Mini-curso MC-14/ Oceanografia Química Salinidade … · 1 Vanessa Hatje Laboratório de Oceanografia Química, UFBA [email protected] 62°Reunião Anual da SBPC, 25 a 30/7/2010 Mini-curso

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Vanessa Hatje

Laboratório de Oceanografia Química, UFBA

[email protected]

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 480oC.

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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.

CTD significa: Condutividade –Temperatura –Depth (profundidade).

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

Alguns CTDs são tão rápidos que podem fazer até24 medidas por segundo!

Salinidade nos oceanos

• Média do oceano: 33 – 37

• Hipersalinos: S > 40– Mar Morto, Vermelho

• Hiposalinos/salobro: S < 25– Estuários e baías costeiras

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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

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.

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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 dociclo 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 doOceano 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 últimas4 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

MOCMeridionalOverturningCirculation

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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

– nutrientes

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

Miranda et al., 2002

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 édiluída 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 énula. Região de alta concentração de MS

• Zona de salinidade mínima: 0-5, altamente reativa

Delimitação funcional do estuário

Limite do efeito da maré

Influência fluvialS<1

Zona de turbidezmáxima

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 mar1. 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

colóideszooFito

bactériaVírus

mm µm nm

peneirasfiltros

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)


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

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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?

• Estuários, bacias anóxicas, bacias evaporação, ventes....

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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

Libes, 1992

- 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 O2 e CO2 da atmosfera

• Água fluvial– pH 7,3 - 8– Cátions: Ca2+, Mg2+ e Na+

– Ánions: HCO3-, SO4

2- e Cl-

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MILLERO, 2006

Água fluvialÁgua do mar

2. Bacias Anóxicas

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

redução. H2S é perdido por precipitação do FeS2 e ZnS, CuS, etc.

– Baixa circulação

– Alta taxa de matéria orgânica

Ex: Mar Negro

3. Precipitação e dissolução

- Dissolução de CaCO3na 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 NorteMillero, 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 CaCO3

• SO4-2 – formação de H2S

• 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+, Mg2+

- 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

O2: distribuição de biota e processos redox

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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?Intemperismo?

Composição das águas naturais Composição das águas naturais• Chuva: gases dissolvidos (CO2 e SO2), pH 5.7• Variações locais• Ca2+ e HCO3

-: carbonatos e silicatos

Chuva (TDS = 7.1 mg/L)

Rio (TDS = 118.2 mg/L)

4

1

60

10

16

Chuva

Rio

Mar

Composição das Águas Naturais

• 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

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 degaseificaçãodo 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


• 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.


• 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....);


• 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

– ≈ 600g de rocha precisa ser intemperizada

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Open University, 1999


• 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

– Principal fonte de Mn dissolvido

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• Ambiente dominado por fluxos

• Comportamento dinâmico dos elementos: remoçãodissolvidos → particulado

Oceano é um ambiente dinâmicoProcessos 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

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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- evaporação e chuva Millero, 2006

Elementos conservativos

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Propriedades Não Conservativa do O2

Processo Biológico

CO2 + H2O → fotossíntese → matéria orgânica

inorgânico N ← respiração ← + O2

inorgânico P

Processo Físico

O2 atmosfera → 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

µmol/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

1,80,5Deposição seca

3,651,0Chuva

Carga atmosférica

3,951,08Rios + Subterrânea

Carga líquida

6,21,7Macrófitas

84,423,1Fitoplâncton

Produção Primária

% total1015 gC/anoFonte

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

colóideszooFito

bactériaVírus

mm µm nm

peneirasfiltros

ultra filtros

peneiras moleculares

Microalgas/detritos


� 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


� 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 superficial (0.001 a 1 µm)




1. DOC: dois reservatóriosa. 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 fundob. Maiores para partícula menores:

4 for 500 µm and 10 for 0.003 µ mc. Maiores para MO terrestre (C/N > 15)

3. Composição pode ser usada como indicativo de fonte (Biomarcadores)

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� 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


Volkman e Tanoue, 2002


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 suspensãoVírus

� 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 �Fe biodisponivel é gerado de Fe coloidal nos vacúolos dos protistas


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POM em suspensãoNeve 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, 2005Mar Adriático

Fontes de Matéria Orgânica

Alóctona e autôctona

Salinity

0 5 10 15 20 25 30 35

DO

C (

µµ µµM

)

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)


Millero, 2002

estuário

Aportes fluviais de MO• Descarga de água total: 35 x 103 km3/ano

– Variando de poucos m3/s – 200.000 m3/s (Amazonas)

• Aportes são dependentes:– Tamanho da bacia de drenagem– Geologia– Regime fluvial– Natureza e uso do solo

Qde/qualidade MO

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100243.210037,400Total

0.10.30.72621Semi-árido

2.86.55.82,1693Tropical seco

65.6153.551.319,1868Tropical úmido

17.641.127.510,2854Temperado

1330.611.74,3767Taiga

12.231,2222Tundra

% total106 t/ano% totalKm3/ano

Exportção do DOC

Descarga de águaCOD 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?

AtmosferaImportante 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


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� Autóctonas: FONTE INTERNA

Organismos autotróficos: transformadoresReduzem o CO2 para 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


� Autóctonas:

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

� fitoplancton – fotossíntese – 2 x 1016g C/ano� Organismos microscópios de pequena mobilidade

� Diatomáceas: grupo dominante

� Cianobactérias, cocolitoforideos,...


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- + 1HPO4

2- + 12H2O + 18H+ → C106H263O110N16P + 138O2

C:N:P: 106:16:1

Razão de Redfield

28

� Razão de Redfield:

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


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 INTERNAPOC: não vivo

� Detritos

� Organismos mortos

� Material fecal

� Agregados orgânicos


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!


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

Composição da Matéria Orgânica

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


� POM:� Pequena parcela: biomassa viva

� Grande parcela: biomassa morta� Partículas pequenas: maior parte do POM

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


� 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


� 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.

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Mini-curso MC-14/ Oceanografia Química Salinidade … · 1 Vanessa Hatje Laboratório de Oceanografia Química, UFBA [email protected] 62°Reunião Anual da SBPC, 25 a 30/7/2010 Mini-curso