7 AULAS 14 a 17 Oceano quimica nutrientes, elementos traco, sistema redox + prova

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PROFESSORA: 
Oc. MSc. Taiana Guimarães Araujo 
taianagaraujo@gmail.com 
Conteúdo proposto 
 OCEANOGRAFIA QUÍMICA: 
 Natureza da água: molécula da água e propriedades físico-químicas; 
 Composição química da água do mar; 
 Salinidade e clorinidade; 
 Gases dissolvidos; 
 pH da água do mar e sistema tampão dos oceanos; 
 Nutrientes; 
 Elementos-traço; 
 Sistema redox dos oceanos; 
 Técnicas de estudo e equipamentos da Oceanografia Química. 
 
 
 
As águas de 
superfície são 
significati-
vamente 
diferentes. 
 
Por que? 
• Elementos ou compostos que são essenciais à vida. 
• Como todos os outros elementos na crosta terrestre, são finitos 
e são reciclados por processos naturais, circulando entre a 
litosfera, hidrosfera, atmosfera e biosfera em ciclos referidos 
como CICLOS BIOGEOQUÍMICOS. 
• Para que os organismos possam sobreviver, crescer e se 
reproduzirem, eles necessitam de nutrientes nas 
concentrações e no tempo adequados. 
• A ciclagem biogeoquímica é essencial para a continuação da 
vida. 
Nutrientes 
• MACRONUTRIENTES  nutrientes necessários em 
quantidades relativamente elevadas por todos os organismos 
 C, H, O, N, P e S. (são componentes estruturais dos 
compostos bioquímicos comuns). 
 
• MICRONUTRIENTES  nutrientes necessários em 
quantidades relativamente pequenas ou por apenas alguns 
organismos  Exemplos: Fe, Mn, Cu, Zn etc. (geralmente 
utilizados como coenzimas ou em funções muito específicas). 
 
Nutrientes 
• Elementos nutrientes necessários para a vida. 
Nutrientes 
• Constituintes Bio-limitantes: são aqueles nutrientes cuja 
disponibilidade nas águas superficiais costuma limitar a produção 
primária (controlados por processos biológicos). Ex: nitrato, fosfato e 
silicato  ATENÇÃO: o nutrientes bio-limitantes podem ser macro ou 
micronutrientes 
 
• Constituintes Bio-intermediários: são aqueles que são utilizados 
pelos organismos, mas que não são exauridos nas águas superficiais 
(mesmo em regiões de alta produção biológica). Ex: carbono e cálcio. 
 
• Constituintes bio-ilimitados: são aqueles cujas concentrações não 
são afetadas pelas atividades biológicas (apresentam comportamento 
conservativo). Ex: sódio e cloreto. 
Nutrientes 
C H O N P S 
N e P  Biolimitantes 
C e S  Biointermediários 
H e O  bioilimitados (presentes como H2O) 
Nutrientes 
 Em ambientes terrestres, a disponibilidade de água ou umidade 
frequentemente limita a produção vegetal, como acontece nas regiões 
áridas e desertos; 
 
 Já em ambientes aquáticos, é a disponibilidade de LUZ e de 
NUTRIENTES (sais minerais), como o nitrogênio e o fósforo, que 
são essenciais para o metabolismo proteico, que pode limitar a 
produção primária. 
 
 Sabendo que os N e o P são macronutrientes, podemos entender o 
porquê de serem normalmente eles os nutrientes que limitam a 
produção primária em ambientes aquáticos: 
 Ambientes aquáticos marinhos: em geral, o N é limitante; 
 Ambientes aquáticos límnicos/dulcícolas: em geral o P que é limitante; 
Nutrientes 
 Nos sistemas aquáticos marinhos, os fatores mais limitantes 
para a produção primária são: 
 
 a disponibilidade/intensidade de luz; 
 a disponibilidade de nutrientes: 
o Nitrogênio fixado principalmente como nitrato (NO3
-), para 
proteínas 
o Fósforo na forma de fosfato (PO4
3-) para novas células (parte da 
parede da célula) e também material genético, DNA e RNA 
o Silício como silicato (Si(OH)4), para carapaças de diátomáceas 
(organimos fitoplactônicos), radiolários e algumas esponjas. 
Maior parte das águas superficiais dos oceanos mostra 
uma utilização quase total de nitrato. 
Concentração de nitrato em águas superficiais (µmol/kg) 
Perfis verticais dos nutrientes 
 LUZ 
 
 CO2 + H2O + nutrientes  (CH2O)(nutrientes) + O2 
Compostos Inorgânicos Dissolvidos Matéria Orgânica Particulada 
 A energia solar é capturada pelos organismos fotossintéticos e 
transformada em matéria orgânica (energia química ou biomassa) e O2; 
 
 Esta energia estocada é então extraída pelos organismos 
heterotróficos para alimentar as suas necessidades metabólicas; 
 
 Coletivamente, a fotossíntese e a respiração controlam o componente 
da biosfera nos ciclos biogeoquímicos dos nutrientes. 
Nutrientes, fotossíntese e matéria orgânica 
REAÇÃO REDOX 
 Estes processos redox não atingem o equilíbrio devido ao 
suprimento contínuo da luz solar e, consequentemente, da atividade 
fotossintética; 
 
 A energia solar tem 2 “destinos finais” possíveis: ou é enterrada nos 
sedimentos ou solos como matéria orgânica ou é dissipada como 
calor. 
Nutrientes, fotossíntese e matéria orgânica 
Movimento 
dos materiais 
(elementos) no 
oceano. 
 Fotossíntese  fonte de quase toda a matéria orgânica que suporta a 
atividade hetrotrófica nos oceanos; 
 Fotossíntese = produção de matéria orgânica nos oceanos; 
 Fitoplâncton  produtores primários dominantes nos oceanos  
Única exceção: ecossistemas isolados localizados junto às fendas 
hidrotermais (bactérias quimioautotróficas). 
 
 
Nutrientes, fotossíntese e matéria orgânica 
•C  CO2, CO3
2-, HCO3
- 
•N  NO3
-, NO2
- e NH4
+ 
•P  PO4
3- 
•S  SO4
2- 
LUZ 
(transparência 
da água) 
 A proporção relativa dos nutrientes utilizados na fotossíntese é 
determinada por sua concentração no tecido vegetal. Estudos de tais 
concentrações têm mostrado que a fotossíntese pode ser caracterizada 
pela seguinte equação químicas: 
 
 
 
 
 Assim, para cada molécula de fosfato necessária para a formação de 
carboidratos, são necessárias 16 de nitrato. 
 
 
 
 
106CO2 + 16NO3 + 1PO4 + 90H2O (CH2O)106(NH3)16H3P1O4 + 154O2 
Nutrientes, fotossíntese e matéria orgânica 
Nutrientes, fotossíntese e matéria orgânica 
 Fotossíntese  nutrientes são incorporados em tecidos orgânicos 
(produção de MO) 
 Decomposição  nutrientes retornam ao ambiente durante a 
excreção ou após a morte dos organismos, quando os tecidos 
orgânicos são decompostos por bactérias (decomposição da MO) 
 Assim: 
 o fitoplâncton é o principal produtor de MO 
 as bactérias as principais responsáveis pela reposição/devolução 
dos nutrientes ao ambiente (remineralização) 
(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 154O2 
 
106CO2 + 16HNO3 + 1H3PO4 +122H2O 
Regeneração de Nutrientes 
ou Remineralização 
Fotossíntese 
106CO2 + 16HNO3 + 1H3PO4 + 90H2O (CH2O)106(NH3)16H3P1O4 + 154O2 
Impacto nas 
concentrações de O2 
A zona de maior atividade de 
remineralização (degradação 
bacteriana da MO) coincide 
com a camada de menor 
concentração de O2 na água 
e com a termoclina!!! 
Nutrientes e gases dissolvidos 
HNLC e Fe 
 High-nutrient Low-Chlorophyll (HNLC) = Alto-nutriente, 
baixa Clorofila  áreas no Oceano Sul, Pacífico 
Equatorial, Pacífico Norte e algumas zonas costeiras; 
 
 Limitação por nutrientes traço (Fe); 
 
 Redução de áreas HNLC  redução de 15-100 ppm no CO2 
atmosférico 
A biota marinha exerce um papel 
fundamental no clima regulando os 
níveis de CO2 atmosférico, via 
BOMBA BIOLÓGICA 
A BOMBA trabalha 
mais eficientemente 
quando todos os 
nutrientes disponíveis 
são utilizados 
Ferro e clima 
Conteúdo proposto 
 OCEANOGRAFIA QUÍMICA: 
 Natureza da água: molécula da água e propriedades físico-químicas; 
 Composição química da água do mar; 
 Salinidade e clorinidade; 
 Gases dissolvidos; 
 Nutrientes; 
 Elementos-traço; 
 pH da água do mar e sistema tampão dos oceanos; 
 Sistema redox dos oceanos; 
 Técnicas de estudoe equipamentos da Oceanografia Química. 
 
 
 
Elementos menores e traço 
Elementos menores e traço 
Para 1kg de água do mar 
Elementos 
menores 
FONTE: Open University, 1997 
Elementos menores 
e traço 
 Os elementos-traço são aqueles 
encontrados em concentrações muito 
pequenas, geralmente milhares de vezes 
menos abundantes do que os nutrientes; 
 Aparecem em concentrações menores 
que uma parte por milhão (ppm 1 x 10-6), 
podendo alcançar valores menores que 
uma parte por bilhão (ppb 1 x 10-9); 
 Embora encontrados em concentrações 
muitíssimo baixas, muitas vezes eles 
desempenham importante papel na química 
da água do mar, além de serem necessários 
para o metabolismo de alguns seres vivos 
marinhos; 
Elementos menores e traço 
Conteúdo proposto 
 OCEANOGRAFIA QUÍMICA: 
 Natureza da água: molécula da água e propriedades físico-químicas; 
 Composição química da água do mar; 
 Salinidade e clorinidade; 
 Gases dissolvidos; 
 pH da água do mar e sistema tampão dos oceanos; 
 Nutrientes; 
 Elementos-traço; 
 Sistema redox dos oceanos; 
 Distribuição vertical e horizontal da temperatura, densidade, pressão, 
propagação do som e luz; 
 Técnicas de estudo e equipamentos da Oceanografia Química. 
 
 
 
Oxidação e redução no ambiente marinho 
 PRÍNCIPIO BÁSICO DA OXIDO-REDUÇÃO 
 
“Em uma equação de oxi-redução, o número de elétrons perdidos 
na oxidação é igual ao número de elétrons ganhos na redução.” 
 
Variação no balanço de cargas é sempre igual a ZERO. 
 
 Matéria Orgânica: doador de elétrons mais importante no ambiente 
marinho  Energia para as reações redox  Principal AGENTE 
REDUTOR da água do mar 
 
 Oxigênio dissolvido: principal receptor de elétrons no ambiente 
marinho  Energia para a oxidação da MO  Principal AGENTE 
OXIDANTE da água do mar 
 
 
Oxidação e redução no ambiente marinho 
Oxidação e redução no ambiente marinho 
Oxidação e redução no ambiente marinho 
Nox das formas nitrogenadas no ambiente 
marinhos 
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 
• João M. Miragaia SCHMIEGELOW. O planeta azul: uma introdução às 
ciências marinhas. Rio de Janeiro: Interciência, 2004. 
 
• Tom GARRISON. Fundamentos de oceanografia. Tradução da 4. edição 
norte-americana (vários autores). São Paulo: Cengage Learning, 2010. 
 
• Aulas da Profa. Eunice da Costa Machado, Curso de Oceanografia, da 
Universidade Federal do Paraná. 
 
• Imagens e informações da internet. 
 
OBRIGADA e 
BOA 
TARDE !!!