A influência da deposição atmosférica da poeira mineral da Patagônia na biomassa fitoplanctônica do setor Atlântico do Oceano Austral

O Oceano Austral é a região oceânica de maior extensão em que os macronutrientes necessários à produção primária permanecem em níveis elevados por todo ano. Essa condição é conhecida como High Nutrient Low Clorophyll (HNLC) e é determinada, em grande parte, pela relativa escassez de micronutrientes, particularmente o ferro. Diversos experimentos comprovaram que a entrada de ferro neste sistema intensifica a produção biológica, aumentando a fixação do carbono e, eventualmente, sua exportação para águas profundas. Este fenômeno recebeu muita atenção nos últimos 20 anos devido a sua possível influencia no clima, via ciclo do carbono. A relação inversa entre concentração de CO2 na atmosfera e o fluxo de poeira mineral observados em registros glaciais da Antártica Central sugere que a deposição atmosférica pode ser uma importante via para o aporte de micronutrientes. Porém, a contribuição da deposição de poeira mineral para a produção primária nesta região permanece para ser demonstrada e seu possível papel no sistema climático ainda não é conclusivo. No caso do setor Atlântico do Oceano Austral, que recebe influência da Patagônia, os baixos fluxos modernos de poeira mineral e a baixa solubilidade do ferro associado à estrutura dos alumíniossilicato levam muitos autores a postular que fontes oceânicas de micronutrientes sejam mais determinantes. Faltam, no entanto, evidências experimentais. Neste trabalho, abordamos o estudo da fertilização do setor Atlântico do Oceano Austral pela poeira da Patagônia utilizando duas ferramentas: (1) o sensoriamento remoto orbital de aerossóis minerais e clorofila-a em escala interanual; e (2) um experimento de fertilização, com poeira da Patagônia, realizado na Passagem de Drake, considerando fluxos estimados para a era moderna e para o último glacial. Após doze dias de bioensaio, os tratamentos de adição de poeira mostraram a elevação da clorofila-a e da abundância de células em níveis acima dos controles. Níveis intermediários e maiores de adição não diferiram entre si na intensidade de resposta biológica, separando-se apenas da menor adição. Esses resultados indicam que a poeira da Patagônia, mesmo nos fluxos atuais, é capaz de prover os micronutrientes escassos na coluna dágua, com potencial para deflagrar aumentos significativos de biomassa. Através da análise por sensoriamento remoto, identificamos uma região de alta correlação entre poeira e clorofila-a, que está localizada entre a Frente Subtropical e a Frente Polar, se estendendo da Argentina ao sul da África. Esta região difere das águas ao sul da Frente Polar pela menor profundidade da camada de mistura, menor concentração de silicatos, baixa biomassa de diatomáceas e, estima-se, maior estresse fisiológico devido à escassez de ferro e menor aporte oceânico deste nutriente. Em conjunto, essas características parecem criar condições que tornam a resposta biológica mais sensível à deposição de poeira mineral. Estes resultados lançam nova luz sobre o controle atual da produção primária na região e sobre a hipótese da regulação climática pelo fitoplâncton no Oceano Austral, mediado pela deposição de poeira da Patagônia.

Estudo do aerossol (poeira do Sara) na região de Cabo Verde

No âmbito do projeto CV-DUST foi desenvolvida uma campanha de medição do aerossol atmosférico na Cidade da Praia (14° 55’ N, 23°29’ W), de janeiro de 2011 a janeiro de 2012. A concentração do aerossol foi determinada com base no método gravimétrico, com a amostragem feita em termos de PM10 e em frações granulométricas, usando impactores. Complementarmente, foi usado um contador ótico de partículas que permite a monitorização em contínuo e a classificação do número de partículas em 31 frações de tamanho na gama entre 0,25 e 32 μm. A composição química do aerossol foi determinada com incidência nos seguintes componentes: iões inorgânicos solúveis em água (Cl-, NO3-, SO42-, Na+, NH4+, K+, Mg2+ e Ca2+), carbonato total, elementos maioritários da crosta (Si, Na, Al, Fe, Ca, Mg, K, Ti e Mn) e elementos vestigiais (Ba, Zn, Zr, Pb, Cu, Ce, Ni, Cr, V, Co, Sc, As, Sm e Sb), assim como a fração carbonácea (carbono elementar – EC e o carbono orgânico - OC). Durante a campanha, a concentração de PM10 apresentou uma grande variabilidade temporal, com valores médios (à escala diária) situados entre 10 μg/m3 e 507 μg/m3, sendo a concentração média anual estimada em cerca de 59 μg/m3. As concentrações mais elevadas (tipicamente acima dos 100 μg/m3) foram registadas durante os eventos de poeira proveniente do Norte de África, sendo os mais intensos observados nos meses de janeiro, fevereiro e dezembro de 2011. Os registos do contador ótico, feitos em intervalos de 5 min, revelaram que durante os eventos de poeira as concentrações médias horárias das partículas PM10 e PM2.5 podem ultrapassar os 700 μg/m3 e 200 μg/m3, respetivamente. Com base nos resultados do método ótico, as contribuições das frações granulométricas PM1, PM(1-2.5) e PM(2.5-10) para a massa de PM10 foram estimadas em cerca de 11 %, 28 % e 61 %, respetivamente. A composição química do aerossol varia consideravelmente ao longo do ano e revela a predominância das partículas minerais e do sal marinho. Com base em cálculos do balanço mássico das espécies químicas, as contribuições dos dois constituintes maioritários para a massa de PM10 foram estimadas em cerca de 47 % (partículas minerais) e 17 % (sal marinho). O aerossol secundário (NO3-, NH4+ e fração não marinha do SO42) e o aerossol carbonáceo (EC + OC) contribuem cada um com cerca de 4 % e 3 %, respetivamente. A fração mássica restante (cerca de 29 %), corresponde aos constituintes não analisados, podendo a água ser a mais importante neste grupo. A análise química das amostras segregadas por tamanho revela a seguinte composição para as partículas PM1, PM(1-2.5) e PM(2.5-10): 5,2, 11,8 e 20,7 % (constituintes do sal marinho); 8,6, 3,7 e 3,1 % (iões secundários); 8,9, 1,5 e 1,3 % (EC + OC).

Características biogeoquímicas da interação atmosfera criosfera na Antártica ocidental

O manto polar antártico retêm informação paleoclimatologica por entres suas camadas de neve e gelo. O gelo antártico tem revelado a base de dados paleoclimática de maior resolução para os últimos 800 mil anos. Os padrões de transporte atmosférico refletem a composição e a fonte do particulado encontrado na neve e no gelo do continente Antártico. Estando relacionado a processos climáticos, as características desse transporte alteram em quantidade e qualidade as espécies químicas que se depositam sobre o manto de gelo. Dessa forma, o estudo dos depósitos de particulado ao longo das camadas de neve/gelo na Antártica pode sugerir mudanças nos padrões de transporte atmosférico. Atualmente a comunidade científica discute as diferenças de padrões climáticos entre o leste e o oeste antártico. Enquanto de forma geral observa-se instabilidade no setor oeste, o clima da antártica oriental demonstra relativa estabilidade climática. Neste estudo, analisamos dois testemunhos de gelo recente de duas regiões com características climáticas diferentes do continente Antártico. No Platô Detroit situado na Península Antártica (6410′S/0600′O), analisamos a variabilidade de Black Carbon (BC) ao longo de 20 metros de neve. O BC encontrado na Península Antártica apresentou baixas concentrações comparáveis as encontradas no gelo do Artico período pré-industrial. Nossos resultados sugerem que sua variabiliade corresponde à sazonalidade dos períodos de queimada nos continentes do Hemisfério Sul. No interior do continente Antártico, analisamos o particulado em geral por um processo de microanálise ao longo de um testemunho de 40 metros extraído em Mont Johns (79o55′S/09423′O). Encontramos uma tendência negativa na deposição de poeira mineral (AlSi) entre 1967 e 2007. Nossos resultados sugerem que esta tendência seja resultado de um crescente isolamento atmosférico da região central do continente antártico pelo aumento da intensidade dos ventos ao redor da Antártica. Este aumento na intensidade dos ventos reflete por sua vez o resfriamento da alta atmosfera no centro antártico causado pela depleção da camada de ozônio na região. Adicionalmente, amostras de diferentes microambientes de Patriot Hills (8018′S/08121′O) foram coletadas de maneira asséptica para análise microbiológica. As amostras foram cultivadas em meio R2 e paralelamente o DNA total extraído foi sequenciado pela técnica de pirosequenciamento. Os resultados preliminares desta analise mostram grande riqueza de espécies dos mais variados grupos. Os resultados deste trabalho caracterizam três diferentes parâmetros relacionados a deposição atmosférica em duas áreas pouco exploradas e de grande interesse científico do continente antártico.

The'cave' mineral oxammite: a high resolution thermogravimetry and Raman spectroscopic study

The thermal decomposition of natural ammonium oxalate known as oxammite has been studied using a combination of high resolution thermogravimetry coupled to an evolved gas mass spectrometer and Raman spectroscopy coupled to a thermal stage. Three mass loss steps were found at 57, 175 and 188°C attributed to dehydration, ammonia evolution and carbon dioxide evolution respectively. Raman spectroscopy shows two bands at 3235 and 3030 cm-1 attributed to the OH stretching vibrations and three bands at 2995, 2900 and 2879 cm-1, attributed to the NH vibrational modes. The thermal degradation of oxammite may be followed by the loss of intensity of these bands. No intensity remains in the OH stretching bands at 100°C and the NH stretching bands show no intensity at 200°C. Multiple CO symmetric stretching bands are observed at 1473, 1454, 1447 and 1431cm-1, suggesting that the mineral oxammite is composed of a mixture of chemicals including ammonium oxalate dihydrate, ammonium oxalate monohydrate and anhydrous ammonium oxalate.

Synthesis and characterization of K2Ca5(SO4)6· H2O, the equivalent of görgeyite, a rare evaporite mineral

Görgeyite, K2Ca5(SO4)6··H2O, is a very rare monoclinic double salt found in evaporites related to the slightly more common mineral syngenite. At 1 atmosphere with increasing external temperature from 25 to 150 °C, the following succession of minerals was formed: first gypsum and K2O, followed at 100 °C by görgeyite. Changes in concentration at 150 °C due to evaporation resulted in the formation of syngenite and finally arcanite. Under hydrothermal conditions, the succession is syngenite at 50 °C, followed by görgyeite at 100 and 150 °C. Increasing the synthesis time at 100 °C and 1 atmosphere showed that initially gypsum was formed, later being replaced by görgeyite. Finally görgeyite was replaced by syngenite, indicating that görgeyite is a metastable phase under these conditions. Under hydrothermal conditions, syngenite plus a small amount of gypsum was formed, after two days being replaced by görgeyite. No further changes were observed with increasing time. Pure görgeyite showed elongated crystals approximately 500 to 1000 µ m in length. The infrared and Raman spectra are mainly showing the vibrational modes of the sulfate groups and the crystal water (structural water). Water is characterized by OH-stretching modes at 3526 and 3577 cm–1 , OH-bending modes at 1615 and 1647 cm–1 , and an OH-libration mode at 876 cm–1 . The sulfate 1 mode is weak in the infrared but showed strong bands at 1005 and 1013 cm–1 in the Raman spectrum. The 2 mode also showed strong bands in the Raman spectrum at 433, 440, 457, and 480 cm–1 . The 3 mode is characterized by a complex set of bands in both infrared and Raman spectra around 1150 cm–1 , whereas 4 is found at 650 cm–1.

Raman spectroscopic study of the metatellurate mineral : Xocomecatlite Cu3TeO4(OH)4

The mineral xocomecatlite is a hydroxy metatellurate mineral with Te6+O4 units. Tellurates may be subdivided according to their formula into three types of tellurate minerals: type (a) (AB)m(TeO4)pZq, type (b) (AB)m(TeO6).xH2O and (c) compound tellurates in which a second anion including the tellurite anion, is involved. The mineral Xocomecatlite is an example of the first type. Raman bands for xocomecatlite at 710, 763 and 796 cm-1 and 600 and 680 cm-1 are attributed to the ν1 (TeO4)2- symmetric and ν3 antisymmetric stretching mode. Raman bands observed at 2867 and 2926 cm-1 are assigned to TeOH stretching vibrations and enable estimation of the hydrogen bond distances of 2.622 Å (2867 cm-1), 2.634 Å (2926 cm-1) involving these OH units. The hydrogen bond distances are very short implying that they are necessary for the stability of the mineral.

Raman spectroscopic study of the mixed anion mineral Yecoraite Bi5Fe3O9(Te4+O3)(Te6+O4)2•9H2O

Tellurates are rare minerals as the tellurate anion is readily reduced to the tellurite ion. Often minerals with both tellurate and tellurite anions in the mineral are found. An example of such a mineral containing tellurate and tellurite is yecoraite. Raman spectroscopy has been used to study this mineral, the exact structure of which is unknown. Two Raman bands at 796 and 808 cm-1 are assigned to the ν1 (TeO4)2- symmetric and ν3 (TeO3)2- antisymmetric stretching modes and Raman bands at 699 cm-1 are attributed to the the ν3 (TeO4)2- antisymmetric stretching mode and the band at 690 cm-1 to the ν1 (TeO3)2- symmetric stretching mode. The intense band at 465 cm-1 with a shoulder at 470 cm-1 is assigned the (TeO4)2- and (TeO3)2- bending modes. Prominent Raman bands are observed at 2878, 2936, 3180 and 3400 cm-1. The band at 3936 cm-1 appears quite distinct and the observation of multiple bands indicates the water molecules in the yecoraite structure are not equivalent. The values for the OH stretching vibrations listed provide hydrogen bond distances of 2.625 Å (2878 cm-1), 2.636 Å (2936 cm-1), 2.697 Å (3180 cm-1) and 2.798 Å (3400 cm-1). This range of hydrogen bonding contributes to the stability of the mineral. A comparison of the Raman spectra of yecoraite with that of tellurate containing minerals kuranakhite, tlapallite and xocomecatlite is made.

A Raman spectroscopic study of the uranyl mineral rutherfordine – revisited

The molecular structure of the uranyl mineral rutherfordine has been investigated by the measurement of the NIR and Raman spectra and complemented with infrared spectra including their interpretation. The spectra of the rutherfordine show the presence of both water and hydroxyl units in the structure as evidenced by IR bands at 3562 and 3465 cm-1 (OH) and 3343, 3185 and 2980 cm-1 (H2O). Raman spectra show the presence of four sharp bands at 3511, 3460, 3329 and 3151 cm-1. Corresponding molecular water bending vibrations were only observed in both Raman and infrared spectra of one of two studied rutherfordine samples. The second rutherfordine sample studied contained only hydroxyl ions in the equatorial uranyl plane and did not contain any molecular water. The infrared spectra of the (CO3)2- units in the antisymmetric stretching region show complexity with three sets of carbonate bands observed. This combined with the observation of multiple bands in the (CO3)2- bending region in both the Raman and IR spectra suggests that both monodentate and bidentate (CO3)2- units may be present in the structure. This cannot be exactly proved and inferred from the spectra; however, it is in accordance with the X-ray crystallographic studies. Complexity is also observed in the IR spectra of (UO2)2+ antisymmetric stretching region and is attributed to non-identical UO bonds. U-O bond lengths were calculated using wavenumbers of the 3 and 1 (UO2)2+ and compared with data from X-ray single crystal structure analysis of rutherfordine. Existence of solid solution having a general formula (UO2)(CO3)1-x(OH)2x.yH2O ( x, y  0) is supported in the crystal structure of rutherfordine samples studied.

Amniotic fluid stem cells produce robust mineral deposits on biodegradable scaffolds

Insufficient availability of osteogenic cells limits bone regeneration through cell-based therapies. This study investigated the potential of amniotic fluid–derived stem (AFS) cells to synthesize mineralized extracellular matrix within porous medical-grade poly-e-caprolactone (mPCL) scaffolds. The AFS cells were initially differentiated in two-dimensional (2D) culture to determine appropriate osteogenic culture conditions and verify physiologic mineral production by the AFS cells. The AFS cells were then cultured on 3D mPCL scaffolds (6-mm diameter9-mm height) and analyzed for their ability to differentiate to osteoblastic cells in this environment. The amount and distribution of mineralized matrix production was quantified throughout the mPCL scaffold using nondestructive micro computed tomography (microCT) analysis and confirmed through biochemical assays. Sterile microCT scanning provided longitudinal analysis of long-term cultured mPCL constructs to determine the rate and distribution of mineral matrix within the scaffolds. The AFS cells deposited mineralized matrix throughout the mPCL scaffolds and remained viable after 15 weeks of 3D culture. The effect of predifferentiation of the AFS cells on the subsequent bone formation in vivo was determined in a rat subcutaneous model. Cells that were pre-differentiated for 28 days in vitro produced seven times more mineralized matrix when implanted subcutaneously in vivo. This study demonstrated the potential of AFS cells to produce 3D mineralized bioengineered constructs in vitro and in vivo and suggests that AFS cells may be an effective cell source for functional repair of large bone defects