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I. Introdução

II. Ciclos biogeoquímicos

III. Atividades humanas e os ciclos biogeoquímicos

IV. Referências e sugestões de leituras

Ciclos Biogeoquímicos

Unidade 1Autor: Professor Pedro José Portugal Zanotta

186 Módulo II — Processos biologicos na captacao e na transformacao da materia e energia

Figura 1: planeta Terra

Após ter concluído o primeiro módulo deste curso, que lhe forneceu o instrumen-tal básico para a análise dos sistemas biológicos, você começará, agora, o estudo dos seres vivos propriamente ditos. O tema deste módulo está relacionado ao

fluxo de matéria e energia nesses seres. A estratégia empregada no desenvolvimento do tema foi a de se passar dos aspectos mais gerais e abrangentes para aqueles mais específi-cos e detalhados. Decidimos, portanto, iniciar este módulo abordando os fluxos gerais da matéria e energia na biosfera.

É do conhecimento de todos que vivemos em um planeta (o terceiro a partir do Sol) que apresenta grande diversidade de ambientes, paisagens, seres vivos, entre outros. Essa variedade toda não impede que consideremos a Terra como uma unidade, como um todo, cujas alterações e modificações afetam a todos que vivem no planeta. Poderíamos, então, considerar a Terra como um sistema.

O que é um sistema? Poderíamos conceituá-lo como “um conjunto de elementos que guardam relações entre si e que apresenta uma fronteira identificável ou definível”. (Beattie, J.A., in Lectures on elementary chemical thermodynamics, como citado por Cas-tellan, G. W., in Physical chemistry, pg 104, 2nd Edition). Se observarmos uma foto da Terra (Figura 1), veremos que a definição pode ser aplicada sem hesitação.

#M2U1 I. Introdução

Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 187

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Ecossistema: compreende a comunidade de seres vivos auto-sustentada e interdependente mais o meio abiótico que a sustenta, em uma dada região.

Entretanto, nem todos os sistemas são iguais em termos de troca de matéria e ener-gia. Eles podem ser classificados como abertos, fechados e isolados.

Sistemas abertos são aqueles que trocam matéria e energia. Por exemplo: a tubula-ção de água de uma casa ou prédio; os rios que correm para o mar; uma panela com água.

Já sistemas fechados são aqueles que trocam apenas energia. Por exemplo: uma garrafa de refrigerante fechada.

E, finalmente, sistemas isolados são aqueles em que não ocorreria nem troca de matéria nem de energia. O que seria uma idealização, pois, teoricamente, nenhum sistema físico de blindagem evitaria a perda de porção de matéria ou energia do sistema para o ambiente, ou ainda, para o Universo.

Atividade complementar 1

De acordo com o que acabou de ler, você diria que a Terra é um sistema aberto, fechado ou isolado? Dê outros exemplos de sistemas abertos, fechados e isolados. Tente responder, antes de prosseguir a leitura.

Embora se possa argumentar que a queda de meteoros (ou meteoritos) eventual-mente contribui para um aumento da massa terrestre, esta é tão absurdamente grande (6 sextilhões de toneladas ou ainda 6 x 1024 kg) que podemos considerar quaisquer ga-nhos - ou perdas! - desprezíveis. Ou seja, para todos os fins práticos, a massa da Terra é constante. Logo, podemos considerá-la um sistema fechado, uma vez que troca energia apenas com o ambiente.

Qual a implicação disso? Todos os seres vivos no planeta utilizam apenas um mes-mo estoque (grande, mas não ilimitado) de material para todas as suas necessidades, prin-cipalmente aquelas referentes ao crescimento e à reprodução. Esses “ingredientes” têm de estar disponíveis nos diferentes ecossistemas para que a vida seja possível e se perpetue.

Quais são esses materiais? Em termos de elementos químicos teríamos, principal-mente: carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S). Esses elementos vêm sendo reutilizados por gerações e gerações de seres vivos que os reciclam continuamente.

Todavia, a história ainda não acabou. O planeta não se apresenta uniforme, mesmo para o observador casual, ou seja, alguém que não está interessado nesse tipo de proble-ma. Nota-se que a heterogeneidade dos ambientes terrestres influencia, significativa-mente, na disponibilidade desses elementos nos diferentes ecossistemas. Como? Essa heterogeneidade gera fluxos (correntes atmosféricas, frentes frias e quentes, correntes oceânicas entre outros) em escala planetária, que arrastam estes elementos - não na for-ma de elementos, é claro.

O que acontece é que, devido em grande parte à atividade biológica, são liberadas, para o ambiente, moléculas simples, como H2O, O2, CO2, H2S, SO2, NO2 (mas principal-mente NO3) e NH3. Cabe salientar que esses compostos são também suscetíveis às reações (dependendo do ambiente em que se encontram) dando origem a outros, que podem ser mais ou menos solúveis, ou voláteis, por exemplo. O que, também, interfere na disponi-bilidade dos elementos.

Os fluxos citados acabam por dispersar essas moléculas simples por toda a superfí-cie terrestre. Além disso, a atividade tectônica da Terra, como terremotos, erupção de vul-cões entre outras, também, interfere na dispersão/concentração desses elementos, além dos efeitos sobre os próprios seres vivos.


#M2U1 Ciclos Biogeoquímicos

www. Saiba sobre a incidência de raios solares e sua relação com o câncer de mama e cólon no site Prometeu – Notícias de Universidades e Centros de Pesquisa: http://www.prometeu.com.br/noticia.asp?cod=447

Figura2: visão geral dos ciclos biogeoquímicos.

Figura 3: Inter-relação de fatores bióticos e abióticos.

Podemos então resumir observando a figura 2:

O esquema acima pode ser representado enfatizando as inter-relações entre fa-tores bióticos e abióticos, como na figura 3.

Onde, fatores bióticos são os seres vivos, fatores abióticos: seria o ambiente de cada um e de todos os seres vivos de uma comunidade de um ecossistema, ou de todas as co-munidades, se considerarmos a biosfera. São os fatores físico-químicos que influenciam (e são influenciados) pelas comunidades e pelos seres vivos, individualmente. (a propósito: o sistema vivo seria aberto, fechado ou isolado? Como você justificaria sua resposta?).

Esse ambiente não deve ser visto apenas como a vizinhança imediata dos seres vivos, mas pode incluir, também, as regiões distantes (mesmo antípodas) cuja atividade acaba influenciando de algum modo o ambiente local.

Além dessas considerações a respeito do papel fundamental dos seres vivos na ciclagem dos elementos constituintes das biomoléculas, essa visão inicial não estaria com-pleta sem que se fizesse menção ao papel dos seres vivos no fluxo de energia no planeta, tema da unidade 2 deste módulo.


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De longe, a principal fonte de energia da Terra é a proveniente do Sol. Estima-se que a insolação média no planeta é de cerca de 70 J/s (W) por m2. Não devemos esquecer, entretanto, que esse é um valor médio já que a luz solar não incide da mesma forma em todas as regiões do planeta. Se considerarmos a superfície da Terra como de 520 milhões de km2, ou seja, 520x 1012 m2, teremos que a quantidade de energia que chega à superfície da Terra seria algo em torno de estupefacientes 1x1021 kWh anuais.

Para se ter uma idéia da enormidade de energia que isso representa, considere que o consumo mundial, por ano, de energia elétrica é de aproximadamente 16 trilhões de kWh. Ou seja, praticamente 1x10-6 % (um milionésimo por cento) da insolação que incide na Terra, supri-ria toda a demanda energética da civilização, pelo menos no que diz respeito à eletricidade.

O que acontece com essa energia? Em última análise, ela é em sua maior parte con-vertida em calor e irradiada de volta para o espaço.

Todavia, essa degradação da energia luminosa em energia calorífica ocorre de vá-rias formas, em particular. Na ausência de seres vivos, a superfície esquentaria em função do grau de insolação e do tipo de material(ais) presente(s). À noite, a superfície esfriaria, emitindo praticamente o total de energia acumulado durante o dia.

A presença de seres vivos torna o processo bem mais “elaborado”. A energia lumi-nosa é captada e convertida pelos produtores em carboidratos e outras biomoléculas (ver unidade 12), havendo conservação de parte da energia na forma de ligações químicas, com perda, para o ambiente (em geral, na forma de energia térmica), de cerca de 40% da energia inicial absorvida.

Essas biomoléculas resultantes serão fonte de matéria e energia para os heterótrofos (ver unidade 12 e 13) que também utilizarão parte da energia dessas biomoléculas para seus processos vitais, sendo liberados, principalmente, como calor, representando em tor-no de 40% da energia química consumida.

Contudo, esses processos possuem uma cinética, ou seja, demandam um certo tempo para que ocorram. Dessa forma, a energia que seria irradiada em pouco tempo para o espaço, na ausência de seres vivos, como no caso de desertos, por exemplo, acaba sendo devolvida aos poucos, permanecendo na biosfera por um tempo longo o suficiente para sustentar todas as complexas interações que se desenvolvem e se estabelecem nos diversos ecossistemas.

Ainda, deve-se salientar o seguinte: como resultado da atividade biológica no pla-neta são produzidas moléculas que acabam atingindo concentrações significativas nos diversos “compartimentos” da Terra (atmosfera, hidrosfera e litosfera). A presença de algumas dessas moléculas pode alterar o fluxo de matéria e energia pelo compartimento em questão. Um exemplo disto é o efeito estufa, devido a gases como o CO2, cujo teor aumentado na atmosfera faz que aumente, significativamente, a temperatura do planeta, tornando-a compatível com a vida como a conhecemos.

Os elementos químicos mais abundantes nos seres vivos são: carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre. Vários íons minerais também ocorrem nos seres vivos (como os íons sódio, cloreto, potássio, cálcio, ferro, entre muitos outros), mas nesse nosso estudo, nos limitaremos a discutir a ciclagem apenas daqueles mais abundantes. Mesmo assim, não será uma análise exaustiva do assunto, mas apenas uma visão geral do fluxo de material entre os “compartimentos” que formam os ecossistemas.

#M2U1 II. Ciclos Biogeoquímicos



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As características de um estado estacionário são: concentrações (de reagentes e produtos) praticamente inalteradas ao longo do tempo; fl uxos de matéria entre os diversos elementos do sistema, mas que se cancelam, garantindo a constância acima mencionada e fl uxo de energia no sistema, o que permite a ocorrência de trabalho.

Figura 4: Ciclo hidrológico.

A ciclagem dos elementos envolve, basicamente, a sua redistribuição na biosfera. Nesse processo, os elementos podem ser “mantidos” por longo tempo em um local. Chamamos esses locais de reservatórios (ou depósitos, ou fontes) do elemento em questão, quer seja na forma molecular, ou de íons complexos, ou na forma cristali-zada como, por exemplo, os depósitos de carvão, no caso do carbono.


Que outros exemplos você poderia dar de depósito?

A utilização desses depósitos é lenta, demandando, no mínimo, vários séculos para que o estoque seja disponibilizado, em parte, para os ecossistemas. Nesse período, mais material acaba sendo depositado no reservatório, de forma a se atingir, com o tempo, um estado estacionário (steady state) entre a biosfera e os reservatórios.

Os elementos podem, também, estar presentes em “compartimentos” não estan-ques, por tempos relativamente curtos (em termos geológicos), como no caso dos seres vivos. Nesse caso, pode-se dizer que constituem depósitos de troca, uma vez que são rapidamente disponibilizados para o ambiente.

Ciclo da águaApesar de estarmos falando de elementos, muitas vezes, é mais prático nos referir-

mos a uma molécula, principalmente quando ela é aproveitada como tal pelos seres vivos. É o caso da água. O ciclo hidrológico é, talvez, o mais conhecido de todos e o relativamen-te mais simples, principalmente, pelo fato de nele se ter o envolvimento, basicamente, de mudanças de estado da água (processos físicos), com uma contribuição pouco signifi cati-va de processos químicos (Figura 4).

Precipitação sobre a terra

Curso da superfície

Camada

Infiltração profundaMovimento deágua

Infiltração

Lençol freático

Fluxoterrestre

Evaporaçãoda terra

Evaporação daágua esuperfície

Fluxo de baixasuperfície

Fluxo da águasubterrânea

Instrusão de água salgada

Oceano

Evaporaçãodos oceanos

Precipitaçãonos oceanos

Evapo-transpiraçãoda terra

Intersepção etranspiração davegetação

Evaporação da terra

Evaporação dos depósitosdos oceanos

Umidade


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www. Leia o artigo: Interações entre nuvens, chuvas e a biosfera da Amazônia de Dias et al. (2005), no site: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0044-59672005000200011&lng=en&nrm=iso

www. Veja uma animação do ciclo da água em: http://www.region.waterloo.on.ca/web/region.nsf/0D78CB956F92D4BB85256C6B005A62C7/$file/hydrologic2.swf?openelement

Figura 5: Principais fontes de água do planeta Terra.

Nesse ciclo, a energia radiante do Sol provoca a evaporação da água para a atmos-fera; os ventos a distribuem sobre a superfície do globo e a precipitação a traz de volta para a Terra. A água, perdida por evapotranspiração (vegetais) a partir do solo ou como fluxo líquido através de canais, rios e aqüíferos subterrâneos, retorna finalmente para o mar.

De acordo com Berner (1987), as principais fontes de água são os oceanos (97,3% do total), o gelo das calotas polares e glaciais (2,06%), a água subterrânea (0,67%) e a de rios e lagos (0,01%) (Figura 5).

A fração da água que está em trânsito, em qualquer instante dado, é muito pe-quena: a água que drena através do solo, que flui ao longo dos rios e está presente como nuvens e vapor na atmosfera representa, apenas, 0,08% do total. Todavia, essa é a fração mais importante, pois atende às necessidades dos seres vivos e muitos dos elementos químicos são transportados e dissolvidos na água.

O ciclo hidrológico, como descrito acima, ocorreria com ou sem a presença dos seres vivos. Estes, entretanto, podem alterar significativamente os fluxos (ou seja, a velocidade e a intensidade) que nele ocorrem. A vegetação pode interceptar a água, evitando que ela chegue a um curso d´água e cause seu retorno à atmosfera. Isso pode ser ilustrado no caso da absorção da água do solo pelas raízes, por exemplo.

Por outro lado, a remoção da cobertura vegetal do solo pelos animais (espe-cialmente o homem, no caso de desmatamentos em grande escala, praticados para a expansão da fronteira agrícola) causa um forte impacto nos fluxos de água, que podem resultar na perda de solo, empobrecimento de nutrientes e aumento da intensidade (e gravidade) das enchentes.

A água é um bem muito valioso e relativamente escasso e sua utilização deman-da o difícil exercício político de administrar demandas conflitantes, como destiná-la para geração de energia elétrica ou irrigação para agricultura, com o menor impacto ambiental possível.



Saiba mais

O súber é o tecido vegetal que surge por meio do crescimento vegetal secundário e confere à planta proteção contra choques mecânicos e age como impermeabilizante.

Figura 6: Ciclo do Carbono.

Ciclo do carbono

A fotossíntese e a respiração (unidades 12 e 13 deste módulo) são os dois pro-cessos opostos que governam o ciclo global do carbono (Figura 6).

Este ciclo é preponderantemente gasoso, sendo o dióxido de carbono o veículo principal do fl uxo entre atmosfera, hidrosfera e biosfera. Não obstante, a mediação dos íons carbonatos (HCO3

- e CO3-2) é signifi cativa, principalmente, nas células, nos

fl uidos fi siológicos e na hidrosfera. A litosfera, de modo geral, contribui pouco para esse ciclo. Os combustíveis fósseis permaneceram como reservatórios dormentes por longas eras.

As plantas terrestres utilizam o dióxido de carbono atmosférico na fotossínte-se, enquanto que as plantas aquáticas usam carbonatos dissolvidos. Os dois subciclos estão ligados pelas trocas de CO2 entre a atmosfera e a hidrosfera. Além disso, rochas sedimentares como o calcário, por exemplo, em contato com as águas, também, contri-buem como fonte de carbonatos. A respiração por plantas, animais e microrganismos (e também processos anaeróbios como a fermentação alcoólica ou a acética) libera o carbono retido em produtos fotossintéticos de volta aos compartimentos atmosférico e hidrosférico.

Não podemos, entretanto, desconsiderar o papel do fogo nesse ciclo. Desde tempos imemoriais, os seres humanos já tinham “domesticado” o fogo e o utilizavam, primeiramente, como fonte de calor e proteção contra predadores. E, claro, a partir de fogueiras de acampamentos, não era impossível que fagulhas ou fogos mal apagados dessem início a um incêndio. Além disso, incêndios podem ocorrer também por causas naturais (por exemplo, queda de raios em fl orestas ou vegetação seca). Provavelmente, o fogo de origem antrópica (ou seja, humana) apenas aumentou a freqüência de tais incêndios, principalmente, depois do surgimento da atividade agrícola, que demanda áreas próprias para o cultivo das diversas culturas.

O fator “fogo” parece ser um componente essencial para a própria perpetua-ção de ecossistemas como o cerrado (e as savanas em geral). Muitas características

CO2 atmosfera

Petróleo, carvão, gás natural

CombustãoFotossíntese

Respiração

Alimentação

Fossilização

Ciclo do carbono

Plantas

AnimaisAnimaisHomemPré-histórico


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www. Saiba mais sobre a pesquisa da ação do fogo no cerrado pelo site: http://www.unb.br/ib/ecl/posecl/Projeto_Fogo_na_RECOR.pdf

da vegetação do cerrado sugerem isso. Em grande diversidade de plantas do cerra-do ocorre a presença de xilopódios (órgãos lenhosos subterrâneos que permitem o brotamento das partes aéreas, eventualmente destruídas por eventos tais como um incêndio); acrescente-se a isso o fato de as cascas das espécies arbóreas serem ricas em súber, formando uma camada isolante contra o calor do fogo, protegendo o “miolo” da planta contra os efeitos deletérios do fogo. Considere, também, que, na seca, forma-se um “tapete” de folhas e talos mortos, que impede o crescimento de novos brotos. Esse material, rico em fibras como lignina, hemicelulose e celulose, pobre em nutrientes e de difícil digestão, é rapidamente consumido pelo fogo, permitindo que novas folhas se estabeleçam. Esses brotos são fontes importantes de nutrientes para os herbívoros.

Outro aspecto da ação do fogo no cerrado, diz respeito à quebra da dormência de muitas sementes de plantas do bioma. Entende-se por dormência o fato de algumas sementes não germinarem mesmo em condições favoráveis. A “quebra” dessa dor-mência implica, geralmente, na participação de fenômenos físico-químicos, entre eles o estresse térmico (seja no sentido de altas ou baixas temperaturas).

Tomadas em conjunto, essas e outras evidências levaram à sugestão, por parte de alguns pesquisadores, que a vegetação do cerrado seria uma vegetação “clímax” do fogo (Coutinho, 1978). A UnB, entre outras universidades e instituições de pesquisa, vem realizando pesquisas e possui projetos relacionados ao entendimento da relevân-cia do fator “fogo” no ecossistema cerrado, considerando suas diversas fisionomias.

Saiba mais

O seqüestro de carbono e a importância das florestas em reduzir o teor de CO2 na

atmosfera

O problema do acúmulo de CO2 na atmosfera resultante da atividade humana (como a

queima de combustíveis fósseis, desmatamentos, etc.) é preocupante e demanda uma

solução consistente para que os efeitos catastróficos que se prenunciam não se efetivem.

Existem dois “sangradouros” naturais do CO2 atmosférico: os oceanos e a atividade fotos-

sintética dos seres vivos autotróficos.

Com relação aos oceanos, a capacidade de dissolução de CO2 é limitada pela concentra-

ção e temperatura, basicamente. O aumento de temperatura resultante da intensifica-

ção do efeito estufa leva a uma diminuição de CO2 dissolvido nos mares. Além disso, o

aumento da concentração de CO2 nos oceanos, leva a uma acidificação da água, que pode

comprometer (de forma desconhecida) o complexo ecossistema marinho. Finalmente, o

volume dos oceanos é um dado do problema que não pode ser alterado.

Com relação aos seres fotossintetizantes, a situação é, em princípio, mais controlável:

podemos, por exemplo, plantar sementes ou mudas de árvores em locais estratégicos que

garantam, ao longo do crescimento das plantas, um consumo significativo do CO2 atmosfé-

rico, associado a outros efeitos desejados (como preservação e retenção do solo, diminui-

ção do impacto de cheias em populações ribeirinhas, etc).

Evidentemente, há um custo envolvido na preparação do solo, escolha das espécies mais

adequadas, acompanhamento da vegetação em formação, entre outros, o que significa

que deve ser uma decisão tomada de acordo com critérios técnico-científicos que maximi-

zem os ganhos da atividade.

Todavia, muito ainda há a se aprender sobre a dinâmica das matas e florestas para se ter

garantia de que o procedimento seja eficiente no grau que se deseja e se espera.



emissão decombustível

fóssil

precipitação

perdasgasosas

N & N O2 2

denitrificação

consumopela planta

nitratos(NO )3

-

fertilizantes

matéria orgânica(R-NH )2

mineralização

amônia(NH +)3nitrificação nitrificação

nitritos(NO )2

-infiltração

infiltração

eutrofizaçãoescoamento

gás nitrogêniona atmosfera

fixação porrelâmpago

fixação porbactéria

Figura 7: Ciclo do nitrogênio.


Considerando que há um estado estacionário na natureza, discuta a queima de combustíveis fósseis e sua relação com a intensifi cação do efeito estufa. Se houver necessidade, reveja os conceitos apresentados nesta unidade. Procure mais infor-mações sobre o assunto.

Ciclo do nitrogênio

Muitas biomoléculas apresentam o nitrogênio em sua composição. Dentre elas podemos destacar os aminoácidos (que formam as proteínas dos organismos), as bases nitrogenadas (que formam os nucleotídeos, que são os blocos constitutivos dos ácidos nucléicos) entre outras. A disponibilidade de nitrogênio é, portanto, um fator limi-tante do crescimento dos organismos na biosfera.

O estudo de como o nitrogênio circula na natureza é de fundamental impor-tância para a avaliação das bases dos diversos ecossistemas, bem como da sua estabi-lidade e potencialidade de exploração econômica, de forma a não comprometer sua integridade e diversidade (Figura 7).

Neste ciclo, o principal reservatório de nitrogênio é a atmosfera. A incorpora-ção desse nitrogênio à biosfera pode se dar tanto através de processos abióticos como por processos bióticos.

Abioticamente, o N2 atmosférico pode reagir com a água (das nuvens, por exemplo) sendo oxidado a HNO3, que se precipita com as chuvas. A energia de ati-vação para essa oxidação provém, por exemplo, das descargas elétricas. O nitrato re-sultante pode ser reduzido por plantas e microrganismos à amônia (especifi camente o íon amônio, NH4

+) que pode ser assimilado e incorporado ao organismo na forma de glutamina e glutamato.


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Figura 8: Ciclo do fósforo.

Além dessa via abiótica, há o processo de fi xação biótica do N2 no qual a molé-cula é reduzida à NH4

+ pela nitrogenase (um complexo enzimático presente em algu-mas bactérias de vida livre ou simbiontes). A energia e o potencial redutor para essa redução do nitrogênio são devidos ao ATP e ao piruvato, respectivamente.

Glutamato e glutamina são os principais carreadores (e distribuidores) de nitro-gênio nos seres vivos. A partir deles, outras biomoléculas aminadas são sintetizadas.

Os compostos aminados da maioria dos animais, ao serem decompostos, dão origem, principalmente, a excretas como uréia e ácido úrico que, no ambiente, são degradados em amônia e CO2, por microrganismos. A amônia pode ser oxidada a ni-trato, ou ainda a N2 (também por atividade bacteriana - ver unidade 13) retornando ao depósito atmosférico. Plantas, microorganismos, peixes e invertebrados marinhos, liberam amônia diretamente para o ambiente.

Ciclo do fósforo

O fósforo é um elemento fundamental para os seres vivos, visto que várias mo-léculas o contêm em sua constituição. Mas não é só isso, a atividade metabólica dos organismos pode ser regulada pela adição ou remoção de grupos fosfatos de certas moléculas “chaves” (ver unidade 13). E mais, a energia química intracelular, disponível para a manutenção da atividade celular, é fornecida diretamente pela hidrólise do ATP, geralmente em ADP e Pi, que, por sua vez, vão originar ATP às custas da oxidação dos nutrientes absorvidos pela célula. Entretanto, o fósforo não ocorre como tal e sim na forma oxidada (fosfato). A fonte desse elemento são as rochas e sedimentos.

O ciclo do fósforo (Figura 8) pode ser descrito como de tendência sedimentar, uma vez que, em linhas gerais, o mineral é transportado da terra para os oceanos onde, por fi m, incorpora-se aos sedimentos.

rochas fosfatadas

CICLO DO FÓSFORO

Dissolução

perda

guano

águascontinentais

restos e dejetos

PO no solo-4

rochas fosfatadas

Redes tróficasmarinhas

fitoplâncton

zooplâncton

peixesrestos

sedimentosfossilização



Saiba mais

A poluição de rios e lagos próximos a grandes centros urbanos tem provocado a eutrofização desses ambientes aquáticos por disponibilizar altas concentrações de nitrogênio e fósforo, elementos que possibilitam a floração de algas como as cianobactérias (Microcystis sp.) e, conseqüentemente, aumentam a mortandade de peixes e provocam mau cheiro.

www.Veja um estudo de variações no ciclo do fósforo em diferentes agroecossistemas na região do cerrado, acessando o site: http://www.scielo.br/pdf/pab/v39n7/21308.pdf

A ciclagem do fósforo ocorre tanto em terra (comunidades terrestres) como nos oceanos (comunidades aquáticas), sendo que, nesse último compartimento, o tempo de ciclagem é significativamente maior. Um átomo de fósforo, liberado de uma rocha ou se-dimento por processos físico-químicos pode entrar em uma comunidade terrestre e nela ser reciclado por até muitos séculos (é um período de tempo extremamente variável), antes de ser transportado para um curso d´água.

Logo depois de ingressar no curso d´água (o que pode significar semanas, meses ou anos), o átomo chega ao oceano. Ele faz então, em média, cerca de cem percursos de ida e volta entre águas superficiais e profundas, cada um durando, em média, mil anos.

Durante cada percurso, ele é absorvido por organismos que habitam a superfície e, desta forma, é incorporado a uma comunidade aquática, onde é reciclado. Eventual-mente, com a morte e a decomposição dos organismos, o átomo retorna às profundezas.

Em média, na sua centésima descida (após 10 milhões de anos no oceano) ele deixa de ser liberado como fósforo solúvel, passando a fazer parte do sedimento oceânico sob forma particulada. A partir daí, o que ocorrerá com esse fósforo dependerá da atividade geológica. Pode ocorrer que o fundo oceânico eventualmente se torne terra seca (um pro-cesso que pode ocorrer em cem milhões de anos). Desse modo, o átomo de fósforo pode ser de novo disponibilizado para ciclagem nas comunidades terrestre e marinha e, por fim, retornar à sua forma sedimentar.

Cabe salientar aqui o fato de que a forma de assimilação do fósforo nos diversos ecossistemas é a de íon fosfato. Em ambientes terrestres, muitas vezes, é comum encon-trar sais minerais, muitos deles na forma de íons positivos (como o íon cálcio, magnésio, entre outros). No cerrado, em particular, há abundância de alumínio na sua forma ioniza-da (Al+3). Esses cátions podem complexar-se ao íon fosfato (de carga negativa) dificultan-do a sua assimilação pelos seres vivos. Muitas bactérias produzem ácidos orgânicos que uma vez lançados no ambiente, acabam ligando-se aos cátions (como o Al+3) o que resulta na “liberação” do fosfato para que seja assimilado com maior eficiência.

Ciclo do enxofre

O enxofre é um elemento que, apesar de não ser tão abundante nos seres vivos como os anteriores, tem sua importância em pelo menos dois aspectos fundamentais: um aspecto estrutural, relativo à estabilização da estrutura terciária de muitas proteínas, atra-vés das chamadas pontes dissulfeto ou pontes de enxofre, formadas a partir de resíduos de cisteína; outro, metabólico, relacionado à formação de ligações tio-éster, que instabi-lizam as moléculas, tornando-as mais reativas e, portanto, possibilitando sua utilização pela célula. Nesse contexto, devemos também levar em consideração que o grupo -SH (sulfidril) participa de reações de óxido-redução importantes no metabolismo (ver unida-des 3, 12 e 13).

Três processos biogeoquímicos naturais liberam enxofre (Figura 9) para a atmosfe-ra: formação de aerossóis dos borrifos das ondas do mar, respiração anaeróbica por bactérias redutoras de sulfato e atividade vulcânica (relativamente menos impor-tante). As sulfobactérias liberam compostos de enxofre reduzidos, especialmente H2S, de turfeiras submersas e comunidades de pântano, bem como de comunidades marinhas associadas com planícies de maré.


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Planície de Maré é a região costeira que o mar, alternadamente, cobre e descobre.

Figura 9: Ciclo do enxofre.

SO dacombustão

de combustiveisfósseis

22SO

42-(SO )

Sulfato naatmosfera

Precipitaçãoácida

Enxofre esal no mar

Sulfatona água

42-(SO )

42-(SO )

H S2Saindo do

fundo do mar

Enxofre emorganismos vivos

Decomposição eoutros processos

Sulfato no solo

Absorvidopela planta

Microorganismos

Reduçãodo enxofre

Liberados naágua do solo

(S )

Enxofre em combustíveis fósseis

Mineração

Sulfitos doferro no solo

em sedimentosprofundos

Enxofreinorgânico (S)

-

Sedimentação desulfatos e sulfitos

Deposiçãoorgânica


O que há em comum entre os ambientes (turfeiras submersas, pântano e planícies de maré) descritos?

Um fl uxo inverso a partir da atmosfera envolve a oxidação de compostos de enxo-fre a sulfato (processo abiótico) que retorna à Terra como precipitação.

O intemperismo das rochas fornece aproximadamente a metade do enxofre que escoa da terra para rios e lagos, sendo o restante derivado de fontes atmosféricas.

No seu caminho para o oceano, uma porção do enxofre, disponível principalmente na forma de sulfato solúvel, é absorvida pelas plantas, passa por cadeias alimentares e, via processos de decomposição, torna-se novamente disponível para as plantas. Final-mente, existe uma perda contínua para os sedimentos oceânicos.

O impacto da atividade humana nesses ciclos é, hoje em dia, objeto de preocupação e estudo por parte de muitos cientistas preocupados com a sustentabilidade da própria atividade econômica subjacente à nossa civilização.

Nem todas as implicações das diversas perturbações, nos diferentes ciclos, são co-nhecidas em detalhe, nem a quantifi cação do grau ou da intensidade das possíveis res-postas ambientais a essas perturbações. Claramente, o acúmulo de CO2 na atmosfera, re-sultante da queima de combustíveis fósseis, é, atualmente, um fator de risco incontestável por provocar um aumento signifi cativo na intensidade do efeito estufa no planeta. O ma-nejo desse e de outros problemas ambientais, de forma “ecologicamente correta”, é um desafi o para a atual geração de técnicos e cientistas.

#M2U1 III. Atividades humanas e os ciclos biogeoquímicos




Neste módulo, foi comentado sobre o impacto da atividade humana nos ciclos bio-geoquímicos, de uma forma geral. Pesquise sobre o assunto e aprofunde-se sobre como se dá esse impacto nos diversos ciclos apresentados e o que isso pode repre-sentar para o futuro da espécie humana.

Nessa unidade, vimos alguns aspectos da ciclagem de elementos químicos essen-ciais aos seres vivos na biosfera. A seguir, apresentamos algumas referências para consul-ta e aprofundamento do que foi abordado até aqui. As reflexões e atividades propostas pretendem servir de guia para um melhor aproveitamento do conteúdo, bem como para que você se aprofunde no estudo do assunto.

Essa é apenas uma sugestão de livros e sites especializados e de natureza geral que podem servir de apoio no estudo da unidade.

ODUM, E. P. Ecologia. Rio de Janeiro: Guanabara-Koogan, 1978.

_________. Fundamentos de Ecologia. Lisboa: Fundação Gulbenkian, 2004.

RICKLEFS, R. E. A economia da Natureza. Rio de Janeiro : Guanabara-Koogan, 2003.

SALGADO-LABORIAU, M. L. História ecológica da Terra. São Paulo: Edgard Blücher, 1994.

SILVA, B. A. Contabilidade e meio ambiente: considerações teóricas e práticas sobre controle ambiental. São Paulo: Annablume, 2003.

Ciclos Biogeoquímicos

Meio Ambiente PR. Disponível no site: http://www.pr.gov.br/meioambiente/educ_ent_ciclos.shtml. Acessado em: 30 de nov. 2006.

Biologia e Meio Ambiente. Disponível no site: http://www.aultimaarcadenoe.com/biolo-gia3e.htm. Acessado em: 30 de nov. 2006.

Ciclos Biogeoquímicos, ciclagem de nutrientes. Disponível no site: http://www.ib.usp.br/ecologia/ciclo_biogeoquimicos_print.htm. Acessado em: 30 de nov. 2006.

Literatura especializada

BERNER, E. K.; BERNER, R. A. Global water cycle: geochemistry and environment. New Jersey, USA: Prentice Hall, 1987.

CAMARGO, A. et al. Meio ambiente brasil: avanços e obstáculos pós Rio-92. Rio de Janeiro: Fundação Getúlio Vargas, 2002.

GRUBB, P. J.; WHITTAKER, J. B. Toward a More Exact Ecology. Australia: Ed. Blackwell Scientific Publications, 1989.

#M2U1 IV. Referências e sugestões de leituras


Eixo Biológico

P

BSC

B

MCCLAIN, M. E. et al. The biogeochemistry of the amazon basin. USA: Oxford University Press, 2001.

MISTRY, J. World savannas: ecology and human use. New York: Prentice Hall, 2000.

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