Luz síncrotron aprofunda conhecimento sobre solo brasileiro

Os processos químicos, físicos e biológicos que ocorrem em nível atômico e molecular no solo e que controlam a disponibilidade de nutrientes, o transporte de poluentes, a contaminação do ambiente e outros aspectos relacionados estão sendo mais facilmente desvendados com o auxílio da luz síncrotron, radiação eletromagnética produzida por aceleradores de partículas.

Essa e outras aplicações da radiação síncrotron em diversas áreas do conhecimento foram apresentadas durante a São Paulo School of Advanced Sciences on Recent Developments in Synchrotron Radiation – SyncLight 2015, realizada com o apoio da FAPESP no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), de 13 a 24 de julho.

De acordo com Hélio Cesar Nogueira Tolentino, pesquisador do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) e coordenador da Escola que reuniu pesquisadores e estudantes de 17 países, o objetivo foi oferecer um panorama amplo das aplicações da radiação síncrotron para o avanço da ciência.

“A luz síncrotron tem importantes aplicações em áreas como física, química, biologia, geociências, medicina, engenharia e ciência dos materiais, entre outras. O SyncLight pretendeu motivar e ajudar a preparar essa nova geração de usuários dessa importante ferramenta científica para todo o potencial que ela oferece, apresentando técnicas avançadas ligadas à radiação síncrotron e discutindo seus potenciais”, disse à Agência FAPESP.

No caso das geociências, a luz síncrotron tem possibilitado o aprofundamento do conhecimento sobre o solo por facilitar o estudo de camadas e processos que ocorrem em escala molecular e atômica, explicou Dalton Belchior Abdala, pesquisador do LNLS na área de ciências do solo.

“O desenvolvimento da produção agrícola está intimamente associado aos avanços das geociências. As fronteiras do conhecimento científico nas próximas décadas serão os processos químicos, físicos e biológicos que ocorrem em solos em seu nível mais fundamental, o nível atômico, e a radiação síncrotron tem papel fundamental nisso.”

Abdala apresentou na ocasião técnicas de espectrografia de raios X aplicadas à pesquisa em geociências, utilizadas especialmente para determinar a presença de metais no solo.

“As pesquisas nessa área buscam compreender as reações na interface entre solos, uma mistura heterogênea de compostos orgânicos e inorgânicos de diferentes composições. A luz síncrotron facilita essa compreensão por aproximar o olhar dos pesquisadores ao limite dos menores componentes, às reações que ocorrem na escala dos átomos e das moléculas”, explicou.

Dessa forma é possível fazer experimentos in situ com o mínimo de preparação da amostra, observando elementos que estão em uma concentração bastante diluída no solo, e elaborar protocolos para, entre outros objetivos, melhorar a eficiência agronômica de materiais.

Um dos alvos de pesquisa mais importantes na área é o fosfato, componente fertilizante utilizado em diferentes cultivos por ser um macronutriente essencial para o ciclo de vida das plantas. De acordo com Abdala, as reservas de fosfato estão cada vez mais escassas.

“Nas perspectivas mais otimistas essas reservas estarão esgotadas dentro dos próximos 100 anos, uma realidade que precisa ser evitada tanto por questões econômicas como por razões ambientais e ecológicas.”

Algumas dessas reservas estão em colônias pinguineiras na Antártica. A atual fonte de luz síncrotron do LNLS, o UVX, único acelerador de partículas em operação na América Latina, foi utilizada por pesquisadores da Universidade Federal de Viçosa (UFV) para estudar o fosfato no solo antártico.

Para a caracterização química e mineral desses solos foram utilizadas três técnicas experimentais disponíveis em três linhas de luz do LNLS: difração de raios X, espectroscopia de absorção de raios X moles e fluorescência.

“Por meio da absorção, uma das técnicas de maior interesse em experimentos de geocientistas, cientistas do solo e do ambiente, é possível determinar a forma química de um elemento de uma forma muito direta, com acesso ao ambiente local atômico”, explicou Abdala.

Dessa forma é possível saber se o fósforo, em determinada condição ambiental, está presente em sua forma bidentada ou monodentada.

“Se for determinado que o fósforo predomina em sua forma monodentada, ele está mais frouxamente associado à matriz, sendo mais facilmente absorvido pela planta, mas também mais facilmente perdido para o ambiente, contaminando o solo. Se a forma predominante for bidentada, ele está mais associado à matriz, e as chances de sair para nutrir a planta ou contaminar o ambiente será dificultada. Por meio da luz síncrotron é possível discutir a reatividade desses elementos baseando-se na espécie química e no ambiente local atômico numa dada condição ambiental”, explicou.

Sirius

Ryan Tappero, do National Synchrotron Light Source (NSLS) dos Estados Unidos, destacou que a nova fonte de luz síncrotron brasileira, o Sirius, em construção no CNPEM, ampliará ainda mais as possibilidades de pesquisa em solo por combinar absorção, florescência e difração de raios X numa mesma câmara experimental e com precisão sem precedentes.

“No NSLS desenvolvemos diversas pesquisas de ponta, mas nosso acelerador de partículas não é mais o estado da arte em radiação síncrotron. O Sirius, uma fonte de luz síncrotron de quarta geração, vai elevar as pesquisas em diversos campos a um novo patamar por estender o espectro de radiação para raios X mais energéticos e com brilho exponencialmente superior”, disse.

Abdala explicou que a resolução do Sirius ampliará os estudos sobre a rizosfera, região em que solo e raízes entram em contato.

“Trata-se de uma região muito importante porque é uma interface entre solo e planta, em que ocorrem reações de absorção de nutrientes, de liberação de exsudatos radiculares e outras. A resolução do Sirius facilitará, por exemplo, estudos sobre como os micróbios afetam a ciclagem de nutrientes. Entender a dinâmica da rizosfera explicaria muita coisa sobre os mecanismos da planta para recuperar um nutriente no solo, como potássio, cálcio e zinco.”

Dessa forma, será possível avançar em processos de biofortificação, o enriquecimento de alimentos, citou Abdala.

“O feijão, por exemplo, tem muito ferro, mas muito dele está associado ao fitato. Isso reduz a biodisponibilidade do ferro, do zinco e de outros metais. Com o Sirius será possível localizar esses metais em regiões que não estão associadas ao fitato, possibilitando o desenvolvimento de um feijão enriquecido, com baixo fitato.”

O Sirius, que deve começar a operar em 2018, terá o maior brilho entre todos os equipamentos na sua classe de energia em operação ou em construção no mundo. Sua infraestrutura será aberta e poderá ser usada por pesquisadores de diversas procedências.
 

Fonte: Agência FAPESP