Carbono nos sistemas aquáticos

Apresentação em tema: "Carbono nos sistemas aquáticos"— Transcrição da apresentação:

1 Carbono nos sistemas aquáticos
Formas dissolvidas Carbono inorgânico dissolvido (DIC) Carbono orgânico dissolvido (DOC) Forma particulada Carbono orgânico particulado (POC) Fração fina (< 63 mm) Fração grossa (> 63 mm) O carbono nos sistemas aquáticos se encontra em três formas principais, duas dissolvidas e uma particulada. Na forma dissolvida temos o carbono inorgânico dissolvido (DIC) e o carbono orgânico dissolvido (DOC) e na forma particulada temos o carbono orgânico particulado (POC), sendo que esse faz parte do material em suspensão e é dividido pelo tamanho em fração fina e fração grossa.

2 Carbono inorgânico dissolvido (DIC)
DIC = H2CO3 + HCO3- + CO3-2 H2CO3 : ácido carbônico HCO3- : bicarbonato CO3-2 : carbonato DIC = (CO2 + H2O) + HCO3- + CO3-2 DIC = (CO2)aq + HCO3- + CO3-2 Começando pelo carbono inorgânico dissolvido que, geralmente, é o mais abundante das três formas. O DIC representa a soma de três espécies químicas: o ácido carbônico, o bicarbonato e o carbonato. O ácido carbônico se dissocia facilmente na água em CO2 e água e, geralmente, é representado como CO2aq.

3 Fontes de DIC Atmosfera difusão: rios e lagos – [DIC]aq >> [DIC]atm, portanto há uma evasão de C para a atm Respiração das raízes libera CO2 no solo que reage com H2O e forma o ácido fraco H2CO3, que por sua vez reage com algum mineral carbonatado. Ex.: (slide seguinte) Respiração de organismos aquáticos liberando CO2 Como vimos na aula passada, a atmosfera é uma fonte de carbono para os oceanos que é transferido através do processo de difusão. Na maioria dos rios e lagos o processo é inverso, as concentrações de carbono são mais elevadas na água que na atmosfera, portanto há uma evasão de carbono da água para a atmosfera. Também como vimos a aula passada, uma fonte de carbono para os sistemas aquáticos é a respiração das raízes e microorganismos do solo que libera CO2 nos poros do solo, que é hidratado e forma o ácido carbônico. O ácido carbônico reage com um mineral e nesta reação é liberado bicarbonato que é lixiviado para os rios e daí para os oceanos. Finalmente, há também a produção de CO2 in situ através da respiração feita por organismos aquáticos. CO2 + H2O ↔ CH2O + O2

4 Neste slide são exemplificadas várias reações de minerais do solo com o ácido carbônico, que aqui é mostrado na sua forma dissociada (CO2 + H2O).

5 DIC = (CO2)aq + HCO3- + CO3-2 Sistema tampão das águas
Qualquer que seja a fonte de carbono a sua forma no sistema aquático dependerá do pH desse sistema DIC = (CO2)aq + HCO3- + CO3-2 Respiração Intemperismo Não importa a fonte, respiração ou intemperismo, a proporção das várias espécies será determinado pelo pH da água, segundo a equação abaixo, que ilustra o poder tampão das águas. O equilíbrio da reação movendo-se para a direita evita mudanças acentuadas do pH da água. Sistema tampão das águas CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ H+ + CO3-2

6 potencial hidrogeniônico - pH
pH = -log10[H+] O pH da água determina a solubilidade e a disponibilidade biológica de nutrientes importantes como N, P e C e de metais pesados como Pb, Cr, Cd e outros. O pH é uma representação da concentração de H+ na água utilzando-se logarítimo

7 potencial hidrogeniônico - pH
Ácido de bateria <1.0 Suco gástrico 2.0 Sumo de limão 2.4 Cola (refrigerante) 2.5 Vinagre 2.9 Sumo de laranja ou maçã 3.5 Cerveja 4.5 Café 5.0 Chá 5.5 Chuva ácida < 5.6 Leite 6.5 Água pura 7.0 Saliva humana Sangue Água do mar 8.0 Sabonete de mão Amônia caseira 11.5 Cloro 12.5 Hidróxido de sódio caseiro 13.5 pH de várias substâncias

8 Sangue Águas naturais Neste gráfico temos as proporções das formas de DIC em relação ao pH. Os retângulos vermelho e azul ilustram valores de pH mais comuns nas águas naturais e no sangue, respectivamente.

9 pH – controle Fotossíntese (pH aumenta, menos H+ no meio)
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ H+ + CO3-2 Respiração (pH decresce, mais H+ no meio) Exemplo do poder tampão das águas. Fotossíntese retira CO2 da água, em consequência o equilíbrio da reação é deslocado para a esquerda, H+ é consumido e o pH aumenta. Na respiração a concentração de CO2 aumenta e o equilíbrio é deslocado para a direita, H+ é produzido e o pH descresce.

10 Henderson-Hasselbach Equation
pH = pKa + log (HCO3/H2CO3 + CO2) pH = pKa + log (HCO3/CO2) pH = pKa + log(HCO3/KHxPCO2) pH = log(HCO3/0.03 x PCO2) Sangue: Respiração elimina CO2….o pH aumenta….

11 Carbono orgânico dissolvido (DOC)
Moléculas orgânicas de diferentes pesos moleculares (< 0.45 mm) Geralmente, em águas-doce, são compostos como ácios fúlvicos e húmicos (recalcitrantes) oriundos de solos e plantas Parte mais lábil (minoria) promove o “microbial loop”, muito importante nos oceanos.

12 Microbial loop – transferência de carbono ao longo da cadeia trófica
Nos oceanos o DOC é fundamental para promover o microbial loop. Bactérias heterotróficas utilizam o DOC como alimento, um protozoa se alimenta desta bactéria, passando para um metazoa e daí para níveis tróficos superiores.

13 Carbono Orgânico Particulado (POC)
Particulado: encontra-se aderido ao material em suspensão. Fração fina (< 63 mm) Origem: principalmente matéria orgânica refratária oriunda de solos Fração grossa (> 63 mm) Origem: principalmente restos vegetais

14 Exempo de como o DIC varia temporalmente em vários rios
Exempo de como o DIC varia temporalmente em vários rios. O Piraicaba nós já conhecemos, durante a seca o DIC aumenta, por que o esgoto se torna concentrado e é decomposto aumentando o DIC. Lembre-se que o oxigênio dissolvido dimui na seca, pois está sendo utilizado para decompor a material orgânica, que por sua vez produz DIC. O rio Itapetininga é um rio ainda relativamente limpo e não observamos nenhuma variabilidade temporal importante e a concentração do DIC é bem menor que o rio Piracicaba. Já o rio do Peixe também é um rio relativamente limpo, mas drena uma formação geológica com rochas carbonatadas, resultando em intemperismo e aumentando o DIC. Porém não há nenhuma variação temporal a ser observada. Assim, podemos concluir que a origem do DIC do Piracicaba é a decomposição do esgoto, podemos dizer que é um DIC biológico e o do Peixe podemos dizer que é geológico, já que vem do intemperismo das rochas carbonatadas. Mas, não de esqueça que o ácido fraco H2CO3 que reagiu com a rocha para formar HCO3 vem da respiração do solo.

15 Mesmo tipo de figura, somente mostrando as variações temporais do DOC
Mesmo tipo de figura, somente mostrando as variações temporais do DOC. Novamente, o esgoto eleva a concentração de DOC acentuadamente na época seca.

16 Rio Piracicaba Neste gráfico, plotamos todas as formas de carbono: DOC, DIC e POC no rio Piracicaba. As barras em cinza representam a descarga. Note que o DIC é bem mais elevado que o DOC e o POC. Note novamente que a concentração de DIC aumenta na seca como visto em uma figura anterior.

17 Rio Atibaia Mesma coisa para o rio Atibaia, relativamente menos poluído que o rio Piracicaba. Note que o DIC também é mais elevado que o DOC e POC, mas não existe nenhuma variação temporal especial.

18 Neste gráfico a relação entre DIC e OD e DOC e OD
Neste gráfico a relação entre DIC e OD e DOC e OD. Note que no Piracicaba o DIC tem uma relação inversa com o OD, que não é tão clara no rio Atibaia. Da mesma forma, não há uma relação clara entre DOC e OD.

19 Rio Atibaia

20 Rio Piracicaba