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Rochas, chuva e dióxido de carbono ajudam a controlar o clima da Terra ao longo de milhares de anos – como um termostato – por meio de um processo chamado intemperismo. Um novo estudo liderado por cientistas da Penn State pode melhorar nossa compreensão de como esse termostato responde à mudança de temperatura.
“A vida existe neste planeta há bilhões de anos, então sabemos que a temperatura da Terra permaneceu consistente o suficiente para haver água líquida e sustentar a vida”, disse Susan Brantley, professora da Evan Pugh University e Barnes Professor of Geosciences na Penn State. “A ideia é que o intemperismo da rocha de silicato é este termostato, mas ninguém jamais concordou com sua sensibilidade à temperatura.”
Como muitos fatores influenciam o intemperismo, tem sido um desafio usar apenas os resultados de experimentos de laboratório para criar estimativas globais de como o intemperismo responde às mudanças de temperatura, disseram os cientistas.
A equipe combinou medições de laboratório e análises de solo de 45 locais de solo em todo o mundo e muitas bacias hidrográficas para entender melhor o intemperismo dos principais tipos de rochas da Terra e usou essas descobertas para criar uma estimativa global de como o intemperismo responde à temperatura.
“Quando você faz experimentos em laboratório em vez de coletar amostras do solo ou de um rio, obtém valores diferentes”, disse Brantley. “Portanto, o que tentamos fazer nesta pesquisa é examinar essas diferentes escalas espaciais e descobrir como podemos entender todos esses dados que os geoquímicos de todo o mundo vêm acumulando sobre o clima no planeta. E este estudo é um modelo de como podemos pode fazer isso.”
O intemperismo representa parte de um ato de equilíbrio do dióxido de carbono na atmosfera da Terra. Os vulcões emitiram grandes quantidades de dióxido de carbono ao longo da história da Terra, mas, em vez de transformar o planeta em uma estufa, o gás de efeito estufa é lentamente removido por meio do intemperismo.
A chuva retira o dióxido de carbono da atmosfera e cria um ácido fraco que cai na Terra e desgasta as rochas de silicato da superfície. Os subprodutos são transportados por córregos e rios para o oceano, onde o carbono acaba sendo bloqueado em rochas sedimentares, disseram os cientistas.
“Há muito se supõe que o equilíbrio entre o dióxido de carbono que entra na atmosfera a partir dos vulcões e é retirado pelo intemperismo ao longo de milhões de anos mantém a temperatura do planeta relativamente constante”, disse Brantley. “A chave é quando há mais dióxido de carbono na atmosfera e o planeta fica mais quente, o desgaste é mais rápido e puxa mais dióxido de carbono para fora. E quando o planeta está mais frio, o desgaste diminui.”
Mas muito permanece desconhecido sobre a sensibilidade do intemperismo às mudanças de temperatura, em parte por causa das longas escalas espaciais e temporais envolvidas.
“Em um perfil de solo, você está vendo uma imagem do solo onde o obturador da câmera esteve aberto por às vezes um milhão de anos – há processos integrados acontecendo por um milhão de anos e você está tentando comparar isso com um experimento de frasco de dois anos “, disse Brantley.
Brantley disse que o campo da ciência da zona crítica – que examina paisagens desde a vegetação mais alta até as águas subterrâneas mais profundas – ajudou os cientistas a entender melhor as complexas interações que influenciam o clima.
Por exemplo, as rochas devem fraturar para que a água entre nas rachaduras e comece a quebrar os materiais. Para que isso aconteça, a rocha deve ter grandes áreas de superfície exposta, e isso é menos provável de acontecer em regiões onde o solo é mais profundo.
“Só quando você começa a cruzar escalas espaciais e temporais é que começa a ver o que é realmente importante”, disse Brantley. “A área de superfície é realmente importante. Você pode medir todas as constantes de velocidade que deseja para essa solução no laboratório, mas até que possa me dizer como a área de superfície se forma no sistema natural, você nunca será capaz de prever o verdadeiro sistema”.
Os cientistas relataram na revista Ciência que as medições de sensibilidade à temperatura em laboratório foram menores do que as estimativas de solos e rios em seu estudo. Usando observações dos locais de laboratório e de campo, eles ampliaram suas descobertas para estimar a dependência da temperatura global do intemperismo.
Seu modelo pode ser útil para entender como o intemperismo responderá às futuras mudanças climáticas e para avaliar as tentativas feitas pelo homem de aumentar o intemperismo para extrair mais dióxido de carbono da atmosfera – como o sequestro de carbono.
“Uma ideia foi melhorar o desgaste, desenterrando muita rocha, triturando-a, transportando-a e colocando-a nos campos para permitir que o desgaste aconteça”, disse Brantley. “E isso vai funcionar – já está funcionando. O problema é que é um processo muito lento.”
Embora o aquecimento possa acelerar o desgaste, retirar todo o dióxido de carbono da atmosfera que os humanos adicionaram pode levar milhares ou centenas de milhares de anos, disseram os cientistas.
Outros pesquisadores da Penn State que participaram do estudo foram Andrew Shaughnessy, candidato a doutorado no Departamento de Geociências e Marina Lebedeva e Victor Balashov, cientistas seniores do Earth and Environmental Systems Institute.
A National Science Foundation e a Hubert L. Barnes and Mary Barnes Professorship apoiaram este trabalho.
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