Água

NitrogênioOxigênio

CarbonoCICLOS

BIOGEOQUÍMICOS

Livro 1 página 109 a 126

IMPORTÂNCIA

Com a morte de organismos ou a perda de partes de seu corpo, a matéria orgânica é degradada por ação dos decompositores.

Os átomos retornam ao ambiente, onde poderão ser incorporados por outros seres vivos.

Se não houvesse esse reaproveitamento, os átomos de alguns elementos químicos fundamentais para a constituição de novos seres vivos poderiam tornar-se indisponíveis para a continuidade da vida.

SER HUMANO

Acelera o movimento de muitos materiais

Interferência nos ciclos biogeoquímicos

Carência/excesso

TABELA - DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NO PLANETA

Estado físico Tipos Volume da água do planeta (%)

Sólido Calotas de gelo, geleiras

2,15

Líquido OceanosÁguas subterrâneasÁguas superficiais

97,210,6260,009

Gasoso Vapor atmosférico 0,005

Reservatórios de água:Oceanos

Calotas polares e glaciais

Aquíferos subterrâneos

Lagos e rios

Umidade do solo

Vapor de água na atmosfera

Organismos vivos

A água está associada aos processos metabólicos de todos os seres vivos.

O ciclo transporta e faz circular a água de uma região para outra.

É um importante agente modelador da crosta terrestre ( devido à erosão e ao transporte de sedimentos).

Condicionante de toda a cobertura vegetal do planeta, ou seja, de toda a vida na Terra.

O ciclo hidrológico é essencial ao ambiente:

Ciclo Curto da Água

Evaporação: água dos oceanos, lagos, rios, geleiras, água do solo.

Formação de vapor d’água na atmosfera.

Condensação do vapor d’água nas camadas mais altas da atmosfera, formando nuvens.

Precipitação: retorno à superfície terrestre na forma de chuvas (neve, granizo).

Obs: não ocorre a participação propriamente dita dos seres vivos.

Ciclo Longo da Água

Participação dos seres vivos.

Plantas: raízes absorvem a água do solo, e esta é utilizada em seus processos biológicos.

A água é uma das matérias-primas da fotossíntese

As plantas perdem água por meio dos seus estômatos (superfície foliar), em um processo chamado de evapotranspiração.Também liberam água por meio da respiração.

Evapotranspiração vegetal: resfriamento da planta e manutenção da umidade relativa do ar, influenciando o regime de chuvas em várias regiões. As plantas estão sempre perdendo água para a atmosfera,principalmente durante o dia, quando seus estômatos estão abertos.

ex: Amazônia (a evapotranspiração vegetal é a principal fonte de vapor d’água atmosférico)

Respiração vegetal: degradação das moléculas orgânicas que as próprias plantas fabricam para obter energia (fotossíntese), liberando gás carbônico e água.

Ciclo Longo da Água

Ciclo Longo da Água

Animais: obtêm água bebendo-a ou ingerindo-a nos alimentos e a utilizam em seus processos biológicos. Perdem água para o ambiente através da urina, fezes, transpiração (suor), ou pela respiração.

Decompositores: Parte da água que plantas e animais obsorvem é usada na síntese de substâncias orgânicas. Seus átomos ficam incorporados aos tecidos animais e vegetais, até a morte destes, quando serão devolvidos ao ambiente pela ação dos decompositores

O Ciclo da Água e o AmbienteDesmatamento

Provoca alterações no ciclo da água, por reduzir a cobertura vegetal, os níveis de evapotranspiração e, consequentemente os índices pluviométricos;

As folhas refletem cerca de 10% da radiação solar. A redução da cobertura vegetal diminui essa reflexão, o que ocasiona maior aquecimento do solo. Isto acelera ainda mais o processo de evaporação e ressecamento do solo, aumentando assim o risco de um processo de desertificação do ambiente.

Deixa o solo nu, facilitando a erosão e o assoreamento dos rios, lagos e lagoas.

O Ciclo da Água e o AmbienteErosão

Deixa o solo impróprio para a agricultura e atividades pastoris e o assoreamento dos rios pode provocar enchentes catastróficas.

Assoreamento: "Entupimento" do corpo d'água, ou seja, fenômeno causado pela deposição de sedimentos minerais (como areia e argila) ou de materiais orgânicos. Com isso, diminui a profundidade do curso d'água e a força da correnteza.

O Ciclo da Água e o Ambiente

Poluição

Magnificação trófica

A água mal tratada é um dos principais focos de transmissão de doenças.

Destruição do Fitoplâncton: estes seres liberam na atmosfera dimetilsulfeto, um gás cujas partículas se aderem às moléculas de água, contribuindo para a formação das nuvens e das chuvas. Desta forma, o fitoplâncton interfere de maneira significativa na pluviosidade dos ecossistemas.

O fitoplâncton constitui a base da cadeia alimentar marinha.

Passagem dos átomos de carbono (C), componentes do gás carbônico (CO2), para moléculas que constituem as substâncias orgânicas dos seres vivos.

O carbono existente na atmosfera como CO2 entra na composição das moléculas orgânicas dos seres vivos, a partir da fotossíntese.

As plantas utilizam o CO2 e água do ambiente, na presença de luz solar, para sintetizar compostos orgânicos, tais como a glicose (C6H12O6).

Reação da fotossíntese:

6CO2 + 6 H2O + energia solar C6H12O6 + 6O2

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

Parte do carbono retirado do ar passa a constituir a biomassa dos seres , que poderá ser transferida para um herbívoro ou carnívoro. Dessa forma, o carbono fixado pela fotossíntese vai passando de um nível trófico para outro na cadeia alimentar.

O carbono retorna ao meio abiótico na forma de CO2, através da respiração dos seres vivos, da fermentação, da decomposição e da combustão.

Reação da respiração:

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 640 kcal / mol de glicose

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS

Restos de cadáveres de grande quantidade de organismos, em certas condições no passado, não sofreram decomposição.

Em geral, por terem sido rapidamente depositados em bacias de sedimentação, com carência de O2 (fundo do mar, pântanos, cavernas).

Nesses ambientes, os decompositores não puderam transformar o carbono orgânico em CO2, ocorrendo então um processo de fossilização, que levou à formação dos combustíveis fósseis (petróleo, gás natural, carvão mineral...).

Esses combustíveis armazenam em suas moléculas grande quantidade de energia, originalmente captada da luz solar (fotossíntese), há milhões de anos atrás.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS

Queima desses combustíveis fósseis em taxas cada vez mais crescentes nos últimos 150 anos para geração de energia.

Consequência: o CO2 resultante dessas combustões passou a ser liberado na atmosfera em taxa muito superiores à sua captação pela fotossíntese, aumentando assim a sua concentração na atmosfera

O Ciclo do Carbono e o Ambiente

Desmatamento:

1. Aumento do CO2 emitido em função da emissão no momento da queima.

2. Redução da taxa fotossintética.

3. Queimadas de florestas.

4. Efeito estufa (desequilíbrio) – intervenções antropogênicas no ciclo do carbono.

O Ciclo do Carbono e o AmbienteEfeito estufa:

1. Utilização excessiva de combustíveis fósseis (falta de incentivos para a geração de energia alternativa).

2. Desmatamento.

3. Poluição ambiental.

Intensificação do efeito estufa:

1. Mudanças climáticas.

2. Aquecimento global.

3. Mudança nos níveis dos oceanos.

O oxigênio molecular (O2), indispensável à respiração aeróbica, é o segundo componente mais abundante da atmosfera, onde existe na proporção de cerca de 21%.

O oxigênio teria desaparecido da atmosfera, não fosse o contínuo reabastecimento promovido pela fotossíntese, principalmente do fitoplâncton marinho, considerado o verdadeiro "pulmão" do mundo.

O oxigênio pode ser consumido da atmosfera através das seguintes vias:

Atividade respiratória de plantas e animais; Combustão; Formação de ozônio (O3); Combinação com metais do solo (principalmente o ferro), formando óxidos metálicos (oxidação).

A Camada de Ozônio O ozônio (O3) é composto de 3 átomos de oxigênio. Não é muito estável e pode se quebrar em O2 muito facilmente.

É encontrado nas camadas altas de nossa atmosfera, formando uma camada que protege os seres vivos contra uma parte da radiação do Sol que é nociva aos seres vivos.

Nos seres humanos, a exposição a longo prazo a esta radiação está associada ao risco de dano à visão, à supressão do sistema imunológico e ao desenvolvimento do câncer de pele.

Os animais também sofrem as consequências. Prejuízo para os estágios iniciais do desenvolvimento de peixes, camarões, caranguejos e outras formas de vida aquáticas e redução na produtividade do fitoplâncton, base da cadeia alimentar aquática.

O Buraco na Camada de Ozônio Entre 1965 e 1985, cientistas mediram uma redução de até 50% em áreas da camada sobre a Antártida, o que ganhou o apelido de "buraco na camada de ozônio" Destruição provocada por gases poluentes liberados por atividades humanas, principalmente o CFC (Clorofluorcarbono), muito utilizado em aerossóis e como gás de refrigeração em geladeiras e aparelhos de ar condicionado. Atualmente os aparelhos mais modernos não utilizam mais o CFC como gás de refrigeração, o que está contribuindo para a regeneração dessa camada, diminuindo assim o tamanho do “buraco”. O termo buraco é na verdade uma redução da espessura média da camada de ozônio.

Como a Camada de Ozônio é destruída?

“Quando a luz solar de alta energia atinge uma molécula de CFC (1) , ela se quebra e produz um átomo de cloro (2).O átomo de cloro atinge uma molécula de ozônio (3). Isso faz com que o ozônio se transforme em oxigênio comum. O oxigênio (O2) não possui nem o tamanho nem a forma exatos para absorver a radiação solar que é perigosa.”

Incorporação de átomos de nitrogênio de substâncias inorgânicas do ambiente em moléculas orgânicas de seres vivos, e sua posterior devolução ao meio ambiente.

O nitrogênio é um elemento que participa da composição química de aminoácidos, proteínas e das bases nitrogenadas que formam os ácidos nucleicos (DNA, RNA).

A mais importante fonte de nitrogênio é a atmosfera. Cerca de 78% do ar é formado por nitrogênio livre (N2), mas a maioria dos seres vivos é incapaz de aproveitá-lo no seu metabolismo.

Os únicos seres que fixam o nitrogênio atmosférico são algumas espécies de bactérias e de cianobactérias, por apresentarem enzimas apropriadas para essa função. São chamados de organismos fixadores de nitrogênio.

Etapas do Ciclo do Nitrogênio

1) Fixação do N2

2) Nitrificação

3) Denitrificação

Fixação Nitrogênio (N2) Processo que envolve a utilização direta do N2, incorporando os átomos de nitrogênio em moléculas orgânicas.

São poucas as formas vivas capazes de promover a fixação biológica do N2.

Alguns desses organismos têm vida livre, e entre eles podem-se citar certas algas azuis (cianobactérias), como a Nostoc, e bactérias do gênero Azotobacter e Clostridium.

Os mais importantes fixadores de N2, vivem associados às raízes de plantas leguminosas (feijão, soja, ervilha, alfafa, etc.). São as bactérias do gênero Rhizobium. As bactérias Rhizobium vivem no solo, de onde alcançam as raízes de leguminosas, instalando-se e reproduzindo-se no interior das células destas plantas, formando nódulos.

Ali as bactérias se desenvolvem, fixando o N2 atmosférico e transformando-o em sais nitrogenados, que são utilizados pelas plantas.

O Rhizobium funciona como um verdadeiro adubo vivo, fornecendo à planta os sais de nitrogênio necessários a seu desenvolvimento. Em contrapartida, a planta fornece matéria orgânica para as bactérias, definindo uma relação de benefícios mútuos denominada mutualismo.

Graças à essa associação, as plantas leguminosas podem viver em solos pobres em compostos nitrogenados, nos quais outras plantas não se desenvolvem bem.

Ao morrer e se decompor, as plantas leguminosas liberam, na forma de amônia (NH3), o nitrogênio de suas moléculas orgânicas, fertilizando assim o solo.

Fixação Nitrogênio (N2)

Nitrificação

Consiste em transformar a amônia (NH3) em nitrito (NO2-) e esse em

nitrato (NO3-), que é um composto mais facilmente assimilado pelos vegetais.

Ocorre no solo, pela ação conjunta de dois grupos de bactérias quimiossintetizantes (bactérias nitrificantes).

Bactérias do gênero Nitrosomonas: oxidação da amônia (processo em que a amônia se combina com moléculas de O2, produzindo nitrito (NO2

-)).

Nitrosomonas sp.

2NH3 + 3O2 2NO2- + 2H2O + 2H+ + ENERGIA

A energia liberada na reação é utilizada pela própria bactéria em seu metabolismo.

Nitrificação

O nitrito é tóxico para as plantas, mas raramente se acumula no solo por muito tempo, pois é imediatamente oxidado por bactérias de gênero Nitrobacter, que o transformam em nitrato (NO3

-).

Nitrobacter sp.

2NO2- + O2 + 2NO3

- + ENERGIA

Os nitratos são altamente solúveis em água, de modo que as plantas os absorvem principalmente através dos pêlos absorventes das raízes.

O nitrogênio é utilizado na síntese de moléculas orgânicas (aminoácidos, proteínas, bases nitrogenadas).

Quando são comidas por herbívoros, as substâncias orgânicas nitrogenadas das plantas fornecem matéria-prima para a produção das moléculas das células animais, ao longo da cadeia alimentar.

Metabolismo animal: degradação de proteínas e de ácidos nucléicos

Produção de compostos nitrogenados (excreções ou excretas), principalmente na forma de amônia, uréia e ácido úrico.

Eliminação das excretas no ambiente

Ação de decompositores: o nitrogênio constituinte das moléculas orgânicas retorna ao solo na forma de amônia e pode passar novamente por processos de nitrificação.

Denitrificação

Realizado por bactérias denitrificantes, presentes no solo.

Para obter energia, essas bactérias degradam compostos nitrogenados, liberando gás nitrogênio (N2), que retorna à atmosfera, fechando assim o ciclo do nitrogênio na natureza.

Importância do Ciclo do Nitrogênio

O plantio de leguminosas (feijão, soja, ervilha, alfafa), enriquece o solo com compostos nitrogenados, uma vez que nas raízes dessas plantas há nódulos repletos de bactérias fixadoras de nitrogênio.

A utilização de leguminosas como método de fertilização do solo é conhecida como adubação verde.

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