Salinidade nos oceanos. Salinidade. Mini-curso MC-14/ Oceanografia Química. Mini-curso MC-14/ Oceanografia Química

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Vanessa Hatje

Laboratório de Oceanografia Química, UFBA vhatje@ufba.br

62°Reunião Anual da SBPC, 25 a 30/7/2010

Mini-curso MC-14/ Oceanografia Química

- Salinidade

- Composição da água do mar

- Matéria orgânica nos oceanos

62°Reunião Anual da SBPC, 25 a 30/7/2010

Mini-curso MC-14/ Oceanografia Química

Salinidade

Salinidade nos oceanos

• As águas dos rios, lagos, chuva e mar apresentam salinidade….. i.e. apresentam sais dissolvidos em sua composição.

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 480o_C.

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Como determinar a salinidade?

Sais menos solúveis atingem a saturação primeiro e precipitam. A ordem de ppt é função da solubilidade e não da abundância.

Ordem de precipitação

Precipitação?

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

Precisão de medidas de salinidade determinadas por diferentes métodos

CTD é o instrumento mais utilizado para medir salinidade, temperatura, pressão e profundidade.

CTDsignifica: Condutividade –Temperatura – Depth (profundidade).

O CTD pode ser fixo ou utilizado para fazer perfis verticais.

Alguns CTDs são tão rápidos que podem fazer até 24 medidas por segundo!

Salinidade nos oceanos

• Média do oceano: 33 – 37

• Hipersalinos: S > 40

– Mar Morto, Vermelho

• Hiposalinos/salobro: S < 25

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Salinidade nos oceanos está em condição “steady-state”, ou estacionária, pois a quantidade de sal adicionada (fontes) no sistema é igual a quantidade de

sal removida (sumidouros) ao longo do tempo.

• 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

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

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Mudança da salinidade nos últimos 40 anos

• Oceanos: gde reservatório de água – 86% evaporação

– 78% precipitação

• 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}

Controle do ciclo hidrológico

Curry et al., 2003 Nature, 426, 826p.

Curry e Mauritzen, 2005 Science, 308, 1772p. http://www.whoi.edu/institutes/occi/currenttopics/abruptclimate_rcurry_pr.html

1967-1972 1980-1984 1995-2000

Águas superficiais do Oceano Atlântico Tropical estão se tornando mais salgadas (0,1 – 0,4)...

Consequentemente, as águas de fundo do Atlântico Norte estão apresentando salinidades mais baixas

Taxa de evaporação aumentou 5-10% nas últimas

4 décadas. Oceanos aumentaram 1°C. 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

Efeito de larga escala

• 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.

• ↓ salinidade das águas no Atlântico Norte poderia evitar seu afundamento, ao ponto de diminuir a velocidade ou até interromper a circulação do oceano.

E se a salinidade no Atlântico Norte diminuir muito?

Contraste de densidade impulsiona a MOC Atlântica (transporte de calor): - Água vai parar de afundar e circulação termohalina diminui

MOC Meridional Overturning Circulation

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• 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:

• Carga de sólidos dissolvidos e particulados • Contaminantes orgânicos e inorgânicos • Descarga de líquidos

• Portos, barragens

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 • Biologicamente produtivos

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

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Zona Costeira: estuários

• 70% da população mundial • 2/3 das grandes cidades • Ambiente altamente impactado

– Contaminação orgânica e inorgânica – Alta taxa de sedimentação/dragagem – Perda de habitat

• 70% estuários americanos estão impactados

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”

Distribuição horizontal da salinidade

isolinhas Limite intrusão salina

Perillo, 1995: visão ecológica

“ Estuário é um corpo de água costeiro semi-fechado, 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.”

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Delimitação funcional do estuário

• Zona fluvial:movimentos unidirecionais de água cuja

origem é a drenagem continental

• 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 salinidade mínima:0-5, altamente reativa

Delimitação funcional do estuário

Limite do efeito da maré Influência fluvial S<1 Zona de turbidez máxima Zona de mistura 1<S<35 Pluma estuarina

Composição da água do mar

• Ciclo hidrológico

altera a composição das águas

– Precipitação

– Dissolução

– Evaporação

– Mistura

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Qual é a composição da água do mar?

Apenas sais dissolvidos?

Composição da água do mar

1. Sólidos( > 0,45 µm)

- Material particulado orgânico (detritos, fito e zooplâncton) - Material particulado inorgânico (minerais)

2. Dissolvido( < 0,45 µm) orgânica e inorgânica

- Maiores (> 1ppm) Ca, Na, K, Mg, Cl

- Menores (<< 1ppm) metais, nutrientes e matéria orgânica

3. Colóides( < 0,45 µm)

- Orgânicos (açucares) - Inorgânicos (hydróxidos de Fe)

4. Gases - Conservativos (N2, Ar) - Não-conservativos (O2, CO2)

Divisão operacional

Particulado Dissolvida colóides zoo Fito bactéria Vírus mm µm nm

peneiras filtros ultra filtros

peneiras moleculares

Detritos

Quais são os principais constituintes

da fração dissolvida?

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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%}

Representam mais de 99%

Íons Maiores

Constituintes maiores (1 ppm)

Constituintes traço (1 ppb)

Composição da água do mar

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, SO}

42-

??

Apenas o Na, K, Mg e Ca

PORQUE?

• Grau de solubilidade

• Comportamento/reatividade química

Ex:

Si, Al

pouco solúvel

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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.

• A salinidade total pode variar, mas as

proporções dos elementos são constantes.

Qual é a razão de K na concentração

total de salinidade?

• Salinidade 34,482:

Concentração K = 0,380 = 0,011 (cte) Salinidade total 34,482

Se a salinidade for 37 qual será a concentração de K???

Em termos gerais:

Salinidade varia em função do balanço E - P, e a mistura/diluição de águas.

- não tem efeito na proporção relativa dos íons maiores - a concentração dos íons varia na mesma proporção

Fatores que podem alterar a salinidade

• Evaporação • Dissolução • Precipitação • Congelamento • Oxidação

Quais são as regiões/áreas que estes processos podem

mudar a composição de elementos maiores?

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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

Componentes maiores de vários rios

MILLERO, 2006

- Água + silicatos (feldspato, quartzo, etc.)

silicatos + CO2+ H2O = argilo minerais + Sidis+ Na+, Ca2+, HCO3

-- Água + carbonatos (calcita e dolomita)

Intemperismo

Resultado do Intemperismo

• Adição de cátions e alcalinidade • Remoção de O₂e CO₂da atmosfera • Água fluvial – pH 7,3 - 8 – Cátions: Ca2+_{, Mg}2+_{e Na}+ – Ánions: HCO₃-_{, SO} 42-e Cl

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-MILLERO, 2006 Água fluvial

Água do mar

2. Bacias Anóxicas

• Baixa razão SO4-2/Cl-: bactérias fazendo sulfato

redução. H₂S é perdido por precipitação do FeS₂e ZnS, CuS, etc.

– Baixa circulação

– Alta taxa de matéria orgânica Ex: Mar Negro

3. Precipitação e dissolução

- 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) Pacífico Norte Millero, 2006

4. Congelamento

• Sais podem ficar oclusos no gelo. Ex: o gelo tem a razão SO4-2/Cl-maior que a água o mar.

5. Água intersticial

• Ca+_{– dissolução do CaCO} 3

• SO₄-2_{– formação de H} 2S

• Cátions – troca com argilominerais • Mg – formação de dolomita

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6. Trocas oceano-atm

-injeção de bolhas na atm (10 x 109_{ton íons/ano)}

- fracionamento: - enriquecimento: Ca2+_{, K}+_{, Mg}2+ - empobrecimento: Cl-_{, Br} -7. Vulcanismo submarino - Pouco efeito - Alta F/Cl

Elementos maiores são os principais

componentes da água do mar.

Quais são os outros componentes importantes

da água do mar?

• Gases dissolvidos

• Matéria orgânica

• Material particulado

• Nutrientes

• Elementos traço (metais)

Gases Dissolvidos – trocas livres água-atmosfera

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- CO2:gás estufa, sistema carbonato, pH

- N₂:efeito estufa

-DMS:gás biogênico, núcleo de condensação/albedo

- He e Ar

Matéria orgânica

Matéria Orgânica Dissolvida (DOM)

DOM – fração < 0.45 µm (dissolvido e colóides) Carbono dissolvido – COD (75-100 µM)

Matéria orgânica coloidal (CDOM) é importante!!!

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).

Nutrientes

– Quem são:

nitrito, nitrato, fosfato e silicato

– Processos biológicos;

– Nitrogênio é fixado pelo fitoplâncton; – Silicato é usado na construção de carapaças.

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Material Particulado

10-20 ng/L

Se move livremente no oceano, 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

Material Particulado: composição

Inorgânico:

sedimentar, fragmentos de rochas (aluminosilicatos) ORIGEM EXTERNA (rios, deposição atm, colóides,

precipitados de Fe e Mn e complexos formados em estuários)

Orgânico:

material biológico: POC, açucares, aminoácidos, proteínas, plânctom, pelotas fecais, conchas e detritos ORIGEM INTERNA

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???

Ciclo hidrológico? Reatividade química?

Composição das águas naturais

• Chuva: gases dissolvidos (CO₂e SO₂), pH 5.7 • Variações locais • Ca2+_{e HCO} 3-: carbonatos e silicatos Chuva (TDS = 7.1 mg/L) Rio (TDS = 118.2 mg/L) 4 1 60

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Chuva

Rio

Mar

Composição das Águas Naturais

• Água do mar tem 300 vezes mais sais

dissolvidos que a média da água doce;

• HCO

3-

, Ca

2+

e SiO

2

: removidos da água

• Grande parte dos elementos tem origem

continental

Composição das Águas Naturais

• Na

+

_{, Mg}

+2

_{, Ca}

+2

_{: abundância na crosta terrestre;}

• 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?

Origem do Cloreto

É o vulcanismo

- O Cloreto de Hidrogênio (HCl): gases vulcânicos;

- 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

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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

• Na

+

_{: origem exclusivamente terrestre;}

• 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....);

Origem dos Elementos

• Por ex:

– 11g/L de Na na água do mar

– Conc. Média de Na na crosta é 2,4g em 100g rocha • 75% é dissolvido no intemperismo → oceano

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Open University, 1999

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.

Existem outras fontes importantes de

materiais para os oceanos?

• Grande variação espaço-temporal • Transporte atmosférico

– Mais forte em baixas latitudes

• Poeira eólica carregada em pulsos

• Transporte glacial

– 2° fonte + importante em termos de massa de material – Importância local (90% Antártica –anel de sedimento)

Existem outras fontes importantes de

materiais para os oceanos?

• Intemperismo de baixa temperatura da crosta

oceânica (basalto)

• Reações de alta temperatura –

atividade hidrotermal – Fonte e sumidouro

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• Ambiente dominado por fluxos

• Comportamento dinâmico dos elementos: remoção dissolvidos → particulado

Oceano é um ambiente dinâmico

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

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Fluxos Fluviais e Tempo de Residência

Open University, 1999

Concentração x Tempo de Residência

Comportamento dos constituintes

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

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Propriedades Não Conservativa do O

₂ Processo Biológico

CO₂+ H₂O → fotossíntese → matéria orgânica inorgânico N ← respiração ← + O2

inorgânico P Processo Físico

O₂atmosfera → O2 dissolvido

←

Propriedades Não Conservativa

Nutrientes

• N : nitrato e amônio

• P: fosfato

• S: silicato

• Metais traços: Fe, Zn, Mo, Cu, Co

Elementos ou compostos necessários

para o fitoplâncton

Conservativos Tipo nutriente _{Tipo removíveis}

Elementos tipo nutriente: biologicamente ativos

• Remoção na superfície e enriquecimento com a profundidade • Processos biológicos: ciclo do MP e MO

nmol/kg

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Matéria Orgânica nos Oceanos

O que é Matéria Orgânica?

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

1,8 0,5 Deposição seca 3,65 1,0 Chuva Carga atmosférica 3,95 1,08 Rios + Subterrânea Carga líquida 6,2 1,7 Macrófitas 84,4 23,1 Fitoplâncton Produção Primária % total 1015_gC/ano Fonte

Bomba biológica e PP

• Processos fisicos vs produção primária

• Ausência da bomba biológica: – Nitrato 33 mmol/m3

– Fosfato 2.1 mmol/m3

• As concentrações são <<<< nos oceanos

• Existem regiões com altos teores de nutrientes e baixa PP

Variabilidade ± 10% como a salinidade!

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1960-70: Dissolvida x Particulada

Filtros de fibra de vidro ou prata de 0,45µm

Classificação da MO

Particulada Coloidal Dissolvida colóides zoo Fito bactéria Vírus mm µm nm

peneiras filtros ultra filtros

peneiras moleculares

Microalgas/detritos

Matéria Orgânica Dissolvida (DOM)

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

Classificação da MO

A maior parte do DOM reside no fundo dos oceanos resistente a biodegradação

Matéria orgânica coloidal (CDOM):

Alto peso molecular (HMW: >1000)

Colóide sólido amorfo, partículas com grande área Classificação da MO

Matéria Orgânica Dissolvida (DOM)

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)

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Matéria Orgânica Particulada (POM)

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”...

mistura complexa de matéria viva e detritos:

variação de tamanho, forma e reatividade

Classificação da MO

Volkman e Tanoue, 2002

Matéria Orgânica Particulada (POM)

POM em suspensão

mistura de detritos e biomassa viva (10:1) biomarcadores (clor a, carotenóides, ATP, DNA – biomassa viva)

Fito

Estrutura da comunidade: ciclagem e exportação de MO Estrutura básica: diversos grupos (e.g. algas verdes, diatomáceas)

Diatomáceas de blooms (sazonal e espacial)

Volkman e Tanoue, 2002

POM em suspensão

Bactérias

Bactérias heterotróficas: prod. secundária → ciclagem C

90% total do carbono biológico dominantes em águas oligotróficas

Bactérias aeróbicas: luz solar → energia

até 20% total das bactérias (oligotróficos)

não foi provado se elas fixam Cinor→ ciclagem global do C

POM em suspensão

Vírus

Numericamente dominante

Fração pouco significante na contribuição de MO Alça microbiana:

DOM (fito) → POM (bactérias) → DOM (protistas e vírus)

3-26% COP da PP é reciclado por lise viral para COD infecção viral: declínio de blooms

Pastagem por protistas: minimiza limitação por Fe

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POM em suspensão

Neve Marinha

Grandes agregados de matéria orgânica

Mucilagem, cianobactérias, espécies autótrofas, detrítos Frágeis, degradados até os 1000m

C:N aumentam com o volume (maior agregados/mais velho)

Kaiser et al, 2005

Mar Adriático

Fontes de Matéria Orgânica

Alóctona e autôctona

0 5 10 15 20 25 30 35 D O C ( µµµµ M ) 50 100 150 200 250 300 350 400 450 River Seawater

Alóctonas:fonte externa

Rios e estuários

Plantas (50%: carboidratos, lipídios e material lábil de LMW –ac.fúlvicos) Solos (subs. húmicas (70%)

e material refratário)

Fontes de Matéria Orgânica

estuário

Aportes fluviais de MO

• Descarga de água total: 35 x 103 _km3_/ano

– Variando de poucos m3_{/s – 200.000 m}3_{/s (Amazonas)}

• Aportes são dependentes: – Tamanho da bacia de drenagem – Geologia

– Regime fluvial – Natureza e uso do solo

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100 243.2 100 37,400 Total 0.1 0.3 0.7 262 1 Semi-árido 2.8 6.5 5.8 2,169 3 Tropical seco 65.6 153.5 51.3 19,186 8 Tropical úmido 17.6 41.1 27.5 10,285 4 Temperado 13 30.6 11.7 4,376 7 Taiga 1 2.2 3 1,222 2 Tundra % total 106_t/ano % total Km3_/ano Exportção do DOC Descarga de água COD mg/L Zona Leenheer, 1991

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 • 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)

Porque a MO nas bacias oceânicas não tem origem terrestre?

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 Fontes de Matéria Orgânica

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Autóctonas: FONTE INTERNA

Organismos autotróficos: transformadores

Reduzem o CO2para C orgânico e estocam a energia química

nos seus tecidos.

Ex: plantas (plâncton e macroalgas) e algumas bactérias.

Fotossíntese ou produção primária é o processo global mais importante:

6 CO₂+ 6 H₂O + nutrientes => C₆H₁₂O₆+ 6 O₂

Fontes de Matéria Orgânica

Autóctonas:

COP: vivo (menos de 5% do TOC no oceano)

fitoplancton – fotossíntese – 2 x 1016_{g C/ano}

Organismos microscópios de pequena mobilidade Diatomáceas: grupo dominante

Cianobactérias, cocolitoforideos,...

Fontes de Matéria Orgânica

Composição do Fito

• 40% proteínas • 40% carboidratos • 15% lipídeos • 5% ácidos nucléicos Variações: - aporte de nutrientes - idade - T°C

Composição do Fito

• Simplificação da fotossíntese: C, N e P

106CO

2

+ 16NO

3-

+ 1HPO

42-

+ 12H

2

O +

18H

+

_{→ C}

106

H

263

O

110

N

16

P + 138O

2

C:N:P: 106:16:1

Razão de Redfield

(28)

Razão de Redfield:

razão estequiométrica para o fito/zoo é constante! (gde escala temporal)

Fontes de Matéria Orgânica

Matéria orgânica Oxigênio

C H O N P 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 Muito altas Aumenta o consumo

Autóctonas: FONTE INTERNA

POC: não vivo

Detritos

Organismos mortos Material fecal Agregados orgânicos

Fontes de Matéria Orgânica

fito

• Aglomerados de bactérias/detrítos • Agregação de MO por ação de bolhas • Floculação

• Adsorção de COD em partículas

Controvérsia: COD autóctono vs. alóctono Estima-se que entre 10-50% do COD seja de origem terrestre

COMPORTAMENTO CONSERVATIVO LIGNINA

Bauer et al., (2002)

Dafner & Wangersky (2002) revisão!

Fontes de Matéria Orgânica

COD (principal estoque de CO nos oceanos)

Proteínas (amino ácidos) Auto e Alo

Carboidratos Auto e Alo

Lipídios Auto e Alo

Pigmentos Auto e Alo

Lignina Alo

Ácidos Nucléicos Auto e Alo

(29)

POM:

Hidrocarbonetos, ácidos graxos, carboidratos, lignina, detrítos Terrestre ou Marinha:

N-alcanos (biomarcadores) C23-C35: terrestre

C15-C21: marinho

Acidos graxos (biomarcadores) C14-C36: terrestre

C12-C24: marinho

Composição da Matéria Orgânica

POM:

Pequena parcela: biomassa viva Grande parcela: biomassa morta

Partículas pequenas: maior parte do POM

Partículas grandes: neve marinha/pelets fecais (cadeia alimentar)

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

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

(30)

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.