Including an ocean carbon cycle model into iLOVECLIM (v1.0)

The atmospheric carbon dioxide concentration plays a crucial role in the radiative balance and as such has a strong influence on the evolution of climate. Because of the numerous interactions between climate and the carbon cycle, it is necessary to include a model of the carbon cycle within a climate model to understand and simulate past and future changes of the carbon cycle. In particular, natural variations of atmospheric CO2 have happened in the past, while anthropogenic carbon emissions are likely to continue in the future. To study changes of the carbon cycle and climate on timescales of a few hundred to a few thousand years, we have included a simple carbon cycle model into the iLOVECLIM Earth System Model. In this study, we describe the ocean and terrestrial biosphere carbon cycle models and their performance relative to observational data. We focus on the main carbon cycle variables including the carbon isotope ratios δ13C and the Δ14C. We show that the model results are in good agreement with modern observations both at the surface and in the deep ocean for the main variables, in particular phosphates, dissolved inorganic carbon and the carbon isotopes.

Soil carbon and litter development along a reconstructed biodiverse forest chronosequence of South-Western Australia

Soil organic matter (SOM) increases with time as landscape is restored. Studying SOM development along restored forest chronosequences would be useful in clarifying some of the uncertainties in quantifying C turnover rates with respect to forest clearance and ensuing restoration. The development of soil organic matter in the mineral soils was studied at four depths in a 16-year-old restored jarrah forest chronosequence. The size-separated SOM fractionation along with δ13C isotopic shift was utilised to resolve the soil C temporal and spatial changes with developing vegetation. The restored forest chronosequence revealed several important insights into how soil C is developing with age. Litter accumulation outpaced the native forest levels in 12 years after restoration. The surface soils, in general, showed increase in total C with age, but this trend was not clearly observed at lower depths. C accumulation was observed with increasing restoration age in all three SOM size-fractions in the surface 0–2 cm depth. These biodiverse forests show a trend towards accumulating C in recalcitrant stable forms, but only in the surface 0–2 cm mineral soil. A significant reverse trend was observed for the moderately labile SOM fraction for lower depths with increasing restoration age. Correlating the soil δ13C with total C concentration revealed the re-establishment of the isotopically depleted labile to enriched refractory C continuum with soil depth for the older restored sites. This implied that from a pedogenic perspective, the restored soils are developing towards the original native soil carbon profile.

Enzyme assisted extraction of chitin from shrimp shells (Litopenaeus vannamei)

BACKGROUND: Chemical chitin extraction generates large amounts of wastes and increases partial deacetylation of the product. Therefore, the use of biological methods for chitin extraction is an interesting alternative. The effects of process conditions on enzyme assisted extraction of chitin from the shrimp shells in a systematic way were the focal points of this study. RESULTS: Demineralisation conditions of 25C, 20 min, shells-lactic acid ratio of 1:1.1 w/w; and shells-acetic acid ratio of 1:1.2 w/w, the maximum demineralisation values were 98.64 and 97.57% for lactic and acetic acids, respectively. A total protein removal efficiency of 91.10% by protease from Streptomyces griseus with enzyme-substrate ratio 55 U/g, pH 7.0 and incubation time 3 h is obtained when the particle size range is 50-25 μm, which was identified as the most critical factor. The X-ray diffraction and 13C NMR spectroscopy analysis showed that the lower percent crystallinity and higher degree of acetylation of chitin from enzyme assisted extraction may exhibit better solubility properties and less depolymerisation in comparison with chitin from the chemical extraction. CONCLUSION: The present work investigates the effects of individual factors on process yields, and it has shown that, if the particle size is properly controlled a reaction time of 3 h is more than enough for deproteination by protease. Physicochemical analysis indicated that the enzyme assisted production of chitin seems appropriate to extract chitin, possibly retaining its native structure.

Changes in sewage sludge carbon forms along a treatment stream

The behaviour and fate of macronutrients and pollutants in sewage sludge applied to the land are affected by the chemical composition of the sludge organic matter, which in turn is influenced by both sewage source and by sewage treatment processes. In this study, 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was used to characterise the organic matter of sludges collected at three different points along the treatment stream of a municipal sewage works with a domestic catchment. Sludge at the first point, an undigested liquid (UL) sludge, had a substantially different composition to the anaerobically digested (AD) and dewatered sludge cake (DC) materials, which were similar to each other. In particular, the UL sludge contained more alkyl C than the AD or DC sludges. All three sludges were found to contain mobile alkyl C that is poorly observed using the cross polarisation (CP) technique, necessitating the use of the less sensitive, but more quantitatively reliable direct polarisation (DP) technique to obtain accurate distributions of C types.

Asymmetric oxidation of vinyl- and ethynyl terthiophene ligands in triruthenium complexes

A series of ruthenium(II) complexes [{RuCl(CO)(PMe3)3(–CHvCH–)}nX], 1a–1c (1a: n = 3, X = 3,3’’- dimethyl-2,2’:3’,2’’-terthiophene; 1b: n = 2, X = 2,2’-bithiophene; 1c: n = 2, X = 2,3-bis(3-methylthiophen- 2-yl)benzothiophene) and [{Cp*(dppe)2Ru(–CuC–)}3X], 1d (X = 3,3’’-dimethyl-2,2’:3’,2’’- terthiophene), were prepared and characterized by 1H, 13C and 31P NMR. Their redox, spectroscopic and bonding properties were studied with a range of spectro-electrochemical methods in combination with density functional theory calculations. The first two anodic steps observed for 1a and 1d are largely localized on the lateral frameworks of the molecular triangle, the direct conjugation between them being precluded due to the photostable open form of the dithienyl ethene moiety. The third anodic step is then mainly localized on the centerpiece of the triangular structure, affecting both bithiophene laterals. The experimental IR and UV-vis-NIR spectroelectrochemical data and, largely, also DFT calculations account for this explanation, being further supported by direct comparison with the anodic behavior of reference diruthenium complexes 1b and 1c.

Late Quaternary environmental change in the interior South American tropics: new insight from leaf wax stable isotopes

Stable isotope analysis of leaf waxes in a sediment core from Laguna La Gaiba, a shallow lake located at the Bolivian margin of the Pantanal wetlands, provides new perspective on vegetation and climate change in the lowland interior tropics of South America over the past 40,000 years. The carbon isotopic compositions (δ13C) of long-chain n-alkanes reveal large shifts between C3-and C4-dominated vegetation communities since the last glacial period, consistent with landscape reconstructions generated with pollen data from the same sediment core. Leaf wax δ13C values during the last glacial period reflect an open landscape composed of C4grasses and C3herbs from 41–20ka. A peak in C4abundance during the Last Glacial Maximum (LGM, ∼21ka) suggests drier or more seasonal conditions relative to the earlier glacial period, while the development of a C3-dominated forest community after 20 ka points to increased humidity during the last deglaciation. Within the Holocene, large changes in the abundance of C4 vegetation indicate a transition from drier or more seasonal conditions during the early/mid-Holocene to wetter conditions in the late Holocene coincident with increasing austral summer insolation. Strong negative correlations between leaf wax δ13C and δD values over the entire record indicate that the majority of variability in leaf wax δD at this site can be explained by variability in the magnitude of biosynthetic fractionation by different vegetation types rather than changes in meteoric water δD signatures. However, positive δD deviations from the observed δ13C–δD trends are consistent with more enriched source water and drier or more seasonal conditions during the early/mid-Holocene and LGM. Overall, our record adds to evidence of varying influence of glacial boundary conditions and orbital forcing on South American Summer Monsoon precipitation in different regions of the South American tropics. Moreover, the relationships between leaf wax stable isotopes and pollen data observed at this site underscore the complementary nature of pollen and leaf wax δ13C data for reconstructing past vegetation changes and the potentially large effects of such changes on leaf wax δD signatures.

Terrestrial biosphere changes over the last 120 kyr

A new global synthesis and biomization of long (> 40 kyr) pollen-data records is presented and used with sim- ulations from the HadCM3 and FAMOUS climate models and the BIOME4 vegetation model to analyse the dynamics of the global terrestrial biosphere and carbon storage over the last glacial–interglacial cycle. Simulated biome distribu- tions using BIOME4 driven by HadCM3 and FAMOUS at the global scale over time generally agree well with those in- ferred from pollen data. Global average areas of grassland and dry shrubland, desert, and tundra biomes show large- scale increases during the Last Glacial Maximum, between ca. 64 and 74 ka BP and cool substages of Marine Isotope Stage 5, at the expense of the tropical forest, warm-temperate forest, and temperate forest biomes. These changes are re- flected in BIOME4 simulations of global net primary pro- ductivity, showing good agreement between the two models. Such changes are likely to affect terrestrial carbon storage, which in turn influences the stable carbon isotopic composi- tion of seawater as terrestrial carbon is depleted in 13C.

Synthesis and structural characterization of a new polymeric zinc(II) complex with thiophene-2-carboxylic acid

A new polymeric zinc(II) complex with thiophene-2-carboxylic acid (-tpc) of composition [Zn2(C20H12O8S4)]n was obtained and structurally characterized by X-ray diffraction, thermal analysis, nuclear magnetic resonance (NMR), and infrared spectroscopies. Upfield shift in the 1H-NMR spectrum is explained by the crystalline structure, which shows the thiophene rings overlapping each other in parallel pairs. The compound crystallizes in the monoclinic system, space group P21/c, with a = 9.7074(4) angstrom, b = 13.5227(3) angstrom, c = 18.9735(7) angstrom, = 95.797(10)degrees, and Z = 4. Three -tpc groups bridge between two Zn(II) ions through oxygens and the fourth one bridges between one of these ions and the third one, symmetry related by a twofold screw axis. This arrangement gives rise to infinite chains along the crystallographic a direction. The metal atoms display an approximate tetrahedral configuration. The complex is insoluble in water, ethanol, and acetone, but soluble in dimethyl sulfoxide.

Computer-Assisted Approach to Structural Elucidation of Lignans

This paper reports an expert system (SISTEMAT) developed for structural determination of diverse chemical classes of natural products, including lignans, based mainly on 13C NMR and 1H NMR data of these compounds. The system is composed of five programs that analyze specific data of a lignan and shows a skeleton probability for the compound. At the end of analyses, the results are grouped, the global probability is computed, and the most probable skeleton is exhibited to the user. SISTEMAT was able to properly predict the skeletons of 80% of the 30 lignans tested, demonstrating its advantage during the structural elucidation course in a short period of time.

Influência do tipo e teor de comonômero na estrutura e propriedades de copolímeros de etileno sintetizados com catalisador metalocênico

As propriedades de uma série de copolímeros de etileno sintetizados com catalisador metalocênico (Et[Ind]2ZrCl2/MAO) foram estudadas. A fim de avaliar a influência do tipo e teor de comonômero na estrutura e propriedades dos mesmos, foram utilizados diferentes tipos de comonômeros: α-olefinas (1-buteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-deceno, 1-octadeceno e 4-metil-1-penteno), cicloolefinas (norborneno, ciclopenteno, ciclohexeno, cicloocteno e vinil-ciclohexano) e ciclodienos (ciclopentadieno, diciclopentadieno e 4-vinil-1-ciclohexeno) em uma larga faixa de composição (0 à 28 % em mol de comonômero). A influência da temperatura de polimerização e a concentração de comonômero na atividade catalítica e nas propriedades dos copolímeros de etileno/ciclodienos e etileno/cicloolefinas sintetizados foram estudadas e os copolímeros foram caracterizados através de 1H-NMR, 13C-NMR, HETCOR, DSC e GPC. As propriedades termodinâmicas, estruturais e mecânicas destes copolímeros foram estudadas através de técnicas tais como DSC, WAXS, espectroscopia Raman de modo interno, DMTA, ensaios de tensão/deformação, etc. Em geral, foi observado um decréscimo na cristalinidade e temperatura de fusão dos copolímeros com o aumento do teor de comonômero incorporado nos mesmos, independente do tipo de ramificação. Quando rapidamente resfriados, os copolímeros de etileno/α-olefinas e alguns copolímeros etileno/ciclodienos e etileno/cicloolefinas, com distribuição aleatória de comonômero na cadeia, apresentaram comportamento que concorda com o previsto pela teoria de equilíbrio de fases proposta por Flory. Análises termo-dinâmico-mecânicas dos copolímeros indicaram que o teor de comonômero apresenta grande influência nas transições α e β, mas apresenta pouca influência na transição γ. Em geral, foi concluído que as propriedades e morfologia dos copolímeros de etileno estudados são bastante influenciadas pelo teor de comonômero e distribuição do mesmo na cadeia polimérica, porém são pouco influenciadas pelo tipo de comonômero.

Síntese e análise estrutural de novos ciclopaladatos e síntese de N-heterociclos a partir de ciclopaladatos e alenos

Os compostos de paládio vêm apresentado uma vasta linha de aplicação, tanto como catalisadores como precursores em reações de síntese orgânica. Dentre esses compostos, os ciclopaladatos, que são compostos cíclicos com uma ligação Pd-heteroátomo, permite a formação de novas estruturas cíclicas contendo algum heteroátomo, como nitrogênio, oxigênio ou enxofre. Neste trabalho foram sintetizadas aminas propargílicas capazes de se coordenar a sais de paládio, formando novos ciclopaladatos através da reação de cloropaladação. Esses compostos se encontram na forma de dímeros e podem apresentar-se como diferentes isômeros. Estudos espectroscópicos, tais como RMN de 1H, 13C e raios-X de monocristais foram realizados para a elucidação estrutural desses novos compostos. Além dos isômeros geométricos clássicos (cisóide e transóide) foram observados pela primeira vez a formação de atropoisômeros. Esses ciclopaladatos, contendo nitrogênio ligado ao paládio, foram testados frente a alenos diferentemente substituídos, mostrando que ocorre a inserção do aleno na ligação Pd-C e, seguido da depaladação, ocorre a formação de novos compostos heterocíclicos a seis membros. Alguns ciclopaladatos, quando em solução, podem apresentar certa instabilidade, ocorrendo a decomposição do ciclopaladato com a regeneração do alcino precursor do respectivo ciclopaladato. Assim, estudou-se a reação de decomposição de diferentes ciclopaladatos, chamada de retrocloropaladação, utilizando a técnica de RMN de 1H em diferentes intervalos de tempo.

Matéria orgânica e características físicas, químicas, mineralógicas e espectrais de latossolos de diferentes ambientes

A matéria orgânica é de grande importância em solos tropicais e subtropicais, pois influencia em suas propriedades físicas, químicas, biológicas, mineralógicas e espectrais. O clima e a interação da matéria orgânica com a fração mineral apresentam um papel fundamental nas relações que envolvem o acúmulo, estabilização e qualidade da matéria orgânica no solo. Nesse sentido, no estudo 1, investigou-se a qualidade da matéria orgânica, a partir de sua caracterização por espectroscopia de ressonância magnética nuclear do 13C, ao longo de uma climossequência de Latossolos do Rio Grande do Sul. O teor de matéria orgânica foi influenciado pelas condições climáticas aumentando seu teor no solo conforme aumentou a relação PMA/PET (quociente da precipitação média anual e potencial de evapotranspiração). O grupo C-O-alquil apresentou a maior contribuição nos espectros de RMN do 13C, sendo que as maiores proporções ocorreram nos horizontes superficiais dos solos de ambientes mais frios e úmidos. Os índices de humificação testados foram eficientes para avaliar o grau de humificação na climossequência. No estudo 2, o principal objetivo foi analisar a influência dos teores e da qualidade da matéria orgânica e da mineralogia sobre o comportamento espectral de Latossolos de diferentes ambientes. Os resultados obtidos demonstram que a técnica de espectrorradiometria do solo pode auxiliar na identificação e mesmo na quantificação de atributos do solo como teor de matéria orgânica e óxidos de ferro. As correlações significativas entre reflectância e os teores de matéria orgânica e os índices de humificação obtidas pela espectroscopia de RMN do 13C mostraram ser promissoras e necessitam de estudos mais aprofundados para estabelecimento de índices que possam auxiliar no entendimento da qualidade da matéria orgânica do solo.

Caracterização mineralógica e da matéria orgânica de latossolos brasileiros sob vegetação nativa

A matéria orgânica do solo (MOS) constitui importante componente dos solos de regiões tropicais e subtropicais, tendo papel importante em suas propriedades químicas e físicas. Com objetivo de avaliar as características da MOS em Latossolos brasileiros sob vegetação nativa e sua relação com a profundidade e com as características mineralógicas e texturais dos solos, foram realizados dois estudos. No primeiro estudo foi investigou-se o efeito do tratamento com solução de HF 10% na resolução espectral de RMN 13C e na qualidade da MOS em amostras de horizontes A e B de quatro Latossolos brasileiros. Os sucessivos tratamentos com HF melhoraram a resolução espectral em ambos os horizontes. As perdas de C ao longo dos tratamentos foram da ordem de 39 a 48% no horizonte A e 71 a 85% no horizonte B, porém não foram seletivas para nenhum dos grupos funcionais determinados por RMN 13C. No segundo estudo, amostras do horizonte A de oito Latossolos, sendo seis do Rio Grande do Sul sob vegetação de campo nativo, um do Distrito Federal sob vegetação de cerrado e um do Amazonas sob vegetação de floresta tropical foram submetidas ao fracionamento físico da MOS As frações obtidas foram analisadas por análise elementar e espectroscopia de RMN 13C CP/MAS. Microagregados de argila contendo óxidos de ferro, resistiram à dispersão de ultrassom a 450J mL-1. A proporção dos grupos C-O-alquil aumentou com a diminuição do tamanho de partícula e a razão C alquil/ C-O-alquil diminuiu, evidenciando o mecanismo de proteção da MOS devido à interação com a superfície dos minerais. Este comportamento foi mais acentuado nos solos argilosos do Rio Grande do Sul. A variação dos grupos funcionais da MOS em função do tamanho de partícula foi diferenciada entre os solos estudados, indicando que a comparação direta da qualidade e dinâmica da MOS em diferentes ambientes é limitada.

Estoque e qualidade da matéria orgânica do solo em função de sistemas de culturas e adubação nitrogenada no sistema plantio direto

A matéria orgânica determina os principais atributos que definem a qualidade do solo, sendo diretamente afetada pelas práticas de manejo. Esta pesquisa objetivou ampliar o conhecimento referente às influências do sistema de culturas e da adubação nitrogenada no estoque e na qualidade da matéria orgânica do solo no sistema plantio direto. O estudo foi desenvolvido a partir de um experimento de longa duração (17 anos), constituído por dez sistemas de culturas em plantio direto e estabelecido num Argissolo inicialmente degradado pelo cultivo. Utilizou-se os sistemas aveia/milho, lablab+milho e guandu+milho, com e sem adubação nitrogenada (N). O tratamento solo descoberto, da área experimental, e o campo nativo também foram incluídos no estudo. Dez camadas de solo foram amostradas até a profundidade de 107,5 cm e três destas (0-2,5; 2,5-7,5 e 37,5-47,5 cm) foram fracionadas fisicamente nas frações matéria orgânica particulada (MOP), silte e argila. Os estoques de C e N foram avaliados em cada camada e também nas frações físicas. A qualidade da matéria orgânica foi investigada por espectroscopia de RMN-13C e de RMN- 15N (estado sólido), hidrólise ácida e pirólise analítica O estoque de C da camada de 0-107,5 cm reduziu, durante o período experimental, em média 5,8 Mg C ha-1 nos sistemas solo descoberto e aveia/milho (sem N), permaneceu constante no sistema aveia/milho (com N) e aumentou em média 20,6 Mg C ha-1 nos sistemas lablab+milho e guandu+milho (sem N e com N). O mesmo ocorreu nos estoques de C e N das frações físicas, sendo que as alterações foram relativamente maiores na MOP. A fração argila apresentou uma capacidade finita de estocar C (47,7 g C kg-1 de argila). Os sistemas de culturas afetaram a qualidade da MOP, porém não da matéria orgânica das frações silte e argila. A adubação nitrogenada tendeu a aumentar a proporção de C alquil na fração argila. A principal forma de carbono da matéria orgânica do solo foi C O-alquil. Material carbonizado (carvão) foi encontrado na fração silte da camada de 37,5-47,5 cm. O manejo do solo atua principalmente sobre os estoques e não tanto sobre a qualidade da matéria orgânica do solo.

Validação de métodos analíticos e estudo preliminar de estabilidade da leflunomida

A leflunomida é um pró-fármaco anti-reumático encontrado na forma de comprimidos revestidos com nome comercial ARAVA que, in vivo, é rápida e extensamente convertida a seu metabólito ativo A77 1726. Considerando a ausência de metodologia de controle de qualidade na literatura para a leflunomida, foram desenvolvidos métodos de caracterização e quantificação da leflunomida matéria-prima e na forma de comprimido, além de estudo preliminar de sua estabilidade. As técnicas de ponto de fusão, espectroscopia no IV, RMN 1H e 13C e CLAE associada a detector de arranjo de diiodos foram utilizadas para identificação e caracterização da leflunomida. O A77 1726 foi sintetizado e caracterizado pelas técnicas de espectroscopia no IV, RMN 1H e 13C, CLAE e DSC. Foi desenvolvido e validado método analítico para quantificação da leflunomida em comprimidos por CLAE utilizando coluna C18, ACN:água (50:50) como fase móvel e detecção em 254 nm. O método apresentou parâmetros cromatográficos adequados e parâmetros de desempenho analítico satisfatórios, com limite de detecção de 10 ng/mL. Método por espectroscopia derivada no UV foi desenvolvido e validado como alternativa para quantificação da leflunomida em comprimidos. A comparação do método por UV derivada com a CLAE, para determinação da leflunomida em comprimidos, mostrou que os métodos são intercambiáveis, creditando a técnica de UV para testes de controle de qualidade de rotina. Foram realizados estudos de degradação forçada dos comprimidos de leflunomida submetendo amostras à temperatura de 80 ºC ou exposição à radiação UV a 254 nm com lâmpada germicida. O principal produto de degradação encontrado foi o A77 1726. Além disso, outro produto de degradação, com tempo de retenção de 5,5 min (CLAE), apresentou quantidades significativas no estudo de degradação térmica.