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O rápido aumento das concentrações atmosféricas de CO2, devido à atividade antropogénica, está a alterar o clima da Terra e a transformar a química oceânica, com implicações profundas para os ecossistemas marinhos. Deste modo, para cumprir as metas estabelecidas no Acordo de Paris de manter o aumento da temperatura global abaixo dos 2°C (idealmente 1.5°C), não podemos depender exclusivamente da redução de emissões, sendo necessária a remoção ativa de dióxido de carbono da atmosfera. Entre as estratégias emergentes de remoção de carbono (CDR), o aumento da alcalinidade do oceano, denominado Ocean Alkalinity Enhancement (OAE), tem ganho destaque devido ao seu potencial para aumentar a capacidade de tampão do oceano de forma a reforçar a captura de CO2 a longo prazo. Contudo, a implementação em larga escala exige uma compreensão clara das consequências biogeoquímicas e das respostas ecológicas das comunidades microbianas marinhas, que desempenham um papel central na produtividade oceânica e nos ciclos biogeoquímicos globais. Esta tese investigou os impactos da OAE em comunidades microbianas marinhas naturais, com particular ênfase nas interações entre fitoplâncton e bactérias e no funcionamento do ciclo marinho do enxofre. Ao longo de uma série de estudos experimentais realizados no Atlântico Norte (Açores) e no Mar do Norte (Helgoland), examinou-se como diferentes formas de adição de alcalinidade, regimes nutricionais e tipos de aplicação influenciam a composição e a biomassa das comunidades microbianas, a atividade enzimática extracelular, os hidratos de carbono e a produção e tranformação de dimetilsulfoniopropionato (DMSP) e dimetilsulfureto (DMS). Os resultados forneceram informações sobre a forma como a OAE pode alterar a dinâmica das redes tróficas microbianas e os processos biogeoquímicos em condições atuais e sob cenários de alteração na disponibilidade de nutrientes. De forma a interpretar plenamente estas respostas ao nível do ecossistema, é essencial caracterizar os grupos taxonómicos envolvidos. Nesse sentido, esta tese incluiu também o isolamento e a descrição taxonómica de Brachybacterium atlanticum, uma nova espécie bacteriana recolhida ao largo da Ilha Terceira. Em conjunto, estes estudos oferecem uma avaliação abrangente das respostas microbianas à OAE e contribuem com conhecimento ecológico essencial para a avaliação da segurança, viabilidade e limites ambientais das abordagens de CDR baseadas em alcalinidade.