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Rios e lagos e o efeito estufa: importantes fontes de gás carbônico para a atmosfera.

14 de novembro de 2014

Muito tem sido falado nos meios de comunicação sobre como a poluição e a emissão de gases poluentes contribuem para o aquecimento global. As mudanças climáticas globais, decorrentes da intensificação do efeito estufa, têm o gás carbônico (CO2) como o principal vilão. A emissão do CO2 para a atmosfera é fortemente associada à poluição, sobretudo a resultante da queima de combustíveis fósseis através de grandes indústrias, carros, etc. (http://aquecimento-global-no-brasil.info/) Você sabia que rios e lagos também são importantes lançadores de CO2 para a atmosfera? Sabia ainda, que isso é um fenômeno natural? O Carbono (na forma de CO2), é um componente natural da atmosfera (menos de 1% de sua composição) (Fig. 1) e também está presente em ambientes aquáticos continentais e oceânicos, que participam ativamente do Ciclo do Carbono na biosfera (http://www.infoescola.com/biologia/ciclo-do-carbono/ e Cole, 2007).

Fig. 1 texto 6

Figura 1: Composição percentual de gases na atmosfera terrestre. Adaptado de: http://agfdag.wordpress.com/2009/03/10/quanto-co2-ha/. Acesso em 27/10/2014.

O ciclo do carbono é conhecido principalmente pela troca constante de CO2 entre florestas, solos, o oceano (reservatório de gás carbônico) e a atmosfera e pelo ciclo realizado pelas cadeias tróficas, na qual os vegetais (organismos autótrofos) absorvem CO2 da atmosfera, incorporam em sua biomassa e transferem para os níveis tróficos superiores (e.g. herbívoros, carnívoros, etc.; http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Ecologia/Cadeiaalimentar.php) formados por organismos heterótrofos. Por sua vez, todos os organismos respiram e lançam parte do CO2 de volta para a atmosfera. Porém, um componente muito importante do ciclo do carbono foi sistematicamente ignorado por muito tempo: os ambientes aquáticos continentais (rios, riachos, lagos, lagoas, estuários, reservatórios, etc. (http://www.infoescola.com/biologia/ciclo-do-carbono/). Estudos recentes demonstram que esses ambientes são responsáveis pelo lançamento de cerca de 70% do CO2 emitido de forma natural para a atmosfera, mesmo que representem apenas cerca de 20% da superfície dos continentes (Raymond et al. 2013).

Historicamente os ambientes aquáticos continentais eram apenas reconhecidos como “transportadores” de C do continente (por exemplo, a partir das florestas, solos, cidades, etc.) para o oceano. Entretanto sabe-se que durante este percurso há uma série de processos complexos de transformações e perdas (armazenamento no sedimento, mineralização e troca de C com a atmosfera, etc.) os quais podem sedimentar carbono (estoca-lo na lama no fundo dos ambientes), mas sobretudo emitir grandes quantidades de CO2 e gás metano (CH4). Esses processos estão exemplificados na figura 2.

Figura 2 Texto Arthur, e cia 3

Figura 2: Transformações do carbono em corpos d’água continentais. Setas cheias indicam transformações do carbono e setas tracejadas indicam fluxo na cadeia trófica. A seta vermelha indica o fluxo de água e materiais para jusante do ambiente (sejam rios ou lagos de inundação). Figura adaptada de Esteves et al. 2011.

Estudos recentes mostram que apenas cerca de 30% de todo carbono que chega nos ecossistemas aquáticos continentais chegam aos oceanos. Quase 50% desse carbono é emitido para a atmosfera pelos processos de degradação e os 20% restantes são estocados nos sedimentos. Desse último, parte pode ser novamente emitido para a atmosfera, principalmente na forma de CH4 a partir de sedimentos inorgânicos. Os valores absolutos em Pg (equivalente a 10E5g) de carbono estão representados na figura 3.

Figura 3 texto 1

Figura 3: Papel dos ecossistemas aquáticos continentais no fluxo e transformação de carbono provenientes dos ecossistemas terrestres para a atmosfera e oceanos. Figura adapatada de Tranvik et al 2009 e atualizada com dados de Raymond et al 2013. Valores em Pg (equivalente a 10E5g).

Mesmo diante de tamanha importância para o ciclo global do carbono, notamos que os ecossistemas aquáticos continentais são ignorados ou sub-representados nas figuras dos livros texto de Ecologia, como Odum (2004, p. 150) e Ricklefs (2010, p. 433). Diante da grande importância das contribuições das águas continentais para o ciclo do carbono, fica evidente uma necessidade de revisão e atualização dessas imagens, uma vez que representações visuais tem papel relevante para a aprendizagem.

E se não houvessem os ecossistemas aquáticos continentais? Como seria o ciclo global do carbono? Essas perguntas ficam para o próximo post.

Nota: Esse texto foi produzido a partir de leituras e discussões realizadas durante o curso de Limnologia do Programa de Pós-Graduação em Ecologia da UFRN, em outubro de 2014. Nas próximas semanas serão publicados em sequência os demais textos produzidos.

Autores:

Rafael de Carvalho (Mestrando; PPG Ecologia e Evolução – UFS)

Luana Rezende (Mestranda; PPG Ecologia e Evolução – UFS

Arthur Cruz (Mestrando; PPG Ecologia e Evolução – UFS)

Colaborações:

Pedro Junger (Mestrando; PPG Ecologia – UFRJ)

Barbara Precila Bezerra (Mestranda; PPG Ecologia – UFRN)

Dhalton Ventura (Doutorando; PPG Ecologia – UFRN – Especialista em Recursos Hídricos; Agência Nacional de Águas)

André M. Amado (UFRN/PPG Ecologia – DOL)

Supervisão:

André M. Amado (UFRN/PPG Ecologia – DOL)

Referências:

http://www.infoescola.com/biologia/ciclo-do-carbono/

http://camada-de-ozonio.info/

http://aquecimento-global-no-brasil.info/

http://aquecimento-global-no-brasil.info/consequencias-do-aquecimento-global.html

http://agfdag.wordpress.com/2009/03/10/quanto-co2-ha/

Cole, J. J., Prairie, Y. T., Caraco, N. F., McDowell, W. H., Tranvik, L. J., Striegl, R. G., Melack, J. (2007). Plumbing the global carbon cycle: Integrating inland waters into the terrestrial carbon budget. Ecosystems, 10(1), 171-184.

Marotta, H., Duarte, C. M., Sobek, S., Enrich-Prast, A. (2009). Large CO2 disequilibria in tropical lakes. Global Biogeochemical Cycles, 23.

Pacheco, F. S.; Roland, F. Downing, J. A. (2014). Eutrophication reverses whole-lake carbon budgets. Inland Waters, 4, 41-48.

Odum, E. P. Princípios e conceitos relacionados aos ciclos biogeoquímicos: estudos quantitativos dos ciclos biogeoquímicos. In: _____ Fundamentos da Ecologia. 6. ed. Lisboa, Portugal: Fundação Calouste Gulbenkian, 2004.

Ricklefs, R. E. Caminho dos elementos nos ecossistemas. In: _____ A economia da natureza. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, p. 544, 2010.

Tranvik, L., Downing, J. A., Cotner, J. B., Loiselle, S. A., Striegl, R. G., Ballatore, T. J., Weyhenmeyer, G. A. (2009). Lakes and reservoirs as regulators of carbon cycling and climate. Limnology and Oceanography, 54(6, part 2), 2298-2314.

Foto-degradação no topo do mundo!

31 de agosto de 2014

Após algumas décadas, os estudos sobre a foto-degradação do carbono orgânico dissolvido (processo de degradação de compostos orgânicos pela ação física da radiação solar) em ambientes aquáticos volta, literalmente, ao topo do mundo.

Na década de 80 chamou-se a atenção para a redução das concentrações de ozônio (O3) na estratosfera. A Camada de Ozônio filtra parte dos raios ultravioleta B (UV-B; 280-320 nm) provenientes do Sol, reduzindo a sua incidência sobre a superfície do Planta Terra. Por isso, a redução da camada de ozônio (resultante da liberação de gases utilizados nos sistemas modernos de refrigeração) teria profundos efeitos danosos à saúde das pessoas, pelo aumento da incidência de problemas como câncer de pele. Iniciou-se assim, uma corrida mundial para reverter esse quadro.

Ao mesmo tempo, como os raios ultravioletas também degradam parte do carbono orgânico dissolvido na água, principalmente aquele formado nos ambientes terrestres, o processo de fotodegradação ganhou destaque entre os cientistas. Pesquisas focaram no papel da fotodegradação para o funcionamento dos ecossistemas (por exemplo sobre o metabolismo microbiano), até seus possíveis efeitos para a emissão de dióxido de carbono (gás carbônico – CO2) para a atmosfera. Por exemplo, além de mineralizar o carbono orgânico formando dióxido de carbono (CO2), a foto-degradação também transforma o carbono alterando a velocidade com que as bactérias heterotróficas (microorganismos recicladores) podem mineralizá-lo (Farjalla et al. 2009).

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Gráfico de acúmulo de CO2 na atmosfera (Mauna Loa Observatory (http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/).

Trabalhos recentes demonstraram que os ambientes aquáticos são importantes elementos no ciclo global do carbono, pois transformam, emitem para a atmosfera e transportam para os oceanos muitas toneladas de carbono por ano (Cole et al 2007, Tranvik et al, 2009, Raymond et al 2013). Nesse sentido, diversos estudos avaliaram a importância relativa da fotodegradação e da respiração bacteriana (dois importantes processos de decomposição em ecossistemas aquáticos) para a emissão de CO2 para atmosfera, como contribuintes na intensificação do efeito estufa.

Desenho esquemático: Radiação solar reflete na Terra e emite radiação infravermelha que aquece a atmosfera.

Desenho esquemático: Radiação solar reflete na Terra e emite radiação infravermelha que aquece a atmosfera.

Estudos sugeriram que na da região temperada do Globo (latitudes superiores a 22° N e S), o processo de fotodegradação era pouco relevante (< 10%) para a produção total de CO2 por lagos em comparação com a mineralização pelas bactérias (Jonsson et al 2001). Juntamente com a estabilização da camada de ozônio, a suposta pouca relevância da fotodegradação ajudou a diminuir o interesse no tema. Alguns anos mais tarde, um dos trabalhos da minha dissertação de mestrado (Amado et al 2006) indicou que a fotodegradação poderia ser equivalente à mineralização bacteriana em lagos tropicais da região amazônica. Mesmo assim, desde então, poucos estudos avaliaram a interação da fotodegradação com as emissões de CO2.

Na semana passada (22 de agosto de 2014), a pesquisadora Rose Cory (da Universidade de Michigan) e seus colaboradores publicaram um artigo (Cory et al. 2014) na revista Science, de um estudo de mais de 3 anos de duração sobre a fotodegradação e a degradação bacteriana em diversos ambientes aquáticos no Alaska (ártico). De acordo com esse estudo, nos ambientes aquáticos daquela região de elevadas latitudes, a fotodegradação pode corresponder entre 70 e 95% de todo CO2 produzido nesses ecossistemas, sendo até dezenas de vezes superior à mineralização pelas bactérias. Ao contrariar os paradigmas atuais, esse estudo reabre a discussão sobre o tema. Tendo em vista que o aumento global das temperaturas previsto para as regiões polares deve expor grandes quantidades de matéria orgânica pelo degelo, a fotodegradação deverá ser responsável por emitir grandes quantidades de CO2 para a atmosfera, contribuindo ainda mais para o agravamento do efeito estufa.

Referências:

Amado, A. M., Farjalla, V. F., Esteves, F. D., Bozelli, R. L., Roland, F., & Enrich-Prast, A. (2006). Complementary pathways of dissolved organic carbon removal pathways in clear-water Amazonian ecosystems: photochemical degradation and bacterial uptake. FEMS Microbiology Ecology, 56(1), 8-17.

Cole, J. J., Prairie, Y. T., Caraco, N. F., McDowell, W. H., Tranvik, L. J., Striegl, R. G., . . . Melack, J. (2007). Plumbing the global carbon cycle: Integrating inland waters into the terrestrial carbon budget. Ecosystems, 10(1), 171-184.

Cory, R. M., Ward, C. P., Crump, B. C., & Kling, G. W. (2014). Sunlight controls water column processing of carbon in arctic fresh waters. Science, 345(6199), 925-928. doi: 10.1126/science.1253119

Jonsson, A., Meili, M., Bergstrom, A. K., & Jansson, M. (2001). Whole-lake mineralization of allochthonous and autochthonous organic carbon in a large humic lake (Ortrasket, N. Sweden). Limnology and Oceanography, 46(7), 1691-1700.

 

Raymond, P. A., Hartmann, J., Lauerwald, R., Sobek, S., McDonald, C., Hoover, M., . . . Guth, P. (2013). Global carbon dioxide emissions from inland waters. Nature, 503, 355-359. doi: 10.1038/nature12760

Tranvik, L., Downing, J. A., Cotner, J. B., Loiselle, S. A., Striegl, R. G., Ballatore, T. J., . . . Weyhenmeyer, G. A. (2009). Lakes and reservoirs as regulators of carbon cycling and climate. Limnology and Oceanography, 54(6, part 2), 2298-2314.

 

Autor: André M. Amado (Depto. Oceanografia e Limnologia; PPG Ecologia – UFRN)

Revisão de Língua Portuguesa: Bruna Q. Vargas (Cultura Inglesa, Natal-RN)