Intemperismo químico

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A argila de cor branca a creme produzida pela alteração do feldspato é a caulinita, cujo nome deriva de Gaoling, que é um morro situado no sudoeste da China, de onde ela foi extraída pela primeira vez. Os artesão chineses utilizavam-na pura, como matéria-prima na produção de cerâmica, muitos séculos antes de os europeus apropriarem-se dessa idéia no século XVIII.

Somente em climas áridos muitos rigorosos de alguns desertos e regiões polares, o feldspato mantém-se inalterado. Essa observação aponta a água como sendo o elemento essencial das reações químicas pelas quais o feldspato se transforma em caulinita. Esse argilomineral é um silicato de alumínio hidratado (isto é, que contém água na estrutura cristalina). Na reação em que a caulinita é produzida, o feldspato sólido sofre hidrólise (hydro significa “água” e lysis significa “afrouxar, deslocar a aderência”). O feldspato é fragmentado e, ao mesmo tempo, perde vários componentes químicos. A alteração é análoga à reação química que ocorre na preparação do café. O café sólido reage quimicamente com água quente para resultar numa solução – o café líquido. A reação extrai cafeína e outros componentes do café sólido, deixando como resíduo o pó usado. De modo análogo, a água da chuva infiltra-se no solo, alterando o feldspato dos fragmentos da rocha e deixando para trás a caulinita como resíduo.

Apenas a parte externa do sólido reage com o fluido, de sorte que, quando área superficial é aumentada, acelera-se a reação. Por exemplo, quando se tritura os grãos de café em partículas cada vez mais finas, aumenta-se a razão entre a área superficial e o volume dos mesmos. Quanto mais finos os grãos de café são moídos, mais rápida sua reação com a água e mais forte a bebida se torna. De modo similar, quanto menores os fragmentos dos grãos minerais e das rochas, maior a área superficial dos mesmos. A razão entre a área superficial e o volume, aumenta muito à medida que diminui a média do tamanho das partículas.

Dióxido de carbono, intemperismo e geossistema climático

A variação da concentração de dióxido de carbono na atmosfera leva a uma variação correspondente na taxa de intemperismo. Por exemplo, níveis mais altos de concentração de dióxido de carbono na atmosfera causam níveis mais altos também no solo, aumentando a taxa de intemperismo. Além disso, o dióxido de carbono, um gás-estufa, torna o clima da Terra mais quente e, assim, influencia o intemperismo. Este, por sua vez, converte dióxido de carbono em íons carbonato e, desse modo, leva ao decréscimo da quantidade de dióxido de carbono na atmosfera. Esse decréscimo, por fim, pode resultar num clima mais frio. Dessa forma, o intemperismo na superfície do grão de feldspato não deixa de estar relacionado com as causas das mudanças climáticas globais. À medida que mais e mais dióxido de carbono é consumido, acarretando esfriamento do clima, novamente há um decréscimo do intemperismo. Com isso, a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera volta a aumentar e o clima aquece-se de novo, completando-se o ciclo.

Na superfície terrestre, o ácido natural mais comum – e responsável pelo aumento das taxas de intemperismo – é o ácido carbônico (H2CO3). Esse ácido fraco forma-se quando o gás dióxido de carbono (CO2) contido na atmosfera dissolve-se na água de chuva:

dióxido de carbono (CO2) + água (H2O) ácido carbônico (H2CO3)[pic 3]

Em nosso cotidiano, estamos familiarizados com soluções de dióxido de carbono na água sob a forma de refrigerantes gaseificados. O engarrafador carbonata o líquido bombeando nele dióxido de carbono sob pressão. Uma grande quantidade de dióxido de carbono dissolve-se na bebida, tornando-a ácida. Quando se abre a garrafa, a pressão diminui e o gás dissolvido efervesce, saindo da solução e tornando-a menos ácida. A quantidade de dióxido de carbono dissolvido no líquido decresce à medida que o gás se transfere para o ar. Quando a quantidade de dióxido de carbono na bebida alcança aquela da atmosfera, não há mais efervescência do gás e a bebida torna-se “choca” e levemente ácida, como a água da chuva.

A quantidade de dióxido de carbono dissolvida na água da chuva é pequena porque há muito pouco gás carbônico na atmosfera. Cerca de 0,03% das moléculas da atmosfera terrestre são de dióxido de carbono. Contudo, essa quantidade tão diminuta é suficiente para fazer dele o quarto gás mais abundante, logo atrás do argônio (0,9%), do oxigênio (21%) e do nitrogênio (78%). A quantidade de ácido carbônico formada pela água da chuva é muito pequena, sendo de cerca de 0,0006 g/L. Com a queima de gasolina gás e carvão, aumentou a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera e, assim, levemente, também a quantidade de ácido carbônico na chuva.

A maior parte da acidez da chuva ácida, entretanto, não provém do dióxido de carbono, mas dos gases dióxido de enxofre e de nitrogênio, os quais reagem com a água para formar ácidos fortes como o sulfúrico e o nítrico, respectivamente. Esses ácidos são capazes de impulsionar mais o intemperismo do que o ácido carbônico. Vulcões e pântanos costeiros emitem para a atmosfera gases de carbono, enxofre e nitrogênio, mas, de longe a maior fonte é a poluição industrial.

Embora a água da chuva contenha apenas uma quantidade relativamente pequena de dióxido de carbono dissolvido (ácido carbônico), essa quantia é suficiente para alterar o feldspato e dissolver grandes quantidades de rochas em longos períodos de tempo. Podemos, a partir disso, escrever a reação química da alteração do feldspato com a água:

feldspato (2KAlSi3O8) + ácido carbônico (2H2CO3) + água (H2O)[pic 4]

caulinita dissolvida (Al2Si2O5(OH)4) + sílica dissolvida (4SiO2) + íons de potássio dissolvidos (2K+) + íons de bicarbonato dissolvidos (2HCO3-)

Essa simples reação do intemperismo ilustra os três principais efeitos químicos da decomposição de silicatos. Ela lixívia, ou leva em solução, cátions e sílica. Além disso, hidrata (ou adiciona água) os minerais e torna as soluções menos ácidas. Especificamente, o ácido carbônico na água da chuva auxilia no intemperismo do feldspato da seguinte maneira:

- Uma pequena proporção de moléculas de ácido carbônico ioniza-se, formando íons de hidrogênio (H+) e de bicarbonato (HCO3-) e, assim, torna as gotas da água da chuva levemente mais ácidas.

- A água levemente mais ácida dissolve os íons de potássio