As causas por trás da oxidação da pirita - e drenagem ácida de minas

Imagens de microscopia eletrônica de varredura de pirita (esquerda) e pirita parcialmente oxidada (direita), conforme indicado pela cor vermelha. (Imagem de Xin Gu da Penn State University).

A oxidação da pirita, que pode levar à drenagem ácida da mina, é uma preocupação para as mineradoras em todo o mundo. No entanto, pouco se sabe sobre os processos que causam esse fenômeno.

Para investigar as causas da drenagem ácida de minas, pesquisadores da Penn State University começaram a estudar a oxidação da pirita no subsolo. Suas descobertas foram publicadas na revista Science e sugerem que a fratura e a erosão na superfície definem o ritmo da oxidação, que, quando ocorre lentamente, evita a acidez descontrolada e, em vez disso, “abandona” os óxidos de ferro.

“A oxidação da pirita é um problema geológico e ambiental clássico, mas sabemos pouco sobre a taxa de oxidação da pirita que ocorre em rochas profundas”, disse Xin Gu, professor assistente de pesquisa do Instituto de Sistemas Ambientais e Terrestres da Penn State e principal autor do estudo, em uma declaração de mídia. “Quando a pirita reage com o oxigênio, ela libera ácido sulfúrico, que pode causar a drenagem ácida da mina, um sério problema ambiental em todo o mundo.”

Quando exposta ao ar, como em uma mina, a pirita se oxida totalmente em questão de anos. Os microrganismos também podem se formar no mineral e acelerar a reação. O processo de oxidação acontece rapidamente e permite o acúmulo de ácido sulfúrico. No entanto, se não forem minados nas profundezas da superfície, os processos geológicos retardam a reação em dezenas de milhares de anos e evitam que o ácido se acumule.

Para conduzir suas análises, os cientistas baixaram ferramentas de perfilagem geofísica por furos de 7 centímetros de largura no Observatório da Zona Crítica de Susquehanna Shale Hills, que fica no topo de uma formação de xisto. Eles recuperaram rochas de mais de 30 metros de profundidade para examinar o leito rochoso de xisto e identificar o quão profundo ou raso a pirita se expande e se quebra no subsolo.

A equipe então estudou grãos de pirita e como eles se transformam em óxidos de ferro do tipo ferrugem usando microscópios eletrônicos de varredura. Essa metodologia os ajudou a estudar as microestruturas até pequenas feições cerca de 70 vezes mais finas do que um fio de cabelo humano e permitiu-lhes identificar a zona subterrânea onde a pirita se oxida a um mineral de ferro do tipo ferrugem em uma escala muito fina.

Eles descobriram que a taxa de erosão do xisto controlava a taxa de oxidação da pirita em profundidade. As fissuras microscópicas que se formam na rocha dezenas de metros abaixo da superfície são muito pequenas para que os microrganismos entrem.

Em paisagens que sofrem erosão ao longo de milênios, o oxigênio dissolvido na água penetra nas aberturas e tem tempo de sobra para catalisar a reação, fazendo isso em pequenas quantidades. Quando isso ocorre, a pirita estruturalmente retém sua forma, embora quimicamente tenha se transformado de sulfeto de ferro em óxido de ferro.

Os pesquisadores usaram suas descobertas para desenvolver um modelo para calcular as taxas de oxidação da pirita em Shale Hills e em todo o mundo, incluindo em áreas com taxas de erosão mais rápidas.

Eles disseram que seu modelo também pode ajudar os cientistas a entender melhor como a Terra era antes do Grande Evento de Oxidação, 2,4 bilhões de anos atrás, que permitiu que organismos mais complexos crescessem e evoluíssem.