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May 14, 2023

Rumo à identificação de ligantes húmicos associados ao transporte de ferro através de um gradiente de salinidade

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15545 (2022) Citar este artigo

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Ligantes húmicos de rios boreais foram identificados como importantes fontes de ligantes de ferro para o ambiente marinho costeiro, mas permanecem mal caracterizados. Um novo método usando espectroscopia infravermelha transformada de Fourier (FTIR) foi usado para identificar e quantificar ligantes de ligação de ferro presentes em um rio boreal em Newfoundland, Canadá. 20 a 35% da carga total de ferro foi transportada através de um gradiente de salinidade artificial e permaneceu em solução a 35 de salinidade. Usando FTIR combinado com regressão linear e análise de correlação 2D, identificamos dois pools de ligantes orgânicos, com comportamento diferente em relação ao ferro ao longo do gradiente de salinidade. O pool de ligantes mais fracos consistia em alcenos, éteres e ésteres, e foi descoberto que libera ferro para floculação em baixas salinidades e não contribui para o transporte de ferro para o ambiente marinho. O grupo ligante mais forte continha ácidos carboxílicos e grupos funcionais alifáticos. Este grupo parece conter dois subgrupos, um que foi capaz de reter ferro na fase dissolvida a 35 de salinidade, e outro que floculou com ferro através do gradiente de salinidade. Os ligantes fortes que retêm o ferro em solução através do gradiente de salinidade fornecem uma fonte muito necessária do micronutriente para o ambiente costeiro e marinho, enquanto o outro subgrupo sequestra ferro e carbono em sedimentos estuarinos. O equilíbrio entre esses dois subgrupos parece ser controlado pelas condições hidrográficas e climáticas no momento da amostragem, sugerindo uma relação ligante-ferro dinâmica ao longo do ano, impactando os ciclos biogeoquímicos do ferro e do carbono de maneiras contrastantes.

O ferro é um elemento-chave que influencia a produtividade dos oceanos e os ciclos biogeoquímicos globais1,2. É utilizado pelo fitoplâncton para realizar a fixação de nitrogênio, fotossíntese e respiração1,3 e demonstrou desempenhar um papel no sequestro de carbono por associação com matéria orgânica em sedimentos, protegendo o carbono da degradação microbiana e, assim, aumentando o armazenamento de carbono a longo prazo4 ,5. A importância do ferro em escala global para a produtividade biológica e os ciclos globais estimulou vários estudos para entender melhor as fontes, a utilização e como as mudanças nas condições físico-químicas afetam sua distribuição.

Apesar da sua importância, o ferro dissolvido existe em concentrações muito baixas nos ambientes marinhos devido à sua baixa solubilidade e pode ser um nutriente limitante para vastas áreas do oceano2. Acredita-se que as principais fontes de ferro para o oceano sejam a deposição atmosférica e as fontes hidrotermais1,2. A maior parte do ferro encontrado no ambiente marinho não é ferro livre, mas permanece em solução por complexação com ligantes orgânicos6. Esses ligantes podem vir de várias fontes, como sideróforos, substâncias húmicas, substâncias exopoliméricas, porfirinas e sacarídeos6,7,8. Os ligantes húmicos, um subconjunto das chamadas "substâncias húmicas", são originários de ambientes terrestres e marinhos e, em algumas regiões, constituem uma grande fração do pool total de ligantes de ligação ao ferro9,10,11,12,13. Ligantes húmicos, como toda matéria orgânica dissolvida, seja de origem terrestre ou marinha, são geralmente mal caracterizados do ponto de vista molecular. Os ligantes húmicos de origem terrestre podem atuar como uma fonte de ferro fluvial para o ambiente marinho, particularmente em regiões altamente influenciadas por aportes fluviais, como regiões costeiras10,13 e até mesmo regiões de oceano aberto como a Corrente de Deriva Transpolar no Oceano Ártico, que tem tem se mostrado uma importante fonte de metais traço derivados de origem terrestre e matéria orgânica14,15.

Apesar de ser uma pequena porcentagem do ferro marinho total, o ferro fluvial foi recentemente reconhecido como uma fonte importante devido à sua maior biodisponibilidade9,16,17,18. A necessidade de entender os controles e o transporte de ferro desempenha um papel fundamental para entender melhor o oceano produtividade. O ferro fluvial foi anteriormente ignorado como uma fonte significativa de ferro para ambientes marinhos, uma vez que grande parte do ferro fluvial é perdido por floculação ao longo do gradiente de salinidade e, posteriormente, enterrado em sedimentos estuarinos19. Historicamente, pensava-se que 95% da carga de ferro de um rio era perdida através do estuário, mas através da complexação com ligantes húmicos estudos mais recentes relatam que até 20% da carga total de ferro dissolvido pode ser transportada através do gradiente de salinidade para o oceano16,18, 19. Um aumento na carga de ferro pode perturbar o ambiente marinho local e ainda mais, causando brownificação e aumento da produtividade2,20.