Em Oceanografia, a hipótese do ferro propõe que a baixa concentração do elemento ferro na água do mar é o fator limitante para o crescimento da biomassa do fitoplâncton nas áreas do oceano denominadas ANBC (alto nitrogênio, baixa clorofila) (do inglês HNLC, high-nitrogen, low-chlorophyll). Assim, um suprimento adicional do elemento ferro, na forma de pó, nas áreas ANBC, aumentaria a produção da biomassa fitoplanctônica, com consequências positivas tanto na produção de pescado, quanto na captura e armazenamento do dióxido de carbono (CO2) da atmosfera. Esta hipótese científica motivou uma série de experimentos em áreas selecionadas nos oceanos Austral, Pacífico e Atlântico entre 1993 e 2009. Empresas privadas, relacionadas à pesca industrial e ao mercado de créditos de carbono, tiveram um papel importante na implementação desses experimentos, entretanto há muita polêmica em torno desta hipótese. Alguns cientistas, organismos internacionais e entidades ambientalistas colocaram em dúvida parte dos resultados apresentados e alertaram para os riscos ambientais da fertilização dos oceanos em larga escala.
Histórico
O ferro é o quarto elemento químico mais abundante na crosta terrestre.Millero, F. J. Chemical Oceanography. (CRC Press, 2006). Ele é essencial para diversos processos metabólicos na maioria dos seres vivos, exercendo um papel fundamental na fotossíntese e nas funções respiratórias. Também é indispensável na catálise enzimática e nas reações de transferência de elétrons relacionadas a outras espécies químicas como dióxido de carbono, íons sulfato e formas inorgânicas do nitrogênio.Mulholland, D. S. et al. Iron isotope fractionation during Fe(II) and Fe(III) adsorption on cyanobacteria. Chem. Geol. 400, 24–33 (2015) Entretanto, o ferro é encontrado na água do mar em concentrações muito baixas, denominadas traço, ou seja, em concentrações menores que 1 parte por milhão (ppm). Em 1 tonelada de água do mar espera-se encontrar aproximadamente 0,05 miligramas do elemento químico ferro.
Na metade dos anos 1940, os cientistas passaram a considerar que alguns metais como zinco, manganês, cobre e ferro seriam potencialmente limitantes para o crescimento de algas na água do mar. Antes disso, coube ao biólogo inglês Joseph Hart, em 1930, o pioneirismo de especular a relação entre o ferro e a produção da biomassa planctônica.Morel, F. M. M. M., HUDSON, R. J. M. & Price, N. M. Limitation of productivity by trace metals in the sea. Limnol. Oceanogr. 36, 1742–1755 (1991) Somente no final dos anos 1980, a comunidade científica melhorou seu entendimento quanto à relação entre a produção primária dos oceanos e a limitação de nutrientes. Os cientistas John Martin e Steve FitzwaterMartin, J. H. & Fitzwater, S. E. Iron deficiency limits phytoplankton growth in the north-east Pacific subarctic. Nature 331–3, 341–343 (1988) sugeriram que a deficiência de ferro limita o crescimento do fitoplâncton no Pacífico Norte. James GribbinGribbin, J. Any old iron? Nature 331, 570 (1988) referiu-se a este trabalho e propôs a adição de ferro nos oceanos como estratégia de controle do efeito estufa, através da maior absorção de dióxido de carbono pela biomassa planctônica fertilizada.
A década seguinte começou com o oceanógrafo John Martin focando suas pesquisas no papel do ferro nos ciclos biogeoquímicos e, por extensão, na produtividade oceânica e nas mudanças do clima global, consolidando as bases para a hipótese do ferro.Martin, J. H. GLACIAL- INTERGLACIAL CO 2 CHANGE: THE IRON HYPOTHESIS. Paleoceanography 5, 1–13 (1990)Martin, J. H., Gordon, R. M., Fitzwater, S. E. & Martin, H. Iron limitation ? 36, 1793–1802 (1991) Seus experimentos em laboratório não foram suficientes para comprovar a hipótese do ferro porque processos naturais como produção e consumo do fitoplâncton não poderiam ser plenamente caracterizados nessa pequena escala. Então, experimentos em oceano aberto permitiriam testar a hipótese de maneira mais abrangente se a forma disponível do ferro na água do mar estivesse presente em quantidade suficiente na zona fótica. A resposta observada no primeiro experimento realizado no Pacífico equatorial mostrou rápida mudança na fisiologia do fitoplâncton seguida de um aumento na sua biomassa e produtividade (confirmando a hipótese), mas diversas outras questões permaneceram sem resposta exigindo novos experimentos.Cullen, J. J. Status of the iron hypothesis after the Open-Ocean Enrichment Experiment. Limnol. Oceanogr. 40, 1336–1343 (1995)
Fertilização do oceano com ferro
Entre 1993 e 2009 foram realizados, em mesoescala, 12 experimentos científicos de adição de ferro que mostraram a importância desse metal para a produção primária em aproximadamente um terço do oceano global. Em 11 áreas selecionadas para os experimentos, havia uma concentração superficial de micronutrientes permanentemente alta. Estas áreas são conhecidas na oceanografia por ANBC (alto nitrogênio, baixa clorofila). Um dos experimentos utilizou dois elementos químicos simultaneamente, fósforo e ferro, e foi realizado no Oceano Atlântico em uma área com baixas concentrações tanto de nitrogênio como de clorofila, ou seja, uma área BNBC.Boyd, P. W. et al. Mesoscale iron enrichment experiments 1993-2005: synthesis and future directions. Science 315, 612–617 (2007)
Os experimentos de adição de ferro no oceano revelaram que: (1) a concentração de ferro exerce um controle sobre a biomassa planctônica; (2) o sistema climático da Terra e os ciclos biogeoquímicos de alguns elementos químicos (por exemplo, carbono, nitrogênio e enxofre) são direta e indiretamente afetados pela concentração de ferro na água do mar; (3) a extrapolação dos resultados desses experimentos para outras escalas espacial e temporal é limitada pelos diferentes modos de suprimento do ferro e pelas diferenças ambientais entre os oceanos atuais e os paleoceanos. A maior parte dos 12 experimentos de adição de ferro foram conduzidos no verão (8) e o restante divididos nas estações da primavera e outono, em quatro regiões do oceano global. Nos dois primeiros experimentos conduzidos no Pacífico equatorial foram adicionados 450 kg de ferro, enquanto que no Pacífico Norte a quantidade variou entre 350 e 490 kg. As maiores quantidades de ferro foram adicionadas em localidades situadas nos oceanos Atlântico (1840 kg) e Austral (1700 a 2820 kg). Posteriormente, nos anos de 2009 e 2012 foram realizados dois experimentos de adição de ferro nos oceanos Austral e Pacífico Norte onde foram adicionados 20 e 120 toneladas de ferro, respectivamente.Lukacs, M. US businessman defends controversial geoengineering experiment. The Guardian (2012). Available at: https://www.theguardian.com/environment/2012/oct/19/geoengineering-canada. (Accessed: 6th November 2016)Lukacs, M. World’s biggest geoengineering experiment ‘violates’ UN rules. The Guardian (2012). Available at: https://www.theguardian.com/environment/2012/oct/15/pacific-iron-fertilisation-geoengineering. (Accessed: 6th November 2016) Este último experimento foi completamente financiado pela iniciativa privada, sem o envolvimento de universidades.
De modo geral, as áreas com águas mais quentes favoreceram o crescimento do fitoplâncton, sendo que somente as diatomáceas floresceram, revelando uma redução de suas necessidades de sílica com o aumento da concentração do ferro. Além disso, houve experimento em que a floração terminou rapidamente, com forte redução dos micronutrientes e mínima redução do dióxido de carbono na água.Watson, A., Law, C., Scoy, K. Van & Millero, F. Minimal effect of iron fertilization on sea-surface carbon dioxide concentrations. Nature 371, 143–145 (1994) Em outros experimentos, os resultados não foram conclusivos porque foram semelhantes à variabilidade natural do ferro na água do mar. Atualmente, estudos de campo e laboratório continuam buscando entender o protagonismo do ferro na produção do fitoplâncton e sua interação com outras variáveis físico-químicas como nitrogênio, cobre, manganês e luz, em diferentes níveis ambientais e escalas biogeográficas.Schoffman, H., Lis, H., Shaked, Y. & Keren, N. Iron–Nutrient Interactions within Phytoplankton. Front. Plant Sci. 7, 1–12 (2016)
Polêmicas em torno da fertilização dos oceanos com ferro
“Dê-me a metade de um navio-tanque carregado com ferro e te darei uma nova Era do Gelo”. Esta frase, atribuída ao falecido oceanógrafo John Martin, traduz o otimismo dos defensores da fertilização dos oceanos com ferro. Aparentemente, técnicas de geoengenharia poderiam ser utilizadas para capturar e sequestrar o dióxido de carbono da atmosfera regulando o aquecimento global com impactos ambientais mínimos.Williamson, P. et al. Ocean fertilization for geoengineering: A review of effectiveness, environmental impactos and emerging governance. Process Saf. Environ. Prot. 90, 475–488 (2012) Na teoria, o procedimento é simples: o suprimento de ferro aumenta a produção da biomassa fitoplanctônica que, depois de capturar o dióxido de carbono atmosférico, morre e armazena o carbono capturado no fundo do oceano.Parthasarathy, S., Avery, C., Sylvester, C., Reed, K. & Lee-Feldman, A. Ocean iron fertilization: a case study of geoengineering’s regulatory challenges. STPP Working Paper 10-2 1–18 (2010). Available at: http://www.stpp.fordschool.umich.edu/policy-consultations/GAO papers/Item B16-Ocean Iron Fertilization, GAO STPP Working Paper 10-2.pdf. (Accessed: 6th November 2016) Entretanto, a fertilização dos oceanos com ferro é um assunto polêmico, seja pelas conclusões científicas,Service, R. F. Legal? Perhaps. But controversial fertilization experiment may produce little science. Science (New York, N.Y.) (2012). Available at: http://www.sciencemag.org/news/2012/10/legal-perhaps-controversial-fertilization-experiment-may-produce-little-science. (Accessed: 7th November 2016) pela legalidade dos procedimentosFreestone, D. & Rayfuse, R. Ocean iron fertilization and international law. Mar. Ecol. Prog. Ser. 364, 227–233 (2008) ou pelas preocupações ambientais.Tetra Tech Inc. Ocean iron fertilization conceptual model. Climos 1–6 (2008). Available at: http://www.climos.com/imo/Climos/Climos_OIF_Conceptual_Model_Approach.pdf. (Accessed: 6th November 2016)
O último experimento de fertilização em larga escala no Pacífico Norte (a 300 km da ilha de Haida Gwaii) foi promovido pela Haida Salmon Restoration Corp. e pelo empresário californiano Russ George e, após sua divulgação em 2012, a validade científica dos resultados foram questionados por diversos pesquisadores. Oceanógrafos da Universidade de Victoria, no Canadá, afirmaram que não era possível concluir que a floração planctônica estava relacionada à adição de ferro, pois havia falhas no método de campo. Oceanógrafos da Universidade de East Anglia, no Reino Unido, afirmaram que a fertilização dos oceanos é relativamente ineficiente para sequestrar grandes quantidades de carbono da atmosfera, além de ameaçar a estabilidade dos ecossistemas onde ela for praticada.