Biogeochemical Processes in the Ocean

Objetivos

1-Aprendizagem e desenvolvimento de conhecimentos sobre o tema “Processos Biogeoquímicos no Oceano” relevando a importância dos processos que controlam a distribuição dos elementos inorgânicos e orgânicos no oceano, em termos de processos biológicos, processos químicos e processos geológicos;

2-Compreender a circulação (ciclos) do carbono e outros elementos importantes como o azoto, o fósforo, o enxofre e o ferro, no oceano (hidrosfera) e como estes ciclos estão atualmente a ser perturbados pela atividade humana;

3-Familiarização com a temática atual das alterações climáticas e aquecimento global e as interações entre os oceanos e os processos biológicos, químicos e geológicos;

4- Aquisição de experiência e conhecimento permitindo aos estudantes desta UC, atingir um  nível de proficiência que lhes permitirá consultar e interpretar, assimilar, artigos científicos na área de Processos Biogeoquímicos no Oceano, bem como a capacidade de procurar nova informação relacionada com a UC e de a comunicar efetivamente em apresentações orais juntos dos estudantes ou estilo de comunicação oral em reuniões científicas.

Programa

1. Introdução ao conceito de ciclo biogeoquímico e transferência direcional da energia através dos ecossistemas, incluindo os marinhos. O conceito da matéria orgânica como constituinte de todos organismos vivos e sua conservação, reciclagem através dos processos (ciclos) biogeoquímicos;

2. Os processos biogeoquímicos e o funcionamento dos ecossistemas marinhos. Como os ecossistemas marinhos dependem dos diversos processos biológicos e químicos que caracterizam os ciclos biogeoquímicos e seus constituintes. Os ciclos de nutrientes: carbono, azoto, fósforo, enxofre e ferro;

3. A utilização dos elementos hidrogénio, Oxigénio, Carbono, Azoto, Fósforo, Enxofre, Ferro, pelos organismos vivos e as diversas formas como os mesmos se encontram no ambiente marinho. A circulação dos minerais na biosfera entre os componentes bióticos e abióticos e de um organismo para outro;

4. A circulação de nutrientes e a produção primária; a importância da fixação do dióxido de carbono (CO2) na produção de matéria orgânica, na base da cadeia alimentar. Relações tróficas entre produtores e consumidores e a transferência de matéria orgânica na complexa teia alimentar marinha. Processos biológicos que afetam o ciclo do carbono oceânico;

5. Introdução às cianobactérias enquanto microrganismos fotossintéticos (fotoautotróficos). O papel e importância dos microrganismos fototróficos oxigénicos nos primórdios da história evolutiva da Terra, ao promover o surgimento do oxigénio atmosférico, a oxigenação do planeta e a evolução animal. A história evolutiva das cianobactérias e o seu desempenho fundamental no ciclo global do carbono;

6. O papel das microalgas e as cianobactérias no ciclo biogeoquímico global do carbono na biosfera e influenciam grande parte do clima da Terra;

7. papel dos microrganismos nos ciclos biogeoquímicos no oceano. Como as bactérias marinhas responsáveis pelo processo de remineralização dos elementos como o Azoto (N), Carbono (C) , Enxofre (S) , Ferro (Fe), Hidrogênio (H) , Fósforo  (P) são reciclados nos ambientes marinhos;

8. O ciclo do azoto (N2). O papel dos microrganismos marinhos e suas atividades metabólicas, nas transformações cíclicas do azoto, permitindo a sua reciclagem no meio ambiente. Importância deste ciclo para a manutenção da qualidade de vida no nosso planeta;

9. Compreender o papel desenvolvido pelos microrganismos nos principais processos biogeoquímicos no oceano; técnicas de deteção, isolamento e caracterização em amostras de sedimentos marinhos. Introdução a tecnologias “omicas” como a metagenómica, para a caracterização funcional das comunidades microbianas em ambientes marinhos e identificação de vias metabólicas relevantes para o estudo dos ciclos biogeoquímicos.

Métodos de Ensino

A lecionação desta UC basear-se-á em aulas presenciais de natureza conceptual e elucidativa e atividades exploratórias de cariz laboratorial. As aulas refletirão uma combinação de metodologias explicativas e participativas com recurso a apresentações visuais dinâmicas, que incluirão vídeos, e pesquisas on-line, para além de interações dinâmicas entre docente-aluno, completadas com momentos de interpretação/discussão de respostas, durante as aulas. A informação mais relevante (artigos científicos e capítulos de livros) será disponibilizada na plataforma de “e-learning Moodle”.

As atividades laboratoriais serão efetuadas em trabalho de grupo (máximo de 3 alunos) e apresentados aos restantes colegas para estimular a discussão crítica. Serão introduzidos pequenos desafios (quiz games) ajudando-os a deduzir conceitos-chave relacionados com os conteúdos teóricos apresentados em cada aula, num ambiente estimulante, promovendo debates e o pensamento crítico.

Bibliografia

- Marine Biogeochemical Cycles. 2nd Edition - April 18, 2005, Author: Open Open University. Paperback ISBN: 9780750667937, eBook ISBN: 9780080940779

- Primary Productivity and Biogeochemical Cycles in the Sea. Paul G. Falkowski (editor), Avril D. Woodhead (Editor). Published June 26, 2013 by Springer. ISBN 9781489907646 (ISBN10: 1489907645)

- Ocean Biogeochemical Dynamics , by: Jorge L Sarmiento(Author), Nicolas Gruber(Author). Publisher: Princeton University Press. ISBN: 9780691017075 Hardback Jun 2006

- York, A. Marine biogeochemical cycles in a changing world. Nature Reviews in Microbiology 16, 259 (2018). https://doi.org/10.1038/nrmicro.2018.40

- Danovaro, R., Levin, L.A., Fanelli, G. et al. Microbes as marine habitat formers and ecosystem engineers. Nature Ecology & Evolution 8, 1407–1419 (2024). https://doi.org/10.1038/s41559-024-02407-7

- Tim DeVries. The Ocean Carbon Cycle. Review Article. Annual Review of Environment and Resources

Volume 47, 2022. https://doi.org/10.1146/annurev-environ-120920-111307

- Kaltham A. Ismail & Maryam R. Al-Shehhi. Applications of biogeochemical models in different marine environments: a review. Frontiers in Environmental Sciences., 28 August 2023. Section Biogeochemical Dynamics, Volume 11 – 2023. https://doi.org/10.3389/fenvs.2023.1198856

Método de Avaliação

• Assiduidade e Participação - 15 %
• Frequência - 45 %
• Monografia em grupo - 40 %