Salinidade Salinidade nos oceanos
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Mini-curso MC-14/ Oceanografia Química Mini-curso MC-14/ Oceanografia Química - Salinidade - Composição da água do mar - Matéria orgânica nos oceanos Vanessa Hatje Laboratório de Oceanografia Química, UFBA [email protected] 62°Reunião Anual da SBPC, 25 a 30/7/2010 62°Reunião Anual da SBPC, 25 a 30/7/2010 Salinidade nos oceanos • As águas dos rios, lagos, chuva e mar apresentam salinidade….. i.e. apresentam sais dissolvidos em sua composição. Salinidade Salinidade é a massa total, expressa em gramas, de todas as substâncias dissolvidas em um kilo de água do mar quando todo o carbonato tenha sido substituído por uma quantidade equivalente de óxido, todo brometo e iodeto tenha sido substituído por cloreto e todos os compostos orgânicos tenham sido oxidados em uma temperatura de 480oC. 1 Como determinar a salinidade? Precipitação? Precisão de medidas de salinidade determinadas por diferentes métodos Sais menos solúveis atingem a saturação primeiro e precipitam. A ordem de ppt é função da solubilidade e não da abundância. 1) Composição dos componentes maiores ± 0.01 2) Evaporação ± 0.01 3) Clorinidade ± 0.002 5) Densidade ± 0.004 6) Condutividade ± 0.001 7) Índice de refração ± 0.05 Ordem de precipitação Salinidade nos oceanos CTD é o instrumento mais utilizado para medir salinidade, temperatura, pressão e profundidade. CTD significa: Condutividade –Temperatura – Depth (profundidade). • Média do oceano: 33 – 37 • Hipersalinos: S > 40 O CTD pode ser fixo ou utilizado para fazer perfis verticais. Alguns CTDs são tão rápidos que podem fazer até 24 medidas por segundo! – Mar Morto, Vermelho • Hiposalinos/salobro: S < 25 – Estuários e baías costeiras 2 Salinidade • Porque o mar é salgado? • Porque o mar não é doce como os rios que deságuam no oceano? • Porque a água do mar tem uma composição química tão uniforme? Salinidade nos oceanos está em condição “steadystate”, ou estacionária, pois a quantidade de sal adicionada (fontes) no sistema é igual a quantidade de sal removida (sumidouros) ao longo do tempo. Variações temporais e espaciais da salinidade • Salinidade é conservativa: controles físicos – Salinidade ↑: congelamento e evaporação – Salinidade ↓: precipitação, escoamento e descongelamento • Oceano aberto – Balanço evaporação - precipitação • Latitude controla a taxa destes processos • Zona costeira – Aporte fluvial – Lençol freático • Zonas polares – degelo Controles da variação da salinidade na superfície Variação anual da salinidade é 0,5 (33 a 37). Maiores salinidades são observadas no Mediterrâneo 39 e no Mar Vermelho 41. 3 Águas superficiais do Oceano Atlântico Tropical estão se tornando mais salgadas (0,1 – 0,4)..... Mudança da salinidade nos últimos 40 anos Taxa de evaporação aumentou 5-10% nas últimas 4 décadas. Oceanos aumentaram 1°C. • Oceanos: gde reservatório de água – 86% evaporação – 78% precipitação Controle do ciclo hidrológico 1967-1972 • Linha entre Groelândia e o sul da América do Sul – – – – 50°S - 60°N Mínimas e máximas de E- P nos dois hemisférios 50 anos de dados Estoque de água doce do mar Nórdico e bacias sub-polares aumentou 19.000 km3 entre 1960 - 1990 Curry et al., 2003 Nature, 426, 826p. Curry e Mauritzen, 2005 Science, 308, 1772p. Efeito de larga escala 1980-1984 1995-2000 Água doce está sendo perdida nas baixas latitudes e está se acumulando nos pólos numa velocidade maior do que a circulação do oceano pode compensar Consequentemente, as águas de fundo do Atlântico Norte estão apresentando salinidades mais baixas http://www.whoi.edu/institutes/occi/currenttopics/abruptclimate_rcurry_pr.html E se a salinidade no Atlântico Norte diminuir muito? Contraste de densidade impulsiona a MOC Atlântica (transporte de calor): • O aquecimento da superfície da terra: ↑ evaporação e ↑ salinidade em baixas latitudes, e assim, transportando mais vapor de água doce para os pólos. • Ciclo hidrológico: – padrão de precipitação (distribuição, severidade e freqüência das secas, cheias e tempestades) – Isso, por si só, poderia aumentar o aquecimento global, pois estaria adicionando mais vapor d’água na atm, o qual é um potente gás estufa. - Água vai parar de afundar e circulação termohalina diminui MOC Meridional Overturning Circulation • ↓ salinidade das águas no Atlântico Norte poderia evitar seu afundamento, ao ponto de diminuir a velocidade ou até interromper a circulação do oceano. 4 • Isso já aconteceu na história....e causou um esfriamento na região do Atlântico Norte e secas em várias áreas do HN em períodos de tempo que variaram de anos a décadas. • O degelo das capotas polares no Ártico também são fontes adicionais de água doce. • Um esfriamento do Atlântico Norte iria reduzir o processo de degelo, diminuir o aporte de água doce para o Atlântico Norte e a circulação termohalina voltaria. • Entretanto, o aquecimento global e a aceleração do ciclo de água continuaria a colocar mais água doce para as altas latitudes. Ambientes costeiros • Condições costeiras x oceânicas – Forçantes: maré, aporte fluvial, vento – Variações espaciais e temporais são maiores – Influência antrópica: • • • • Maiores gradientes são observados em estuário. Mas o que são estuários? Conceitos e características • Aestuarium = maré, onda abrupta de grande altura • Estuários: encontro do rio com o mar • Conexão livre com o oceano • Ambiente de transição: – complexo e vulnerável Carga de sólidos dissolvidos e particulados Contaminantes orgânicos e inorgânicos Descarga de líquidos Portos, barragens Estuários • Inicialmente: receptor de esgotos Metade do século XIX • Crescimento econômico: – – – – – Acesso ao interior Portos Férteis: pesca Alta taxa de renovação de água Receptor de esgotos • Biologicamente produtivos – nutrientes 5 Zona Costeira: estuários • 70% da população mundial • 2/3 das grandes cidades Definição e Terminologia • Um estuário pode ser definido de várias maneiras, i.e. química, física, geologia • Pritchard (1955) e Cameron & Pritchard (1963): “estuário é um corpo d’água costeiro semifechado, com uma livre ligação com o oceano aberto, no interior da qual a água do mar é mensuravelmente diluída pela água doce oriunda da drenagem continental” • Ambiente altamente impactado – Contaminação orgânica e inorgânica – Alta taxa de sedimentação/dragagem – Perda de habitat • 70% estuários americanos estão impactados Distribuição horizontal da salinidade Perillo, 1995: visão ecológica isolinhas “ Estuário é um corpo de água costeiro semifechado, estendendo-se até o limite efetivo da influência da maré. Dentro dele a água do mar é diluída significativamente com a água fluvial proveniente da drenagem continental, podendo sustentar espécies biológicas eurihalinas durante uma parte ou por todo o seu ciclo de vida.” Limite intrusão salina Miranda et al., 2002 6 Delimitação funcional do estuário • Zona fluvial: movimentos unidirecionais de água cuja origem é a drenagem continental Delimitação funcional do estuário Limite do efeito da maré Influência fluvial S<1 Zona de turbidez máxima • Zona de mistura: mistura da água doce e água do mar • Zona de turbidez máxima: zona de transição, onde a velocidade resultante dos movimentos convergentes é nula. Região de alta concentração de MS Zona de mistura 1<S<35 Pluma estuarina • Zona de salinidade mínima: 0-5, altamente reativa Composição da água do mar Composição da água do mar • Ciclo hidrológico altera a composição das águas – Precipitação – Dissolução – Evaporação – Mistura 7 Composição da água do mar Qual é a composição da água do mar? Sólidos ( > 0,45 µm) 1. - Dissolvido ( < 0,45 µm) orgânica e inorgânica 2. - Apenas sais dissolvidos? Material particulado orgânico (detritos, fito e zooplâncton) Material particulado inorgânico (minerais) Maiores (> 1ppm) Ca, Na, K, Mg, Cl Menores (<< 1ppm) metais, nutrientes e matéria orgânica Colóides ( < 0,45 µm) 3. - 4. Orgânicos (açucares) Inorgânicos (hydróxidos de Fe) Gases - Conservativos (N2, Ar) Não-conservativos (O2, CO2) Divisão operacional Particulado mm Dissolvida µm zoo Fito bactéria Detritos peneiras colóides filtros nm Quais são os principais constituintes da fração dissolvida? Vírus ultra filtros peneiras moleculares 8 Sais Dissolvidos • • • • • • • Cl- (cloreto) 56% Na+ (sódio) 28% SO42-(sulfato) 8% Mg2+ (magnésio) 4% Ca2+ (cálcio) 1,5% K+ (potássio) 1% HCO3- (bicarbonato) 0,5% Composição da água do mar Constituintes maiores (1 ppm) Íons Maiores Constituintes traço (1 ppb) Representam mais de 99% • • • • • • • • Elementos mais abundantes na crosta terrestre Si 28,2% Al 8,2% Fe 5,6% Ca 4,2% Na 2,4% K 2,4% Mg 2% Ti 0,6% Quantos elementos abundantes na crosta terrestre estão presentes na água do mar em grandes concentrações?? Cl-, Na, SO42-?? Apenas o Na, K, Mg e Ca PORQUE? • Grau de solubilidade • Comportamento/reatividade química Ex: Si, Al pouco solúvel Na, Ca e P muito solúvel 9 Teoria das Proporções Constantes Princípio de Marcet • As concentrações dos íons maiores dissolvidos podem variar de lugar para lugar, mas a proporção relativa se mantém constante. Qual é a razão de K na concentração total de salinidade? • Salinidade 34,482: Concentração K Salinidade total • A salinidade total pode variar, mas as proporções dos elementos são constantes. - não tem efeito na proporção relativa dos íons maiores - a concentração dos íons varia na mesma proporção 0,380 = 0,011 (cte) 34,482 Se a salinidade for 37 qual será a concentração de K??? Fatores que podem alterar a salinidade Em termos gerais: Salinidade varia em função do balanço E - P, e a mistura/diluição de águas. = • • • • • Evaporação Dissolução Precipitação Congelamento Oxidação Quais são as regiões/áreas que estes processos podem mudar a composição de elementos maiores? • Estuários, bacias anóxicas, bacias evaporação, ventes.... 10 Componentes maiores de vários rios 1. Estuários e zonas costeiras • Influência do aporte fluvial – 10 - 200 mg/kg sólidos dissolvidos – Bacia de drenagem • geologia, tipo de solo, clima – Basaltos e granitos são as principais rochas fonte MILLERO, 2006 Intemperismo Resultado do Intemperismo - Água + silicatos (feldspato, quartzo, etc.) silicatos + CO2 + H2O = argilo minerais + Sidis + MILLERO, 2006 Na+, • Adição de cátions e alcalinidade Ca2+, HCO3- - Água + carbonatos (calcita e dolomita) • Remoção de O2 e CO2 da atmosfera • Água fluvial – pH 7,3 - 8 – Cátions: Ca2+, Mg2+ e Na+ – Ánions: HCO3-, SO42- e Cl- Libes, 1992 11 2. Bacias Anóxicas Água do mar • Baixa razão SO4-2/Cl-: bactérias fazendo sulfato redução. H2S é perdido por precipitação do FeS2 e ZnS, CuS, etc. Água fluvial – Baixa circulação – Alta taxa de matéria orgânica Ex: Mar Negro MILLERO, 2006 3. Precipitação e dissolução 4. Congelamento - Dissolução de CaCO3 na água de fundo - Precipitação de sais mudando a composição da solução - Zonas de gde evaporação - Circulação restrita - Formação de evaporitos - NaCl (haleto) - CaCO3 (carbonato) - CaMg(CO3)2 (dolomita) • Sais podem ficar oclusos no gelo. Ex: o gelo tem a razão SO4-2/Cl- maior que a água o mar. 5. Água intersticial Pacífico Norte Millero, 2006 • • • • Ca+ – dissolução do CaCO3 SO4-2 – formação de H2S Cátions – troca com argilominerais Mg – formação de dolomita 12 6. Trocas oceano-atm - injeção de bolhas na atm (10 x 109 ton íons/ano) Elementos maiores são os principais componentes da água do mar. - fracionamento: - enriquecimento: Ca2+, K+, Mg2+ - empobrecimento: Cl-, Br- 7. Vulcanismo submarino Quais são os outros componentes importantes da água do mar? - Pouco efeito - Alta F/Cl • Gases dissolvidos Gases Dissolvidos – trocas livres água-atmosfera • Matéria orgânica O2: distribuição de biota e processos redox • Material particulado • Nutrientes • Elementos traço (metais) 13 Matéria orgânica - CO2: gás estufa, sistema carbonato, pH - N2: efeito estufa - DMS: gás biogênico, núcleo de condensação/albedo - He e Ar Matéria Orgânica Dissolvida (DOM) DOM – fração < 0.45 µm (dissolvido e colóides) Carbono dissolvido – COD (75-100 µM) Matéria orgânica coloidal (CDOM) é importante!!! Nutrientes Matéria Orgânica Particulada (POM) POM – fração > 0.45 µm Carbono Orgânico Particulado (POC) Material detrítico (~0.03 x 1018 gC) Biomassa viva é secundária (~0.5-1.0 x 1015 gC). – Quem são: nitrito, nitrato, fosfato e silicato – Processos biológicos; – Nitrogênio é fixado pelo fitoplâncton; – Silicato é usado na construção de carapaças. 14 Material Particulado Material Particulado: composição Inorgânico: 10-20 ng/L sedimentar, fragmentos de rochas (aluminosilicatos) Se move livremente no oceano, ORIGEM EXTERNA (rios, deposição atm, colóides, precipitados de Fe e Mn e complexos formados em estuários) Composição e concentração variável: - agregação, desagregação, decomposição, dissolução e incorporação na biota Controlador da composição da água do mar: remoção de nutrientes e metais, transporte vertical e lateral ‘The great particle conspiracy’: controle de metais Composição das águas naturais Se os rios são as principais fontes de sais dissolvidos, matéria orgânica, material particulado e nutrientes para a água do mar, porque a água do mar não é uma versão concentrada da concentração média dos rios??? Orgânico: material biológico: POC, açucares, aminoácidos, proteínas, plânctom, pelotas fecais, conchas e detritos ORIGEM INTERNA Composição das águas naturais • Chuva: gases dissolvidos (CO2 e SO2), pH 5.7 • Variações locais • Ca2+ e HCO3-: carbonatos e silicatos 4 1 60 Ciclo hidrológico? Reatividade química? Intemperismo? Chuva (TDS = 7.1 mg/L) Rio (TDS = 118.2 mg/L) 10 15 Chuva Composição das Águas Naturais Rio Mar Composição das Águas Naturais • Na+, Mg+2, Ca+2: abundância na crosta terrestre; • Água do mar tem 300 vezes mais sais dissolvidos que a média da água doce; • HCO3-, Ca2+ e SiO2: removidos da água • Grande parte dos elementos tem origem continental Origem do Cloreto É o vulcanismo - O Cloreto de Hidrogênio (HCl): gases vulcânicos; • Cl-: pequena concentração na crosta (> 0,01%); • Cl- presente nas águas fluviais são proveniente da ciclagem dos sais marinhos via aerossóis Qual é a origem do Cl- então? - Vulcanismo ativo antigamente; - Gases solúveis foram emitidos na degaseificação do interior da terra e se dissolveram no oceano; - Excesso de voláteis “Excess Volatile” H, O, Cl, N, S, B e F 16 Origem dos Elementos • Titulação a longo prazo: Rochas ígneas + “excess volatiles” rochas sedimentares + oceanos + atm Origem dos Elementos • Todos os elementos presentes nos oceanos podem ser explicados pelo intemperismo terrestre? • Como podemos avaliar isto? Compara-se a quantidade total de um elemento adicionado no oceano pela ação do intemperismo rochoso, com sua quantidade dissolvida na água do mar. Origem dos Elementos • Balanço de massa: O Balanço de Sódio Origem dos Elementos • Por ex: – 11g/L de Na na água do mar • Na+: origem exclusivamente terrestre; – Conc. Média de Na na crosta é 2,4g em 100g rocha • Calcula-se a quantidade de rocha continental que tem que sofrer intemperismo para gerar a concentração observada em 1L de água do mar (várias simplificações....); • 75% é dissolvido no intemperismo → oceano – ≈ 600g de rocha precisa ser intemperizada 17 Origem dos Elementos • Menos que 10% de qualquer um dos elementos encontrados nas rochas precisam ser intemperizados para explicar suas concentrações no oceano • Será então que o intemperismo não é importante? • Rápida remoção dos elementos da água do mar • Menor a % de elemento dissolvido, mais eficiente foi o processo de remoção biológica ou inorgânica e, portanto, menor o tempo de residência na coluna d’água. Open University, 1999 Existem outras fontes importantes de materiais para os oceanos? • Grande variação espaço-temporal Existem outras fontes importantes de materiais para os oceanos? • Intemperismo de baixa temperatura da crosta oceânica (basalto) • Transporte atmosférico – Mais forte em baixas latitudes • Poeira eólica carregada em pulsos • Transporte glacial • Reações de alta temperatura – atividade hidrotermal – Fonte e sumidouro – Principal fonte de Mn dissolvido – 2° fonte + importante em termos de massa de material – Importância local (90% Antártica –anel de sedimento) 18 Oceano é um ambiente dinâmico • Ambiente dominado por fluxos • Comportamento dinâmico dos elementos: remoção dissolvidos → particulado Processos que controlam a composição da água • Existe um contínuo aporte e perda dos componentes da água do mar • Processos físico-químicos: – – – – – – Reações ácido-base Reações de óxido-redução Reações de complexação Adsorção Processos gás-solução Processos fotoquímicos Natureza das reações define a composição da água via aporte, reatividade interna e remoção Aproximação “steady-state” ou estado estacionário Os processos no oceano são cíclicos Taxa de entrada = Taxa de saída ao longo do tempo A composição do oceano se mantém constante nos últimos 100 milhões de anos Tempo de Residência Tempo médio que um constituinte passa dentro do oceano Tempo de residência = quantidade de elemento no oceano taxa de entrada ou saída Assumindo que os rios são as principais fontes 19 Fluxos Fluviais e Tempo de Residência Concentração x Tempo de Residência Open University, 1999 Comportamento dos constituintes Elementos conservativos Comportamento conservativos são: • Alterados apenas por processos físicos – Salinidade – Concentração de gás inerte Comportamento não conservativos: • Alterados por processos biológicos e químicos – Nutrientes – Matéria orgânica - perfis verticais uniformes - razão cte elementos/S - baixa reatividade - maioria dos elementos maiores - evaporação e chuva Millero, 2006 20 Propriedades Não Conservativa Nutrientes Propriedades Não Conservativa do O2 Processo Biológico CO2 + H2O → fotossíntese → matéria orgânica inorgânico N ← respiração ← + O2 inorgânico P Processo Físico O2 atmosfera → O2 dissolvido ← Elementos ou compostos necessários para o fitoplâncton • • • • N : nitrato e amônio P: fosfato S: silicato Metais traços: Fe, Zn, Mo, Cu, Co Elementos tipo nutriente: biologicamente ativos nmol/kg Conservativos Tipo nutriente Tipo removíveis µmol/kg • Remoção na superfície e enriquecimento com a profundidade • Processos biológicos: ciclo do MP e MO 21 O que é Matéria Orgânica? Matéria Orgânica nos Oceanos Compostos de C Propriedade físicas e químicas diversas grupos funcionais Base energética e nutricional da cadeia trófica Importante para especiação de metais Precursores de combustíveis fósseis Controle do clima global Fonte de MO para os oceanos Fonte Produção Primária Fitoplâncton Macrófitas Carga líquida Rios + Subterrânea Carga atmosférica Chuva Deposição seca 1015 gC/ano % total 23,1 1,7 84,4 6,2 1,08 3,95 1,0 0,5 3,65 1,8 Bomba biológica e PP • Processos fisicos vs produção primária • Ausência da bomba biológica: – Nitrato 33 mmol/m3 Variabilidade ± 10% – Fosfato 2.1 mmol/m3 como a salinidade! • As concentrações são <<<< nos oceanos • Existem regiões com altos teores de nutrientes e baixa PP 22 Classificação da MO Classificação da MO Matéria Orgânica Dissolvida (DOM) 1960-70: Dissolvida x Particulada Filtros de fibra de vidro ou prata de 0,45µm Particulada Coloidal mm µm zoo Fito peneiras colóides Dissolvida nm bactéria Microalgas/detritos Vírus filtros ultra filtros peneiras moleculares Classificação da MO Matéria Orgânica Dissolvida (DOM) A maior parte do DOM reside no fundo dos oceanos resistente a biodegradação Matéria orgânica coloidal (CDOM): Alto peso molecular (HMW: >1000) DOM – membrana de 0.45 µm 97% CO na água do mar ocorre na fração dissolvida filtração não é recomendada Bactérias heterotróficas são os principais consumidores DOM: cadeia alimentar microbiana e fluxo de C e energia O conteúdo de carbono é descrito como COD, sendo que o COD na água do mar varia entre 75-100 µM Matéria Orgânica Dissolvida (DOM) 1. DOC: dois reservatórios a. Novo, rápida ciclagem do plancton (< 1000 anos) b. Velho, ciclagem lenta a partir do material fluvial fotodegradado (5000 anos) 2. C/N (8 a 18) a. Maiores em águas de fundo b. Maiores para partícula menores: 4 for 500 µm and 10 for 0.003 µ m c. Maiores para MO terrestre (C/N > 15) Colóide sólido amorfo, partículas com grande área superficial (0.001 a 1 µm) 3. Composição pode ser usada como indicativo de fonte (Biomarcadores) 23 Classificação da MO Matéria Orgânica Particulada (POM) Matéria Orgânica Particulada (POM) POM em suspensão mistura de detritos e biomassa viva (10:1) POM – fração retida na membrana de 0.45 µm zona fótica: biomassa viva (microalgas) zona afótica: detritos de conchas, esqueletos de diatomáceas, pelets fecais, “neve marinha”..... biomarcadores (clor a, carotenóides, ATP, DNA – biomassa viva) Fito Estrutura da comunidade: ciclagem e exportação de MO mistura complexa de matéria viva e detritos: variação de tamanho, forma e reatividade Estrutura básica: diversos grupos (e.g. algas verdes, diatomáceas) Diatomáceas de blooms (sazonal e espacial) Volkman e Tanoue, 2002 Volkman e Tanoue, 2002 POM em suspensão POM em suspensão Vírus Numericamente dominante Bactérias Bactérias heterotróficas: prod. secundária → ciclagem C 90% total do carbono biológico Fração pouco significante na contribuição de MO Alça microbiana: DOM (fito) → POM (bactérias) → DOM (protistas e vírus) dominantes em águas oligotróficas 3-26% COP da PP é reciclado por lise viral para COD Bactérias aeróbicas: luz solar → energia infecção viral: declínio de blooms até 20% total das bactérias (oligotróficos) não foi provado se elas fixam Cinor → ciclagem global do C Pastagem por protistas: minimiza limitação por Fe Fe biodisponivel é gerado de Fe coloidal nos vacúolos dos protistas Volkman e Tanoue, 2002 Volkman e Tanoue, 2002 24 POM em suspensão Neve Marinha Grandes agregados de matéria orgânica Mucilagem, cianobactérias, espécies autótrofas, detrítos Fontes de Matéria Orgânica Frágeis, degradados até os 1000m C:N aumentam com o volume (maior agregados/mais velho) Alóctona e autôctona Mar Adriático Kaiser et al, 2005 Fontes de Matéria Orgânica Aportes fluviais de MO estuário Alóctonas: fonte externa Rios e estuários Solos (subs. húmicas (70%) e material refratário) – Variando de poucos m3/s – 200.000 m3/s (Amazonas) 400 350 River • Aportes são dependentes: 300 DOC (µ µ M) Plantas (50%: carboidratos, lipídios e material lábil de LMW –ac.fúlvicos) • Descarga de água total: 35 x 103 km3/ano 450 250 200 Seawater 150 100 – – – – Tamanho da bacia de drenagem Geologia Regime fluvial Natureza e uso do solo Qde/qualidade MO 50 0 5 10 15 20 25 30 35 Salinity Millero, 2002 25 Zona COD Descarga de água mg/L Exportção do DOC Km3/ano % total 106 t/ano % total Tundra 2 1,222 3 2.2 1 Taiga 7 4,376 11.7 30.6 13 Temperado 4 10,285 27.5 41.1 17.6 Tropical úmido 8 19,186 51.3 153.5 65.6 Tropical seco 3 2,169 5.8 6.5 2.8 Semi-árido 1 Total 262 0.7 0.3 0.1 37,400 100 243.2 100 A taxa de aporte fluvial é baixa comparada a produção anual dos oceanos (50Gt C/ano) • Razões isotópicas • C:N >15 ambiente terrestre • C:N ~ 7 ambiente marinho Leenheer, 1991 Porque a MO nas bacias oceânicas não tem origem terrestre? • Floculação e precipitação da MO – Resultados variam: • Sazonalidade; • Floculação/agregação (tamanho importa!); • Físico-química vs. turbulência e tempo de residência • Fotoxidação • MO origem antrópica – zona costeira (salting out) Fontes de Matéria Orgânica Atmosfera Importante na microcamada superficial (0-100 µm)! - 10x mais DOC que a camada inferior - Composição pouco conhecida (subst. húmicas, mono e polissacarídeos, DDT, PCBs, etc.) - deposição seca e úmida: 2,2 1014 gC/ano (semelhante a carga fluvial 4,0 1014 gC/ano) - bolhas: gde parte da deposição atm é reciclada 26 Fontes de Matéria Orgânica Autóctonas: FONTE INTERNA Fontes de Matéria Orgânica Autóctonas: COP: vivo (menos de 5% do TOC no oceano) Organismos autotróficos: transformadores Reduzem o CO2 para C orgânico e estocam a energia química nos seus tecidos. Ex: plantas (plâncton e macroalgas) e algumas bactérias. fitoplancton – fotossíntese – 2 x 1016g C/ano Organismos microscópios de pequena mobilidade Diatomáceas: grupo dominante Cianobactérias, cocolitoforideos,... Fotossíntese ou produção primária é o processo global mais importante: 6 CO2 + 6 H2O + nutrientes => C6H12O6 + 6 O2 Composição do Fito • • • • 40% proteínas 40% carboidratos 15% lipídeos 5% ácidos nucléicos Variações: - aporte de nutrientes - idade - T°C - radiação Composição do Fito • Simplificação da fotossíntese: C, N e P 106CO2 + 16NO3- + 1HPO42- + 12H2O + 18H+ → C106H263O110N16P + 138O2 C:N:P: 106:16:1 Razão de Redfield 27 Fontes de Matéria Orgânica Fontes de Matéria Orgânica Razão de Redfield: Autóctonas: FONTE INTERNA razão estequiométrica para o fito/zoo é constante! (gde escala temporal) POC: não vivo Detritos Organismos mortos Material fecal Matéria orgânica C H Oxigênio O N P Muito altas Agregados orgânicos O2 Redfield et al. 1963 106 263 110 16 1 138 Anderson 1995 106 164-186 26-59 16 1 141-161 Hedges 2002 106 177 37 17 0,4 154 • • • • Aumenta o consumo Fontes de Matéria Orgânica COD (principal estoque de CO nos oceanos) Controvérsia: COD autóctono vs. alóctono Estima-se que entre 10-50% do COD seja de origem terrestre Aglomerados de bactérias/detrítos Agregação de MO por ação de bolhas Floculação Adsorção de COD em partículas Composição da Matéria Orgânica Proteínas (amino ácidos) Auto e Alo Carboidratos Auto e Alo Lipídios Auto e Alo COMPORTAMENTO CONSERVATIVO Pigmentos Auto e Alo LIGNINA Lignina Alo Bauer et al., (2002) fito Ácidos Nucléicos Auto e Alo Dafner & Wangersky (2002) revisão! 28 Composição da Matéria Orgânica Composição da Matéria Orgânica POM: Hidrocarbonetos, ácidos graxos, carboidratos, lignina, detrítos Terrestre ou Marinha: N-alcanos (biomarcadores) C23-C35: terrestre C15-C21: marinho POM: Pequena parcela: biomassa viva Grande parcela: biomassa morta Partículas pequenas: maior parte do POM Partículas grandes: neve marinha/pelets fecais (cadeia alimentar) Acidos graxos (biomarcadores) C14-C36: terrestre C12-C24: marinho Composição da Matéria Orgânica DOM (coluna d’água): COD: 95% do TOC no oceano 10-20% caracterizada Fração lábil DOM: lipídios, carboidratos, aminoácidos, pigmentos Organismos vivos POC→ DOC: Exudação do fito Excreção do zoo Mineralização da MO Composição da Matéria Orgânica DOM (coluna d’água): Fração não caracterizada: material inerte, altamente refratário GELBSTOOF: macromoléculas do tipo material húmico e lignina Micro-camada superficial: sopa orgânica SCUMS Variedade de substâncias: POC, DOC, P, N, bactérias, DDT, PCB e metais 29 Referências Livros textos S. Libes (1992) An Introduction to Marine Biogeochemistry R. Chester (2000) Marine Geochemistry D.A. Hansel & C.A. Carlson (2002) Biogeochemistry of marine dissolved organic matter F. Millero (2005) Chemical Oceanography. 3nd Edition. CRC, USA, 469p. Para ir mais longe Volkman, J. & Tanoue, E. (2002) Journal of Oceanography V. 58, 265-279p. Sarmiento & Gruber (2006) Ocean Biochemical Dynamics, Princeton, 507p. Baldock, et al. (2004) Marine Chemistrty V. 92, 39p. Giorgio & Duarte (2002) Nature V. 420, 379p. Hopkinson & Vallino (2005) Nature V. 433, 142p. 30
