Papel da precipitação carbonática abiótica oceânica na futura regulação do CO2 atmosférico

Oct 15, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15970 (2022) Citar este artigo

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Os oceanos desempenham um papel importante no clima da Terra, regulando o CO2 atmosférico. Enquanto a produtividade primária oceânica e o sepultamento de carbono orgânico sequestram CO2 da atmosfera, a precipitação de CaCO3 no mar devolve CO2 à atmosfera. A precipitação abiótica de CaCO3 na forma de aragonita é potencialmente um importante mecanismo de feedback para o ciclo global do carbono, mas esse processo não foi totalmente quantificado. Em um estudo de armadilha de sedimentos realizado no sudeste do Mar Mediterrâneo, uma das regiões mais oligotróficas e de aquecimento mais rápido do oceano, quantificamos pela primeira vez o fluxo de aragonita inorgânica na coluna d'água. Mostramos que este processo é induzido cineticamente pelo aquecimento das águas superficiais e estratificação prolongada, resultando em um estado de alta saturação de aragonita (ΩAr ≥ 4). Com base nessas relações, estimamos que a calcificação abiótica da aragonita pode ser responsável por 15 ± 3% do efluxo de CO2 relatado anteriormente da superfície do mar para a atmosfera no sudeste do Mediterrâneo. Previsões modeladas da temperatura da superfície do mar e ΩAr sugerem que esse processo pode enfraquecer no futuro oceano, resultando em aumento da alcalinidade e capacidade de tamponamento do CO2 atmosférico.

A produção de minerais CaCO3 (nomeadamente, aragonite e calcite) desempenha um papel importante na regulação do balanço de carbono do oceano1,2. Enquanto a maior parte da produção de CaCO3 nos oceanos é biogênica, uma fração se forma em reações abióticas. Até o momento, a produção abiótica de CaCO3 na forma de aragonita foi observada em certas localidades, como as Bahamas ou o Golfo Pérsico, onde estão presentes condições específicas. No entanto, à medida que a acidificação dos oceanos se intensificar, a produção de CaCO3 abiótico diminuirá e pode já ter diminuído significativamente, devido à redução do estado de saturação do íon carbonato. Aqui mostramos, pela primeira vez, a ocorrência de produção abiótica de aragonita no Mediterrâneo oriental, sob condições diferentes das observadas anteriormente e uma possível analogia às futuras condições oceânicas sob os efeitos do aquecimento global. De acordo com o mecanismo proposto, a produção abiótica de CaCO3 nas águas superficiais pode ser aumentada pelo aquecimento e estratificação dos oceanos, em vez de semeadura adicional ou mistura de massas de água. Em contraste, a acidificação dos oceanos pode inibir a produção abiótica das águas superficiais, contrariando o efeito positivo do aquecimento. Com base em nossas observações, argumentamos que a produção abiótica de aragonita é mais onipresente do que anteriormente considerado e delineamos o mecanismo de produção. Com base em modelos climáticos de última geração, ilustramos o potencial que esse mecanismo está diminuindo e discutimos seu impacto.

A troca de CO2 entre o oceano e a atmosfera tem sido considerada um importante mecanismo de feedback que ajuda a regular o clima planetário1,2. Atualmente, estima-se que ca. 25% do CO2 antropogênico emitido para a atmosfera anualmente é absorvido pelo oceano3,4. A reação química resultante do CO2 absorvido com a água do mar produz ácido carbônico, resultando em um processo conhecido como acidificação dos oceanos5. A produção de ácido carbônico não apenas reduz o pH da água do mar, mas também muda a especiação do carbono inorgânico dissolvido (DIC = CO2 + HCO3− + CO3−2) na água do mar de carbonato (CO3−2) para bicarbonato (HCO3−) , de acordo com a seguinte equação estequiométrica – CO2 + H2O + CO3−2 → 2HCO3−.

A especiação de DIC na água do mar também é influenciada pela temperatura através de seu efeito nas constantes de dissociação termodinâmicas, onde o aquecimento desloca o sistema carbonático em direção ao CO3-2. A maior parte da transformação de DIC em fase sólida, seja ela orgânica ou inorgânica, é conduzida biologicamente6. Onde, a assimilação biologicamente mediada de DIC na fase sólida de carbono inorgânico (CaCO3) remove Ca+2 da água do mar e resulta também em uma redução da alcalinidade total (TA) da água do mar. Este processo também não é conservativo com mudanças de salinidade7. Enquanto o sumidouro orgânico ("bomba biológica") retira o carbono da atmosfera, o sumidouro inorgânico (precipitação de minerais carbonáticos), consome TA e desloca o sistema carbonatado em direção ao CO2 e sua desgaseificação da superfície oceânica para a atmosfera8, atuando como um retroalimentação ao aquecimento global2,9. A precipitação de ambas as formas cristalinas de CaCO3 (aragonita e calcita) no oceano é principalmente biogênica10 e é um processo altamente complexo, afetado por condições ambientais, como temperatura, níveis de nutrientes dissolvidos e, mais notavelmente, a proporção de Ca+2 e Produto da atividade do íon CO3−2 pela constante de solubilidade do CaCO3, também conhecido como estado de saturação do CaCO3 (Ω)9.