p Pirita, ou ouro de tolo, é um mineral comum que reage rapidamente com o oxigênio quando exposto à água ou ao ar, como durante as operações de mineração, e pode levar à drenagem ácida de minas. Pouco se sabe, Contudo, sobre a oxidação da pirita em rocha não minerada no subsolo. p Um novo, abordagem em várias escalas para estudar a oxidação da pirita no subsolo sugere que o fraturamento e a erosão na superfície definem o ritmo da oxidação, que, quando ocorre lentamente, evita a acidez descontrolada e, em vez disso, deixa para trás "fósseis" de óxido de ferro.

p "A oxidação da pirita é um problema geológico e ambiental clássico, mas sabemos pouco sobre a taxa de oxidação da pirita que ocorre nas rochas profundas, "disse Xin Gu, professor assistente de pesquisa no Instituto de Sistemas Ambientais e Terrestres da Penn State (EESI). "Quando a pirita reage com o oxigênio, ele libera ácido sulfúrico, que pode causar a drenagem ácida da mina, um sério problema ambiental em todo o mundo e especialmente aqui na Pensilvânia. "

p Quando exposto ao ar, como em uma mina, a pirita se oxidará totalmente em questão de anos, Disse Gu. Os microrganismos também podem se formar no mineral e acelerar a reação. O processo de oxidação ocorre rapidamente e permite o acúmulo de ácido sulfúrico. Contudo, se não for minado nas profundezas da superfície, os processos geológicos retardam a reação em dezenas de milhares de anos e evitam que o ácido se acumule.

p Os pesquisadores estudaram a oxidação da pirita no Susquehanna Shale Hills Critical Zone Observatory (CZO), financiado pela National Science Foundation. O Shale Hills CZO é um local de pesquisa florestal na Floresta do Vale de Pedra da Penn State que fica no topo de uma formação de xisto, um dos tipos de rocha mais comuns do mundo. Os pesquisadores reduziram as ferramentas de registro geofísico - instrumentos que podem enviar e receber sinais, ou até mesmo obter imagens de alta resolução - em furos de 7 centímetros de largura e rochas recuperadas de mais de 30 metros de profundidade para examinar o leito rochoso de xisto e identificar o quão profundo ou raso a pirita sofre intemperismo e fraturas no subsolo.

p A equipe estudou grãos de pirita e como eles se transformam em óxidos de ferro do tipo ferrugem usando microscópios especializados no Laboratório de Caracterização de Materiais da Penn State. Eles cortaram a rocha em fatias com menos de um décimo de polegada de espessura e colocaram as seções sob microscópios eletrônicos de varredura para obter imagens de suas microestruturas. Microscópios eletrônicos de transmissão de alta resolução, que usam feixes de elétrons para produzir imagens, ajudou os pesquisadores a estudar as microestruturas até pequenas feições cerca de 70 vezes mais finas do que um fio de cabelo humano.

p O exame das amostras permitiu aos pesquisadores identificar a zona subterrânea onde a pirita se oxida em um mineral de ferro do tipo ferrugem em uma escala muito fina, Disse Gu.

p Os pesquisadores relataram suas descobertas em uma edição recente da Ciência .

p A equipe descobriu 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 os microorganismos entrarem. Em paisagens como a da Pensilvânia 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 ocorrer, os pseudomorfos de pirita, o que significa que estruturalmente ele retém sua forma de framboesa, embora quimicamente tenha se transformado de sulfeto de ferro em óxido de ferro.

p "A quantidade e a velocidade com que a reação ocorre no subsolo explica por que a pirita é substituída por esses fósseis de óxido de ferro perfeito, '"disse Susan Brantley, distinto professor de geociências e diretor do EESI.

p 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, inclusive em áreas com taxas de erosão mais rápidas. Também pode ajudar os cientistas a entender melhor como era a Terra antes do Grande Evento de Oxidação há 2,4 bilhões de anos, que permitiu que organismos mais complexos crescessem e evoluíssem.

p "O que Xin fez é extraordinário, "Brantley disse." Ele mostrou que a pirita oxida 30 pés ou mais abaixo da superfície da terra para formar cristais que são réplicas perfeitas do grão de pirita original. Ele também mostrou que essa compreensão mais profunda da pirita pode revelar informações sobre por que a pirita ainda era preservada na superfície terrestre na Terra primitiva, quando o oxigênio estava presente em concentrações mais baixas na atmosfera. "

p O Observatório da Zona Crítica de Shale Hills é o melhor lugar para realizar este tipo de trabalho, de acordo com Gu.

p “Temos especialistas de diversas áreas que estão trabalhando em diferentes aspectos dessa bacia hidrográfica, como hidrologia, erosão, solos, biota e perfis de intemperismo, "disse ele." Se conduzirmos o estudo em uma escala ou de uma perspectiva disciplinar, teríamos perdido grande parte da história. Nossa abordagem interdisciplinar nos permite entender melhor o que está acontecendo aqui. "