Aula 5: Química da Litosfera

Transcrição

1 Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Depto. de Química Aula 5: Química da Litosfera Prof a. Lilian Silva 2018

2 Química da Litosfera A litosfera (do grego "lithos" = pedra) é a camada sólida mais externa do planeta, constituída por rochas e solo No caso da Terra é denominada como crosta terrestre É um dos três grandes ambientes físicos da Terra, ao lado da hidrosfera e da atmosfera, que, na sua relação enquanto suportes de vida, constituem a biosfera

3 Química da Litosfera O solo pode ser conceituado como um manto superficial formado por rocha desagregada e, eventualmente, cinzas vulcânicas, em mistura com matéria orgânica em decomposição, contendo, ainda, água e ar em proporções variáveis e organismos vivos O solo pode ser representado como um ciclo natural composto por fragmentos de rochas, minerais, água, ar, seres vivos e seus detritos em decomposição. Ele é resultado das interações da litosfera, hidrosfera e atmosfera

4 Química da Litosfera Intemperismo ou meteorização: é o processo natural de decomposição ou desintegração de rochas e solos, e seus minerais constituintes Por ação dos efeitos químicos, físicos e biológicos que resultam da sua exposição aos agentes externos (neles se incluindo os fatores antropogênicos, isto é devido direta ou indiretamente à ação humana ou natural) A litosfera e composta pelas rochas ígneas, sedimentares e metamórficas

5 Química da Litosfera Exemplos de Rochas Ígneas (magmáticas): formadas pela solidificação do magma Magma: é a designação dada nas geociências às massas de rocha em fusão total ou parcial que existem debaixo da superfície da Terra

6 O magma, como líquido, forma-se preferencialmente em ambientes de alta temperatura e baixa pressão situados pouco abaixo da superfície terrestre, em geral entre 15 e 150 km de profundidade

7 Fluxo de lava no Havaí. A lava é o equivalente extrusivo do magma

8 Química da Litosfera Exemplos de Rocha Sedimentar: formadas pela sedimentação de diferentes materiais ao longo dos anos Formadas por deposição de detritos, originados da ação erosiva de outra rocha

9 Química da Litosfera Exemplos de Rocha Metamórfica: formadas a partir das rochas magmáticas e sedimentares Bom-para-a-economia-p%C3%A9ssimo-para-o-meio-ambiente.htm

10 A extrac a o do xisto betuminoso costuma promover destruic a o em vasta escala do terreno circundante. Isso e o que acontece nessa zona do Canada

11 Química da Litosfera Basicamente, os solos formam-se a partir do processo de decomposição das rochas de origem, chamadas de rochas mãe Isso significa dizer que, no início, não existiam solos na Terra, mas apenas grandes e variados grupos rochosos que foram lentamente desgastados pelo clima, pela ação da água e dos ventos e também pelos seres vivos, sobretudo as plantas Com isso, essa lenta desagregação proporcionou a formação de sedimentos, que se mantêm aglomerados e compõem os solos O processo de origem e constituição dos solos é chamado de pedogênese

12 Química da Litosfera Nesse sentido, a formação dos solos na natureza levou milhões de anos, apresentando, quase sempre, aspectos relacionados com o seu material de origem e as interferências naturais e antrópicas proporcionadas sobre eles Vale lembrar que esse processo de formação dos solos é ininterrupto e ainda ocorre atualmente

13 Química da Litosfera Horizontes do solo São porções do solo, aproximadamente paralelas à superfície, que sofreram a atuação dos processos de formação do solo, de modo que se distinguem em meras camadas

14 Química da Litosfera Decomposição lenta da rocha mãe pelos agentes do intemperismo (água, ventos, clima, plantas e outros) Com o tempo, acumula-se uma maior presença de material orgânico sobre o solo recémformado O material orgânico decompõe-se e vai aos poucos enriquecendo o terreno, enquanto os horizontes do solo vão se formando O solo, em estágio mais avançado, passa a contar com os diferentes horizontes, além de apresentar uma camada superficial orgânica propícia ao plantio e à existência de vegetações

15 Horz. O O: Camada externa do solo composta por material orgânico em estágio de decomposição A: Mais próximo da superfície, com uma relativa presença de matéria orgânica B: Mais próximo da superfície, com uma relativa presença de matéria orgânica C: Camada formada por partes fragmentadas da rocha mãe, muitas vezes com sedimentos menores nas suas partes mais altas com e partes de rochas em sua parte inferior.

16 Composição do Solo Os solos são compostos por três fases: sólida, líquida e gasosa A fase mineral da fase sólida e decorrente da desagregação física de rochas, possuindo, em geral, a mesma composição química da rochamãe Os componentes minerais do solo podem ser divididos em: - minerais primários: quartzo, apatitas, mica, calcários, biotitas e plagoclásios; - minerais secundários: caulinita, haloisita, montmorilonita, vermiculita e ilita; - fração argila: minerais com diâmetros menores do que 0,002 mm. Constituem uma reserva de nutrientes para as plantas

17 Composição do Solo A fase orgânica é proveniente de plantas e animais mortos, além de produtos intermediários de sua degradação biológica, como bactérias e fungos O material orgânico é de fácil decomposição, gerando gás carbônico, água e sais minerais O húmus é a principal fração orgânica do solo Apresenta coloração marrom escuro a preta e é formada pela decomposição biológica dos resíduos

18 Composição do Solo Imagem de uma porção de húmus, retirada do solo Apresenta várias substâncias, como proteínas, lignina e compostos ácidos (-COOH) ác. húmico e fúlvico Ácidos húmicos, de forma similar aos fúlvicos, são utilizados como insumos suplementares para melhorar o solo para agricultura Podemos considerar que, no solo, todo húmus é matéria orgânica, mas nem toda matéria orgânica e húmus

19 Composição do Solo A fase líquida e constituída pela solução do solo (fase aquosa do solo) A água do solo contém materiais orgânicos e inorgânicos, dissolvidos da fase sólida do solo O solo é a principal fonte de água e nutrientes para as plantas Em solos argilosos a infiltração de água é mais lenta e ocorre maior armazenamento de água do que em solos arenosos Solução de eletrólitos e substâncias orgânicas solúveis que envolve a fase sólida e que está em equilíbrio com a mesma Os principais constituintes da solução dos solo são os íons: H +, Na +, K +, NH 4 +, Ca 2+, Mg 2+, Al 3+, SO 4 2-, NO 3 -, PO 4 3-, CO 3 2-, e outros

20 Composição do Solo A fase gasosa do solo, qualitativamente, apresenta os mesmos constituintes do ar atmosférico Quadro 1 - Composição média dos principais componentes gasosos no ar atmosférico e no solo Em função da respiração das raízes e dos micro-organismos, da decomposição da matéria orgânica e das reações ocorridas no solo, ocorre consumo de oxigênio e liberação de dióxido de carbono

21 Composição do Solo - Solos BEM AREJADOS garantem um bom desenvolvimento radicular - Solos cinzentos indicam baixa aeração

22 Química da Litosfera Os quatro componentes (mineral, orgânica, líquida e gasosa) estão intimamente misturadas, permitindo a ocorrência de reações e constituindo um ambiente adequado para a vida vegetal

23 Classificação dos solos Latossolos São formados pelo processo de remoção da sílica após transformação dos minerais primários constituintes. Litossolos Constituem uma família de solos jovens, rasos, rochosos, colocados imediatamente sobre a rocha, não apresentando portanto, horizontes pedológicos diferenciados. Podem ser eutróficos ou distróficos Regossolos solos profundos, moderadamente arenosos (drenagem excessiva) Hidromórficos solos formados em excesso de água, pobres em Ca e Mg Podzólicos É formado sob umidade, condições frias e ácidas, especialmente em áreas ricas em quartzo.

24 Classificação dos solos

25 Química do Solo A maioria dos solos é composta principalmente por partículas pequenas provenientes das rochas expostas ao intemperismo, que são os silicatos minerais Intemperismo, também conhecido como meteorização, é o conjunto de fenômenos físicos e químicos que levam à degradação e enfraquecimento das rochas O termo intemperismo é aplicado às alterações físicas e químicas a que estão sujeitas as rochas na superfície da Terra, porém esta alteração ocorre in situ, ou seja, sem deslocamento do material. Este fenômeno é de grande importância para a formação e constante mudança no relevo terrestre, junto com a erosão.

26 Química do Solo O intemperismo é de grande importância também na formação dos solos, pois em algumas regiões onde há grandes formações rochosas a fixação de plantas é mais difícil em relação a regiões de solo estruturalmente menos rochosos. Ilustração de um processo de erosão em um solo. (Fonte: Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, 5, 2003)

27 Química do Solo Cada um desses oxigênios está ligado por sua vez a um outro silício: sendo a estrutura resultante um retículo estendido

28 Química do Solo

29 Química do Solo

30 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS SOLOS As propriedades físico-químicas dos solos se devem, principalmente, a elevada superfície específica e a alta reatividade apresentada pelos componentes da fração argila A principal característica física do solo é a textura, que diz respeito as dimensões e características das partículas primárias do solo Essas partículas são agrupadas em função do tamanho, apresentando características comuns: Fração Areia: apresenta partículas entre 2 e 0,05mm, sendo constituída quase que essencialmente de quartzo E responsável pelo aparecimento de macroporos e pela aeração do solo, retendo pouca água e poucos nutrientes

31 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS SOLOS Fração Silte: apresenta partículas entre 0,05 e 0,002mm, sendo constituída em sua maior parte por quartzo Promove o aparecimento de poucos poros, podendo causar adensamento do solo, retendo pouca água e poucos nutrientes

32 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS SOLOS Fração Argila: apresenta partículas menores que 0,002mm Constituída em sua maior parte por minerais de argila, promove a estruturação do solo, fazendo com que ocorra o aparecimento de um alto volume de poros, principalmente de microporos, retendo muita água e muitos nutrientes As principais características químicas do solo estão relacionadas com o uso do solo e o desenvolvimento das plantas Na análise química de solo, determina-se: ph (em água, KCl e CaCl2 ), matéria orgânica ( % ), hidrogênio (H), alumínio (Al), fósforo (P), cálcio (Ca), magnésio (Mg), potássio (K), soma de bases (S), capacidade de troca catiônica (CTC), saturação por bases (V%) e saturação por alumínio (m)

33 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS SOLOS ph: mede a acidez do solo (valores < 7 são característicos de solos ácidos, > 7 característicos de solos básicos e igual a 7 indica solos neutros) A acidez do solo ou ph do solo, é a concentração de íons H + presente na solução do solo e um dos indicadores de sua fertilidade A faixa de ph ideal dos solos para a agricultura é entre 6,5 e 7,5. Isto porque é nesta faixa que os nutrientes ficam mais disponíveis às plantas, ou seja, na solução do solo Como os níveis de ph controlam vários processos químicos que acontecem no solo especificamente, disponibilidade de nutrientes de planta é vital manter níveis adequados para suas plantas para atingir seu potencial de produção total

34 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS SOLOS Várias plantas têm se adaptado para valores de ph fora dessa faixa Faixa do ph 5,0 5,5 5,5 6,5 6,5 7,0 Mirtilos Cevada Alfafa Batatas irlandesas Milho Alguns trevos Batatas doces Algodão Beterraba sacarina Amendoim Arroz Soja Melancia Trigo

35 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS SOLOS Matéria orgânica: indica a porcentagem de matéria orgânica coloidal que ocorre no solo (Húmus). Valores acima de 30% indicam solo orgânico Hidrogênio: determina a acidez do solo. Quanto maior a concentração de hidrogênio, menor o ph, e portanto, maior a acidez do solo. Alumínio: solúvel em meio ácido, ocorre quando o solo está com acidez elevada, e é toxico para as plantas Cálcio, Magnésio, Potássio e Fósforo: macronutrientes para as plantas Soma de bases (S): Ela é calculada pela soma dos cátions básicos: K, Ca, Mg e Na

36 COLOIDES Quando misturamos um soluto num solvente, existem três tipos de dispersões que podem ser formadas: as soluções, os coloides e suspensões As soluções verdadeiras são homogêneas, isto é, conseguimos observar (a olho nu ou com um microscópio) uma única fase O oposto total são as suspensões, que são heterogêneas. Observamos duas fases ou mais, sendo que o tamanho das partículas dispersas é acima de 1000 nm e é possível separar seus componentes usando processos físicos, essas partículas podem ser retidas por um filtro Já os coloides são suspensões que se situam entre esses dois tipos de dispersões. A olho nu, achamos que o coloide é uma solução verdadeira, mas, com a ajuda de um microscópio, notamos que na verdade se trata de uma mistura heterogênea

37 Por exemplo, o leite é um coloide no qual vemos apenas uma fase branca, mas, sob o olhar do microscópio, percebemos que existem gorduras dispersas na água O tamanho das partículas dispersas nos coloides está entre 1 e 1000 nm e elas não se sedimentam sob ação da gravidade, mas ficam dispersas em toda a extensão da dispersão. Para separá-las, pode-se usar uma ultracentrífuga.

38 CTC: O solo possui constituintes minerais e orgânicos que possuem cargas: estas podem tanto ser positivas quanto negativas Entretanto, geralmente há o predomínio das cargas negativas Por serem negativas, as cargas atraem íons com carga positiva ( potássio, cálcio, magnésio, sódio, alumínio e o hidrogênio) Esta capacidade de reter íons positivos em seus constituintes é conhecida como Capacidade de Troca Catiônica Esses íons além de retidos podem ser cedidos às plantas e, nesse sentido, eles podem ser considerados como passíveis de, por exemplo, deixar o mineral que o retém e passar para dentro da planta A capacidade de um solo para trocar cátions é expressa em termos da capacidade de troca catiônica (CTC)

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40 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS SOLOS Se o solo for ácido os íons metálicos da superfície serão deslocados por íons H +, e os íons metálicos entrarão então na fase aquosa Geralmente, quanto maior a carga positiva de um cátion, mais fortemente ele está ligado

41 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS SOLOS A título de curiosidade, umas das maneiras de determinar a CTC é por meio da análise do conteúdo de potássio, cálcio, magnésio, sódio, alumínio solubilizado e hidrogênio presentes em uma amostra de terra Assim, em termos simples, quanto maior a quantidade desses íons no solo, maior será a sua CTC Antes de realizar a aplicação de algum fertilizante, um agricultor deve conhecer a CTC do solo que receberá os adubos Exemplo: Se ele adiciona uma quantidade de cálcio, magnésio e potássio que excede a CTC do solo, estes íons provavelmente serão perdidos nas águas de chuva que lavam o solo Ocorrem prejuízos para o próprio agricultor e também para o ambiente já que algum corpo d agua (rio)hídrico receberá essa carga de nutrientes oriundos da lavoura

42 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS SOLOS A CTC ajuda a explicar por que alguns elementos de fertilizantes como potássio, cálcio e magnésio com carga positiva, assim como nitrogênio de amônia, não são lavados do solo como íons de carga negativas, ou ânions, de nitrogênio de nitrato, sulfetos ou cloretos

43 SEDIMENTOS Os sedimentos são as camadas de partículas minerais e orgânicas, com frequência finamente granuladas, que se encontram em contato com a parte inferior dos corpos de água natural, como lagos, rios e oceanos Do latim sedimentum, sedimento é a matéria que, depois de ter estado em suspensão num líquido, acaba no fundo devido à sua maior gravidade.

44 SEDIMENTOS A sedimentação ocorre quando um material sólido é transportado por uma corrente de água e se deposita no fundo do rio, de uma represa, etc Em termos geológicos, um sedimento é o material sólido que se acumula na superfície terrestre e que surge pela ação de diversos fenômenos naturais que atuam na atmosfera, na hidrosfera e na biosfera

45 SEDIMENTOS As correntes de água têm a capacidade de transportar matéria sólida em suspensão e de dar origem a sedimentos pelas suas próprias características ou através da erosão dos leitos Nos sedimentos, a proporção dos minerais para matéria orgânica varia substancialmente em função do local Os sedimentos são de grande importância ambiental porque são o local onde se depositam muitos produtos químicos (como PAHs e pesticidas) A partir deles os produtos tóxicos podem ser transferidos para os organismos que habitam essa região

46 SEDIMENTOS Por isso, a proteção da qualidade dos sedimentos é um componente de gerenciamento global da água A transferência de poluentes orgânicos hidrofóbicos para os organismos pode ocorrer por meio da transferência intermediária para a água intersticial Água presente nos poros microscópicos existentes dentro do material que forma o sedimento Os produtos orgânicos estão em uma situação de equilíbrio entre a adsorção pelas partículas sólidas e a dissolução pela água intersticial Por essa razão, a toxicidade da água intersticial é testada com frequência para determinar os níveis de contaminação dos sedimentos

47 SEDIMENTOS

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49 SEDIMENTOS

50 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS O solo é a camada superficial da terra, formada por componentes inorgânicos e orgânicos, sendo de fundamental importância para o crescimento de plantas e para a subsistência humana No solo são depositados todos os compostos inorgânicos e estruturas animais e vegetais, que serão degradados ao longo dos anos Assim, torna-se possível interpretar o desenvolvimento histórico desse ambiente e de seu entorno

51 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS A acumulação de poluentes depende da composição do solo A fração mineral do solo pode interagir com os contaminantes por atração eletrostática e por adsorção A fração orgânica é capaz de imobiliza-los por complexação A ação antrópica, impulsionada pela diversificação de atividades econômicas e o adensamento populacional de forma desordenada vem ocasionando crescentes problemas sobre os recursos naturais, principalmente o solo

52 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Degradação dos solos Metais Compostos orgânicos tóxicos Lançados pela atividade mineradora, utilização de adubos e fertilizantes e também através de efluentes domésticos e industriais, na maioria dos casos sem tratamento prévio

53 Agrotóxicos e Defensivos agrícolas

54 Agrotóxicos e Defensivos agrícolas

55 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Solos contaminados são encontrados com maior frequência não apenas nas redondezas de locais de descarte de lixo e de plantas químicas, mas também nos arredores de oleodutos e postos de gasolina Biorremediação Fitorremediação

56 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Biorremediação é o uso de organismos vivos, sobretudo microorganismos para degradar resíduos ambientais Microrganismo é o nome dado aos organismos formados, em sua maioria, por uma única célula e que não podem ser vistos a olho nu Sendo visíveis apenas com o auxílio de um microscópio Estes podem ser encontrados no ar, no solo, na água e inclusive no homem, estando distribuído por toda parte do planeta Foram os primeiros seres vivos a habitar a Terra Estima-se que seu surgimento é datado de mais de 3,5 milhões de anos

57 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Os microrganismos originam-se em praticamente todo o planeta, sendo capazes de sobreviver em ambientes extremos, esses aos quais animais e plantas não sobreviveriam Fontes geotermais, desertos, regiões polares, lagos alcalinos, até subsolo e interior de rochas e em depósitos de petróleo A área que estuda esses pequenos organismos é chamada de microbiologia A microbiologia básica estuda as propriedades e atividades de formação e multiplicação dos microrganismos As características morfológicas; características fisiológicas; atividades bioquímicas; características genéticas; características ecológicas; potencial e de classificação entre cada grupo

58 -Características morfológicas (tamanho e forma das células, composição química, etc.) -Características fisiológicas (nutrição e condições de crescimento e reprodução) -Atividades bioquímicas (obtenção de energia pelos microrganismos). -Características genéticas (hereditariedade e variabilidade das características) -Características ecológicas (microrganismos no ambiente e sua relação com outros organismos) -Potencial patogênico dos microrganismos -Classificação (relação taxonômica entre os grupos dos microrganismos)

59 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Microbiologia aplicada analisa como os microrganismos podem ser utilizados em variadas áreas Os principais campos de aplicação são: médica, alimentícia, petrolífera e ambiental Exemplos: -Na área ambiental, os microrganismos são usados como agentes de biodegradação e de limpeza ambiental, no controle de pragas, etc -Na área industrial, os microrganismos são utilizados na síntese de substâncias químicas como ácido cítrico, antibióticos mais complexos e enzimas -A microbiologia médica trata dos microrganismos causadores de doenças e da prevenção e controle das mesmas -A microbiologia dos alimentos está relacionada com doenças transmitidas por alimentos, controle de qualidade e produção de alimentos (queijos, bebidas, pães, etc.).

60 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Os microrganismos tem um papel fundamental para a manutenção dos ecossistemas da biosfera, sendo estes os principais componentes de cadeias alimentares e de ciclos biogeoquímicos Uma dessas funções no qual eles são empregados é a biorremediação, que promove a degradação dos contaminantes, por intermédio da respiração microbiana (bactérias, fungos e leveduras), contribuindo assim para a manutenção do equilíbrio ambiental. A comunidade cientifica atual tem pesquisado e recomendado intensamente este processo biotecnológico, como uma alternativa viável para a descontaminação de ambientes

61 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Exemplos: águas superficiais, subterrâneas e solos, além de efluentes e resíduos industriais em aterro ou áreas de contenção A biorremediação é uma alternativa eficaz para o combate de ambientes contaminados com moléculas de difícil degradação denominadas recalcitrantes, bem como também os metais tóxicos Durante muitos ano pensou-se que os micro-organismos podiam e deviam biodegradar completamente todas as substâncias orgânicas, incluindo todos os poluentes contidos em águas naturais ou no solo Porém descobriu-se que alguns compostos, especialmente os organoclorados, eram resistentes a uma rápida biodegradação (Recalcitrantes ou bioimunes) (Substâncias resistentes à biodegradação)

62 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Outras substâncias (muitos compostos orgânicos) biodegradamse parcialmente Transformam-se em compostos orgânicos que podem ser bioimunes ou mesmo mais tóxicos que as substâncias originais 1,1,1-tricloroetano (solvente) Banido por sua capacidade de consumir ozônio Cloreto de vinila Carcinógeno

63 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Para que uma técnica de biorremediação funcione com efetividade, devem ser cumpridas várias condições: Os resíduos devem ser susceptíveis à degradação biológica e estar presentes sob uma forma física acessível para os micro-organismos Os micro-organismos apropriados devem estar disponíveis As condições ambientais tais como ph, temperatura e nível de oxigênio devem ser adequados

64 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Exemplo: Degradação de hidrocarbonetos aromáticos por microorganismos do solo quando a terra está contaminada por gasolina ou petróleo Existem diversos métodos para a descontaminação de um ambiente, no entanto, poucas são tão eficientes quanto à biorremediação Técnica de baixo custo, menor agressividade ao meio e uma maior adaptação para manutenção do equilíbrio ambiental Os processos de biorremediação têm lugar sob condições aeróbicas como anaeróbicas

65 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Tratamento aeróbico No tratamento aeróbico de resíduos, são usadas bactérias e fungos aeróbios que utilizam oxigênio No ponto de vista químico, os processos são oxidativos na medida em que os microorganismos servem-se dos resíduos como fonte alimentar Na biorremediação aeróbica de solos, água saturada de oxigênio é bombeada através do sólido, para garantir que a disponibilidade de O 2 permaneça alta Exemplo: Cerca de 85 mil toneladas de solo contaminado com gasolina, petróleo e graxa proveniente de uma planta de combustíveis de Toronto foram descontaminadas em três meses da seguinte forma:

66 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS 1) O solo foi inicialmente envolvido em plástico 2) Em seguida, foi bombeado no mesmo ar, água e fertilizante com o objetivo de promover a multiplicação da população de bactérias aeróbias, para eliminar poluentes, tais como hidrocarbonetos

67 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Tratamento anaeróbico Em ausência de oxigênio, os microorganismos anaeróbicos facilitam a remoção dos átomos de cloro e sua substituição por átomos de hidrogênio (PCB s)

68 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Para que haja a biodegradação completa ou a mineralização, o composto original precisa ser oxidado formando dióxido de carbono e água Com isso, a degradação é catalisada por uma enzima especifica existente no conjunto metabólico da célula degradante

69 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Existiram casos aos quais a técnica de biorremediação foi aplicada e após um ano se obteve a eficácia de 90% de redução da contaminação existente, enquanto nas regiões em que não se obteve o seu uso, tiveram apenas 15% dessa redução De acordo com o local de tratamento, os processos de biorremediação são denominados in situ (quando é realizado no próprio local) ou ex situ (quando há remoção do contaminante para tratamento em outro ambiente) Para cada processo deve se levar em conta qual tipo e quantidade de poluente, os custos para implementá-lo, sobretudo, a concentração final ao término do tratamento, pois é partir desses fatores, que se possibilitará o uso futuro dessa área

70 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS A biorremediação oferece algumas vantagens sobre outras técnicas de remediação, como demonstrado no Quadro 2 É ecologicamente correta, pois não altera o equilíbrio dos ecossistemas, visando somente à biodegradação dos compostos poluentes, portanto a redução da concentração e/ou toxicidade

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72 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Portanto, para que a técnica de biorremediação seja eficiente, requer o entendimento de fatores específicos do local, limitando-se a biotransformações desejáveis em que não haja efeitos inesperados Produção de metabólitos tóxicos e formação de condições ambientais adversas, como: ph elevado, temperatura inadequada, ou presença de metais pesados em concentrações tóxicas que inibam as atividades microbianas específicas

73 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Fitorremediação Uma série de descobertas científicas combinada à pesquisa interdisciplinar vem desenvolvendo alternativas promissoras para a remediação do solo Menos agressivas ao ambiente (ecologicamente corretas) e economicamente mais viáveis A fitorremediação surge como uma dessas alternativas A fitorremediação (fito = planta e remediação = corrigir), conhecida desde 1991, é a tecnologia que utiliza plantas para degradar, extrair, conter ou imobilizar contaminantes do solo e da água

74 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS As pesquisas nessa área procuram compreender a interação da planta com o contaminante Uso de vegetação para a descontaminação in situ de solos e sedimentos, eliminando metais pesados e poluentes orgânicos Tem se tornado uma tecnologia emergente

75 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS As plantas podem remediar poluentes por meio de três mecanismos: - Ingestão direta dos contaminantes e acumulação no tecido da planta (fitoextração) - Liberação no solo de oxigênio e substâncias bioquímicas, como enzimas, que estimulam a biodegradação dos poluentes - Intensificação da degradação por fungos e micróbios localizados na interface raiz-solo

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77 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Baixo custo de investimento e de operação, sua aplicabilidade in situ, e geração mínima de degradação e desestabilização da área a ser descontaminada são algumas das vantagens da fitorremediação Sua efetividade está limitada pela capacidade da planta em sorver os metais das superfícies das partículas do solo e da solubilidade desses metais Todavia, os metais podem ser solubilizados pela adição de agentes complexantes, fazendo com que as plantas aumentem a sua captação

78 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Outras limitações da fitorremediação estão relacionadas ao clima, ao tipo de solo, à estação do ano, à concentração e profundidade do contaminante e à interferência do contaminante no crescimento da planta O que muitas vezes leva a um crescimento lento, aumentando o tempo necessário para o processo de descontaminação Os resultados da fitorremediação não são imediatos, podendo levar semanas, meses e até anos para que o efeito esperado seja alcançado Assim, ela pode ser desaconselhada em áreas que precisam uma resposta rápida e que oferecem risco aos seres vivos

79 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Uma estratégia para aumentar a captura dos contaminantes é o melhoramento genético das plantas com potencial fitorremediador Como ocorre a Fitorremediação? Quase todas as plantas são capazes de absorver, sequestrar e/ou degradar contaminantes Os metais de transição, como cobre, zinco, cádmio, ferro, manganês, molibdênio e níquel, são necessários para o crescimento normal da planta, desempenhando funções específicas no metabolismo celular

80 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Os mecanismos da fitorremediação para metais pesados estão fundamentados na solubilização do elemento, que pode ser auxiliada por agentes quelantes ou microrganismos Uma vez que os metais encontram-se disponíveis, eles são extraídos ou dessorvidos do solo As plantas expostas à alta concentração de metal pesado apresentam um aumento na produção da ligação metal-proteínas São capazes de se ligar fisiologicamente a metais pesados

81 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS O sucesso no uso da fitorremediação para a descontaminação do solo contendo contaminantes orgânicos está relacionado à habilidade que o solo possui em absorvê-los e sequestrá-los. Exemplo: Um solo com alto teor de matéria orgânica (lignina, proteínas e compostos ácidos) reduz a biodisponibilidade de pesticidas Essa biodisponibilidade diminui com o tempo Sugerindo que o tratamento com a fitorremediação aconteça o mais breve possível Esses contaminantes, ao serem ligados aos tecidos das plantas, tornamse indisponíveis, ou podem ser translocados e, subsequentemente, volatilizados pelas superfícies foliares

82 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Uma planta boa remediadora deve ser capaz de crescer na presença do contaminante e sobreviver sem diminuir sua taxa de crescimento, apesar da captura do contaminante e do seu acúmulo

83 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS As espécies apresentam capacidade de acumulação diversificada, ou seja, de vários contaminantes; ou específica, de um ou poucos contaminantes Por essa razão, é importante estudar diferentes espécies e analisar a acumulação e a tolerância para determinado composto contaminante

84 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Plantas hiperacumuladoras São aquelas que apresentam capacidade de absorver quantidades elevadas de metais pesados Elas têm se mostrado muito mais acumuladoras e tolerantes a metais pesados em comparação às não hiperacumuladoras Outra vantagem desse tipo de planta seria a capacidade de absorção de contaminantes distintos presentes no solo simultaneamente Um solo que apresenta mais de um metal pesado em sua composição pode tê-los absorvidos por um único tipo de vegetal

85 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Além disso, as hiperacumuladoras possuem maior concentração do metal pesado nas partes aéreas do que nas raízes fato indicador de que as plantas hiperacumuladoras conseguem absorver e transportar metais pesados, que ficam estocados em suas partes aéreas

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87 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS

88 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Técnicas de fitorremediação Fitoextração, rizofiltração, fitoestabilização, rizodegradação, fitodegradação, fitovolatilização, fitomineração Fitoextração é a captação dos contaminantes pelas raízes que são translocados dentro da planta Muito aplicada em contaminantes metálicos, como cádmio, níquel, cobre, zinco e chumbo Podendo também ser utilizada para compostos orgânicos, mas essa técnica se apresenta produtiva apenas se o contaminante é absorvido pelas raízes

89 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Aplicada para Cd, Cr, Ni, Zn, radionuclídeos, benzeno, tolueno, etilbenzeno, xileno (BTEX) e outros compostos orgânicos Rizofiltração é uma técnica em que a adsorção ou precipitação ocorre nas raízes ou absorção de contaminantes que estão em solução aquosa, ao redor da zona de raízes, e a translocação na planta depende do contaminante Aplicada a metais pesados, radionuclídeos, tais como, urânio, césio e estrôncio Fitoestabilização implica na imobilização do contaminante no solo, basicamente metais, através da absorção e acumulação pelas raízes, e no uso de plantas e suas raízes para prevenir a migração do contaminante

90 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Aplicada a metais pesados em minas, fenóis e solventes clorados Rizodegradação é a quebra de um contaminante orgânico no solo pela atividade microbiana, que é aumentada pela presença da zona radicial É utilizada para degradação de compostos orgânicos provenientes do petróleo, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos, dentre outros compostos orgânicos.

91 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Fitovolatilização consiste na captação e transpiração de um contaminante pela planta, com liberação do contaminante ou uma forma modificada do contaminante para a atmosfera Mais aplicada a compostos orgânicos e inorgânicos As vantagens dessa técnica seriam: o fato de como o mercúrio poderia ser transformado em formas menos tóxicas e os contaminantes lançados na atmosfera poderiam ser sujeitos a uma degradação natural mais rápida e efetiva Dois exemplos seriam o Se e o Hg, que, pela associação com microrganismos, podem converter-se em forma metiladas, menos tóxicas ao meio ambiente

92 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Na fitoestimulação, ocorre a liberação de aminoácidos e polissacarídeos pela raiz, que caracteriza um estímulo para a atividade microbiana Esses compostos produzidos ainda têm a capacidade de degradar outros componentes do solo, conferindo à planta, muitas vezes, uma aptidão rizosférica para a biorremediação, por apresentar grande concentração de microrganismos, considerada uma excelente área para a degradação de compostos orgânicos Tais como substâncias químicas aromáticas hidrofóbicas (PHAs, BTEX e compostos derivados dos fenóis).

93 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Fitotransformação ou fitodegradação é uma técnica que também emprega o uso de raízes bem desenvolvidas porém utiliza a absorção com subsequente volatilização ou, então, a degradação de forma parcial ou completa, transformando o composto em menos tóxico A degradação implica na absorção direta do contaminante e numa degradação no interior das células vegetais por atividade enzimática específica, sendo aplicada para compostos orgânicos, como hidrocarbonetos.

94 REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS A biorremediação e a fitorremediação são tecnologias que estão emergindo rapidamente O potencial a longo prazo do uso dessas técnicas em muitos locais que necessitam descontaminação é evidente

95 REFERENCIAS -Nascentes, C. C.; Costa, L. M., Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 2011, p Acessado em 23/04/ Consultado em 23/04/ Consultado em 02/05/ Consultado em 02/05/ Consultado em 05/05/ Consultado em 05/05/ Consultado em 05/05/ cial.pdf Consultado em 07/05/ BAIRD, C., Química Ambiental, Bookman, 2002, p

96 REFERENCIAS - Consultado em 07/05/ Consultado em 07/05/ Consultado em 07/05/ Consultado em 07/05/ Consultado em 07/05/ Consultado em 08/05/ Vasconcellos, M. C., Pagliuso, D., Sotomaior, V. S., Fitorremediação: Uma proposta de descontaminação do solo, Estud. Biol., Ambiente Divers., 34(83), 2012, f Consultado em 15/05/2018