Segunda Avaliação

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
Centro de Ciências Agrárias - Departamento de Ciências do Solo
PPG em Ciência do Solo
Ano/Semestre: 2020/02	Professora: Mirian Costa
2ª AVALIAÇÃO RECUPERAÇÃO DE ÁREAS DEGRADADAS - AKP 8006 
04/02/2021 
Aluna: 
1. Redija um texto justificando a importância de estudar a degradação ambiental causada pela mineração (1,0 ponto). 
R: A atividade mineradora é uma das principais atividades econômicas, principalmente no Brasil, com destaque para a extração de petróleo e carvão mineral. De acordo com o Instituto Brasileiro de Mineração, o setor faturou em 2019 153,4 bilhões de reais. Além disso, 37 substâncias metálicas foram responsáveis por 80% do valor total da produção obtida. Nesse contexto, observa-se que essa atividade é um dos pilares que sustentam a industrialização e a urbanização, a partir da produção e do fornecimento de insumos aos setores industriais (cerâmicas, combustíveis fósseis construção civil, farmacêutica/cosméticos, joalheria, eletrônicos, etc.).
 Entretanto, à medida que o setor se desenvolve economicamente, no âmbito ambiental a degradação é uma consequência eminente, representada pela remoção da vegetação em todas as áreas de extração; contaminação dos solos e recursos hídricos; proliferação de processos erosivos; poluição do ar; poluição sonora; mortandade de peixes em áreas poluídas; evasão forçada de animais silvestres; impactos na paisagem; intensos desmatamentos; drenagem ácida de rochas, entre outros. 
Além disso, observa-se frequentemente o equívoco do setor ao desenvolver a atividade em áreas sensíveis, importantes para a manutenção da biodiversidade, dos recursos naturais e hídricos e da paisagem, justificadas como sendo de baixo impacto ambiental. Deve-se considerar também os intensos impactos provocados na paisagem e na saúde dos indivíduos envolvidos, resultantes da poluição sonora, do ar, da água e do solo. 
Nesse cenário, é importante que o setor seja estudado e avaliado de maneira minuciosa, uma vez que a sua exploração pode ocasionar graves problemas ambientais de difíceis soluções e que necessitam de altos investimentos para recuperação. Portanto, deve-se entender os fatores e as consequências dessa atividade objetivando-se desenvolver e implementar metodologias que previnam e mitiguem os impactos em questão, bem como, recuperem as áreas afetadas. Associado a isso, deve-se considerar os efeitos sociais, econômicos e ambientais, afim de empregar um planejamento mais completo e condizente com as particularidades da área, evitando riscos à saúde da comunidade e ao meio ambiente.
2. Sobre a drenagem ácida de rochas, responda: (1,0 ponto) 
a) O que é? 
R: A drenagem ácida de rochas corresponde a solução ácida gerada a partir da reação de oxidação de minerais sulfetados, rejeitos principalmente das atividades mineradoras, quando submetidos a presença de água. A oxidação leva a drenagem ácida quando o processo for intensificado e o material ácido escoado. Assim, a solução obtida atua como elemento lixiviante dos demais minerais presentes, originando um composto rico em metais pesados e ácido sulfúrico. Esse percolado pode contaminar o solo e diversos corpos hídricos tornando-os impróprios para a utilização.
b) Em que tipo de atividade pode ocorrer? 
R: Em atividades mineradoras de ouro, cobre, prata, chumbo, zinco, níquel, carvão (pirita dentro do carvão), bauxita, ferro, manganês e urânio (alguns casos). No processo de exploração da mina, pode ocorrer a partir dos cortes de estradas e escavação de drenos, escavações subterrâneas; pontos abertos da mina, escoamentos do material estocado, escoamentos do material residual empilhado. Além dessas atividades, acontece nas áreas de carcinicultura (abertura de tanques em solos tiomórficos), de empréstimos e nos cortes de estrada.
c) Quais fatores determinam sua ocorrência? 
R: 2.1 Quantidade e natureza do material sulfídrico presente na área: materiais que são associados a origem lacustre (de lagos), como o carvão, possuem menos S, já materiais de origem marinha possuem mais S.
2.2. Tamanho das partículas de FeS2: Piritas com diâmetro entre 5 e 10 µm resultam em uma drenagem ácida inexpressiva, já piritas com diâmetro menor que 0,25 µm geram maior drenagem ácida. Além disso, quando a pirita está associada com algum metal, presente em granulometria grosseira, a área de superfície é aumentada no processo de escavação e trituração da rocha, potencializando o processo de drenagem ácida.
2.3. Presença e proximidade de rochas calcárias: O calcário é o principal agente responsável por neutralizar a acidez gerada na drenagem ácida. Quando não há presença de rochas com esse material, a drenagem ácida é facilitada. 
3.4. Presença da pirita acima ou abaixo do lençol freático. Quando a pirita está localizada acima a oxidação é catalisada por bactérias, ocorrendo também de maneira mais rápida em rejeitos com granulometria mais fina (menor superfície específica facilita o processo). Já quando a pirita está localizada abaixo, a oxidação ocorre de maneira mais lenta devido a indisponibilidade de oxigênio livre.
3. Explique porque a formação ácida pode continuar ocorrendo mesmo na ausência de oxigênio para oxidar o material sulfídrico. (1,0 ponto)
R: Porque a oxidação pode ocorrer de forma indireta a partir da presença do o íon férrico Fe3+ em solução. Para que essa reação ocorra de maneira acelerada é necessário existir uma concentração suficiente de Fe3+. À medida em que o Fe3+ presente no sistema é consumido, a velocidade de oxidação decresce e passa a ser dependente da velocidade de produção desse íon. Além de ser dependente do pH, essa reação é afetada também pela ação de bactérias, em especial as do tipo Thiobacillus Ferrooxidans. Em valores baixos de pH as bactérias Thiobacillus Ferrooxidans podem acelerar a produção de Fe3+ em mais de cinco vezes em relação aos sistemas puramente abióticos.
4. Como pode ser feita a previsão da drenagem ácida de rochas? Explique. (1,0 ponto) 
R: As técnicas de previsão podem ser realizadas através de métodos estáticos e dinâmicos. Os métodos estáticos apresentam observações sobre o manuseio, preparo e armazenamento, recomendando que após a coleta as amostras sejam acondicionadas em recipientes hermeticamente fechados, resfriadas em (< 4oC) até chegar no laboratório. Consistem, portanto, em ensaios laboratoriais de bancada, no qual são realizadas análises químicas do substrato afim de identificar a presença de material sulfídrico e calcário. A partir desses dados, é possível calcular o potencial de geração ácida, alcalina e o balanço ácido-base dos rejeitos da atividade mineradora. Esses testes requerem um período relativamente curto de tempo e apresentam baixo custo. Entretanto, não consideram as diferenças entre as taxas de dissolução de minerais produtores de ácido e neutralizadores do mesmo. 
Os testes dinâmicos são empregados afim preencher possíveis falhas dos testes estáticos, por isso, buscam imitar as condições e os processos do próprio ambiente. Essa metodologia submete o material a lixiviação em colunas por aproximadamente dez semanas, e o produto resultante a diversas análises afim de determinar o pH, os teores de SO42-, de Fe e de metais pesados. Como vantagem, demonstra a dinâmica do processo de oxidação, entretanto, necessita de tempo e investimento financeiro maiores.
5. Em testes estáticos de previsão da drenagem ácida de rochas, qual o objetivo de fazer a extração de metais usando água régia, Mehlich 1, EDTA e água deionizada? (1,0 ponto) 
R: Os valores obtidos pelo extrator água régia fornecem estimativas dos teores totais dos elementos (70 a 90 % do conteúdo total de elementos traços); Mehlich-1 e EDTA extraem teores trocáveis ou a fração dos elementos que estão disponíveis às plantas; Água deionizada extrai apenas os teores solúveis sujeitos à lixiviação.
6. Quais medidas podem ser tomadas para prevenir, minimizar e interceptar a drenagem ácida de rochas? Discorra sobre as potencialidades e limitações dessas medidas. (1,0 ponto)	
R: 6.1 Sistematizaçãoda superfície do terreno a partir da organização do rejeito em pilhas de estéreis. Entretanto, se essa estruturação ocorrer por longos períodos de tempo sem haver o devido processamento, pode haver o escoamento do material residual e consequentemente a contaminação da área.
6.2 Cobertura com material de baixa permeabilidade visando proporcionar o selamento da pilha de resíduos, reduzir a infiltração de água e a entrada de O2. Entretanto, destaca-se a indisponibilidade de argila para uso como selante. Nesse caso, pode-se optar pela utilização de membranas impermeáveis, ocasionando maior dispêndio financeiro devido ao seu alto custo.
6.2 Locação preferencial dentro da pilha de estéreis visando reduzir a acidez da pilha e a incidência da drenagem ácida, ao realocar o material com maior potencialidade de causar acidez para a parte interna da pilha. Entretanto, no início da exploração da mina, quando ocorrem principalmente pilhas de rejeitos menores, há maior produção de material com alto potencial de gerar acidez.
6.3 Compactação da área a partir construção de barreiras geoquímicas, afim de reduzir a permeabilidade e as fendas que facilitam a drenagem ácida. Entretanto, esse processo pode prejudicar o desenvolvimento do sistema radicular das plantas, reduzindo o seu crescimento e a manutenção do reflorestamento.
7. Quais as medidas possíveis para tratamento da drenagem ácida de rochas? Discorra sobre suas potencialidades e limitações. (1,0 ponto) 
R: As medidas de tratamento da drenagem ácida de rochas envolvem a neutralização da acidez do solo, associada com a precipitação e imobilização das espécies dissolvidas. Além do emprego de neutralizantes, destaca-se também a utilização de reações bioquímicas naturais. Ambos os métodos podem ser classificados em ativos e passivos.
Os principais agentes utilizados para a neutralização são o calcário (CaCO3), a cal virgem (CaO) e a cal hidratada (Ca(OH)2), sendo bastante eficazes na redução da acidez. Como principal desvantagem, destaca-se o produto originado da precipitação, uma lama com alto teor de metais e, em caso de redissolução, os metais anteriormente imobilizados podem ser transportados contaminando o meio ambiente. Os resultados da aplicação também dependem da dissolução do agente utilizado, associado com a velocidade de oxidação da pirita.
Os sistemas ativos são classificados como àqueles utilizam a energia mecânica para misturar os elementos neutralizantes com os efluentes da drenagem ácida. São comumente empregadas estações de tratamento contendo tanques agitados. Já os sistemas passivos promovem o tratamento através da passagem dos efluentes líquidos por dispositivos estacionários, inserindo nessa etapa as substâncias neutralizantes (sistemas passivos abióticos), ou incitando as reações bioquímicas (sistemas passivos bióticos). Os tratamentos passivos bióticos podem ser realizados em áreas inundadas classificadas em aeróbias ou anaeróbias.
Áreas aeróbicas: Consistem em grandes superfícies com pequena lâmina de água, na qual existe a atuação principalmente de bactérias aeróbias. A oxidação é favorecida devido a pequena profundidade, contribuindo com a precipitação na forma de hidróxidos. Já as áreas anaeróbicas consistem em superfícies maiores de substrato orgânico com uma lâmina de água também maior. O substrato em questão contribui com a ocorrência de processos químicos e microbiológicos que elevam o pH, consomem oxigênio, reduzem a quantidade de sulfato e geram alcalinidade. 
8. Quais as maiores limitações para revegetar substratos contendo material sulfídrico? Quais as alternativas para viabilizar essa revegetação? (1,0 ponto)
R: No processo de redução da drenagem ácida de rochas, estimulam-se condições físico-químicas que não são ideais para o desenvolvimento do sistema radicular. Assim, a manutenção de uma camada selante, associada a altas doses de calcário, compactação, desequilíbrios químicos e elevada condutividade elétrica dificultam o crescimento e das plantas. Em contrapartida, se as plantas começarem a se desenvolver mesmo nessas condições, o crescimento das raízes tende a ocasionar a formação de canais que aumentam a concentração de O2 no substrato, elemento que pode contribuir com a drenagem ácida, a partir da oxidação do material sulfídrico.
Como possível solução para esse impasse, pode-se optar pela utilização de um substrato composto por duas camadas de diferentes materiais: uma selante de maior espessura (>50cm) posicionada sobre o material sulfídrico dificultando a sua oxidação, e outra mais superficial com características que permitam o desenvolvimento de plantas condicionadores e melhoradores de solo. 
Além disso, dependendo do potencial de geração ácida (quando se observa equilíbrio no balanço ácido-base) pode haver a revegetação da área sem o uso da camada superficial, tão limitante ao desenvolvimento das raízes. Nesse caso, recomenda-se a utilização de espécies arbóreas com menor capacidade de penetrar substratos compactados, uma vez que podem ser favoráveis no processo de revegetação de substratos sulfetados.
Outra alternativa pode se basear na implementação de topossolos, ou seja, solos desenvolvidos através dos resíduos de outras atividades, que podem representar uma deposição segura e indicar melhoria no substrato. Nesse caso, indicam a melhor forma para o estabelecimento da camada superficial quando se é necessário.
9. Busque na literatura um artigo científico em revista com alto fator de impacto (diferente dos apresentados em aula e nos seminários) que trate do uso de tecnossolos para recuperação de áreas afetadas pela drenagem ácida de rochas. Informe a revista, o título o nome dos autores e faça uma análise crítica do artigo escolhido. (2,0 pontos)
R: Revista: Energy Geoscience; 
Título: Tecnossolos a partir de resíduos de carvão como estratégia para crescimento de plantas e controle ambiental; 
Autores: Beatriz A. Firpo; Jessica Weiler; Ivo AH Schneider.
A utilização dos Tecnossolos apresenta-se como uma nova metodologia para restaurar paisagens degradadas pela mineração. Analisando o estudo em questão, a área escolhida foi destinada a exploração de carvão durante anos, acarretando impactos como drenagem ácida, perda de biohabitats, poluição da água e degradação do solo. A metodologia mitigadora mais comum seria cobrir o solo com uma camada impermeável seguida por outra mais superficial, afim de evitar a drenagem ácida e a erosão, mas permitindo o crescimento das plantas.
Entretanto, esse trabalho consistiu em utilizar os próprios resíduos de carvão transformando-os em substrato específico, ou Tecnosolo, destinado para a reabilitação e revegetação da área. Associado a ele foram inseridos a cinza de casca de arroz (para melhorar as propriedades física e química do solo, devido a sílica presente), a escória de aço (afim de afim ajustar o pH, neutralizar a acidez residual e controlar a drenagem ácida) e o lodo de esgoto (para elevar a disponibilidade de nutrientes devido ao alto teor de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo no solo). As culturas utilizadas no experimento foram cinco plantas de aveia torta (Avena strigosa) por recipiente, durante o inverno, cortadas próximo ao final do ciclo; e uma planta de milho (Zea mays ) em cada recipiente, durante o verão, também cortada quase no final do ciclo. Todas as plantas foram mantidas em casa de vegetação e irrigadas com água deionizada por osmose reversa
Os resultados obtidos indicaram a formação de um substrato com pH e níveis de nutrientes adequados para o desenvolvimento das culturas, instalação da cobertura vegetal e reabilitação das áreas sujeitas a disposição de rejeitos de carvão. Além disso, demonstraram um teor de metal aceitável quando aplicado como solo superficial. O composto formado pelo carvão, casca de arroz, escória e lodo também diminuem a necessidade de solo nativo da área de empréstimo, reduzem a exposição dos rejeitos aos processos erosivos e a formação de drenagem ácida de mina (que seria reduzida de alguma forma devido à manutenção de neutralidadepor adição de escória).
Nesse contexto, acredito que essa metodologia seja bastante inovadora e acessível, uma vez que visa reaproveitar diversos resíduos da atividade mineradora para resolver os próprios problemas ocasionados. As misturas apresentadas podem ser empregadas em áreas sem solo superficial ou onde há solo superficial permitindo a inserção de uma cobertura vegetal que auxilie na reabilitação de áreas sujeitas à disposição de rejeitos. Além disso, o tecnossolo gerado proporcionou melhorias nas características físicas, químicas e biológicas do solo. Com relação a utilização da escória como estratégia mitigadora, seria interessante realizar outros experimentos em campo para a avaliar o seu potencial de atuação em um ambiente com características não controladas.