Resfriamento global descoberto pelo MIT: argila tectônica retém carbono orgânico com eficiência

Uma argila com textura de acordeão chamada esmectita retém eficientemente o carbono orgânico e pode ajudar a amortecer o aquecimento global ao longo de milhões de anos.

MIT geólogos descobriram que um mineral argiloso no fundo do mar, chamado esmectita, tem uma capacidade surpreendentemente poderosa de sequestrar carbono ao longo de milhões de anos.

Sob um microscópio, um único grão de argila lembra as dobras de um acordeão. Estas dobras são conhecidas por serem armadilhas eficazes para carbono orgânico.

Origens tectônicas de argilas que capturam carbono

Agora, a equipa do MIT demonstrou que as argilas que aprisionam carbono são um produto da tectónica de placas: quando a crosta oceânica se esmaga contra uma placa continental, pode trazer à superfície rochas que, com o tempo, podem transformar-se em minerais, incluindo a esmectite. Eventualmente, o sedimento argiloso retorna ao oceano, onde os minerais prendem pedaços de organismos mortos em suas dobras microscópicas. Isso evita que o carbono orgânico seja consumido por micróbios e expelido de volta para a atmosfera como dióxido de carbono.

Ao longo de milhões de anos, a esmectita pode ter um efeito global, ajudando a resfriar todo o planeta. Através de uma série de análises, os investigadores mostraram que a esmectite foi provavelmente produzida após vários eventos tectónicos importantes nos últimos 500 milhões de anos. Durante cada evento tectônico, as argilas retiveram carbono suficiente para resfriar a Terra e induzir a subsequente era glacial.

As descobertas são as primeiras a mostrar que as placas tectônicas podem desencadear eras glaciais através da produção de esmectita que retém carbono.

Potencial presente e futuro da esmectita

Estas argilas podem ser encontradas hoje em certas regiões tectonicamente activas, e os cientistas acreditam que a esmectite continua a sequestrar carbono, proporcionando um amortecedor natural, embora de acção lenta, contra as actividades humanas de aquecimento climático.

“A influência destes minerais argilosos despretensiosos tem implicações abrangentes para a habitabilidade dos planetas”, diz Joshua Murray, estudante de pós-graduação no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. “Pode até haver uma aplicação moderna para essas argilas na compensação de parte do carbono que a humanidade colocou na atmosfera.”

Murray e Oliver Jagoutz, professor de geologia do MIT, publicaram suas descobertas em 30 de novembro na revista Geociências da Natureza.

Ligação entre tectônica e mudanças climáticas

O novo estudo dá continuidade ao trabalho anterior da equipa, que mostrou que cada uma das principais eras glaciais da Terra foi provavelmente desencadeada por um evento tectónico nos trópicos. Os pesquisadores descobriram que cada um desses eventos tectônicos expôs rochas oceânicas chamadas ofiolitos à atmosfera. Eles propuseram a ideia de que, quando ocorre uma colisão tectônica em uma região tropical, os ofiolitos podem sofrer determinados efeitos de intemperismo, como exposição ao vento, chuva e interações químicas, que transformam as rochas em diversos minerais, inclusive argilas.

“Esses minerais argilosos, dependendo dos tipos que você cria, influenciam o clima de diferentes maneiras”, explica Murray.

Na altura, não estava claro quais os minerais que poderiam resultar deste efeito meteorológico e se e como estes minerais poderiam contribuir diretamente para o arrefecimento do planeta. Assim, embora parecesse haver uma ligação entre as placas tectónicas e as eras glaciais, o mecanismo exacto pelo qual uma poderia desencadear a outra ainda estava em questão.

Com o novo estudo, a equipe procurou ver se o processo de intemperismo tropical tectônico proposto produziria minerais que retêm carbono, e em quantidades que seriam suficientes para desencadear uma era glacial global.

Estudos de Simulação

A equipe primeiro examinou a literatura geológica e compilou dados sobre as maneiras pelas quais os principais minerais magmáticos sofrem alterações ao longo do tempo e sobre os tipos de minerais argilosos que esse intemperismo pode produzir. Eles então trabalharam essas medições em uma simulação de intemperismo de diferentes tipos de rochas. que são conhecidos por serem expostos em colisões tectônicas.

“Depois, analisamos o que acontece a estes tipos de rocha quando se decompõem devido à meteorização e à influência de um ambiente tropical, e quais os minerais que se formam como resultado”, diz Jagoutz.

Em seguida, eles inseriram cada mineral “produto final” desgastado em uma simulação do ciclo do carbono da Terra para ver que efeito um determinado mineral poderia ter, seja na interação com o carbono orgânico, como pedaços de organismos mortos, ou com o inorgânico, em a forma de dióxido de carbono na atmosfera.

A partir dessas análises, um mineral teve presença e efeito claros: a esmectita. A argila não era apenas um produto naturalmente intemperizado da tectônica tropical, mas também altamente eficaz na captura de carbono orgânico. Em teoria, a esmectita parecia uma conexão sólida entre a tectônica e as eras glaciais.

Rastreando Argilas Antigas

Mas havia argila suficiente realmente presente para desencadear as quatro eras glaciais anteriores? Idealmente, os investigadores deveriam confirmar isto encontrando esmectite em camadas rochosas antigas que datam de cada período de arrefecimento global.

“Infelizmente, à medida que as argilas são soterradas por outros sedimentos, elas ficam um pouco cozidas, por isso não podemos medi-las diretamente”, diz Murray. “Mas podemos procurar suas impressões digitais.”

A equipe concluiu que, como as esmectitas são produtos de ofiolitos, essas rochas oceânicas também apresentam elementos característicos como níquel e cromo, que seriam preservados em sedimentos antigos. Se as esmectitas estavam presentes no passado, o níquel e o cromo também deveriam estar.

Para testar esta ideia, a equipa consultou uma base de dados contendo milhares de rochas sedimentares oceânicas que foram depositadas ao longo dos últimos 500 milhões de anos. Durante este período, a Terra passou por quatro eras glaciais distintas. Observando as rochas em torno de cada um destes períodos, os investigadores observaram grandes picos de níquel e crómio, e inferiram daí que a esmectite também devia estar presente.

Os efeitos significativos e de longo prazo da esmectita

Pelas suas estimativas, o mineral argiloso poderia ter aumentado a preservação do carbono orgânico em menos de um décimo de um por cento. Em termos absolutos, esta é uma quantia minúscula. Mas ao longo de milhões de anos, calcularam que o carbono acumulado e sequestrado da argila era suficiente para desencadear cada uma das quatro principais eras glaciais.

“Descobrimos que não é realmente necessário muito deste material para ter um efeito enorme no clima”, diz Jagoutz.

“Essas argilas também provavelmente contribuíram com parte do resfriamento da Terra nos últimos 3 a 5 milhões de anos, antes da participação dos humanos”, acrescenta Murray. “Na ausência do homem, essas argilas provavelmente estão fazendo diferença no clima. É um processo muito lento.”

“O trabalho de Jagoutz e Murray é uma bela demonstração de como é importante considerar todos os componentes bióticos e físicos do ciclo global do carbono”, diz Lee Kump, professor de geociências na Penn State University, que não esteve envolvido no estudo. “Os feedbacks entre todos estes componentes controlam as concentrações atmosféricas de gases com efeito de estufa em todas as escalas de tempo, desde o aumento e queda anuais dos níveis atmosféricos de dióxido de carbono até às oscilações da câmara de gelo para a estufa ao longo de milhões de anos.”

Aplicações potenciais e pesquisas futuras

As esmectitas poderiam ser aproveitadas intencionalmente para reduzir ainda mais as emissões de carbono do mundo? Murray vê algum potencial, por exemplo, para reforçar reservatórios de carbono, como regiões de permafrost. Prevê-se que o aumento das temperaturas derreta o permafrost e exponha o carbono orgânico há muito enterrado. Se as esmectitas pudessem ser aplicadas nessas regiões, as argilas poderiam impedir que esse carbono exposto escapasse e aquecesse ainda mais a atmosfera.

“Se você quiser entender como a natureza funciona, você precisa entendê-la na escala mineral e de grãos”, diz Jagoutz. “E este é também o caminho a seguir para encontrarmos soluções para esta catástrofe climática. Se você estudar esses processos naturais, há uma boa chance de você tropeçar em algo que será realmente útil.”

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pela National Science Foundation.