Ecologia Geral19 março 2020

Profª Vanda BrotasDepartamento de Biologia Vegetal

Centro MARE - http://www.mare-centre.pt/pt

AULA NÃO PRESENCIAL

1

2

Objetivos desta aula ( continuação para a próxima):

Ciclos Biogeoquimicos Carbono, Nitrogénio, Azoto.

Ciclo de Carbono e clima. Ocidificação dos oceanos.

Influencia antropogénica nos ciclos biogeoquimicos

Figure 22.1

Atmospheric inputEcosystem

Net primary

productivityInternal

cycling

Incorporation

into

plant tissues

Plant uptake

Litterfall

Dead

organic

matter

Plant tissues

Decomposition/Mineralization

Soil nutrients

Output

Output

Input from the weathering

of rocks and minerals

Todos os ciclos biogeoquimicos

Têm 3 componentes: inputs, ciclo

Interno, outputs

2 processos chave:

Prod.Primária Liquida

E Decomposição

Decompositores

4

Detritívoros

Detritívoros

terrestres

Detritívoros

marinhos

Bactérias e fungos sãoOs principais decompositoresDa matéria orgânica

Arctic Tundra Peat (turfa)

A decomposição da matéria, com

Consequente a libertação do CO2 depende das

Condições ambientais

5

Condições como pantanos, ou zonas com Sphagnum (musgo), onde o pH é muito ácido, o processo de decomposição é muito reduzido

Em: Solos anaeróbios eSolos ácidos

Ciclo de Carbono: decomposição

Ligação com a aula dos biomas:

Exemplo: descoberta de Ötzi, Homem que viveu há 5300 anos, corpo descobertoem 1991 nos Alpes

Condições extremas em que não

Há decomposição da matéria viva

Frozen Fritz

6

Ciclo de Carbono: decomposição

Ciclos Biogeoquimicos

Photosynthesis

120RespirationAtmosphere

750

60

9291

DiffusionDecomposition

Deforestation

1–2

Combustion

Fossil

fuels

5–6

Rivers 0.5

Runoff

Vegetation

560

Oceans

38.000

Sedimentation 0.5

60

52 x mais no

Oceano do que na

Atmosfera

38 000 / 720 = 52

Ciclo de Carbono

Atenção:

valor muito desactualizado

Section 22.7 The Global Carbon Cycle Involves Exchanges among the

Atmosphere, Oceans, and Land

▪ Carbon pool involved in the global carbon cycle amounts to 55,000

gigatons (Gt)

▪ fossil fuels: 10,000 Gt

▪ oceans: 38,000 Gt (bicarbonate and carbonate ions)

▪ dead organic matter: 1650 Gt

▪ living matter (mostly phytoplankton): 3 Gt

▪ terrestrial

▪ dead organic matter (in soil): 1500 Gt

▪ living matter: 560 Gt

▪ atmosphere: 750 Gt

Ciclos Biogeoquimicos

Carbono (GT)

1 Giga= 10^9 ton

Pool de carbono 55000

Combustiveis fósseis 10000

No oceano, em iões HCO3- e HCO3

2- 38000

No oceano, matéria morta 1650

No oceano, matéria viva 3

Na Terra, matéria morta 1500

Na Terra, matéria viva 560

Atmosfera 750

Smith & Smith

Fluxos Carbono GT / ano

Troca Atmosfera Oceano 2

Sequestro no fundo do mar 0,1

Queima de combustiveis fósseis 10

Produção 1ª Liquida Terrestre 56,4

Produção 1ª Liquida Marinha 48,5

Ciclos Biogeoquimicos

9

10

Ciclo de Carbono

Pintura: Monet, Gare St Lazare, Paris, 1877

CO2 Atmospheric Concentration

The global CO2 concentration increased from ~277ppm in 1750 to 407.25ppm in July 2017

Meses de Julho de 2016 e 2017Foram os Julhos mais quentesDesde 1880+0.8 ºC em relação à média

https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/full.htmlhttps://www.co2.earth/global-warming-update

Um problema atual

0 50 100

Net Primary Production (gC m-2 month-1)

Biospheric Productivity = 110 - 120 Gt C y-1

Approx. 50% on land & 50% in the ocean surface

Phytoplankton responsible for >95% of ocean productivity

(

Michael Behrenfeld Goddard Space Flight Center, NASA12

Sequestro de CO2 a Nível global no planeta

Ciclos Biogeoquimicos

Aula de dia 26 março

13

Comparação vegetação terrestre e Fitoplancton:

• Produtividade primária a partir da detecção por satélite. Field et al, 1998, (NPP, “Net PrimaryProductivity),

Estimados a partir da modelização de dados de imagens de satélite da concentração da clorofila, de dados de radiação fotossintética

e do parâmetro ε, a eficiência fotossintética de utilização da luz (determinado a partir de dados experimentais de campo).

(Global NPP in Pg C y-1)

Ocean Land

TOTAL 48.5 56.4

Unidade: Pentagramas Carbono 10^15

Ciclos BiogeoquimicosAula 26 março

Biological carbon pump

14https://oceans.taraexpeditions.org/en/m/science/news/plankton-network-linked-to-oceans-biological-carbon-pump-revealed/

Oceanic Primary Production (mg Carbon m-2 d-1)

15

OC-CCI Projecthttps://esa-oceancolour-cci.org/

Relação com a TP, portal cor do oceano

Chla, proxy of phytoplankton biomass, mg m-3, July

16

OC-CCI Projecthttps://esa-oceancolour-cci.org/

Global Carbon Budget

Published on 5 December 2018

2018

PowerPoint version 1.0 (released 5 December 2018)

https://www.globalcarbonproject.org/carbonbudget/18/presentation.htm

Ciclo de Carbono: Para saber mais. Materia complementar

No fénix, está a versão mais atualizada:

Atenção às unidades: são dadas em CO2 e não em Carbono

All the data is shown in billion tonnes CO2 (GtCO2)

1 Gigatonne (Gt) = 1 billion tonnes = 1×1015g = 1 Petagram (Pg)

1 kg carbon (C) = 3.664 kg carbon dioxide (CO2)

1 GtC = 3.664 billion tonnes CO2 = 3.664 GtCO2

Peso molecularCarbono = 12Oxigénio =16 CO2 = 44

CO2/C = 3.66

29%11.5 GtCO2/yr

Fate of anthropogenic CO2 emissions (2009–2018)

Source: CDIAC; NOAA-ESRL; Houghton and Nassikas 2017; Hansis et al 2015; Friedlingstein et al 2019; Global Carbon Budget 2019

23%9.2 GtCO2/yr

34.7 GtCO2/yr

86%

14%5.5 GtCO2/yr

17.9 GtCO2/yr

44%

Sources = Sinks

4%1.6 GtCO2/yr

Budget Imbalance: (the difference between estimated sources & sinks)

Global fossil CO2 emissions: 36.2 ± 2 GtCO2 in 2017, 63% over 1990

Projection for 2018: 37.1 ± 2 GtCO2, 2.7% higher than 2017 (range 1.8% to 3.7%)

Estimates for 2015, 2016 and 2017 are preliminary; 2018 is a projection based on partial data.Source: CDIAC; Le Quéré et al 2018; Global Carbon Budget 2018

Global Fossil CO2 Emissions

Uncertainty is ±5% for one standard deviation

(IPCC “likely” range)

Ciclo de Carbono: Para saber mais. Materia complementar

= 10 GT Carbon

Atenção,Fator de conversão:37 GT CO2 / 3.664= 10 GT Carbon

Total global emissions

Total global emissions: 41.2 ± 2.8 GtCO2 in 2017, 53% over 1990

Land-use change estimates from two bookkeeping models, using fire-based variability from 1997Source: CDIAC; Houghton and Nassikas 2017; Hansis et al 2015; van der Werf et al. 2017;

Le Quéré et al 2018; Global Carbon Budget 2018

Global carbon budget

Carbon emissions are partitioned among the atmosphere and carbon sinks on land and in the oceanThe “imbalance” between total emissions and total sinks reflects the gap in our understanding

Source: CDIAC; NOAA-ESRL; Houghton and Nassikas 2017; Hansis et al 2015; Joos et al 2013;Khatiwala et al. 2013; DeVries 2014; Le Quéré et al 2018; Global Carbon Budget 2018

Pode ser um de vocesA contribuir para Perceber este gap

Ciclo de Carbono: Para saber mais. Materia complementar

Emissions Projections for 2018

Global fossil CO2 emissions are projected to rise by 2.7% in 2018 [range: +1.8% to +3.7%]The global growth is driven by the underlying changes at the country level.

Source: CDIAC; Jackson et al 2018; Le Quéré et al 2018; Global Carbon Budget 2018

Ciclo de Carbono: Para saber mais. Materia complementar

Decréscimo na Europa

Top emitters: Fossil CO2 Emissions per capita

Countries have a broad range of per capita emissions reflecting their national circumstances

Source: CDIAC; Le Quéré et al 2018; Global Carbon Budget 2018

Ciclo de Carbono: Para saber mais. Materia complementar

Energy use by source

Renewable energy is growing exponentially, but this growth has so far been too low to offset the growth in fossil energy consumption.

This figure shows “primary energy” using the BP substitution method(non-fossil sources are scaled up by an assumed fossil efficiency of 0.38)

Source: BP 2018; Figueres et al 2018; Global Carbon Budget 2018

Crescimento das energiasrenováveis

Emissions must decline rapidly

CO2 emissions need to rapidly decline to follow pathways consistent with the Paris targets(Projection for 2018 emissions in red)

Source: Huppmann et al 2018; IAMC 1.5C Scenario Database; IPCC SR15; Jackson et al 2018; Global Carbon Budget 2018

Previsão

Infographic

Download in full resolution

Ciclo de Carbono: Para saber mais. Materia complementar

Matéria complementar,Ir ao site, Fazer download dos docs.

https://zap.aeiou.pt/a-primeira-floresta-vertical-da-china-vai-produzir-60-kg-de-oxigenio-por-dia-148399

www.architectureanddesign.com.au/news/australia-leads-global-green-building-boom-with-it

Soluções precisam-seGreen buildingsGreen roofs – ligação com as ultimas aulas de Bloco A

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Variações diárias e sazonais de CO2 na atmosfera

Ciclos Biogeoquimicos29

Sequestro de CO2 e Fotossíntese.

30

https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/

The dashed red lines with diamond symbols represent the monthly mean values. The black lines with the square symbols represent the same, after correction for the average seasonal cycle

31

GHGs – Green House Gases - CO2

The maps derived from SCIAMACHY, a spectrometer onboard the European ENVISAT satellite.

Através da observação por satélites

Ciclos Biogeoquimicos

http://www.esa-ghg-cci.org/

Variação sazonal e internanual

Figure 22.4

Jan. Feb. Mar. Apr. May. June July Aug. Sept. Oct. Nov. Dec.

Month

Ch

an

ges i

n C

O2

co

ncen

trati

on

(p

pm

) 360

359

358

357

356

355

354

353

352

351

350

Variation in atmospheric concentration of carbon dioxide (CO2) during a

typical year in Barrow, Alaska

Concentrations increase during the winter months,

declining with the onset of photosynthesis during the

growing season (May–June).

Variação sazonal

Ciclos Biogeoquimicos

33

https://www.youtube.com/watch?v=x1SgmFa0r04 Video: emissões de carbono ao longo do ano.Focos de emissão EUA, Europa, ÀsiaDimuinuição na Primavera e Verão devidoá FotossinteseDas Plantas superiores nos continentes

Para ver em casa

34

http://www.esa-ghg-cci.org/

Variação sazonalCO2 atmosféricoEm diversas 3Regiões latitudinais

PARA SABER MAIS

Figure 22.3

Hours

He

igh

t (m

)

0 3 6 9 12 15 18 21 24

350

340

330

320

305

310 ppm

0

10

20

30

320 330 320 310Padrões diários do

CO2

Em florestas

Notar a flutuação

diária

Variação diária

Fotossintese

Respiração

Respiração microbiana

Decomposição da matéria

Ciclos Biogeoquimicos

Smith, cap 22

Botânica Marinha, 15-5-2007

A proporção relativa das formas

De carbono depende do pH, da

Salinidade, da temperatura e da

Pressão parcial do CO2 no ar

CO2 + H20 H2CO3

Mas, a pH=8

H2CO3 HCO3- e CO32-

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Bicarbonato Carbonato

CO2 no Oceano

Ácido carbonico

Ph do Oceano varia consoante as regiões

37

Doney, 2006, Scientific American

38http://theotherco2problem.files.wordpress.com/2009/11/ocean-chemistry.gif

The pH of surface seawater has fallen from 8.2 to 8.1, in a few hundred

years, after remaining constant for millions of years.

COCOESFERA

COCOLITÓFOROS (portador de cocolitos = coccos (esfera) + lithos (placas) + phoros (“levar”)

COCOLITO (CaCO3) 39

Dimuição do pH pode afetar vários organismos marinhos. Entre eles os Cocolitóforos, que fazem parte do

Fitoplancton

Imagem de um bloom de cocolitoforos

Competencias a adquirir

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Perceber ligação entre Ciclos Biogeoquimicos, Cadeias Tróficas e Decomposição da matéria

Ciclo do carbono. Perceber os fluxos globais no planeta

Perceber as Variações diárias e sazonais de CO2 na atmosfera, no contexto do ciclo do carbono

Perceber o ciclo do Nitrogénio.

Tomar conhecimento da influencia antropogénica nestes ciclos biogeoquimicos

Bibliografia

Smith, T.M. & Smith, R.L., 2012. Elements of Ecology, 8th ed. Pearson.

• Cap 23 : Ciclos Biogeoquímicos

webpages indicadas nos slides

• Global Carbon Project , https://www.globalcarbonproject.org/ e paperque está no Fénix sobre o Global Carbon Project

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Sobre o aumento do carbono: http://www.sciencemag.org/news/2018/08/atmospheric-carbon-last-year-reached-levels-not-seen-800000-years?utm_campaign=news_daily_2018-08-03&et_rid=385360185&et_cid=2232294

Atmospheric carbon last year reached levels not seen in 800,000 years