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 Organismos
Terra (rochas, solo, ar, água)
Elementos químicos
Processos Biogeoquímicos
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PROCESSOS que controlam a ORIGEM, a TRANSFORMAÇÃO e o DESTINO de Matéria em Estuários/Lagunas
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Fontes Alóctones e Autóctones de Matéria em Sistemas Lagunares 
Alóctone: fontes externas tais como a atmosfera, os rios, o escoamento superficial, o lençol freático e o mar
Autóctone: produção primária, secundária etc. e reciclagem de elementos na água, na interface água/sedimento e no sedimento recente
 
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Ciclagem de Matéria Inorgânica (MI) e Orgânica (MO)
A ciclagem da Matéria em ecossistemas lagunares compreende:
- O aporte alóctone de nutrientes que promovem a produção primária (PP) de MO particulada dentro da camada fótica;
- Parte da MO autóctone e alóctone presente no sistema é remineralizada na própria coluna água e, parte sedimenta diretamente ou através de pelotas fecais de herbívoros;
- Os nutrientes remineralizados no sedimento são liberados para a coluna de água suprajacente por ação de vários processos, tornando-se disponíveis em menor extensão para os produtores pelágicos. 
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Fotossíntese : principal via metabólica de biossíntese da matéria orgânica
processo de transformação da energia solar em energia química, o qual envolve uma série de reações, que começam com a absorção de luz, síntese de ATP, fixação de CO2 e liberação de O2. 
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Somente ~ 44% da energia electromagnética total que atinge a terra tem comprimento de onda adequados para os organismos fotosintetizantes
A luz utilizada na fotossíntese compreende a faixa do espectro de radiação solar entre ~ 400 nm (azul) e 700 nm (vermelho), denominada PAR (Photosynthetic Active Radiation). 
As radiações inferiores a 400 nm (ultravioleta) podem danificar as estruturas fotossintéticas dos organismos; as superiores a 700 nm (infravermelho) provocam grande produção de calor.
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A clorofila é o pigmento essencial para a conversão do CO2 em matéria orgânica viva. 
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- A reação geral da fotossíntese pode ser resumida na equação abaixo:
(n) CO2 + (n) H2O + LUZ PAR → (n) CH2O + (n) H2O + (n) O2
Através da equação simplificada - se somente carboidratos simples são produzidos, cada mol de CO2 absorvido resultaria na liberação de um mol de oxigênio.
No caso, o quociente fotossintético (PQ=+O2/-CO2), seria igual a um; e o quociente respiratório (RQ= +CO2/-O2), também seria um. 
No entanto, o PQ varia entre um e dois, sendo 1,2 o mais comum. 
Um PQ maior que um é um indicativo de que os organismos estão sintetizando não só carboidratos, mas também lipidíos e proteínas.
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Produção de matéria orgânica (MO)
106CO2 + 16HNO3 + 1H3PO4 +122H2O

(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138O2
A MO de ambientes marinhos tem a composição “média” constante, semelhante à do fitoplâncton (Proporções de Redfield-Richards - 106C:16N:1P)
 Fotossíntese oxigênica é a principal via de formação da matéria orgânica nos oceanos
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Autótrofos: produtores primários
Fitoplancton e microalgas 
Macroalgas
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Esteiras microbianas
(“tapetes”algálicos)
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 Produtores primários
 Algumas macrófitas aquáticas são hospedeiras de microbiota. 
São fornecedoras de muitos habitats
 Fornecem materiais de importância econômica para a sociedade
 Manutenção da biodiversidade 
São utilizadas com sucesso na recuperação de rios e lagos poluídos 
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O fitoplancton é o maior produtor em lagos grandes e profundos, porem, em sistemas costeiros, lagos rasos, brejos e pântanos, a contribuição das macrófitas e esteiras microbianas podem ser relevantes.
O papel fundamental do fitoplâncton na cadeia trófica aquática, exerce duas funções principais: 
1) como produtor primário, fornecendo material orgânico particulado (MOP) para o zooplâncton e para os peixes e 
2) fornecendo matéria orgânica dissolvida (MOD) de alta qualidade para as bactérias heterotróficas, o que é conhecido como “alça microbiana” .
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Biomassa: Produção de matéria viva
Nas zonas costeiras rios são uma fonte importante de COD.
A definição de material particulado é dependente do tipo de filtro usado (0,2-1,2 um)
O material particulado inclui o fito vivo, seus detritos, inorgânicos e orgânicos, desde colóides até agregados orgânicos visíveis. 
Oceanos : fitoplancton (Foto-Autotrófo) compreende as microalgas, as algas e as cianobactérias (algas verdes-azuis). 
Estuários e lagunas desde macroalgas, gramineas, plantas aquáticas, microfitobentos (como as esteiras microbianas), fitoplancton entre outros....
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Material Particulado e Dissolvido
LEGENDA: MO = matéria orgânica; AH = ácidos húmicos; AF = ácidos fúlvicos; AG = ácidos graxos; CHO = carboidratos; AA = aminoácidos; HC = hidrocarbonetos 
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Matéria Orgânica Dissolvida (MOD) 
Compostos de baixo peso molecular
carbohidratos, lipídios, proteínas e também vírus, bactérias!
Presentes em concentrações muito baixas (<100mg/L);
Produzidos in situ (>>), ou input via rios (<<);
Rapidamente consumidos por microorganismos heterótrofos.
Compostos de alto peso molecular
substâncias húmicas (ácidos fúlvicos e húmicos);
Formados principalmente por processos químicos abióticos (condensação, polimerização, oxidação/redução) de compostos de baixo peso molecular;
40 - 80% da MOD. Input significativo de ecossistemas terrestres. 
Matéria Inorgânica Dissolvida (MID)
íons em solução
Colóides! 
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 Exudação do fitoplâncton e material particulado 
Nem todo C fixado fotossintéticamente continua como matéria viva . Estima-se que até 20 % do material fixado seja excretado como COD por processos naturais exudação
Após a morte das células do fitoplancton, mais material orgânico dissolvido é produzido pela autólise e degradação microbiana
Alem do carboidrato outros produtos de excreção tais como, ácidos glicólicos, lipídeos, fosfatos orgânicos, enzimas , vitaminas, até toxinas entre outros.
A liberação de compostos orgânicos mais simples como açucares e aminoácidos deve ocorrer por difusão através da membrana celular.
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Respiração: Decomposição aeróbica da MO
 Respiração aeróbica é a principal via de decomposição da matéria orgânica nos oceanos;
 Atividade presente em vários procariotos (principalmente bactérias) e fundamental para todos os eucariotos.
(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138O2

106CO2 + 16HNO3 + 1H3PO4 +122H2O
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Fotossíntese e Respiração
A respiração é o reverso da fotossíntese e ocorre simultaneamente. Assim a produção primária liquida é sempre menor que a fixação bruta (total).
Dependendo da intensidade da luz pode haver um equilíbrio ou seja o sistema não é fonte de O2 e nem de CO2.
A respiração também ocorre na luz. As variáveis envolvidas no processo fotossintético é grande desde excreção de MO acaba sendo um fator importante. 
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Produção x Remineralização
 	
	
Organismos autotróficos (algas, plantas, cianobacteria) são responsáveis pela fixação de Carbono e as bactérias, pela decomposição ou remineralização de Carbono (MO  CO2)
	
Respiração e Decomposição
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Quando há MO em excesso no ambiente para ser oxidada, as bactérias utilizarão outros agentes oxidantes além do O2.
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Diâmetro:  0,2m
Volume: 5,94m3
Versatilidades fisiológica e metabólica
Ocupação de todos os substratos abióticos e bióticos
Não vivem isoladas, vivem em comunidade, dentro do biofilme
CARACTERÍSTICAS DAS BACTÉRIAS: 
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biofilme bacteriano na superfície de um mineral
No ambiente, as bactérias estão associadas a superfícies sólidas, interligadas por uma matriz de exopolímeros (EPS)  BIOFILME
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Argila
F = 0,002 mm
A=4pR2=1,26.10-7 cm2
V=4/3pR3=4,19.10-12 cm3
m=4,19.10-12.2,65=1,11.10-11 g
 
Areia
F = 2 mm 
A=4pR2=0,126 cm2
V=4/3pR3=0,00419 cm3
m=0,00419.2,65=0,0111 g
Propriedades das argilas...
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nos trópicos, o argilomineral mais comum é a CAOLINITA(mineral mais pobre) 
grande capacidade de adsorver metais e matéria orgânica 				
Argilomineral
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Produção e Remineralização da Matéria Orgânica
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O papel das bactérias no Ciclo Global do Carbono
Konopka, 2009
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 A matéria orgânica de ambientes marinhos tem a composição “média” constante, semelhante à do fitoplâncton (Proporções de Redfield-Richards)
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Elementos Essenciais e Não-essenciais para a produção de MO
limitante
tóxico
ideal
resistência
tolerância
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Ciclo do Nitrogênio em um ambiente estuarino
Thomson & Tracey et al., 2005 (River Science)
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Ciclo do fósforo em um ambiente estuarino.
P-org = fósforo orgânico (organismos vivos e mortos); 
P-part = PO4 adsorvido nas partículas de sedimento e formas minerais de fósforo
Thomson & Tracey et al., 2005 (River Science)
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Processos físico-químicos e biogeoquímicos da matéria inorgânica e orgânica ao longo do gradiente salino em estuários e/ou lagunas
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4° Exercício:
Defina e exemplifique fonte alóctone e autóctone.
Qual é a principal via de síntese de matéria orgânica, quais os organismos responsáveis por esse processo em sistemas lagunares e quais são os dois principais fatores limitantes desse processo?
Qual é a principal via de decomposição/diagênese da matéria orgânica em sistemas lagunares, quais os organismos responsáveis por esse processo e onde ocorre? 
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Processos Físico-Químicos de Remoção ou Adição
Mais intensivos na faixa de S = 0 a 5 em função da alteração da carga elétrica das partículas introduzidas pelos rios e mudanças da salinidade
Adsorção/Desorção
Floculação
Aglomeração
Co-Precipitação
Degradação
Sedimentação
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Diagrama de Mistura: comportamento conservativo e não-conservativo em sistemas estuarinos-lagunares. 
Processos de Adição e Remoção de Matéria ao longo do Gradiente Estuarino
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Estimativas de ganhos e perdas de materiais ao longo de um gradiente estuarino/lagunar. 
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Exemplos de comportamento conservativo e não-conservativo de nutrientes em relação a linha ideal de mistura das massas de água (índice = salinidade) entre as fontes fluvial e marinha
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Exemplo de comportamento não-conservador de fósforo inorgânico dissolvido (PID) em relação a linha ideal de mistura (índice salinidade) e entre outros nutrientes.
Obs: Nota-se a perda de fósforo durante a mistura. Neste caso, o estuário é considerado como um sumidouro de PID.
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Limitação da Fotossíntese: Luz, temperatura e Nutrientes
Em ambientes rasos, a turbidez da coluna de água é um fator importante na penetração da luz.
Nutrientes são formas inorgânicas dissolvidas de nitrogênio e fósforo.
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Sazonalidade – ambiente temperado
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Perfil da produção primária (P) e da respiração (R) do fitoplâncton ao longo da coluna d`água, mostrando os efeitos da radiação solar sobre a produção fitoplanctônica – inibição, saturação e limitação. (Modificado Bassoli, 2006).
Inibição - transporte de elétrons por fotoxidação dos pigmentos ou, ainda, pela contração dos cloroplastos. 
Saturação - aumento da produtividade é cessado à medida que a disponibilidade de luz é aumentada - Pmax
 
Limitação – radiação é muito reduzida e o carbono fixado fotossinteticamente é perdido durante a respiração celular
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Estimativa da Produção Fitoplanctônica
Métodos diretos e indiretos: variações de CO2 - mudanças de pH e alcalinidade, através de aparelhos sofisticados como o analisador de carbono.
 Concentração de oxigênio - oxímetros ou pelo método químico de Winkler. 
 Marcadores radioativos - isótopos do oxigênio (18O) e do carbono (14C) estimativa dos fluxos. 
Os valores de biomassa e densidade podem ser estimados por: 
variação na densidade de células através de contagens em microscópio; 
Medições do biovolume (EDLER, 1979); o cálculo empírico do teor de carbono das espécies a partir do volume celular;
Quantificação dos estoques de carbono orgânico particulado (POC); 
determinação das concentrações de pigmentos fotossintéticos (por exemplo, clorofila-a).
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 Sensibilidade para as águas oligotróficas é baixa;
 Método é aceitável para zonas costeiras ou ricas em nutrientes como as de ressurgência;
- Método não é sensível suficiente para o oceano aberto.
Problemas método do O2 de produção primária
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“In situ”: incubação com água corrente (manutenção da temperatura das amostras),
expostas à radiação solar, filtros neutros simulam os níveis de luz da coluna de água (não simulam modificações na qualidade); 
 Filtros: telas de nylon ou aço que produzem apenas anteparo físico à luz.
“In vitro”: incubação com iluminação artificial e filtros de luz, simulam as modificações na quantidade de radiação incidente. 
 é preciso que a lâmpada do incubador atinja a luz de saturação para simular a radiação de superfície;
 utilizar lâmpadas com espectro semelhante à da luz solar (incandescentes ou mistas);
cuidar para que a temperatura da água circundante não seja elevada pelo calor das lâmpadas.
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Método do C14 de Steeman Nielsen(1957)
Bem mais sensível que o método do Oxigênio. A partir da década de 60 e largamente utilizado;
A técnica do 14C in situ descrita por Steemann-Nielsen, em 1952 para o ambiente marinho;
Desvantagens - método é trabalhoso, necessita pessoal treinado; radioativo e o custo relativamente alto; 
adequado para oceano aberto, baseia se na medida do C14 incorporado ao fito. Adiciona-se um padrão de C14 a amostra e mede-se a incorporação do mesmo na biomassa (deve-se conhecer o CO2 da amostra);
Para calcular o carbono assimilado pelo fitoplâncton, é necessário conhecer também o conteúdo total de CO2 da amostra: carbono assimilado é função do carbono disponível.
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Desenho esquemático dos dois métodos mais utilizados na determinação da produção primária fitoplanctônica – o método do oxigênio dissolvido e o método do 14C. (Modificado Bassoli, 2006).
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Produção primária pela clorofila
“ in situ” ou por imagens 
Outra alternativa para estimar a produção primária é o conteúdo de clorofila por fluorimetria ou recententemente por HPLC.
Também necessita de medidas “in situ” mas os sensores de clorofila podem ser instalados em CTDs e calibrados por medidas de clorofila por UV ou HPLC
Apesar de estar limitada a dados de superfície, os modernos sensores de satélite usando os algoritmos de calibração da NASA e ou de Platt também fornecem dados de clorofila.
Limitações na distribuição vertical por imagens de satélite – ignora o máximo de sub-superfície da clorofila – calibração através de algoritmos .
Os modelos se baseiam em parametrizações estatísticas e requerem numerosas observações “in situ” da clorofila para sua validação. 
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Figure 2: Simplified diagram of the nitrogen cycle as it relates to the estuarine environment. Note that:
Org-N = organic nitrogen (in living and dead organisms); NOx gases = nitrogen oxides (NO and NO2);
NOx = dissolved oxidised nitrogen (nitrate NO3- and nitrite NO2).
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P- constituinte das proteínas e dos ac nucléicos, compostos fundamentais na organização dos seres vivos, ligados ao metabolismo respiratório e fotossintetico. Proporção na mat viva é relativamente pqna, o papel q desempenha é indispensável 
Os ác nucléicos, subst que armazena e traduz o código genético, são ricos em fósforo. Muitas subst intermediária na fotoss e na rspiração celular estão combinadas com P, os átomos de P proporciona a base p/ a formação contendo energia do ATP, - troca de E, tanto da fotoss como na respiração
A importância do Fósforo
O Fósforo é elemento essencial para várias funções bioquímicas vitais: Componente estrutural e funcional de membranas biológicas, Componente de moléculas “energéticas”: ATP, ADP, Componente estrutural dos ácidos nucleicos: DNA, RNA
O Fósforo nos oceanos
O ciclo do P é caracterizado pela ausência de um reservatório gasoso, um grande reservatório sedimentare importância vital da remineralização in situ
A principal fonte de P para os oceanos é a dissolução de rochas fosfáticas, e posterior transporte por rios. A forma inorgânica termodinamicamente mais estável do P nos oceanos é íon ortofosfato
H3PO4  H+ + H2PO4-  H+ + HPO42-  H+ + PO43- 
Devido à capacidade de se ligar a partículas carregadas, a mai or parte do P vem presa ao sedimento, portanto indisponível para organismos. As formas dissolvidas compõe ce rca de 10% da entrada total. Uma pequena parte pode sofrer desorção (efeito do pH e da salinidade da água do mar)
Formas particuladas e dissolvidas de Porgânico são resultado da decomposição de matéria orgânica. Ex.: fosfolipídios, fosfoglicerídeos, fosfonucleotídeos, ésteres de fosfato, e respectivos subprodutos de hidrolização. Podem ser fonte significativa de P para os organismos, sendo rapidamente utilizados quando disponíveis. Quando da morte de organismos, as formas de Porgânico são rapidamente hidrolizadas e remineralizadas
Ciclo do P e particularidades
De inorgânico p orgânico e vise versa 
Mais afetado pelos processos físico-quimico
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Físico-químico: trocas iônicas ~sorção/deserção; precipitação; interação hidrofóbica com as superfície das partículas; co-precipitação com ferro (Fe) e manganês (Mn) e camada hidroxida; complexação com substancia agregadas com partículas; incorporação interna mineral, organismos ou material fecal; floculação dos colóides da MO e inorgânica.
Física : mistura, ressuspenção, floculação da maré 
Biológico: produção; decomposição/remineralização; excreção; massa morta; sedimentação da MO bioturbação e competição.
Biogeoquímica bastante complexa:
gradiente de salinidade
alta taxa de MPS
disponibilidade de nutrientes e consequente alta PP e diversidade biológica
hidrodinâmica das ondas, correntes e marés.
Portanto, para entender o funcionamento dos estuários e assim ter condições de compreender as alterações antrópicas às quais o sistema está sujeito, é importante a definição e a quantificação dos processo de produção, transporte, deposição e degradação da matéria orgânica nos diversos compartimentos do ambiente em questão.
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