miniaturadaimagem|Diagrama mostrando o fluxo de carbono através de bombas biológicas e físicas. O oceano desempenha um papel fundamental no ciclo de carbono da Terra, sendo um dos maiores sequestradores de carbono atmosférico. O sequestro só é possível devido a diferentes mecanismos interligados, que controlam a entrada, o transporte e o destino final do carbono nos ambientes marinhos
Em Oceanografia, bomba biológica consiste no processo através do qual o dióxido de carbono (CO2) liberado por processos naturais e atividades antropogênicas na atmosfera terrestre é incorporado nas camadas superficiais do mar e exportado para o oceano profundo por meio de processos biológicos. Esses processos biológicos, por sua vez, estão diretamente relacionados com o ciclo de vida dos organismos marinhos e envolvem fotossíntese, respiração, alimentação, decomposição e precipitação biogênica de carbonatos.
A produção biológica marinha apresenta o importante papel no sequestro de carbono atmosférico, o que por sua vez é um importante mecanismo regulador do clima no planeta. Exemplo disso é a correlação entre as mudanças na produção biológica oceânica e as alterações no clima do passado da Terra ,. Atualmente, estima-se que o oceano global armazene aproximadamente 50 vezes mais carbono que a atmosfera, e que por ano cerca de 1/4 do CO2 antropogênico seja absorvido pelos oceanos .
Entretanto, a bomba biológica como um mecanismo de sequestro de carbono não é constante, variando de acordo com os fatores ambientais e biológicos do ambiente que vive, como a disponibilidade de nutrientes, intensidade luminosa e composição da comunidade fitoplanctônica do local . Além disso, todo o carbono fixado é levado para o oceano profundo, já que grande parte da matéria orgânica produzida é remineralizada na coluna d’água, reduzindo a eficiência do armazenamento de carbono em escalas de longo prazo.
Esse sequestro de CO2 oceânico ocorre em função da ação das bombas de carbono, como no caso da bomba biológica de carbono, fenômeno também conhecido como bombeamento biológico. Além da bomba biológica, a bomba física de solubilidade também atua no transporte do CO2 da superfície para o fundo marinho, ocorrendo principalmente em áreas de subsidência oceânica (regiões polares e temperadas) . Alguns autores consideram ainda que a precipitação biogênica de carbonatos trata-se de um outro tipo de bomba de carbono , totalizando dessa forma três tipos de bombas.
Em especial, a bomba biológica de carbono é representada por fluxos de matéria orgânica com origem na superfície e que, pelo efeito da gravidade, são direcionadas para camadas mais profundas do oceano. Esse processo é responsável pela redução da pressão parcial do CO2 (pCO2) da água do mar na superfície, resultando em uma maior absorção oceânica do gás e, consequentemente, diminuição do CO2 livre na atmosfera, permitindo que o mesmo seja absorvido e armazenado no oceano de forma contínua.
É importante pensar na bomba biológica como um componente essencial para o ciclo global do carbono, mas compreender que sua atuação é parte de um sistema complexo, cujo sequestro vai estar interligado aos demais fatores e processos .
Carbono no oceano O carbono está presente nos oceanos em duas formas: carbono orgânico e carbono inorgânico. Essas formas indicam se o carbono está associado com moléculas vivas ou não vivas. Algumas formas do carbono orgânico incluem carboidratos, proteínas e gordura. Por outro lado, o carbono inorgânico é representado por gases (CO2 e metano), íons (ácido carbônico, bicarbonato) e sais (carbonato de cálcio).
Além disso, ambas as formas do carbono, orgânica e inorgânica, são encontradas em partículas e dissolvidas no oceano. Essa divisão é operacional e está relacionada com o tamanho dos elementos que contém o carbono, o que por sua vez define o seu estado físico-químico no ambiente marinho. Por conversão, é definido que elementos dissolvidos são aqueles que passam por um filtro de 0,7 µm (1 µm = 1 x 10–4 cm) e os que ficam retidos na membrana são particulados. Dessa forma, o carbono dissolvido é representado por moléculas ou íons presentes na água (CO2, ácido carbônico, bicarbonato, carbonato de cálcio) enquanto que o carbono particulado está ligado a partículas sólidas ou compõem os organismos marinhos (detritos, conchas, plâncton, peixes, mamíferos marinhos).
Carbono orgânico particulado (COP): essa divisão inclui a biota marinha, viva ou morta. O fitoplâncton atua no processo de assimilação do carbono inorgânico, transformando-o em orgânico durante o processo de fotossíntese Com isso, o carbono orgânico sintetizado pelo fitoplâncton é transferido para compor a estrutura do nível trófico superior (herbívoros) e, posteriormente, de todos os organismos do oceano (carnívoros e detritívoros) (REF7). A fração do COP no oceano global corresponde a 6 Gt (gigatoneladas; 1 Gt = 10 x 1012 kg) (REF6).
Carbono orgânico dissolvido (COD): é representado por estruturas das células que foram rompidas e resíduos orgânicos. A fração do COD apresenta tamanhos tão reduzidos que seu consumo é impedido por muitos microrganismos. Os únicos organismos capazes de consumir e reaproveitar o COD são as bactérias. Elas aproveitam a matéria e energia do COD e reintroduzem na teia trófica, impedindo sua perda . Esse importante mecanismo de rápida ciclagem do COD pelas bactérias é conhecido como alça microbiana. Na superfície oceânica há cerca de 47 Gt de COD, enquanto que nas camadas profundas o número sobe para 615 Gt .
Carbono inorgânico particulado (CIP): inclui os sais minerais contendo carbono na composição, como no caso do carbonato de cálcio (CaCO3). O CaCO3 é formado por organismos marinhos calcificantes, como por exemplo foraminíferos, cocolitoforídeos, radiolários, moluscos e recifes de corais. No fim de suas vidas, esses organismos são depositados no fundo marinho pelo efeito da gravidade. Caso o afundamento seja contínuo e em quantidades consideráveis, o CaCO3 desses organismos e os sedimentos são cimentados juntos, formando as rochas calcárias .
Carbono inorgânico dissolvido (CID): divisão que inclui os íons e gases contendo carbono. O CID engloba o CO2 dissolvido na água do mar (CO2aq), ácido carbônico (H2CO3), carbonato (HCO3-) e bicarbonato (CO32-). É a forma mais abundante de carbono em todo o oceano, representando cerca de 970 Gt na superfície e aproximadamente 1750 Gt no fundo marinho.
Sequestro de carbono pelo oceano
Sequestro de carbono é o mecanismo pelo qual o oceano armazena grande volume de CO2 atmosférico emitido por processos naturais (ex.: vulcanismo, incêndios florestais, decomposição da matéria orgânica, respiração) e/ou antropogênicos (ex.: queima de combustíveis fósseis por atividades industriais e frotas de veículos, fabricação de cimento, desmatamento). O CO2 é um dos principais Gases do Efeito Estufa (GEE), exercendo importante papel na regulação climática do planeta. Globalmente, as principais atividades emissoras de CO₂ são a queima de combustíveis fósseis — carvão, petróleo e gás natural — para geração de energia elétrica e calor, transporte, atividades industriais e uso energético em edifícios, além de processos industriais, especialmente a produção de cimento, e mudanças no uso da terra, como desmatamento, degradação florestal e conversão de áreas naturais para agricultura e pecuária.
No oceano não há agregação de biomassa tão grande quanto a que ocorre nas florestas. Ainda assim, a produção biológica no oceano exerce papel importante no sequestro de carbono atmosférico, ofuscando os efeitos do armazenamento de carbono pela biosfera terrestre em escalas de tempo maiores do que alguns séculos.
Embora o oceano tenha menor biomassa viva acumulada que as florestas, ele sequestra carbono de forma muito eficiente porque o fitoplâncton possui alta taxa de renovação e fixa CO₂ continuamente. Parte desse carbono é transferida da superfície para o oceano profundo por meio da bomba biológica de carbono, na forma de partículas orgânicas, organismos mortos, fezes ou carbono dissolvido. Quando esse carbono é remineralizado em profundidade, ele fica isolado da atmosfera por períodos que podem variar de décadas a milênios.,
Além da bomba biológica, a bomba de solubilidade transfere carbono inorgânico dissolvido para o interior do oceano quando águas frias e densas de altas latitudes absorvem CO₂ e afundam.
O fitoplâncton marinho assimila cerca de 45 bilhões de toneladas de carbono orgânico por ano, das quais 16 bilhões de toneladas são exportadas para o interior do oceano. A produção de biomassa pelo fitoplâncton marinho é um fator importante na regulação do clima do planeta, pois influencia a distribuição de CO2 entre o oceano e a atmosfera. Outros fatores oceanográficos também exercem influência sobre o ciclo biogeoquímico do carbono, incluindo a circulação oceânica, a salinidade e a temperatura do oceano. Por isso, em escalas maiores que alguns séculos, o oceano pode exercer papel mais duradouro no armazenamento de carbono do que a biomassa terrestre, que permanece mais diretamente sujeita à decomposição, respiração, queimadas e mudanças no uso da terra.
Bombeamento biológico de carbono no oceano
O conceito de bomba biológica de carbono é essencial para entender o ciclo do carbono nos oceanos. Juntamente com a bomba física de carbono, a bomba biológica auxilia no controle do aquecimento global absorvendo parte (cerca de 30%) do excesso de carbono atmosférico. A bomba biológica é composta principalmente pelos processos de fotossíntese, alimentação, respiração e decomposição.
A bomba biológica oceânica começa na absorção de CO2 pela fotossíntese do fitoplâncton. Estes são responsáveis por, pelo menos, metade do gás oxigênio (O2) produzido no planeta. A outra metade é produzida pelos vegetais terrestres. Através da fotossíntese, o fitoplâncton assimila grandes quantidades de CO2, o que diminui a pressão parcial desse gás na superfície do oceano, promovendo assim a absorção de mais CO2 proveniente da atmosfera. Os fotossintetizantes organismos vão realizar a conversão de CO₂ em matéria orgânica, que vai ser transferida ao longo da cadeia trófica ou poderá ser exportada para o oceano profundo na forma de partículas, como detritos, fezes e agregados. O sequestro biológico de carbono, contribui para o fluxo vertical de carbono e sua retenção nos sedimentos marinhos. A eficiência dessa bomba depende de fatores como disponibilidade de nutrientes, luz e dinâmica ecológica e o equilíbrio juntamente com as demais bombas.
Um dos processos mais importantes no ciclo do carbono é a transformação do carbono inorgânico dissolvido na superfície do oceano em matéria orgânica. Após o ciclo de vida dos organismos, essa matéria orgânica morta sofrerá um processo de sedimentação, criando um fluxo de carbono orgânico do oceano superficial para o oceano profundo. Por exemplo, os cocolitoforídeos (grupo fitoplanctônico que secreta carapaça de carbonato de cálcio) crescem em quantidades significativas em regiões temperadas e subpolares. Quando sedimentam em massa após as florações, suas carapaças de carbonato de cálcio não se dissolvem completamente e depositam-se no sedimento marinho aprisionando carbono (que outrora encontrava-se na atmosfera) em áreas extensas do assoalho oceânico. Estima-se que 25% do carbono fixado na superfície do oceano é transportado para o seu interior, onde é parcialmente oxidado pela respiração heterotrófica.