terça-feira, 3 de março de 2009

O caso do Lago Nyos


Parece um filme de terror, mas é um fato.

No dia 21 de agosto de 1986, às 19h30, a comunidade que habitava a região próxima ao lago Nyos, no noroeste dos Camarões, África, teve seu sossego perturbado por uma série de ruídos estranhos. Aproximadamente no mesmo horário uma nuvem branca se formou sobre a superfície do lago, permanecendo ali. Pouco depois, e sem aviso, uma bolha gigantesca emergiu violentamente das profundezas do lago, lançando suas águas a mais de 50 metros de altura. Em questão de segundos toda a população das redondezas, em um raio de 25 km a partir do lago, estava inconsciente. Algum tempo depois, algumas pessoas ainda estavam inconscientes, mas outras 1700 pessoas, bem como a maioria do gado que era criado ali, morreram.

O Monstro do lago Nyos? Não. Uma substância química.

Esta tragédia misteriosa e sem precedentes se tornou alvo de intensas investigações científicas. Muitos detalhes relacionados ao acontecimento ainda não estão claros, mas se sabe que a morte daquelas pessoas está associada à liberação de mais de 240 000 toneladas de dióxido de carbono (gás carbônico, CO2) das águas do lago. O gás carbônico é mais denso que o ar, e ficou próximo ao solo, onde as pessoas respiravam.

O cenário

O lago Nyos tem uma área superficial de 1,48 km2 e uma profundidade de 210 metros, em forma de cone com o fundo chato. Formas naturais de aeração permitem a entrada contínua de gás carbônico, que se dissolve na água. Toda a água do lago tem capacidade de manter dissolvido aproximadamente 1,5 km3 de CO2. Fazendo-se as contas com a taxa de aeração do lago e a capacidade, tem-se que em pouco mais de 20 anos, o lago estaria saturado, ou seja, todo o gás carbônico que se conseguiria dissolver no lago estaria lá, dissolvido na água.

As causas

As causas da liberação ainda não geraram unanimidade. Uma teoria muito aceita é uma chuva fria que havia caído por muitos dias no lago tivesse aumentado a densidade das águas superficiais, fazendo com que elas fossem para o fundo, deslocando as águas profundas para o único lugar aonde elas poderiam ir: para cima. Quanto mais para cima, dentro do lago, menor a coluna de água acima e, assim, menor a pressão. Quanto menor a pressão, menos gás é possível se dissolver em um líquido. Por isso que quando você abre uma garrafa de refrigerante, as bolhinhas se formam no líquido, sobem para superfície e saem dele. Por que você liberou a pressão que estava lá dentro, forçando o gás a ficar dissolvido no líquido[1].

À profundidade de 200 m, o máximo calculado que se consegue dissolver de CO2 na água é 0,620 mol/L. A concentração real que havia a essa profundidade era 0,475 mol/L, e 0,475 mol/L é a concentração de saturação à profundidade de 150 m. Ou seja, qualquer água que estivesse a 200 m, caso subisse para profundidades menores que 150 m, liberaria o CO2 em forma de gás. Por isso, acredita-se que o movimento da água fria descendo foi suficiente para deslocar a água mais profunda o pouco necessário para a liberação de uma quantidade enorme de gás. Afinal de contas, 50 m não é exatamente uma grande distância.

A química analítica do desastre

Você lembra das aulas de oxirredução? Pois bem, vamos fazer uma revisão super-hiper-ultra-mega-bombasticamente rápida! Na verdade, voltada ao que interessa aqui. O oxigênio é um agente oxidante[2], certo? Por isso que quando deixamos um prego exposto muito tempo ao ar, ele enferruja, porque o oxigênio do ar o oxida, formando óxido de ferro (ferrugem).

Muito bem. Na água de um lago, não temos só água e gases dissolvidos. Temos também diversas outras espécies, em diversos estados de oxidação. Uma dessas espécies é o ferro, presente muitas vezes como bicarbonatos e sulfitos de ferro. Os estados mais comuns do ferro são Fe(II) e Fe(III) (+2 e +3). O mais oxidado é o +3 (que perdeu 3 elétrons).

Agora vamos tratar do oxigênio dissolvido no lago. Quanto "mais rasa" a água, maior seu contato com a atmosfera e a probabilidade de oxigênio se dissolver nela. Assim, quanto menor a profundidade, mais oxigênio dissolvido na água.

Agora temos tudo para deduzir um fato interessante que ocorreu juntamente com o lançamento da bolha. Considerando que:
  • o ferro está presente na água nas suas duas formas mais comuns de oxidação, +2 e +3;

  • quanto mais profunda a água, menos oxigênio dissolvido, e

  • o oxigênio é um agente oxidante

O que esperamos com relação à formas do ferro presentes em certas profundidades? Esperamos que a forma mais oxidada do ferro, o Fe(III), esteja mais presente nas águas mais rasas (ambiente oxidante), e a mais reduzida, o Fe(II), mais presente nas águas profundas (ambiente redutor). Lembre-se que estamos falando de formas dissolvidas, ou seja, o ferro metálico (Fe0) não entra no jogo.

Então o que aconteceria com o ferro dissolvido em água mais profundas caso essa água de repente fosse para a superfície? Ele se oxidaria. E foi o que aconteceu. O ferro, presente como bicarbonato, reage com o oxigênio, se oxidando, e depois reage com a água, formando hidróxido de ferro (III) (Fe(OH)3), que é vermelho. E foi assim que o lago ficou (antes e depois na figura abaixo), com uma cor marrom-ferrugem.



Errar uma vez é humano...

Para evitar que isso volte a acontecer (afinal de contas, a aeração do lago nunca para) hoje se realiza um projeto de retirada do excesso de gases dissolvidos do lago Nyos. O projeto de chama Degassing Nyos (seria algo como "desgasificando" Nyos). O que se faz é puxar água do fundo do lago, através de um tubo, com uma pequena bomba. Se puxa a água até uma certa altura em que a pressão não seja mais suficiente para manter o CO2 dissolvido. Então, se formam bolhas, e as próprias bolhas continuam por arrastar a água para cima, sem necessidade da bomba.
No site do projeto pode-se até acessar uma webcam, com a qual de tempos em tempos eles tirar uma foto do lugar.

Até mais povo!

Notas

[1] Tema para um post futuro.
[2] Um agente oxidante é aquele que retira elétrons da outra espécie química.





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