Post on 15-Jun-2015
Água
Nitrogênio
Oxigênio
CarbonoCICLOS
BIOGEOQUÍMICOS
Livro 1 página 109 a 126
Circulação de átomos de diversos elementos químicos
entre as substâncias orgânicas dos seres vivos (biosfera) e
as substâncias inorgânicas do planeta (atmosfera,
hidrosfera e litosfera).
Todos os elementos químicos naturais apresentam um
movimento dinâmico nos ecossistemas, transitando
constantemente entre o meio físico e os organismos.
Tais ciclos envolvem etapas biológicas, físicas e químicas,
alternadamente, daí a denominação usada.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Ciclos: representam a troca e a
circulação de matéria entre os componentes vivos e físico-químicos da biosfera.
Bio: os organismos interagem no processo de síntese orgânica e na decomposição dos elementos.
Geo: o meio terrestre (solo) é o reservatório dos elementos.
Químico: ciclo dos elementos e processos químicos de síntese e decomposição.
IMPORTÂNCIA
Com a morte de organismos ou a perda de partes de seu
corpo, a matéria orgânica é degradada por ação dos
decompositores.
Os átomos retornam ao ambiente, onde poderão ser
incorporados por outros seres vivos.
Se não houvesse esse reaproveitamento, os átomos de
alguns elementos químicos fundamentais para a
constituição de novos seres vivos poderiam tornar-se
indisponíveis para a continuidade da vida.
SER HUMANO
Acelera o movimento de muitos materiais
Interferência nos ciclos biogeoquímicos
Carência/excesso
TABELA - DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NO PLANETA
Estado físico Tipos Volume da água do planeta (%)
Sólido Calotas de gelo, geleiras
2,15
Líquido OceanosÁguas subterrâneasÁguas superficiais
97,210,6260,009
Gasoso Vapor atmosférico 0,005
Cerca de 97% pertencem ao talassociclo
conjunto que abrange todos os ecossistemas marinhos
Cerca de 2,6% pertence ao limnociclo
conjunto de todos os ecossistemas de água doce
Geleiras: principal reservatório de água doce
Possuem 77% de toda água doce do planeta
Reservatórios de água:
Oceanos
Calotas polares e glaciais
Aqüíferos subterrâneos
Lagos e rios
Umidade do solo
Vapor de água na atmosfera
Organismos vivos
O ciclo da água é conduzido pela ENERGIA SOLAR
Evapotranspiração
Características climáticas
A água está associada aos processos metabólicos de
todos os seres vivos.
O ciclo transporta e faz circular a água de uma região
para outra.
É um importante agente modelador da crosta terrestre
( devido à erosão e ao transporte de sedimentos).
Condicionante de toda a cobertura vegetal do planeta, ou
seja, de toda a vida na Terra.
O ciclo hidrológico é essencial ao ambiente:
Ciclo Curto da Água
Evaporação: água dos oceanos, lagos, rios, geleiras, água
do solo.
Formação de vapor d’água na atmosfera.
Condensação do vapor d’água nas camadas mais altas da
atmosfera, formando nuvens.
Precipitação: retorno à superfície terrestre na forma de
chuvas (neve, granizo).
Obs: não ocorre a participação propriamente dita dos seres
vivos.
Ciclo Longo da Água
Participação dos seres vivos.
Plantas: raízes absorvem a água do solo, e esta é
utilizada em seus processos biológicos.
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
liberado para a atmosfera.
As plantas perdem água por meio dos seus estômatos (na
superfície foliar), em um processo chamado de
transpiração.Também liberam água por meio da respiração.
Transpiração vegetal: resfriamento da planta e
manutenção da umidade relativa do ar, influenciando o
regime de chuvas em várias regiões. As plantas estão
sempre perdendo água por meio da
transpiração,principalmente durante o dia, quando seus
estômatos estão abertos.
ex: Amazônia (a evapotranspiração vegetal é a
principal fonte de vapor d’água atmosférico)
Respiração vegetal: degradação das moléculas orgânicas
que as próprias plantas fabricam para obter energia
(fotossíntese), liberando gás carbônico e água.
Ciclo Longo da Água
Ciclo Longo da Água
Animais: obtêm água bebendo-a ou ingerindo-a nos
alimentos e a utilizam em seus processos biológicos.
Perdem água para o ambiente através da urina, fezes, suor,
ou pela respiração
Decompositores: Parte da água que plantas e animais
obsorvem é usada na síntese de substâncias orgânicas.
Seus átomos ficam incorporados aos tecidos animais e
vegetais, até a morte destes, quando serão devolvidos ao
ambiente pela ação dos decompositores
O Ciclo da Água e o AmbienteDesmatamento
Provoca alterações no ciclo da água, por reduzir a
cobertura vegetal, os níveis de evapotranspiração e,
consequentemente os índices pluviométricos;
As folhas refletem cerca de 10% da radiação solar. A
redução da cobertura vegetal diminui essa reflexão, o que
ocasiona maior aquecimento do solo. Isto acelera ainda
mais o processo de evaporação e ressecamento do solo,
aumentando assim o risco de um processo de desertificação
do ambiente.
Deixa o solo nu, facilitando a erosão e o assoreamento
dos rios, lagos e lagoas.
O Ciclo da Água e o Ambiente
Erosão
Deixa o solo impróprio para a agricultura e atividades
pastoris e o assoreamento dos rios pode provocar
enchentes catastróficas.
Assoreamento: "Entupimento" do corpo d'água, ou seja,
fenômeno causado pela deposição de sedimentos minerais
(como areia e argila) ou de materiais orgânicos. Com isso,
diminui a profundidade do curso d'água e a força da
correnteza.
O Ciclo da Água e o Ambiente
Poluição
Lançamento de esgotos industriais e domésticos,
contaminação por metais pesados prejudicam toda a cadeia
alimentar existente, além de estimular a proliferação de
vários agentes causadores de doenças. A água mal tratada
é um dos principais focos de transmissão de doenças
Provoca grande destruição do Fitoplâncton: estes seres
liberam na atmosfera dimetilsulfeto, um gás cujas
partículas se aderem às moléculas de água, contribuindo
para a formação das nuvens e das chuvas. Desta forma, o
fitoplâncton interfere de maneira significativa na
pluviosidade dos ecossistemas.
Consiste na passagem dos atómos de carbono (C), componentes do gás carbônico (CO2), para moléculas que
constituem as substâncias orgânicas dos seres vivos
(proteínas, lipídios, carboidratos...)
O carbono existente na atmosfera como CO2 entra na
composição das moléculas orgânicas dos seres vivos, a partir da fotossíntese.
As plantas utilizam o CO2 e o vapor de água da atmosfera para, na presença de luz solar, sintetizar compostos orgânicos de carbono, hidrogênio e oxigênio, tais como a glicose (C6H12O6).
Reação da fotossíntese:
6CO2 + 6 H2O + energia solar = C6H12O6 + 6O2
A fixação do carbono em sua forma orgânica indica que a
fotossíntese é a base da vida na Terra. A energia solar é
armazenada como energia química nas moléculas orgânicas
da glicose.
Parte do carbono retirado do ar passa a constituir a biomassa dos seres , que poderá ser transferida para um herbívoro ou carnívoro. Dessa forma, o carbono fixado pela fotossíntese vai passando de um nível trófico para outro na cadeia alimentar.
O carbono retorna ao meio abiótico na forma de CO2,
através da respiração dos seres vivos, da fermentação, da
decomposição e da combustão.Reação da respiração:
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 640 kcal / mol de glicose
COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS
Restos de cadáveres de grande quantidade de organismos, em certas condições no passado, não sofreram decomposição.
Em geral, por terem sido rapidamente depositados em bacias de sedimentação, com carência de O2 (fundo do mar,
pântanos, cavernas).
Nesses ambientes, os decompositores não puderam transformar o carbono orgânico em CO2, ocorrendo então
um processo de fossilização, que levou à formação dos
combustíveis fósseis (petróleo, gás natural, carvão mineral...).
Esses combustíveis armazenam em suas moléculas
grande quantidade de energia, originalmente captada da
luz solar (fotossíntese), há milhões de anos atrás.
COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS
O homem passou a queimar esses combustíveis fósseis em taxas cada vez mais crescentes nos últimos 150 anos.
Consequência: o CO2 resultante dessas combustões
passou a ser liberado na atmosfera em taxa muito
superiores à sua captação pela fotossíntese, aumentando
assim a sua concentração na atmosfera
O Ciclo do Carbono e o Ambiente
Desmatamento:
1. Aumento do CO2 emitido em função da emissão no
momento da queima.
2. Redução da taxa fotossintética.
3. Queimadas de florestas.
4. Efeito estufa (desequilíbrio) – intervenções antropogênicas no ciclo do carbono.
O Ciclo do Carbono e o AmbienteEfeito estufa:
1. Utilização excessiva de combustíveis fósseis (falta de incentivos para a geração de energia alternativa).
2. Desmatamento.
3. Poluição ambiental.
Intensificação do efeito estufa:
1. Mudanças climáticas.
2. Aquecimento global.
3. Mudança nos níveis dos oceanos.
O oxigênio molecular (O2), indispensável à respiração
aeróbica, é o segundo componente mais abundante da
atmosfera, onde existe na proporção de cerca de 21%.
O oxigênio teria desaparecido da atmosfera, não fosse o contínuo reabastecimento promovido pela fotossíntese, principalmente do fitoplâncton marinho, considerado o verdadeiro "pulmão" do mundo.
O oxigênio pode ser consumido da atmosfera através das
seguintes vias: Atividade respiratória de plantas e animais; Combustão;
Formação de ozônio (O3);
Combinação com metais do solo (principalmente o ferro),
formando óxidos metálicos (oxidação).
A Camada de Ozônio
O ozônio (O3) é composto de 3 átomos de oxigênio. Não é
muito estável e pode se quebrar em O2 muito facilmente.
É encontrado nas camadas altas de nossa atmosfera,
formando uma camada que protege os seres vivos contra
uma parte da radiação do Sol que é nociva aos seres vivos.
Nos seres humanos, a exposição a longo prazo a esta
radiação está associada ao risco de dano à visão, à supressão
do sistema imunológico e ao desenvolvimento do câncer de
pele.
Os animais também sofrem as conseqüências. Os raios
ultravioletas prejudicam os estágios iniciais do
desenvolvimento de peixes, camarões, caranguejos e outras
formas de vida aquáticas e reduz a produtividade do
fitoplâncton, base da cadeia alimentar aquática.
O Buraco na Camada de Ozônio
Entre 1965 e 1985, cientistas mediram uma redução de até
50% em áreas da camada sobre a Antártida, o que ganhou o
apelido de "buraco na camada de ozônio"
Destruição provocada por gases poluentes liberados por
atividades humanas, principalmente o CFC
(Clorofluorcarbono), muito utilizado em aerossóis e como gás
de refrigeração em geladeiras e aparelhos de ar
condicionado.
Atualmente os aparelhos mais modernos não utilizam mais
o CFC como gás de refrigeração, o que está contribuindo para
a regeneração dessa camada, diminuindo assim o tamanho
do buraco.
Como a Camada de Ozônio é destruída?
“Quando a luz solar de alta energia atinge uma molécula de CFC (1) , ela se quebra e produz um átomo de cloro (2).O átomo de cloro atinge uma molécula de ozônio (3). Isso faz com que o ozônio se transforme em oxigênio comum. O oxigênio (O2) não possui nem o tamanho nem a forma exatos para absorver a radiação solar que é perigosa.”
Consiste na incorporação de átomos de nitrogênio de
substâncias inorgânicas do ambiente em moléculas
orgânicas de seres vivos, e sua posterior devolução ao meio
ambiente.
O nitrogênio é um elemento que participa da composição
química de aminoácidos, proteínas e das bases
nitrogenadas que formam os ácidos nucléicos (DNA, RNA).
A mais importante fonte de nitrogênio é a atmosfera. Cerca de 78% do ar é formado por nitrogênio livre (N2), mas
a maioria dos seres vivos é incapaz de aproveitá-lo no seu
metabolismo.
Os únicos seres que fixam o nitrogênio atmosférico são
algumas espécies de bactérias e de cianobactérias, por
apresentarem enzimas apropriadas para essa função. São
chamado de fixadores de nitrogênio.
Etapas do Ciclo do Nitrogênio
1) Fixação do N2
2) Nitrificação
3) Denitrificação
Fixação Nitrogênio (N2)
Processo que envolve a utilização direta do N2, incorporando os átomos de nitrogênio em moléculas orgânicas.
Na natureza, são poucas as formas vivas capazes de promover a fixação biológica do N2.
Alguns desses organismos têm vida livre, e entre eles podem-se citar certas algas azuis (cianobactérias), como a Nostoc, e bactérias do gênero Azotobacter e Clostridium.
Os mais importantes fixadores de N2, vivem associados às raízes de plantas leguminosas (feijão, soja, ervilha, alfafa, etc.). São as bactérias do gênero Rhizobium.
As bactérias Rhizobium vivem no solo, de onde alcançam as raízes de leguminosas, instalando-se e reproduzindo-se no interior das células destas plantas, formando nódulos.
Ali as bactérias se desenvolvem, fixando o N2 atmosférico e transformando-o em sais nitrogenados, que são utilizados pelas plantas.
O Rhizobium funciona como um verdadeiro adubo vivo, fornecendo à planta os sais de nitrogênio necessários a seu desenvolvimento. Em contrapartida, a planta fornece matéria orgânica para as bactérias, definindo uma relação de benefícios mútuos denominada mutualismo.
Graças à essa associação, as plantas leguminosas podem viver em solos pobres em compostos nitrogenados, nos quais outras plantas não se desenvolvem bem.
Ao morrer e se decompor, as plantas leguminosas liberem, na forma de amônia (NH3), o nitrogênio de suas moléculas orgânicas,
fertilizando assim o solo.
Fixação Nitrogênio (N2)
Nitrificação
Consiste em transformar a amônia (NH3) em nitrito (NO2-) e esse
em nitrato (NO3-), que é um composto mais facilmente assimilado
pelos vegetais.
Ocorre nos solos, pela ação conjunta de dois grupos de bactérias quimissintetizantes (bactérias nitrificantes).
Bactérias do gênero Nitrosomonas: oxidação da amônia
(processo em que a amônia se combina com moléculas de O2,
produzindo nitrito (NO2-)).
Nitrosomonas sp.
2NH3 + 3O2 2NO2- + 2H2O + 2H+ + ENERGIA
A energia liberada na reação é utilizada pela própria bactéria em seu metabolismo.
Nitrificação
O nitrito é tóxico para as plantas, mas raramente se acumula no solo por muito tempo, pois é imediatamente oxidado por bactérias de gênero Nitrobacter, que o transformam em nitrato (NO3
-).
Nitrobacter sp.
2NO2- + O2 + 2NO3
- + ENERGIA
Os nitratos são altamente solúveis em água, de modo que as plantas os absorvem principalmente através dos pêlos absorventes das raízes.
O nitrogênio é utilizado na síntese de moléculas orgânicas (aminoácidos, proteínas, bases nitrogenadas).
Quando são comidas por herbívoros, as substâncias orgânicas nitrogenadas das plantas fornecem matéria-prima para a produção das moléculas das células animais, ao longo da cadeia alimentar.
Metabolismo animal: degradação de proteínas e de ácidos nucléicos
Produção de compostos nitrogenados (excreções ou excretas), principalmente na forma de amônia, uréia e ácido úrico.
Eliminação das excretas no ambiente
Ação de decompositores: o nitrogênio constituinte das moléculas orgânicas retorna ao solo na forma de amônia e pode passar novamente por processos de nitrificação.
Denitrificação
Realizado por bactérias denitrificantes, presentes no solo.
Para obter energia, essas bactérias degradam compostos nitrogenados, liberando gás nitrogênio (N2), que retorna à atmosfera, fechando assim o ciclo do nitrogênio na natureza.
Importância do Ciclo do Nitrogênio
O plantio de leguminosas (feijão, soja, ervilha, alfafa), enriquece o solo com compostos nitrogenados, uma vez que nas raízes dessas plantas há nódulos repletos de bactérias fixadoras de nitrogênio.
A utilização de leguminosas como método de fertilização do solo é conhecida como adubação verde.
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.
Como no ciclo do carbono, também envolve um estágio
sólido e outro gasoso, onde microrganismos, que obtêm
energia a partir da oxidação química de compostos
inorgânicos, exercem papéis fundamentais.
O enxofre é um elemento químico de cor amarela,
encontrado no solo e que queima com facilidade.
É muito usado na fabricação de ácido sulfúrico,
fertilizantes, corantes e explosivos.
É encontrado nas rochas sedimentares e vulcânicas, no
carvão e no gás natural.
É um elemento químico essencial à vida, fazendo parte da
composição de algumas proteínas.
A natureza recicla o enxofre sempre que algum animal ou
alguma plante morre.
Quando as plantas e os animais mortos são decompostos
pelos microrganismos saprófitos aeróbios e anaeróbios,
destes últimos desprende-se gás sulfídrico. Parte desse gás
é transformada em enxofre por certas bactérias que
através dele obtém energia.
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.
O fósforo é um componente muito importante para os
seres vivos, pois está ligado ao metabolismo respiratório e
fotossintético.
É encontrado em maior concentração nas rochas
fosfatadas.
A erosão do solo pelas águas ou pelos ventos desagrega
essas rochas e esse fósforo mineral é levado para os
oceanos. Uma grande parte é sedimentada nas
profundezas, assim não sendo 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, que servem de
alimento para os animais.
Após a morte dos animais ou por excreções lançadas
pelos mesmos durante sua vida, assim os compostos
contendo fósforo retornam ao solo onde são decompostos
por bactérias e fungos, fechando assim seu ciclo.