente utilizadas. Uma vez que as cidades estão presentes ao longo da bacia hidrográfica podemos chegar à conclusão de que as últimas literalmente estarão consumindo “ESGOTOS TRATADOS” das primeiras. Considerando então que, como já dito anteriormente, apenas métodos de tratamentos convencionais de água e esgoto estão presentes em nossa realidade ficamos com alguns questionamentos: onde vão parar todas os compostos de difícil degradação? Será que eles são realmente eliminados adsorvidos à fração sólida retirada durante o tratamento? Afinal, qual a verdadeira qualidade da água que bebemos?
Cemitério geológico de carbono
Com as constantes preocupações em diminuir ou neutralizar as emissões de CO2 (dióxido de carbono, principal gás causador do efeito estufa) ou descobrir alternativas que reduzam sua concetração na atmosfera, idéias miraculosas têm sido propostas. Desde espelhos para refletir os radiações solares até “aspersão” de anions sulfato (SO42-) na atmosfera (apesar de esta aspersão ter o potencial de causar o problema das chuvas ácidas resultante da combinação do SO42- e do vapor d’água, como disse um dos cientistas responsáveis pela proposta “não se pode fazer omelete sem quebrar os ovos”). Porém alternativas mais simples e de caráter não sensacionalista estão sempre batendo à nossa porta. Há mais de duas décadas as empresas exploradoras de petróleo utilizam a técnica de injeção de CO2 em alguns de seus poços para retirar os últimos resquícios de petróleo do subsolo. Porém, como a emissão de CO2 a partir da queima de combustíveis fósseis figura-se entre os principais “alvos” a serem combatidos quando se trata de mudanças climaticas globais, essa tecnica ganhou uma nova função- sequestrar ou melhor enterrar carbono. Conforme estimativas do IPCC, Painel Intergovernamental sobre Mudança do Clima, será necessário sumir com mais de 25 bilhões de toneladas de CO2 até o ano de 2050 e tal tecnologia tem o potencial de contribuir com pelo menos 21 % desse valor durante esse período. Tal fato, nos induz a pensar no potencial do Brasil de se tornar um grande “cemitério” geológico de carbono. Para se ter uma idéia, conforme estimativas de João Marcelo Ketzer coordenador do Cepac (Centro de Excelência em Pesquisa sobre Armazenamento de Carbono), o Brasil, sozinho, tem capacidade para estocar o equivalente ao que o planeta emite em 80 anos. Áreas usadas na exração de carvão mineral e os aquiferos salinos, cuja água é impropria para o consumo, também poderiam servir como região de estoque. Pensando nessas possibilidades, a PETROBRAS inicia a partir desse ano testes de injeção de carbono em larga escala na Bacia de Santos (sob o mar) e na Bahia (em terra), com estimativas de antingir um patamar de até 10 milhões toneladas por ano até 2014. Se a meta for atingida, será um dos maiores projetos de seqüestro geológico do mundo. Hoje, em grande escala, existem apenas três Se a meta for atingida, será um dos maiores projetos de seqüestro geológico do mundo escreveu Eduardo Geraque para o jornal folha de São Paulo. As principais limitações da tecnologia ficam a cargo- 1. dos riscos de vazamento durante o trasnporte do CO2 que seria aprisionado no processo da captura ou vazamento do próprio reservatório acarretando em passivo ambiental; 2. custos elevados!? Mas essas empresas já não ganharam uma avalanche de dinheiro as custas da exploração da Natureza porque não agora oferecer algo em troca…
Adubando o oceano com ferro
Semana passada foi publicado na revista Nature o trabalho “Effect of natural iron fertilization on carbon sequestration in the Southern Ocean” por uma equipe de pesquisadores franceses encabeçada por Stéphane Blain. O trabalho relata o efeito de uma fertilização (“adubação”) natural de uma parte do Oceano Índico entre a Austrália e a África do Sul sobre o crescimento de um conjunto de organismos autotróficos (que produzem o próprio alimento por meio de fotossíntese) oceânicas conhecido como fitoplâncton. Há já algum tempo se sabe que o fitoplâncton é responsável pela maior produção primária do planeta, ou seja, a maior parte da fotossíntese realizada na Terra é feita por estas algas microscópicas. A fotossíntese é o processo pelo qual os organismos autotróficos (incluindo aí as plantas) convertem substâncias inorgânicas como água e gás carbônico (CO2) em substâncias orgânicas (principalmente açúcares) utilizando como fonte de energia a luz do sol. É por causa da fotossíntese que nós animais conseguimos comer e existir e é também devido a ela o fato de se ter tanto cuidado hoje com o desmatamento. A destruição de organismos que fotossintetizam impedem que eles capturem o CO2, principal responsável pelo efeito estufa, e ainda por cima libera mais CO2 para a atmosfera. Como o fitoplâncton é o maior responsável pela fotossíntese no planeta, qualquer alteração neste pode ter efeito sobre o clima terrestre. O trabalho publicado na Nature mostra um grande aumento na quantidade de fitoplâncton devido à disponibilização do ferro naquela área. O ferro, como uma série de outros elementos químicos, é considerado um nutriente essencial às plantas e outros organismos autotróficos e sua ausência ou pequena disponibilidade limitam o crescimento vegetal. Desde que o pesquisador J. H. Martin implicou a disponibilidade de ferro nos oceanos com o decréscimo de temperatura na última glaciação (no artigo “Glacial-interglacial CO2 change: The iron hypothesis” publicado na Paleoceanography 5, 1–13 (1990)) muitos têm teorizado que uma mega-adubação dos oceanos com ferro poderia reverter o efeito estufa ao aumentar a fotossíntese fitoplanctônica (sinteticamente, causar-se-ia uma eutroficação planetária). Da mesma forma que o excesso de CO2 na atmosfera esquenta o clima, a falta deste pelo seqëstro na fotossíntese faria o clima esfriar. O trabalho de S. Blaine e colaboradores vem demonstrar que a fertilização natural do oceano com ferro e outros macronutrientes pode afetar significativamente o teor de gás carbônico na atmosfera e embora não aconselhem a fertilização artificial como remédio para o efeito estufa, fazem-nos meditar o assunto.
Plantas que produzem minerais e solos
Os solos, quando não são transportados (ou seja, erodidos em um local e depositado em outro), se formam a partir das rochas locais e herdam boa parte da composição química destas rochas (herança geoquímica). Alguns pesquisadores encontraram há algum tempo na Amazônia alguns exemplares de uma classe de solo conhecida como Latossolos que não apresentavam evidência de transporte mas cujas características não batiam com a rocha que estava por baixo dele. Resumidamente, estes solos se encontravam sobre um material conhecido como bauxita, que é um minério de alumínio formado quase exclusivamente de gibbsita (Al(OH)3). Claro que há impurezas químicas nestes materiais, mas em quantidades pequenas. O que se esperaria do solo formado sobre este materia é que fosse basicamente formado de minerais de alumínio. Entretanto, o solo contém teores razoavelmente altos de caulinita, o qual é um mineral de argila rico em silício. Obviamente, a rocha sob a bauxita contém silício, mas o solo não poderia ter se formado diretamente a partir da mesma, porque a bauxita estava no meio. Pois bem, os pesquisadores, capitaneados pelo francês Yves Lucas, descobriram que a inesperada caulinita, rica em silício, formava-se a partir de pequenos cristais de silício, chamados de fitólitos, formados pelas plantas da floresta! Quando as folhas das plantas, especialmente ricas em fitólitos, caíam ao chão, os cristais de silício se dissolviam aos poucos e mudavam a química do solo de tal forma que havia a possibilidade de formação da caulinita. O silício, surpreendentemente, não é comprovadamente um nutriente essencial para todas as plantas, apesar de ser o segundo elemento mais presente nos solos, depois do oxigênio, e de um grande número de espécies vegetais o absorverem em quantidades muitas vezes maiores do que as de elementos nutrientes comprovados. Depois que as plantas absorvem o silício, há a formação dos minúsculos cristais tanto ao redor quanto dentro de uma série de células. A composição destes fitólitos é praticamente igual à composição do quartzo, principal mineral encontrado nas areias (SiO2), a única diferença é que os fitólitos contêm também água em sua composição (SiO2.H2O). As principais plantas formadoras de fitólitos pertencem à família das gramíneas, como arroz e cana de açúcar. Aparentemente a principal função destes biominerais nas plantas é o enrigecimento dos tecidos vegetais, protegendo-os contra o ataque de herbívoros e fungos ao mesmo tempo que melhora a captura dos raios solares para o processo de fotossíntese.
O solo não é uma lata de lixo
Tenho mencionado diversas vezes neste blog o papel de “filtro” exercido pelo solo, principalmente devido à presença de cargas elétricas nas argilas e na matéria orgânica do solo. Como já foi dito, estas cargas têm o potencial não só de reter os elementos químicos que servem de nutrientes para as plantas, mas também de reter poluentes orgânicos e inorgânicos, impedindo-os de chegar aos corpos d’água. Só agora, no entanto, vejo que alguns desavisados podem considerar a possibilidade de descartar todo tipo de poluente no solo esperando que de alguma forma o ambiente fique instantaneamente limpo. As coisas não são bem assim. Primeiramente, nem tudo que tem carga é retido pelas argilas e pela matéria orgânica, doutra forma o mar não receberia a imensa carga de elementos químicos provenientes do intemperismo químico nos continentes (não seria nem mesmo tão salgado). Segundo, mesmo os elementos e compostos que são retidos pelas cargas do solo não o são irreversivelmente, na verdade, existe algo como uma competição pelas cargas elétricas dos solos e alguns elementos ou substâncias são mais “competitivos” que outros. Em terceiro lugar, a capacidade descontaminadora do solo é finita, a partir de um certo ponto as funções, a própria saúde do solo fica comprometida e seu papel de filtro pode ser irreversivelmente perdido. O solo tem um funcionamento muito parecido com o de um ser vivo: ele consegue lidar com os males principalmente se estiver saudável. A saúde ou qualidade de um solo em geral está relacionada a teores adequados de matéria orgânica, boa estrutura (agregados mais poros), cobertura vegetal impedindo a erosão, biodiversidade, principalmente no que se refere aos microrganismos do solo e alguns outros fatores. Um solo não pode ser simplesmente usado, para qualquer que seja o fim, ele deve ser manejado, de preferência bem manejado. Da mesma forma que a água, ele é um recurso natural renovável, mas a renovação de um solo é muito lenta, um centímetro de solo pode levar mil anos ou mais para ser formado. Definitivamente, este recurso natural não pode ser tratado como uma simples lata de lixo.
Por que os solos empobrecem (quimicamente falando)
É comum ouvir-se falar em solos férteis e solos não férteis ou quimicamente pobres quando se considera a adequabilidade de terras para agricultura. Em posts em que discuti a formação dos solos, tem-se a impressão de que os nutrientes necessários ao crescimento dos vegetais está presente nos solos desde o início, a partir do intemperismo químico das rochas. Realmente, deve haver uma boa disponibilidade de nutrientes nos solos, afinal de contas, como se sustentam as florestas e outras formas de vegetação natural? Este problema já foi parcialmente abordado no post Solo pobre, vegetação exuberante, em que falo sobre a ciclagem de nutrientes em ambientes naturais mediada pela matéria orgânica do solo. O empobrecimento químico do solo, ou seja, a perda de elementos minerais nutrientes em geral ocorre de duas formas: o empobrecimento natural pelo intemperismo químico dos solos em regiões tropicais úmidas, ou em solos agrícolas em que boa parte da biomassa produzida pelas plantas é retirada do agroecossistema. Imaginem o empobrecimento que ocorre em solos agrícolas em regiões tropicais como o Brasil. A forma mais rápida de se repor os nutrientes no solo é pela adubação, quer seja com adubos minerais, que disponibilizam os nutrientes mais rapidamente mas cujo uso continuado e excessivo pode trazer conseqüências negativas à química e à física do solo, quer com adubos orgânicos, cuja disponibilização de nutrientes é mais lenta e gradual mas tem a vantagem de aumentar o teor de matéria orgânica do solo. Porém as coisas não são tão simples. O uso de adubos minerais tem causado aumentos consideráveis de matéria orgânica nos solos, auxiliando seqüestro de carbono nos solos, principalmente os adubos nitrogenados, e o uso excessivo de adubos orgânicos, como esterco de porco por exemplo, tem causado problemas de eutroficação em corpos d’água por excesso de fósforo. A natureza não é tão simples e maniqueísta quanto fazem crer neoobscurantistas travestidos em ambientalistas.
Solos e ciclos biogeoquímicos
Tenho recebido uma série de pedidos para abordar o controle exercido pelos solos sobre a ciclagem biogeoquímica dos elementos. O assunto é amplo, mas começarei a abordá-lo neste tópico. O papel do solo na ciclagem do carbono foi várias vezes citado aqui no Geófagos. A possibilidade de sustentar a vida vegetal, grande dreno do CO2 atmosférico, e a estabilização da matéria orgânica do solo são aspectos óbvios da influência do solo sobre a ciclagem deste elemento. No post anterior, a origem dos solos no Devoniano foi abordada. Alguns pesquisadores acreditam que uma gigantesca onda de extinções que ocorreram naquele período pode estar ligada ao aumento do intemperismo químico que deu origem aos solos. Quando os minerais das rochas originais são quimicamente decompostos, uma parte dos elementos químicos continua no sistema ao formarem novos minerais, uma outra parte no entanto é solubilizada e pode tanto ser retida pelos minerais de argila ou pela matéria orgânica do solo, ou pode ser levado pela água que infiltra o solo. Esta água lentamente atinge as águas subterrâneas (lençol freático) e outros corpos d’água (rios, lagoas) e finalmente o mar. Obviamente, esta água não é pura, ela leva em solução uma quantidade expressiva de elementos químicos, e a origem destes é predominantemente o intemperismo químico dos minerais. Alguns componentes dos minerais são mais facilmente carregados (cálcio, potássio, sódio, magnésio, por exemplo). Estes elementos servem como nutrientes para as plantas e outros organismos fotossintetizantes, como as algas. Antes da origem dos solos, as quantidades destes elementos que chegavam ao mar eram muito menores, porque não havia o intemperismo químico causado pelas plantas terrestres com a produção de ácidos orgânicos e ácido carbônico pelas raízes. Após a colonização dos continentes pelas mesmas, uma grande quantidade de elementos nutrientes chegou às águas oceânicas, causando uma inédita onda de crescimento de organismos marinhos. Quando estes organismos morriam, a decomposição de suas partes por outros microrganismos, um processo que utiliza oxigênio, causou escassez deste elemento nos oceanos, levando à morte um número imenso de organismos por asfixia. Este processo de enriquecimento de águas com elementos químicos nutrientes é o que se chama eutroficação ou eutrofização. O problema não é apenas o crescimento excessivo de algas e plantas aquáticas, mas o escasseamento do oxigênio quando o material morto começa a ser decomposto. Mas o surgimento dos solos obviamente não causaram só mortes. Há um grupo de algas unicelulares chamadas diatomáceas que provavelmente só surgiram por causa da existência dos solos. O elemento mais presente na composição dos minerais, tanto de solos quanto de rochas, é o silício. Apesar de boa parte do silício se manter no solo após a intemperização dos minerais das rochas, uma parte também é levada pelas águas. As diatomáceas têm ao redor de sua única célula, uma parede celular de silício, chamada frústula, que a protege e auxilia no seu processo de fotossíntese. Sem o silício, elas morrem. Antes do surgimento dos solos, os teores de silício nas águas eram muito menores do que hoje, e as diatomáceas não teriam condições de sobreviver. Elas só surgiram na face de Terra (ou melhor, do mar) após a intensificação do transporte de silício para o mar a partir dos solos que se formavam. (Continua)
Quando não havia um chão
Para surpresa de muitos, o tema principal deste blog, o solo, nem sempre existiu. Os que lêem o geófagos com alguma regularidade terão notado que o solo não é um substrato inerte produto da quebra das rochas, mas é o resultado da interface entre atmosfera, biosfera e litosfera. Os organismos que têm maior influência sobre a formação da maioria dos solos são as plantas. Assim, fica fácil entender que o solo como conhecemos hoje não existia antes de as plantas colonizarem os continentes, e, geologicamente falando, isto levou um bom tempo. Durante boa parte do tempo após o surgimento da vida na Terra, o oxigênio estava presente em quantidades ínfimas na atmosfera terrestre. Durante centenas de milhões de anos, o oxigênio produzido pela fotossíntese das cianobactérias, a partir das quais as plantas evoluíram, oxidou os minerais da crosta terrestre e depois começou a acumular-se na atmosfera. Por muito tempo antes que oxigênio suficiente se acumulasse, a vida na Terra foi predominantemente aquática e o motivo é simples: o ozônio, que protege o planeta da radiação ultravioleta, é composto exclusivamente de oxigênio, sua fórmula química é O3. Depois da formação da camada de ozônio é que houve possibilidade de evoluírem espécies adaptadas à vida fora d’água. Para que as plantas superiores pudessem surgir, foi necessário, além do ozônio, que a rotação da Terra desacelerasse. Segundo a pesquisadora Maria Léa Salgado-Labouriau, da UnB, o fator crucial que teria impedido a colonização dos continentes até o Devoniano (400 milhões de anos atrás), foi a velocidade de rotação da Terra. O solo, contemporâneo das plantas, é um ser devoniano. Como já foi discutido numerosas vezes em outros posts, o ácido carbônico e os ácidos orgânicos produzidos pelas raízes das plantas, são os grandes responsáveis pelo intemperismo químico dos minerais e pela formação dos solos. As raízes foram responsáveis também pela estabilização dos solos, impedindo que fossem erodidos.
Solo pobre, vegetação exuberante II
No último post eu disse que após a derrubada das matas para introdução de pastagens ou agricultura em áreas de solos relativamente pobres em termos químicos, como o que acontece em boa parte da floresta amazônica, as produções tendem a decrescer gradualmente porque a matéria orgânica do solo herdada da mata decresce gradualmente. Alguém poderia então perguntar se as culturas agrícolas não poderiam manter uma ciclagem de nutrientes pela matéria orgânica que cai ao solo, da mesma forma que acontecia com a floresta. Bem, é necessário lembrar antes de tudo que uma boa parte da matéria orgânica das culturas agrícolas é levada embora do local onde foi produzida: há sempre colheita e venda de uma parte da cultura, sejam frutos, sementes, folhas ou outra parte da planta. Mesmo no caso de pastagens, em que se poderia pensar que as perdas seriam menores, principalmente se se deixam os animais defecarem e urinarem no local da própria pastagem, não se pode esquecer que uma boa parte dos nutrientes é levada embora na carne e nos ossos dos animais. Além disso tudo, quando se remove a cobertura florestal, em geral se permite o aumento da erosão, principalmente pelas chuvas, que carrega não só parte da matéria orgânica do solo como a própria camada superficial do solo, mais rica em nutrientes. Em pastagens bem manejadas este problema não é tão grave quanto em campos de culturas agrícolas. A vegetação deve ser considerada como uma proteção ao solo: quanto mais fechada, mais o solo está protegido e menor a erosão.
Solo pobre, vegetação exuberante
Em um outro lugar escrevi que a diminuição excessiva da decomposição da matéria orgânica do solo pode ser um problema porque os nutrientes minerais retidos na mesma ficam indisponíveis às plantas, afetando a fertilidade do solo. Muitos já terão ouvido ou lido que os solos da região amazônica são quimicamente pobres. Certamente esta informação foi recebida com um certo ceticismo, afinal como uma vegetação tão exuberante quanto à da floresta amazônica pode se manter sobre um solo pouco fértil? Bem, apesar de estranho, a informação é verdadeira. Os solos se desenvolvem a partir da destruição (intemperismo) das rochas, que chamamos de material de origem. Este intemperismo é causado pela água (chuvas) que em geral são levemente ácidas devido à reação da água com o CO2 da atmosfera, formando ácido carbônico (H2O + CO2 = H2CO3). O tal H2CO3 é o ácido carbônico, que ataca as rochas, decompondo-as. Além disso, os organismos (fungos, algas, líquens, raízes de plantas) também contribuem para o intemperismo porque também produzem ácidos. Mas de toda forma, o principal agente intemperizador das rochas e formador de solos é a água (o ditado “água mole em pedra dura tanto bate até que fura” é verdadeiro e resume bem o intemperismo físico pela água). O solo é resultado não só da decomposição física (quebra em pedaços cada vez menores) da rocha, mas também da alteração química dos minerais formadores das rochas, com a formação de outros minerais típicos de solos (minerais secundários). Mas o intemperismo não pára com a formação do solo. Os solos também são intemperizados, principalmente em regiões onde chove muito, notadamente as regiões tropicais, como na Amazônia. À medida que os solos sofrem o intemperismo, eles perdem preferencialmente elementos químicos importantes para a nutrição vegetal, como cálcio, magnésio e potássio, retidos mais fracamente pelos solos. Nas regiões de alta pluviosidade (muita chuva), a grande disponibilidade de água permite que haja muito crescimento vegetal. As plantas, mesmo as que crescem em solos pobres, conseguem adquirir nutrientes, em geral produzindo raízes profundas que exploram camadas um pouco mais ricas. Com o passar do tempo, os nutrientes vão sendo retidos na matéria orgânica. Quando as plantas morrem ou quando perdem as partes que caem ao solo, o material vegetal é decomposto pelos microrganismos do solo e os elementos retidos são liberados e reabsorvidos pelas outras plantas. Assim, é possível a ocorrência de florestas exuberantes, como a Amazônica, sobrevivendo basicamente dos nutrientes retidos na matéria orgânica. Quando há a derrubada ou queima destas florestas para implantação de pastagens ou culturas agrícolas, quase toda a matéria orgânica do solo é perdida, juntamente com os nutrientes nela retidos, daí a dificuldade em se estabelecer agricultura produtiva nestas áreas e a importância da manutenção das florestas. No início da atividade agrícola, quando ainda há um resto da matéria orgânica original e os nutrientes das cinzas das matas, há boas produções, mas gradualmente esta matéria orgânica vai sendo perdida e as produções decrescem ano a ano, dependendo mais e mais de adubos.
