Ciclos biogeoquímicos

So processos naturais que reciclam elementos em diferentes formas qumicas do meio ambiente para os organismos, e, depois, vice-versa. gua, carvo, oxignio, nitrognio, fsforo e outros elementos percorrem estes ciclos, unindo os componentes vivos e no-vivos da Terra.

Sendo a Terra um sistema dinmico, em evoluo, o movimento e a estocagem de seus materiais afetam todos os processos fsicos, qumicos e biolgicos.

Um ciclo biogeoqumico o movimento ou o ciclo de um determinado elemento ou elementos qumicos atravs da atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera da Terra.

Os ciclos esto intimamente relacionados com processos geolgicos, hidrolgicos e biolgicos. Como exemplo, pode-se lembrar que um modesto conhecimento sobre o ciclo geolgico (aqui referido como um conjunto dos processos responsveis pela formao e destruio dos materiais da Terra, subdividido em: ciclo hidrolgico e ciclo das rochas) valioso para o conhecimento e compreenso de nosso ambiente, que intimamente relacionado aos processos fsicos, qumicos e biolgicos. Por exemplo, para avaliar o impacto ambiental de um material perigoso, como a gasolina, que vazou para o subsolo, as propriedades qumicas, fsicas e biolgicas do solo, rochas e gua deveriam ser entendidas.

A gua na natureza pode ser encontrada nos trs estados fsicos: slido, lquido e gasoso. Os oceanos e mares constituem cerca de 97% de toda gua; dos 3% restantes, 2,25% esto em forma de gelo nas geleiras e nos polos, e apenas 0,75% esto nos rios, lagos e lenis freticos.

A quantidade de gua na forma de vapor na atmosfera reduzidssima quando comparada s grandes quantidades que so encontradas nos outros estados, mas apesar dessa pequena quantidade, ela fundamental na determinao das condies climticas e de vital importncia para os seres vivos. A gua encontrada na atmosfera proveniente da evapotranspirao que compreende a transpirao dos seres vivos e a evaporao da gua lquida. A evapotranspirao exige energia para ser realizada.

Pode-se afirmar que essa energia provm do sol, atuando diretamente na evaporao e indiretamente na transpirao, afinal a transpirao dissipa calor do organismo para o ambiente, A gua gasosa da atmosfera se condensa e pode precipitar na forma de chuva (lquida), ou por um resfriamento excessivo na forma slida (neve ou granizo).

Nos continentes e ilhas, a evapotranspirao menor do que a precipitao, o que possibilita a formao de rios, lagos e lenis freticos. O processo inverso ocorre nos oceanos e mares, onde a precipitao menor que a evapotranspirao.

Isso poderia sugerir que um dia os oceanos iriam secar, mas ento, por que isso no ocorre?

No ocorre porque o excesso de gua dos continentes de alguma forma levado aos mares e oceanos por ao dos rios, que sempre desembocam nos mares e oceanos.

O esquema ilustra a maneira como a gua sai do ambiente e como ela retorna a esse ambiente. Mais uma vez conveniente observar que todo o movimento que a gua realiza cclico, ou seja, ela sai do ambiente, percorre o seu caminho, seja ele na terra, ou na atmosfera, cumpre todas as suas funes, e depois disso quando ocorre a precipitao ela volta ao seu ponto inicial ficando disponvel para novamente recomear o seu ciclo na natureza.

COMO A AO HUMANA AFETA O CICLO DA GUA?

As aes humanas podem esgotar o fornecimento da gua subterrnea, causando uma escassez e o consequente afundamento da terra ao extrair-se o lquido. Ao remover a vegetao, a gua flui sobre o solo mais rapidamente, de modo que tem menos tempo para ser absorvida na superfcie. Isto provoca um esgotamento da gua subterrnea e a eroso acelerada do solo.

O Ciclo das Rochas inicia-se com a destruio das rochas da superfcie pela ao dos agentes externos, como o intemperismo e a eroso ou a aglutinao de ambos.

O intemperismo o processo de degradao das rochas, acontece quando expostas atmosfera sofrem um ataque erosivo, provocado pelo clima, que pode modificar o seu aspecto fsico ou a sua composio mineralgica. A eroso o processo de desgaste mecnico, operado pelas guas correntes, pelo vento, pelo movimento das geleiras e pelos mares.

Os produtos resultantes da destruio so transportados por diversos fluidos, passando a circular sobre a superfcie terrestre por ao do calor solar e pela gravidade.

Quando cessa a energia que os fazem circular, eles depositam-se nas regies mais baixas, formando ento as rochas sedimentares.

Com o passar do tempo as rochas sedimentares so sepultadas a grandes profundidades, sofrendo consequentemente o efeito do calor terrestre e se tornando cada vez mais duras.

Nos nveis mais profundos, cerca de 10 a 30 km, a temperaturae a presso so maiores, acontecendo a transformao em rochas metamrficas.

A temperatura continua aumentando cada vez mais, ocorre a fuso e ela se transformaem rocha gnea.

Devido a ao do movimento do manto, ocorre o processo de levantamento dessa rocha gnea, cada vez mais, ela tende a subir a nveis superiores.

Aps milhes de anos, finalmente a rocha chega a superfcie terrestre e novamente comea a sofrer a ao dos agentes externos, reiniciando assim o ciclo.

Vamos primeiro entender o que o carbono:

um elemento fundamental na constituio das molculas orgnicas, o carbono utilizado primariamente pelos seres vivos est presente no ambiente, combinado ao oxignio e formando as molculas de gs carbnico presentes na atmosfera ou dissolvidas nas guas dos mares, rios e lagos .

O carbono passa a fazer parte da biomassa atravs do processo da fotossntese. Os seres fotossintetizantes incorporam o gs carbnico atmosfera, transformando-se em molculas orgnicas.

O ciclo do carbono : O carbono absorvido pelas plantas. Uma vez incorporado s molculas orgnicas dos produtores, poder seguir dois caminhos: ou ser liberado novamente para a atmosfera na forma de CO2 (dixido de carbono), como resultado da degradao das molculas orgnicas no processo respiratrio, ou ser transferido na forma de molculas orgnicas aos animais herbvoros quando estes comerem os produtores (uma parte ser transferida para os decompositores que liberaro o carbono novamente para a atmosfera, degradando as molculas orgnicas presentes na parte que lhes coube). Os animais, atravs da respirao, liberam atmosfera parte do carbono assimilado, na forma de CO2.

Parte do carbono contido nos herbvoros ser transferida para os nveis trficos seguintes e outra parte caber aos decompositores e, assim, sucessivamente, at que todo o carbono fixado pela fotossntese retorne novamente atmosfera na forma de CO2.

Sua grande importncia consiste no fato dele contribuir com aproximadamente 80% do total de CO2 trocado entre a parte slida da Terra e a atmosfera. A troca ocorre h meio bilho de anos. CO2 atmosfrico dissolve-se na gua da chuva, produzindo H2CO3. Essa soluo cida, nas guas superficiais ou subterrneas, facilita a eroso das rochas silicatadas (Si o elemento mais abundante da crosta terrestre). Entre outros produtos, o intemperismo e a eroso provocam a liberao dos ons Ca2+ e HCO3-, que podem ser lixiviados para os oceanos. Os organismos marinhos ingerem Ca2+ e HCO3- e os usam para construo 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 tectnico, pode migrar para uma zona cuja presso e calor fundem parcialmente os carbonatos. A formao desse magma libera CO2 que escapa para a atmosfera pelos vulces. A, pode combinar-se novamente com a gua da chuva, completando o ciclo.

O ciclo do carbonato-silicato contribui para a estabilidade da temperatura atmosfrica. Exemplo: se uma mudana climtica aumenta a temperatura do oceano, a taxa de evaporao de gua para a atmosfera aumenta e, consequentemente, a quantidade de chuva. Aumentando-se as precipitaes, aumenta-se o intemperismo, e assim, o fluxo de Ca2+ e HCO3- para o mar. Os organismos marinhos retiram esses ons da gua e quando morrem contribuem para os grandes estoques de C dos sedimentos marinhos. O resulto lquido a remoo do CO2 atmosfrico. Assim, uma menor quantidade da energia emitida pela superfcie terrestre aprisionada e a atmosfera resfria-se, completando o ciclo de contribuio negativa para o aumento da temperatura da atmosfera.

O Ca um elemento qumico muito importante para os seres vivos. Nos vegetais, ele participa principalmente como ativador de enzimas, alm de participar como componente estrutural de sais de compostos pcticos da lamela mdia.

A maior participao do clcio nos animais est relacionada com a formao de esqueletos, pois ele parte constituinte dos exoesqueletos de invertebrados e conchas. Alm disso, atua em processos metablicos: sua participao fundamental no processo de coagulao do sangue, alm de ser muito til no processo de contrao muscular.

A fonte primria de clcio na natureza so, sem dvida, as rochas calcrias, que, devido ao de agentes diversos, sofrem intemperismo, o qual provoca eroso, levando os sais de clcio para o solo, de onde so carregados pelas chuvas para os rios e mares. Assim como ocorre com o fsforo, o clcio tende a se acumular no fundo do mar.

O intemperismo pode ser entendido como o conjunto de processos mecnicos, qumicos e biolgicos que ocasionam a destruio fsica e qumica das rochas, formando os solos. Mais uma vez, fica muito claro a grande participao que a gua exerce nos ciclos biogeoqumicos; no ciclo do clcio, como no ciclo das rochas, sua presena de suma importncia para que os ciclos possam ser reiniciados. O mecanismo que rege o ciclo do clcio segue mais ou menos os seguintes passos. Inicialmente o CO 2 atmosfrico dissolve-se na gua da chuva, produzindo H 2 CO 3 . Essa soluo cida, nas guas superficiais ou subterrneas, facilita a eroso das rochas silicatadas e provoca a liberao de Ca 2+ e HCO 3 , entre outros produtos, que podem ser lixiviados para o oceano. Nos oceanos, Ca 2+ e HCO 3 so absorvidos pelos animais que o utilizam na confeco de conchas carbonatadas, que so os principais constituintes dos seus exoesqueletos. Com a morte desses organismos, seus esqueletos se depositam no fundo do mar, associam-se a outros tipos de resduos e originam uma rocha sedimentar, depois de um longo perodo de tempo. Esses sedimentos de fundo, rico em carbonato, participando do ciclo tectnico, podem migrar para uma zona de presso e temperatura mais elevadas, fundindo parcialmente os carbonatos. As mudanas lentas e graduais da crosta terrestre podem fazer com que essas rochas sedimentares alcancem a superfcie, completando o ciclo.

Os vegetais absorvem do solo os sais de clcio, e os animais o obtm atravs da cadeia alimentar. Com a decomposio dos animais e vegetais mortos, o clcio retorna ao solo.

Resumindo temos:

um ciclo tipicamente sedimentar. O fsforo liberado dos reservatrios - as rochas de fosfato, depsitos de guano (excremento de aves marinhas) e depsitos de animais fossilizados - por eroso natural e filtrao, e atravs da minerao e do uso como adubo pelo homem, dos 103 elementos qumicos conhecidos, sabe-se que 30 a 40 so necessrios vida. Os mais importantes so o carbono, o nitrognio, o hidrognio, o oxignio, o fsforo e o enxofre. A esses elementos principais acrescentam-se outros, necessrios em quantidades menores, como o clcio, ferro, potssio, magnsio, sdio, etc. Eles podem ser classificados em micro e macronutrientes de acordo com as quantidades requeridas pelo seres vivos. Os elementos circulam na biosfera entre os compartimentos abiticos e a biomassa animal e vegetal.

Um dos nutrientes mais importantes para a construo de organismos o fsforo. Geralmente o fsforo mais escasso que outros nutrientes, tais como o nitrognio e o potssio. Se o sistema florestal no reciclasse o fsforo, este poderia ficar to escasso, que limitaria o crescimento das plantas da floresta.

TIPOS DE CICLOS

Os ciclos podem ser classificados em trs tipos bsicos dependendo da natureza do reservatrio abitico (Odum, 1972):

ciclos gasosos: possuem o depsito abitico na atmosfera. Graas grande dinmica deste meio, possuem eficazes mecanismos de autoregulao. Exemplos: ciclo do nitrognio e ciclo do oxignio;

ciclos sedimentares: o depsito abitico est na crosta terrestre em rochas; estes ciclos so mais vulnerveis a perturbaes externas, pelo fato deste depsito ter um tempo muito elevado de recirculao. Exemplos: ciclo do clcio e ciclo do fsforo;

ciclos mistos: possuem ambos os depsitos (sedimentares e atmosfricos).

Nitrognio essencial para todas as formas de vida, pois est presente na estrutura dos aminocidos. A vida mantm o N na forma molecular, N2, na atmosfera em quantidade maior que NH3 ou em xidos, N2O, NO e NO2, ou em compostos com H, NH, HNO2 e HNO3. N2 pouco reativo, tendendo a formar pequenos compostos inorgnicos. A maioria dos organismos no pode usar N2 diretamente sendo necessria muita energia para quebrar a ligao N - N. Uma vez isolados, os tomos de N podem converter-se em amnia, nitrato ou aminocidos: o processo chama-se fixao e s ocorre por ao da luz ou da vida, sendo o ltimo o grande responsvel.

O processo biolgico to importante, que vrias plantas estabelecem uma simbiose com bactrias capazes de fixar nitrognio. A diminuio de nitrognio em solos agrcolas pode ser reduzida por rotao de culturas. Ex: soja, que fixa N, pode estar em rotatividade com milho, que no fixa, e, assim, aumentar a fertilidade do solo. Se as bactrias apenas fixassem nitrognio, N2 seria removido da atmosfera. As bactrias tambm realizam o processo inverso: a imobilizao.

Tanto a remoo de N2, como a incorporao so processos controlados por bactrias. N fertilizante e contaminante das guas subterrneas. Fontes industriais e descargas eltricas podem fixar N. N fixo significa N no ligado, ou seja, N atmico. Fixao industrial hoje a maior fonte de N. xidos de N so formados a altas temperaturas quando N2 e O2 esto presentes. Os xidos de N so a maior fonte poluidora proveniente dos automveis. N2O diminui a camada de O3 na estratosfera. N ao mesmo tempo essencial e txico. essencial a todas as formas de vida e participa de vrios processos industriais, liberando produtos txicos.

O nitrognio participa das molculas de protenas, cidos nuclicos e vitaminas. Embora seja abundante na atmosfera (78% dos gases), a forma gasosa (N2) muito estvel, sendo inaproveitvel para a maioria dos seres vivos. O processo que remove N2 do ar e torna o nitrognio acessvel aos seres vivos denominado fixao do nitrognio.

A fixao de N2 em ons nitrato (NO3-) a mais importante, pois principalmente sob a forma desse on que as plantas absorvem nitrognio do solo.

A fixao pode ocorrer por processos fsicos, como sob ao de relmpagos durante tempestades, e tambm por processos industriais, quando se criam situaes de altssima presso e temperatura para a produo de fertilizantes comerciais. A fixao biolgica, porm, a mais importante, representando 90% da que se realiza no planeta.

A fixao biolgica do nitrognio realizada por bactrias de vida livre no solo, por bactrias fotossintticas, por cianofceas (algas azuis), e principalmente por bactrias do gnero Rhizobium, que somente o fazem quando associadas s razes de plantas leguminosas - soja, alfafa, ervilha, etc. Nessas razes formam-se ndulos densamente povoados pelas bactrias, onde ocorre a fixao de N2 at a formao de nitrato. Essas plantas podem assim desenvolver-se mesmo em solos pobres desse on.

S um elemento essencial para vida no planeta

S reduzido nutriente-chave para manuteno da vida (ex.: integridade estrutural de protenas)

S no estado oxidado (SO42-) o 2o. nion mais abundante nos rios e oceanos

Principal agente causador de acidez em gua de chuva

Forma substncias insolveis com metais (FeS2) em solos , sedimentos e minerais

O ciclo do S o mais intensamente perturbado pelo homem

O enxofre apresenta um ciclo que passa entre o ar e os sedimentos, sendo que existe um grade depsito na crosta terrestre e nos sedimentos e um depsito menor na atmosfera.

No reservatrio terrestre, os microrganismos tm funo preponderante, pois realizam a oxidao qumica. Dessas reaes, resulta a recuperao do enxofre dos sedimentos mais profundos.

Na crosta e na atmosfera, paralelamente, ocorrem processos geoqumicos e meteorolgicos, tais como eroso, ao da chuva, alm de processos biolgicos de produo e decomposio.

Os tomos do elemento oxignio, utilizados pelos seres vivos, encontram-se combinados dois a dois, constituindo o gs oxignio, um dos componentes da atmosferade nosso planeta, ou associados ao hidrognio constituindo a gua ou, ainda, na forma de CO2. O oxignio atmosfrico, na forma de 02, captado por plantas e animais para ser utilizado no processo da respirao. Neste processo, o oxignio combina com o hidrognio, formando molculas de gua. A gua formada na respirao retorna para o ambiente atravs da transpirao e da excreo utilizada nas reaes qumicas do ser vivo, acabando por fornecer os hidrognios e os oxignios que faro parte da matria orgnica.

Neste caso, o oxignio voltar atmosfera na forma de gua e gs carbnico, por ocasio da morte e consequente decomposio do organismo. A gua pode ser ainda utilizada pelas plantas no processo da fotossntese. Durante este processo, as molculas de gua sero quebradas, passando os hidrognios a fazer parte das molculas orgnicas sintetizadas, e o oxignio ser liberado na atmosfera, na forma de O2.

Parte do oxignio da atmosfera concentra-se entre quinze e trinta quilmetros da superfcie, na troposfera. Nessa altura, a radiao solar ultravioleta atinge as molculas de oxignio, que, ao absorver esse tipo de radiao, se quebra liberando tomos de oxignio. Como so extremamente reativos, esses tomos reagem com outras molculas de oxignio, formandoo oznio.

Interferncia das atividades humanas sobre os ciclos biogeoqumicos

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