As reações químicas no fundo do solo afetam a qualidade da água, mas os métodos para “vê-las” são demoradas, caras e de escopo limitado. Uma equipe de pesquisa liderada pela Penn State descobriu que as ondas sísmicas podem ajudar a identificar essas reações sob uma bacia hidrográfica inteira e proteger os recursos hídricos subterrâneos.
“Um grande percentual da população obtém sua água potável das águas subterrâneas, então precisamos proteger esse recurso valioso”, disse Susan Brantley, professora de geociências e diretora do Instituto de Sistemas Terrestres e Ambientais (EESI) da Penn State. “Neste ponto, no entanto, não sabemos onde está a água ou como ela se move na subsuperfície, porque não sabemos o que há lá embaixo. Neste estudo, usamos ondas sísmicas geradas pelo homem – semelhantes às ondas de terremotos – olhar sob a superfície “.
Os testes geoquímicos tradicionais envolvem a perfuração de um poço de 3 a 4 polegadas de diâmetro no solo, coletando amostras de solo e rocha e retificando e analisando a composição química das amostras em laboratório.
O processo é caro e trabalhoso, e só revela as informações geoquímicas para esse ponto específico em uma bacia hidrográfica em vez de toda a bacia hidrográfica, disse Xin Gu, pesquisador de pós-doutorado na EESI.
“Neste estudo, tínhamos a vantagem de ter perfurado poços anteriormente, então sabíamos em que profundidades as mudanças geoquímicas acontecem”, disse Gu. “Também tínhamos os materiais dos poços, por isso conhecíamos a abundância mineral e a composição dos elementos. Aqui tentamos expandir nosso conhecimento fazendo geofísica, que é relativamente mais eficiente”.
Os pesquisadores registraram instrumentos baixados que podem enviar e receber sinais, ou mesmo tirar imagens de alta resolução, de um poço – um poço de 115 metros de profundidade perfurado no fundo do vale no Observatório da Zona Crítica de Susquehanna Shale Hills, financiado pela NSF, uma floresta local de pesquisa na Stone Valley Forest, em Penn State, que fica no topo da formação de xisto de Rose Hill.
Usando uma ferramenta de registro sísmico, os pesquisadores mapearam o subsolo. A ferramenta de registro envia uma onda sísmica e registra a velocidade da onda, ou a rapidez com que ela se move, à medida que se afasta da ferramenta, explicou Gu. Os pesquisadores baixaram a ferramenta de perfilagem no poço e fizeram medições quando ela voltou à superfície. Velocidades mais rápidas indicaram que as ondas viajavam através de rochas sólidas ou onde os poros das rochas desgastadas pelo tempo estão cheios de água. Velocidades mais baixas indicaram que as ondas viajavam através de rochas intempéries com poros cheios de ar ou solo próximo à superfície.
A equipe de pesquisa assimilou as informações em um modelo de física das rochas que determinava a alteração da composição, a porosidade e a saturação da rocha para explicar as velocidades medidas.
Eles descobriram que reações químicas simples entre água e argila causavam pequenas mudanças que as ondas sísmicas podiam “ver”, de acordo com Brantley. As mudanças ajudaram os pesquisadores a entender onde a água abre os poros no subsolo. Eles relatam suas descobertas hoje (27 de julho) nos Anais da Academia Nacional de Ciências.
Os pesquisadores também descobriram pequenas bolhas de gás nas águas subterrâneas que eles especulam ser dióxido de carbono profundo produzido pela respiração microbiana e reações minerais no subsolo. Os micróbios do solo produzem dióxido de carbono como subproduto da respiração, assim como os humanos quando expiram. Quando a água passa pelo solo a caminho do lençol freático, ela pode transportar esse dióxido de carbono, disse Gu.
Existem dois minerais muito reativos comumente encontrados no xisto – minerais de pirita e carbonato, acrescentou. Quando a pirita interage com a água, ela oxida e gera ácido sulfúrico. O ácido pode interagir com o carbonato, uma base que neutraliza o ácido, mas gera dióxido de carbono no processo. Esse dióxido de carbono pode ocupar espaço de poros em certas profundidades, mesmo sob o lençol freático, explicou Gu.
Os pesquisadores corroboraram seus resultados com dados extraídos de furos de vales e vales perfurados e registrados em 2006 e 2013, respectivamente. Eles também o compararam a modelos bidimensionais, mostrando como as velocidades mudam no subsolo. Os modelos 2-D foram criados usando ondas sísmicas geradas atingindo uma placa de alumínio com uma marreta e registrando as ondas em muitos locais ao longo da superfície.
“A imagem geofísica é uma ferramenta bastante poderosa”, disse Gu. “Dos furos, sabemos como a velocidade muda com a profundidade, das medições de laboratório nos materiais principais, sabemos o que a mineralogia e a geoquímica mudam com a profundidade e, combinando esse conhecimento com os modelos sísmicos 2-D, podemos inferir como a mineralogia e a geoquímica mudam espacialmente através da bacia hidrográfica”.
O dióxido de carbono na água não representa um risco para a saúde, disse Brantley, acrescentando que é empolgante que os pesquisadores possam “vê-lo” com ondas sísmicas sem ter sabido anteriormente que estava lá embaixo.
“Essas medidas e nossa capacidade de combinar observações geoquímicas e geofísicas nos ajudarão a entender a paisagem esculpida pela água nas rochas abaixo de nós”, disse ela.
Publicado em 28/07/2020 05h34
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