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Ciclos Biogeoquímicos

 

CICLOS DA MATÉRIA

A energia no ecossistema

A existência da comunidade de um ecossistema está ligada à energia necessária à sobrevivência dos seres vivos a ela pertencentes. De maneira geral, num ecossistema, existem vegetais capazes de realizar fotossíntese. Deles dependem todos os demais seres vivos. O Sol é a fonte de energia utilizada pelos vegetais fotossintetizantes, que transformam a energia solar em energia química contida nos alimentos orgânicos. Durante a realização das reações metabólicas dos seres vivos, parte da energia química se transforma em calor, que é liberado para o ecossistema. Assim a energia segue um fluxo unidirecional.

A energia flui unidirecionalmente ao longo do ecossistema e é sempre renovada pela luz solar. A matéria orgânica, porém, precisa ser reciclada e nesse processo participam os seres vivos. Em qualquer ciclo existe a retirada do elemento ou substância de sua fonte, utilização por seres vivos e devolução para a sua fonte. Os mais importantes ciclos da matéria são o da água, o do carbono e o do nitrogênio.

Ciclo do carbono

O carbono existente na atmosfera na forma de CO2 , entra na composição das moléculas orgânicas dos seres vivos a partir da fotossíntese, e a sua devolução ao meio ocorre pela respiração aeróbica, pela decomposição e pela combustão da matéria orgânica.

Ciclo do Oxigênio

No ecossistema, o elemento oxigênio captado pelos seres vivos provém de três fontes principais: gás oxigênio (O2), gás carbônico (CO2) e água (H2O).

O O2 é captado por plantas e animais e utilizado na respiração. Nesse processo, átomos de oxigênio se combinam com átomos de hidrogênio, formando moléculas de água. A água formada na respiração é em parte eliminada para o ambiente através da transpiração, da excreção e das fezes, e em parte utilizada em processos metabólicos. Dessa forma os átomos de oxigênio incorporados à matéria orgânica podem voltar à atmosfera pela respiração e pela decomposição do organismo, que produzem água e gás carbônico.

A água também é utilizada pelas plantas no processo da fotossíntese. Nesse caso, os átomos de hidrogênio são aproveitados na síntese da glicose, enquanto os de oxigênio são liberados na forma de O2.

O oxigênio presente no CO2 poderá voltar a fazer parte de moléculas orgânicas através da fotossíntese.

Ciclo do Nitrogênio

O nitrogênio é um elemento indispensável para os seres vivos, fazendo parte das moléculas de aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos. Acontece que embora esteja presente em grande quantidade no ar , constituindo o gás nitrogênio (N2), poucos seres vivos o assimilam nessa forma. Apenas algumas bactérias, principalmente as cianobactérias, conseguem captar o N2, utilizando-o na síntese de moléculas orgânicas nitrogenadas. Essas bactérias são chamadas fixadoras de nitrogênio.

Os microorganismos fixadores de nitrogênio, quando morrem, liberam no solo nitrogênio sob a forma de amônia (NH2). As bactérias do gênero Nitrosomonas transformam essa substância em nitritos (HNO2), obtendo energia no processo.

O nitrito (tóxico para as plantas) é transformado pelas bactérias do gênero Nitrobacter em nitratos (HNO3). O nitrato é a fonte de nitrogênio mais aproveitada.

Na fixação, entram as bactérias fixadoras de nitrogênio, entre elas as do gênero Rhizobium, que vivem em nódulos de raízes de leguminosas, que inclui o feijão, a soja, etc. Essa bactérias fixam o nitrogênio do ar e fornecem parte dele à planta hospedeira. Esta, oferece abrigo e substâncias que as bactérias necessitam. É um exemplo de mutualismo.

A devolução do nitrogênio à atmosfera é feita pela ação das bactérias denitrificantes. Elas transformam os nitratos do solo em gás nitrogênio, que volta à atmosfera, fechando o ciclo.

CIRCULAÇÃO DA MATÉRIA NA NATUREZA

Todos os elementos químicos naturais apresentam um movimento dinâmico nos ecossistemas transitando constantemente entre o meio físico e os organismos.

OS CICLOS MAIS IMPORTANTES SÃO:

CICLO DA ÁGUA
CICLO DO CARBONO
CICLO DO OXIGÊNIO
CICLO DO NITROGÊNIO

O homem através de suas ações interage consideravelmente em todos os ciclos biogeoquímicos.

Isso traz uma série de problemas ambientais, que serão estudados dentro de cada uma dos ciclos a seguir:

O HOMEM AFETA O CICLO DA ÁGUA DE DUAS FORMAS

QUALITATIVAMENTE
QUANTITATIVAMENTE

DESTRUIÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO

CAUSA

EMISSÃO DE POLUENTES (ESPECIALMENTE DE CFC)

CONSEQUÊNCIA

Passagem de radiação ultravioleta pela atmosfera causando câncer de pele, catarata, destruição do plâncton.

AQUECIMENTO GLOBAL

Após a revolução industrial, a emissão de poluentes derivados da queima de combustíveis fósseis têm aumentado surpreendentemente.

Milhões de toneladas lançadas anualmente na atmosfera, principalmente pelos paises industrializados, tem intensificado o efeito estufa. Isso é, os poluentes permitem a passagem de luz até a superfície terrestre mas, aprisiona o calor emanado por essa superfície, alterando a temperatura média do planeta.

Junto com o CO2, poluentes com SO2 e óxido de nitrogênio são produzidos pela combustão do petróleo e carvão. Esses últimos podem reagir com a água da atmosfera levando à formação da chuva ácida (PH < 5).

A chuva ácida destrói monumentos, plantações, bosques e podem afetar a produção pesqueira de alguns lagos. As correntes de ar podem carregar esses poluentes para áreas distantes do local de emissão. É portanto, um problema de interesse global.

PETRÓLEO E ECOSSISTEMAS AQUÁTICOS

O petróleo derramado pelos oceanos (veja o caso do acidente provocado pela PETROBRÁS na Baia de Guanabara, 1,8 milhão de litros de óleo no mar), provoca:

Morte do plancto pela obstrução da passagem da luz;
Intoxicação dos organismos aquáticos;
Impregnação de brânquias e penas afetando a fauna marinha.

CICLO DO NITROGÊNIO

O nitrogênio é o gás mais abundante da atmosfera.
O nitrogênio compõe proteínas, DNA, RNA, vitaminas, clorofila, ATP e outros compostos orgânicos de grande importância.
Os únicos seres que fixam o nitrogênio são bactérias, cianobactérias e fungos por apresentarem enzimas apropriadas para essa função.
Como plantas e animais conseguem obter o nitrogênio necessário para comporem suas moléculas?

As bactérias são as principais personagens do ciclo do nitrogênio.

Veja alguns tipos mais comuns:

Fixadoras

AÇÃO: N2 >>> NO3--

Vivem livres no solo ou em associação com leguminosas formando o que se chama BACTERIORRIZA.

Denitrificantes

AÇÃO: NO3-- >>> N2

Vivem no solo e ajudam a equilibrar o ciclo.

Decompositoras

AÇÂO: Matéria Orgânica >>> NH2

Nitrificantes

- As queimadas trazem que tipo de prejuízo para o ciclo do nitrogênio?

- O que é proteção de culturas?

- Por que no sertão se planta feijão junto com o milho?

Fonte: www.rainhadapaz.g12.br

Ciclos Biogeoquímicos

Materialmente a Terra é um sistema quase fechado; muito pouca matéria entra ou sai; as transformações sobre ou dentro dela precisam vir de combinações de matéria já existente. Energeticamente, contudo, a Terra é um sistema aberto. Recebe energia constante do sol que precisa re-irradiar de volta para o espaço a fim de manter uma temperatura controlada. A energia flui para a terra e retorna para fora novamente. A matéria precisa fluir em ciclos.

Os elementos necessários à vida - água, carbono, oxigênio, nitrogênio, etc. - passam por ciclos biogeoquímicos que mantêm sua pureza e a capacidade de serem aproveitados pelas coisas vivas.

A biogeoquímica é o estudo das trocas de materiais entre os componentes vivos (biótica) e não vivos (abiótica).

Os principais ciclos biogeoquímicos da natureza são:

Ciclo da água (H2O)

O ciclo da água é movido pela energia solar. Esta energia faz evaporar a água dos oceanos, dos lagos, dos rios e das superfícies úmidas do solo e provoca transpiração das folhas e dos corpos de outros organismos vivos.

As moléculas de água vão da superfície terrestre para a atmosfera, onde, junto com outros compostos moleculares, dão origem às nuvens. O retorno dessa água para a superfície se dá na forma líquida (chuva) ou na forma sólida (neve, granizo).

Quando a chuva ou a neve atingem o chão, uma parte é absorvida pelo solo, onde forma os lençóis subterrâneos, ou é absorvida pelas plantas. O restante forma a água de escoamento que se junta às nascentes e às fontes de lençóis freáticos para formar os lagos e os rios que alimentam os oceanos, fechando assim o ciclo da água.

Ciclo do carbono (C)

O carbono é o elemento essencial na composição da matéria orgânica. Depois da água, é o elemento que entra em maior quantidade na constituição dos organismos vivos. O ciclo do carbono envolve um estágio sólido e um gasoso. O estágio sólido representa o carbono encerrado nas rochas (pedras calcárias) e nos combustíveis fósseis, como hulha e petróleo, fixados pela fotossíntese durante milhões de anos.

Quando estes são queimados, ou através de atividades vulcânicas, o carbo, sob a forma de CO2 (dióxido de carbono), é transferido para a atmosfera. A respiração dos organismos vivos, a decomposição de organismos mortos, a queima de combustíveis dos veículos automotivos e das máquinas a motor também contribuem com CO2 para a atmosfera. Nos vegetais, o carbono entra na forma de CO2 pelas folhas, através dos estômatos, no processo fotossintético. Também na forma de CO2 sai pela respiração dos vegetais, dos animais e dos decompositores.

Ciclo do nitrogênio (N2)

O nitrogênio constitui aproximadamente 79% de nossa atmosfera.Os organismos vivos, excetuando-se algumas bactérias e algas, não conseguem fixá-lo diretamente na forma como o encontram no ar. Através de fenômenos eletroquímicos (raios) e fotoquímicos (sol), o N2 combina-se com o oxigênio e a água da atmosfera, formando os nitratos (NO3) - forma mais utilizada pelas plantas - que se precipitam para o solo.

As plantas dependem do nitrato contido no solo para seu crescimento. Essa forma de nitrogênio inorgânico transfere-se para o organismo animal pela alimentação.

O nitrogênio é um dos elementos mais importantes para a constituição das células e, portanto, de todos os seres vivos. Participa obrigatoriamente das moléculas de proteínas e de outros compostos orgânicos essenciais à vida.

Durante suas vidas, as aves os répteis e os insetos eliminam resíduos nitrogenados na forma de ácido úrico. Os mamíferos excretam os restos nitrogenados na forma de uréia. Com a morte desses seres, os compostos nitrogenados são decompostos em substâncias simples por organismos que habitam o solo. AS bactérias decompositoras agem, liberando o nitrogênio na forma de amônia (NH2) que se transforma em nitritos (NO2) e estes em nitratos (NO3), que podem ser reaproveitados pelos vegetais ou, sob a ação de outras bactérias, são transformados em N2 livre, retornando à atmosfera e fechando assim o ciclo.

Ciclo do oxigênio (O2)

O oxigênio representa cerca de 21% do ar atmosférico, sendo de vital importância para os seres vivos, quer usado nos processos energéticos, quer nos processos respiratórios.

As únicas fontes que convertem o CO2 em O2 (oxigênio) são os vegetais clorofilados realizadores de fotossíntese.

Desse O2 livre produzido, uma parte é absorvida pelos seres vivos através do processo da respiração e devolvida à atmosfera sob a forma de CO2 e H2O, isto é, oxigênio combinado. Outra parte é dissolvida nas águas que também possuem O2 livre proveniente da atividade fotossintetizadora de algas e de outros vegetais aquáticos. Quando a temperatura da água se eleva ou ocorre saturação de O2, ela começa desprendê-lo, retornando à atmosfera parte desse oxigênio dissolvido.

Ciclo do fósforo (P)

O fósforo constitui um importante componente da substância viva, além de estar ligado ao metabolismo respiratório e fotossintético. Daí seu uso com adubo.

Na natureza é um elemento encontrado em pequena quantidade em relação às necessidades dos seres vivos e seu grande reservatório são as rochas fosfatadas.

A erosão do solo pelas águas ou pelos ventos desagrega essas rochas e esses fósforo mineral é levado para os oceanos. Uma grande parte é sedimentada nas profundezas e não será aproveitada. A pequena parte aproveitada pelos seres marinhos, entre eles certas aves marinhas, é restituída ao solo, de onde pode novamente ser retirado pela plantas.

O organismo animal entra no ciclo ao se alimentar desses vegetais. Após sua morte ou por excreções (fezes, urina) lançadas por esses organismos durante sua vida, os compostos contendo fósforo retornam ao solo onde são decompostos por bactérias e fungos, fechando assim seu ciclo.

Ciclo do enxofre (S)

É um ciclo que envolve um estágio sólido e um gasoso onde os organismos (especialmente os microorganismos), que obtêm energia a partir da oxidação química de compostos inorgânicos, exercem papéis fundamentais. Processos geoquímicos e metereológicos tais como erosão, lixiviação (arraste por lençóis freáticos) e ação da chuva são importantes na recuperação do enxofre dos sedimentos mais profundos.

Quando as plantas e os animais mortos são decompostos pelos microorganismos saprófitos aeróbios e anaeróbios, destes últimos desprende-se gás sulfídrico (h2S). Parte desse gás é reconvertidaem sulfato por bactérias sulfurosas especializadas. A outra parte é transformada em enxofre (S) por certas bactérias que obtêm sua energia a partir dessa transformação química.

Assim, os ciclos biogeoquímicos combinam-se para formar um mecanismo de controle complexo que mantém condições favoráveis à vida.

Fonte: www.pr.gov.br

Ciclos Biogeoquímicos

Nitrogênio

Os animais obtêm nitrogênio para a elaboração das proteínas essenciais à vida a partir dos vegetais ou de outras proteínas animais presentes nos alimentos, enquanto as plantas sintetizam suas proteínas a partir de compostos nitrogenados inorgânicos que retiram do solo e, até certo ponto, do nitrogênio livre na atmosfera.

O nitrogênio é um ametal do grupo Va da tabela periódica, de símbolo químico N. É o elemento mais abundante da atmosfera terrestre e está presente em todos os seres vivos. Apresenta dois isótopos estáveis e forma o gás nitrogênio (N2), insípido, inodoro e incolor. Por sua alta energia de ligação, o nitrogênio molecular não reage facilmente com outras substâncias e, sob condições normais, é relativamente inerte à maioria dos reagentes.

Atribui-se a Daniel Rutherford a descoberta do nitrogênio em 1772, porque o cientista foi o primeiro a publicar suas descobertas, mas, na Grã-Bretanha, os químicos Joseph Priestley e Henry Cavendish e, na Suécia, Carl Wilhelm Scheele também descobriram o elemento na mesma época. Lavoisier, o primeiro a reconhecer que se tratava de um elemento químico independente e a identificá-lo em certos compostos minerais, deu-lhe o nome de azoto (do grego a, “sem”, e zoe, “vida”) em razão de sua incapacidade para manter a vida e alimentar a combustão. O nome nitrogênio foi criado em 1790, por Jean-Antoine Chaptal, após a descoberta de sua relação com o ácido nítrico.

Ocorrência:

Entre os elementos, o nitrogênio é o sexto em abundância no universo. Constitui cerca de 78% do volume atmosférico. Encontra-se nitrogênio livre em muitos meteoritos, nos gases de vulcões, minas e em algumas fontes minerais, no Sol, em estrelas e nebulosas. Em combinação com outros elementos, ocorre nas proteínas; no salitre do Chile (nitrato de sódio, NaNO3), muito usado como fertilizante; na atmosfera, na chuva, no solo e no guano (adubo natural formado a partir da decomposição dos excrementos e cadáveres de aves marinhas), sob a forma de amônia e sais de amônio; e na água do mar, como íons de amônio (NH2+), nitrito (NO2¯) e nitrato (NO3¯).

Obtenção:

A produção comercial de nitrogênio se realiza por destilação fracionada do ar líquido, mediante a qual se elimina o oxigênio da mistura. Esse processo é possível graças à grande diferença entre os pontos de ebulição de ambos os elementos. Em escala reduzida, o nitrogênio puro é obtido em laboratório por inúmeras reações de oxidação da amônia e seus derivados ou por redução de compostos oxigenados do nitrogênio. Entre os mais comuns, citam-se a decomposição térmica do dicromato de amônio e do nitrito de amônio.

Aplicações:

Quase inerte, o nitrogênio gasoso se emprega na indústria química como solvente, como protetor de outros produtos contra eventuais riscos de oxidação ou deterioração ou como inibidor de possíveis combustões e explosões.

Na indústria alimentícia, é utilizado em estado gasoso para prevenir a oxidação e o aparecimento de mofo ou insetos. Em estado líquido, é usado nos sistemas de refrigeração e como congelante seco. O baixo ponto de ebulição do nitrogênio recomenda seu uso como agente criogênico para a maioria das substâncias químicas e proporciona valiosos dados sobre o comportamento da matéria a baixas temperaturas.

As indústrias metalúrgica e elétrica recorrem ao nitrogênio para prevenir a oxidação. O caráter estável e a baixa reatividade do nitrogênio gasoso recomendam seu emprego no fabrico de espumas de borracha e plásticos, na obtenção de aerossóis e na pressurização de propulsores líquidos para jatos de reação. Na medicina, a substância também é largamente aproveitada, por seu rápido congelamento, como conservante de sangue, sêmen, tecidos, bactérias etc.

Ciclo do nitrogênio

O nitrogênio é um dos elementos indispensáveis à vida. Incapazes de assimilar nitrogênio livre ou proveniente de compostos inorgânicos, os animais retiram-no de outros animais ou de vegetais, estes sim capazes de assimilar compostos nitrogenados inorgânicos extraídos do solo.

O consumo do nitrogênio do solo se compensa pela adição de fertilizantes ou por processos naturais: o nitrogênio do ar pode ser fixado por meio de descarga elétrica na atmosfera; forma-se ácido nítrico, que é conduzido pela chuva ao solo, onde forma nitratos.

Outra forma de fixação do nitrogênio pode ser observada em dois tipos de bactérias:

1) as do gênero Rhizobium, que se alojam nos nódulos das raízes das leguminosas e sintetizam, com o nitrogênio do ar, compostos orgânicos nitrogenados utilizados pela planta na síntese das proteínas.

2) as saprófitas (Azotobacter e Clostridium), que combinam o nitrogênio atmosférico com carboidratos. Na decomposição de restos animais e vegetais, o nitrogênio dos mesmos se transforma principalmente em amônia (amonificação), por ação das bactérias amonificantes. A amônia formada pode ser atacada pelas bactérias nitrificantes, para produzir nitrito. Este, sob a ação das Nitrobacter, passa a nitrato. As bactérias desnitrificantes podem reduzir nitratos novamente a nitrogênio, que retorna à atmosfera.

Fixação do nitrogênio:

Como as jazidas de salitre do Chile têm capacidade limitada, tornou-se necessário utilizar o nitrogênio atmosférico, que é praticamente inesgotável. Esse aproveitamento exige a fixação do nitrogênio, isto é, sua combinação com outros elementos.

Método da descarga elétrica:

A passagem de uma descarga elétrica através do ar provoca a combinação do nitrogênio com o oxigênio para formar NO, que passa depois a NO2. O NO2 dissolvido em água produz ácido nítrico. Em água de cal produz nitrato de cálcio.

Método da cianamida cálcica:

Submetido a temperatura elevada, o nitrogênio produz, com carbureto de cálcio, a cianamida cálcica: CaC2 + N2 =>CaCN2 + C. O carbureto de cálcio se obtém por aquecimento da cal em forno elétrico. O nitrogênio, que deve ter a pureza de pelo menos 99,8%, é obtido do ar líquido.

A hidrólise da cianamida produz amoníaco: CaCN2 + 3H2O =>2NH2 + CaCO3.

Método de cianeto de sódio:

Quando se passa nitrogênio sobre uma mistura de carbono e carbonato de sódio aquecida ao rubro, obtém-se cianeto de sódio, segundo a equação:

Na2CO3 + 4C + N2 =>2NaCN + 3CO.

O ferro age como catalisador. As tentativas de aplicação industrial não obtiveram sucesso.

Método da síntese direta do amoníaco: O nitrogênio combina-se com o hidrogênio, no principal processo de obtenção de NH2, segundo a reação: 2N2 + 3h2 =>2NH2.

Compostos nitrogenados:

O amoníaco (NH2), conhecido pelo odor característico e irritante, é um gás incolor resultante da combinação direta do nitrogênio com o hidrogênio sob temperatura elevada, comercializado normalmente como solução aquosa. Se emprega como fertilizante e como fonte de vários compostos nitrogenados comercialmente importantes. O principal método comercial de síntese de amoníaco é o processo de Haber-Bosch.

Outro composto nitrogenado, o ácido nítrico (HNO3) é um ácido forte, também de larga aplicação científica e industrial. O caráter oxidante, comparável ao do ácido sulfúrico, justifica seu uso nos processos de oxidação-redução de metais para produzir sais (nitratos). Prata, mercúrio e cobre reagem com o ácido concentrado para produzir NO2 e com ácido diluído para dar origem a NO. Ouro, platina, irídio, ródio, lantânio e titânio não são atacados. Misturado ao ácido clorídrico na proporção de um para três, é chamado água-régia, pois ataca os metais nobres, inclusive o ouro.

De menor ação corrosiva, o ácido nitroso não existe em estado puro, mas só em solução resultante da decomposição à temperatura ambiente em óxido, ácido nítrico e água. Os nitritos e nitratos, sais respectivamente derivados dos ácidos nitroso e nítrico, são habitualmente usados em fertilizantes.

Os óxidos nitroso e nítrico são substâncias de alta reatividade, enquanto o dióxido de nitrogênio apresenta maior estabilidade interna. Juntamente com o óxido nítrico, o dióxido de nitrogênio se encontra em pequena proporção na atmosfera. Oriundo de resíduos industriais da indústria química, é um poderoso agente de contaminação ambiental.

Propriedades físicas e químicas do nitrogênio:

Número atômico: 7
Peso atômico: 14,0067
Ponto de fusão: -210º C
Ponto de ebulição: -195,8º C
Densidade (20º): 1,250 g/l
Estados de oxidação: -3, +3, +5
Configuração eletrônica: 1s22s22p3

Fonte: www.tabelaperiodica.hpg.com.br

Ciclos Biogeoquímicos

O nome já diz tudo. Ciclo, pois os elementos em estudo realizam uma volta, uma ciclagem, que envolve a participação de organismos vivos ("bio"), etapas abióticas de escala planetária ("geo") e diversas transformações ou reações químicas.

Um pequeno esforço de memória e os quatro ciclos mais importantes aparecem em sua mente: o da água, o do gás carbônico, o do oxigênio e o do nitrogênio. O da água quase pode ser resumido na palavra evapotranspiração. Só falta a chuva para completar o ciclo.

No ciclo do carbono, devemos lembrar a possibilidade de fixação do elemento nos organismos vivos, sobretudo nas plantas, que fazem uma primeira fixação através da fotossíntese. A respiração, a decomposição e a queima dos organismos devolvem à atmosfera o carbono (no CO2). A queima de combustíveis fósseis também entra nessa categoria de retorno. Lembre-se também de que o CO2 é um grande vilão na questão do efeito estufa.

O ciclo do oxigênio depende do equilíbrio entre fotossíntese e respiração. Não fosse a questão do ozônio (nosso filtro solar natural), esse ciclo provavelmente seria ignorado. Nesse caso, o vilão mais famoso é o CFC, que nas altas camadas da atmosfera (onde está o ozônio) se quebra em Cl+CF. O cloro (Cl) combina-se com o ozônio (O3) e forma O2+ClO.

Finalmente, o ciclo que aparece em 99% das questões de vestibular: o do nitrogênio.

E o motivo é simples: é o que apresenta maior dificuldade por envolver mais etapas e a participação de diferentes tipos de organismo. (Para os pessimistas, o motivo verdadeiro é que é o que tem mais nomes para decorar).

O nitrogênio corresponde a 79% da atmosfera. Nós o usamos nas nossas proteínas, só que não conseguimos retirar nitrogênio (gasoso) diretamente da atmosfera. Só as bactérias fixadoras fazem isso, produzindo amônia, que é então transformada em nitrito e depois em nitrato por outras bactérias (Nitrosomonas e Nitrobacter), sendo este absorvido pelas plantas. O fim do ciclo, com o retorno do N2 à atmosfera, dá-se pela excreção de compostos nitrogenados e pela decomposição dos organismos, seguidas da ação das bactérias desnitrificantes (amônia-N2).

Fonte: www1.uol.com.br

Ciclos Biogeoquímicos

As substâncias são continuamente transformadas durante a composição e a decomposição da matéria orgânica, sem escapar da biosfera. Elas são recicláveis.

Circulação na natureza de substâncias essenciais para a manutenção e reprodução dos organismos vivos. Os principais ciclos são os do carbono, átomos de carbono se incorporam em compostos orgânicos através da fotossíntese (absorvido na forma de nitratos por plantas comidas por animais, produzindo excreção de nitrato, que volta ao solo), da água (evaporação, à chuva, e assim por diante), do oxigênio, e do fósforo.

Os caminhos percorridos ciclicamente entre o meio abiótico e o biótico pela água e pelos elementos químicos carbono, oxigênio e nitrogênio constituem os ciclos biogeoquímicos.

CICLOS BIOGEOQUIMICOS

São processos naturais que reciclam elementos em diferentes formas químicas do meio ambiente para os organismos, e, depois, vice-versa. Água, carvão, oxigênio, nitrogênio, fósforo e outros elementos percorrem estes ciclos, unindo os componentes vivos e não-vivos da Terra.

Sendo a Terra um sistema dinâmico, em evolução, o movimento e a estocagem de seus materiais afetam todos os processos físicos, químicos e biológicos.

Um ciclo biogeoquímico é o movimento ou o ciclo de um determinado elemento ou elementos químicos através da atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera da Terra.

Os ciclos estão intimamente relacionados com processos geológicos, hidrológicos e biológicos.

Como exemplo, pode-se lembrar que um modesto conhecimento sobre o ciclo geológico (aqui referido como um conjunto dos processos responsáveis pela formação e destruição dos materiais da Terra, subdividido em: ciclo hidrológico e ciclo das rochas) é valioso para o conhecimento e compreensão de nosso ambiente, que é intimamente relacionado aos processos físicos, químicos e biológicos. Por exemplo, para avaliar o impacto ambiental de um material perigoso, como a gasolina, que vazou para o subsolo, as propriedades químicas, físicas e biológicas do solo, rochas e água deveriam ser entendidas.

Essa compreensão ajudaria a responder perguntas como: Quão séria foi a contaminação? Quanto o contaminante poderá mover-se? Quanto o dano ambiental poderá ser minimizado?

CICLO DA ÁGUA OU CICLO HIDROLÓGICO

O ciclo hidrológico é dirigido pela energia solar e compreende o movimento da água dos oceanos para a atmosfera por evaporação e de volta aos oceanos pela precipitação que leva à lixiviação ou à infiltração.

Cerca de 97% do suprimento de água está nos oceanos, 2% nas geleiras e muito menos que 1% na atmosfera (0,001%). Aproximadamente 1% do total da água contida nos rios, lagos e lençóis freáticos é adequada ao consumo humano.

A água contida na atmosfera provém de todos os recursos de água doce, através do processo da precipitação.

A água circula no planeta devido às suas alterações de estado que são, principalmente, dependentes da energia solar.

A energia proveniente do Sol não atinge a Terra homogeneamente, mas com maior intensidade no equador do que nos pólos, no verão do que no inverno, e apenas durante o dia. Essa heterogeneidade condiciona movimentos das massas de ar (ventos) e de água (correntes oceânicas), responsáveis por diversas características do clima e de suas alterações.

Apenas 3% da água do planeta não estão nos oceanos. Neles ocorre alta produção de vapor, que é deslocado por ventos até a superfície terrestre, onde a evaporação é menor.

Conforme o vapor de água sobe a atmosfera, ele encontra menor temperatura e pressão, e tende a formar gotículas que constituem nuvens. Quando os movimentos de ar deslocam as nuvens contra uma serra, ela é forçada a subir mais, o que pode provocar sua precipitação, geralmente na forma de chuva ou de neblina. O mesmo ocorre quando uma massa de ar frio (frente fria) encontra uma massa de ar quente e úmido.

A água que se precipita, seja através de chuva, neve, granizo, etc. pode, em sua forma líquida, infiltrar-se no solo e subsolo, ou escoar superficialmente, tendendo sempre a escorrer para regiões mais baixas e podendo, assim, alcançar os oceanos. Nesse percurso e nos oceanos, ela pode evaporar diretamente, como também pode ser captada pelos seres vivos.

Durante a fotossíntese dos organismos clorofilados, a água é decomposta: os hidrogênios são transferidos para a síntese de substâncias orgânicas e o oxigênio constitui o O2 que é liberado.

Durante a respiração, fotossíntese e diversos outros processos bioquímicos, são produzidas moléculas de água.

As plantas terrestres obtêm água do solo pelas raízes, e perdem-na por transpiração. Os animais terrestres que ingerem, e a perdem por transpiração, respiração e excreção.

Através desses processos, a água circula entre o meio físico e os seres vivos continuamente.

CICLO DA ÁGUA

Como a ação humana afeta o ciclo da água?

As ações humanas podem esgotar o fornecimento da água subterrânea, causando uma escassez e o conseqüente afundamento da terra ao extrair-se o líquido. Ao remover a vegetação, a água flui sobre o solo mais rapidamente, de modo que tem menos tempo para ser absorvida na superfície. Isto provoca um esgotamento da água subterrânea e a erosão acelerada do solo.

CICLO DO CARBONO

O C é o elemento básico da construção da vida. C está presente nos compostos orgânicos (aqueles presentes ou formados pelos organismos vivos) e nos inorgânicos, como grafite e diamante. C combina-se e é química e biologicamente ligado aos ciclos do O e H para formar os compostos da vida. CO2 é o composto orgânico de C mais abundante na atmosfera, mas compostos orgânicos como Ch2 ocorrem em menor quantidade. Parte do ciclo do C é inorgânica, e, os compostos não dependem das atividades biológicas. O CO2 é solúvel em água, sendo trocado entre a atmosfera e a hidrosfera por processo de difusão. Na ausência de outras fontes, a difusão de CO2 continua em um outro sentido até o estabelecimento de um equilíbrio entre a quantidade de CO2 na atmosfera acima da água e a quantidade de CO2 na água. CO2 entra nos ciclos biológicos por meio da fotossíntese, e, a síntese de compostos orgânicos constituídos de C, H, O, a partir de CO2 e água, e energia proveniente da luz.

Carbono deixa a biota através da respiração. Processo pelo qual os compostos orgânicos são quebrados, liberando CO2, ou seja, C inorgânico, CO2 e HCO3- são convertidos em C orgânico pela fotossíntese, CO2 é retirado pelas plantas na terra e nos processos com o auxílio da luz solar, através da fotossíntese.

Os organismos vivos usam esse C e o devolvem pelo processo inverso: o da respiração, decomposição e oxidação dos organismos vivos. Parte desse C é enterrado dando origem aos combustíveis fósseis. Quando o carvão (ou petróleo) é retirado e queimado, o C que está sendo liberado (na forma de CO2) pode ter sido parte do DNA de um dinossauro, o qual em breve pode fazer parte de uma célula animal ou vegetal.

Praticamente todo o C armazenado na crosta terrestre está presente nas rochas sedimentares, particularmente como carbonatos. As conchas dos organismos marinhos são constituídas de CaCO3 que esses organismos retiram da água do mar. Quando da morte desses, as conchas dissolvem-se ou incorporam-se aos sedimentos marinhos, formando, por sua vez, mais rochas sedimentares. O processo, de bilhões de anos, retirou a maioria do CO2 da atmosfera primitiva da Terra, armazenando-o nas rochas. Os oceanos, segundo maior reservatório de CO2, em C dissolvido e sedimentado, têm cerca de 55 vezes mais quantidade de CO2 que a da atmosfera. Os solos têm 2 vezes mais que a atmosfera, as plantas terrestres têm aproximadamente à da atmosfera.

Tempo médio de residência de CO2:

Solos - 25 a 30 anos.
Atmosfera -
3 anos;

Oceanos - 1500 anos

A formação dos sedimentos tectônicos contendo CO2 e a subseqüente reciclagem e decomposição nos processos tectônicos têm um tempo de residência de cerca de milhares de anos. A transformação do C presente nos organismos vivos por sedimentação e intemperismo envolve uma escala de tempo similar, embora as magnitudes sejam menores que para os carbonatos. Contudo, tais fluxos naturais estão sendo superados em muito pela quantidade de C que retorna à atmosfera pela queima dos combustíveis fósseis. Esta é a maior perturbação ao ambiente global causada pelo homem. Há ainda o desflorestamento e outras mudanças no uso da terra. Como resultado dessas perturbações, a (CO2)atm foi de 288 ppm, em 1850, para além de 350 ppm, em 1990. O aumento representa cerca de 50% do total de C que entra na atmosfera. A queima de combustíveis fósseis libera para a atmosfera 5 - 6 bilhões de m³ de C/ano, mas só são medidos cerca de 3. De 2 - 3 unidades são "perdidas". Algumas plantas terrestres podem ter respondido ao aumento do (CO2)atm, elevando sua capacidade de fotossíntese.

Cerca de 99,9% de todo o C da Terra está armazenado em rochas, como CaCO3 insolúvel ou proveniente da sedimentação da matéria orgânica. Em última instância, o CO2 extra, proveniente da queima dos combustíveis fósseis, precisa retornar à crosta. A taxa de remoção de C dos oceanos e, em última instância, da atmosfera depende do intemperismo das rochas da crosta para liberar íons metálicos como Ca+2, que formam os carbonatos insolúveis. O aumento do intemperismo deveria responder à variação da temperatura global, pois a maioria das reações químicas é acelerada como o aumento da temperatura. A presença da vida pode, portanto, acelerar o intemperismo devido ao aumento da acidez dos solos devido, por sua vez, ao aumento de CO2 e aos ácidos húmicos produzidos quando da decomposição das plantas. As raízes das plantas também facilitam a destruição física das rochas. Assim, a temperatura global pode estar ligada ao ciclo do C. Adeptos da hipótese Gaia sugerem que a vida na terra exerce controle deliberado sobre a composição da atmosfera, mantendo a temperatura adequada.

Durante o verão, as florestas realizam mais fotossíntese, reduzindo a concentração de CO2. No inverno, o metabolismo da biota libera CO2.

O CICLO DO CARBONATO - SILICATO

Sua grande importância consiste no fato dele contribuir com aproximadamente 80% do total de CO2 trocado entre a parte sólida da Terra e a atmosfera. A troca ocorre há meio bilhão de anos. CO2 atmosférico dissolve-se na água da chuva, produzindo h2CO3. Essa solução ácida, nas águas superficiais ou subterrâneas, facilita a erosão das rochas silicatadas (Si é o elemento mais abundante da crosta terrestre). Entre outros produtos, o intemperismo e a erosão provocam a liberação dos íons Ca2+ e HCO3-, que podem ser lixiviados para os oceanos. Os organismos marinhos ingerem Ca2+ e HCO3- e os usam para construção de suas conchas carbonatadas. Quando esses organismos morrem, as conchas depositam-se, acumulando-se como sedimentos ricos em carbonatos. Esse sedimento de fundo, participando do ciclo tectônico, pode migrar para uma zona cuja pressão e calor fundem parcialmente os carbonatos. A formação desse magma libera CO2 que escapa para a atmosfera pelos vulcões. Aí, pode combinar-se novamente com a água da chuva, completando o ciclo.

O ciclo do carbonato-silicato contribui para a estabilidade da temperatura atmosférica.

Exemplo: se uma mudança climática aumenta a temperatura do oceano, a taxa de evaporação de água para a atmosfera aumenta e, conseqüentemente, a quantidade de chuva. Aumentando-se as precipitações, aumenta-se o intemperismo, e assim, o fluxo de Ca2+ e HCO3- para o mar. Os organismos marinhos retiram esses íons da água e quando morrem contribuem para os grandes estoques de C dos sedimentos marinhos. O resulto líquido é a remoção do CO2 atmosférico. Assim, uma menor quantidade da energia emitida pela superfície terrestre é aprisionada e a atmosfera resfria-se, completando o ciclo de contribuição negativa para o aumento da temperatura da atmosfera.

Cadeias de átomos de carbono, ligado uns aos outros, são características das moléculas orgânicas. A glicose, por exemplo, é constituída por uma cadeia de seis átomos de carbono, em torno da qual se arranjam seis átomos de oxigênio e doze de hidrogênio (C6H62O6).

Em uma teia alimentar, são os produtores que originam as substâncias orgânicas. Os consumidores e decompositores apenas transformam a matéria orgânica obtida do nível trófico anterior.

São os produtores, portanto, que retiram carbono do reservatório abiótico e o introduzem no meio biótico. É do CO2 (gás carbônico ou dióxido de carbono) que o carbono é retirado, através principalmente da fotossíntese, sendo então incorporado às substâncias orgânicas. Esse processo é denominado fixação de CO2.

O carbono integrado às substâncias orgânicas pode ter como destino:

Ficar incorporado aos tecidos vivos, constituindo estruturas ou participando de processos bioquímicos. O carbono pode, assim, passar de um nível trófico para o seguinte;
Retornar ao meio físico na forma de CO2, quando a substância orgânica é utilizada como fonte de energia na respiração aeróbia de produtores, consumidores e decompositores.
Note que as duas possibilidades acima ocorrem, simultaneamente, em cada ser vivo. Após sua morte, os tecidos serão lentamente decompostos, liberando-se assim o carbono remanescente.
Em certas condições a matéria orgânica pode ficar protegida da ação dos decompositores, sofrendo então lentas transformações químicas. Assim se originaram os depósitos de carvão e petróleo. Quando queimados, esses combustíveis fósseis liberam CO2, devolvendo à atmosfera átomos de carbono que há milhões de anos compunham tecidos vivos.

CICLO DO NITROGÊNIO

N é essencial para todas as formas de vida, pois está presente na estrutura dos aminoácidos. A vida mantém o N na forma molecular, N2, na atmosfera em quantidade maior que NH2 ou em óxidos, N2O, NO e NO2, ou em compostos com H, NH, HNO2 e HNO3. N2 é pouco reativo, tendendo a formar pequenos compostos inorgânicos. A maioria dos organismos não pode usar N2 diretamente sendo necessária muita energia para quebrar a ligação N - N.

Uma vez isolados, os átomos de N podem converter-se em amônia, nitrato ou aminoácidos: o processo chama-se fixação e só ocorre por ação da luz ou da vida, sendo o último o grande responsável.

O processo biológico é tão importante, que várias plantas estabelecem uma simbiose com bactérias capazes de fixar nitrogênio. A diminuição de nitrogênio em solos agrícolas pode ser reduzida por rotação de culturas.

Ex: soja, que fixa N, pode estar em rotatividade com milho, que não fixa, e, assim, aumentar a fertilidade do solo. Se as bactérias apenas fixassem nitrogênio, N2 seria removido da atmosfera.

As bactérias também realizam o processo inverso: a imobilização. Tanto a remoção de N2, como a incorporação são processos controlados por bactérias. N é fertilizante e contaminante das águas subterrâneas.

Fontes industriais e descargas elétricas podem fixar N. N fixo significa N não ligado, ou seja, N atômico. Fixação industrial é hoje a maior fonte de N. Óxidos de N são formados a altas temperaturas quando N2 e O2 estão presentes. Os óxidos de N são a maior fonte poluidora proveniente dos automóveis. N2O diminui a camada de O3 na estratosfera. N é ao mesmo tempo essencial e tóxico. É essencial a todas as formas de vida e participa de vários processos industriais, liberando produtos tóxicos.

O nitrogênio participa das moléculas de proteínas, ácidos nucléicos e vitaminas. Embora seja abundante na atmosfera (78% dos gases), a forma gasosa (N2) é muito estável, sendo inaproveitável para a maioria dos seres vivos. O processo que remove N2 do ar e torna o nitrogênio acessível aos seres vivos é denominado fixação do nitrogênio.

A fixação de N2 em íons nitrato (NO3-) é a mais importante, pois é principalmente sob a forma desse íon que as plantas absorvem nitrogênio do solo.

A fixação pode ocorrer por processos físicos, como sob ação de relâmpagos durante tempestades, e também por processos industriais, quando se criam situações de altíssima pressão e temperatura para a produção de fertilizantes comerciais. A fixação biológica, porém, é a mais importante, representando 90% da que se realiza no planeta.

A fixação biológica do nitrogênio é realizada por bactérias de vida livre no solo, por bactérias fotossintéticas, por cianofíceas (algas azuis), e principalmente por bactérias do gênero Rhizobium, que somente o fazem quando associadas às raízes de plantas leguminosas - soja, alfafa, ervilha, etc. Nessas raízes formam-se nódulos densamente povoados pelas bactérias, onde ocorre a fixação de N2 até a formação de nitrato. Essas plantas podem assim desenvolver-se mesmo em solos pobres desse íon.

Além da atmosfera, outro reservatório de nitrogênio é a própria matéria orgânica. Os decompositores que promovem a putrefação transformam compostos nitrogenados em amônia (NH2), processo denominado amonificação.

As bactérias Nitrosomonas transformam a amônia em nitrito (NO2-) (nitrosação) e as Nitrobacter o transformam em nitrato (nitratação). Esse processo todo é denominado nitrificação, e estas bactérias são conhecidas genericamente como nitrificantes.

O retorno do nitrogênio á atmosfera é promovido no processo de desnitrificação, realizado por bactérias desnitrificantes, que transformam o nitrato em nitrogênio gasoso (N2).

O solo, fonte de nitrato para as plantas terrestres, é também importante exportador de sais para os ecossistemas aquáticos, geralmente veiculados pela água de chuvas.

CICLO DO FÓSFORO

P é um dos elementos essenciais à vida, é um nutriente limitante do crescimento de plantas, especialmente em ambientes aquáticos e, por outro lado, se presente em abundância causa sérios problemas ambientais. Se, por exemplo, grande quantidade de P, geralmente utilizado como fertilizante e em detergentes, entra em um lago (principalmente se este for o caso), esse nutriente pode causar aumento da população de bactérias e algas verdes (fotosssintéticas). Devido ao crescimento intenso, esses organismos podem cobrir toda a superfície do lago, inibindo a entrada de luz e provocando, conseqüentemente a morte de plantas que vivem abaixo da superfície. Quando as plantas subsuperficiais morrem, assim como as algas e bactérias superficiais, todas são consumidas por outras bactérias que usam o CO2 dissolvido no lago ao se alimentares. Se o nível de O2 tornar-se muito baixo, a vida aquática fica comprometida. Os peixes morrerão e desenvolver-se-ão bactérias anaeróbias.

Fonte: www.coladaweb.com

Ciclos Biogeoquímicos

CICLOS DA ÁGUA, CARBONO E NITROGÊNIO

A matéria apresenta um movimento cíclico na natureza. Ela está sendo reaproveitada.

HIDROLOGIA

A água entra nos vegetais pelas raízes.
A água sai dos vegetais – transpiração, sudação, que ocorre pelas folhas através dos estômatos.
Os animais aproveitam a água quando bebem diretamente ou comem qualquer tipo de alimento. Os animais devolvem-na para a atmosfera: transpiração, respiração, excreção e gestão.

Ciclo do Carbono

Importância: Elemento fundamental nas substâncias orgânicas.=
Fonte:
CO²atmosférico.
Aproveitamento pelo vegetal:
Na forma de CO2 que entra pêlos estômatos (folha). Pela fotossíntese forma inicialmente carbohidratos; posteriormente lípides e proteínas
Saída de carbono do vegetal:
CO2 da respiração; CO2 da fermentação; quando é comido; quando morre (decomposição).
Aproveitamento do carbono pelo animal:
Quando come diretamente o vegetal. Entra na forma de carbono orgânico.
Saída de carbono do reino animal:
CO2 respiração; quando é comido; quando morre (decomposição).

Ciclo do Oxigênio

Importância: Processos energéticos – Respiração – É comburente.
Fonte:
O2 atmosférico.
Aproveitamento pêlos vegetais:
Pelas folhas (estomatos) na forma de O2
Saída de oxigênio nos vegetais
: Através da fotossíntese.
Aproveitamento de oxigênio pelos animais:
Fixação direta de O2 da atmosfera pela respiração. O oxigênio é devolvido combinado com o carbono na forma de CO2.

Ciclo do Nitrogênio

Importância: Formação de proteínas.
Fonte:
Apesar de existir grande quantidade de nitrogênio no ar 79%, os seres vivos não possuem a capacidade de fixá-lo na forma de N2 atmosférico.
Exceção:
Certas bactérias gênero Nitrobacter, Rhizobium, certas algas azuis (Cianofíceas) fixam diretamente o nitrogênio do ar.
Rhizobium – Leguminosa:
As bactérias do gênero Rhizobium vivem em mutualismo com os vegetais da família das leguminosas – formando os nódulos radiculares.

Fenômeno Transformação Bactéria

Amonização N.org ==> NH2 Decompositor
Nitrosação NH2 ==> NO2 Nitrosomanos
Nitratação NO2 ==> NO3 Nitrobacter
Bactérias Nitrificantes:
Transforma no NH2 obtido pela decomposição dos cadáveres em NO3...
Bactérias Desnitrificantes:
Bactéria encontrada no solo que a partir de nitratos produzem o nitrogênio livre que retorna à atmosfera.
Nitrogênio do Reino Animal
: O animal o obtém quando come direta ou indiretamente um vegetal, na forma de nitrogênio orgânico. O nitrogênio pode sair do animal, quando este é comido, pela excreção.

Dependendo do animal o nitrogênio pode ser excretado como:

Peixe cartilaginoso Uréia
Peixe ósseo Amônia
Répteis Ácido úrico
Aves Ácido úrico
Mamíferos Uréia

Fonte: www.vestibular1.com.br

Ciclos Biogeoquímicos

Os Ciclos: Quando se fala em ciclos biogeoquimicos na verdade faz-se eferência aos ciclos de nutrientes gasosos e sedimentares.

Elementos essenciais (C, H, O, N) e não essenciais fazem parte destes nutrientes.

Esta ciclagem de nutrientes pode ser dividida em duas etapas bem definidas: reservatório e ciclagem.

CICLO DO NITROGÊNIO

O ciclo do nitrogênio segue um caminho bastante característico. O nitrogênio em sua forma molecular é aproveitado na formação de aminoácidos que são incorporados por animais e bactérias livres. Esses por sua vez são decompostos por bactérias decompositoras que liberam o nitrogênio para o meio na sua forma inorgânica (Nitritos) que é então aproveitado pelas algas.

Fixação do Nitrogênio elementar

A fixação do azoto encerra uma imensa significação do pontode- vista agronômico, pois este elemento, absolutamente essencial à constituição da matéria viva, é de origem atmosférica e não aproveitável para toda forma superior de vida, caso não existissem os microrganismos. Pondo de lado as ínfimas quantidades de azoto e fixadas por via físico-química (caso das descargas elétricas na atmosfera que fixam o N2 principalmente na forma de N2O), apenas certas bactérias e algas possuem a propriedade de fixar o nitrogênio gasoso e renovar assim, constantemente o estoque de azoto, indispensável ao entretenimento de novas sínteses vitais. O suprimento de N fixa no solo é muito limitado, normalmente menos de 0,2%.

A estrema importância econômica da fixação biológica do N, ressalta bem dos cálculos de J.C. limpam e A. B. Conybeare (1936) que avaliaram em 60%, ou sejam 9,83 milhões de toneladas, das quais 5,46 pelos Rhizobium, azoto fixado pelos microrganismos, sobre os 16,45 milhões recebidos anualmente pela superfície total cultivadas dos Estados Unidos. Não há entretanto, acordo entre os autores sobre tais cifras, havendo mesmo um grupo de cientistas modernos que tendem a minimizar o papel da fixação biológica, pelo menos da fixação por parte das bactérias não simbióticas

Dois são os principais tipos de fixação do Nitrogênio, que ocorrem na natureza, ambos dependentes de atividade microbiana.

Ciclo do Carbono

O ciclo do carbono nada mais é do que uma representação teórica da utilização do dióxido de carbono pelas algas e plantas. Na verdade este ciclo trata da fotossíntese. O retorno do carbono se dá de duas formas, através da respiração (principal) e através da "quebra" da matéria orgânica (secundária)

É importante ressaltar que uma grande quantidade de carbono é incorporada anualmente diretamente da atmosfera para os oceanos.

O ciclo do carbono nada mais é do que uma representação teórica da utilização do dióxido de carbono pelas algas e plantas. Na verdade este ciclo trata da fotossíntese. O retorno do carbono se dá de duas formas, através da respiração (principal) e através da "quebra" da matéria orgânica (secundária)

É importante ressaltar que uma grande quantidade de carbono é incorporada anualmente diretamente da atmosfera para os oceanos.

CICLO DO OXIGÊNIO

O oxigênio participa não somente da composição da água e do gás carbônico, mas também de numerosos compostos orgânicos e inorgânicos. Na atmosfera e na hidrosfera é encontrado livre, sob a forma de substância pura, simples, de fórmula O2. É um gás libertado pelos organismos fotossintetizantes, através do processo de fotossíntese.

E consumido da atmosfera através das seguintes vias: respiração das plantas e animais, combustão ou queima , degradação pela ação dos raios ultravioleta, com a formação de ozônio e finalmente na combinação com metais do solo ( principalmente o ferro ), formando óxidos metálicos.

A manutenção das taxas de oxigênio e de gás carbônico no ambiente depende de dois processos opostos: a fotossíntese e a respiração. E como sabemos, a fotossíntese é realizada somente durante o dia ; e a respiração é um processo contínuo, realizado pelas plantas e pelos animais, de dia e de noite. O oxigênio é uma substância que não somente garante a vida na Terra, mas também origina-se da atividade vital. Pela fotossíntese, a água é decomposta, sendo o oxigênio liberado e o hidrogênio utilizado na síntese de matéria orgânica.

O O2 produzido pode participar também da formação da camada de ozônio ( O3) na atmosfera. A presença de ozônio na atmosfera é de extrema importância para a humanidade, pelo papel que exerce de filtro das radiações ultravioletas, as quais úteis em determinada intensidade, são nocivas em intensidades maiores.

Ciclo da Água

Pode admitir-se que a quantidade total de água existente na Terra, nas suas três fases, sólida, líquida e gasosa, se tem mantido constante, desde o aparecimento do Homem. A água da Terra - que constitui a hidrosfera - distribui-se por três reservatórios principais, os oceanos, os continentes e a atmosfera, entre os quais existe uma circulação perpétua - ciclo da água ou ciclo hidrológico. O movimento da água no ciclo hidrológico é mantido pela energia radiante de origem solar e pela atração gravítica.

A água que precipita nos continentes pode tomar vários destinos. Uma parte é devolvida diretamente à atmosfera por evaporação; a outra origina escoamento à superfície do terreno, escoamento superficial, que se concentra em sulcos, cuja reunião dá lugar aos cursos de água. A parte restante infiltrase, isto é, penetra no interior do solo, subdividindo-se numa parcela que se acumula na sua parte superior e pode voltar à atmosfera por evapotranspiração e noutra que caminha em profundidade até atingir os lençóis aqüíferos (ou simplesmente aqüíferos) e vai constituir o escoamento subterrâneo.

Tanto o escoamento superficial como o escoamento subterrâneo vão alimentar os cursos de água que desaguam nos lagos e nos oceanos, ou vão alimentar diretamente estes últimos. O escoamento superficial constitui uma resposta rápida à precipitação e cessa pouco tempo depois dela. Por seu turno, o escoamento subterrâneo, em especial quando se dá através de meios porosos, ocorre com grande lentidão e continua a alimentar os cursos de água longo tempo após ter terminado a precipitação que o originou.

Fonte: www.seia.ba.gov.br

Ciclos Biogeoquímicos

Matéria e energia são conceitos fundamentais, ligados à vida no planeta. O fluxo unidirecional de energia solar proporciona condições para síntese da matéria orgânica pelos seres autótrofos e sua decomposição, e retorna ao meio como elementos inorgânicos por meio da ação dos microconsumidores heterótrofos (reciclagem da matéria).

Os elementos essenciais são aproximadamente 40, disponíveis para os produtores, em forma molecular ou iônica, recebe o nome de nutrientes.

Estes são divididos duas categorias:

Macronutrientes: participam em quantidades superiores a 0,2% do peso orgânico seco (p.o.s.): C, H, O, N, P (>1%), e S, Cl, K, Na, Ca, Mg e Fe; Micronutrientes: participam em quantidades inferiores a 0,2% do p.o.s: Al, Bo Cr, Zn Mo, V, Co

A biogeoquímica é a ciência que estuda a troca ou a circulação de matéria entre os componentes vivos e físico-químico da biosfera.

CICLO DO CARBONO

O reservatório de carbono é a atmosfera, onde o nutriente das plantas encontra-se na forma de dióxido de carbono (CO2), um gás que em condições naturais é inodoro e incolor. O carbono é principal constituinte da matéria orgânica, com 49% do p.o.s.

As plantas utilizam o CO2 o vapor d’água na presença de luz solar, realizando a fotossíntese:

6CO2 + 6H2O + energia solar =>C6H62O6 + 6O2 (1)

A equação (1) é uma simplificação de um conjunto de aproximadamente 80 a 100 reações químicas.

Entretanto é importante observar dois pontos:

A fixação do carbono em sua forma orgânica indica que a fotossíntese é a base da vida na terra; e, a energia solar é armazenada como energia química nas moléculas orgânicas da glicose

A energia armazenada na fotossíntese é liberada no processo inverso da fotossíntese: a respiração.

C6H62O6 + 6O2 =>6CO2 + 6H2O + 640 Kcal/mol de glicose (2)

Pela fotossíntese (1) e respiração (2), o carbono passa de sua fase inorgânica à fase orgânica e volta para a fase inorgânica, completando seu ciclo biogeoquímico.

A concentração de CO2 na atmosfera é de 0,032%, um valor excessivamente baixo para explicar a síntese de aproximadamente 50 a 60x109 ton/ano de carbono no processo de fotossíntese. Isto ocorre devido a existência de reservatório auxiliar de carbono representado pelos oceanos.

A interação entre os reservatórios aquáticos e atmosféricos ocorre através de reação química de difusão, cuja direção depende da maior ou menor concentração do gás.

CO2 atmosférico =>CO2 + H2O =>h2CO3 ? H+ + HCO-3 =>2H+ + CO-3

Ciclo principal: produtores, consumidores e decompositores participam respectivamente dos processos de fotossíntese e respiração; ciclo secundário: mais lento, decaimento de plantas e animais que foram incorporados por processos geológicos na crosta terrestre

Em ambos processos, os organismos foram transformados em combustíveis fósseis e calcário que ficam à margem do ciclo principal. Os combustíveis fósseis são, portanto, energia solar armazenada no forma de moléculas orgânicas no interior da Terra.

A partir da Revolução Industrial, o homem passou a fazer uso intenso dessa energia armazenada, e no processo de queima (respiração) passou a devolver o CO2 à atmosfera a uma taxa de superior à capacidade de assimilar pelas plantas (fotossíntese) e dos oceanos (pela reação de difusão). Este desequilíbrio do ciclo natural pode implicar em alterações como chamado “efeito estufa”, com conseqüente aumento da temperatura global da Terra

CICLO DO NITROGÊNIO

A taxa de crescimento populacional implicou no aumento da produtividade agrícola para suprir o aumento da demanda por alimentos. O nitrogênio, e o fósforo, são fatores limitantes do crescimento dos vegetais, sendo portanto, utilizados na agricultura como fertilizantes. O nitrogênio desempenha um importante papel na constituição das moléculas de proteínas, ácidos nucleicos, vitaminas, enzimas e hormônios, elementos vitais aos seres vivos.

Assim como o ciclo do carbono, o ciclo do nitrogênio é gasoso.

Apesar dessa similaridades existem diferenças notáveis, como:

i) a atmosfera é rica em nitrogênio (78%).

ii) apenas seleto grupo de organismos conseguem utilizar o nitrogênio gasoso.

iii) o envolvimento biológico do nitrogênio é muito mais extenso.

A principal forma de nutriente para os produtores são os nitratos (NO-3), que podem ser obtidos por bactérias fixadoras de nitrogênio e das descargas elétricas que ocorrem na atmosfera.

No ciclo ocorrem quatro mecanismos importantes:

Fixação do nitrogênio: ocorre por meio dos chamados organismos simbióticos de vida livre e fotossintéticos. Entre os organismos, destaca-se a espécie Rhizobium em associação simbiótica (mutualismo) com raízes leguminosas. A importância desses organismos está na rotação de cultura de leguminosas uma alternativa ecológica ao uso dos fertilizantes nitrogenados sintéticos. A mais importante fixação é feita pela via biológica, sendo que os organismos simbióticos produzem cem vezes mais que os organismos de vida livre.
Amonificação:
o nitrogênio fixado é rapidamente dissolvido na água do solo e fica disponível para as plantas na forma de nitrato. Essas plantas transformam os nitratos em grandes moléculas que contém nitrogênio e outras moléculas orgânicas nitrogenadas. Esse nitrogênio orgânico entra na cadeia alimentar dos consumidores primários, secundários e assim sucessivamente. As bactérias atuam sobre a eliminação destes consumidores, produzindo gás amônia (NH2) e sais de amônio (NH2+).
Nitrificação:
NH2 e NH2+ são convertidos a nitritos (NO2-) e posteriormente a nitratos (NO3-) por um grupo de bactérias quimiossintetizantes. A passagem da amônia para nitrito é feita pelas nitrossomonas, e a passagem a nitratos pelas nitrobacter. Esse processo de nitrificação ocorre aerobiamente
Desnitrificação:
através da ação das pseudomonas, a partir do nitrato, ocorre o retorno ao nitrogênio gasoso (N2). Esse fenômeno é anaeróbio e ocorre nos solos pouco aerados

Durante a Primeira Guerra Mundial foi desenvolvido a síntese industrial da amônia a partir do N2 gasoso, possibilitando o aparecimento dos fertilizantes sintéticos com aumento da eficiência da agricultura. Porém este excesso produzido, carregado para os rios lagos e lençóis de água subterrâneo tem provocado o fenômeno da eutrofização, comprometendo a qualidade da água

CICLO DO FÓSFORO

O fósforo é o material genético constituinte das moléculas de DNA e RNA, e componentes dos ossos e dentes, sendo então, fundamental no processo de reprodução dos seres humanos. O fósforo aparece nos organismos em proporção muito superior aos outro elementos quando comparado com sua participação nas fontes primárias, isso leva a ser o fator, provavelmente, mais limitante à produtividade primária.

É um elemento de ciclo fundamentalmente sedimentar, seu principal reservatório são as rochas fosfatadas (litosfera). A liberação ocorre na forma de fosfatos (processo erosivo), que serão utilizados pelos produtores. Parte deste fosfato é carregada para os oceanos, onde se perde em depósitos a grandes profundidades, ou é consumida pelo fitoplâncton.

O retorno, feito por aves e peixes marinhos, do fósforo a partir dos oceanos são insuficientes para compensar as perdas. A ação predadora dos seres humanos diminui ainda mais este retorno, além da exploração da mineração, ocupação desordenada do solo, desmatamento e agricultura aceleram o processo de perda de fósforo do ciclo.

CICLO DO ENXOFRE

O ciclo é basicamente sedimentar embora possua uma fase gasosa. A principal forma de assimilação pelos produtores é como sulfato inorgânico. O processo biológico envolve microrganismos com funções específicas de redução e oxidação.

A assimilação é mineralizado em processo de decomposição. Entretanto, em condições anaeróbias, ocorre a redução a sulfetos, entre os quais o sulfeto de hidrogênio (h2S), composto letal à maioria dos seres humanos. Tanto no solo como na água, em condições aeróbias, ocorrerá a oxidação, passando à forma de enxofre elementar chegando a sulfato. Na presença de ferro (anaeróbia) forma sulfetos férricos e ferrosos, permitindo que o fósforo converta-se de insolúvel para solúvel, tornando-se mais utilizável.

O processo de queima de carvão e óleo combustível em indústrias e usinas interfere no ciclo, liberando dióxidos de enxofre, que tem potenciais danosos ao organismo, além de provocar, em certas situações, o que se denomina de “chuva ácida” e o Smog industrial.

CICLO HIDROLÓGICO

A água é o principal componente dos organismos vivos. Seu percentual no peso dos seres varia entre 70 e 90. No organismo, as principais funções desempenhadas pela água são de reguladora térmica, mantenedora do equilíbrio osmótico e ácido-base, além de ativar as enzimas.

O ciclo hidrológico pode ser dividido em:

Precipitação: água que cai na forma de chuva, granizo ou neve.
Escoamento Superficial:
água que escoa sobre o solo, fuindo para locais de altitudes inferiores, até atingir um corpo d’água; Infiltração: água que penetra no solo.
Escoamento Subterrâneo:
parte da água infiltrada, sendo mais lento que o escoamento superficial. Parte desse escoamento alimenta rios e os lagos, além da manutenção desses corpos em períodos de estiagem.
Evapotranspiração:
parte da água existente no solo que é utilizada pela vegetação e eliminada pelas folhas na forma de vapor.
Evaporação:
em qualquer das fases descritas anteriormente, pode voltar à atmosfera na forma de vapor , reiniciando o ciclo.

A interferência do homem neste ciclo pode ser notada através do desmatamento e da impermeabilização (pavimentação) do solo. Isso acelera a evaporação e reduz a recarga dos aqüíferos subterrâneos

Fonte: www.edu.uniube.br

Ciclos Biogeoquímicos

Ciclo do carbono

O carbono existente na atmosfera como CO2 entra na composição das moléculas orgânicas dos seres vivos, a partir da fotossíntese. Sua devolução ocorre pela respiração aeróbica, pela decomposição e pela combustão da matéria orgânica.

Ciclo do nitrogênio

O nitrogênio molecular, N2, é um gás biologicamente não-utilizável pela maioria dos seres vivos. Seu ingresso no mundo vivo ocorre graças à atividade dos microrganismos fixadores, as algas azuis e algumas bactérias, que o transformam em amônia. No processo de nitrificação, outras bactérias transformam a amônia em nitritos e nitratos.

Essas três substâncias são utilizadas pelos vegetais para a elaboração de compostos orgânicos nitrogenados que serão aproveitados pelos animais. O ciclo fecha-se a partir da atividade de certas espécies de bactérias, que efetuam a denitrificação e devolvem o nitrogênio molecular para a atmosfera.

O plantio de leguminosas(feijão, por exemplo),a chamada adubação verde, enriquece o solo com compostos nitrogenados, uma vez que nas raízes dessas plantas há nódulos repletos de bactérias fixadoras de nitrogênio.

Outro procedimento agrícola usual é a rotação de culturas, na qual se alterna o plantio de não-leguminosas, que retiram do solo os nutrientes nitrogenados, com leguminosas que devolvem esses nutrientes para o meio.

Ciclo da água

Embora a água não seja um elemento químico, e sim uma substância composta de hidrogênio e oxigênio, estudaremos o seu ciclo pelo fato de ela estar intimamente associada a todos os processos metabólicos.

O ciclo da água pode ser considerado sob dois aspectos: o pequeno ciclo, ou ciclo curto, e o grande ciclo, ou ciclo longo.

Pequeno ciclo

No pequeno ciclo, a água dos oceanos, lagos, rios, geleiras e mesmo a embebida no solo sofre evaporação pela ação do calor ambiental e passa à forma de vapor, dando origem às nuvens. Nas camadas mais altas da atmosfera, o vapor d’água sofre condensação, e a água líquida volta à crosta terrestre na forma de chuva.

O ciclo das chuvas foi um dos responsáveis pelo resfriamento relativamente rápido da crosta terrestre, nos primórdios de nosso Planeta. Hoje, o ciclo das chuvas contribui para tornar o clima da Terra favorável à vida.

Grande ciclo

No grande ciclo, a água é absorvida pelos seres vivos e participa do metabolismo deles, sendo posteriormente devolvida para o ambiente.

As plantas absorvem, por meio de suas raízes, a água infiltrada no solo.

Além de ser solvente e reagente de inúmeras reações químicas intracelulares, a água é uma das matérias-primas da fotossíntese: seus átomos de hidrogênio irão fazer parte da glicose fabricada, e seus átomos de oxigênio se unem para formar o O2 (gás oxigênio) liberado para a atmosfera. Na respiração, as plantas degradam as moléculas orgânicas que elas mesmas fabricam para obter energia, liberando gás carbônico e água.

As plantas estão sempre perdendo água por meio da transpiração, principalmente durante o dia, quando seus estômatos estão abertos. É por isso que o ar é úmido nas florestas e seco nos desertos e áreas desmatadas. Uma vez que absorvem água do solo e a liberam, como vapor, para atmosfera, as plantas contribuem para a manutenção de um grau de umidade do ar altamente favorável à vida.

Ciclo do carbono

O carbono presente nos seres vivos é, originalmente, proveniente da atmosfera. Por meio da fotossíntese, os seres fotossintetizantes fixam o carbono que retiram do CO2 atmosférico. Esses átomos de carbono passam a fazer parte das moléculas orgânicas fabricadas.

Durante a respiração, uma parte das moléculas orgânicas é degradada, e o carbono que as constituía é devolvido à atmosfera, novamente na forma de CO2. Parte do carbono retirado do ar passa a constituir a biomassa dos seres fotossintetizantes, podendo eventualmente ser transferida aos animais herbívoros.

Nos herbívoros, parte do carbono contido nas moléculas orgânicas dos alimentos é liberada durante a respiração, e o resto irá constituir sua biomassa, que poderá ser transferida para um carnívoro. Dessa forma, o carbono fixado pela fotossíntese vai passando de um nível trófico para outro, enquanto retorna gradativamente à atmosfera, em conseqüência da respiração dos próprios organismos e da ação dos decompositores, que atuam em todos os níveis tróficos.

Combustíveis fósseis

Algumas vezes, o retorno do carbono para a atmosfera é demorado, levando milhões de anos para ocorrer. É o caso dos compostos de carbono que não foram atacados pelos decompositores e transformaram-se, no subsolo, em carvão, turfa e petróleo.

A utilização desses combustíveis fósseis pelo homem tem restituído à atmosfera, na forma de CO2, átomos de carbono que ficaram fora de circulação durante milhões de anos.

Devido à queima de combustíveis, a concentração de gás carbônico no ar aumentou, nesses últimos 100 anos, de 0,029% para cerca de 0,04% da composição atmosférica. Embora pareça pouco, esse aumento é, em termos proporcionais, da ordem de 38%. De acordo com muitos cientistas, o aumento do teor de CO2 atmosférico pode provocar a elevação da temperatura média global por causa do efeito estufa.

Ciclo do oxigênio

O ciclo do oxigênio é complexo, uma vez que esse elemento é utilizado e liberado pelos seres vivos em diferentes formas de combinação química. O principal reservatório de oxigênio para os seres vivos é a atmosfera, onde esse elemento se encontra na forma de gás oxigênio (O2) e de gás carbônico (CO2).

O O2 é utilizado na respiração aeróbica das plantas e animais. Nesse processo, átomos de oxigênio combinam-se com átomos de hidrogênio, formando moléculas de água. A água formada na respiração, chamada água metabólica é, em parte, eliminada para o ambiente através da transpiração, da excreção e das fezes, em parte utilizada em processos metabólicos. Dessa forma, seus átomos de oxigênio acabam incorporados à matéria orgânica e podem voltar à atmosfera pela respiração e pela decomposição do organismo, que produzem água e gás carbônico.

O CO2 atmosférico é utilizado no processo de fotossíntese. Os carbonos e os oxigenados presentes no gás carbônico passam a fazer parte da matéria orgânica do vegetal, e tanto a respiração como a decomposição dessa matéria orgânica restituirão o oxigênio à atmosfera, na forma de água e gás carbônico. A água utilizada pelas plantas na fotossíntese é quebrada, e seus átomos de oxigênio são liberados para a atmosfera na forma de O2.

As três principais fontes não-vivas de átomos de oxigênio para os seres vivos são, portanto, gás oxigênio (O2), gás carbônico (CO2) e água (H2O). Esses três tipos de molécula estão constantemente trocando átomos de oxigênio entre si, durante os processos metabólicos da biosfera.

Ciclo do fósforo

Além da água, do carbono, do nitrogênio e do oxigênio, o fósforo também é importante para os seres vivos. Esse elemento faz parte, por exemplo, do material hereditário e das moléculas energéticas de ATP.

Em certos aspectos, o ciclo do fósforo é mais simples do que os ciclos do carbono e do nitrogênio, pois não existem muitos compostos gasosos de fósforo e, portanto, não há passagem pela atmosfera.

Outra razão para a simplicidade do ciclo do fósforo é a existência de apenas um composto de fósforo realmente importante para os seres vivos: o íon fosfato.

As plantas obtêm fósforo do ambiente absorvendo os fosfatos dissolvidos na água e no solo. Os animais obtêm fosfatos na água e no alimento.

A decomposição devolve o fósforo que fazia parte da matéria orgânica ao solo ou à água.

Daí, parte dele é arrastada pelas chuvas para os lagos e mares, onde acaba se incorporando às rochas. Nesse caso, o fósforo só retornará aos ecossistemas bem mais tarde, quando essas rochas se elevarem em conseqüência de processos geológicos e, na superfície, forem decompostas e transformadas em solo.

Assim, existem dois ciclos do fósforo que acontecem em escalas de tempo bem diferentes. Uma parte do elemento recicla-se localmente entre o solo, as plantas, consumidores e decompositores, em uma escala de tempo relativamente curta, que podemos chamar “ciclo de tempo ecológico”. Outra parte do fósforo ambiental sedimenta-se e é incorporada às rochas; seu ciclo envolve uma escala de tempo muito mais longa, que pode ser chamada “ciclo de tempo geológico”.

Fonte: www.linguativa.com.br

Ciclos Biogeoquímicos

Introdução

Denominamos de ciclos biogeoquímicos ao movimento contínuo dos elementos químicos, do meio físico para os seres vivos e destes novamente para o meio físico. Assim sendo, os átomos dos elementos químicos presentes na natureza e nos seres vivos não são criados nem destruídos, mas constantemente reciclados.

Ciclo do Carbono

O carbono é um elemento químico muito importante, pois entra na composição química de todos os compostos orgânicos.

O carbono é encontrado na forma de dióxido de carbono(CO2) na atmosfera e de bicarbonato(HCO3) e de carbonato(CO3), dissolvido na água.

O dióxido de carbono(CO2) é incorporado pelos vegetais na fotossíntese e devolvido para a atmosfera através da respiração dos seres vivos , combustões(combustíveis fósseis) e pela decomposição dos seres mortos.

Dois fenômenos são importantes no ciclo do carbono: a fotossíntese e a respiração.

O aumento gradativo do dióxido de carbono é um dos fatores associados ao efeito estufa da Terra, já que este gás retem calor, contribuindo para o aumento da temperatura do planeta.

Ciclo do nitrôgenio

Cerca de 78% do ar atmosférico é de nitrogênio, na forma molecular(N2-gás). O nitrogênio está presente nos aminoácidos das proteínas, nas bases nitrogenadas dos ácidos nucléicos. No ciclo do nitrogênio participam bactérias, algas azuis(cianofíceas) e fungos.

a) bactérias e algas azuis fixadoras- transformam o nitrogênio(N2) em amônia(NH2). As bactérias fixadoras(do gênero Rhizobium) vivem nos nódulos das raízes das leguminosas(feijão, soja, ervilha, amendoim,alfafa,etc), constituindo uma relação simbiôntica do tipo mutualismo.
b)
bactérias decompositoras- transformam os resíduos nitrogenados orgânicos em amônia.
c)
batérias nitrificantes- transformam a amônia em nitritos e posteriormente em nitratos.
d)
bactérias desnitrificantes- transformam amônia e nitratos em nitrogênio molecular, devolvendo-o à atmosfera.

O nitrogênio sai dos animais quando morrem e são decompostos e através da excreção(peixes ósseos excretam amônia , peixes cartilaginosos e mamíferos ecretam uréia , aves e répteis excretam ácido úrico).

Ciclo da água

O nosso planeta é constituído de 3/4 de água, sendo 97% de água salgada e 3% de água doce. As águas de superfícies evaporam, o vapor de água se condensa nas camadas da atmosfera, formam-se as nuvens e ocorrem as precipitações.

Nos vegetais, a água serve como elemento de sustentação para as plantas, além de ser um dos componentes da fotossíntese. Os vegetais perdem água através da transpiração(eliminação de vapor de água) e por gutação ou sudação(eliminação de água líquida).

Os animais obtem água alimentando-se e bebendo-a. Perdem diariamente, através da urina, fezes, suor e transpiração.

Ciclo do oxigênio

Cerca de 20% é a sua quantidade na atmosfera terrestre. É produzido pelos vegetais através da fotossíntese. O oxigênio é devolvido para o meio na forma de CO2 e H2O, pela respiração de animais e plantas. O oxigênio é importante para a respiração dos seres vivos, o gás comburente que permite as combustões e formador da camada de ozônio na atmosfera.

Fonte: www.isurp.com.br

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