1 / 33

Ciclo do fósforo

Ciclo do fósforo. Vanessa Hatje Oceanografia Química II UFBA – 2007.1. Introdução. P é um elemento essencial Componente funcional: RNA, DNA e ATP Componente estrutural (fosfoproteínas e fosfolipídieos): membranas, dentes, ossos. Disponibilidade de P: limitante para a PP

jamal
Download Presentation

Ciclo do fósforo

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Ciclo do fósforo Vanessa Hatje Oceanografia Química II UFBA – 2007.1

  2. Introdução • P é um elemento essencial • Componente funcional: RNA, DNA e ATP • Componente estrutural (fosfoproteínas e fosfolipídieos): membranas, dentes, ossos • Disponibilidade de P: limitante para a PP • PO43-: Mediterrâneo, Mar de Sargasso e corpos costeiros impactados • Aporte < retirada pelo fito • reciclagem eficiente em zonas oligotróficas • Últimas 2 décadas: limitação N  P no Giro sub-tropical do Pacífico Norte • Sucessão de Prochlorococcus e Synechococcus

  3. Introdução • N vs P • N pode ser fixado da atm vs P não pode ser fixado • Tempo geológico: elemento mais biolimitante: “controla” retirada de CO2 atm P controla a PP e seqüestro de C na MO

  4. Introdução Diferença entre ciclos biogeoquímicos: C, N, S e O 1) Atmosfera: pequeno papel no ciclo • Transportado por material particulado ou dissolvido na chuva 2) Reações de oxi-redução: pouca participação • Estado de oxidação V: PO43- (fosfato) 3) Apenas 1 forma isotópica: 15 prótons e 16 néutrons 4) 2 formas radioativas: 32P e 33P • Baixa meia vida, baixa atividade

  5. Ocorrência • 11° elemento mais abundante da crosta (0,1%) • 300 minerais: apatita (95%) • Formas orgânicas (e.g. ATP) ocorrem em baixa concentração • Fosforitos: maiores reservatórios (95% reservas) • Origem marinha P em rochas não está biodisponível: reações biogeoquímicas

  6. Schlesinger, 2007 Tempo de residência do P dissolvido: 15-20 k anos

  7. Fontes • Intemperismo continental  rios (dissolvido + particulada) • Deposição atm: aerossóis, poeira vulcânica e mineral • Fontes antropogênicas: 2x fluxos pré-antropogênico Sumidouros • Perda para os sedimentos • Maioria na plataforma: 99% particulado + 25% dissolvido

  8. Intemperismo continental: principal fonte • P Particulado:bacia de drenagem, grau de intemperismo • 90% P • PIP: oxi-hidróxidos de Fe, Mn e apatita • 27- 49 x 1010mol/ano • Depositada na zona estuarina e costeira: indisponível para biota • oxi-hidróxidos de Al e argilas: desorver P • Fração desorvida + aporte diagenético: 2-5x > aporte fluvial dissol. • POP (20-40%) • 2,9 x 1010mol/ano • Floculado ou fotohidrolisado nos estuários

  9. Intemperismo continental: principal fonte • P Dissolvido: • DIP: 0,8-1,5 x 1010mol/ano (ortofosfato, pirofosfato, polifosfato) • DOP: 0,6 x 1010mol/ano (P-esteres, P-diesteres, etc) • Uptake biológico, fotodegradado, floculado na zona estuarina • Comportamento conservativo e não-conservativo (desvios + e -) na ZME - 10-30% P é potencialmente disponível para biota - 25% do P reativo é trapeado nos estuários

  10. Intemperismo continental: principal fonte • Água subterrânea: • Potencialmente importante • Fluxos: ????

  11. Deposição Atmosférica • 5% fonte pré-antrópica (3,2 x 1010 mol/ano) • P na poeira 0,09%  crosta • POP ~ PIP: mesma proporção • PIP: óxidos Fe, associado a Ca, Mg e Al (pouco solúveis) • POP: pouco caracterizado • Fluxos variáveis tempo e espaço • Importante offshore, zonas oligotróficas ( PP) • Vulcanismo: pequena escala espacial/temporal (1% P)

  12. Fontes antropogênicas • P: limitante para agricultura • Rochas fosfatadas • Esgotos, desflorestamento, erosão solos, industria de papel • Barragens??? • Fluxo 57-100 x 1010 mol/ano • 50% a 150% > fluxo pré-antropogênico • Problemas: bloom tóxicos, anoxia, mortandade de peixes, perda diversidade eutroficação

  13. Sedimentos Marinhos: principal reservatório Poeira 3,2 x 1010 molP/ano Rio Part: 30-50 x 1010 molP/ano Dis:0,6-1,3 x 1010 molP/ano fotossíntese pastagem remineralização Agregação Afundamento MO Antropogênico: Poeira + rio 30-50 x 1010 molP/ano Perda na costa 99% P particulado 25% P dissolvido (P não reativo) Sedimentação 9-34 x 1010 molP/ano Hidrotermal 1,2-1,6 x 1010 molP/ano Paytan & McLaughlin, 2007

  14. Sedimentos Marinhos • Origem: P particulado P-reativo • Enterramento oceano profundo: 9,3-34 x 1010 mol/ano • P reativo (MO; óxidos Fe; fracamente adsorvido, carbonato) • Previamente biodisponível • P-não reativo • Origem terrígena  plataforma continental

  15. Sedimentos Marinhos • Fosforitos • Formação autigênica: hidrólise microbiana  Porgreage Ca2+ carbonato de fluoapatita • Gênese: zonas de  PP e ressurgência • Costa do Peru, México e Sudoeste da África • Tempo geológico: • Períodos e locais de alta produtividade • Baixa disponibilidade de O2 sedimento-água

  16. Sedimentos Marinhos • Fases geoquímicas/especiação: condição redox • P inorgânico • óxidos: Fe/Mn adsorção e formação mineral • anóxidos: minerais de Ca • P orgânico: resíduo do fito • Anóxicas: C/P 5000: pouca capacidade de reter P • Óxicas: C/P é baixa: enterramento eficiente C/P é sempre ≥ a razão de Redfield Paytan & McLaughlin, 2007

  17. Dinâmica nos Sedimentos Marinhos Diagênesis: Degradação MO Redução óxidos Fluorapatita/adsorção MO redox DIP Redistribuição de fases: ppt autigênica Paytan & McLaughlin, 2007

  18. P Dissolvido org e inorg P Particulado org e inorg P orgânico P inorgânico - Fito - Adsorvido/ desorvido do MP Coluna d’água P na coluna d’água • P dissolvido: ortofosfato  fito  P orgânico zoo/detritívoros

  19. P dissolvido nos oceanos • P solúvel reativo (PSR): maior reservatório 87% • Fração P que reage com molibidato em solução ácida  complexo fosfomolibidado • 87% DIP: HPO42- e PO43- • P solúvel não-reativo (PSN): • Fração P que não reage com molibidato • Diferença PT e o PSR: principalmente DOP (carboidratos, proteínas, lipídeos, etc...) e polifosfatos inorgânicos

  20. PRS (nmol/L) POD (nmol/L) • Fito e bactérias autotróficas: ortofosfato (HPO42-, PO43-) • Bactérias heterotróficas: hidrólise da POD  PID • Fito e bactérias qdo  disponibilidade de ortofosfato • Segregação vertical: • Tipo nutriente • DOP Fundo: • DOP oceanos •  residência • - reativos Paytan & McLaughlin, 2007

  21. Regeneração do P • Regeneração ~ C:N:P 106:16:1 • DOM: depleção de P na coluna d’água •  C/P e  N/P com  da profundidade: P é preferencialmente regenerado • POD é reciclado + eficientemente • DOM lábil e refratário: C:N:P diferentes • Refratário: regenera pouco nutrientes • Rico em C e pobre em nutrientes • Origem???: runoff, conversão do DOM lábil • Lábil: novo, C/N ~ POM, completamente regenerado • Origem: atividades autótrofas e heterotróficas

  22. Distribuição do Fosfato Vamos separar este fosfato em remineralizado e pré-formado? - O2 e razão estequiométrica de mineralização de matéria orgânica Sarmiento e Gruber, 2006

  23. Termoclina das zonas de baixa latitude: P remineralizado Sarmiento e Gruber, 2006

  24. Fosfato pré-formado: traçador conservativo de circulação de água Fosfato não é utilizado no Oceano Austral. - limitação por Fe?? Termoclina de baixa latitude: fosfato é pré-formado Sarmiento e Gruber, 2006

  25. Salinidade 36.4 33.9 • Distribuições do oceano profundo são similares! • Oceano Austral:  S e  fosfato pré-formado(1.8 mmol/m3) • Atlântico Norte:  S e  fosfato pré-formado (0.8 mmol/m3) • Distribuições na termoclina são diferentes! • Fosfato é retirado em baixas lat superficiais • gradiente alta  baixa latitude Sarmiento e Gruber, 2006

  26. P particulado nos oceanos • 40% POP • 25% PIP autigênico: POP remineralizado e reprecipitado (fluorapatita de cálcio) • 21% PIP Lábil • 13% P detrítico não reativo • POM tem C:N:P  Redfield • Origem associada ao fito, material novo • P preferencialmente mineralizado • Hidrólise ocorre preferencialmente em águas rasas

  27. Variação espaço-temporal Distribuição • POP zona fótica: 80% • POP água de fundo: 25% • Fluxos • Variação sazonal • Diminuem com a profundidade em todas as estações • Controladores • processos físicos: ressurgência, circulação termohalina • Biológicos: uptake PID, produção e regeneração POD

  28. P nos sedimentos • POM: fonte principal • 1% exportado PP é enterrado nos sedimentos • 3 sumidouros: • P associado a MO • P adsorvido em óxidos • P em apatita autigênica Formas reativas  POM Enterramento do P ( sink switching) CO ou óxidos Fe: lábeis  P autigênico Paytan e McLauhlin, 2007

  29. Ambientes sedimentares • Oxidantes: PO mineralizado nos sedimentos  fosfato liberado: água intersticial ou adsorvido em óxidos (pode ser desorvido e liberado na coluna d’água para substituir o fosfato perdido na interface sedimento-água) • Redutores: redução dos óxidos  fosfato água intersticial • Forma estável, retida no sedimento, é a apatita

  30. Interface sedimento-água: • equilíbrio sorção-desorção Fosfato dissolvido (mol/L) • Profundidade: • P dissolvido é liberado durante redução de óxidos de Fe e regeneração microbiana

  31. P limitante escalas geológicas Limitado por Fe P limitante P e a produção primária • P: aporte fluvial e deposição atm vs enterramento • N: aporte fluvial + fixação nitrogênio regulando razão N/P N limitante Fixadores de N

  32. Razão de Redfield • N/P = 16 é uma média (8,2 - 45) • Varia em função: • Status dos nutrientes • Taxonomia • P é adsorvido intra ou extra-celular • Interações complexas • Estação ALOHA/giro Pacífico sub-tropical • fixação N e controle do crescimento do plâncton por P • estratificação dos oceanos: fixação N  limitação por P

  33. Referências • Paytan, A. & MacLaughlin, K (2007) The oceanic phosphorus cycle. Chem. Rev., 107, 563-576 • Butcher, S.S. et al. (1992) Global Biogeochemical cycles. Academic Press Limited, 370.p. • Schesinger, W.H. (2005) Biogeochemistry. Treatise on geochemistry. Vol. 8. Elsevier. 702p. • Sarmiento, J.L., e Gruber, N. (2006) Ocean Biogeochemical Dynamics. Princeton,503p.

More Related