thumb|Imagem de satélite do carbono inorgânico particulado (PIC) – NASA 2014|330x330px
Carbono inorgânico particulado (PIC) pode ser contrastado com o (DIC), a outra forma de encontrada no oceano. Essas distinções são fundamentais em oceanografia química. O carbono inorgânico particulado é às vezes chamado de carbono inorgânico suspenso. Em termos operacionais, é definido como o carbono inorgânico em forma particulada que é grande demais para passar pelo filtro usado para separar o carbono inorgânico dissolvido.
A maior parte do PIC é carbonato de cálcio, CaCO3, especialmente na forma de calcita, mas também como aragonita. O carbonato de cálcio compõe as conchas de muitos organismos marinhos. Ele também se forma durante eventos de branqueamento e é excretado por peixes marinhos durante a osmorregulação.
Visão geral thumb|left| O carbono é separado em quatro categorias distintas com base em ser orgânico/inorgânico e dissolvido/particulado. Os processos associados a cada seta descrevem a transformação associada à transferência de carbono de uma categoria para outra|290x290pxOs compostos de carbono podem ser classificados como orgânicos ou inorgânicos, e dissolvidos ou particulados, dependendo de sua composição. O carbono orgânico forma a base de componentes essenciais de compostos orgânicos, como proteínas, lipídeos, carboidratos e ácidos nucleicos. O carbono inorgânico é encontrado principalmente em compostos simples, como dióxido de carbono, ácido carbônico, bicarbonato e carbonato (CO2, H2CO3, HCO3−, CO32−, respectivamente).
O carbono marinho é ainda separado em uma fase particulada e outra dissolvida. Esses reservatórios são definidos operacionalmente por separação física – o carbono dissolvido passa por um filtro de 0,2 μm, enquanto o carbono particulado fica retido.
Existem dois tipos principais de carbono inorgânico nos oceanos. O (DIC) é composto por bicarbonato (HCO3−), carbonato (CO32−) e dióxido de carbono (incluindo CO2 dissolvido e ácido carbônico H2CO3). O DIC pode ser convertido em carbono inorgânico particulado (PIC) por meio da precipitação de CaCO3 (biológica ou abiótica). O DIC também pode ser transformado em carbono orgânico particulado (POC) por meio de fotossíntese e quimioautotrofia (ou seja, produção primária). O DIC aumenta com a profundidade à medida que partículas de carbono orgânico afundam e são respiradas. O oxigênio livre diminui à medida que o DIC aumenta, pois o oxigênio é consumido durante a respiração aeróbica.
O carbono inorgânico particulado (PIC) é a outra forma de carbono inorgânico encontrada no oceano. A maior parte do PIC é o CaCO3 que compõe as conchas de vários organismos marinhos, mas também pode se formar em eventos de branqueamento. Peixes marinhos também excretam carbonato de cálcio durante a osmorregulação.
thumb| As distribuições de tamanho de partículas no oceano geralmente seguem uma lei de potência em várias ordens de magnitude, de vírus e bactérias a peixes e baleias. Materiais não vivos contidos na distribuição de tamanho de partículas podem incluir neve marinha, detritos, sedimentos e microplásticos. A distribuição de tamanho de partículas pela lei de potência é a soma das distribuições log-normais para cada subpopulação, quatro exemplos das quais são ilustrados nesta figura. N é o número de partículas de diâmetro D; K é o número de partículas de 1 μm por volume; J é a inclinação da distribuição da lei de potência|290x290px
Algumas espécies de carbono inorgânico no oceano, como bicarbonato e carbonato, são grandes contribuintes para a alcalinidade, um tampão natural do oceano que previne mudanças drásticas na acidez (ou pH). O ciclo do carbono marinho também afeta as taxas de reação e dissolução de alguns compostos químicos, regula a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera e a temperatura da Terra.
Carbonato de cálcio O carbono inorgânico particulado (PIC) geralmente assume a forma de carbonato de cálcio (CaCO3) e desempenha um papel fundamental no ciclo do carbono oceânico. Esse carbono fixado biologicamente é usado como revestimento protetor para muitas espécies planctônicas (cocolitóforos, foraminíferos) e organismos marinhos maiores (conchas de moluscos). O carbonato de cálcio também é excretado em altas taxas durante a osmorregulação por peixes e pode se formar em eventos de branqueamento. Embora essa forma de carbono não seja diretamente retirada do orçamento atmosférico, ela é formada a partir de formas dissolvidas de carbonato que estão em equilíbrio com o CO2 e, posteriormente, responsáveis pela remoção desse carbono por meio de sequestro.
CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3−
Ca2+ + 2HCO3− → CaCO3 + CO2 + H2O
Embora esse processo consiga fixar uma grande quantidade de carbono, duas unidades de alcalinidade são sequestradas para cada unidade de carbono. A formação e o afundamento de CaCO3 geram, portanto, um gradiente de alcalinidade da superfície para o fundo, que eleva o pH das águas superficiais, alterando a especiação do carbono dissolvido para aumentar a pressão parcial de CO2 dissolvido nas águas superficiais, o que, por fim, acaba elevando os níveis atmosféricos. Além disso, o depósito de CaCO3 nos sedimentos reduz a alcalinidade oceânica geral, tendendo a aumentar o pH e, consequentemente, os níveis de CO2 atmosférico, se não for contrabalançado pela nova entrada de alcalinidade por intemperismo. A porção de carbono permanentemente enterrada no fundo do mar torna-se parte do registro geológico. O carbonato de cálcio frequentemente forma depósitos notáveis que podem ser elevados à terra por movimentos tectônicos, como no caso das Falésias Brancas de Dover no sul da Inglaterra. Essas falésias são compostas quase inteiramente por placas de cocolitóforos enterrados.
thumb|left| Setas pretas representam o DIC produzido pela dissolução do PIC. Linhas cinzas representam o PIC terrestre Unidades são Tg C y−1|290x290px
Bomba de carbonato A bomba de carbonato, às vezes chamada de bomba contrária de carbonato, começa com organismos marinhos na superfície do oceano produzindo carbono inorgânico particulado (PIC) na forma de carbonato de cálcio (calcita ou aragonita, CaCO3). Esse CaCO3 forma partes duras do corpo, como conchas. A formação dessas conchas aumenta o CO2 atmosférico devido à produção de CaCO3 na seguinte reação com estequiometria simplificada:thumb| na superfície do mar|290x290px
Ca2+ + 2HCO3− ⇌ CaCO3 + CO2 + H2O Os cocolitóforos, um grupo quase ubíquo de fitoplâncton que produz conchas de carbonato de cálcio, são os principais contribuintes para a bomba de carbonato. Devido à sua abundância, os cocolitóforos têm implicações significativas na química do carbonato, nas águas superficiais que habitam e no oceano abaixo: eles fornecem um importante mecanismo para o transporte descendente de CaCO3. O fluxo de CO2 entre o ar e o mar induzido por uma comunidade biológica marinha pode ser determinado pela proporção de afundamento – a proporção de carbono de carbonato de cálcio em comparação com o carbono orgânico em material particulado que afunda para o fundo do oceano (PIC/POC). A bomba de carbonato atua como uma retroalimentação negativa no CO2 absorvido pelo oceano pela bomba de solubilidade. Ela ocorre com menor magnitude do que a bomba de solubilidade.
A bomba de carbonato é às vezes referida como o componente de "tecido duro" da bomba biológica. Alguns organismos marinhos de superfície, como cocolitóforos, produzem estruturas duras de carbonato de cálcio, uma forma de carbono inorgânico particulado, fixando bicarbonato. Essa fixação de DIC é uma parte importante do ciclo do carbono oceânico.
Ca2+ + 2 HCO3− → CaCO3 + CO2 + H2O
Enquanto a bomba de carbono biológica fixa carbono inorgânico (CO2) em na forma de açúcar (C6H12O6), a bomba de carbonato fixa bicarbonato inorgânico e causa uma liberação líquida de CO2. Dessa forma, a bomba de carbonato pode ser chamada de bomba contrária de carbonato. Ela trabalha contra a bomba biológica, contrabalançando o seu fluxo de CO2.thumb|A alternância entre mares de calcita e aragonita ao longo do tempo geológico|esquerda|270x270px
Mares de calcita e aragonita Um contém aragonita e calcita com alto teor de magnésio como os principais precipitados de carbonato de cálcio inorgânico. As condições químicas da água do mar devem ter um teor de magnésio notavelmente alto em relação ao cálcio (alta razão Mg/Ca) para que um mar de aragonita se forme. Isso contrasta com um , no qual a água do mar com baixo teor de magnésio em relação ao cálcio (baixa razão Mg/Ca) favorece a formação de calcita com baixo teor de magnésio como o principal precipitado de carbonato de cálcio inorgânico marinho.
Os oceanos do início do Paleozoico e do meio ao final do Mesozoico eram predominantemente mares de calcita, enquanto os períodos do meio do Paleozoico ao início do Mesozoico e o Cenozoico (incluindo hoje) são caracterizados por mares de aragonita.
Mares de aragonita ocorrem devido a vários fatores, sendo o mais óbvio uma alta razão Mg/Ca na água do mar (Mg/Ca > 2), que ocorre durante intervalos de baixa expansão do fundo oceânico. No entanto, o nível do mar, a temperatura e o estado de saturação de carbonato de cálcio do sistema circundante também determinam qual polimorfo de carbonato de cálcio (aragonita, calcita com baixo teor de magnésio, calcita com alto teor de magnésio) será formado.thumb| Vista aérea de uma nuvem de precipitação de um evento de branqueamento no Lago Ontário|290x290px
Da mesma forma, a ocorrência de mares de calcita é controlada pelo mesmo conjunto de fatores que controlam os mares de aragonita, sendo o mais óbvio uma baixa razão Mg/Ca na água do mar (Mg/Ca < 2), que ocorre durante intervalos de rápida expansão do fundo oceânico.
Eventos de branqueamento Um evento de branqueamento é um fenômeno que ocorre quando uma nuvem suspensa de carbonato de cálcio em grãos finos precipita em corpos d'água, geralmente durante os meses de verão, como resultado da atividade microbiológica fotossintética ou perturbação do sedimento. O fenômeno recebe seu nome pela cor branca e calcária que confere à água. Esses eventos ocorrem em águas temperadas e tropicais e podem se estender por centenas de metros. Eles também podem ocorrer em ambientes marinhos e de água doce. A origem dos eventos de branqueamento é debatida na comunidade científica, e não está claro se há uma causa única e específica. Geralmente, acredita-se que resultem da ressuspensão de sedimentos do fundo ou do aumento da atividade de certos microrganismos, como o fitoplâncton. Como os eventos de branqueamento afetam a química aquática, as propriedades físicas e o ciclo do carbono, estudar os mecanismos por trás deles tem relevância científica em várias maneiras.thumb| |370x370px Cinturão de Calcita do Sul O (GCB) do Oceano Antártico é uma região com elevada concentração de calcita no oceano superior durante o verão, derivada de cocolitóforos, apesar da região ser conhecida pela predominância de diatomáceas. A sobreposição de dois grandes grupos de fitoplâncton, cocolitóforos e diatomáceas, nos sistemas frontais dinâmicos característicos dessa região fornece um ambiente ideal para estudar as influências ambientais na distribuição de diferentes espécies dentro desses grupos taxonômicos.
thumb|left| Progressão sazonal potencial ocorrendo no Grande Cinturão de Calcita, permitindo que cocolitóforos se desenvolvam após a principal floração de diatomáceas. Note que as imagens de fitoplâncton não estão em escala|310x310px