Hipoxia ()
o esgotamento do oxigênio é um fenômeno que ocorre em ambientes aquáticos como o oxigênio dissolvido (DO; oxigênio molecular dissolvido na água) se reduz em concentração a um ponto em que se torna prejudicial para os organismos aquáticos que vivem no sistema. O oxigênio dissolvido é normalmente expresso como uma porcentagem do oxigênio que se dissolveria na água à temperatura e salinidade prevalecentes (ambos os quais afetam a solubilidade do oxigênio na água; ver saturação de oxigênio e subaquática). Um sistema aquático sem oxigênio dissolvido (0% de saturação) é denominado anaeróbico, redutor ou anóxico; um sistema com baixa concentração—na faixa entre 1 e 30% de saturação—é chamado hipóxico ou disóxico. A maioria dos peixes não pode viver abaixo de 30% de saturação. A hipoxia provoca alterações na reprodução dos restantes peixes através de desregulação endócrina. Um ambiente aquático” saudável ” raramente deverá experimentar menos de 80%. A zona exaeróbica é encontrada no limite de zonas anóxicas e hipóxicas.
hipóxia pode ocorrer em toda a coluna de água e também em altas altitudes, bem como perto de sedimentos no fundo. Geralmente estende-se por 20-50% da coluna de água, mas dependendo da profundidade da água e da localização das pycnoclines (rápidas mudanças na densidade da água com profundidade). Pode ocorrer em 10-80% da coluna de água. Por exemplo, em uma coluna de água de 10 metros, pode chegar até 2 metros abaixo da superfície. Numa coluna de água de 20 metros, pode estender-se até 8 metros abaixo da superfície.
killEdit sazonal
hipolimnetic oxygen depletion can lead to both summer and winter “kills”. Durante a estratificação de Verão, insumos ou matéria orgânica e sedimentação dos produtores primários podem aumentar as taxas de respiração no hipolimnion. Se o esgotamento do oxigênio se torna tão extremo, organismos aeróbicos, como peixes, podem morrer, resultando no que é conhecido como uma”morte de Verão”. Os mesmos fenómenos podem ocorrer no inverno, mas por razões diferentes. Durante o inverno, a cobertura de gelo e neve pode atenuar a luz e, portanto, reduzir as taxas de fotossíntese. O congelamento sobre o lago também previne interações ar-água que permitem a troca de oxigênio. Isso cria uma falta de oxigênio enquanto a respiração continua. Quando o oxigênio fica muito esgotado, organismos anaeróbicos podem morrer, resultando em uma “morte de Inverno”.
causas de hipoxiaedit
diminuição de Oxigênio pode resultar de uma série de fatores naturais, mas é mais frequentemente uma preocupação, como consequência da poluição e eutrofização em que os nutrientes das plantas insira um rio, lago ou oceano, e blooms de fitoplâncton são incentivados. Enquanto o fitoplâncton, através da fotossíntese, aumenta a saturação durante o dia, a densa população de uma flor reduz a saturação durante a noite pela respiração. Quando as células de fitoplâncton morrem, elas afundam-se em direção ao fundo e são decompostas por bactérias, um processo que reduz ainda mais o DO na coluna de água. Se a depleção de oxigênio progride para hipoxia, peixes matam e invertebrados como vermes e amêijoas no fundo também podem ser mortos.
a hipoxia pode também ocorrer na ausência de poluentes. Nos estuários, por exemplo, porque a água doce que flui de um rio para o mar é menos densa do que a água salgada, a estratificação na coluna de água pode resultar. A mistura Vertical entre as massas de água é, portanto, reduzida, restringindo o fornecimento de oxigênio das Águas de superfície para as águas mais Salinas de fundo. A concentração de oxigénio na camada inferior pode então tornar-se baixa o suficiente para a hipoxia ocorrer. Áreas particularmente propensas a isso incluem águas rasas de massas de água semi-fechadas, como o Waddenzee ou o Golfo do México, onde o escoamento da terra é substancial. Nestas áreas pode ser criada uma chamada” zona morta”. As baixas condições de oxigênio dissolvido são muitas vezes sazonais, como é o caso no Hood Canal e áreas de Puget Sound, no Estado de Washington. O Instituto Mundial de recursos identificou 375 zonas costeiras hipóxicas em todo o mundo, concentradas em áreas costeiras na Europa Ocidental, nas costas leste e sul dos EUA e na Ásia Oriental, particularmente no Japão.
hipoxia também pode ser a explicação para fenômenos periódicos, como o Jubileu da Baía móvel, onde a vida aquática repentinamente corre para as águas rasas, talvez tentando escapar de água esgotada de oxigênio. As recentes mortes generalizadas de moluscos perto das costas de Oregon e Washington também são culpadas pela ecologia de zonas mortas cíclicas.
Fitoplâncton breakdownEdit
os Cientistas determinaram que altas concentrações de minerais despejado em corpos de água provoca um crescimento significativo de blooms de fitoplâncton. Como estas flores são quebradas por bactérias e outros táxons, tais como Fanerochaete chrysosporium, o oxigênio é esgotado pelas enzimas destes organismos.
Repartição de ligninEdit
Fitoplâncton são feitos principalmente de lignina e a celulose, que são quebradas por enzimas presentes nos organismos, tais como P. chrysosporium, conhecido como white-rot. A decomposição da celulose não diminui a concentração de oxigénio na água, mas sim a degradação da lignina. Esta degradação da lignina inclui um mecanismo oxidativo, e requer a presença de oxigénio dissolvido para ser realizada por enzimas como a ligninperoxidase. Outros fungos, como a podridão castanha, a podridão macia e a mancha azul, também são necessários na transformação de lignina. Como isso ocorre a oxidação, o CO2 é formado em seu lugar
a Ligninperoxidase (LiP) serve como a enzima mais importante, porque é a melhor forma de quebrar a lignina nestes organismos. LiP perturba ligações C-C e ligações C-O dentro da estrutura tridimensional da Lignin, fazendo com que ela se quebre. LiP consiste em dez hélices Alfa, dois íons estruturais Ca2+, bem como um grupo heme chamado de anel tetrapirrol. Oxygen serves an important role in the catalytic cycle of LiP to form a double bond on the Fe2+ ion in the tetrapyrrol ring. Sem a presença de oxigênio diatômico na água, esta ruptura não pode ocorrer porque o Ferrina-LiP não será reduzido em Oxiferroheme. O gás oxigenado é usado para reduzir o lábio Ferrina em Oxiferroheme-LiP. O oxiferroheme e o álcool verátrico combinam-se para criar radical de oxigênio e Ferri-LiP, que agora podem ser usados para degradar a lignina. Os radicais de oxigénio não podem ser utilizados no ambiente e são nocivos em presença elevada no ambiente.
uma vez que o Ferri-LiP está presente na ligninperoxidase, pode ser usado para quebrar as moléculas de lignina removendo um grupo de fenilpropano de cada vez através do mecanismo LRET ou do mecanismo mediador. O mecanismo LRET (mecanismo de transferência de elétrons de longo alcance) transfere um elétron do anel tetrapirrol para uma molécula de fenilpropano em uma lignina. Este elétron move-se para uma ligação C-C ou C-O para quebrar uma molécula de fenilpropano da lignina, quebrando-a através da remoção de um fenilpropano de cada vez.
No mediador mecanismo de Lábio de enzima é ativada pela adição de peróxido de hidrogênio para fazer Lábio radical, e um mediador, como veratric o álcool é adicionado e activada a criação de veratric álcool radical. O radical alcoométrico verátrico transfere um elétron para ativar o fenilpropano na lignina, e o elétron desmantela uma ligação C-C ou C-O para liberar um fenilpropano da lignina. À medida que o tamanho de uma molécula de lignina aumenta, mais difícil é quebrar estas ligações C-C ou C-O. Três tipos de anéis de fenil-propano incluem álcool coniferílico, álcool sinapílico e álcool cumarílico.
LiP tem uma pontuação de bolor muito baixa, o que significa que há pouca energia necessária para formar esta enzima e estabilizá-la para realizar reações. LiP tem uma pontuação de bolor de -156.03 kcal / mol. Isto é energeticamente favorável devido às suas necessidades negativas de energia livre, e, portanto, esta reação catalisada pelo LiP é provável que ocorra espontaneamente. A degradação do propanol e dos fenóis ocorre naturalmente no ambiente porque ambos são hidrossolúveis.
factores ambientais
a degradação do fitoplâncton no ambiente depende da presença de oxigénio, e uma vez que o oxigénio já não está nos corpos de água, as ligninperoxidases não podem continuar a decompor a lignina. Quando o oxigênio não está presente na água, a decomposição do fitoplâncton muda de 10,7 dias para um total de 160 dias para que isso aconteça.
a taxa de degradação do fitoplâncton pode ser representada através desta equação:
G ( t ) = G ( 0 ) e − k t {\displaystyle G(t)=G(0)e^{-kt}}
nesta equação, G(t) é a quantidade de partículas de carbono orgânico (POC), em geral em um determinado momento, t. G(0) é a concentração do POC antes da avaria acontece. k é uma taxa constante no ano-1, e t é tempo em anos. Para a maioria dos COP de fitoplâncton, o k é de cerca de 12,8 anos-1, ou cerca de 28 dias para quase 96% do carbono a ser decomposto nestes sistemas. Enquanto que para os sistemas anóxicos, a avaria do COP demora 125 dias, mais de quatro vezes mais. É preciso aproximadamente 1 mg de oxigênio para quebrar 1 mg de COP no ambiente, e portanto, a hipoxia ocorre rapidamente quando o oxigênio é usado rapidamente para digerir o COP. Cerca de 9% do COP em fitoplâncton pode ser decomposto em um único dia a 18 ° C, portanto, leva cerca de onze dias para quebrar completamente um fitoplâncton completo.
após a decomposição de POC, esta matéria particulada pode ser transformada em outro carbono orgânico dissolvido, como dióxido de carbono, iões bicarbonato e carbonato. Até 30% do fitoplâncton pode ser dividido em carbono orgânico dissolvido. Quando este carbono orgânico particulado interage com 350 nm de luz ultravioleta, o carbono orgânico dissolvido é formado, removendo ainda mais oxigênio do ambiente nas formas de dióxido de carbono, iões bicarbonato e carbonato. O carbono inorgânico dissolvido é produzido a uma taxa de 2,3-6,5 mg / (m^3)dia.
à medida que a degradação do fitoplâncton, o fósforo livre e o azoto se tornam disponíveis no ambiente, o que também fomenta condições hipóxicas. À medida que a decomposição destes fitoplâncton ocorre, mais fósforo se transforma em fosfatos, e nitrogénios se transformam em nitratos. Isso esgota o oxigênio ainda mais no ambiente, criando zonas hipóxicas em quantidades mais elevadas. À medida que mais minerais como fósforo e nitrogênio são deslocados para estes sistemas aquáticos, o crescimento do fitoplâncton aumenta muito, e após a sua morte, zonas hipóxicas são formados.
SolutionsEdit
Para combater a hipoxia, é essencial para reduzir a quantidade de terra derivada de nutrientes atingindo rios do escoamento. Isto pode ser feito melhorando o tratamento de esgoto e reduzindo a quantidade de fertilizantes que lixiviam os rios. Alternadamente, isso pode ser feito restaurando ambientes naturais ao longo de um rio; pântanos são particularmente eficazes na redução da quantidade de fósforo e nitrogênio (nutrientes) na água. Outras soluções naturais baseadas no habitat incluem a restauração de populações de moluscos, como ostras. Os recifes de ostras removem azoto da coluna de água e filtram sólidos em suspensão, reduzindo subsequentemente a probabilidade ou a extensão de florescências prejudiciais de algas ou de condições anóxicas. O trabalho fundamental para a ideia de melhorar a qualidade da água marinha através do cultivo de moluscos foi conduzido por Odd Lindahl et al., usando mexilhões na Suécia. Mais envolvido do que o cultivo de moluscos de uma única espécie, a aquicultura integrada multi-trófica imita os ecossistemas marinhos naturais, confiando na policultura para melhorar a qualidade da água marinha.Soluções tecnológicas também são possíveis, como a usada na área de Salford Docks do canal de navios de Manchester, na Inglaterra, onde anos de escoamento de esgotos e estradas se acumularam nas águas lentas. Em 2001 foi introduzido um sistema de injeção de ar comprimido, que aumentou os níveis de oxigênio na água em até 300%. A melhoria resultante da qualidade da água levou a um aumento do número de espécies de invertebrados, como o camarão de água doce, para mais de 30. As taxas de desova e crescimento de espécies de peixes como a barata e o poleiro também aumentaram de tal forma que estão agora entre as mais elevadas da Inglaterra.
In a very short time the oxygen saturation can drop to zero when offshore blowing winds drive surface water out and anoxic depth water rises up. Ao mesmo tempo, observa-se uma diminuição da temperatura e um aumento da salinidade (do Observatório ecológico a longo prazo nos mares de Kiel Fjord, Alemanha). Novas abordagens de monitoramento de longo prazo do regime de oxigênio no oceano observam online o comportamento dos peixes e zooplâncton, que muda drasticamente sob a redução das saturações de oxigênio (ecoSCOPE) e já em níveis muito baixos de poluição da água.