Ciclo Global do Carbono Introdução 40 a 50% da matéria orgânica viva acoplamento com ciclos do N, P, S, O humanidade interfere ativamente em seu ciclo É importante estudar o ciclo do C por que cerca de 50% da matéria orgânica viva é composta por carbono. O carbono exerce e sofre uma grande influência de outro ciclos biogeoquímicos como nitrogênio e fósforo. A humanidade tem interferido ativamente no ciclo do carbon através principalmente da queima de combustíveis fósseis e na queima de biomassa, principalmente florestas. Portanto, estamos constantemente transferindo carbono de reservatórios com longo tempo de residência para a atmosfera, onde o carbon permanece por menos tempo.

Estoque de carbono (x 1015 g) Note que a litosfera é de longe o maior reservatório, seguido dos oceanos e solo. Na atmosfera e biosfera temos os menores estoques de carbono, mas em conpensação esses são os reservatórios mais ativos, onde as trocas são realizadas mais intensamente, num curto espaço de tempo. Portanto, são os reservatórios em que mais a humanidade interfere.

Reservatórios Biosfera terrestre = 560 x 1015g Atmosfera = 760 x 1015g Solos = 1.500 x 1015g Oceano = 40.000 x 1015g Litosfera = 75.000.000 x 1015g Total = 7.5 x 1022g O principal reservatório de carbono é a litosfera, seguindo-se os oceanos, solos, atmosfera e biosfera.

Fluxo oceânico Prod. Prim. Liq Uso da terra Respiração Fogo Combustíveis fósseis Fluxo oceânico Este é o ciclo do carbono atual que leva em conta os lançamentos de CO2 na atmosfera pela queima de combustíveis fósseis, fogo e mudanças no uso do solo.

FIRE http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/view.php?d1=MOD14A1_M_FIRE

Ciclo do carbono Ciclagem longa – ciclagem geológico – milhões de anos (intemperismo – vulcanismo) Ciclagem curta – ciclagem biológica – semanas a milhões de anos (fotossíntese respiração) Na verdade existem dois tipos de ciclo do carbono que ocorrem simultâneamente. Um ocorre mais rapidamente que o outro. O ciclo longo ou geológico ocorre em uma escala de milhões de ano e envolve processos como intemperismo e vulcanismo. O outro ciclo denominado ciclagem curta ou ciclagem biológica o tempo de duração é de semanas até milhões de ano. Os dois principais processos são fotossíntese e respiração.

O ciclo geológico do carbono Ca + HCO3 CaCO3 CO2 0.15 x 1015g/ano CaCO3 + SiO2 CO2 0.02 – 0.05 x 1015g In the geological carbon cycle, carbon moves between rocks and minerals, seawater, and the atmosphere. Carbon dioxide in the atmosphere reacts with some minerals to form the mineral calcium carbonate (limestone). This mineral is then dissolved by rainwater and carried to the oceans. Once there, it can precipitate out of the ocean water, forming layers of sediment on the sea floor. As the Earth’s plates move, through the processes of plate tectonics, these sediments are subducted underneath the continents. Under the great heat and pressure far below the Earth’s surface, the limestone melts and reacts with other minerals, releasing carbon dioxide. The carbon dioxide is then re-emitted into the atmosphere through volcanic eruptions. (Illustration by Robert Simmon, NASA GSFC) CaSiO3 + 2CO2 + H2O ------- Ca+2 + 2HCO3 + SiO2 (1) Ca+2 + 2HCO3 ----------- CaCO3 + CO2 + H2O (2) CaCO3 + SiO2 --------- CaSiO3 + CO2 (3)

O mesmo conveyor belt que distribui calor das regiões equatoriais também redistribui carbono que foi lançado pelos rios nos oceanos já que as maiores descargas de HCO3 encontram-se nas regiões equatoriais.

Carbono Inorgânico Dissolvido – DIC DIC = H2CO3 + HCO3- + CO3-2 CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ H+ + CO3-2 Fluxo Ar-Oceano: 90 x 1015g Fluxo Oceano-Ar: 88 x 1015g Como a concentração de CO2 na atmosfera está aumentando devido à queima de combustíveis fósseis e queima de biomassa, a transferência de carbono da atmosfera para os oceanos está se tornando maior que a saída. Portanto, a concentração de CO2 nos oceanos está aumentando, deslocando o equilíbrio da reação para a direita, aumentando a concentração de H+ e consequentemente diminuindo o pH dos oceanos como mostrado no próximo gráficos.

Figura à esquerda mostrando o aumento temporal de CO2 na atmosfera Figura à esquerda mostrando o aumento temporal de CO2 na atmosfera.. Figura à direita mostrando o aumento de CO2 no oceano com consequente declínio no pH da água.

E daí. Qual o problema de o pH do oceano diminuir um pouquinho E daí? Qual o problema de o pH do oceano diminuir um pouquinho? Um problema imediato é que na primeira etapa da reação é liberado HCO3 + H+, o CO3 vai reagir com o H+ que está sobrando tentando evitar que o pH se altere. Como consequência os corais começarão a dissolver liberando mais CO3 para reagir com H+.

Esta figura demonstra a dissolução de uma concha de Clio pyramidata em um experimento onde a concentração de CO2 dissolvido na água foi mantida artificialmente alta.

Foto ilustrativa mostrando a dissolução de corais.

Corais são locais importantes para a alimentação de vários peixes, inclusive tubarões. O aumento de ataques a seres humanos em Recife pode ser parcialmente explicado pela deterioração dos bancos de corais na orla pernanbucana.

Recentemente (2008) foi descoberto que não somente certo tipo de planctôns mas também por peixes (linguado) que excreta bicarbonato de cálcio.

Ciclagem rápida do carbono Processos atmosfera-oceano fotosíntese respiração No processo de ciclagem rápida os processos envolvidos são: trocas de atmosfera com o oceano, fotossíntese, respiração e formação de humus no solo.

Trocas atmosfera - oceano Ciclo rápido: 6 anos na superfície. Em águas profundas 275 anos no Atlântico e 510 no Pacífico. Fluxo de gases na interface água-ar F = k(CO2atm – CO2oceano) Superfície pequena em relação ao volume. Absorção relativamente lenta. Tanto o ciclo longo como o ciclo longo são intermediados por trocas entre reservatórios. No ciclo curto o tempo de troca é de somente 6 anos na superfície e de 200 a 500 anos no Atlântico e no Pacífico. A transferência é puramente física e não biológica, ao longo de um gradiente de concentração.

Fotossíntese - respiração CO2 + H2O ↔ CH2O + O2 → Fotossíntese (120 x 1015g) ← Respiração (60 x 1015g + 60 x 1015g) Produtividade primária global: F – Rfoto Produtividade primária líquida: F – Rfoto – Rhetero F > R → acúmulo de matéria orgânica Já conhecemos fotossíntese e respiração. Quando a fotossíntese é maior que respiração há acúmulo de matéria orgânica. Quando a respriação é maior que a fotossíntese há perda de matéria orgânica.

NPP – Terrestre e Clorofila http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/view.php?d1=MOD17A2_M_PSN&d2=MOD13A2_M_NDVI http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/view.php?d1=MOD17A2_M_PSN&d2=MY1DMM_CHLORA

Figure 1. Spatial Distribution of Net Primary Productivity (NPP) (in grams of carbon) Maiores NPP encontram-se nas regiões tropicais como pode ser visto nesta Figura.

Figure 2. Human Appropriation of Net Primary Productivity (HANPP) (in grams of carbon) Esta figura mostra os locais onde os seres humanos se apropriaram da produção primária.

Ciclo rápido x ciclo longo Fotossíntese nos oceanos – formas de vida que sintetizam CaCO3 (conchinhas) Fotossíntese aumenta o CO2 no ar do solo, aumentando intemperismo (forma H2CO3 que é um ácido fraco responsável pelo processo de intemperismo) CaSiO3 + 2CO2 + H2O ------- Ca+2 + 2HCO3 + SiO2 (1)