Appunti Oceanografia chimica e biologica

NUTRIENTI

Definizione: elemento che funzionalmente è coinvolto nei processi vitali di un organismo. Includono le forme inorganiche di N, P, Si. Il confronto tra la necessità di nutrienti da parte degli organismi e la loro disponibilità in mare determina quali sono gli elementi limitati e limitanti. La disponibilità di N, P, Si rispetto alla necessità può essere scarsa e anche il ferro può essere limitante. Infatti ci sono zone in cui pur essendo disponibili N, P, Si c'è comunque poca clorofilla perché c'è poco ferro.

I nutrienti servono per la produzione primaria: chemiosintesi o fotosintesi. Hanno bisogno di luce, CO2, acqua. La fotosintesi trasforma la sostanza inorganica in organica ed avviene esclusivamente nella zona eufotica. Con la mineralizzazione può poi tornare inorganica.

C'è un elevata concentrazione di batteri nella zona eufotica dove ho anche mineralizzazione oltre alla fotosintesi.

La ionizzazione nell'acqua di mare è dovuta alla sua maggiore forza ionica. La forza ionica è la misura della concentrazione totale degli ioni. L'acqua di mare è ricca di ioni calcio e ioni magnesio che si legano agli ioni fosfato, spostando la reazione verso destra (maggiore ionizzazione).

Aumentando il pH ho un cambiamento nelle forme dominanti di acido fosforico, a seconda del tipo di acqua in cui mi trovo. Nell'acqua di mare a pH 8, la maggior percentuale di HPO₄^2- (80%) è presente libero al 92%.

Il ruolo della pressione nel selezionare la forma di fosfato prevalente è importante. Aumentando la pressione, le forme di H₃PO₄ cambiano a causa del cambiamento in negativo del volume con il processo di ionizzazione. All'aumentare della pressione, le specie ionizzate hanno una carica maggiore e un volume minore, e aumentando la pressione si forza l'equilibrio verso volumi più piccoli e la costante K diventa maggiore. La forma preferita

A concentrazioni > 0 .3 micromolari di fosforo, la velocità di crescita delle specie planctoniche non è inibita dal fosforo. Sotto allo 0.3 la divisione cellulare risulta inibita e sono prodotte cellule fosforo deficienti.

Il Mediterraneo è fosforo limitato. Raramente avviene in oceano, poiché probabilmente NO3 diventa limitante o si esaurisce prima che PO4 arrivi a livelli critici.

Quando il fitoplancton muore, il fosforo organico è velocemente convertito a PO4. Molto del fitoplancton è predato dallo zooplancton che in questo processo assume PO4. Il materiale non assimilato è perso con i fecal pellets che contengono quantità apprezzabili di fosforo organico. L'idrolisi del fosforo organico avviene rapidamente con l'intervento delle fosforilasi.

L'escrezione di fosforo da parte dello

zooplancton è abbondante quando il fitoplancton è scarso. Quando il fosforo diventa limitante, lo zooplancton mantiene il suo metabolismo basale ma quando c'è poco fitoplancton non investe il fosforo nell'aumento di biomassa o nella riproduzione e quindi lo espelle quasi tutto. Il basso tasso di escrezione nel caso di fitoplancton abbondante è invece spiegato dall'utilizzo dei fosfolipidi per la produzione di uova o l'immagazzinamento.

Profili di fosfati organici e inorganici nel canale della manica. (disciolti) D'estate ho maggiore stratificazione, quindi ho un impoverimento del P inorganico nello strato superiore, circa il 50% è organico. In profondità, buona parte del fosforo è inorganico. In inverno ho mescolamento, i componenti inorganici vengono portati in superficie e quasi tutto il fosforo è in forma organica.

Profilo di fosfati in oceano: ho un massimo a mille metri, poi diminuisce un po' di più.

Minimo in superficie, perché viene utilizzato. Quando il fitoplancton e altri organismi muoiono, il PO4 viene rigenerato lungo la colonna d'acqua.

A mille metri massimo, perché non usato per produzione primaria, c'è anche un minimo di ossigeno poiché è acqua più vecchia, più respirazione, associata alla mineralizzazione. Il massimo presente in Oceano Pacifico è più alto di quello presente in Atlantico. Questo perché le acque sono più antiche e c'è stato un accumulo di materiale ossidato. Inoltre a mille metri l'acqua del Pacifico è più vecchia sia dell'acqua dell'Atlantico alla stessa profondità sia che dell'acqua del Pacifico più profonda, ecco perché si forma il massimo così elevato.

Dopo i mille metri c'è una diminuzione legata all'acqua profonda che porta giù ossigeno e va a diminuire un po' la

concentrazione di nutrienti. Il mediterraneo è più povero di nutrienti di una decina. Massima concentrazione dei fosfati: anticicloni ho i minimi di fosfato perché c'è downwelling. Sull'equatore ho upwelling costieri aumentano i fosfati.

Lezione del pomeriggio

AZOTO: Oltre a N2, gli oceani contengono piccole concentrazioni di azoto organico o inorganico, circa 1/10 della concentrazione di N2. Le principali forme inorganiche sono Nitrati [NO3-], Nitriti [NO2-] e ioni ammonio [NH4+] e ammoniaca [NH3], N2. Il problema principale con i composti dell'azoto è che può esistere in 9 stati di ossidazione.

Lo ione ammonio può essere presente in due forme dipendenti dal pH. La dissociazione dello ione ammonio è data da NH4+ H+ + NH3. Al ph del mare (8.1), il 95% dell'azoto ammoniacale è presente come ione ammonio NH4+. Sorgenti esterne (attività vulcanica [NH3], apporto atmosfera [NO2 da azoto

fissazione] o da apporto fluviale (fertilizzanti).

Sorgente interna: mineralizzazioneCon una concentrazione di nitrati inferiore a 0.7 micromol/litro si producono cellule azoto deficienti. Si parladi azoto limitazione, che è prevalente in oceano.

La transaminazione utilizza nh3 (per formare amminoacidi e proteine)

Ciclo dell'azotoN2 in atmosfera, molecola molto stabile però può essere convertita in NH3 in due modi:fissazione chimica (inorganica): attraverso raggi cosmici e fulmini, N2 NOx e NH3 (riduzione)- fissazione biologica: tramite batteri azoto fissatori-1. L'assimilazione di azoto fissato come NH3, NO2- e NO3 (tolte dal mare) avviene nella zona eufoticaper mano del fitoplancton durante la fotosintesi. In prevalenza NH3 o NH4+. Quale sarà la forma preferita del fitoplancton? È più comodo avere NH3 perché con NH4+ deve ridurlo attraverso una serie di reazione che spendono energia.

Un'altra parte di NH3

L'ossidazione di NH3 a NO3- è chiamata Nitrificazione. Passa attraverso NO2- come intermedio. Questo processo è portato avanti dai batteri della colonna d'acqua e nei sedimenti. I batteri sono anche in grado di ridurre NO3- a NO2- (intermedio). Inizialmente si pensava che accadesse in acque con alti livelli di materia organica, ora si è scoperto che avviene in acque con poco ossigeno.

NO3 viene utilizzato dalle piante come nutriente e tramite l'organicazione è trasformato in azoto organico che costituisce gli amminoacidi.

Una parte di NO3 viene denitrificata. La maggior parte dei processi di Denitrificazione (NO3- -> N2 o N2O) avvengono in acque con bassissimo contenuto di ossigeno (Anossia) dove l'NO3- è utilizzato come accettore di elettroni al posto dell'O2.

Le piante vengono consumate dai consumatori morti per decomposizione.

Ammonizzazione amminoacidi e proteine in NH3 (da materia organica torniamo al composto inorganico).

1. Rigenerazione di NO₃ tramite la nitrificazione.
2. L'Azoto organico presente negli amminoacidi (o DNA rna) viene degradato e trasformato in forme inorganiche (nitrati nitriti), per ossidazione batterica dell'azoto organico (mineralizzazione).
3. Anche gli uccelli posso causare una perdita di azoto come NaNO₃ attraverso il guano. Inoltre può essere perso attraverso l'atmosfera sotto forma di N₂O.
4. La fissazione dell'azoto (N₂ NO₃) è portata avanti da batteri presenti sulle piante terrestri. Anche alcuni batteri marini possono fissare l'azoto ma questo processo non ha una grande rilevanza in ambiente marino.
5. Si utilizza una frazione di azoto per vedere se siamo in produzione primaria nuova o rigenerata
6. Nel caso di rigenerata la maggior parte dell'azoto è rilasciato come ammoniaca
7. Nella nuova la forma principale è rilasciata come nitrati
8. Il ciclo dell'azoto è controllato dagli organismi biologici.