1. UNIVERSIDADE DE SO PAULO INSTITUTO DE QUMICA DE SO CARLOSIMPORTNCIA DA COMPREENSO DOS CICLOSBIOGEOQUMICOS PARA O DESENVOLVIMENTOSUSTENTVELRogrio da Silva RosaRossine Amorim MessiasBeatriz AmbroziniCoordenao: Profa. Dra. Maria Olmpia de O. Rezende So Carlos 2003

2. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento SustentveliSUMRIOApresentao iii1. Ecologia1 1.1. Fatores Histricos 12. Ecossistema 3 2.1. Introduo 3 2.2. Biosfera vs. Fotossntese3 2.3. Os Componentes do Ecossistema4 2.4. A Pirmide de Energia6 2.4.1. Fluxo de Energia 6 2.4.2. Fluxo de Matria 83. Os Ciclos Biogeoqumicos9 3.1. Introduo 9 3.1.1. O Ciclo da gua10 3.1.2. O Ciclo das Rochas 12 3.1.3. O Ciclo do Carbono 13 3.1.4. O Ciclo do Clcio16 3.1.5. O Ciclo do Fsforo 17 3.1.5.1. O Fenmeno da Eutrofizao 17 3.1.6. O Ciclo do Nitrognio19 3.1.6.1. A Rotao de Culturas21 3.1.7. O Ciclo do Enxofre 224. Fatores de Desequilbrio Ambiental24 4.1. Introduo 24 4.2. Concentrao de Poluentes nos Nveis Trficos255. Metais Pesados27 5.1. Efeitos Txicos Causados pelo Mercrio 27 5.2. Uso do Mercrio no Brasil28 5.2.1. Histrico28 5.2.2. Mercrio como Contaminante Ambiental 29 5.2.3. A Contaminao por Garimpos de Ouro30 5.2.4. O Acidente na Baa de Minamata 33Instituto de Qumica de So Carlos - USP 3. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel ii 5.2.5. As Diferenas entre a Amaznia e Minamata35 5.2.6. Efeitos Txicos Causados pelo Chumbo 366. Poluio da gua39 6.1 A Chuva cida 407. Poluio do Ar42 7.1. O Efeito Estufa448. Poluio do Solo489. Concluses5010. Bibliografia 52Instituto de Qumica de So Carlos - USP 4. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel iiiAPRESENTAO Esta monografia comeou a ser desenvolvida durante a disciplina optativaCiclos Biogeoqumicos, por mim oferecida durante o 1o. semestre de 2002. Naoportunidade, dois alunos matricularam-se: Rogrio e Beatriz. Eles, com o auxlio doM.Sc. Rossine, idealizaram o que agora est sendo lido. O objetivo desta monografia propiciar ao leitor o conhecimento bsico arespeito dos ciclos biogeoqumicos para a compreenso das mudanas globais emcurso nos processos ambientais de nosso pequeno planeta. Com o conhecimento, possvel interferir, agindo de modo integrado ecompatibilizando desenvolvimento e qualidade de vida. Boa leitura!Maria Olmpia de Oliveira RezendeInstituto de Qumica de So Carlos - USP 5. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel11. Ecologia1.1. Fatores Histricos O termo ecologia foi utilizado pela primeira vez em meados de 1870 pelobilogo alemo Ernst Haeckel, discpulo de Charles Darwin, para designar a cinciadas relaes dos organismos com o meio ambiente. A palavra ecologia deriva de duas palavras de origem grega: olkos, quesignifica casa, ou em um sentido mais amplo, ambiente, e logos, que quer dizercincia ou estudo. Dessa forma, ecologia significa cincia do ambiente, ou, em umadefinio mais completa, pode ser entendida como a cincia que estuda as relaesentre os seres vivos e o ambiente onde vivem. Atualmente, a designao que tem sidomais utilizada, define a ecologia como sendo a cincia que estuda os ecossistemas. Nos dias atuais, a ecologia passou a ser um dos temas de maior destaque nosmeios de divulgao. Isso se deve em grande parte aos desastres ecolgicos que sesucedem no apenas em nosso pas mas tambm em vrios outros, de tal maneira,que a ecologia passou a adquirir grande importncia prtica. O Homem o ser vivo que mais agride o ambiente em que vive, sendo que atcerto tempo atrs ele acreditava que poderia interferir no meio ambiente da maneiraque lhe fosse mais conveniente. Aos poucos, porm, ele foi percebendo que odescarte inadequado dos subprodutos de suas indstrias, o uso indiscriminado deagrotxicos, e o descuido com rios, lagos e fontes no s acabava com a vidaexistente nesses meios, mas tambm trazia enormes transtornos a ele prprio, poisuma vez que o Homem alterava o meio onde vivia, a natureza lhe respondia cada vezmais de uma maneira mais rspida e rpida. Hoje em dia se faz necessrio conhecer as noes bsicas da ecologia, ouseja, aprender como os seres interagem com o ambiente e verificar o papel deles noequilbrio ecolgico. Sem sombra de dvida, o Homem j fez progressos considerveis na tentativade recuperar os ecossistemas que foram destrudos e de preservar aqueles quepoderiam ser atacados. Um exemplo disso foi o encontro da comunidade cientficainternacional em conjunto com polticos em junho de 1992, na cidade do Rio deJaneiro, na conferncia que ficou conhecida como ECO-92, durante a qual foramInstituto de Qumica de So Carlos - USP 6. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 2discutidas solues e responsabilidades de problemas que so comuns aos pases. Oponto alto desse encontro foi a elaborao da Carta da Terra. Em contrapartida, asada dos Estados Unidos, um dos maiores poluidores do meio ambiente, do Tratadode Kioto foi uma prova cabal que no so todos que aprenderam com as respostas danatureza. A defesa americana simplesmente insustentvel, pois alega que com aassinatura do Tratado, a indstria americana teria que se adequar a uma nova polticade controle de emisso de gases poluentes, e isso levaria a indstria a ter gastosextras e a ter que fazer cortes de pessoal, o que poderia gerar uma crise na indstriaamericana e, conseqentemente, levaria a uma crise na economia mundial.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 7. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel32. Ecossistema2.1. Introduo No incio da formao do planeta, existia uma grande camada de gases,constituda basicamente de metano, amnia, vapor de gua e hidrognio. Com opassar do tempo, o planeta foi se resfriando, o que permitiu um acmulo maior degua, originando os primeiros mares, ou mares primitivos. Paralelamente a isso, a Terra a sendo bombardeada constantemente pelosraios solares que faziam com que transformaes fsicas e qumicas nos componentesda atmosfera e da crosta terrestre fossem ocorrendo. A partir desse momento, a vidase originou e nunca mais deixou de existir no planeta. Com o aparecimento dos seres vivos, uma nova entidade passou a fazer parteda constituio do planeta, ou seja, alm da litosfera, hidrosfera e atmosfera, a Terrapassou a contar com a biosfera. A biosfera compreende todos os lugares do planetaonde existe vida. As camadas que envolvem o planeta recebem a terminao sferadevido ao formato esfrico da Terra. Assim sendo, pode-se montar uma tabela parailustrar o nome e o significado de cada um.Tabela 1. Nomes e Significados Nome SignificadoAtmosferaParte gasosa da TerraLitosferaParte mineral da TerraHidrosfera Parte aquosa da Terra2.2. Biosfera vs. Fotossntese Uma afirmao que se pode fazer a respeito da biosfera que a sobrevivnciade todos os seres vivos que a compem, com exceo de um pequeno grupo de seresprocariontes quimiossintetizantes, depende, em uma ltima anlise, dos organismosclorofilados. Estes, por meio da fotossntese, produzem o alimento que utilizado portodos os outros seres vivos. Como subproduto da fotossntese, as plantas liberamoxignio, que fundamental para a respirao de todos os seres vivos, sejam eles Instituto de Qumica de So Carlos - USP 8. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel4animais ou vegetais. Esse tipo de dependncia que existe entre animais e vegetais apenas um dos muitos exemplos de interaes que ocorrem na biosfera. Como regra, populaes de espcies diferentes devem viver em constanteinterao, formando as comunidades biticas, ou biocenose. A biocenose depende doconjunto de fatores fsicos e qumicos do meio, freqentemente chamado de bitopo.Uma comunidade bitica em interao com o conjunto de condies fsicas equmicas, da regio onde ela habita, constitui um ecossistema. Assim, temos:BIOCENOSE + BITOPO = ECOSSISTEMA2.3. Os Componentes do Ecossistema Um conjunto de seres vivos e o meio onde eles vivem, com todas as interaesque estes organismos mantm entre si, formam um ecossistema. Qualquerecossistema apresenta dois componentes bsicos: o componente bitico, que representado pelos seres vivos, e o componente abitico, que representado pelascondies qumicas e fsicas do meio. Em qualquer ecossistema, os representantes do componente bitico podem serdivididos em outros dois grupos: os auttrofos e os hetertrofos. O termo auttrofo usado para designar os seres fotossintetizantes que conseguem captar a energialuminosa e utiliz-la para suprir suas necessidades energticas. J o termo hetertrofo usado para denominar os organismos que necessitam captar, do meio onde vivem, oalimento que lhes fornea energia e matria-prima para a sua sobrevivncia. Dessaforma, os seres auttrofos so ditos produtores dos ecossistemas, pois so eles queproduzem toda a matria orgnica e energia que ser utilizada como alimento poroutros seres vivos. por meio deles que toda a energia necessria para amanuteno da comunidade bitica entra no ecossistema. Os hetertrofos so os consumidores dos ecossistemas: eles apenas utilizamo alimento produzido pelos auttrofos para assim sobreviver. Um grupo muitoparticular de hetertrofos so os decompositores, pois estes se utilizam de matriaorgnica morta como fonte de alimentao. Os decompositores so de grandeimportncia, pois a partir deles que muitos nutrientes so devolvidos ao meioambiente, tornando assim cclica a permanncia desses nutrientes, conforme servisto mais adiante. Em termos de fatores abiticos, estes podem ser classificados em fsicos equmicos, sendo que temperatura, luminosidade e umidade so exemplos de fatores Instituto de Qumica de So Carlos - USP 9. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 5fsicos. Entre os fatores qumicos, pode ser citada a presena de gua e de mineraisno solo. Dentre os fatores fsicos, a radiao solar a que ocupa lugar de destaque,pois ela quem comanda a maioria dos outros fatores. Dela provm toda a energianecessria para a sobrevivncia dos seres vivos, alm de ser ela a responsvel pelamanuteno da temperatura no planeta. Essa manuteno da temperatura fatorfundamental na distribuio dos seres vivos na superfcie da Terra. Alm disso, aradiao solar tambm afeta outros fatores climticos como umidade relativa do ar,pluviosidade, etc. Com relao aos fatores qumicos, pode-se dizer que a presena ou ausnciade um determinado elemento na gua decisiva para a manuteno da vida em umdado ambiente. Por exemplo, a presena de fsforo, encontrado na forma de fosfatoem alguns tipos de rochas, fundamental, pois o fsforo constituinte importante damatria viva. Outros elementos, como o clcio, o boro, o carbono, o nitrognio e ooxignio, so essenciais para a manuteno da vida, tanto animal quanto a vegetal,sendo que esses elementos ficam presentes no meio ambiente em uma forma cclica,ou seja, de alguma maneira eles so retirados do meio, cumprem o seu papel, sejaformar uma protena ou um cido nuclico, como no caso do nitrognio, seja a de umfosfolipdio no caso do fsforo, e, de alguma forma, eles devem retornar ao meio paranovamente se tornarem parte do ciclo.EnergiaPlantasAnimaisAnimaisradiante do(Produtores) (Herbvoros) (Carnvoros)Sol AuttrofosHetertrofos DECOMPOSITORES(Bactrias e Fungos)Figura 1. Diagrama de transferncia de energia solar para os seres vivos. Pela figura 1, fica evidente a forma como a energia solar transferida eutilizada por todos os seres vivos. Inicialmente, a energia que produzida pelo sol eque chega Terra suficiente para que as plantas consigam realizar a sntese dematria orgnica por meio do processo de fotossntese, ou seja, esse processofornece toda a energia necessria para os processos vitais e para que as plantaspossam crescer e se desenvolver. Nesse processo de crescimento e desenvolvimento,Instituto de Qumica de So Carlos - USP 10. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel6as plantas vo produzindo e armazenando energia, sais minerais e matria orgnica,que vo ser posteriormente passados para os organismos superiores, via cadeiaalimentar. A matria orgnica que foi sintetizada pelas plantas contm energia, que porsua vez vai servir de alimento para manuteno de processos vitais e de crescimentopara os animais. Inicialmente, essa energia passada aos herbvoros e, em seguida, passada via cadeia alimentar a todos os outros organismos superiores, inclusive oHomem. Caso esse mecanismo de transporte seja interrompido em algum ponto, adecomposio da matria orgnica por ao de bactrias e fungos, faz com que todosos nutrientes voltem ao solo e possam ser reabsorvidos novamente, dandocontinuidade ao ciclo. O esquema apresentado ilustra o conceito de cadeia alimentar, e inerente aesse conceito est o conceito de nvel trfico, que ser discutido um pouco maistarde, mas de antemo j possvel perceber que cada organismo ocupa um lugarpr-determinado na cadeia alimentar, e em virtude de sua colocao na cadeiadepender a sua colocao em um nvel trfico ou no.2.4. A Pirmide de Energia A pirmide de energia mostra uma conseqncia natural das leis datermodinmica, ou seja, parte da energia dissipada ao passar de um nvel trficopara outro, e em cada nvel a energia transformada, nunca criada. Alm disso, elaindica os nveis de aproveitamento ou produtividade biolgica da cadeia alimentar.2.4.1. Fluxo de Energia Uma das caractersticas mais marcantes dos ecossistemas que osorganismos que os compem podem ser agrupados de acordo com seus hbitosalimentares. Nesse caso, cada grupo em particular constitui aquilo que costuma sedenominar nvel trfico. De acordo com essa definio, o nvel trfico nada mais queo lugar onde cada grupo de organismos ocupa em um determinado ecossistema. Aseqncia dos nveis trficos representa o caminho que tanto a energia como amatria percorre em um ecossistema. A fonte de energia que mantm qualquer ecossistema o Sol. Assim, a energialuminosa proveniente do Sol captada e metabolizada pelos produtores, que na suamaioria so seres fotossintetizantes, portanto auttrofos. Incluem-se nesse grupo osvegetais clorofilados e os organismos quimiossintetizantes (algumas bactrias). Instituto de Qumica de So Carlos - USP 11. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 7Posteriormente, os herbvoros, ao se alimentarem dos produtores, obtm parte dessaenergia e, assim sucessivamente, a energia vai passando de nvel trfico at a suachegada aos organismos que esto no topo da cadeia alimentar. Do total de energia armazenada pelo auttrofo na matria orgnica produzidapela fotossntese, parte consumida por ele mesmo na respirao, o que lhe mantmvivo. Portanto s passado para o nvel trfico seguinte aquilo que o produtor noconsumiu, e desse, uma parte eliminada pelos excrementos e uma parcelaconsidervel da energia do alimento consumida como forma de energia demovimento. As sobras so incorporadas aos tecidos permanecendo disposio donvel trfico seguinte. Assim, a cada nvel trfico, vai ocorrendo uma perda de energia,principalmente na forma de calor, forma essa que os seres vivos no tem condiesde reaproveitar. Portanto, a energia flui de um nvel trfico a outro sem possibilidadede retrocesso, numa nica direo; da vem a denominao de que o fluxo de energia unidirecional. O esquema a seguir (figura 2) ilustra o que foi dito. Os raios solares, assim quechegam s plantas, que so os produtores da cadeia alimentar e por isso seencontram na parte debaixo da pirmide, transformam essa energia em matriaorgnica, que, por sua vez, vo servir de alimento e fonte de energia para todos osconsumidores que esto na parte superior da cadeia, transferindo, assim, a energiapara esses consumidores. Uma vez que os animais do topo da cadeia no tem comoreciclar essa energia, uma parte dela se perde na forma de calor para o ambiente.Espao (M e i o A m b i e n t e)CALOR Energia Luminosa SOLFigura 2. Fluxo de energia do Sol para o meio ambiente via cadeia alimentar. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 12. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel82.4.2. Fluxo de Matria Ao contrrio do que acontece com o fluxo de energia, o fluxo de matria no unidirecional; ele segue o caminho inverso, ou seja, o caminho cclico. Principiamos o raciocnio pelos produtores, que so os seres que transformama energia radiante do sol em alimento, inicialmente para si, e depois para os demaisorganismos vivos que compem os nveis trficos superiores atravs da alimentao. Assim que qualquer um desse seres que compem os nveis trficos morre, amatria orgnica absorvida pelos microrganismos decompositores que trazem devolta ao solo os sais minerais e outros elementos, tornando-os disponveis para seremreaproveitados novamente por outros organismos (figura 3). Produtores de Consumidores de Alimento Alimentos(Auttrofos)(Hetertrofos)DECOMPOSITORES (Fungos e Bactria)Figura 3. Diagrama de fluxo de matria entre os seres vivos. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 13. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel93. Os Ciclos Biogeoqumicos3.1. Introduo Os ciclos biogeoqumicos so processos naturais que por diversos meiosreciclam vrios elementos em diferentes formas qumicas do meio ambiente para osorganismos, e depois, fazem o processo contrrio, ou seja, trazem esses elementosdos organismos para o meio ambiente. Dessa forma, a gua, o carbono, o oxignio, onitrognio, o fsforo, o clcio, entre outros elementos, percorrem esses ciclos, unindotodos os componentes vivos e no-vivos da Terra. Sendo a Terra um sistema dinmico, e em constante evoluo, o movimento ea estocagem de seus materiais afetam todos os processos fsicos, qumicos ebiolgicos. As substncias so continuamente transformadas durante a composio ea decomposio da matria orgnica, sem escapar da biosfera, sendo, portantoreciclveis. Um ciclo biogeoqumico pode ser entendido como sendo o movimento ou ociclo 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 modestoconhecimento sobre o ciclo geolgico (aqui referido como um conjunto dos processosresponsveis pela formao e destruio dos materiais da Terra, subdividido em ciclohidrolgico e ciclo das rochas) valioso para o conhecimento e compreenso denosso ambiente, que est intimamente relacionado aos processos fsicos, qumicos ebiolgicos. Os caminhos percorridos ciclicamente entre o meio abitico e o bitico pelagua e por elementos qumicos conhecidos, como C, S, O, P, Ca e N, constituem oschamados ciclos biogeoqumicos. O estudo desses ciclos se torna cada vez mais importante, como, por exemplo,para avaliar o impacto ambiental que um material potencialmente perigoso, possa vir acausar no meio ambiente e nos seres vivos que dependem direta ou indiretamentedesse meio para garantir a sua sobrevivncia.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 14. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel10 Como j fora visto anteriormente, a matria pode ser constantementereaproveitada na natureza, ou seja, quando uma planta ou um animal morre, asbactrias e fungos que esto presentes nos solos do incio ao processo dedecomposio desses seres, e nesse processo de decomposio so trazidos de voltaao solo sais minerais, gua e outros elementos, como Na, K, P, N. Uma vez que esses elementos esto disponveis novamente no solo, ar ou noambiente de maneira geral, o processo todo se reinicia, como se fosse uma grandeengrenagem, ou seja, o nitrognio que est no ar atmosfrico utilizado por algumasbactrias que se encontram nas razes de algumas plantas, o fsforo novamenteincorporado pelos seres vivos para compor os fosfolipdios e assim sucessivamente. Os ciclos biogeoqumicos esto intimamente relacionados com os processosgeolgicos, de tal forma que praticamente impossvel tentar entender um ciclobiogeoqumico sem antes saber o que se passou com o planeta, as transformaesque ele sofreu e que ainda hoje continua a sofrer, visto que a Terra um sistema queprima pelo equilbrio dinmico que possui.3.1.1. O Ciclo da gua 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 plos, e apenas 0,75%esto nos rios, lagos e lenis freticos. A quantidade de gua na forma de vapor na atmosfera reduzidssima quandocomparada s grandes quantidades que so encontradas nos outros estados, masapesar dessa pequena quantidade, ela fundamental na determinao das condiesclimticas e de vital importncia para os seres vivos. A gua encontrada na atmosfera proveniente da evapotranspirao que compreende a transpirao dos seres vivos ea evaporao da gua lquida. A evapotranspirao exige energia para ser realizada.Em ltima anlise, pode-se afirmar que essa energia provm do sol, atuandodiretamente na evaporao e indiretamente na transpirao, afinal a transpiraodissipa calor do organismo para o ambiente. A gua gasosa da atmosfera secondensa e pode precipitar na forma de chuva (lquida), ou por um resfriamentoexcessivo na forma slida (neve ou granizo). Nos continentes e ilhas, a evapotranspirao menor do que a precipitao, oque possibilita a formao de rios, lagos e lenis freticos. O processo inverso ocorrenos oceanos e mares, onde a precipitao menor que a evapotranspirao. IssoInstituto de Qumica de So Carlos - USP 15. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 11poderia sugerir que um dia os oceanos iriam secar, mas, ento, por que isso noocorre? 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 eoceanos. O esquema da figura 4 ilustra a maneira como a gua sai do ambiente e comoela retorna a esse ambiente. Mais uma vez conveniente observar que todo omovimento que a gua realiza cclico, ou seja, ela sai do ambiente, percorre o seucaminho, seja ele na terra, ou na atmosfera, cumpre todas as suas funes, e depoisdisso, quando ocorre a precipitao, ela volta ao seu ponto inicial, ficando disponvelpara novamente recomear o seu ciclo na natureza. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 16. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel12 Chuva ou NeveChuva ou NeveNUVENSEvapotranspiraoContinentes, Ilhas,SERESOceanos e GeleirasVIVOSMaresRIOSFigura 4. Diagrama do ciclo da gua no planeta.3.1.2. O Ciclo das RochasO ciclo das rochas consiste de vrios processos que produzem rochas e solos.Esse ciclo depende do ciclo tectnico para energia e do ciclo hidrolgico para gua.O calor gerado pelo ciclo tectnico produz materiais fundidos, como a lavavulcnica, que ao se solidificarem na superfcie ou em camadas mais finas do origems rochas gneas. Essas rochas, ao se congelarem e descongelarem, quebram-sedevido expanso e contrao. Podem tambm se desagregar devido a processosqumicos, pela ao de cidos fracos formados na presena de CO2, matria orgnicae gua, alm de processos fsicos, como o vento.O ciclo das rochas inicia-se com a destruio das rochas que esto nasuperfcie, pela ao de agentes externos, sejam eles fsicos ou qumicos, ao essaconhecida como intemperismo.O intemperismo o processo de degradao das rochas e acontece quando asrochas expostas atmosfera sofrem um ataque erosivo, provocado pelo clima (vento,chuvas, etc), que pode modificar o seu aspecto fsico ou a sua composiomineralgica. O intemperismo um processo de desgaste mecnico, operado pelasguas correntes, pelo vento, pelo movimento das geleiras e pelos mares. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 17. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel13 Os sedimentos, que so os produtos resultantes da ao do intemperismo, sotransportados por diversos fluidos, passando a circular sobre a superfcie terrestre porao do calor solar ou da gravidade. Quando cessa a energia que os fazem circular, eles se depositam nas regiesmais baixas, formando-se ento as rochas sedimentares. Com o passar do tempo, as rochas sedimentares so sepultadas a grandesprofundidades, sofrendo ento constantemente o efeito do calor terrestre e setornando cada vez mais duras. Nos nveis mais profundos da Terra, cerca de 10 a 30km, a temperatura e a presso so cada vez maiores, acontecendo ento atransformao das rochas sedimentares em rochas metamrficas. A temperaturaaumenta de tal forma que essas rochas so levadas fuso, transformando-senovamente em rocha gnea. Devido intensa atividade que ocorre no interior do planeta, ocorre o processode levantamento dessa rocha. Isso acontece cada vez mais at o momento em que arocha comea a chegar aos nveis superiores, e aps algumas dezenas de milharesde anos essa rocha chega novamente superfcie, onde estar sujeita a ao dosagentes externos, reiniciando, assim, o ciclo. A vida desempenha um papel fundamental nesse ciclo, por meio daincorporao do carbono nas rochas. Processos de biossedimentao produzem aschamadas rochas calcrias (CaCO3, principalmente), alm de substncias hmicas epetrleo. Fica evidente nesse ciclo a ao da gua, pois ela o principal agenteresponsvel pelo deslocamento dos sedimentos obtidos por meio do intemperismo,sendo que ela tambm um dos agentes capazes de causar esse intemperismo. Elaassume esse papel principal, pelo fato de ser capaz de dissolver materiais inorgnicoscontidos nos sedimentos, bem como capaz de arrastar partculas de maior massa, oque seria impossvel apenas pela ao do vento.3.1.3. O Ciclo do Carbono O carbono um elemento qumico de grande importncia para os seres vivos,pois participa da composio qumica de todos os componentes orgnicos e de umagrande parcela dos inorgnicos tambm. O gs carbnico se encontra na atmosfera numa concentrao bem baixa,aproximadamente 0,03% e, em propores semelhantes, dissolvido na partesuperficial dos mares, oceanos, rios e lagos. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 18. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 14 Removido da atmosfera pela fotossntese, o carbono do CO2 incorpora-se aosseres vivos quando os vegetais, utilizando o CO2 do ar, ou os carbonatos ebicarbonatos dissolvidos na gua, realizam a fotossntese. Dessa maneira, o carbonodesses compostos utilizado na sntese de compostos orgnicos, que vo suprir osseres vivos. Da mesma maneira, as bactrias que realizam quimiossntese fabricam suassubstncias orgnicas a partir do CO2. Os compostos orgnicos mais comumenteformados so os aucares (carboidratos), mas, alm deles, as plantas so capazes deproduzir protenas, lipdeos e ceras em geral. O carbono das plantas pode seguir trs caminhos (figura 5): pela respirao devolvido na forma de CO2; passa para os animais superiores via cadeia alimentar; pela morte e decomposio dos vegetais, volta a ser CO2. O carbono adquirido pelos animais, de forma direta ou indireta, do reinovegetal durante a sua alimentao. Assim, os animais herbvoros recebem dosvegetais os compostos orgnicos e, atravs do seu metabolismo, so capazes desintetizar e at transform-los em novos tipos de produtos. O mesmo ocorre com osanimais carnvoros, que se alimentam dos herbvoros e assim sucessivamente. Ocarbono dos animais pode seguir, assim como as plantas, trs caminhos (figura 5): pela respirao devolvido na forma de CO2; passagem para outro animal, via nutrio; pela morte e decomposio dos animais, volta a ser CO2; Um outro mecanismo de retorno do carbono ao ambiente por intermdio dacombusto de combustveis fossis (gasolina, leo diesel, gs natural). Alm desse, aqueima de florestas uma outra forma de devoluo, mas vale ressaltar que essemtodo pode acarretar srios danos ao ambiente, ocasionando grandes variaes noecossistema global do planeta. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 19. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel15CO2 Atmosfrico VegetaisAnimaisResduosOrgnicos Combustveis Decompositores Fsseis Fossilizao deplantas e animais em eras geolgicasdistantesFigura 5. Esquema representativo do ciclo do carbono.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 20. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 163.1.4. O Ciclo do Clcio O Ca um elemento qumico muito importante para os seres vivos. Novegetais, ele participa principalmente como ativador de enzimas, alm de participarcomo componente estrutural de sais de compostos pcticos da lamela mdia. A maior participao do clcio nos animais est relacionada com a formao deesqueletos, pois ele parte constituinte dos exoesqueletos de invertebrados econchas. Alm disso, atua em processos metablicos: sua participao fundamentalno processo de coagulao do sangue, alm de ser muito til no processo decontrao 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 osrios e mares. Assim como ocorre com o fsforo, o clcio tende a se acumular no fundodo 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 guaexerce nos ciclos biogeoqumicos; no ciclo do clcio, como no ciclo das rochas, suapresena de suma importncia para que os ciclos possam ser reiniciados. Omecanismo que rege o ciclo do clcio segue mais ou menos os seguintes passos.Inicialmente o CO2 atmosfrico dissolve-se na gua da chuva, produzindo H2CO3.Essa soluo cida, nas guas superficiais ou subterrneas, facilita a eroso dasrochas silicatadas e provoca a liberao de Ca2+ e HCO3, entre outros produtos, quepodem ser lixiviados para o oceano. Nos oceanos, Ca2+ e HCO3 so absorvidos pelosanimais que o utilizam na confeco de conchas carbonatadas, que so os principaisconstituintes dos seus exoesqueletos. Com a morte desses organismos, seusesqueletos se depositam no fundo do mar, associam-se a outros tipos de resduos eoriginam uma rocha sedimentar, depois de um longo perodo de tempo. Essessedimentos de fundo, rico em carbonato, participando do ciclo tectnico, podem migrarpara uma zona de presso e temperatura mais elevadas, fundindo parcialmente oscarbonatos. As mudanas lentas e graduais da crosta terrestre podem fazer com queessas rochas sedimentares alcancem a superfcie, completando o ciclo. Os vegetais absorvem do solo os sais de clcio, e os animais os obtm atravsda cadeia alimentar. Com a decomposio dos animais e vegetais mortos, o clcioretorna ao solo.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 21. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 173.1.5. O Ciclo do Fsforo O fsforo um elemento qumico que participa estruturalmente de molculasfundamentais do metabolismo celular, como fosfolipdios, coenzimas e cidosnuclicos. Alm disso, um nutriente limitante do crescimento de plantas,especialmente as de ambientes aquticos. Por outro lado, por apresentar-se emgrande abundncia no meio ambiente, pode causar srios problemas ambientais. Os grandes reservatrios de fsforo so as rochas e outros depsitos formadosdurante as eras geolgicas. Esses reservatrios, devido ao intemperismo, pouco apouco fornecem o fsforo para os ecossistemas, onde absorvido pelos vegetais eposteriormente transferido aos animais superiores e, por conseqncia, ao Homem,via cadeia alimentar. O retorno do fsforo ao meio ocorre pela ao de bactrias fosfolizantes,atuando nas carcaas de animais mortos. O fsforo retorna ao meio na forma decomposto solvel, sendo portanto facilmente carregado pela chuva para os lagos erios e destes para os mares, de forma que o fundo do mar passa a ser um grandedepsito de fsforo solvel. As aves marinhas desempenham um papel importante na restituio do fsforomarinho para o ambiente terrestre, pois ao se alimentarem de peixes marinhos eexcretarem em terra firme, trazem o fsforo de volta ao ambiente terrestre. Ilhasprximas ao Peru, cobertas de guano (excremento das aves), mostram o quanto asaves so importantes para a manuteno do ciclo. O uso mais comum para o fsforo como fertilizante. Ele um doscomponentes principais do tipo de fertilizante mais utilizado, o fertilizante base deNPK. Por ter a capacidade de formar compostos solveis, o fsforo facilmentecarregado pela chuva para os lagos e rios, sendo justamente nessa etapa que podemocorrer srios danos ao meio ambiente, pois se um excesso de componentesnitrogenados e fosfatados, que so largamente utilizados como fertilizantes, entra emum lago ou rio, esses nutrientes podem causar aumento da populao bacteriana e dealgas verdes (fotossintticas), originando um processo conhecido como eutrofizao.3.1.5.1. O Fenmeno da Eutrofizao Um lago ou um rio eutrofizado, em um primeiro momento, apresenta umaelevada proliferao de fitoplncton, com conseqente incremento na produo dematria orgnica. As algas que compem o fitoplncton possuem um ciclo curto deInstituto de Qumica de So Carlos - USP 22. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 18vida; assim, uma grande quantidade de algas morrem em um espao de tempo muitocurto. Esse material orgnico proveniente das algas mortas provoca o crescimento deorganismos decompositores aerbios, que, ao realizarem a decomposio, consomemtodo o oxignio dissolvido na gua. Esse consumo provoca a morte de todos os seresaerbios, peixes, por exemplo, contribuindo ainda mais para o aumento da quantidadede matria orgnica a ser decomposta. Como no h mais oxignio, os organismosdecompositores que se desenvolvem so anaerbios, que lanam uma quantidademuito grande de toxinas alterando totalmente as propriedades qumicas do meioaqutico, invibializando todas as formas de vida. O esquema da figura 6 mostra os caminhos que o fsforo pode percorrer,desde sua retirada das rochas, pela ao do intemperismo, at a sua chegada ao mar,sua participao na cadeia alimentar e sua respectiva volta ao solo, onde novamentefica disposio dos animais e dos seres humanos, dando continuidade ao ciclo.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 23. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel19 FosfatoFosfato Vegetais Animais na Rocha no Solo Decompositor Rochas Fosfato nos Cadeia Alimentar Excrementos de MaresAlgas Peixes Aves Aves MarinhasFigura 6. Esquema representativo do ciclo do fsforo.3.1.6. O Ciclo do Nitrognio O nitrognio um elemento qumico que entra na constituio de duasimportantssimas classes de molculas orgnicas: protenas e cidos nuclicos. Almdisso, o nitrognio componente de um nucleotdeo essencial a todos os seres vivosda biosfera: o ATP. Embora esteja presente em grande quantidade no ar (cerca de79%), na forma de N2, poucos seres vivos o assimilam nessa forma. Apenas algunstipos de bactrias, principalmente cianobactrias, conseguem captar o N2, utilizando-ona sntese de molculas orgnicas nitrogenadas. O nitrognio utilizvel pelos seres vivos o combinado com o hidrognio naforma de amnia (NH3). A transformao do N2 em NH3 chamada fixao.Fenmenos fsicos, como os relmpagos e fascas eltricas, so processos fixadoresde nitrognio. A produo de amnia por esses fenmenos atmosfricos pequenssima, sendo praticamente negligencivel em face s necessidades dos seresvivos. A fixao do nitrognio por esses meios denominada fixao fsica. Outra forma de fixao de nitrognio a fixao industrial, realizada porindstrias de fertilizantes, onde se consegue uma elevada taxa de fixao denitrognio.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 24. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 20 A fixao do nitrognio realizada pelas bactrias, algas azuis e fungos quevivem livres no solo ou associados s razes de plantas denominada de fixaobiolgica ou biofixao. As bactrias do gnero Rhizobium, algas azuis do gneroAnabaena e Nostoc e certos fungos so organismos fixadores de nitrognio que vivemassociados a plantas, principalmente a leguminosas. Esses microrganismos,conhecidos genericamente por radcolas, vivem em ndulos nas razes das plantas,estabelecendo uma relao de mutualismo, ou seja, eles recebem proteo da plantae em troca lhe fornecem um farto suprimento de nitrognio aproveitvel (NH3). Agimnosperma araucria um exemplo de uma planta que no leguminosa, masapresenta ndulos em suas razes com fungos capazes de fixar nitrognio. A amnia pode ser produzida por dois tipos de biofixadores de vida livre:bactrias dos gneros Azotobacter (aerbias) e Clostridium (anaerbias). Quando os decompositores comeam a atuar sobre a matria orgnicanitrogenada (protenas do hmus, por exemplo), liberam diversos resduos para oambiente, entre eles a amnia (NH3). Combinando-se com a gua do solo, a amniaforma hidrxido de amnio que ionizando-se produz o on amnio (NH4+) e hidroxila.Esse processo denominado de amonizao: NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH A oxidao dos ons amnio produz nitritos como resduos nitrogenados, quepor sua vez so liberados para o ambiente ou oxidados a nitrato. A converso dos onsamnio em nitrito e nitrato conhecida por nitrificao, que ocorre pela ao debactrias nitrificantes (Nitrosomas, Nitrosococus, Nitrobacter). O processo de nitrificao pode ser dividido em duas etapas: Nitrosao: A amnia transformada em nitrito (NO2): 2 NH3 + O2 2 HNO2 + 2 H2O + Energia Nitrao: Ocorre a transformao do on nitrito em on nitrato (NO3):2 HNO2 + 2O2 2HNO3 + Energia Os nitratos, quando liberados para o solo, podem ser absorvidos emetabolizados pelas plantas. Assim, o ciclo do nitrognio envolve trs processos: Nitrosao: Converso de ons amnio em nitritos; Nitrao: Converso de nitritos em nitratos; Nitrificao: Converso de ons amnio em nitratos. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 25. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel21 As bactrias nitrificantes so quimioautrficas, ou seja, utilizam-se da energialiberada na nitrificao para sintetizar as suas substncias orgnicas. Por meio deexcreo ou da morte, os produtos nitrogenados dos organismos so devolvidos aoambiente. Os excretas nitrogenados eliminados para o ambiente, como uria e cidorico, so transformados em amnia pela ao de bactrias e fungos decompositores.Outros compostos nitrogenados, como protenas, por exemplo, so degradados porao de bactrias e fungos, transformando-os em amnia. A decomposio que seapresenta como produto final denominada amonificao. A amnia produzida pelos fixadores ou pela amonificao pode ser aproveitadapelas bactrias nitrificantes ou ser transformada em N2 livre, desprendendo-se para aatmosfera. Essa devoluo de nitrognio para a atmosfera conhecida pordesnitrificaoe comumenterealizadapelas bactriasdesnitrificantes(Pseudomonasdenitificans). Aparentementeindesejvel, a desnitrificao necessria porque, se no ocorresse, a concentrao de nitratos no solo aumentariade maneira desastrosa.3.1.6.1. A Rotao de Culturas A rotao de culturas um mtodo que consiste na alternncia de uma culturade uma leguminosa com uma outra cultura de no leguminosas, por exemplo, aalternncia de uma plantao de cana, milho, soja com uma de leguminosas (porexemplo: amendoim, feijo ou lentilha), periodicamente. Assim, em uma safra planta-se uma no leguminosa e na entressafra uma leguminosa, deixando os restos dasleguminosas nas reas onde se pretende plantar outra cultura. Os restos dasleguminosas no devem ser queimados porque se assim for feito, a combustodevolve o nitrognio para a atmosfera. A decomposio da leguminosa adiciona compostos nitrogenados ao solo quesero utilizados posteriormente pela cultura da no leguminosa. Essa forma de adubao conhecida como adubao verde, e uma formamuito racional de se utilizar o ambiente, pois todos os indivduos envolvidos ganham,em especial o produtor ao economizar no uso do fertilizantes. Infelizmente, essa prtica ainda no muito difundida entre os agricultores quepreferem em muitos casos simplesmente colocar fogo em sua cultura, para facilitar ocorte e abreviar o tempo com que se planta entre uma safra e outra, caso muitocomum em plantaes de cana. Esse procedimento, porm, traz prejuzo. Em muitopouco tempo, os solos ficam completamente exauridos de sais minerais, necessitando,ento, de correo, que feita base de fertilizante.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 26. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel22 Mas como tudo tem um limite, chegar um ponto que, por mais que se adicionefertilizante ao solo, esse no responder como anteriormente, ficando dessa formaimprodutivo. O grande problema que tambm pode acontecer o uso indiscriminadode fertilizante, geralmente o NPK, que pode ocasionar o fenmeno da eutrofizao,descrito anteriormente. Como pode ser visto tambm, o homem, exerce grande influncia sobre osciclos biogeoqumicos, sendo, s vezes, de modo negativo.3.1.7. O Ciclo do Enxofre O enxofre apresenta um ciclo que passa entre o ar e os sedimentos, sendo queexiste um grande depsito na crosta terrestre e nos sedimentos e um depsito menorna atmosfera. No reservatrio terrestre, os microrganismos tm funo preponderante, poisrealizam a oxidao ou reduo qumica. Dessas reaes, resulta a recuperao doenxofre dos sedimentos mais profundos. Na crosta e na atmosfera, paralelamente, ocorrem processos geoqumicos emeteorolgicos, tais como eroso, ao da chuva, alm de processos biolgicos deproduo e decomposio. Os sulfatos (SO4) constituem a forma mais oxidada, sendo incorporada pelosorganismos auttrofos para fazerem parte da constituio das protenas, pois oenxofre constituinte de certos aminocidos. O ecossistema, de uma forma geral, no necessita tanto de enxofre como denitrognio e fsforo, mas quando se formam sulfetos de ferro nos sedimentos, ofsforo convertido de uma forma insolvel a uma forma solvel, sendo que estaforma pode ser assimilada pelos organismos vivos. Esse fato evidencia como um ciclo pode interagir com outro e ilustra muito bemo fato que havendo um desequilbrio em um ciclo, fatalmente esse desequilbrio seestender a outros ciclos fazendo que chegue at o Homem, uma vez que o Homemdepende dos ecossistemas onde vive. Se o equilbrio desse ecossistema por algummotivo se altera, essas mudanas sero sentidas por todos os organismos. O dixido de enxofre (SO2) normalmente constitui um passo transitrio no ciclo.Na maioria dos ambientes aparece uma concentrao relativamente baixa dessecomposto. Todavia, com o aumento da poluio industrial, cada vez mais soproduzidos xidos de enxofre, que, por sua vez, afetam esse ciclo. Com as emissesindustriais, a concentrao de automveis e a queima de carvo nas termoeltricas, oInstituto de Qumica de So Carlos - USP 27. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel23SO2 tem sido encontrado cada vez em maior concentrao no ambiente,principalmente em grandes centros urbanos. O aumento da concentrao de xidos de enxofre, alm de xidos denitrognio, na atmosfera leva ocorrncia da chuva cida. O Brasil um dos poucos pases (seno o nico) que conseguiu umaalternativa muito vivel e econmica para de uma s vez se ver livre de doisproblemas, a dependncia do petrleo como fonte de combustvel e o problema dapoluio nos grandes centros. Em meados de 1975, criou-se o Pr-lcool, umainiciativa pioneira que poderia livrar o pas desses dois problemas, pois o lcool umafonte de combustvel plenamente renovvel (o mesmo no ocorre com o petrleo), emuito menos poluidora que a gasolina ou o leo diesel, pois o produto de sua queima, principalmente, gua e CO2 de acordo com a seguinte reao: C2H5OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O Infelizmente, queima-se a cana-de-acar antes da sua colheita, liberando parao ambiente grande quantidade de CO2 e de material particulado, tornando-se umagrande fonte de poluio. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 28. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel244. Fatores de Desequilbrio Ambiental4.1. Introduo O equilbrio encontrado na natureza foi alcanado atravs de um lento egradual processo de ajuste entre os seres vivos e o ambiente. O longo processoevolutivo que resultou na adaptao dos organismos ao ambiente responsvel pelaharmonia das relaes entre os seres vivos e o ambiente fsico. Os ciclos biogeoqumicos mostram como essa harmonia facilmenteidentificada. Mesmo retirando grandes quantidades de elementos do ambiente, osseres vivos acabam, de uma forma ou de outra, devolvendo esses elementos ao meio,o que permite uma contnua renovao da vida. A viso de uma natureza equilibrada capaz de resistir a tudo no mais faz partedo pensamento do homem moderno. preciso que se tenha um bom senso, aliado aum pensamento crtico, de que a natureza aceita as mudanas impostas pelo homemat um certo ponto, e a partir desse ponto ela comea a sua reao, seja de umaforma ou de outra. provvel que por causa da viso de que a natureza uma fonte de recursosinesgotveis e sempre capaz de se renovar, o homem tenha interferido de maneira toabusiva, pondo em risco a sua prpria estabilidade. O lanamento de substncias dos mais variados tipos no ambiente envolvedois tipos de problemas. Em um primeiro caso, ele pode ser txico ao prprio homem,chegando a ele pelos mais diversos meios, como ar, gua ou pelos alimentos. Em umsegundo caso, ele pode constituir ameaas indiretas ao homem, pois afetando oequilbrio dos ecossistemas naturais, o homem pe em risco a sua vida, uma vez queele depende diretamente desses ecossistemas para conseguir sobreviver. Substncias poluentes so aquelas que, quando lanadas no meio,representam um perigo em potencial sade dos organismos vivos. Dessa forma, possvel se classificar as substncias poluentes em dois grandes grupos: poluentesquantitativos e qualitativos.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 29. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel25 Poluentes Quantitativos So aqueles j existentes na natureza, mas tambm so liberados pelo homemem quantidades significativamente maiores do que aquelas que ocorrem naturalmente. Poluentes Qualitativos So substncias sintticas, isto , no ocorrem na natureza; a nica formadelas entrarem no ambiente pela produo em fbricas e sua posterior liberaopara o ambiente. Em termos dos perigos representados pelos poluentes quantitativos, sabe-seque quantidades adicionais de certas substncias podem ser nocivas por causaremdesequilbrio nos ciclos biogeoqumicos, ou por sua concentrao, acima dos nveisnaturais, determinar toxidez para os seres vivos.4.2. Concentrao de Poluentes nos Nveis Trficos Mesmo em pequenas quantidades no ambiente, os poluentes podem causarsrios desastres ecolgicos ao ambiente, em grande parte devido capacidade queesses poluentes tm de se concentrarem ao longo da cadeia alimentar e assim serempassados a nveis trficos diferentes. Enquanto grande parte da matria e da energia que transferida de um nveltrfico para outro se perde, isso no acontece com certos tipos de poluentes. A esseprocesso de concentrao d-se o nome de magnificao trfica. Um dos exemplosmais marcantes o DDT (diclorodifeniltricloroetano). O DDT um pesticidaorganoclorado no biodegradvel, largamente utilizado desde a dcada de 40. A aoefetiva do DDT fez com que as aplicaes do produto fossem realizadas de uma formacada vez mais generalizada e indiscriminada. Como conseqncia disso, muitasespcies inofensivas ou at teis de insetos foram sumindo. O problema que com ouso indiscriminado do DDT, com o passar do tempo, algumas classes de insetoscomearam a desenvolver uma resistncia a esse inseticida. Iniciou-se, ento, o usode uma nova classe deinseticidas, osorganofosforados, que embora sejam mais txicos que os primeiros e dotados demenor efeito residual, apresentam a vantagem de no criarem resistncia. Percebeu-se, com o passar do tempo, que o efeito residual, tido no comeocomosendo muitovantajoso, era extremamentedanoso ao ambiente e,conseqentemente, ao Homem, pois os organoclorados no sendo biodegradveis,tendem a se acumular no meio. A partir da ocorre o fenmeno de magnificaoInstituto de Qumica de So Carlos - USP 30. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 26trfica, mencionado antes, ou seja, as plantas incorporam esses organoclorados, quevo sendo passados, via alimentao para os mais diversos nveis trficos. O grande problema que esses organoclorados tm a capacidade de seconcentrarem no tecido adiposo dos animais, potencializando a sua ao, de tal formaque muito comum encontrar animais com grandes concentraes de DDT. DDTPlantas Consumidor Consumidor Homem PrimrioSecundrio Como pode ser visto no esquema acima, o destino final do DDT o Homem, ede acordo com o fenmeno da magnificao trfica, no Homem onde dever serencontrada a maior concentrao de DDT, ou seja, o Homem usa o DDT para mataras pragas que atacam as culturas, mas sem se dar conta, ele acaba por provocar asua morte tambm, de uma maneira lenta, gradual e dolorosa. Um outro efeito do uso indiscriminado desses tipos de inseticidas adestruio de um nmero muito grande de espcies consideradas teis, ou seja, opesticida no acaba somente com a praga, mas tambm com outras espcies. Um dosefeitos estudados em relao ao DDT o fato de que algumas aves apresentaramuma queda acentuada em sua taxa de reproduo. Isso se deve m formao dascascas das aves, o que as torna extremamente frgeis. Nesse caso, verificou-se que oDDT tinha uma ao decisiva e nociva no balano hormonal das aves. Entre os herbicidas mais utilizados atualmente, esto os compostos do cidofenxiactico (2,4D, 2,4,5T), as triazinas (atrazina, simazina), os compostos de uria(diuron), os compostos de bipiridilo (diquat e paraquat), as piridinas cloradas (picloran).Todos esses herbicidas, alm de potentes destruidores de vegetais, so extremantepersistentes no solo. Alguns herbicidas como a dioxina, tambm conhecida como agente laranja,possuem propriedades teratognicas, ou seja, possuem ao deformante do feto emmulheres que se alimentem de vegetais contaminados. Esse efeito pode serobservado nas populaes do Vietn, onde durante o perodo em que ocorreu aguerra, o agente laranja foi usado indiscriminadamente e em larga escala pelosamericanos, com o intuito de desfolhar as matas, para fins de observao e combatedo avano das tropas vietnamitas.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 31. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel275. Metais Pesados A contaminao por metais pesados , sem dvida alguma, umas das formasmais terrveis de poluio, pois os metais pesados apresentam, alm de um grandeefeito txico, um poder de acumulao nos seres humanos altssimo, ou seja, alm decontaminarem o ambiente de uma forma geral, contaminam o prprio Homem,causando efeitos danosos em grande extenso. Dentre os metais pesados mais conhecidos, ser dada uma nfase maior aomercrio e ao chumbo.5.1. Efeitos Txicos Causados pelo Mercrio A toxicidade dos sais inorgnicos de mercrio proporcional a suasolubilidade. O calomelano (Hg2Cl2) um sal pouco solvel que foi durante muitotempo utilizado como purgativo. Os ons de mercrio tm a capacidade de formaremcomplexos muito fortes com os grupos SH das protenas (presentes no aminocidocistena) e sua toxicidade provavelmente se relaciona com a inativao das protenasnas membranas celulares. Assim parece, pois os efeitos so particularmente notveisnos rins e no crebro, ambos nos quais a funo das membranas celulares muitoimportante, e tambm porque muitas bactrias e fungos morrem em contato comcompostosde mercrio. A atividadebactericida no especfica tem sidofreqentemente relacionada com danos membrana celular. Os compostos inorgnicos de mercrio, remdios, fungicidas, bactericidas etc,foram totalmente substitudos pelos chamados mercuriais orgnicos. comum pensarnos metais como elementos formadores unicamente de sais (compostos inicos), masmuitos deles podem formar compostos covalentes. O estanho e o chumbo so bonsexemplos, e o mercrio em particular tem a capacidade de formar ligaes covalentesfacilmente e em especial com compostos aromticos. Um bom exemplo o semesan,muito utilizado como fungicida e praguicida. A vantagem de seu uso est na possibilidade de se controlar sua solubilidadepela incluso nos substituintes apropriados ao mesmo tempo em que a ligao Hg-benzeno to estvel que ela forma o on R-Hg+, ainda capaz de reagir com grupos SH e formar derivados do tipo R-Hg-SH-protena.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 32. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 28 Compostos insolveis, como o semesan, tm sido amplamente utilizados paraimpregnar sementes e proteg-las no solo dos ataques de pragas. O problema quenumerosos acidentes tm ocorrido quando essas sementes foram usadas por pessoasdesavisadas na preparao de alimentos. Em 1969, houve um decrscimo acentuado da populao de pssaros emtorno dos lagos na Sucia central. Foram afetados especialmente os pssaros que sealimentavam de peixes. Seus tecidos continham nveis surpreendentemente altos demercrio, mas a natureza de sua dieta no indicava que se tivessem envenenado porsementes tratadas com compostos de mercrio. Suspeitou-se, ento, da poluioindustrial causada pelas fbricas ao redor do lago, que produziam derivados da polpada madeira. A princpio suspeitou-se de que os fungicidas com mercrio, adicionadospara a preservao da madeira, teriam sido concentrados ao longo da cadeiaalimentar; depois, suspeitou-se do prprio mercrio elementar liberado acidentalmentepela fbrica de soda custica. Assim, a histria seria paralela de Minamata (que servista adiante).5.2. Uso do Mercrio no Brasil5.2.1. Histrico O mercrio foi usado pela primeira vez no Brasil em meados do ano de 1850,durante o incio do ciclo de explorao do ouro. Durante o ciclo do ouro, estima-se quea emisso total de mercrio no ambiente foi algo em torno de 500 toneladas, ou seja,cerca de 2 a 5 t/ano. Com o acelerado processo industrial brasileiro em meados da dcada de 50, omercrio teve seu uso bastante difundido, chegando ao pice na dcada de 70, comuma mdia de utilizao em torno de 100 t/ano. Com a demanda da atividade de garimpo a partir de 1984, o consumo demercrio praticamente dobrou, em particular nos estados de Mato Grosso, Par eRondnia, onde essa atividade era mais intensa devido presena de imensas jazidasde ouro. Os garimpeiros usam o mercrio devido sua alta capacidade de solubilizaroutros metais a frio, inclusive o ouro, formando amlgamas. Misturado ao solo, ou asedimentos de fundo de rio, o mercrio consegue ligar-se a minsculas partculas deouro ali presentes, permitindo dessa maneira a sua separao. Em seguida, queima-se o amlgama, volatilizando o mercrio e recuperando-se todo o ouro que venhaInstituto de Qumica de So Carlos - USP 33. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 29estar presente. Esse processo bastante atraente devido sua simplicidade e maisainda pelo seu baixo custo.5.2.2. Mercrio como Contaminante Ambiental Entre os metais potencialmente danosos ao ambiente, o mercrio destaca-sedos outros por suas caractersticas qumicas mpares. O mercrio pode existir noambiente sob inmeras formas, o que torna sua distribuio ambiental bastantecomplexa. Quando emitido na forma de vapor, o mercrio tem um tempo de residncia naatmosfera que pode variar de alguns dias at anos. Parte desse mercrio deposita-seno local e parte se incorpora circulao atmosfrica. A oxidao do metal Hg0 Hg2+, por diversos processos, o torna altamente solvel, o que facilita a sua deposiopela ao da gravidade ou por intermdio das chuvas. Dessa forma, quando se fala noimpacto causado pelo mercrio, deve sempre ser levado em conta a sua formaqumica. O mercrio inorgnico liberado nas formas metlica ou gasosa pode originarcompostos organometlicos como o dimetilmercrio ((CH3)2Hg) e o on metilmercrio(CH3Hg+), sendo essas as mais danosas formas de contaminao. A sntese do CH3Hg+ a partir do Hg2+ mediada por diversos tipos demicrorganismos presentes em organismos aquticos. Por muito tempo pensou-se que o sedimento do fundo de rios e lagos fosse oprincipal local da formao do CH3Hg+, mas essa reao j havia sido observada emoutros tipos de substrato, como em algas que crescem em razes de plantasaquticas, outras superfcies submersas e tambm no prprio solo. Alm disso,existem bactrias capazes de fazer a converso do mercrio orgnico a metilmercrio.Embora o CH3Hg+ represente uma parcela muito pequena em sistemas aquticos, ele a forma dominante em organismos superiores, devido ao efeito da biomagnificao. Em certas bacias hidrogrficas, a produo e a disponibilidade de CH3Hg+ somaiores, mesmo no havendo fontes prximas de liberao de mercrio, como osgarimpos. Isso se d em guas que apresentam uma natureza cida, pois so ricosem matria orgnica dissolvida e so pobres em nutrientes. Dessa forma, a guapoderia funcionar como uma espcie de reator biogeoqumico, aumentandoconsideravelmente a concentrao e a atividade txica do agente contaminante. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 34. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel305.2.3. A Contaminao por Garimpos de Ouro Os garimpos de ouro na Amaznia empregam diretamente entre 400 a 600 milpessoas, sendo que nessa regio so produzidos algo em torno de 100 toneladas deouro anualmente. O ouro encontrado nessa regio ocorre como partculas finas, em terraossedimentares e sedimentos ativos de rios. Os garimpeiros utilizam vrias tcnicas depr-concentrao gravimtrica e amalgamao com mercrio. O amlgama entoqueimado e, dessa forma, o mercrio liberado para a natureza. Uma vez formado, o CH3Hg+, que altamente solvel e estvel na gua,apresenta um longo tempo de residncia em organismos, com altos teores debioacumulao na biota aqutica. O mapa da figura 7 apresenta as localidades potencialmente afetadas pelo usodo mercrio. Observa-se que a grande maioria das localidades afetadas se encontraem regies onde a atividade garimpeira mais intensa. Uma exceo a regio dovale do Paraba, onde no se tem uma atividade garimpeira muito intensa.Figura 7. Regies potencialmente afetadas por contaminao por mercrio. A seguir, na tabela 2, encontra-se a legenda referente Figura 7.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 35. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel31Tabela 2. Legenda das regies potencialmente afetadas por mercrio.1 - Rio Gurupi (Maranho)7 - Estado de Roraima2 - Cumaru (Par)8 - Estado do Amap3 - Carajs (Par) 9 - Roscio (Venezuela)4 - Pocon (Mato Grosso) 10 - Vale do Paraba (Rio de Janeiro)5 - Rio Tapajs, Itaituba (Amazonas) 11 - Crixs (Gois)6 - Rio Madeira (Rondnia) A figura 8 ilustra mais detalhadamente o efeito da atividade garimpeira e o usodo mercrio no ambiente. Como foi apresentado anteriormente, devido atividade degarimpo ser muito concentrada na regio Norte do pas, o mapa apresenta umdestaque maior nessa rea.Figura 8. Principais reas de garimpo na Regio Norte do Brasil. As principais cidades ribeirinhas ficam no caminho do mercrio, ou seja, todo omercrio liberado das atividades de garimpo tende a seguir para o Rio Madeira oupara o Amazonas. Como o mercrio sofre o processo de biomagnificao, a populaoribeirinha fica exposta a riscos de contaminao por mercrio, pois sua principal fontede alimentao so os pescados retirados desses rios (figura 10), que podem estarcontaminados pelo mercrio que foi jogado a muitos quilmetros de distncia daspopulaes. A partir da dcada de 80, com o reconhecimento dos danos causadospelo mercrio, diversos trabalhos foram realizados visando fazer um levantamento da Instituto de Qumica de So Carlos - USP 36. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 32real contaminao da regio, sendo que em certos pontos observou-se ndice trsvezes superior ao permitido por lei.Figura 9. O mercrio ao longo da cadeia alimentar. Logo a seguir, na figura 10, so ilustradas as reaes que ocorrem com omercrio quando o metal atinge um reservatrio. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 37. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 33Figura 10. As reaes sofridas pelo mercrio em lagos.5.2.4. O Acidente na Baa de Minamata A saga de Minamata remonta ao incio do ano de 1908, quando a NipponNitrogen Fertilizer instalou-se na cidade. A empresa produzia acetaldedo e derivadosde cido actico e logo comeou a se destacar no cenrio nacional. Em 1941, aempresa comeou a produzir cloreto de vinila, tornando-se um dos alicerces do Japona Segunda Guerra Mundial. A empresa utilizava sulfato de mercrio como catalisadorna produo do cido actico e de seus derivados, alm de cloreto de mercrio para acatlise do cloreto de vinila.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 38. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel34 Durante o processo qumico de metilao do acetileno, parte do mercriotambm era metilado, liberando grandes quantidades do metal nos efluentes dafbrica. O detalhe que todos os rejeitos da fbrica eram lanados diretamente nabaa de Minamata. Na poca, pouco se sabia acerca da toxicidade do metal, bem como a suacapacidade de se acumular na cadeia alimentar, e foi exatamente essa falta deinformao o que ocasionou as propores gigantescas que o acidente tomou, poisuma vez que as pessoas no sabiam o mal que as acometia, nem a sua causa,procurar uma soluo era complicado. Abaixo est representado o esquema de operao que a indstria utilizava emsua planta industrial na cidade de Minamata.Figura 11. Uso do mercrio no processo de produo. Em 1956, foi notificado o primeiro de uma srie de casos que configurar-se-iacomo o maior desastre envolvendo populao humana e contaminao por metaispesados. Meses depois, as autoridades sanitrias organizaram um comit de estudossobre a doena. Inicialmente, eles suspeitaram de alguma doena infecto-contagiosa.Pesquisas preliminares apontaram uma grande mortandade de peixes na baa, almde distrbios neurolgicos em gatos, que eram semelhantes aos que foramencontrados nas pessoas de Minamata. As pesquisas indicaram que no se tratava de uma doena infecto-contagiosa,mas sim de algo que estaria relacionado com peixes e frutos do mar contaminados. OsInstituto de Qumica de So Carlos - USP 39. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 35primeiros elementos apontados como possveis agentes da doena foram o selnio,mangans e o tlio. S no primeiro ano, foram computados 52 casos da doena com17 mortes. Meses depois, a companhia afirmava que os nveis de metal na baaestavam dentro dos padres e que, portanto, os testes realizados no podiamcomprovar contaminao por metais pesados. Em dezembro de 1960, a Associao de Vendedores de Produtos do Mardecidiu boicotar todo e qualquer tipo de produto marinho proveniente da regio deMinamata. Em 1977, comeou o processo de dragagem dos sedimentos do fundo da baa.Aterrou-se a regio e instalaram-se redes para que se pudesse impedir o acesso depeixes contaminados para o mar aberto e vice-versa. Em 1987, comeou a dragagem da segunda rea. Removeram-se os rejeitosdo fundo da baa que em anlise posterior registraram mais de 25 ppm de mercrio. O projeto de despoluio s terminou em 1991, mas somente h pouco, asredes que separavam a parte limpa da contaminada foram retiradas.5.2.5. As Diferenas entre a Amaznia e Minamata O CH3Hg+, devido sua rpida absoro e migrao pelos tecidos dosorganismos e tambm devido sua forte ligao com protenas que contm enxofre,acumula-se muito facilmente nos organismos inferiores e depois passado para ossuperiores na cadeia alimentar. Um fator importante a respeito da toxicologia do CH3Hg+ que sua difusopelas barreiras biolgicas muito rpida, sendo que praticamente 95% da amostraingerida absorvida pela corrente sangunea. Outro fator que merece destaque ofato de sua grande seletividade pelo sistema nervoso central, atacando principalmenteas reas corticais do crebro. Outro agravante que ocorreu em Minamata, foi o fato de que mesmo depois doaparecimento da primeira vtima, transcorreram-se quase dez anos at a identificaodo agente causador da doena. J na Amaznia, as autoridades tm plenoconhecimento do potencial efeito txico do CH3Hg+. A via preferencial de contaminao do CH3Hg+ o consumo de peixes, o quetorna o problema ainda mais terrvel, pois os peixes so a base da dieta daspopulaes ribeirinhas. H ainda outro terrvel agravante. No caso da baa de Minamata, o efluenteindustrial j continha o mercrio sob a forma metilada, enquanto que na Amaznia, omercrio lanado no ambiente como mercrio elementar, lquido ou na forma de Instituto de Qumica de So Carlos - USP 40. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel36vapor. A forma de vapor do mercrio, aps sofrer oxidao na atmosfera volta sobHg2+. Essa forma bastante reativa, podendo sofrer metilao principalmente emlagos de vrzea, reservatrios hidreltricos e rios de gua negra.5.2.6. Efeitos Txicos Causados pelo Chumbo A toxicidade do chumbo conhecida h muito tempo. Antigamente, asprincipais fontes de envenenamento por chumbo eram tintas, muitas vezes ingeridaspor crianas, alm dos reservatrios e encanamentos de gua potvel feitos base dechumbo ou pintados com tintas base de chumbo. O grau de dissoluo do chumbo funo da dureza da gua Entende-secomo gua dura aquela com concentrao de CaCO3 acima de 50mg/L. Altaconcentrao de chumbo pode ser encontrado em gua mole e ligeiramente cida,principalmente se nela estiverem presentes agentes quelantes naturais (cidoshmicos), derivados da turfa. Embora o chumbo seja pouco absorvido nos intestinos, ele um metal txicode efeito cumulativo, concentrando-se nos ossos. Com o advento do motor a exploso e a intensificao do uso desse tipo demotor, pode-se verificar a partir de 1910 um aumento na concentrao de chumbo nasneves polares. O motor a gasolina muito exigente em relao ao seu combustvel; esse devese vaporizar facilmente quando aspirado para dentro do cilindro, porm deve queimardevagar quando da ignio. Hidrocarbonetos que no sejam ramificados e tenhamrelativa volatilidade, tais com heptano, so combustveis pobres, principalmenteporque as reaes iniciais com o oxignio produzem radicais livres. Em contrapartida,os hidrocarbonetos ramificados, comooisooctano, queimam muito maisvagarosamente porque a formao mltipla de radicais livres pra nos pontos deramificaes. A soluo adotada foi diminuir a velocidade de combusto pelo uso desubstncias que interrompem a srie de reaes (os chamados agentes anti-detonantes), sendo que uma das mais bem sucedidas tentativas como agentes anti-detonantes foi a utilizao do chumbo-tetraetila e chumbo-tetrametila. O problema da gasolina foi resolvido, mas o preo disso ficou muito alto.Estima-se que aproximadamente 0,8 mL dos compostos citados eram adicionados acada litro de gasolina, o que correspondia a aproximadamente 2 gramas de chumbopor litro de gasolina. A quantidade de chumbo utilizada foi estarrecedora: 300.000 Instituto de Qumica de So Carlos - USP 41. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel37toneladas por ano nos EUA e cerca de 50.000 toneladas por ano no Reino Unido. OBrasil foi o primeiro pas a abolir o uso do chumbo na gasolina. As chumbo-tetralquilas so compostos volteis extremamente venenosos queafetam diretamente o sistema nervoso central, mas o chumbo inorgnico dosprodutos de combusto que causa a maior preocupao, pois partculas finas dechumbo metlico ou de haletos de chumbo so emitidas e chegam aos pulmes. Ochumbo parece ser absorvido pela corrente sangnea muito mais eficiente a partir dospulmes. A poluio causada por partculas transportadas pelo ar, , portanto, umfenmeno tipicamente urbano, j que so nos grandes centros industriais que esto amaioria da frota de veculos automotivos e as grandes indstrias, que tambm podem,dependendo do tipo de matria com que trabalha, ser responsvel pela liberao defuligem ou algum tipo de efluente no tratado que porventura possa vir a conterchumbo. Recentemente, no interior de So Paulo, um caso ganhou destaque na mdia.Nesse caso, a empresa responsvel tinha em seu ptio escria de chumbo, o quecomprometeu enormemente a rea ao redor. O caso registrado ocorreu em Bauru,onde a empresa Acumuladores jax Ltda., uma das maiores fbricas de bateriasautomotivas do pas, foi multada por poluio ambiental. Laudos de diversos rgoscomprovaram a contaminao por chumbo no solo, vegetao, animais e tambm emcrianas nas proximidades da empresa. A CETESB realizou vrias campanhas deamostragem de chumbo nas chamins, no solo, guas subterrneas, na vegetao eainda no solo no entorno da indstria. Na ltima inspeo, foram constatadasemisses de poeiras fugitivas nas operaes de fuso em fornos e no refino delingotes de chumbo, alm de derrames de resduos de chumbo pelo ptio da indstria,propiciando emisso de material particulado para o ambiente, atingindo inclusive reasfora dos limites da fbrica. Os efluentes resultantes de lavagem de ptios, da operao de desmonte debaterias e do processo industrial, no eram totalmente captados pelas canaletas queos conduziam estao de tratamento. Tambm foi constatada deficincia naarmazenagem de resduos contaminados com chumbo, propiciando a contaminaodo solo, tanto na rea interna, como externa da fbrica. Pelas anlises feitas noslaboratrios da CETESB, observou-se que as concentraes de chumbo na atmosferaforam extremamente elevadas, com mdia de 9,7 g/m3, chegando a alcanar valoresde at 37,7 g/m3. O padro de Pb adotado pela CETESB na atmosfera de 1,5g/m3.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 42. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 38 Com isso, animais e hortalias em propriedades prximas fbrica, tambmficaram contaminadas por chumbo. De acordo com pesquisas e estudos mdicos, acontaminao por chumbo causa sintomas como anorexia, vmitos, convulso, danocerebral permanente e leso renal irreversvel, caracterizando uma doena chamadasaturnismo. A empresa teria de elaborar um plano de recuperao total das reascontaminadas, internase externas, abrangendo solo, guas superficiais esubterrneas e vegetao. As demais exigncias dizem respeito instalao de equipamentos de controlede efluentes lquidos e gasosos, limpeza de roupas, equipamentos e mquinas,cuidados com o armazenamento, sistemas de ventilao, reprocessamento oudestinao final adequada de todos os resduos gerados, cuidados com as operaesde carga e descarga dos produtos manipulados e, at mesmo, a obrigatoriedade de seimplantar uma "cortina" de rvores no permetro do terreno da fbrica, para diminuir oarraste de poluentes pela ao dos ventos.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 43. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel396. Poluio da guaConsidera-se que a gua est poluda quando ela deixa de ser adequada aoconsumo humano, quando os animais aquticos no podem viver nela, quando asimpurezas nela contidas a tornam desagradvel ou nociva seu uso como recreativo ouquando no pode ser mais utilizada em nenhuma atividade industrial, pois seus usoimplicaria em srios danos.Os rios, os mares, os lagos e os lenis subterrneos de gua so o destinofinal de todo poluente solvel lanado no ar ou no solo. O esgoto domstico opoluente orgnico mais comum da gua doce e das guas costeiras, quando em altaconcentrao. A matria orgnica transportada pelos esgotos faz proliferar osmicrorganismos, entre os quais bactrias e protozorios, que utilizam o oxignioexistente na gua para oxidar seu alimento, e em alguns casos o reduzem a zero. Osdetergentes sintticos, nem sempre biodegradveis, impregnam a gua de fosfatos,reduzem ao mnimo a taxa de oxignio e so objeto de proibio em vrios pases,entre eles o Brasil.Ao serem carregados pela gua da chuva ou pela eroso do solo, osfertilizantes qumicos usados na agricultura provocam a proliferao dosmicrorganismos e a conseqente reduo da taxa de oxignio nos rios, lagos eoceanos. Os pesticidas empregados na agricultura so produtos sintticos, que seincorporam cadeia alimentar, inclusive cadeia alimentar humana.Os casos mais dramticos de poluio marinha tm sido originados porderramamentos de petrleo, seja em acidentes com petroleiros ou em vazamentos depoos petrolferos submarinos. Uma vez no mar, a mancha de leo, s vezes dedezenas de quilmetros, espalha-se, levada por ventos e mars, e afasta ou mata afauna e as aves aquticas. O maior perigo do despejo de resduos industriais no marreside na incorporao de substncias txicas aos peixes, moluscos e crustceos queservem de alimento ao Homem. Exemplo desse tipo de intoxicao foi o ocorrido nacidade de Minamata. A poluio marinha tem sido objeto de preocupao dosgovernos, que tentam, no mbito da Organizao das Naes Unidas, estabelecercontroles por meio de organismos jurdicos internacionais.A poluio da gua tem causado srios problemas ecolgicos no Brasil, emespecial em rios como o Tiet, no estado de So Paulo, e o Paraba do Sul, nos Instituto de Qumica de So Carlos - USP 44. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel40estados de So Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais. A maior responsabilidade peladevastao da fauna e pela deteriorao da gua nessas vias fluviais cabe sindstrias qumicas, com tratamento inadequado, instaladas em suas margens, e aodespejo de esgoto domstico no tratado. Os rios vo lentamente sofrendo um processo de degradao at o ponto emque esse quadro se torna praticamente irreversvel, ou seja, o rio torna-se impraticveltanto para recreao, consumo ou mesmo como fonte produtora de alimentos. Quandoisso acontece, costuma-se dizer que o rio est morto, pois no existe vida aqutica eos poucos organismos que esto presentes no rio, so seres anaerbios.6.1 A Chuva cida A Revoluo industrial, ocorrida na Inglaterra em meados do sculo XVIII, secaracterizou pela passagem da manufatura indstria mecnica. A introduo demquinas fabris multiplicou o rendimento do trabalho e aumentou a produo global. AInglaterra, bero da revoluo, adiantou sua industrializao em 50 anos em relaoao continente europeu e saiu na frente na expanso colonial. Assim, o mundo assistiu a uma mudana sem precedentes na histria. Omundo seria mais mecanizado do que jamais fora, a era da produo mecanizada viriaa substituir a manufatura. Juntamente com a Revoluo Industrial, o mundo conheceu atravs dostempos a outra face do progresso, a poluio e a destruio do meio ambiente. Umdos grandes viles sem dvida a destruio ocasionada pela chuva cida. Como seno bastasse provocar um buraco na camada de oznio da alta atmosfera e ameaaro planeta de superaquecimento, a poluio, nas suas diversas modalidades, tambmenvenena a chuva, algo to essencial vida como o prprio ar. Em conseqncia, 10mil lagos na Sucia esto praticamente mortos. Na Noruega, outros 2 mil perderamseus peixes. E na Alemanha, mais de 35% das florestas esto doentes. O Taj Mahal,um dos mais belos monumentos hindus, est perdendo a sua cor branca. E naPennsula de Yucatn, ao sul do Mxico, a chuva est rapidamente destruindo obrasda civilizao Maia, que floresceu ali pelo menos 1500 anos antes da chegada dohomem branco. Como sempre, em todos os lugares onde a chuva est servindo de meio detransporte para a poluio, os viles da histria so as indstrias e os veculos quedespejam no ar, todos os dias, toneladas de dixido de enxofre e xidos de nitrognio.Esses gases reagem com o vapor de gua e outros compostos qumicos da atmosferapara formar o perigoso cido sulfrico e o cido ntrico. Apesar dos compostos serem Instituto de Qumica de So Carlos - USP 45. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel41perigosos, o problema da chuva cida est associado degradao do meio ambientea longo prazo. Alm de poluir rios, lagos e acabar com a flora e a fauna aqutica, a chuvacida se infiltra no solo liberando certos metais potencialmente txicos, como alumnio,chumbo e cdmio. Esses podem se introduzir na cadeia alimentar pelas plantas eacabar prejudicando o homem. O raciocnio a ser empregado bastante simples: existe uma relao diretaentre a acidez das chuvas e a morte de peixes e plantas. A acidez mata algas,plncton e insetos. Sem esta vida microscpica, os lagos no tm como ofereceralimento aos habitantes desse nicho; em conseqncia, desaparecem os peixes. Porfim, os pssaros, que sem ter o que comer, tambm desaparecem. A chuva cida uma causa direta do desequilbrio que ocorre no ciclo doenxofre. Com o aumento da poluio, aumenta a concentrao de enxofre noambiente e, por conseqncia, o nvel de acidez da chuva. Esse acrscimo no nvel deacidez responsvel direto pela lenta e gradual destruio do meio ambiente de umaforma geral. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 46. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 427. Poluio do Ar O ar formado por uma mistura de vrios elementos e compostos distintos e,embora historicamente a sua composio tenha sofrido um processo de evoluo,pode-se considerar que, para fins prticos, a sua composio permanece invarivel,pelo menos em relao aos seus componentes principais. Os elementos e compostos representados na tabela 3, com exceo do gscarbnico, so considerados invariveis no gs atmosfrico.Tabela 3. Composio do Ar Componentes do arPorcentagem (em volume) nitrognio 78,10oxignio21,00argnio 0,93 gs carbnico0,033nenio 0,0018 hlio 0,0005 criptnio 0,0001hidrognio 0,00005metano0,002 xido nitroso 0,00005 vapor dguavarivel A poluio do ar hoje uma das grandes preocupaes do homem. A emissode gases poluentes chegou a tal ponto que compromete seriamente a qualidade devida dos seres vivos. Essa poluio pode ser mais sentida em reas de grandeconcentrao industrial e/ou populacional. Embora a poluio do ar sempre tenha existido, como nos casos das erupesvulcnicas ou da morte de homens asfixiados por fumaa dentro de cavernas, foisomente na era industrial que esse tipo de poluio se tornou um problema maisgrave. Ela ocorre a partir da presena de substncias estranhas na atmosfera, ou deuma alterao importante dos constituintes desta, sendo facilmente observvel, poisprovoca a formao de partculas slidas de poeira e de fumaa.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 47. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 43 Em 1967, o Conselho da Europa definiu a poluio do ar nos seguintes termos:Existe poluio do ar quando a presena de uma substncia estranha ou a variaoimportante na proporo de seus constituintes pode provocar efeitos prejudiciais oucriar doenas. Essas substncias estranhas so os chamados agentes poluentes, epodem ser classificados em quatro grupos principais: monxido de carbono; material particulado; xidos de enxofre; hidrocarbonetos. As causas mais comuns de poluio do ar so as atividades industriais,combustes de todo tipo, emisso de resduos de combustveis por veculosautomotivos e a emisso de rejeitos qumicos, em sua maioria, txicos eextremamente danosos, por fbricas e laboratrios. O principal poluente atmosfrico produzido pelo homem (o dixido de carbono elemento constitutivo do ar) o dixido de enxofre, formado pela oxidao doenxofre no carvo e no petrleo, como ocorre nas fundies e nas refinarias. Lanadono ar, ele d origem a perigosas disperses de cido sulfrico. s vezes, poluio seacrescenta o mau odor, produzido por emanaes de certas indstrias, comocurtumes, fbricas de papel e celulose, entre outras. O dixido de carbono, ou gscarbnico, importante regulador da atmosfera, pode causar modificaes climticasconsiderveis se tiver alterada a sua concentrao. o que ocorre no chamado efeitoestufa, em que a concentrao excessiva desse gs pode provocar, entre outrosdanos, o degelo das calotas polares, o que resultaria na inundao das regiescosteiras de todos os continentes. O monxido de carbono emitido sobretudo pelaqueima de combustveis fsseis. Outros poluentes atmosfricos so: hidrocarbonetos,aldedos, xido de nitrognio, xido de ferro, chumbo e derivados, silicatos, flor ederivados, entre outros. No final da dcada de 1970, descobriu-se uma nova e perigosa conseqnciada poluio: a reduo da camada de oznio que protege a superfcie da Terra daincidncia de raios ultravioleta. Embora no esteja definitivamente comprovado,atribuiu-se o fenmeno emisso de gases industriais conhecidos pelo nome genricode clorofluorcarbonos (CFC). Quando atingem a atmosfera e so bombardeados pelaradiao ultravioleta, os CFC, muito usados em aparelhos de refrigerao e emsprays, liberam o cloro, elemento que ataca e destri o oznio. Alm de prejudicar aviso e o aparelho respiratrio, a concentrao de poluentes na atmosfera provocaalergias e afeta o sangue e os tecidos sseo, nervoso e muscular. Instituto de Qumica de So Carlos - USP 48. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel44Os efeitos desses poluentes sobre a sade humana podem ser danosos. Omonxido de carbono liberado pelos automveis tem a capacidade de se ligar hemoglobina do sangue. Isso leva a uma inutilizao de parte da hemoglobina notransporte dos gases respiratrios, ocorrendo asfixia e como conseqncia a morte.Um dos agravantes dos problemas causados pelos poluentes atmosfricos achamada inverso trmica. Em condies normais, a temperatura da atmosferadiminui proporcionalmente medida que a altitude aumenta, havendo portanto umgradiente de temperatura desde o solo at as camadas superiores da atmosfera, o quefacilita a disperso dos poluentes.Em certas situaes, porm, o gradiente de temperatura quebrado pelainterposio de uma camada de ar quente entre as camadas frias localizadas a umacerta altitude, o que impede a disperso de poluentes para o alto.Um outro problema muito grave que tambm causado pela poluio daatmosfera o chamado efeito estufa. Devido a seus efeitos, ele ser estudado commaior cuidado.7.1. O Efeito EstufaA atmosfera da Terra constituda de gases que permitem a passagem daradiao solar e absorvem grande parte do calor (a radiao infravermelha trmica),emitido pela superfcie aquecida da Terra. Essa propriedade conhecida como efeitoestufa. Graas a ela, a temperatura mdia da superfcie do planeta mantm-se emcerca de 15C. Sem o efeito estufa, a temperatura mdia da Terra seria de 18Cabaixo de zero, ou seja, ele responsvel por um aumento de 33C. Portanto, benfico ao planeta, pois propicia totais condies para a existncia e manuteno devida.Quando se alerta para riscos relacionados com o efeito estufa, o que est emfoco a sua possvel intensificao, causada pela ao do homem, e a conseqnciadessa intensificao para o clima da Terra. A hiptese da intensificao do fenmeno muito simples. Do ponto de vista da fsica, quanto maior for a concentrao degases, maior ser o aprisionamento do calor, e, conseqentemente, mais alta atemperatura mdia do globo terrestre. A maioria dos cientistas envolvidos empesquisas climticas est convencida de que a intensificao do fenmeno emdecorrncia das aes e atividades humanas provocar esse aquecimento. Umaminoria discorda disso e indaga em que medida esse aquecimento, caso estejaocorrendo, se deve ao efeito estufa, intensificado pela ao do homem. Sem dvida,as descargas de gases na atmosfera por parte das indstrias e das frotas de veculos Instituto de Qumica de So Carlos - USP 49. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel45contribuem para aumentar o problema e, naturalmente, ainda continuaro a ser objetode muita discusso entre os cientistas e a sociedade. A causa fundamental de todas as situaes meteorolgicas na Terra o Sol ea sua posio em relao ao nosso planeta, no devendo entender-se por isto asvariaes estacionais que ocorrem ao mesmo tempo que a Terra progride na suarbita anual. A energia calorfica fornecida pelo Sol afeta diretamente a densidade doar (o ar quente mais leve do que o ar frio), provocando assim todos os gradientes depresso importantes que causam o movimento do ar numa tentativa de minimizar adistribuio deles. O movimento constante da atmosfera depende, assim, do balanode energia, fator que temos de considerar sob dois aspectos: o balano, ou"oramento", entre a Terra e o espao, porque este determina a temperatura mdia daatmosfera, e o balano, ou "oramento", no seio da atmosfera em si, porque este acausa fundamental das condies meteorolgicas. O diagrama abaixo (figura 12) ilustra o processo de radiao na Terra.Figura 12. Radiao na Terra e efeito estufa. O Sol emite radiao de onda curta a uma razo que varia pouco, pelo que designada constante solar. Essa emisso fornece a energia e calor para toda a vidanatural e movimentos no nosso planeta. Quando atinge a Terra, a radiao solar refletida, retrodifundida e absorvida por vrios componentes: 6% retrodifundida parao espao pelo prprio ar, 20% refletida pelas nuvens e 4% pela superfcie do globo.Desse modo, 30% da radiao perde-se para o planeta por esses processos, quecoletivamente constituem o albedo. As nuvens absorvem 3% da radiao solarrestante, ao passo que o vapor de gua, as poeiras e outros componentes no arInstituto de Qumica de So Carlos - USP 50. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel 46contam para mais 16%. O resultado de todas essas interferncias atmosfricas garantir que apenas 51% da radiao solar incidente atinja de forma efetiva everdadeira a superfcie do globo. Essa quantidade apenas uma mdia na quantidade de radiao solar quechega ao solo em diferentes pontos do planeta. Pelo fato da Terra ser esfrica, asregies tropicais so atingidas por radiao solar trs vezes mais do que as regiespolares. Alm disso, devido distribuio da nebulosidade, as regies equatoriaisrecebem somente metade da radiao solar do que a recebida pelos desertos quentese secos da Terra, onde cerca de 80% da radiao total que penetra na atmosferaatinge o solo. E nas latitudes mdias nubladas, a radiao solar recebida no solo somente um tero da que se encontra nos desertos. A entrada da radiao solar tem de ser equilibrada de alguma forma. A formaencontrada a sada de calor enviado pela Terra, o que resulta de radiao pelaatmosfera. Ao contrrio da radiao de onda curta, a radiao da Terra ocorre sob aforma de onda longa e , por isso, muito mais absorvida pelo vapor de gua e dixidode carbono existentes na atmosfera. Da radiao emitida pelo globo terrestre (a parteslida da Terra), cerca de 90% absorvida pela atmosfera, que irradia cerca de 80%de novo para o solo. Deste modo, a atmosfera atua como uma cobertura ou como ovidro de uma estufa, e da o chamado efeito estufa. Como resultado, apenas umapequenssima quantidade da radiao terrestre escapa diretamente para o espao. O problema aparece justamente nesse ponto. O homem est cada vez maisadicionando dixido de carbono na atmosfera. Ao queimar combustveis fsseis paraobteno de energia tambm se tem adicionado gases de efeito estufa que no estopresentes naturalmente na atmosfera (xido nitroso e o CFC). Juntando-se a isso ofato de que o homem cada vez mais continua a desmatar as florestas, tem-se umaequao simples, em que o aumento no desmatamento leva a um decrscimo nacapacidade do ambiente por meio das rvores de se fazer a retirada do dixido decarbono do ar, substituindo o CO2 por oxignio. Tudo isso faz com que, cada vez mais, menos radiao proveniente do Sol sejaemitida de volta para o espao. Quanto mais dixido de carbono e outros gases deefeito estufa ficarem presentes no ar, mais radiao ficar sendo emitida de volta paraa Terra. Quanto mais isto acontecer, mais a Terra ficar quente. E uma pequenamudana na temperatura global poder acarretar uma srie de problemas. Uma das conseqncias imediatas que o aumento do efeito estufa causar oaumento da temperatura global do planeta. Um dos efeitos causados peloaquecimento global da Terra a seca. Conforme aumenta a temperatura, mais guase aquecer e evaporar. Se levarmos em conta lugares onde a chuva no tem uma Instituto de Qumica de So Carlos - USP 51. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel47precipitao pluviomtrica regular, fcil de se prever que os rios, que em muitosdesses lugares no so perenes, tendem a desaparecer, comprometendo a vidavegetal, que a base da cadeia alimentar. Pode parecer um contra-senso, mas o inverso tambm j ocorre. Enquanto emalgumas reas h falta de gua, outras iro ter gua demais. Outro efeito doaquecimento global da Terra o aumento no nvel do mar. Se a temperatura da Terracontinuar a aumentar nas regies polares, grandes quantidades de gelo iro derreter,fazendo com que toda essa gua v direto para os oceanos. Toneladas e maistoneladas de gelo ficaro derretidas se a Terra aquecer-se o suficiente para isso, oque causar um aumento drstico no nvel do mar. Conforme pode ser visto, um aquecimento da temperatura da Terra acarretagrandes prejuzos para o meio ambiente e com conseqncias diretas para o homem,uma vez que o acrscimo da temperatura global leva a uma interferncia direta nociclo hidrolgico, sendo que desse ciclo dependem muitas formas de vida. O efeito estufa no de forma alguma algo indesejvel. Muito pelo contrrio:como dito anteriormente, sem esse efeito no existiria vida na Terra. Ele oresponsvel pelo aquecimento do planeta, mantendo-o a uma temperatura quepropicia o nascimento e desenvolvimento das mais diversas formas de vida. O que se faz prioritrio um cuidado maior do homem com as emisses semprvio tratamento de poluentes ao meio ambiente.Instituto de Qumica de So Carlos - USP 52. Ciclos Biogeoqumicos e Desenvolvimento Sustentvel488. Poluio do Solo Dentre as trs formas de poluio, a que atinge o solo pode ser uma das maisdanosas ao meio ambiente, pois no solo onde se inicia grande parte dos ciclosbiogeoqumicos. O solo tem uma constituio dinmica. Sua origem est ligada desagregaode rochas e decomposio de restos de animais e vegetais. A sua poro mineral pode ser resultante da ao vulcnica ou dadesintegrao de rochas slidas por aes fsicas ou qumicas reunidas sob adenominao genrica de intemperismo. Assim, grandes variaes de temperaturaocorridas entre o dia e a noite, ou o congelamento de gua em seus interstcios,constituem aes fsicas do intemperismo. A presena de gs carbnico nas guas dachuva pode ser considerada como um fator de intemperismo qumico. A interao de todos esses fenmenos em conjunto leva a um desgaste naturale progressivo das rochas primrias da litosfera, que, juntamente com os produtos dadecomposio orgnica, originam os solos frteis, prprios para a agricultura. As trs formas de poluio (na gua, no ar e no solo) tambm interagem e, emconseqncia, tm surgido divises inadequadas de responsabilidades, comresultados negativos para o controle da poluio. Os depsitos de lixo poluem a terra,mas sua incinerao contribui para a poluio do ar. Carregados pela chuva, ospoluentes que esto no solo ou em suspenso no ar vo poluir a gua e substnciassedimentadas na gua acabam por poluir a terra. A questo da contaminao do solo e das guas subterrneas tem sido objetode grande preocupao nas ltimas dcadas empases industrializados,principalmente nos EUA e nos pases europeus. Esse problema ambiental torna-semais grave para grandes centros urbanos, como por exemplo, a regio metropolitanade So Paulo. O encaminhamento de solues para essas reas contaminadas, por parte dosrgos que possuem atribuio de administrar os problemas ambientais, devecontemplar um conjunto de medidas que assegurem tanto o conhecimento de suascaractersticas e dos impactos por ela causados, quanto da criao e aplicao deinstrumentos necessrios tomada de deciso e s formas e nveis de interveno Instituto de Qumica de So Carlo