Comportamento geoquímico do Ferro

Extraído de ALBARÈDE, Francis. Geoquímica: uma introdução. São Paulo: Oficina de Textos, p. 342-345.

•        Formas mais comuns: Fe⁰, Fe²⁺, Fe³⁺.

•        Isótopos estáveis: 54 (5,9%) , 56 (91,72%), 57 (2,1%) e 58 (0,28%).

•        Peso atômico: 55,847.

•        Complexos em água: hidróxidos e cloretos.

•        É um elemento refratário e siderófilo.

O ferro é o elemento mais abundante na Terra. É também o elemento mais importante do núcleo, tanto no núcleo interno sólido como no externo líquido, cuja convecção gera o campo magnético terrestre.

No núcleo, ocorre na forma metálica Fe⁰. No manto, está na forma Fe²⁺. O ferro ferroso substitui o Mg2+ na maioria das fases minerais silicáticas. O ferro é, após o Si e o Mg, o cátion mais abundante no manto. No manto superior está presente na olivina, piroxênio, granada e anfibólio.

Nas rochas igneas e na crosta, o Fe²⁺ está presente no anfibólio e na biotita, juntamente com Fe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺ e Ti⁴⁺ em minerais da classe dos óxidos.

O Fe³⁺ acomoda-se facilmente nos sítios tetraédricos dos feldspatos e é por esse motivo que os granitos se tornam avermelhados quando afetados por intemperismo incipiente. Quando exposto á atmosfera ou à água do mar em baixa temperatura, oxida-se para Fe³⁺.

Ocorre em diferentes formas de óxidos e hidróxidos (goethita, hematita, limonita), abundantes em solos, sedimentos e em nódulos ferromagnesianos e concreções do fundo do mar.

Compostos orgânicos contêm proteínas ricas em Fe com diferentes funções, principalmente o transporte de oxigênio nas células (porfirinas). A concentração de Fe na água do mar é bastante baixo, por causa da baixa solubilidade dos hidróxidos.

A maioria dos basaltos contém de 10 a 12% em peso de FeO total, e os granitos, de 3 a 4% desse óxido. Cerca de 15% em peso do ferro presente em basalto estão presentes como Fe³⁺.

O comportamento do ferro na interação água-rocha pode ser compreendido a partir das diferentes propriedades do Fe²⁺ e Fe³⁺ em solução. Apesar de o Fe³⁺ ser fortemente complexado pelo íon Cl, sua concentração é em parte limitada pela solubilidade dos hidróxidos do ferro férrico.

Por outro lado, o Fe²⁺ é altamente solúvel: enormes quantidade de ferro podem ser transportadas em condições redutoras e precipitar-se quando as condições se tornam mais oxidantes. Enormes quantidades de ferro podem ser transportadas em condições redutoras e precipitar-se quando as condições se tornam mais oxidantes. Esse é o caso das soluções hidrotermais das fumarolas oceânicas atuais e dos sedimentos metalíferos arqueanos, que formaram as formações ferríferas bandadas (BIFs), os quais representam as maiores fontes de minério de ferro. A baixa pressão parcial de O na atmosfera antiga permitiu o transporte por longa distância do ferro ferroso, até que as mudanças nas condições de oxidação desencadearam enormes processos de precipitação de hidróxido de ferro. Como a atmosfera atual é mais rica em O, o ferro é mantido na sua forma férrica.

O intemperismo da crosta continental produz hidróxidos de ferro como resíduo sólido, que pode ser transportado pelos rios para o oceano como carga sólida em suspensão. Alguns desses hidróxidos estão na forma de coloides (<0,45 micrômetros). Como a superfície específica dos colóides é grande, eles adsorvem elementos de alta carga, como alguns elementos de transição (Cr³⁺), elementos terras-raras (³⁺), urânio, tório. Quando os rios chegam ao mar, nos estuários, as propriedades da mistura se alteram, ocorrendo a floculação e a precipitação das partículas juntamente com os argilominerais nos sedimentos estuarinos; nesse processo, uma grande fração de elementos de alta carga é capturada antes de chegar ao oceano.

O ferro é introduzido no oceano principalmente por partículas de goethita e limonita em suspensão na atmosfera, transportadas pelos ventos desde as regiões áridas (Saara, Gobi). Seu perfil de concentração na água do mar é incomum (apenas reproduzido pelo cobalto). A concentração decresce do topo para a base, em decorrência da progressiva dissolução das partículas vindas da atmosfera.

O ferro tem um papel importante no controle da produtividade biológica do oceano e, em virtude do consumo de CO₂ pelo fitoplâncton, no controle do efeito estufa e do clima. Alguns cientistas defendem que o ferro, que é um micronutriente indispensável para a atividade biológica, está normalmente disponível em quantidades limitadas na superfície nas águas superficiais do oceano. Neste cenário, o fornecimento de partículas de Fe através da atmosfera poderia fertilizar o mar de modo mais eficiente, durante os períodos secos, e rapidamente capturar parte do CO₂ atmosférico.

O comportamento do ferro na interface entre a água do mar e a crosta oceânica também representa um conjunto importante de processos geoquímicos. Com a circulação de água do mar pela crosta oceânica fraturada, o Fe²⁺ basáltico é oxidado para Fe³⁺ com o respectivo consumo do O₂ em solução e, posteriormente, pela redução de SO₄^2- da água do mar para S^2-. Na diagênese, um processo distinto ocorre nas camadas pobres em oxigênio, abaixo da camada bioturbada: a redução biológica de SO₄^2- para sulfeto S^2-, que altera as condições locais de oxirredução. Os hidróxidos de ferro férrico (como os que compõem os nódulos de ferro e manganês) são reduzidos para Fe²⁺, que se precipitam juntamente com S^2- na forma de pirita (Fe₂S), comumente presente em sedimentos reduzidos.