CO2
Na Atmosfera
Identificação
TIT:
Fitoplancton e Absorção de CO2 da Atmosfera
AUT:
Maria Encarnación Vásquez Suarez-Iha (Prof. Dra., IQ-USP)
REF:
Coleção Documentos, Série Ciências Ambientais-20, Mudanças Globais e
Desenvolvimento Sustentável. Instituto de Estudos Avançados da USP, São
Paulo, 1994. Pag. 68-75.
CLA:
Artigo publicado com base em conferência de mesmo título
TEM:
Fitoplancton, oceano, biomassa, efeito estufa, CO2, clima
RES:
Introdução ao assunto do
aquecimento global e seus efeitos ainda polêmicos sobre os ecossistemas
marinhos com aumento da produção de algas e de absorção de CO2.
ARQ:
Allchemy - Série Épsilon, 1995, BD57001R.DOC
FITOPLÂNCTON
E ABSORÇÃO DE CO2
DA
ATMOSFERA
Maria
Encarnación Vázquez Suárez-Iha
Instituto
de Química - Universidade de São Paulo
Cx.P.
26077, 05599-970 São Paulo, SP, Brasil
A demanda de energia - eletricidade, gás e combustíveis necessários
para operar todas as ferramentas da civilização moderna - em países
desenvolvidos é a maior causa da poluição a qual está agora aquecendo nosso
planeta.
Dióxido de carbono,
produzido na queima de combustíveis fósseis - carvão, óleo e gás natural -
é responsável por cerca de 6% do efeito estufa.
Os outros gases envolvidos nesse efeito são os CFCs (CloroFlúorCarbonos),
metano, vapor de água, ozônio e óxido nitroso(1).
Bolin(2), coordenador
do Intergovernamental Panel on Climate Change (IPCC) instituído em 1988,
alertou, durante a Second World Climate Conference em Geneve realizada no final
de 1990, sobre não haver mais tempo para usar as dúvidas remanescentes sobre o
aquecimento global e a mudança climática como uma desculpa para a inatividade.
O planeta já está
passando por estiagens regionais, tempestades, redução do suprimento de água,
extinção de muitas espécies de plantas e animais, em função do aquecimento
global que altera os padrões climáticos e perturba os ecossistemas naturais.
Previsões atuais do
aquecimento global não levam em conta as reações e interações das massas de
terra, oceânicas e de gelo em resposta à elevação da temperatura que já
iniciou. Na avaliação das mudanças
em desenvolvimento deve-se levar em conta os processos de "feedback"
(re-alimentação) através dos quais o efeito estufa desencadearia reações
que, por sua vez, exacerbariam o aquecimento global. Surge um problema em incluir reações de
"feedback" em modelos computacionais de um clima futuro, porque esses
processos não tem comportamento suficientemente previsível para dar resultados
confiáveis. É impossível
quantificar o efeito dos "feedbacks" quando eles mesmos são
alimentados uns pelos outros. Quando
as respostas de comunidades de plantas, massas de terra, oceanos e gelo começam
a realimentar-se entre si, a incerteza de cada efeito individual é ampliada por
todos os outros. Torna-se, então,
impossível produzir previsões confiáveis sobre seus efeitos totais no sistema
climático. O que se pode prever,
no entanto, é que, se eles interagem de forma sinergética, seus efeitos
combinados serão muito maiores do que a soma dos efeitos individuais
considerados separadamente.
Além disso, nenhum
dos cálculos das concentrações dos gases estufa e o respectivo aquecimento
nos próximos cem anos leva em conta os "feedbacks" que virão da
biosfera e das comunidades microbiológicas e de plantas em particular, enquanto
a temperatura aumenta e o clima muda.
Muitos dos "feedbacks"
biosféricos dependem das variações esperadas para o ciclo do carbono, durante
o qual carbono é armazenado por massas de terra e oceanos, liberado para a
atmosfera e, novamente, absorvido nas massas de terra e oceanos.
O consenso científico é que podemos esperar significativas quantidades
extras de CO2 a serem liberadas à atmosfera no futuro, pois as plantas e
microorganismos mudam seu comportamento em reação ao aumento da temperatura.
Uma reação biosférica
potencial resultará da morte esperada de florestas que não se adaptem, num
tempo adequado, ao aumento da temperatura.
Quando essas florestas morrerem haverá liberação de grandes
quantidades de CO2 e CH4.
Pesquisas sugerem(2)
que as áreas cobertas pelas florestas boreais diminuirão drasticamente dos
atuais 23%, da área total florestada do mundo, para menos de 1%.
Estima-se que haverá adição de 80 - 120 milhões de toneladas de CH4
à atmosfera e a temperatura local aumentará 10C.
Prevê-se, também, um aquecimento global em torno de 3C para o ano 2100.
Deve-se considerar,
também, um número de reações dentro dos oceanos e praticamente todas
aumentarão o dióxido de carbono na atmosfera. A princípio, os oceanos não absorverão convenientemente o
CO2 extra na atmosfera na mesma velocidade em que o mesmo será emitido.
Se houver um aumento de 10%, os oceanos absorverão somente 1%.
Além disso, como as águas superficiais do oceano se aquecem, elas não
serão capazes de absorver tanto CO2 como o fazem no presente.
Pensa-se, também,
que como os oceanos sofrerão aquecimento, carbono orgânico dissolvido sofrerá
decomposição mais rapidamente, liberando novamente quantidades crescentes de
CO2 à atmosfera.
A combinação de
todos os fatores envolvidos no aquecimento e mudança climática levou à
conclusão de que é necessária a redução imediata de 60 - 80% nas emissões
de CO2 e de outros gases estufa. Um
aumento maior que o dobro na concentração atual dos gases estufa seria um
risco inaceitável e, no momento, tem-se que a concentração dobrará por volta
do ano 2025(3).
Diversas ações,
englobadas no que poderia se chamar de Revolução Industrial Verde, tais como
desenvolvimento de novas tecnologias, maior eficiência no uso da energia disponível
e utilização efetiva e com eficiência de biomassa (árvores, plantas,
rejeitos, ...) estão em curso. Nesse
sentido tem especial interesse os microorganismos presentes na enorme massa de
água da Terra. As algas microscópicas
marinhas fazem a fotossíntese e produzem um ingrediente essencial (dimetilsulfeto
- DMS) que mantem os níveis de enxofre constantes e ajuda na formação das
nuvens.
PODERIAM
AS ALGAS SER USADAS
PARA
CONTROLAR O AQUECIMENTO GLOBAL?
O fitoplâncton compõe-se de plantas microscópicas unicelulares que
povoam as camadas superficiais ( 80 metros) de todos os corpos de água, seja
doce ou salgada. Utilizando a luz
solar como fonte de energia, esses organismos vegetais transformam substâncias
simples, que obtem do meio ambiente, na matéria orgânica necessária a seu
crescimento e multiplicação. Trata-se
de um dos mais importantes processos em curso no planeta, uma vez que constitui
o primeiro elo do complexo sistema alimentar aquático.
Todos os animais dos meios aquáticos devem sua subsistência, de forma
direta ou indireta, à multiplicação celular dessas plantas microscópicas
(diatomáceas, flagelados, dinoflagelados, ..)(4).
Além
da luz
que necessitam
para se
multiplicar, seu metabolismo
não pode prescindir de
determinadas substâncias
biogênicas, como
sais nutrientes (nitratos,
fosfatos, silicatos), oligoelementos (como ferro, molibdênio, cobalto, vanádio,
cobre, manganês e zinco) e de algumas substâncias orgânicas (vitaminas, ácidos
húmicos, ...).
As diferentes formas
de vida competem entre si pela captura dos nutrientes disponíveis na camada
superficial marinha. O resultado da
competição não depende, apenas, do ritmo de reprodução celular ou da
velocidade em assimilar os nutrientes. Depende também das condições ambientais, que variam muito
conforme as regiões e a época do ano(5).
Nos mares temperados, por exemplo, em que as mudanças de estação são
muito marcadas, produzem-se períodos de rápidos crescimento e declínio da
população fitoplanctônica. Pode-se
dizer que no inverno, há forte mistura vertical no oceano, ou turbulência
(pelo vento), há nutrientes, mas a baixa luminosidade limita seu crescimento.
Na primavera, há maior luminosidade, menos ventos, a camada superficial
se aquece. Assim, nessa camada,
ocorre um crescimento exponencial do número de células de fitoplâncton
(florescimento primaveral), por um dado tempo.
Seu declínio também é rápido, pois a diminuição de nutrientes
acarreta uma diminuição na divisão celular, a tal ponto que as perdas devido
ao afundamento e ao consumo por animais planctônicos não são compensadas.
Nesta condição, outro tipo de espécies se desenvolve mais rapidamente
havendo uma sucessão de espécies até o outono.
Considerando a relação
direta entre o CO2 e o efeito estufa, é de extrema importância o fato de esses
microorganismos, durante o dia, processarem a fotossíntese, onde ocorre consumo
de gás carbônico e geração de oxigênio.
Deve-se considerar, também, que devido à migração vertical de alguns
tipos de fitoplâncton, mesmo que os nutrientes tenham se esgotado durante o
dia, aqueles permanecem na superfície, assimilando gás carbônico e,
consequentemente, acumulando carboidratos(4).
Entretanto, à noite, processo contrário ocorre; é a respiração de
todos os tipos de fitoplâncton e a decomposição de alguns deles.
Há consumo de oxigênio dissolvido na coluna de água e liberação de gás
carbônico à água e à atmosfera.
A hipótese Gaia
desenvolvida por Lovelock(6), um químico
inglês, sugere que com o objetivo de manter a condição termostática da
Terra, CO2 é contínua e progressivamente bombeado da atmosfera.
Há uma entrada constante através de processos tectônicos, e a retirada
a longo prazo são os depósitos de rochas calcáreas nos sedimentos.
O consumo de CO2 ocorre quase que totalmente nos processos biológicos;
na ausência de vida, CO2 aumentaria sua abundância além de 1% por volume. Lovelock e Whitfield observaram que, se a regulagem do clima
ocorre por bombeamento de CO2, o mecanismo está relacionado ao limite de sua
capacidade operacional. Sabendo que
dióxido de carbono da atmosfera diminuiu de cerca de 30%, no início da vida, a
300 p.p.m.v. (um fator de 1000), os autores sugeriram que o decréscimo no CO2,
através do respectivo declínio no efeito estufa, foi compensado pelo aumento
da luminosidade solar e assim o clima permaneceu constante e adequado à vida.
A hipótese Gaia sugeriu também que o dimetilsulfeto (DMS) poderia ser o
meio de retorno de enxofre (elemento bioquímico essencial) da terra para o
mar(7). Em 1987, Charlson et al.(8) sugeriram também que a influência de DMS
iria além de sua participação no ciclo do enxofre e, assim, as algas
(emissoras de DMS) teriam papel vital na regulagem do clima da Terra.
Os ciclos biogeoquímicos
do carbono e do enxofre estão intimamente ligados e aparecem conectados
regulando os potenciais redox em ecossitemas óxicos e anóxicos.
Emissão de DMS, através de seu efeito no albedo do planeta, juntamente
com o bombeamento de CO2 levam à
tendência ao esfriamento.
A idéia original de
Charlson é que a água aquecida pelo efeito estufa poderia acentuar a produção
de algas, produzindo mais DMS e assim mais nuvens.
Isso faria com que mais energia solar fosse refletida e, conseqüentemente,
a uma temperatura da Terra menor. Essa
idéia sugere também que haveria maior retirada de CO2 da atmosfera pelo
processo da fotossíntese.
Com a finalidade de
verificar essas hipóteses, diversos estudos tem sido efetuados com relação ao
crescimento e ao comportamento das algas. Entre
esses estudos (controversos ainda) Martin propôs a teoria de que o crescimento
das algas é limitado em muitas áreas não pela falta de nutrientes
convencionais, como nitrogênio e fósforo, mas por ferro.
Este pode alcançar os oceanos remotos por vários meios com origem na
terra e isso explica porque águas remotas, ricas em nitrogênio e fósforo,
como nos mares da Antártica, não são mais biologicamente ativas. Experimentos
de Martin et al.(9,10) mostraram que quando ferro é adicionado a amostras de água
tiradas de regiões ricas em nutrientes, a atividade biológica aumenta cerca de
dez vezes.
Com base nos
resultados obtidos, Martin sugeriu que é possível reagir ao aquecimento global
adicionando ferro a partes de oceanos ricas em nutrientes mas com baixa
atividade biológica. A proposta
inicial foi que o aumento na produção de algas "fixaria" mais dióxido
de carbono da atmosfera, da mesma maneira que o plantio de árvores.
O plano elaborado por
Martin, que faleceu no princípio deste ano, será posto em prática por
Johnson, Liss e Watson. Farão uma
tentativa de fertilizar com ferro, em água marcada, uma parte do Oceano Pacífico,
próxima às Ilhas Galapagos, talvez uma área de um km2.
Será monitorado o volume e distribuição das espécies de algas e a
emissão e absorção de gases tais como DMS e CO2.
Se tal experimento
fosse aplicado em grande escala para controlar o aquecimento global, o
ecossistema marinho seria fundamentalmente alterado.
Mas não se sabe como. Tem-se,
então, a pergunta: será que o aumento na concentração de ferro ou
temperaturas mais altas favoreceriam a produção de diatomáceas,
Coccolithophores ou phaeocystis? Diatomáceas
fixam carbono, mas produzem pouco DMS. Coccolithophores produzem DMS, mas
liberam CO2. Assim, torna-se
duvidoso se o aumento de cada grupo reagiria ao aquecimento global. Phaeocystis
absorve carbono e produz DMS.
Johnson(6) acredita
serem remotas as chances de o método proposto controlarem o CO2 na atmosfera.
Ele espera um deslocamento das diatomáceas pequenas para as grandes e
com base nisso, usando modelos computacionais, uma redução de não mais que 2
gigatoneladas de CO2. Isso ainda é
pouco comparado às 5 gigatons liberadas por ano, resultantes da atividade
humana, e menos ainda se comparado ao previsto de 15 gigatons para os próximos
50 anos.
Torna-se claro,
assim, que todos os estudos efetuados auxiliarão na previsão sobre os efeitos
provocados nos ecossistemas marinhos em função do aquecimento global.
Entretanto, enquanto a dinâmica das algas não for bem compreendida,
qualquer tentativa para prever seu efeito no clima será em vão.
Temas
Importantes para Discussão Paralela
Atualmente, as principais ameaças à
atmosfera são o efeito estufa, o buraco na camada de ozônio, a desertificação,
a extinção de espécies, o acúmulo de lixo e a poluição (Marcondes, A.C. ,
1992). Entretanto, é muito importante notarmos que todos esses ítens ameaçadores
estão correlacionados , de forma que o agravamento em um deles provocará
consequências em todos os outros.
Efeito Estufa : incremento na temperatura global, causado
pelo acúmulo de certos gases ricos em carbono na atmosfera, principalmente
metano, gás carbônico e CFC. Esses gases retêm parte da energia irradiada
pelo planeta, elevando a temperatura. O gás carbônico, apesar de ser necessário
no processo de fotossíntese, torna-se tóxico em elevadas concentrações. Como
principais fatores causadores da elevação do gás carbônico na atmosfera,
podemos citar: QUEIMADAS (das matas e de combustíveis fósseis), e o lançamento
de partículas sólidas na atmosféra, por atividade vulcânica e por queima de
carvão (aerossóis). Para evitar o aumento da temperatura terrestre,
necessita-se diminuir as emissões de carbono e impedir a devastação das
florestas (questões políticas complicadas) (Marcondes, A.C. 1992).
Buraco na Camada de Ozônio
: A camada de ozônio funciona como um escudo em torno do nosso planeta , pois
impede que radiações nocivas cheguem até ele. (Marcondes, A.C. 1992). O
buraco nesta camada foi descoberto em 1970 e , entre as causas principais, estão
o CFC ( clorofluorcarbonos ) e os óxidos de nitrogênio liberados na queima de
combustíveis fósseis. Essa destruição na camada de ozônio ocasionará,
entre outras coisas, uma mudança do clima terrestre (Marcondes,1992). Outro
fator diretamente envolvido na mudança climática é certamente o desmatamento.
Mutações genéticas devidas a radiação nociva incidente aumentarão,
ocasionando ao Homem um aumento nos casos de câncer de pele.
Desertificação : Processo de transformação de uma região
em deserto (Marcondes,1992). Há uma relação direta entre desmatamento ,
desertificação e regime de chuvas de uma região. Com o desmatamento, são
removidos do solo os vegetais. Quando existe vegetação, parte da água das
chuvas fica retida no solo, enquanto o restante escorre pela superfície ou se
evapora, voltando para a atmosfera. Uma parcela da água retida no solo é
absorvida pelos vegetais e depois volta a atmosfera pela transpiração. Toda
essa água em forma de vapor que volta para a atmosfera, sofre condensação
formando as núvens, responsáveis pelas chuvas. Na ausência dos vegetais, o
solo fica exposto aos raios solares e se aquece, causando a evaporação de água.
Assim, a água das camadas mais profundas vem à superfície, trazendo consigo
sais de ferro, entre outros, os quais tornam o mesmo impermeável a água das
chuvas, contribuindo para a desertificaçào (Marcondes, 1992).
Chuvas ácidas:
Existe correlação direta entre POLUIÇÃO e CHUVAS ÁCIDAS. Com a queima de
combustíveis fósseis (petróleo e carvão mineral) , ocorre a liberação de
diversos gases na atmosfera, entre eles , óxidos de nitrogênio e enxôfre. Os
primeiros , em contato com a água das chuvas, formam o ácido nítrico. Por sua
vez, os compostos de enxofre formam o ácido sulfúrico, quando combinados com
água. As chuvas ácidas contribuem para a destruição de florestas, contaminam
águas de lagos causando decréscimo da flora e fauna local, poluem os solos
(causam a liberação de alumínio, chumbo e cádmio, os quais são absorvidos
pelos vegetais que, ao serem consumidos por outros organismos, são tóxicos),
agravam problemas de saúde das vias respiratórias principalmente de crianças
e idosos.
Referências
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Martin, J.H., Gordon, R.M. e Fitzwater, S.E. - "The case for iron"
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"We still say iron defficiency limits phytoplankton growth in the subartic
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