A antiga Antártica: uma jornada das florestas até o gelo

Autores
Bella Duncan, Nicholas R. Golledge, Simone Giovanardi
Jovens revisores
Addy, Leaf, Teddy

Resumo

Quando você pensa na Antártida, que imagens lhe vêm à mente? Gelo, pinguins, o oceano congelado? Embora a Antártica seja assim agora, escondidas em suas rochas e gelo estão pistas de que a Antártica nem sempre foi uma terra branca e gelada. Fósseis de plantas e animais dizem-nos que, há milhões de anos, a Antártida era quente e coberta de florestas. Os golfinhos nadavam no mar e os crocodilos chafurdavam nas águas rasas! Então, o que aconteceu para transformar este mundo verde no continente gelado que é hoje? Neste artigo, fazemos uma viagem no tempo, explorando a antiga Antártida e descobrindo o que fez o gelo e a neve se espalharem pela terra.

Palmeiras na Antártica?

Imagine que você está sentado na praia, o ar está quente e no mar os golfinhos saltam nas ondas. As palmeiras balançam suavemente com a brisa acima de você e, ao olhar para o interior, você vê florestas chegando até a serra. Você olha o relógio, é meia-noite e o sol ainda está alto no céu. Onde você está?

Pode parecer uma praia tropical, mas há muito, muito tempo, há cerca de 50 milhões de anos, palmeiras semelhantes às que crescem na Indonésia moderna ladeavam a costa da Antártica, o nosso continente mais meridional e local do Polo Sul. No interior, as florestas estavam repletas de faias, como a moderna Nova Zelândia ou a Patagônia. As plantas na Antártica sobreviveram 6 meses por ano na escuridão durante o longo inverno polar e 6 meses de luz solar durante o verão. A Antártica hoje parece muito diferente, coberta por enormes quantidades de gelo com algumas rochas, mas sem vegetação. Então, como é que uma terra verdejante se transformou num continente congelado? E como os cientistas fazem para descobrir como era a Antártica no passado?

Quando os exploradores começaram a investigar as rochas da Antártica, encontraram pistas de um passado mais quente. No início de 1900, enquanto tentava ser a primeira a chegar ao Polo Sul, uma expedição liderada por Robert Falcon Scott coletou amostras de rochas de folhas fósseis de 250 milhões de anos. Os fósseis são vestígios antigos de vida que podem ser preservados nas rochas (Figura 1). Infelizmente, devido ao mau tempo, eles morreram tentando retornar aos seus barcos na costa.

As rochas importantes com os antigos fósseis de folhas foram encontradas ao lado de seus corpos. Ao longo da década de 1900, geólogos (cientistas que estudam a Terra) descobriram cada vez mais fósseis de plantas e animais em rochas e afloramentos, espalhados pelas pequenas manchas da Antártica que não estão cobertas de gelo. Estas descobertas mostraram que a vida vegetal já prosperou no continente, mas a nossa compreensão de como e quando o clima mudou não começou a ser reunida até a análise do fundo do mar perto da Antártica, na década de 1970.

Figura 1 – Os paleoclimatologistas estudam o clima passado na Antártica usando três métodos principais. Os núcleos de gelo contêm camadas de gelo formadas pela queda anual de neve. Os núcleos de sedimentos são feitos de camadas de areia, lama, cascalho e fósseis que foram depositados no fundo dos lagos e do oceano. O tipo de sedimento em cada camada pode estar ligado ao ambiente no local central durante o período em que a camada foi depositada. Afloramentos rochosos são áreas expostas de rochas em terra.

Como sabemos o aspecto da Antártica no passado?

Podemos obter informações sobre o clima passado usando equipamentos de perfuração para perfurar núcleos de sedimentos. Os núcleos podem ter centenas de metros de comprimento e registrar sedimentos cada vez mais antigos e se aprofundarem, para podermos estudar em laboratórios.

Os núcleos de sedimentos são um pouco como cápsulas do tempo (Figura 1). Sedimentos como solo, lama, areia e rochas são erodidos da terra e transportados por processos naturais como vento, rios e geleiras. Esses sedimentos são depositados em locais como o fundo do mar ou leitos de lagos, onde se acumulam, camada por camada. Podemos perfurar essas camadas e extrair um longo cilindro de material chamado núcleo, no qual os sedimentos envelhecem à medida que nos aprofundamos. Este núcleo pode nos fornecer uma enorme quantidade de informações sobre como era o meio ambiente no passado.

Os paleoclimatologistas, cientistas que estudam o clima passado da Terra, usam três tipos de informações para entender como era a Antártica há muito tempo (Figura 1).

Os núcleos de gelo, que contêm camadas anuais de neve depositadas na Antártica, podem fornecer registros climáticos muito detalhados, mas cobrem apenas o passado mais recente – aproximadamente o último milhão de anos. Os afloramentos rochosos expostos em terra podem dar-nos instantâneos do passado, enquanto os núcleos de sedimentos proporcionam um registo mais contínuo, remontando a muitas dezenas de milhões de anos.

O tipo de sedimento encontrado em um núcleo de sedimentos mostra o que aconteceu no local do núcleo no passado. Por exemplo, os mantos de gelo (uma enorme quantidade de gelo cobrindo mais de 50.000 km²), carregam uma mistura confusa de rochas, areia e lama em sua base, e deixam esse material para trás em camadas semelhantes a entulho, conhecidas como diamictitos, que são sedimentos semelhantes a entulho de rochas, areia e lama depositados sob uma camada de gelo.

Os fósseis nestes sedimentos – como pólen de plantas, restos de plâncton oceânico ou compostos químicos que outrora formaram a camada cerosa das folhas – podem ser usados ​​para construir uma imagem mais detalhada do ambiente, informando-nos quais as plantas e animais que estavam presentes, como eram as temperaturas, ou o quanto o clima da época era úmido ou seco.

Quando a Antártica ficou coberta de gelo?

Quando os cientistas começaram a recolher núcleos de sedimentos em torno da Antártica, notaram uma grande mudança há cerca de 34 milhões de anos (Figura 2). Antes disso, os sedimentos e fósseis sugeriam uma paisagem quente e praticamente sem gelo, com uma grande variedade de plantas. Mas há 34 milhões de anos começaram a aparecer evidências de gelo. A identificação de seixos pingados no fundo do mar indicava a presença, no passado, de icebergs flutuando na água acima. As mudanças nos fósseis mostraram um clima mais frio e a vida vegetal tornou-se mais parecida com a tundra, semelhante às paisagens árticas do norte do Canadá ou da Rússia de hoje (Figura 3). Em alguns núcleos próximos ao continente começaram a aparecer diamictitos.

Tudo isso foi evidência do primeiro aparecimento de grandes mantos de gelo em todo o continente cobrindo a Antártica, numa época conhecida como fronteira Eoceno-Oligoceno (Figura 2) [3].

Figura 2 – Ao longo dos últimos 55 milhões de anos, a Antártica deixou de ser um continente quente e coberto de florestas para se tornar a terra congelada que é hoje.

No topo desta figura, uma barra mostra a mudança da vegetação ao longo do tempo. Abaixo estão as épocas geológicas durante este período de tempo. A seguir mostra a temperatura média global ao longo dos últimos 55 milhões de anos [2], desde quente no Eoceno, com altos níveis de CO2, até fria no presente, com níveis mais baixos de CO2. Durante esse período, ocorreram alguns eventos importantes, como a formação dos mantos de gelo da Antártica e do Hemisfério Norte.

Figura 3 – Ilustrações da paisagem antártica durante vários períodos do tempo geológico denominados épocas.

Na época mais antiga, o Eoceno, de 55 a 34 milhões de anos atrás, a Antártica era coberta por florestas. No Mioceno, de 23 a 5,3 milhões de anos atrás, a vegetação era uma tundra fria. No Plioceno, há 5,3 – 2,6 milhões de anos, a maior parte da vegetação desapareceu da Antártica. O Holoceno é a época geológica atual e representa a Antártica moderna (Figura baseada em https://thespinoff.co.nz/science/27-01-2022/returning-to-a-green-antarctica).

O clima da Antártica continuou a esfriar lentamente ao longo dos últimos 34 milhões de anos, tornando-se eventualmente o lugar gelado e livre de plantas que conhecemos hoje [4]. Esse resfriamento foi causado pela diminuição dos níveis de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. O carbono da Terra é dividido entre partes distintas do meio ambiente – a atmosfera, os oceanos, a biosfera (vegetação) e os sedimentos. Há cinquenta milhões de anos, mais carbono foi armazenado na atmosfera, causando as temperaturas quentes, semelhantes às de um efeito estufa, que levaram ao crescimento das florestas na Antártica. Desde então, vários processos ambientais importantes desempenharam um papel na transferência de carbono da atmosfera para os sedimentos no fundo do oceano, arrefecendo o clima global.

A superfície da Terra está dividida em pedaços enormes, chamados placas tectônicas – lajes maciças da crosta externa da Terra que se movem lentamente e se encaixam como um quebra-cabeça gigante cobrindo o planeta.

Ao longo do tempo as placas tectônicas se movem, construindo montanhas em locais como o Himalaia e mudando as formas dos continentes. O movimento das placas tectônicas ao redor da Antártica afastou a Austrália e a América do Sul, o que isolou a Antártica e levou ao desenvolvimento do Oceano Antártico e da Corrente Circumpolar Antártica, que é uma corrente oceânica de fluxo rápido que circunda a Antártica. Esta área muito grande e de ventos oceânicos em torno da Antártica retira uma enorme quantidade de carbono da atmosfera, em parte porque o CO2 se dissolve na água do mar, e em parte devido a pequenas criaturas oceânicas que usam carbono para crescer e construir conchas.

Quando esses organismos morrem, suas conchas afundam nos sedimentos do fundo do oceano, retendo o carbono. Outros processos naturais podem remover o CO2 da atmosfera e também bloqueá-lo. Por exemplo, rochas que contêm certos minerais podem reagir com o CO2 à medida que são erodidas, removendo o CO2 da atmosfera e transportando-o através dos rios para o oceano e para os sedimentos oceânicos profundos.

Lendo as páginas da história antiga da Antártica

O clima da Antártica, em geral, arrefeceu ao longo dos últimos 50 milhões de anos, mas, em escalas de tempo mais curtas, tem havido muitas variações. Ciclos curtos de resfriamento e aquecimento, conhecidos como períodos glaciais com climas frios, como a última Idade do Gelo e períodos interglaciais com climas quentes, entre glaciais, aconteceram de forma consistente ao longo de milhões de anos. Talvez você conheça nossa glaciação mais recente, há 18.000 anos, como a última Idade do Gelo. Esses ciclos são causados ​​por mudanças na órbita da Terra, que alteram a quantidade de sol e calor que atinge as regiões polares. Isto acontece de forma periódica, com glaciais ocorrendo a cada 100.000 ou 40.000 anos, dependendo da órbita exata da Terra.

Esses ciclos também aconteceram há muitos milhões de anos, como mostram as repetidas mudanças nas camadas de sedimentos nos testemunhos de perfuração. Núcleos no Mar de Ross, na costa da Antártica, geralmente mostram uma camada de diamictito seguida por areias e lamitos com pedras ocasionais. Isto representa uma mudança no ambiente de uma camada de gelo (o diamictito) para uma plataforma de gelo flutuante. Quando a plataforma de gelo derrete e apenas o oceano fica acima do núcleo, os sedimentos ficam cheios de fósseis de pequenas plantas e animais que viviam no oceano.

Esta coleção de camadas de sedimentos, conforme mostrado no núcleo de sedimentos da Figura 1, é geralmente repetida continuamente nestes núcleos, à medida que a camada de gelo crescia e diminuía ao longo dos ciclos glaciais e interglaciais. Os cientistas leem estas camadas de sedimentos como páginas de um livro, contando a história de como a camada de gelo da Antártica mudou no passado.

Antártica no Futuro

Os paleoclimatologistas constroem uma imagem do ambiente do passado para nos ajudar a compreender que tipo de mudanças podem acontecer ao nosso planeta com as alterações climáticas atuais e futuras. Na Antártica, os paleoclimatologistas muitas vezes se concentram em épocas em que o CO2 e as temperaturas eram mais altas do que são hoje, pois isso nos dá orientações sobre como a Antártica poderá parecer se atingirmos temperaturas ou valores de CO2 semelhantes no futuro. À medida que os níveis de CO2 aumentarem, o mundo do nosso futuro irá se tornar cada vez mais parecido com mundos mais remotos no passado. Embora seja improvável que nos encontremos debaixo de uma palmeira numa praia perto do Pólo Sul num futuro próximo, o recuo do gelo e um clima mais quente podem eventualmente causar o regresso de uma Antártica verde.

Glossário

Afloramento: Área rochosa exposta no terreno.

Núcleos de sedimentos: Tubos longos e finos de sedimentos coletados por perfuração no solo ou no fundo do mar. Os núcleos podem ter centenas de metros de comprimento e registrar sedimentos cada vez mais antigos e se moverem mais profundamente.

Paleoclimatologistas: Cientistas que estudam o clima passado da Terra.

Manto de gelo: Uma enorme quantidade de gelo cobrindo mais de 50.000 km2.

Diamictitos: Sedimentos semelhantes a entulho de rochas, areia e lama depositados sob uma camada de gelo.

Seixos pingados: Rochas transportadas por icebergs de gelo, que caem do iceberg e vão no fundo do mar quando ele derrete.

Placas Tectônicas: Lajes maciças da crosta externa da Terra que se movem lentamente e se encaixam como um quebra-cabeça gigante cobrindo o planeta.

Glaciais: Períodos de tempo com climas frios, como a última Idade do Gelo.

Interglaciais: Períodos de tempo com climas quentes, entre glaciais.

Referências

[1] Pross, J., Contreras, L., Bijl, P. K., Greenwood, D. R., Bohaty, S. M., Schouten, S., et al. 2012. Persistent near-tropical warmth on the Antarctic continent during the early Eocene epoch. Nature 488:73–7. doi: 10.1038/nature11300

[2] Hansen, J., Sato, M., Russell, G., e Kharecha, P. 2013. Climate sensitivity, sea level and atmospheric carbon dioxide. Philos. Trans. Royal Soc. A 371:20120294. doi: 10.1098/rsta.2012.0294

[3] Galeotti, S., Bijl, P., Brinkuis, H., DeConto, R. M., Escutia, C., Florindo, F., et al. 2022. “The Eocene-Oligocene boundary climate transition: an Antarctic perspective,” em Antarctic Climate Evolution, eds F. Florindo, M. Siegert, L. De Santis, e T. Naish (Amsterdam: Elsevier), 297–361. doi: 10.1016/B978-0-12-819109-5.00009-8

[4] McKay, R. M., Escutia, C., De Santis, L., Donda, F., Duncan, B., Gohl, K., et al. 2022. “Cenozoic history of Antarctic glaciation and climate from onshore and offshore studies,” em Antarctic Climate Evolution, eds F. Florindo, M. Siegert, L. De Santis, and T. Naish (Amsterdam: Elsevier), 41–164. doi: 10.1016/B978-0-12-819109-5.00008-6

Citação

Duncan B, Giovanardi S and Golledge NR (2023) Ancient Antarctica — A Journey From Forests to Ice. Front. Young Minds. 11:1031609. doi: 10.3389/frym.2023.1031609

UNESP para Jovens

Como se formam os depósitos de minério?

Autores

Marta S. Codeço, Robert B. Trumbull

Jovens revisores

Ava, Isa, Momo, Sean

Resumo

Os depósitos de minério são massas de minério (rochas ricas em metal) que são extraídas para obter os metais necessários para as máquinas e dispositivos que usamos na vida cotidiana. Mas como se formam os depósitos de minério, e onde os encontramos? Hoje em dia, a reciclagem fornece alguns metais, mas não todos, e não em quantidades suficientes. Assim, por muitos anos ainda, continuaremos a depender das jazidas de minério. Para aumentar as chances de encontrar novos depósitos, os geólogos precisam entender quais processos concentram metais em minérios. Este é o objetivo dos estudos científicos sobre a formação de minério, e o melhor método é perfurar poços através de um depósito para obter uma série contínua de amostras de rocha – núcleos de perfuração – de cima para baixo. O projeto de perfuração Bushveld, na África do Sul, é aqui descrito como exemplo. Este projeto tem como alvo o maior depósito de minério de platina do mundo, um metal fundamental para tecnologias de energia verde.

Introdução

Este artigo descreve o que são depósitos de minério e como eles se formam. Ainda há muitas questões em aberto, e este é um tema quente de pesquisa, porque todos os metais dos quais dependemos para a vida cotidiana vêm de depósitos de minério. A demanda por metais continua aumentando à medida que a população mundial cresce, e mudamos dos combustíveis fósseis para a energia verde ecologicamente correta. A energia verde descreve a energia que vem de fontes renováveis, como a energia eólica ou solar. A reciclagem ajuda a fornecer alguns metais, mas não o suficiente para satisfazer a demanda [ 1].

A Figura 1 mostra as curvas de oferta e demanda de platina, um metal de alto valor e com grande demanda por tecnologias de energia verde. Estas são apenas previsões, mas de acordo com o enredo, o fornecimento de platina proveniente da mineração e reciclagem não atenderá à crescente demanda. Isto significa que devemos aumentar a oferta – através da descoberta de novas jazidas ou através de uma melhor reciclagem – ou reduzir a demanda.

Figura 1 – Curvas estimadas de oferta e demanda de platina.

Os suprimentos de platina provenientes da mineração (azul) e da reciclagem (verde) são combinados para criar a curva violeta. De acordo com estas curvas, a procura por platina (vermelho) excederá a oferta em breve, a menos que a mineração ou a reciclagem sejam aumentadas ou a procura de platina seja reduzida [Figura adaptada deste website e usada com permissão; dados de demanda de platina de [3]].

O que são os depósitos de minério?

Os depósitos de minério são locais na Terra onde os processos geológicos concentraram metais em quantidade suficiente para que possamos extraí-los com eficiência. Os metais na maioria dos depósitos de minério foram originalmente dissolvidos e transportados em fluidos nas profundezas da terra, muitas vezes por longas distâncias, antes de se cristalizarem na forma de minério sólido. Além disso, existem muito poucos metais em sua forma pura na natureza. O ouro é uma exceção, mas quase todos os outros se combinam com elementos como oxigênio, carbono ou enxofre para formar o que chamamos de minerais-minério[1] . Após a mineração, os minérios devem ser processados ​​para obter o metal puro. O processamento consome muita energia e água, e as sobras devem ser recicladas ou armazenadas em lixões. Estes são aspectos negativos da mineração.

Existem muitos tipos de depósitos de minério [1], portanto este artigo descreve apenas os dois que são a fonte mais importante de metais para tecnologias de energia verde. Eles são chamados de depósitos hidrotérmicos e magmáticos, um depósito de minério formado pela cristalização de um magma, e a diferença entre eles é a forma como os metais são dissolvidos e transportados. Em depósitos hidrotérmicos, que é um depósito de minério formado pela cristalização de um fluido hidrotérmico, os metais são dissolvidos em água quente (algo semelhante às fontes termais), mas em depósitos magmáticos, os metais são transportados em rocha líquida derretida chamada magma (imagine algo semelhante à lava).

Depósitos hidrotérmicos são frequentemente encontrados em veios de quartzo que preenchem fissuras abertas nas rochas (Figura 2). Os minérios hidrotérmicos foram transportados por fluidos quentes que circulam na Terra, por isso é fácil perceber porque são encontrados em fendas e fissuras como nesses veios. Mas fluidos quentes também podem permear (absorver) materiais porosos. Diz-se que um material é poroso quando contém espaços abertos ou poros, como uma esponja, rochas como arenito ou calcário, por exemplo. Esse processo forma minérios hidrotérmicos que se espalham pelas rochas porosas.

Figura 2 – Co-autora Marta Codeço em frente a um veio de quartzo hidrotermal (larga faixa branca atravessando a rocha) na mina da Panasqueira, Portugal.

Esta mina é a segunda maior fonte de tungstênio da Europa (Crédito da foto: Robert Trumbull).

Os depósitos magmáticos contêm metais que foram transportados por rocha derretida chamada magma. A maioria das pessoas conhece o magma como a lava que flui de um vulcão, mas ele se forma nas profundezas da Terra. A temperatura de fusão das rochas é de cerca de 1.000°C, mas a temperatura exata depende dos minerais que a rocha contém. Se os minerais em fusão contiverem metais, eles serão liberados no magma. Como o magma é líquido e geralmente menos denso que a rocha sólida, ele flui para cima através da crosta. Às vezes, o magma irrompe na superfície como lava ou cinza vulcânica. Mas nas profundezas de cada vulcão existe um reservatório de magma chamado câmara magmática. Os depósitos de minério podem se formar tanto no ambiente superficial quanto em câmaras magmáticas, conforme explicado abaixo.

Como se formam os depósitos de minério hidrotérmico?

Os depósitos hidrotérmicos se formam pela interação de água quente, chamada de fluido hidrotérmico, com as rochas. Os fluidos hidrotérmicos estão entre cerca de 200 e 500°C e reagem quimicamente com as rochas por onde passam, fazendo com que os minerais das rochas se dissolvam liberando metais no fluido. Exatamente quais metais e quanto deles se dissolvem depende da solubilidade. Este termo descreve quanto de uma substância pode ser dissolvida em outra dos minerais que os contêm. Por exemplo, o sal-gema é um mineral muito solúvel em água, mesmo à temperatura ambiente. Outros minerais como feldspatos e micas são muito menos solúveis que o sal, mas podem se dissolver em altas temperaturas, liberando metais como chumbo, ferro, titânio, estanho e lítio no fluido hidrotérmico.

Uma vez dissolvidos, os metais podem se mover por longas distâncias através de rachaduras e poros. Os depósitos de minério se formam quando os metais saem da solução novamente e cristalizam como minérios. Cristalização é o processo de formação de cristais pela transformação de líquido em sólido ou por ultrapassagem do limite de solubilidade, muitas vezes acontece quando o fluido hidrotérmico flui para rochas mais frias e esfria – como as balas crescendo a partir de uma solução de açúcar. Outros processos como ebulição, reação com oxigênio ou alterações no pH também podem causar cristalização. Os geólogos estudam os depósitos de minério em detalhes para descobrir o que causou a cristalização dos minerais no local onde ocorreram. Esse conhecimento os ajuda a decidir onde procurar por mais minerais.

Como se formam os depósitos de minério magmático?

Os depósitos de minério magmático se formam pela fusão de minerais em rochas profundas, transportando os metais para cima no magma líquido e cristalizando os minerais de minério para formar um depósito. Existem dois locais onde essa cristalização acontece. Um está perto ou na superfície de vulcões. Como a pressão é muito baixa, formam-se bolhas no magma – como quando se abre uma garrafa de refrigerante. Este processo é denominado de desgaseificação, o processo de perda de gás de uma solução excedendo o limite de solubilidade, como o CO2 liberado da água carbonatada. (perda de gás) e libera vapor de água, dióxido de carbono e enxofre no ar.

A desgaseificação é a razão pela qual alguns vulcões têm uma nuvem de “fumaça” (na verdade, vapor) acima deles e por que cheiram a enxofre. A desgaseificação pode formar depósitos de minério porque os fluidos quentes liberados contêm metais. Tecnicamente, estes são depósitos hidrotérmicos porque se formam a partir de fluidos quentes. Porém, como os fluidos provêm do magma, usamos um termo especial: magmático-hidrotérmico. Grande parte do cobre mundial vem de depósitos magmático-hidrotérmicos. A cristalização de minerais a partir de fluidos magmático-hidrotermais segue os mesmos processos descritos para depósitos hidrotermais.

O segundo local onde se formam os minérios magmáticos são as câmaras magmáticas. Elas estão localizadas em profundidade suficiente (vários quilômetros abaixo da superfície) para que o magma esfrie lentamente – ao longo de centenas ou milhares de anos. Isso dá tempo para que os minerais cristalizem e se separem do magma líquido, flutuando ou afundando dentro da câmara. Se os cristais formarem camadas, o conteúdo metálico nas camadas pode ser alto o suficiente para a mineração (Figura 3).

Assim, a formação de minério em câmaras de magma envolve a cristalização de minerais de minério e sua concentração em depósitos lavráveis. Muitos fatores desempenham um papel aqui. A temperatura e a composição do magma determinam quais minerais cristalizam e quando. A densidade determina se os cristais afundam ou flutuam. A fluidez do magma afeta a rapidez com que os cristais se separam. E a taxa de resfriamento determina se há tempo suficiente para os cristais se assentarem em camadas antes que o magma se solidifique. Os geólogos devem compreender esses fatores para encontrar novos depósitos.

Figura 3 – Afloramentos rochosos contendo minério de cromo magmático (camadas pretas) no Complexo Bushveld, África do Sul.

As camadas de minério contém cerca de 50% em peso de cromo metálico. Eles se formaram pelo acúmulo de cristais em uma câmara de magma (Crédito da foto: Wikimedia Commons, CC-BY-2.0).

Por que a perfuração científica é importante?

É incomum encontrar depósitos de minério expostos na superfície da Terra. Geralmente, eles são pelo menos parcialmente cobertos por grama, árvores, neve ou areia do deserto, ou podem estar profundamente erodidos. Portanto, para estudar detalhadamente os depósitos de minério, nada melhor do que perfurar a Terra e retirar um cilindro de rocha chamado núcleo de perfuração. Os núcleos de perfuração têm geralmente de 5 a 10 cm de espessura e de várias centenas de metros a mais de 3.000 m de comprimento. Além disso, muitos projetos de perfuração fazem mais de um furo, para que possam obter um registro 3D das rochas sob nossos pés.

Um registro 3D detalhado dos depósitos de minério permite que os geólogos procurem características nos minérios e nas rochas circundantes que forneçam pistas sobre o processo de formação do minério. Exemplos são fissuras e zonas porosas na rocha, mudanças na cor ou textura e mudanças no tipo e abundância de minerais. O próximo passo é levar amostras ao laboratório e determinar o teor de metal e os tipos de minérios presentes. Os núcleos de perfuração são ideais para análises químicas e minerais porque são amostras “frescas do solo”, não afetadas por anos de intemperismo e erosão na superfície da Terra.

O Programa Internacional de Perfuração Científica Continental (ICDP, na sigla em inglês) é uma organização multinacional que fornece dinheiro e consultoria técnica para projetos de pesquisa que utilizam perfuração para pesquisa científica. O maior projeto do ICDP para estudar depósitos de minério é o Bushveld Drilling Project (BVDP) na África do Sul.

O alvo do BVDP é o maior depósito de minério magmático de platina e metais relacionados do mundo [2]. Esses metais têm muitas aplicações e espera-se um aumento na demanda por tecnologias de energia verde [3]. Os minérios de platina de Bushveld são encontrados como camadas em uma câmara de magma antiga e agora sólida como rocha (Figura 3).

Ninguém sabe exatamente como essas camadas se formaram, e a única maneira de descobrir é estudá-las detalhadamente, juntamente com as rochas acima e abaixo. Quando concluído, em 2024, o projeto BVDP terá coletado mais de 10 quilômetros de testemunhos de perfuração através da câmara magmática e suas camadas de minério. Esta coleção de testemunhos de perfuração será estudada por equipes internacionais de geólogos para descobrir como as camadas de minério se formaram. Se pudermos responder a isso, será mais fácil encontrar outros depósitos de platina no futuro.

Olhando para o futuro

A platina é um dos vários metais que são ingredientes essenciais para fontes de energia ambientalmente seguras, pelo que o nosso futuro depende de um abastecimento adequado. Mais e melhor reciclagem fará parte da solução, mas os depósitos de minério serão a principal fonte de metais durante muitos anos. Como os depósitos atuais estão esgotados pela mineração, é necessário encontrar novos. A investigação científica desempenha aqui um papel fundamental, porque a Terra é um lugar grande e saber onde encontrar novos depósitos de minério exige compreender como se formam.

Glossário

Energia Verde: A expressão energia verde descreve a energia proveniente de fontes renováveis, como a energia eólica ou solar.

Depósito Magmático: Um depósito de minério formado pela cristalização de um magma.

Depósito Hidrotérmico: Um depósito de minério formado pela cristalização de um fluido hidrotérmico.

Poroso: Diz-se que um material é poroso quando contém espaços abertos ou poros, como uma esponja.

Fluido Hidrotérmico: O termo significa literalmente fluido aquoso quente, geralmente água rica em sal dissolvido e minerais em temperaturas de 200 a 500°C.

Solubilidade: Este termo descreve quanto de uma substância pode ser dissolvida em outra.

Cristalização: Processo de formação de cristais pela transformação de líquido em sólido ou por ultrapassagem do limite de solubilidade.

Desgaseificação: Processo de perda de gás de uma solução excedendo o limite de solubilidade, como o CO2 liberado da água gaseificada.

Núcleo de Perfuração: Um cilindro de rocha extraído do solo por perfuração. Os núcleos de perfuração têm geralmente de 5 a 10 cm de espessura e de várias centenas de metros a mais de 3.000 m de comprimento.

Referências

[1] Arndt, N. T., Fontboté, L., Hedenquist, J. W., Kelser, S. E., Thompson, J. F., e Wood, D. G. 2017. Global mineral resources. Geochem. Perspect. Eur. Assoc. Geochem. 6:1–171. doi: 10.7185/geochempers.6.1

[2] Mungall, J. E., e Naldrett, A. J. 2008. Ore deposits of the platinum-group elements. Elements 4:253–8. doi: 10.2113/gselements.4.4.253

[3] Smith, B. J., Graziano, D. J., Riddle, M. E., Liu, D.-J., Sun, P., Iloeje, C., et al. 2022. Platinum Group Metal Catalysts: Supply Chain Deep Dive Assessment. Washington, DC: Departamento de Energia dos Estados Unidos. doi: 10.2172/1871583

Citação

Trumbull RB and Codeço MS (2023) How Do Ore Deposits Form?. Front. Young Minds. 11:1237650. doi: 10.3389/frym.2023.1237650

Unesp para Jovens

O que é albedo e o que ele tem a ver com o aquecimento global?

Autores

Leonie Esters, Magdalena Kracheletz, Pilar Wirtz, Sylvia Brückner, Yidan Li

Jovens revisores

Helena, Momo, Tati, Umberto

Resumo

Resumo

Albedo é o termo que descreve a quantidade de luz solar que é refletida pela Terra. O conceito de albedo é muito importante para as discussões sobre o clima da Terra, pois se relaciona à quantidade de calor absorvida por várias partes do nosso planeta. O albedo da Terra é influenciado pelas propriedades físicas das diversas superfícies do planeta. Algumas superfícies, como gelo e neve, refletem mais luz solar e absorvem menos calor do que superfícies como oceanos e florestas. No entanto, as propriedades físicas das superfícies da Terra podem mudar, tanto naturalmente quanto devido às atividades humanas. Para proteger a Terra e seus habitantes do aquecimento global, pode haver maneiras de projetar o albedo da Terra para que mais calor do Sol seja refletido para longe do nosso planeta, mas essas teorias exigem mais pesquisas. Neste artigo, explicaremos o que é albedo, como o albedo da Terra pode mudar e como o albedo influencia o clima.

O que é albedo?

A palavra “albedo” é usada para descrever a quantidade de luz solar que é refletida pela Terra. Ela está relacionada à palavra latina “albus”, que significa branco. Albedo é uma propriedade que todo objeto não brilhante possui, como uma folha de papel, um carro, uma montanha e até mesmo a Terra inteira. Quando um objeto é iluminado pelo Sol, o albedo desse objeto descreve a quantidade de radiação solar que é refletida por esse objeto e a quantidade que é absorvida por ele (a radiação solar é o que nos dá luz e calor).

Você pode experimentar o efeito de diferentes valores de albedo tocando em carros de cores diferentes sob o sol de verão. Um carro preto estará muito mais quente do que um carro branco. Por que isso acontece? O albedo de um carro branco é maior do que o albedo de um carro preto. O carro branco reflete uma quantidade maior de radiação solar incidente, portanto, há menos radiação solar sendo absorvida para aquecê-lo. O carro preto não consegue refletir tanta radiação, então ele absorve o resto e, portanto, esquenta mais (Figura 1).

Figura 1 – Um carro branco tem um albedo maior que um carro preto.

Isso significa que um carro branco reflete a maior parte da luz solar que o atinge, enquanto um carro preto absorve mais luz solar e, portanto, aquece mais do que um carro branco.

Esse efeito também se aplica a toda a Terra. A Terra possui diversas superfícies: neve nos polos, água nos oceanos, areia nos desertos e árvores nas florestas, para citar apenas algumas. Todas essas superfícies têm albedos diferentes, que podem variar dependendo de diversos fatores — alguns dos quais descreveremos na próxima seção.

O albedo é medido em uma escala de 0 a 1, onde 0 significa que um objeto não reflete nenhuma luz solar e 1 significa que um objeto reflete toda a luz solar, e não a absorve. Por exemplo, a neve fresca tem um albedo alto, de 0,8, enquanto as árvores têm um albedo em torno de 0,15. O albedo pode ser medido por dispositivos chamados piranômetros. A palavra vem do grego para “fogo” e “céu”.

Mudanças no Albedo da Terra

Um fator do qual o albedo depende, é a intensidade do brilho de uma superfície. Quando falamos das superfícies da Terra, o brilho pode mudar. Às vezes, essas mudanças no albedo da Terra são naturais, como quando as folhas mudam de cor no outono e caem no chão, ou quando a neve cobre a terra, ou quando faz calor e algumas áreas ficam secas e as plantas morrem. Outras vezes, esses fatores são influenciados pelo homem, como a construção de casas em pastagens ou o desmatamento para agricultura.

As nuvens também podem afetar o albedo da Terra. A estrutura das nuvens pode variar, dependendo se estão se movendo para o norte ou para o sul, por exemplo, e também podem variar dependendo da altura em que se encontram. Essas diferenças são causadas principalmente por variações de temperatura e vento. A maneira como as nuvens se movem determina quais áreas da Terra serão cobertas por nuvens, portanto, o movimento das nuvens pode alterar o albedo de regiões inteiras da Terra. As mudanças nos padrões climáticos, que podem afetar a formação e o movimento das nuvens, são influenciadas pelas mudanças climáticas — que são, pelo menos em parte, causadas pelo homem.

Outros eventos naturais, como vulcões em erupção ou grandes incêndios florestais, também podem alterar o albedo da Terra de forma extrema. As erupções liberam cinzas, gases e outras partículas na atmosfera, o que altera a quantidade de luz solar refletida. Em alguns casos, essas mudanças podem durar muito tempo.

Retroalimentação Gelo-Albedo

Vamos analisar mais de perto um exemplo interessante da importância do albedo da Terra. Imagine que todo o planeta Terra esteja inundado de água e não haja mais terra firma para viver; poderia ser esse o resultado final de algo chamado retroalimentação gelo-albedo, que ocorre quando o gelo derretido expõe superfícies mais escuras, como água ou terra, que absorvem mais luz solar, causando o derretimento de mais gelo e tornando a Terra ainda mais quente.

Assim como o carro branco que mencionamos anteriormente, a neve fresca tem um valor de albedo muito alto (em torno de 0,8), que pode refletir a maior parte da radiação solar incidente de volta para a atmosfera. Isso significa que menos calor é absorvido e, portanto, menos neve derreterá no futuro. No entanto, devido ao aquecimento global, até mesmo as regiões frias do Ártico estão experimentando mais derretimento de neve. Quando a neve derrete (especialmente a neve fresca e muito branca), o albedo diminui muito rapidamente. Como resultado, mais radiação solar é absorvida pela superfície da Terra, aquecendo o planeta, o que pode causar o derretimento de ainda mais neve… e esse ciclo de retroalimentação gelo-albedo pode se prolongar (Figura 2) [1]. No cenário mais drástico, toda a Terra poderia ser inundada.

Figura 2 – Se a Terra estivesse completamente coberta de gelo, o albedo seria alto, de modo que a maior parte da luz solar seria refletida e não aqueceria a Terra.

Se houver mais superfícies sem gelo com albedo mais baixo, a luz solar que atinge essas superfícies não será tão refletida, e a Terra absorverá mais luz solar e se aquecerá. O aquecimento leva a um maior derretimento do gelo, o que reduz ainda mais o albedo da Terra. Esse ciclo de retroalimentação gelo-albedo pode continuar até que a Terra esteja completamente sem gelo.

Podemos modificar o albedo da Terra para combater as mudanças climáticas?

As mudanças climáticas do estado do sistema climático da Terra podem ser causadas por atividades naturais e humanas. Quando falamos sobre mudanças climáticas causadas pelo homem, usamos o termo aquecimento global, que, agravado por algumas atividades humanas, leva a muitos efeitos danosos em larga escala, incluindo mudanças no albedo da Terra, como mencionado anteriormente. No entanto, podemos reduzir o impacto das mudanças climáticas, principalmente reduzindo a quantidade de gases de efeito estufa liberados na atmosfera, já que esses gases estão aquecendo lentamente o nosso planeta.

Há outras coisas que também podemos fazer, algumas das quais envolvem geoengenharia. A geoengenharia é como os experimentos científicos da Terra. As pessoas tentam mudar o clima usando grandes ideias, como refletir a luz solar ou remover o carbono do ar, para corrigir o aquecimento global, mas não é simples nem isento de riscos fazer mudanças específicas no meio ambiente para neutralizar o aquecimento global.

Aqui está um possível exemplo de como a geoengenharia poderia ser usada para combater as mudanças climáticas. Se mais radiação solar fosse refletida da Terra e, portanto, menos fosse absorvida, o clima poderia ser resfriado. Portanto, para resfriar a Terra, poderíamos tentar alterar o albedo da superfície terrestre ou de sua atmosfera. Já existem muitas ideias sobre como isso poderia ser feito. Uma ideia é aumentar o albedo de nossos ambientes construídos, como cidades. Se telhados, ruas e calçadas fossem pintados de branco, refletiriam mais radiação. Esse método seria mais eficaz em regiões ensolaradas e poderia até mesmo diminuir a necessidade de ar-condicionado.

Outra ideia é cultivar plantas com albedo alto. Diferentes tipos de plantas têm diferentes valores de albedo dependendo de fatores como a refletividade de suas folhas. Se cultivássemos mais dessas plantas “reflectivas”, poderíamos aumentar o albedo de algumas superfícies da Terra.

Muitas dessas ideias são apenas hipóteses; algumas podem ser mais fáceis de implementar do que outras. Embora algumas soluções de geoengenharia para aumentar o albedo da Terra pareçam ter um efeito de resfriamento, ninguém sabe ainda quais serão os efeitos a longo prazo dessas soluções em nosso sistema climático. Isso significa que precisamos ser cautelosos com esse tipo de solução e realizar mais pesquisas para melhor compreender e avaliar seus efeitos. Acreditamos que vale a pena pesquisar soluções de geoengenharia, pois reduzir o aquecimento global é uma das tarefas mais importantes que a humanidade enfrenta hoje. Com um trabalho cuidadoso, podemos tomar medidas que protegerão nosso meio ambiente a longo prazo [2, 3]!

Glossário

Albedo: Albedo é o termo que descreve a quantidade de luz solar que reflete na Terra.

Radiação Solar: A radiação solar é como a luz solar quente do sol, que nos fornece luz e calor.

Retroalimentação Gelo-Albedo: A retroalimentação gelo-albedo ocorre quando o derretimento do gelo expõe superfícies mais escuras, como água ou terra, que absorvem mais luz solar, causando o derretimento de mais gelo e tornando a Terra ainda mais quente.

Mudanças Climáticas: Mudança no estado do sistema climático da Terra, que pode ser devido a atividades naturais e humanas. Quando falamos em mudanças climáticas causadas pelo homem, usamos o termo aquecimento global.

Geoengenharia: A geoengenharia é como os experimentos científicos da Terra. As pessoas tentam mudar o clima usando grandes ideias, como refletir a luz solar ou remover carbono do ar, para corrigir o aquecimento global, mas não é algo simples nem isento de riscos.

Referências

[1] Kashiwase, H., Ohshima, K. I., Nihashi, S., e Eicken, H. 2017. Evidence for ice-ocean albedo feedback in the Arctic Ocean shifting to a seasonal ice zone. Sci. Rep. 7:8170. doi: 10.1038/s41598-017-08467-z

[2] Irvine, P. J., Ridgwell, A., Lunt, D. J. 2011. Climatic effects of surface albedo geoengineering. J. Geophys. Res. 116:D24. doi: 10.1029/2011JD016281

[3] The Royal Society. Geoengineering the Climate: Science, Governance and Uncertainty. Available online at: https://royalsociety.org/topics-policy/publications/2009/geoengineering-climate/ (acessado em 21 de Outubro de 2023).

Citação

Esters L, Wirtz P, Brückner S, Li Y e Kracheletz M (2023) What Is Albedo and What Does It Have to Do With Global Warming?. Front. Young Minds. 11:1113553. doi: 10.3389/frym.2023.1113553

Unesp para Jovens

Por que as nuvens sobre o Oceano Antártico são superfrias?

Autores

Alain Protat, Marc D. Mallet, Simon P. Alexander, Sonya L. Fiddes

Jovens revisores

Resumo

Quando a temperatura da água cai abaixo de 0° C, presumimos que se transforma em gelo. Isso nem sempre acontece, em especial no interior de algumas nuvens que pairam sobre o Oceano Antártico. Quando a água está em estado líquido abaixo de 0°C, é conhecida como água líquida super-resfriada. Para que a água se mantenha líquida abaixo de 0°C precisa ser extremamente pura. Poluição e poeira são dois exemplos de impurezas que podem ajudar a água a congelar. A água nas nuvens do Oceano Antártico teve muito pouco contato com poluição ou poeira, por isso essas nuvens frequentemente são compostas de água líquida super-resfriada em vez de gelo. Nuvens de água líquida super-resfriada refletem mais luz solar de volta para o espaço do que nuvens de gelo. O fato de as nuvens serem feitas de líquido ou gelo pode controlar a temperatura do oceano. Isso torna as nuvens do Oceano Antártico superfrias, além de super importantes para o clima da Terra!

Nuvens são legais, mas o que torna uma nuvem superlegal?

Todos já passamos algum tempo olhando para as nuvens, procurando por formas ou torcendo para que não chova em nós. Achamos que a maioria das pessoas concordaria que as nuvens, que são frias, são bem legais! Mas o que torna uma nuvem superlegal? Ela teria que ser superfria.

Tudo começa com a água. As nuvens são compostas por minúsculas gotículas de água. Dentro dessas gotículas de água, existem pequenas partículas que vêm de muitas fontes, como o oceano, a terra ou a poluição. Essas partículas são frequentemente chamadas de “sementes” de nuvens. Se as sementes forem grandes o suficiente, são conhecidas como núcleos de condensação de nuvens. Pequenas partículas no ar sobre as quais a água condensa para formar gotículas de nuvens. Para que qualquer gotícula de nuvem se forme, os núcleos de condensação de nuvens devem estar presentes. Você pode pensar nos núcleos de condensação de nuvens como os blocos de construção das nuvens!

O outro ingrediente necessário para formar uma nuvem é água — claro! Mas não água em forma líquida. As nuvens precisam que a água esteja primeiro na fase gasosa, que é conhecida como vapor d’água (água no ar que está na fase gasosa. O ar mais frio pode reter menos vapor d’água do que o ar mais quente.

Quando o ar frio toca uma superfície, o vapor d’água nele contido se transforma em líquido. Em outras palavras, ele se condensa nessa superfície. Você já notou a água condensando nas suas janelas no inverno? Um processo semelhante ocorre com as nuvens. Na atmosfera, à medida que o ar sobe, ele resfria. O vapor d’água no ar frio se condensará nas superfícies dos núcleos de condensação das nuvens, se presentes, formando gotículas líquidas. É assim que as gotículas nas nuvens, chamadas gotículas de nuvens, são formadas. Essas gotículas de nuvens então se unem e crescem, até ficarem tão pesadas que caem do céu como chuva!

Algumas nuvens ficam felizes em permanecer líquidas por toda a vida, especialmente em lugares quentes! Mas em lugares como o Oceano Antártico, as temperaturas estão bem abaixo de zero. Quando a água esfria abaixo de 0 °C, ela quer congelar — e na maioria dos casos, isso acontece. No entanto, em alguns ambientes únicos, a água pode permanecer líquida bem abaixo de 0 °C! Chamamos isso de água líquida super-resfriada. Uma nuvem que existe em temperaturas abaixo de 0 °C e permanece líquida é conhecida como uma nuvem de água líquida super-resfriada. Acima do Oceano Antártico, há mais nuvens de água líquida super-resfriada do que em qualquer outro lugar do mundo [1].

A água líquida super-resfriada só pode existir se for extremamente pura e não contiver um tipo especial de núcleo de condensação de nuvens, conhecido como partícula nucleadora de gelo – pequenas partículas no ar que ajudam a água a passar do estado líquido para o estado congelado. Se a gota de água contiver uma partícula nucleadora de gelo ou se misturar com ar que contenha partículas nucleadoras de gelo, a água congelará.

Apenas alguns tipos de núcleos de condensação de nuvens também podem atuar como partículas nucleadoras de gelo — isso depende da composição da partícula. Poluição e poeira são dois exemplos de partículas que podem ajudar a água a congelar em cristais de gelo. Se uma gota de nuvem não entrar em contato com uma partícula nucleadora de gelo, ela permanecerá líquida até que a temperatura caia abaixo de -38 °C! Esses processos são mostrados na Figura 1.

Figura 1 – (a) Na maioria dos oceanos do mundo, tanto núcleos de condensação de nuvens quanto partículas de nucleação de gelo estão presentes.

(b) Quando o vapor d’água se condensa nessas partículas, formam-se gotículas de nuvem. (c) Se a temperatura cair abaixo de 0°C na presença de partículas de nucleação de gelo, as gotículas de nuvem se transformam em gelo. (d) No Oceano Antártico, há menos partículas de nucleação de gelo presentes do que em outras partes do mundo. (e) Gotículas de nuvem ainda se formam quando a água se condensa nas partículas presentes, mas (f) quando a temperatura cai abaixo de 0°C, as gotículas permanecem como água líquida super-resfriada.

O Oceano Antártico é um ambiente único

O Oceano Antártico está muito distante da terra e dos humanos (Figura 2). Isso significa que a água nas nuvens teve muito pouco contato com poluição ou poeira. Devido à sua distância, poucas partículas nucleadoras de gelo estão presentes no Oceano Antártico. As nuvens no Oceano Antártico são formadas principalmente por núcleos de condensação de nuvens do oceano, como a maresia, ou pelos gases liberados por pequenas plantas que vivem no oceano, como o fitoplâncton [2]. Algumas partículas na maresia podem atuar como partículas nucleadoras de gelo. No entanto, ainda não temos certeza da importância do papel que essas partículas desempenham.

Figura 2 – O Oceano Antártico, que circunda a Antártica, é um lugar remoto, longe de populações humanas ou de grandes massas de terra livres de gelo.

Isso significa que há menos partículas de gelo nucleadoras no Oceano Antártico para ajudar as gotículas de nuvens a congelarem, e é por isso que as nuvens no Oceano Antártico são compostas de água líquida super-resfriada!

Poucas outras partes do mundo, incluindo outros oceanos, são tão puras quanto o Oceano Antártico. A ausência de partículas de gelo nucleantes faz com que mais nuvens no Oceano Antártico sejam compostas de água líquida super-resfriada do que em qualquer outro lugar do mundo. O outro oceano polar da Terra, o Oceano Ártico, está muito próximo da terra e da influência humana, o que significa que existem mais partículas de gelo nucleantes lá. Nuvens de água líquida super-resfriada podem se formar no Ártico sob as condições certas, mas dados de satélite mostram que elas ocorrem com muito menos frequência.

O isolamento do Oceano Antártico o torna único. Mas esse isolamento também o torna um dos lugares mais difíceis de estudar no mundo!

Superfrio, superlegal e superimportante para o planeta!

Além de serem legais, as nuvens de água líquida super-resfriada também são importantes para o tempo e o clima da Terra.

Tempo e clima são diferentes. O tempo é o estado da atmosfera em um determinado lugar e hora que pode mudar rapidamente. Por exemplo, se está ensolarado em um dia e chovendo no outro — esse é o tempo. O clima consiste nas condições médias ao longo de um longo período. Por exemplo, você pode saber que o verão geralmente é quente e seco, ou quente e chuvoso na sua cidade, dependendo de onde você mora. Tanto o tempo quanto o clima precisam ser compreendidos porque impactam as escolhas que fazemos todos os dias. Devo levar um guarda-chuva hoje? Verifique a previsão do tempo! Quero passar minhas férias nadando na praia — para onde eu iria? Para algum lugar com um clima quente e seco!

Nuvens de água líquida super-resfriadas são importantes tanto para o tempo quanto para o clima porque se comportam de maneira diferente em comparação com as nuvens de gelo. Elas duram mais do que as nuvens de gelo e também refletem mais luz solar de volta para o espaço (Figura 3). Ambos os comportamentos podem ajudar a resfriar a superfície do oceano quando o sol está brilhando. Isso significa que o fato de as nuvens serem líquidas ou feitas de gelo pode influenciar o quão quente é a superfície do oceano.

Figura 3 – Nuvens líquidas podem refletir mais luz solar para o espaço do que nuvens de gelo, o que significa que menos luz solar atinge a superfície do oceano.

Nuvens de gelo permitem que mais luz atravesse a superfície do oceano. Isso significa que o fato de uma nuvem ser líquida ou de gelo pode afetar o quão quente ela é na superfície do oceano.

Isso é importante para o clima de longo prazo, equilibrando a quantidade de energia na atmosfera da Terra, bem como para todos os animais marinhos que vivem perto da superfície e são influenciados pelo clima.

Como Estudamos as Nuvens do Oceano Antártico?

Como cientistas, queremos entender as nuvens de água líquida super-resfriadas para que possamos entender e prever o tempo e o clima do Oceano Antártico e da Terra. Uma maneira de fazer isso é usando computadores para fazer modelos.

Modelos climáticos são modelos matemáticos da atmosfera da Terra em longas escalas de tempo. Usamos esses modelos para prever o clima futuro da Terra (e também modelos de previsão do tempo) utilizando nosso conhecimento de física e química para criar uma versão “virtual” da nossa atmosfera em um computador.

No momento, nossos modelos climáticos têm alguns problemas. Eles acham que o Oceano Antártico tem a mesma quantidade de partículas nucleadoras de gelo que o resto dos oceanos do mundo [3]. Sabemos que isso não é verdade. Por causa disso, os modelos preveem menos nuvens de água líquida super-resfriadas do que o que observamos, o que significa que eles também preveem muita luz solar atingindo o oceano [4]. Tudo isso significa que nossos modelos climáticos são menos precisos sobre muitas outras partes do clima do Oceano Antártico, como as temperaturas da superfície do oceano!

Os cientistas estão trabalhando arduamente para corrigir esses problemas usando observações para testar e aprimorar os modelos, mas os dados são difíceis de obter. O Oceano Antártico é um lugar remoto e inóspito, portanto, existem pouquíssimas medições das nuvens sobre o Oceano Antártico em comparação com outras partes do mundo. A maioria das observações que temos para a região foi feita apenas durante o verão, e as expedições em geral duram apenas cerca de um mês [5]. Essa falta de dados sobre o Oceano Antártico é uma das razões pelas quais os modelos climáticos acreditam que há muito mais partículas nucleadoras de gelo na região do que realmente há.

Mais medições são essenciais

Felizmente, cientistas ao redor do mundo estão planejando muitas expedições de pesquisa ao Oceano Antártico nos próximos anos. Essas expedições incluem navios, aviões, drones, satélites e estações terrestres em ilhas e no continente antártico. Os cientistas estudarão muitas áreas do vasto Oceano Antártico e também tentarão realizar medições em outras estações além do verão, para tentar preencher as lacunas em nosso conhecimento.

Muitas dessas expedições tentarão entender essas partículas e como elas alteram as nuvens. As medições incluirão quantas partículas estão no ar, qual o seu tamanho, do que são feitas e se podem atuar como partículas nucleadoras de gelo. Também queremos saber de onde vieram as partículas, então mediremos o que está no oceano e observaremos o que o vento pode estar trazendo de longe.

Também analisaremos os tipos de nuvens presentes e a quantidade de luz solar que as atravessa. Nuvens de água líquida super-resfriadas se parecem com quaisquer outras nuvens, por isso é difícil diferenciá-las apenas olhando para elas. Este é outro motivo pelo qual novas medições são tão importantes. Por exemplo, podemos usar uma técnica chamada Detecção e Alcance de Luz (LiDAR na sigla em inglês), que emite um feixe de laser e mede quanto tempo ele leva para refletir em um objeto, informando a distância, o formato e o tamanho do objeto. A técnica projeta um laser nas nuvens e mede o que é refletido de volta, fornecendo informações que ajudam a identificar a composição das nuvens. Instrumentos LiDAR podem ser transportados por navios, para observar as nuvens, ou podem ser localizados em satélites e aviões, para observá-las de cima.

Medições como essas serão então inseridas em nossos modelos computacionais, para aprimorar tanto as previsões meteorológicas quanto as climáticas!

As nuvens super-resfriadas do Oceano Antártico

Esperamos que você concorde conosco em afirmar que as nuvens do Oceano Antártico são superlegais! Sua importância para o Oceano Antártico, bem como para toda a Terra, é reconhecida pelos cientistas há muito tempo. No entanto, ainda temos muito trabalho a fazer para garantir que entendamos essas nuvens e as modelemos adequadamente. As novas expedições de pesquisa contribuirão significativamente para esse esforço. Quem sabe um dia você também possa ajudar!

Glossário

Núcleos de Condensação de Nuvens: Pequenas partículas no ar sobre as quais a água se condensa para formar gotículas de nuvem.

Vapor de Água: Água no ar que está na fase gasosa.

Água Líquida Super-resfriada: Água que existe como líquido abaixo de 0°C.

Partículas Nucleadoras de Gelo: Pequenas partículas no ar que ajudam a água a passar do estado líquido para o estado congelado.

Tempo Atmosférico: O estado da atmosfera em um determinado local e momento.

Clima: As condições médias de longo prazo da atmosfera.

Modelos Climáticos: Modelos matemáticos da atmosfera terrestre em longas escalas de tempo. Usamos esses modelos para prever o clima futuro da Terra.

Detecção e Alcance de Luz (LiDAR): Uma técnica que emite um feixe de laser e mede o tempo que ele leva para refletir em um objeto, informando a distância, o formato e o tamanho do objeto.

Referências

[1] Huang, Y., Protat, A., Siems, S. T., e Manton, M. J. 2015. A-train observations of maritime midlatitude storm-track cloud systems: comparing the southern ocean against the north Atlantic. J. Clim. 28:1920–39. doi: 10.1175/JCLI-D-14-00169.1

[2] Hamilton, D. S., Lee, L. A., Pringle, K. J., Reddington, C. L., Spracklen, D. V., e Carslaw, K. S. 2014. Occurrence of pristine aerosol environments on a polluted planet. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 111, 18466–18471. doi: 10.1073/pnas.1415440111

[3] Vergara-Temprado, J., Miltenberger, A. K., Furtado, K., Grosvenor, D. P., Shipway, B. J., Hill, A. A., et al. 2018. Strong control of southern ocean cloud reflectivity by ice-nucleating particles. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 115, 2687–2692. doi: 10.1073/pnas.1721627115

[4] Bodas-Salcedo, A., Hill, P. G., Furtado, K., Williams, K. D., Field, P. R., Manners, J. C., et al. 2016. Large contribution of supercooled liquid clouds to the solar radiation budget of the southern ocean. J. Clim. 29, 4213–4228. doi: 10.1175/JCLI-D-15-0564.1

[5] Mallet, M. D., Humphries, R. S., Fiddes, S. L., Alexander, S. P., Altieri, K., Angot, H., et al. 2023. Untangling the influence of Antarctic and Southern Ocean life on clouds. Elementa 11, 1–18. doi: 10.1525/elementa.2022.0013

Citação

Fiddes SL, Mallet MD, Alexander SP e Protat A (2023) Why Are Clouds Over the Southern Ocean Super-Cool?. Front. Young Minds. 11:1045912. doi: 10.3389/frym.2023.1045912

Unesp para Jovens

A história fantástica da prosperidade dos cactos na Caatinga brasileira

Autores

Danilo T. Amaral, Isabel A. S. Bonatelli, Milena Cardoso Telhe, Monique Romeiro-Brito
Jovens revisores
Karubakee, Turma Granshaw, Yichen

Resumo

Na Caatinga brasileira ensolarada e seca, um grupo de plantas chamadas cactos vive e prospera mesmo com pouca chuva. Mas como conseguem? Este artigo levará você a uma aventura para aprender de que forma os cactos sobrevivem em um lugar tão hostil. Os cactos Cereus armazenam água em seus corpos como se fossem magos da economia da água. Seus espinhos, que parecem e agem como uma armadura, também os ajudam a capturar as gotas de chuva. Os cactos têm um jeito interessante de se alimentar. Eles fazem isso à noite, quando não está muito quente, para evitar a perda de água no calor do dia. Os cactos também têm amigos, como morcegos e beija-flores, que transportam pólen de uma planta para outra, ajudando-os a se reproduzir. A Caatinga pode ser um lugar complicado, com dias quentes e pouca chuva, mas a história dos cactos brasileiros nos lembra da fascinante diversidade da natureza e de como a vida pode ser forte e bela, mesmo em um lugar muito seco.
A Caatinga brasileira

No coração das belas paisagens do Brasil, onde o sol brilha forte e um vento quente sopra sobre a terra seca, existe um grupo especial de plantas que consegue prosperar neste lugar hostil. Essas criaturas incríveis são os cactos – tipos especiais de plantas que vivem em locais quentes e secos, como desertos. Eles têm uma casca espessa e pontiaguda para se proteger e armazenar água, o que os ajuda a sobreviver quando não chove. Alguns cactos têm belas flores que podem ter cores diferentes, como rosa, amarelo ou vermelho. Eles são típicos Caatinga Brasileira, uma região do Brasil conhecida por suas plantas únicas cobertas de espinhos. (Figura 1).

Você já se perguntou como essas maravilhas pontiagudas não apenas sobrevivem, mas se dão tão bem em um dos ambientes mais hostis da Terra? Este artigo o levará em uma jornada emocionante pela bela e seca Caatinga para descobrir como os cactos prosperam lá.Figura 1 – O mapa azul mostra o Brasil em relação ao resto do mundo.
No mapa verde, o bioma Caatinga é mostrado em amarelo.
Economizando água quando chove

Imagine visitar a Caatinga, onde o céu é azul e o vento é quente e seco na maioria dos dias. Aqui, existe um tipo de cacto chamado Cereus, também chamado de mandacaru (Figura 2). Esses cactos são como guardiões da terra firme e sabem como sobreviver de uma maneira especial (Tabela 1) [1]. Embora não chova com frequência neste lugar, os cactos têm uma capacidade fantástica de economizar água. Eles têm corpos grossos que funcionam como reservatórios de água, e sua pele os ajuda a se manterem protegidos do sol forte. Os cactos absorvem água quando chove e a guardam para os dias secos.

Figura 2 – (A) Na dura Caatinga, o cacto Cereus mostra a força da natureza.
(B) Possui flores delicadas e bonitas e (C) frutos especiais. Este cacto nos lembra que mesmo em lugares muito difíceis, plantas belas e fortes podem crescer.

Tabela 1 – Cactos vs. outras plantas: uma visão geral da sobrevivência em ambientes secos.
Os espinhos: defesa e ajudantes da natureza

Você provavelmente já viu nos cactos os espinhos: estruturas pontiagudas que servem a diversos propósitos, incluindo os de defesa e de captação de água. Os espinhos são como uma armadura que ajuda essas plantas a sobreviver no ambiente hostil do deserto. Os espinhos, além de embelezar, protegem os cactos. E têm uma função especial: após uma chuva, os espinhos guiam as gotas de chuva até as raízes da planta (Figura 3A). Os espinhos também ajudam a prevenir a perda de água durante o período mais quente do dia, diminuindo a área de perda de água em comparação com uma folha grande. Eles ajudam o cacto a beber, economizar água e se manter forte.

Figura 3 – (A) Durante uma chuva, os espinhos dos cactos guiam as gotas de chuva até as raízes da planta.
(B) Os beija-flores auxiliam na polinização das flores coloridas dos cactos, transferindo pólen de uma parte da flor para outra ou de uma flor para outra.
Fotossíntese inteligente

Na Caatinga, onde o sol pode ser um desafio, os cactos Cereus têm uma maneira inteligente de produzir alimento por meio da fotossíntese, processo pelo qual plantas e outros organismos convertem energia luminosa em energia química na forma de glicose (açúcar), usando água e dióxido de carbono. [2]. Em vez de abrir seus minúsculos poros, chamados estômatos, (pequenos orifícios na superfície das plantas que podem abrir e fechar para permitir a entrada de gases, funcionando como o sistema respiratório e o gerenciador de água da planta), durante o dia, como a maioria das plantas faz para absorver dióxido de carbono, os cactos o fazem à noite, quando está mais fresco.

Eles podem armazenar o dióxido de carbono de que precisam e usá-lo para produzir energia quando o sol está brilhando. Dessa forma, os cactos podem produzir energia sem perder muita água através de seus estômatos sob o sol quente.
Amigos da natureza: sobrevivendo juntos

Os cactos têm amigos especiais na Caatinga, como morcegos, beija-flores e insetos, que os ajudam polinizando suas flores coloridas – um processo que ajuda as plantas a produzir sementes, que podem se transformar em novas plantas. Isso acontece quando o pólen, uma substância pulverulenta da parte masculina da flor, é movido para a parte feminina. Isso pode ser feito por insetos como abelhas, pássaros ou até mesmo pelo vento. A polinização envolve a transferência de pólen de uma parte da flor para outra ou de uma flor para outra (Figura 3B) [3]. Normalmente, as flores estão localizadas longe dos espinhos, o que ajuda a evitar que os polinizadores sejam prejudicados por essas armas pontiagudas.

Os amigos polinizadores dos cactos garantem que eles possam se reproduzir, enquanto os cactos ajudam outras criaturas do deserto, fornecendo abrigo, alimento e água com suas flores e frutos. Os cactos são como os anfitriões de uma festa para todas as criaturas do deserto!
Uma história de plantas fortes

A Caatinga é um lugar de grandes desafios, como dias quentes e longos períodos sem chuva, quando os seres vivos lutam para obter água suficiente [4]. Mas os cactos nos mostram como ser fortes e seguir em frente, mesmo quando as coisas estão difíceis. Essas plantas têm truques especiais, como economizar água depois da chuva, proteger-se com espinhos, preparar comida à noite quando as temperaturas são mais amenas e trabalhar com amigos para sobreviver. O modo de vida dos cactos nos mostra que a natureza pode ser muito inteligente. Mesmo em lugares difíceis, a vida pode crescer e transformar desafios em algo belo.

Portanto, se você alguma vez vir um cacto Cereus alto na Caatinga, lembre-se da história fascinante que ele conta. Os cactos nos mostram que, mesmo quando a vida é difícil, ela ainda pode ser uma aventura incrível, mesmo no meio de um deserto desafiador.
Glossário

Cactos: Tipos especiais de plantas que vivem em locais quentes e secos, como desertos. Possuem casca grossa e pontiaguda para se proteger e armazenar água, o que os ajuda a sobreviver quando não chove. Alguns cactos têm belas flores que podem ter cores diferentes, como rosa, amarelo ou vermelho.

Caatinga: Região brasileira conhecida por suas plantas singulares cobertas de espinhos.

Fotossíntese: Processo pelo qual plantas e outros organismos convertem energia luminosa em energia química na forma de glicose (açúcar), utilizando água e dióxido de carbono.

Estômatos: Pequenos orifícios na superfície das plantas que podem se abrir e fechar para permitir a entrada de gases, funcionando como o sistema respiratório e o gerenciador de água de uma planta.

Polinização: Processo que ajuda as plantas a produzir sementes, que podem se transformar em novas plantas. Isso acontece quando o pólen, uma substância pulverulenta da parte masculina da flor, é transferido para a parte feminina. Isso pode ser feito por insetos como abelhas, pássaros ou até mesmo pelo vento.
Referências

[1] Amaral, D. T., Minhós-Yano, I., Oliveira, J. V. M., Romeiro-Brito, M., Bonatelli, I. A. S., Taylor, N. P., et al. 2021. Tracking the xeric biomes of South America: the spatiotemporal diversification of Mandacaru cactus. J. Biogeog. 48:3085–103. doi: 10.1111/jbi.14265

[2] Hernández-González, O., e Villarreal, O. B. 2007. Crassulacean acid metabolism photosynthesis in columnar cactus seedlings during ontogeny: the effect of light on nocturnal acidity accumulation and chlorophyll fluorescence. Am. J. Bot. 94:1344–51. doi: 10.3732/ajb.94.8.1344

[3] Rocha, E. A., Machado, I. C., e Zappi, D. C. 2007. Floral biology of Pilosocereus tuberculatus (Werderm.) Byles & Rowley: a bat pollinated cactus endemic from the “Caatinga” in northeastern Brazil1. Bradleya, 2007:129–44. doi: 10.25223/brad.n25.2007.a10

[4] Santos, M. G., Oliveira, M. T., Figueiredo, K. V., Falcao, H. M., Arruda, E. C., Almeida-Cortez, J., et al. 2014. Caatinga, the Brazilian dry tropical forest: can it tolerate climate changes? Theor. Exp. Plant Physiol. 26:83–99. doi: 10.1007/s40626-014-0008-0
Citação

Amaral DT, Telhe MC, Romeiro-Brito M e Bonatelli IAS (2024) The Fantastic Story of How Cacti Thrive in the Brazilian Caatinga. Front. Young Minds. 12:1295005. doi: 10.3389/frym.2024.1295005

Unesp para Jovens

A Armadilha de Silício na Antártica

Autores

Ivia Closset, Lucie Cassarino

Jovens revisores

Alissar, Antonella, Florencia

Resumo

O Oceano Antártico, que fica ao redor da Antártica, tem sido descrito por exploradores como frio, vazio e perigoso. Apesar disso, é um paraíso para pequenas algas chamadas diatomáceas, que desempenham um papel crucial na regulação do nosso clima. Por que esses minúsculos organismos são tão felizes neste oceano frio e distante? As diatomáceas têm uma concha sólida feita de um material semelhante ao vidro chamado sílica. Por isso precisam encontrar silício nas águas superficiais para construí-la. O Oceano Antártico é o lugar perfeito para as diatomáceas porque é rico em silício em comparação com os outros oceanos. Isso se deve a um fenômeno especial chamado bomba de silício, que torna o Oceano Antártico uma armadilha de silício gigante. Neste artigo, destacamos o papel central do Oceano Antártico na regulação do clima da Terra e como ele controla a distribuição de silício e o bem-estar das diatomáceas nas águas antárticas.

A Antártica e a Correia Transportadora Oceânica

Setenta por cento da superfície do nosso belo planeta azul é coberta por oceanos. Portanto, não é surpreendente que os oceanos desempenhem um papel fundamental no frágil equilíbrio climático da Terra. Por exemplo, a água na superfície do oceano absorve o calor do sol e transporta esse calor pelo planeta usando as correntes oceânicas. Essas correntes também transportam nutrientes importantes para a vida.

A corrente mais forte do planeta é chamada de Corrente Circumpolar Antártica (CCA). A Corrente Circumpolar Antártica é uma das correntes mais fortes do mundo e circunda a Antártida. É tão ampla que, por si só, forma um oceano inteiro chamado Oceano Antártico. A CCA flui para o leste no hemisfério sul, circundando a Antártida, e conecta os oceanos Atlântico, Pacífico e Índico (Figura 1A). O Oceano Antártico desempenha um papel fundamental no clima da Terra, absorvendo uma fração do dióxido de carbono (CO2) produzido pelas atividades humanas e, portanto, ajuda a equilibrar o acúmulo desse gás na atmosfera [1].

Figura 1 – (A) A forte corrente circumpolar antártica flui no sentido horário (leste) ao redor da Antártida.

Parte da água escapa para o norte, para os oceanos Atlântico, Pacífico e Índico. (B) A água do oceano profundo é trazida à superfície no Oceano Antártico, trazendo consigo grande quantidade de silício. À medida que a corrente flui para o norte, o silício é utilizado pelas diatomáceas, que não deixam silício na água que escapa do Oceano Antártico através da alça superior da correia transportadora oceânica (vermelho). Em azul, a água que encontra o gelo marinho mergulha no fundo do oceano (crédito da figura A: AntarcticGlaciers.org).

A CCA é considerada o núcleo de um sistema muito maior de correntes que fluem por todo o planeta; a corrente oceânica global que viaja por todos os continentes, também conhecida como Correia Transportadora Oceânica.

Assim como um coração pulsante, o Oceano Antártico coleta água das camadas profundas dos oceanos Atlântico, Pacífico e Índico e a traz para a superfície. Essa água do mar interage com a atmosfera e com o gelo marinho e alimenta muitos organismos vivos. Então, a água circula de duas maneiras, formando dois circuitos diferentes (Figura 1B).

No circuito inferior, a água do mar se move para o sul em direção à Antártica. Ela esfria ao encontrar o gelo marinho e afunda até o fundo de cada oceano. No circuito superior, a água do mar se move para o norte e eventualmente mergulha para profundidades intermediárias (cerca de 1.000 m). Essas águas intermediárias são então transportadas muito para o norte. Elas até cruzam o Equador e eventualmente alcançam a superfície em regiões mais quentes do oceano [2].

A correia transportadora oceânica é muito importante porque conecta as águas da superfície às camadas intermediárias e do fundo do oceano, e troca calor e nutrientes entre o Oceano Antártico e o resto do globo.

Como você aprenderá, uma pequena mudança no ambiente único do Oceano Antártico pode ter fortes consequências na capacidade do oceano de distribuir nutrientes pelos oceanos e regular o clima.

Por que a Antártica é um paraíso para as diatomáceas?

Pequenas algas vivem nas águas superficiais do oceano. Lá, elas absorvem nutrientes e os combinam com a luz solar para produzir energia e crescer. Esse processo é chamado de fotossíntese e é muito importante para nós, pois a fotossíntese consome CO2 e libera oxigênio, tornando a vida possível na Terra. Embora existam muitas algas diferentes nas águas do mundo, um grupo específico, chamado diatomáceas, prospera nas águas frias do Oceano Antártico (Figura 2). Lá, as diatomáceas podem representar mais de 90% da quantidade total de algas na superfície do oceano [3].

Figura 2 – (a) Existem muitas diatomáceas em uma gota de água do mar da Antártica, mas elas só podem ser vistas usando um microscópio.

(b–e) Com um microscópio muito potente, as características delicadas da frústula, como orifícios e espinhos, podem ser observadas para cada espécie individual de diatomácea.

As diatomáceas medem menos de 1 mm de tamanho e são envoltas em uma casca dura, chamada frústula – uma estrutura esquelética das diatomáceas feita de sílica (a palavra científica para vidro), que é um mineral que existe em várias formas, incluindo areia, vidro e opala. As frústulas são como pequenas caixas de vidro lindamente decoradas e tornam as diatomáceas únicas entre todas as algas. Bilhões de diatomáceas crescem durante a primavera e o verão na superfície do oceano e, ao fazê-lo, absorvem CO2.

Graças à sua frústula, elas são bastante pesadas (em comparação com outras algas) e afundam no oceano, carregando consigo todo o carbono que absorveram nas águas superficiais. Esse processo é chamado de bomba biológica de carbono – um conjunto de processos, incluindo a fotossíntese realizada por algas, que capturam CO2 da atmosfera para o oceano, porque o carbono é “bombeado” da atmosfera e armazenado no fundo do oceano por um longo período [3].

Como precisam de silício (um elemento químico encontrado na sílica, rochas, areia, vidro e opala) para formar sua frústula vítrea, as diatomáceas dependem fortemente da disponibilidade desse elemento no ambiente no qual vivem. As diatomáceas são tão vorazes que podem usar todo o silício das águas superficiais, deixando muito pouco para trás. Quando esgotam todo o silício ao seu redor, as diatomáceas morrem e afundam no fundo do oceano, carregando todo o silício e carbono com elas. Sem silício na água do mar, as diatomáceas não podem crescer. Felizmente para as diatomáceas, o Oceano Antártico é um paraíso, pois é a região oceânica onde o silício é mais abundante. Mas por quê?

Como o Oceano Antártico captura o silício?

As frústulas das diatomáceas são pesadas, o que faz com que elas afundem mais rápido do que outras algas minúsculas, embora possam levar de vários dias a vários meses para chegar ao fundo do oceano. Enquanto afundam no oceano, suas frústulas se decompõem e se dissolvem progressivamente, o que libera o silício de volta ao oceano em uma forma que pode ser usada como nutriente por outros organismos. Esse processo é lento e ocorre principalmente nas partes intermediária e profunda do oceano. Os cientistas acreditam que pelo menos metade das diatomáceas se dissolve entre a superfície do oceano e 2.000 m de profundidade [4].

Curiosamente, devido a essa lenta decomposição das diatomáceas, a maior parte do silício é reciclada nas camadas oceânicas onde a água flui em direção à Antártida. O silício então retorna às águas superficiais, onde será consumido por novas diatomáceas, fechando o ciclo. As diatomáceas no Oceano Antártico, portanto, sempre têm silício suficiente para crescer. A combinação desses dois processos: (i) transforma o silício (dissolvido na água do mar) em sílica (dentro da frústula) na superfície e (ii) o leva para o oceano profundo, onde é reciclado, é a chamada bomba de silício. Essa é a transferência de sílica da superfície do oceano para a camada profunda devido às diatomáceas. (Figura 3).

Figura 3 – A bomba de silício no Oceano Antártico.

O silício dissolvido na água do mar é utilizado pelas diatomáceas na superfície do oceano para crescer (1). Quando morrem, as diatomáceas afundam (2), decompõem-se e dissolvem-se (3), liberando o silício de volta para o oceano. Esse silício reciclado é trazido de volta à superfície (4) pela circulação oceânica, característica exclusiva do Oceano Antártico. As diatomáceas que não se dissolveram na água chegam ao fundo do oceano e se acumulam no leito marinho (5), formando o cinturão de opalas.

Atualmente, a bomba de silício é muito eficiente e retém a maior parte do silício no Oceano Antártico. À medida que a corrente de superfície no Oceano Antártico flui para o norte, as diatomáceas consomem progressivamente todo o silício da água do mar. Portanto, quando essa água mergulha na alça superior da correia transportadora e escapa da Antártida, ela não contém quase nenhum silício. Essa água com baixo teor de silício é transportada para os outros oceanos pela correia transportadora e, portanto, reduzirá ou impedirá o crescimento de diatomáceas nesses locais.

O Cinturão de Opalas: os sedimentos únicos da Antártica

Somente as diatomáceas que não se dissolvem durante sua jornada pelas profundezas do oceano chegam ao fundo do oceano e aos sedimentos. Lá, elas se acumulam e permanecem enterradas por um longo período (até vários milhões de anos). No Oceano Antártico, como as diatomáceas são tão numerosas e ativas na água da superfície, elas constituem a maioria das partículas que afundam em direção ao fundo do oceano. Como resultado, algumas regiões do fundo do oceano podem ser compostas por mais de 80% de fósseis de diatomáceas [5] e formam um círculo extremamente singular de sedimentos ricos em sílica ao redor da Antártida, chamado de Cinturão de Opala.

Conclusão: A Armadilha de Silício da Antártica está Vazando?

A gigantesca armadilha de silício ao redor da Antártida contém mais da metade da quantidade total de silício existente em todos os oceanos. Cientistas estimam que, atualmente, muito pouco do silício que entra no Oceano Antártico (<5%) consegue escapar dessa armadilha oceânica, enquanto outros nutrientes, como nitrato e fosfato, escapam mais facilmente e são transportados para outras regiões do oceano [4].

Evidências de diatomáceas enterradas na Antártida mostraram que, em alguns períodos no passado, a armadilha de silício foi mais fraca do que observamos hoje. A menor eficiência da armadilha permitiu que o silício “vazasse” do Oceano Antártico e fosse transportado para os outros oceanos, através da alça superior da correia transportadora. Quando mais silício escapa do Oceano Antártico e é redistribuído para as águas superficiais de outros oceanos, isso permite que mais diatomáceas cresçam e, portanto, mais CO2 seja removido da atmosfera através da bomba biológica de carbono.

Se isso for verdade, poderia explicar em parte as transições entre eras glaciais, quando a Terra era muito mais fria do que hoje, e períodos mais quentes como os que temos agora. Por exemplo, a última era glacial, que terminou há cerca de 15.000 anos, teria sido caracterizada por uma armadilha de silício com vazamento na Antártida, permitindo que mais diatomáceas bombeassem CO2 para os oceanos Atlântico, Pacífico e Índico. A redução de CO2 na atmosfera devido ao bombeamento de diatomáceas torna a atmosfera mais fria porque há menos CO2 capturando e armazenando calor; em vez disso, o calor é liberado no espaço.

É claro que ainda há muito que os cientistas desconhecem sobre a armadilha de silício e seu papel na regulação do clima da Terra. Estudar este tópico envolve trabalhar no ambiente extremamente frio e selvagem da Antártida, o que, como você pode imaginar, é bastante desafiador. No entanto, os cientistas continuam a realizar esta importante pesquisa, pois, apesar da estreita ligação entre o ciclo do carbono e da sílica, os modelos que preveem o clima futuro carecem do componente de sílica, visto que se trata de um ciclo complexo.

Glossário

Corrente Circumpolar Antártica (CCA): A Corrente Circumpolar Antártica (CCA) é uma das correntes mais fortes do mundo e circunda a Antártica.

Correia Transportadora Oceânica: É a corrente oceânica global que percorre todos os continentes.

Diatomáceas: Um grupo de pequenas algas unicelulares que podem capturar silício da água e luz solar para construir uma concha transparente chamada frústula.

Frústula: Estrutura esquelética das diatomáceas feita de sílica.

Sílica: Um mineral que existe em várias formas, incluindo areia, vidro e opala.

Bomba Biológica de Carbono: Um conjunto de processos, incluindo a fotossíntese realizada por algas, que capturam ou “bombeiam” CO2 da atmosfera para o oceano, onde é armazenado por um longo período.

Silício: Elemento químico encontrado na sílica, rochas, areia, vidro e opala.

Bomba de silício: É a transferência de sílica da superfície do oceano para a camada profunda devido às diatomáceas.

Referências

[1] Lenton, A., Tilbrook, B., Law, R. M., Bakker, D., Doney, S. C., Gruber, N., et al., 2013. Sea-air CO2 fluxes in the Southern Ocean for the period 1990-2009. Biogeosciences 10:4037–4054. doi: 10.5194/bg-10-4037-2013

[2] Sarmiento, J. L., Gruber, N., Brzezinski, M. A., Dunne, J. P. 2004. High-latitude controls of the thermocline nutrients and low latitude biological productivity. Nature 427:56–06. doi: 10.1038/nature02127

[3] Tréguer, P., Bowler, C., Moriceau, B., Dutkiewicz, S., Gehlen, M., Aumont, O., et al. 2018. Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump. Nat. Geosci. 11:27–37. doi: 10.1038/s41561-017-0028-x

[4] Holzer, M., Primeau, F. W., DeVries, T., Matear, R. 2014. The Southern Ocean silicon trap: data-constrained estimates of regenerated silicic acid, trapping efficiencies, and global transport paths. J. Geophys. Res. 119:313–331. doi: 10.1002/2013JC009356

[5] Chase, Z., Anderson, R. F., Fleisher, M. Q., Kubik, P. W. 2003. Accumulation of biogenic and lithogenic material in the Pacific sector of the Southern Ocean during the past 40,000 years. Deep-Sea Res. 50:799–832. doi: 10.1016/S0967-0645(02)00595-7

Citação

Closset I e Cassarino L (2023) The Antarctic Silicon Trap. Front. Young Minds. 11:1180915. doi: 10.3389/frym.2023.1180915

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