Água

Nitrogênio

Oxigênio

CarbonoCICLOS

BIOGEOQUÍMICOS

Livro 1 página 109 a 126

Circulação de átomos de diversos elementos químicos

entre as substâncias orgânicas dos seres vivos (biosfera) e

as substâncias inorgânicas do planeta (atmosfera,

hidrosfera e litosfera).

Todos os elementos químicos naturais apresentam um

movimento dinâmico nos ecossistemas, transitando

constantemente entre o meio físico e os organismos.

Tais ciclos envolvem etapas biológicas, físicas e químicas,

alternadamente, daí a denominação usada.

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS 

 Ciclos: representam a troca e a

circulação de matéria entre os componentes vivos e físico-químicos da biosfera. 

Bio: os organismos interagem no processo de síntese orgânica e na decomposição dos elementos. 

Geo: o meio terrestre (solo) é o reservatório dos elementos. 

Químico: ciclo dos elementos e processos químicos de síntese e decomposição.

IMPORTÂNCIA

Com a morte de organismos ou a perda de partes de seu

corpo, a matéria orgânica é degradada por ação dos

decompositores.

Os átomos retornam ao ambiente, onde poderão ser

incorporados por outros seres vivos.

Se não houvesse esse reaproveitamento, os átomos de

alguns elementos químicos fundamentais para a

constituição de novos seres vivos poderiam tornar-se

indisponíveis para a continuidade da vida.

SER HUMANO

Acelera o movimento de muitos materiais

Interferência nos ciclos biogeoquímicos

Carência/excesso

TABELA - DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NO PLANETA

Estado físico Tipos Volume da água do planeta (%)

Sólido Calotas de gelo, geleiras

2,15

Líquido OceanosÁguas subterrâneasÁguas superficiais

97,210,6260,009

Gasoso Vapor atmosférico 0,005

Cerca de 97% pertencem ao talassociclo

conjunto que abrange todos os ecossistemas marinhos

Cerca de 2,6% pertence ao limnociclo

conjunto de todos os ecossistemas de água doce

Geleiras: principal reservatório de água doce

Possuem 77% de toda água doce do planeta

Reservatórios de água:

Oceanos

Calotas polares e glaciais

Aqüíferos subterrâneos

Lagos e rios

Umidade do solo

Vapor de água na atmosfera

Organismos vivos

O ciclo da água é conduzido pela ENERGIA SOLAR

Evapotranspiração

Características climáticas

A água está associada aos processos metabólicos de

todos os seres vivos.

O ciclo transporta e faz circular a água de uma região

para outra.

É um importante agente modelador da crosta terrestre

( devido à erosão e ao transporte de sedimentos).

Condicionante de toda a cobertura vegetal do planeta, ou

seja, de toda a vida na Terra.

O ciclo hidrológico é essencial ao ambiente:

Ciclo Curto da Água

Evaporação: água dos oceanos, lagos, rios, geleiras, água

do solo.

Formação de vapor d’água na atmosfera.

Condensação do vapor d’água nas camadas mais altas da

atmosfera, formando nuvens.

Precipitação: retorno à superfície terrestre na forma de

chuvas (neve, granizo).

Obs: não ocorre a participação propriamente dita dos seres

vivos.

Ciclo Longo da Água

Participação dos seres vivos.

Plantas: raízes absorvem a água do solo, e esta é

utilizada em seus processos biológicos.

A água é uma das matérias-primas da fotossíntese: seus

átomos de hidrogênio irão fazer parte da glicose fabricada, e seus átomos de oxigênio se unem para formar o O2

liberado para a atmosfera.

As plantas perdem água por meio dos seus estômatos (na

superfície foliar), em um processo chamado de

transpiração.Também liberam água por meio da respiração.

Transpiração vegetal: resfriamento da planta e

manutenção da umidade relativa do ar, influenciando o

regime de chuvas em várias regiões. As plantas estão

sempre perdendo água por meio da

transpiração,principalmente durante o dia, quando seus

estômatos estão abertos.

ex: Amazônia (a evapotranspiração vegetal é a

principal fonte de vapor d’água atmosférico)

Respiração vegetal: degradação das moléculas orgânicas

que as próprias plantas fabricam para obter energia

(fotossíntese), liberando gás carbônico e água.

Ciclo Longo da Água

Ciclo Longo da Água

Animais: obtêm água bebendo-a ou ingerindo-a nos

alimentos e a utilizam em seus processos biológicos.

Perdem água para o ambiente através da urina, fezes, suor,

ou pela respiração

Decompositores: Parte da água que plantas e animais

obsorvem é usada na síntese de substâncias orgânicas.

Seus átomos ficam incorporados aos tecidos animais e

vegetais, até a morte destes, quando serão devolvidos ao

ambiente pela ação dos decompositores

O Ciclo da Água e o AmbienteDesmatamento

Provoca alterações no ciclo da água, por reduzir a

cobertura vegetal, os níveis de evapotranspiração e,

consequentemente os índices pluviométricos;

As folhas refletem cerca de 10% da radiação solar. A

redução da cobertura vegetal diminui essa reflexão, o que

ocasiona maior aquecimento do solo. Isto acelera ainda

mais o processo de evaporação e ressecamento do solo,

aumentando assim o risco de um processo de desertificação

do ambiente.

Deixa o solo nu, facilitando a erosão e o assoreamento

dos rios, lagos e lagoas.

O Ciclo da Água e o Ambiente

Erosão

Deixa o solo impróprio para a agricultura e atividades

pastoris e o assoreamento dos rios pode provocar

enchentes catastróficas.

Assoreamento: "Entupimento" do corpo d'água, ou seja,

fenômeno causado pela deposição de sedimentos minerais

(como areia e argila) ou de materiais orgânicos. Com isso,

diminui a profundidade do curso d'água e a força da

correnteza.

O Ciclo da Água e o Ambiente

Poluição

Lançamento de esgotos industriais e domésticos,

contaminação por metais pesados prejudicam toda a cadeia

alimentar existente, além de estimular a proliferação de

vários agentes causadores de doenças. A água mal tratada

é um dos principais focos de transmissão de doenças

Provoca grande destruição do Fitoplâncton: estes seres

liberam na atmosfera dimetilsulfeto, um gás cujas

partículas se aderem às moléculas de água, contribuindo

para a formação das nuvens e das chuvas. Desta forma, o

fitoplâncton interfere de maneira significativa na

pluviosidade dos ecossistemas.

Consiste na passagem dos atómos de carbono (C), componentes do gás carbônico (CO2), para moléculas que

constituem as substâncias orgânicas dos seres vivos

(proteínas, lipídios, carboidratos...)

O carbono existente na atmosfera como CO2 entra na

composição das moléculas orgânicas dos seres vivos, a partir da fotossíntese.

As plantas utilizam o CO2 e o vapor de água da atmosfera para, na presença de luz solar, sintetizar compostos orgânicos de carbono, hidrogênio e oxigênio, tais como a glicose (C6H12O6).

Reação da fotossíntese:

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

A fixação do carbono em sua forma orgânica indica que a

fotossíntese é a base da vida na Terra. A energia solar é

armazenada como energia química nas moléculas orgânicas

da glicose.

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

O carbono retorna ao meio abiótico na forma de CO2,

através da respiração dos seres vivos, da fermentação, da

decomposição e da combustão.Reação da respiração:

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

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS

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

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

pântanos, cavernas).

Nesses ambientes, os decompositores não puderam transformar o carbono orgânico em CO2, ocorrendo então

um processo de fossilização, que levou à formação dos

combustíveis fósseis (petróleo, gás natural, carvão mineral...).

Esses combustíveis armazenam em suas moléculas

grande quantidade de energia, originalmente captada da

luz solar (fotossíntese), há milhões de anos atrás.

COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS

O homem passou a queimar esses combustíveis fósseis em taxas cada vez mais crescentes nos últimos 150 anos.

Consequência: o CO2 resultante dessas combustões

passou a ser liberado na atmosfera em taxa muito

superiores à sua captação pela fotossíntese, aumentando

assim a sua concentração na atmosfera

O Ciclo do Carbono e o Ambiente

Desmatamento:

1. Aumento do CO2 emitido em função da emissão no

momento da queima.

2. Redução da taxa fotossintética.

3. Queimadas de florestas.

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

O Ciclo do Carbono e o AmbienteEfeito estufa:

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

2. Desmatamento.

3. Poluição ambiental.

Intensificação do efeito estufa:

1. Mudanças climáticas.

2. Aquecimento global.

3. Mudança nos níveis dos oceanos.

O oxigênio molecular (O2), indispensável à respiração

aeróbica, é o segundo componente mais abundante da

atmosfera, onde existe na proporção de cerca de 21%.

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

O oxigênio pode ser consumido da atmosfera através das

seguintes vias: Atividade respiratória de plantas e animais; Combustão;

Formação de ozônio (O3);

Combinação com metais do solo (principalmente o ferro),

formando óxidos metálicos (oxidação).

A Camada de Ozônio

O ozônio (O3) é composto de 3 átomos de oxigênio. Não é

muito estável e pode se quebrar em O2 muito facilmente.

É encontrado nas camadas altas de nossa atmosfera,

formando uma camada que protege os seres vivos contra

uma parte da radiação do Sol que é nociva aos seres vivos.

Nos seres humanos, a exposição a longo prazo a esta

radiação está associada ao risco de dano à visão, à supressão

do sistema imunológico e ao desenvolvimento do câncer de

pele.

Os animais também sofrem as conseqüências. Os raios

ultravioletas prejudicam os estágios iniciais do

desenvolvimento de peixes, camarões, caranguejos e outras

formas de vida aquáticas e reduz a produtividade do

fitoplâncton, base da cadeia alimentar aquática.

O Buraco na Camada de Ozônio

Entre 1965 e 1985, cientistas mediram uma redução de até

50% em áreas da camada sobre a Antártida, o que ganhou o

apelido de "buraco na camada de ozônio"

Destruição provocada por gases poluentes liberados por

atividades humanas, principalmente o CFC

(Clorofluorcarbono), muito utilizado em aerossóis e como gás

de refrigeração em geladeiras e aparelhos de ar

condicionado.

Atualmente os aparelhos mais modernos não utilizam mais

o CFC como gás de refrigeração, o que está contribuindo para

a regeneração dessa camada, diminuindo assim o tamanho

do buraco.

Como a Camada de Ozônio é destruída?

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

Consiste na incorporação de átomos de nitrogênio de

substâncias inorgânicas do ambiente em moléculas

orgânicas de seres vivos, e sua posterior devolução ao meio

ambiente.

O nitrogênio é um elemento que participa da composição

química de aminoácidos, proteínas e das bases

nitrogenadas que formam os ácidos nucléicos (DNA, RNA).

A mais importante fonte de nitrogênio é a atmosfera. Cerca de 78% do ar é formado por nitrogênio livre (N2), mas

a maioria dos seres vivos é incapaz de aproveitá-lo no seu

metabolismo.

Os únicos seres que fixam o nitrogênio atmosférico são

algumas espécies de bactérias e de cianobactérias, por

apresentarem enzimas apropriadas para essa função. São

chamado de fixadores de nitrogênio.

Etapas do Ciclo do Nitrogênio

1) Fixação do N2

2) Nitrificação

3) Denitrificação

Fixação Nitrogênio (N2)

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

Na natureza, são poucas as formas vivas capazes de promover a fixação biológica do N2.

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

Os mais importantes fixadores de N2, vivem associados às raízes de plantas leguminosas (feijão, soja, ervilha, alfafa, etc.). São as bactérias do gênero Rhizobium.

As bactérias Rhizobium vivem no solo, de onde alcançam as raízes de leguminosas, instalando-se e reproduzindo-se no interior das células destas plantas, formando nódulos.

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

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

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

Ao morrer e se decompor, as plantas leguminosas liberem, na forma de amônia (NH3), o nitrogênio de suas moléculas orgânicas,

fertilizando assim o solo.

Fixação Nitrogênio (N2)

Nitrificação

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

em nitrato (NO3-), que é um composto mais facilmente assimilado

pelos vegetais.

Ocorre nos solos, pela ação conjunta de dois grupos de bactérias quimissintetizantes (bactérias nitrificantes).

Bactérias do gênero Nitrosomonas: oxidação da amônia

(processo em que a amônia se combina com moléculas de O2,

produzindo nitrito (NO2-)).

Nitrosomonas sp.

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

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

Nitrificação

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

-).

Nitrobacter sp.

2NO2- + O2 + 2NO3

- + ENERGIA

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

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

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

Metabolismo animal: degradação de proteínas e de ácidos nucléicos

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

Eliminação das excretas no ambiente

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

Denitrificação

Realizado por bactérias denitrificantes, presentes no solo.

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

Importância do Ciclo do Nitrogênio

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

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

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

Como no ciclo do carbono, também envolve um estágio

sólido e outro gasoso, onde microrganismos, que obtêm

energia a partir da oxidação química de compostos

inorgânicos, exercem papéis fundamentais.

O enxofre é um elemento químico de cor amarela,

encontrado no solo e que queima com facilidade.

É muito usado na fabricação de ácido sulfúrico,

fertilizantes, corantes e explosivos.

É encontrado nas rochas sedimentares e vulcânicas, no

carvão e no gás natural.

É um elemento químico essencial à vida, fazendo parte da

composição de algumas proteínas.

A natureza recicla o enxofre sempre que algum animal ou

alguma plante morre.

Quando as plantas e os animais mortos são decompostos

pelos microrganismos saprófitos aeróbios e anaeróbios,

destes últimos desprende-se gás sulfídrico. Parte desse gás

é transformada em enxofre por certas bactérias que

através dele obtém energia.

Processos geoquímicos e metereológicos tais como

erosão, lixiviação (arraste por lençóis freáticos) e ação da

chuva são importantes na recuperação do enxofre dos

sedimentos mais profundos.

O fósforo é um componente muito importante para os

seres vivos, pois está ligado ao metabolismo respiratório e

fotossintético.

É encontrado em maior concentração nas rochas

fosfatadas.

A erosão do solo pelas águas ou pelos ventos desagrega

essas rochas e esse fósforo mineral é levado para os

oceanos. Uma grande parte é sedimentada nas

profundezas, assim não sendo aproveitada.

A pequena parte aproveitada pelos seres marinhos, entre

eles certas aves marinhas, é restituída ao solo, de onde

pode novamente ser retirado pela plantas, que servem de

alimento para os animais.

Após a morte dos animais ou por excreções lançadas

pelos mesmos durante sua vida, assim os compostos

contendo fósforo retornam ao solo onde são decompostos

por bactérias e fungos, fechando assim seu ciclo.