Respire ao lado de uma floresta e a fonte de oxigênio parece óbvia. As folhas cercam você. As árvores estão visivelmente vivas. A sua relação com a luz solar aparece em todas as superfícies verdes.
Respire da mesma forma ao lado do mar aberto e pode não haver nada verde à vista. A água parece azul, vazia e quase mineral. No entanto, se a questão é quem realiza anualmente a fotossíntese produtora de oxigénio no planeta, cerca de metade da resposta está naquela água.
O trabalho é feito principalmente pelo fitoplâncton, uma comunidade solta de organismos microscópicos que flutua pela parte superior do oceano iluminada pelo sol. Alguns são algas. Algumas são cianobactérias. Alguns constroem conchas de sílica ou carbonato de cálcio. Muitos vivem apenas alguns dias, mas juntos realizam a fotossíntese em uma escala comparável a todas as plantas terrestres.
Essa afirmação precisa de mais cuidado do que a afirmação familiar de que cada segundo suspiro vem do mar. As moléculas de oxigênio não chegam com rótulos. A atmosfera é completamente misturada e grande parte do seu oxigênio acumulou-se ao longo de centenas de milhões de anos. O oceano também consome quase tanto oxigênio quanto produz.
A história real é mais interessante que o slogan. O sistema fotossintético mais prolífico do planeta não é uma única floresta. É uma camada inquieta e de rápida renovação de vida microbiana espalhada pela maior parte da superfície da Terra.
O fitoplâncton não é um tipo de planta
O nome vem de raízes gregas que significam planta e andarilho. Descreve um modo de vida em vez de um único ramo da árvore evolutiva.
As diatomáceas encerram-se em intrincadas paredes de sílica. Os cocolitóforos cobrem suas células com placas de carbonato de cálcio. Os dinoflagelados podem se impulsionar com flagelos em forma de chicote e alguns também podem comer outros organismos. As cianobactérias são bactérias e não plantas, mas algumas possuem a maquinaria molecular para a fotossíntese produtora de oxigênio. Guia da NASA para a diversidade e ecologia do fitoplâncton mostra quanta variedade biológica está oculta por um nome conveniente.
O que une o fitoplâncton é que eles flutuam na água e usam a luz para construir matéria orgânica a partir do dióxido de carbono. A clorofila e outros pigmentos capturam a energia solar. Essa energia impulsiona reações que retiram elétrons da água, incorporam carbono em açúcares e liberam oxigênio molecular como subproduto.
Portanto, eles precisam permanecer onde a luz possa alcançá-los. A camada produtiva pode estender-se até cerca de 200 metros em águas excepcionalmente claras, mas pode ser muito mais rasa onde sedimentos, material dissolvido ou populações densas bloqueiam a luz. Abaixo dessa zona, a fotossíntese torna-se impossível, embora o oceano continue por quilómetros.
Esta dependência da luz torna o fitoplâncton sensível à estrutura da água acima e abaixo deles. Eles precisam de dióxido de carbono e luz solar, mas também de nitrogênio, fósforo, ferro e outros nutrientes. As águas superficiais iluminadas pelo sol podem ser pobres em nutrientes. Águas mais profundas podem conter nutrientes regenerados de organismos mortos, mas recebem pouca luz. O vento, as correntes e a ressurgência determinam onde esses requisitos se encontram.
Como as células microscópicas rivalizam com todas as florestas terrestres
Nenhuma célula individual do fitoplâncton faz muita coisa. A escala emerge da área, abundância e velocidade.
O oceano cobre cerca de 71% da superfície da Terra. Nas suas regiões iluminadas, o fitoplâncton pode dividir-se rapidamente quando a luz e os nutrientes são favoráveis. Uma flor pode transformar a cor de centenas de quilômetros quadrados de água em dias ou semanas. Rasadores, vírus e afundamentos removem células com a mesma rapidez, de modo que a massa em pé a qualquer momento esconde uma enorme taxa de produção.
Esta é a diferença entre estoque e giro. Uma floresta armazena uma grande quantidade de carbono vivo em troncos, raízes e ramos que podem persistir durante décadas ou séculos. Os produtores microscópicos do oceano detêm muito menos biomassa, mas substituem-na a uma velocidade extraordinária.
UM análise global histórica publicada em 1998 estimou que a terra e o oceano juntos produziram cerca de 104,9 mil milhões de toneladas de carbono em novo material biológico todos os anos, com contribuições aproximadamente iguais de cada domínio. Métodos posteriores refinaram os mapas e os detalhes sazonais, mas a conclusão geral permanece: a fotossíntese marinha é um processo planetário comparável em escala à fotossíntese terrestre.
Um de seus menores praticantes é o Proclorococo, uma cianobactéria geralmente com menos de um micrômetro de diâmetro. Ela prospera em enormes extensões de oceano quente e pobre em nutrientes. A sua descoberta e estudo ajudaram a derrubar a suposição de que as águas azuis mais límpidas eram desertos biológicos.
O tamanho, neste caso, é quase irrelevante. O que importa é quantas células estão funcionando, com que rapidez se renovam e quanto do planeta ocupam.
Por que “cada segunda respiração” é útil, mas incompleta
O oceano é responsável por cerca de metade da produção global de oxigênio porque a fotossíntese divide a água e libera oxigênio enquanto fixa carbono. Mas a produção não é o mesmo que uma adição permanente à atmosfera.
O fitoplâncton respira. O zooplâncton os come. Os peixes comem os herbívoros. As bactérias decompõem resíduos e células mortas. Cada um desses processos consome oxigênio e retorna dióxido de carbono. Em todo o oceano moderno, a respiração e a decomposição utilizam aproximadamente tanto oxigênio quanto a fotossíntese marinha produz.
A mesma contabilidade se aplica à terra. Uma árvore libera oxigênio durante a fotossíntese e, em seguida, usa um pouco de oxigênio para sua própria respiração. Animais, fungos e micróbios consomem grande parte do resto. Quando a madeira e as folhas se decompõem, os decompositores completam a maior parte da viagem de regresso.
É por isso que é enganador imaginar a Amazónia como um gigantesco cilindro de oxigénio que enche continuamente o ar do mundo. A floresta realiza imensa fotossíntese bruta, mas um ecossistema maduro também contém imensa respiração e decomposição. A sua contribuição líquida para o reservatório de oxigénio atmosférico está quase equilibrada.
Isto não torna as florestas dispensáveis. A Amazônia armazena carbono, recicla umidade, molda as chuvas, resfria sua região e sustenta uma diversidade biológica e cultural excepcional. O oxigênio é simplesmente a medida errada de sua importância.
Para que o oxigénio se acumule ao longo do tempo geológico, algum carbono orgânico recentemente produzido tem de escapar à respiração imediata. Se uma fração estiver enterrada em sedimentos ou isolada de outra forma, o oxigênio correspondente pode permanecer para trás. Repetido ao longo de imensos períodos de tempo, esse desequilíbrio ajudou a construir uma atmosfera contendo cerca de 21% de oxigénio.
No meu artigo anterior sobre o longo atraso da Terra em se tornar detectavelmente oxigenada, explorei como a vida existiu durante milhares de milhões de anos antes de se acumular oxigénio suficiente para ser visível a partir de outro sistema planetário. A fotossíntese poderia estar ativa enquanto rochas, gases e organismos consumiam seu produto. A existência de produtores de oxigénio não garantiu um céu rico em oxigénio.
Portanto, a frase da segunda respiração capta a escala da produção bruta actual, e não a biografia das moléculas que entram nos seus pulmões. A maior parte do oxigênio na sala faz parte de um vasto e antigo reservatório atmosférico, misturado pelo clima e mantido por ciclos planetários de longo prazo.
Detectamos uma floresta invisível observando o oceano mudar de cor
Os pesquisadores podem coletar fitoplâncton em navios, identificar células em microscópios e medir a fotossíntese em garrafas. Essas observações são detalhadas, mas locais. Nenhuma frota consegue recolher amostras de todos os oceanos com frequência suficiente para revelar uma imagem global.
Os satélites resolvem parte desse problema medindo a cor do oceano. A clorofila absorve comprimentos de onda azuis e vermelhos enquanto reflete mais luz verde. Outros pigmentos e conchas minerais alteram o espectro de diferentes maneiras. Quando o fitoplâncton se multiplica em grande número, a água pode ficar verde, turquesa, marrom ou azul leitosa.
Satélite PACE da NASAlançado em fevereiro de 2024, carrega um Ocean Color Instrument capaz de medir centenas de bandas de comprimento de onda. Esse espectro expandido ajuda os pesquisadores a distinguir comunidades que sensores mais antigos poderiam ter registrado simplesmente como clorofila. Imagens da missão agora revelam fitoplâncton envolto em redemoinhos e correntes em mares inteiros.
Mesmo assim, um satélite não conta as moléculas de oxigênio que saem do mar. Mede a luz refletida da superfície e os cientistas utilizam essa informação, juntamente com modelos de temperatura, luz e ecológicos, para estimar a clorofila, a biomassa e a produtividade. As nuvens escondem o oceano. O pigmento não se traduz em uma taxa fixa de fotossíntese. Células importantes também podem viver abaixo da profundidade visível do espaço.
A estimativa aproximada de metade não é, portanto, um censo. É a síntese de observações de satélite, medições de campo e modelos, e muda com a estação, região e condições climáticas.
Os mesmos organismos que produzem oxigênio podem ajudar a criar zonas mortas
A relação do fitoplâncton com o oxigênio apresenta uma aparente contradição. Uma floração densa pode liberar oxigênio próximo à superfície durante o dia e, em seguida, contribuir para uma grave perda de oxigênio após sua morte.
Nas águas costeiras, o excesso de nitrogênio e fósforo proveniente de fertilizantes e águas residuais pode estimular florescimentos invulgarmente grandes. Grande parte desse material orgânico eventualmente afunda. As bactérias que o decompõem consomem oxigênio dissolvido. Se a água inferior for estratificada e não puder misturar-se facilmente com as águas superficiais ricas em oxigénio, o oxigénio pode cair abaixo do nível necessário para peixes, mariscos e muitos outros animais.
O resultado é hipóxia, muitas vezes chamada de zona morta. Isso não significa que a fotossíntese não ocorreu. Isso significa que o consumo de oxigênio durante a decomposição da biomassa resultante ficou concentrado em um local onde a reposição era lenta.
A maioria das florações de fitoplâncton não são prejudiciais. Eles alimentam as cadeias alimentares marinhas e sustentam a pesca. Uma minoria de espécies produz toxinas, enquanto flores não tóxicas ainda podem causar problemas quando a poluição por nutrientes leva ao crescimento e à decadência excessivos.
Esta é a mesma lição de contabilidade de forma compactada. A produção bruta de oxigênio pode ser alta, enquanto o resultado líquido local é a perda de oxigênio.
O oxigênio é apenas uma parte do serviço que eles fornecem
O fitoplâncton também é a porta de entrada de energia na maioria das cadeias alimentares marinhas. O zooplâncton pasta neles, os pequenos peixes comem os herbívoros e a energia passa através de redes que, em última análise, sustentam os atuns, as aves marinhas, as focas e as baleias. Remova os produtores microscópicos e a abundância visível do oceano perde a sua base.
Eles também movimentam carbono. A maior parte do carbono fixado próximo à superfície é rapidamente reciclada, mas parte é absorvida pelas células, pellets fecais e outras partículas. Esse bomba biológica de carbono transfere cerca de 10 bilhões de toneladas de carbono da atmosfera para as profundezas do oceano todos os anos, embora muito eventualmente retorne através da circulação e da respiração.
O contraste com o meu artigo sobre o Lago Vostok é revelador. Esse lago antártico permaneceu sob quilómetros de gelo, isolado da luz solar, pelo que qualquer ecossistema ali não pode depender da fotossíntese superficial normal. O oceano aberto da Terra é diferente precisamente porque a sua pele iluminada suporta uma chuva contínua de energia e matéria orgânica na escuridão abaixo.
O aquecimento pode alterar esse sistema. As águas superficiais mais quentes tendem a fortalecer a estratificação, reduzindo a mistura vertical que devolve os nutrientes à luz. As respostas variam por região e espécie, e é difícil prever uma única direção global. Mas as mudanças nas comunidades fitoplânctonas podem afectar as cadeias alimentares e o ciclo do carbono muito antes de alguém notar uma mudança significativa na enorme reserva de oxigénio da atmosfera.
Essa é a razão mais útil para compreender os produtores de oxigênio do oceano. Eles não são um tanque reserva de emergência escondido sob as ondas, e perder parte de sua produtividade não tornaria a atmosfera subitamente irrespirável. Eles são a maquinaria viva que conecta a luz solar, o carbono, o oxigênio e os alimentos na maior parte do planeta.
Uma floresta torna a fotossíntese visível em escala humana. O oceano esconde a mesma química dentro de células menores do que o olho consegue decifrar e as espalha por uma superfície móvel maior do que todos os continentes juntos.
Aproximadamente metade da produção anual de oxigênio vem desse mundo invisível. A surpresa não é que o mar tenha substituído a floresta. É que os dois grandes sistemas fotossintéticos da Terra, um enraizado e imponente, o outro microscópico e flutuante, são em tudo comparáveis.
