QOM aula 2 2015

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IOF-254 Química Orgânica Marinha 
 
 
• Abordagens Operacionais 
 
Matéria Orgânica Particulada - POM 
Matéria Orgânica Dissolvida - DOM 
Carbono Orgânico Particulado - POC 
Carbono Orgânico Dissolvido - DOC 
Carbono Inorgânico Dissolvido – DIC 
Carbono Inorgânico Particulado – PIC 
.... 
 
 
 
• Abordagens Operacionais 
 
Matéria Orgânica Particulada - POM 
Matéria Orgânica Dissolvida - DOM 
Carbono Orgânico Particulado - POC 
Carbono Orgânico Dissolvido - DOC 
Carbono Inorgânico Dissolvido – DIC 
Carbono Inorgânico Particulado – PIC 
.... 
 
 
Qual a diferença entre 
DOC e DOM? 
Ciclo do carbono 
Carbono Orgânico Dissolvido 
 
Compartimento 
 
Fluxo 
 
Fonte 
 
Sorvedouro 
Ciclo global do carbono 
Ciclo global do carbono 
Ciclo global do carbono 
DIC: 38220 
Ciclo do Carbono Orgânico 
Ciclo do Carbono no oceano 
A fração maior do C organicamente ligado na água do mar é o 
dissolvido: 
 
 
 
 
 
~680 Pg 
 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Matéria orgânica dissolvida 
marinha é uma mistura complexa 
de moléculas de origens diversas 
encontrada na água do mar em 
todo o oceano do mundo. As 
concentrações de moléculas 
individuais são baixas, mas há 
dezenas de milhares de moléculas 
diferentes e como o volume do 
oceano é grande torna este, um 
importante reservatório global da 
matéria orgânica. 
 
 
 
 
 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Fontes 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Fontes 
Autóctones 
Aloctónes 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Fontes 
Autóctones 
Aloctónes 
Qual a mais importante???? 
Fontes Alóctones 
 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Fontes alóctones 
 
•  origem terrestre 
 rios → ( [DOC]rio pode chegar a 20 mg C.L-1) 
Esgotos → a maioria dos compostos é oxidada com 
 facilidade pelas bactérias marinhas 
 importante nas regiões costeiras 
 
 
Fontes alóctones 
 
•  origem terrestre 
 rios → ( [DOC]rio pode chegar a 20 mg C.L-1) 
Esgotos → a maioria dos compostos é oxidada com 
 facilidade pelas bactérias marinhas 
 importante nas regiões costeiras 
 
 
Entrada é suficiente 
p a r a m a n t e r o 
estado estacionário. 
Fluxo de DOC dos principias rios (Hansell e Carlson, 2015). 
Imagem de satélite (SeaWiFS - NOAA) nordeste do Golfo do México e Flórida, pluma de 
água do rio Suwannee, 
(Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor)  
 
 
 
Imagem de satélite (SeaWiFS) - Rio da Prata 
Fontes alóctones 
 
•  atmosfera – Poeira e aerossol 
 
 
 
Deposição média de poeira atmosférica(g cm2/yr) (Jickells et al., 2005) 
Simoneit et al, 2006 
Fontes alóctones 
 
•  Natural oil seeps 
(Illustration by Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institution) 
Fontes alóctones 
 
Gases orgânicos– atmosfera e fontes hidrotermais 
 hidratos de metano 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Fontes Autóctones 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Fontes Autóctones ( mais importante!!) 
Produção Autóctone do DOM na água do mar 
Produção Atóctone do DOM na água do mar 
A maioria da matéria orgânica dissolvida na água do mar é 
proveniente da produção primária autóctone, principalmente 
na zona eufótica. 
 
Allguns mecanismos são importantes na produção da DOM: 
 
 
Produção Atóctone do DOM na água do mar 
A maioria da matéria orgânica dissolvida na água do mar é 
proveniente da produção primária autóctone, principalmente 
na zona eufótica. 
 
Allguns mecanismos são importantes na produção da DOM: 
 
 1- Produção extraceluar pelo fitoplâncton 
 2- Produção extraceluar e excreçao pelo zooplâncton 
 3- Quebra via bacterias ou vírus 
 3- Solubilização de partículas 
 
Produção extracelular pelo fito: um processo normal? 
•  Sabe-se que as plantas vasculares produzem um 
grande número de compostos orgânicos 
extracelulares que podem atuar como 
estimuladores de produção e da fisiologia do 
organismo. 
•  Culturas de algas mostraram que há liberação de 
matéria orgânica pelo fito. 
Produção extracelular pelo fito: um processo normal? 
Tipos de compostos orgânicos exudados pelo fitoplâncton 
•  Não só carboidratos e polissacarídeos foram identificados com 
produtos de excreção mas, ácidos glicólicos, lipídeos, fosfatos 
orgânicos, enzimas, vitaminas, estimuladores de crescimento ou 
inibição e até toxinas. 
 
polissacarídeo 
Vitamina B12 
Teorias sobre a liberação extracelular do fito: 
 
- Overflow 
- Difusao passiva 
 
- Ambas 
Teorias sobre a liberação extracelular do fito: 
 
- Overflow 
- A fotossíntese lada pela luz e o crescimento do fito pela 
disponibilidade de nutrientes 
- Processo correlacionado com a biomassa 
- Ocorre também na falta de luz 
- Compostos apenas de baixa massa molecular(açucares e amino ácidos. 
Teorias sobre a liberação extracelular do fito: 
 
- Overflow 
- A fotossíntese lada pela luz e o crescimento do fito pela 
disponibilidade de nutrientes 
- Processo correlacionado com a biomassa 
- Ocorre também na falta de luz 
- Compostos apenas de baixa massa molecular(açucares e amino ácidos. 
- Difusão passiva 
- Como a liberação aumaneta a concorrencia com o bacterioplancton ela 
não deve ser intencional e sim passiva 
- Desacoplamento - biossíntese pode ser mais rápida que a 
incorporação 
- Processo correlacionado com a produção primária 
- Ausente na falta de luz 
- Compostos de baixa massa molecular e de alta massa molecular 
Teorias sobre a liberação extracelular do fito: 
 
- Overflow 
- A fotossíntese lada pela luz e o crescimento do fito pela 
disponibilidade de nutrientes 
- Processo correlacionado com a biomassa 
- Ocorre também na falta de luz 
- Compostos apenas de baixa massa molecular(açucares e amino ácidos. 
- Difusão passiva 
- Como a liberação aumaneta a concorrencia com o bacterioplancton ela 
não deve ser intencional e sim passiva 
- Desacoplamento - biossíntese pode ser mais rápida que a 
incorporação 
- Processo correlacionado com a produção primária 
- Ausente na falta de luz 
- Compostos de baixa massa molecular e de alta massa molecular 
Os dois processos não são mutuamente excludentes 
Uso do DOC excretado 
•  Em situações de extremo estresse ambiental aumenta a excreção, 
mas normalmente ela acompanha a taxa de fotosíntese. As 
substâncias exudadas são usadas principalmente pelas bactérias. 
Estimativas mais realistas situam o material excretado pelo fito 
na faixa de 10% a 20% do C fixado pela fotossíntese. 
 
 
O zooplâncton e outros animais marinhos liberam principalmente 
compostos nitrogenados (uréia, ácido úrico, amino ácidos) 
A contribuição das pelotas fecais também é importante para as regiões 
costeiras e oceânicas 
Ocorrem processos como liberação de material não assimilado e 
ruptura de presas grandes 
• Decomposição de organismos mortos 
• Autólise libera MO solúvel e ação bacteriana termina a degradação 
• Produtos de excreção - 
 Móleculas pequenas (ác. Glicólico, amino ácidos e carbohidratos) 
•  A degradação bacteriana é amplamente responsável pela 
degradação do DOM na coluna d’água 
•  Na coluna de água a DOM também sofre vários tipos de conversão 
devido a enzimas. Apesar desta ação combinada ser muito 
eficiente, parte da MO resiste aos processos biológicos e também à 
degradação fotoquímica abiótica. Esta fração resistente a 
degradação inicial é pequena mas significativa para geoquímica 
orgânica. 
Hansell e Craig (2015)Textos 
 
 
http://www.whoi.edu/oceanus/feature/drug-discovery-in-
the-ocean 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Distribuição 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Média aproximada da concentração do DOC na água do mar 
é 1 mg/l variando de mais de 3 em zonas eutróficas em 
águas superficiais e bem abaixo de 1 em águas oligotróficas 
e/ou a altas profundidades. 
 
 
 A concentração de 1 mgC/l, significa que em média 1000 t 
de C organicamente ligados estão dissolvidos em 1 km3 de 
água do mar. 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Média aproximada da concentração do DOC na água do mar 
é 1 mg/l variando de mais de 3 em zonas eutróficas em 
águas superficiais e bem abaixo de 1 em águas oligotróficas 
e/ou a altas profundidades. 
 
 
 A concentração de 1 mgC/l, significa que em média 1000 t 
de C organicamente ligados estão dissolvidos em 1 km3 de 
água do mar. 
A fração maior do C organicamente ligado na água do mar é o 
dissolvido: 
 
 
 
 
 
680 Pg 
 
Carbono Orgânico Dissolvido 
A fração maior do C organicamente ligado na água do mar é o 
dissolvido: 
 
 
 
 
 
680 Pg 
 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Concentração da matéria orgânica na água do mar 
Região oceânica 
 
C.O. dissolvida 0,3 – 3,0 mg.L-1 
C.O. particulada ~0,2 mg.L-1 
 
Região costeira 
 
C.O. dissolvida ~ 20 mg.L-1 
c.O. particulada ~ 10 mg.L-1 
 
 
Carbono Orgânico Dissolvido 
Distribuição do carbono orgânico dissolvido 
Distribuição vertical 
• Praticamente a mesma em todos os oceanos 
Abaixo da zona eufótica o DOC é refratário ao ataque biológico 
 
Há variações sazonais (regiões costeiras) 
[DOC] depende da taxa de fixação do CO2 
 Primavera/verão → DOC ~ 2,2 mgC.L-1 
 Outono DOC ~ 0,6 – 0,9 mgC.L-1 
1,0 0,5 
0 
300 
600 
900 
DOC mg.L-1 
Papel da DOM dissolvida nos oceanos 
 
 
 
Papel da DOM dissolvida nos oceanos 
 
 
 
Matéria orgânica dissolvida Marinho (DOM) é importante no ciclo 
global do carbono e teias alimentares marinhas. Ela afeta a 
penetração da luz, a troca de gases na superfície do mar e da 
disponibilidade de metais traço e outros nutrientes para a biota. 
 
 
 
 Exportação de 
DOC através da 
reciclagem da 
coluna de água no 
oceano pode ser 
um importante 
contribuinte para 
a bomba biológica 
pela qual carbono 
biogênico é 
seqüestrado no 
fundo do oceano, 
longe da 
atmosfera. 
Texto 
DOC concentrações extremamente baixas (~ 34 a> 80 µmol kg-1). 
Sistemas tropicais e subtropicais quentes (40˚ N a 40˚S), com estratificação vertical da 
parte superior da coluna de água, permitem a acumulação (65-80 µmol C kg-1 ) 
As concentrações mais baixas (~ 40-50 µmol C kg-1) são observadas na superfície em 
mares e subpolares e no Oceano circumpolar Austral (> 50 ◦ S), , onde a mistura vertical 
mais profunda dilui frações com baixas concentrações da profundidade com a DOC 
acumulada da superfície. 
DOC que se acumulou nos giros subtropicais é exportado por convergência de Ekman das 
águas superficiais (com ventilação da termoclina principal), movendo as águas 
enriquecidas com DOC para profundidades de algumas centenas de metros. A maioria do 
carbono orgânico exportado é mineralizado, ao longo desse caminho é retornado para a 
troca com a atmosfera dentro de meses a anos. Em contraste, o DOC transportado com as 
correntes de superfície de baixa a alta latitudes é exportado para maior profundidade com 
ventilação do fundo do oceano interior. 
A concentração do carbono orgânico dissolvido no fundo do 
oceano é cerca de metade da concentração encontrada na 
superfície do oceano. A profundidade média dos oceanos é de 
cerca de 4000 m, então a maior parte do DOC marinho reside no 
oceano profundo (abaixo de 1000 m de profundidade 
MA05CH18-Hansell ARI 9 November 2012 15:3
2
0
1
SLDOC
–1 SRDOC
–3
–2
354045505560
D
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C 
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1 )
RDOC
DOC (µmol kg–1)
Figure 3
DOC net removal rates in specific water masses of the Atlantic (⃝), Pacific (!), and Indian (■) Oceans and
the Mediterranean/Adriatic Seas (+). The rates are plotted against the mean of the DOC concentrations
employed in determining the rates, with the standard deviations shown as error bars. The semi-labile
(SLDOC), semi-refractory (SRDOC), and refractory (RDOC) pools are distinguished by relative rates of
removal. Adapted from Hansell et al. (2012).
Pacific). Given the removal rates and inventories of the various fractions (Table 1), the LDOC,
SLDOC, and SRDOC fractions exhibit modern carbon (i.e., 14C) contents, whereas the RDOC
and URDOC fractions hold relatively depleted 14C signatures (Williams & Druffel 1987, Bauer
et al. 1992, Beaupre´ & Aluwihare 2010).
The partitioning of exported DOC as fractions is somewhat subjective owing to the limited
size of the data set and the limited timescales of observation offered by the ocean water masses
evaluated. There likely exist additional high-reactivity DOC pools that are not observable in the
data employed here (lying between the LDOC and SLDOC fractions quantified below), and there
likely exist URDOC fractions (with lifetimes exceeding that of RDOC) whose dynamics cannot
be observed in the spatial variability of bulk DOC. Also, nonphotosynthetically produced DOC
will be introduced to the water column by various processes, but these are presumed to be minor
terms.
4. DOC FRACTIONS IN THE CYCLING OF CARBON
Having distinguished fractions within the bulk DOC pool based on reactivity (Figure 3), I now
consider their quantitative and qualitative roles in the cycling of carbon (Table 1).
4.1. Labile DOC
LDOC is defined here as theDOC fraction that experiences high turnover, supports heterotrophic
microbial production, and does not accumulate within the surface ocean for periods of more
than hours to days (Figure 1, Table 1). Although ∼30% to >90% of net primary production
passes through the LDOC fraction (Ducklow 1999,Williams 2000), fast turnover limits its global
inventory (<0.2 Pg C). LDOC is of great interest because it provides autochthonous support for
428 Hansell
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MA05CH18-Hansell ARI 9 November 2012 15:3
Figure 6
Bulk DOC concentrations on a meridional section in the North Atlantic. The presence/absence of the
semi-labile (SLDOC), semi-refractory (SRDOC), and refractory (RDOC) fractions in the upper 2,000 m is
indicated, based on approximate concentration separations between fractions seen in Figure 5a (taken to be
at 56 and 44 µmol kg−1). Images created using Ocean Data View (R. Schlitzer, http://odv.awi.de).
production or in its presence. But once the fractions are characterized within an ocean system,
we can infer their contributions, as was done for the western Sargasso Sea and the Ross Sea
(Figure 5). A similar inference is made here for a meridional section in the North Atlantic
(Figure 6). The concentration boundaries between fractions for the North Atlantic are evident
in Figure 5a, so those are used to ascertain the presence/absence of fractions along this section.
SLDOC, SRDOC, and RDOC together constitute the bulk DOC found in surface waters at
latitudes south of 55◦ N. It is likely that SLDOC exists seasonally in the more northern surface
waters, but deep mixingeach winter dilutes that signal. Beyond its presence in the upper layer of
the low- and midlatitude ocean, SRDOC is apparent at the surface at higher latitudes, to depths
of 300 m on the equator, and to depths of >2,000 m at latitudes north of 45◦ N. The great depth
attained in the north is due to the invasion of SRDOC-enriched deep water (Hansell & Carlson
1998a, Carlson et al. 2010). The absence of SRDOC at depth to the south indicates its complete
removal within a few decades of export (Hansell et al. 2012). RDOC is present everywhere in
Figure 6, but it largely travels the ocean abyss absent a strong presence of the more reactive
fractions. URDOC (unlabeled in Figure 6) is ubiquitous as well, but at very low concentrations
(Dittmar & Paeng 2009).
4.7. Closing Comments on Fractions
DOM that is resistant to one group of microorganisms (such as surface ocean microbes) may well
be available to another group [such as microbes in the upper mesopelagic zone (Carlson et al.
2002, 2004, 2009, 2011; Morris et al. 2005)]. In fact, the so-called refractory DOC that resists
remineralization over weeks or months in experimental manipulations (e.g., Brophy & Carlson
1989, Ogawa et al. 2001) is most likely the SLDOCdefined above. Given that resistance to decay is
both time and environment dependent, nomenclaturemust be developed and employed with great
care when discussing aspects of and the importance of themicrobial carbon pump ( Jiao et al. 2010).
434 Hansell
0° 10° N 20° N 30° N 40° N 50° N 60° N 
2,000
1,500
1,000
500
0
Latitude
RDOC
SRDOC + RDOC
SLDOC + SRDOC + RDOC
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4540 50 55 60
DOC (µmol kg–1)
65 70
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