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Ciclos biogeoquímicos
 

Ciclos biogeoquímicos

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    Ciclos biogeoquímicos Ciclos biogeoquímicos Presentation Transcript

    •  
      • São processos naturais que reciclam elementos em diferentes formas químicas do meio ambiente para os organismos, e, depois, vice-versa. Água, carvão, oxigênio, nitrogênio, fósforo e outros elementos percorrem estes ciclos, unindo os componentes vivos e não-vivos da Terra.
      • Sendo a Terra um sistema dinâmico, em evolução, o movimento e a estocagem de seus materiais afetam todos os processos físicos, químicos e biológicos.
      • Um ciclo biogeoquímico é o movimento ou o ciclo de um determinado elemento ou elementos químicos através da atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera da Terra.
      Introdução
      • Os ciclos estão intimamente relacionados com processos geológicos, hidrológicos e biológicos. Como exemplo, pode-se lembrar que um modesto conhecimento sobre o ciclo geológico (aqui referido como um conjunto dos processos responsáveis pela formação e destruição dos materiais da Terra, subdividido em: ciclo hidrológico e ciclo das rochas) é valioso para o conhecimento e compreensão de nosso ambiente, que é intimamente relacionado aos processos físicos, químicos e biológicos. Por exemplo, para avaliar o impacto ambiental de um material perigoso, como a gasolina, que vazou para o subsolo, as propriedades químicas, físicas e biológicas do solo, rochas e água deveriam ser entendidas.
      Introdução
    •  
      • A água na natureza pode ser encontrada nos três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Os oceanos e mares constituem cerca de 97% de toda água; dos 3% restantes, 2,25% estão em forma de gelo nas geleiras e nos polos, e apenas 0,75% estão nos rios, lagos e lençóis freáticos.
      • A quantidade de água na forma de vapor na atmosfera é reduzidíssima quando comparada ás grandes quantidades que são encontradas nos outros estados, mas apesar dessa pequena quantidade, ela é fundamental na determinação das condições climáticas e de vital importância para os seres vivos. A água encontrada na atmosfera é proveniente da evapotranspiração que compreende a transpiração dos seres vivos e a evaporação da água líquida. A evapotranspiração exige energia para ser realizada.
      Ciclo da Água
      • Pode-se afirmar que essa energia provém do sol, atuando diretamente na evaporação e indiretamente na transpiração, afinal a transpiração dissipa calor do organismo para o ambiente, A água gasosa da atmosfera se condensa e pode precipitar na forma de chuva (líquida), ou por um resfriamento excessivo na forma sólida (neve ou granizo).
      • Nos continentes e ilhas, a evapotranspiração é menor do que a precipitação, o que possibilita a formação de rios, lagos e lençóis freáticos. O processo inverso ocorre nos oceanos e mares, onde a precipitação é menor que a evapotranspiração.
      Ciclo da Água
      • Isso poderia sugerir que um dia os oceanos iriam secar, mas então, por que isso não ocorre?
      • Não ocorre porque o excesso de água dos continentes de alguma forma é levado aos mares e oceanos por ação dos rios, que sempre desembocam nos mares e oceanos.
      • O esquema ilustra a maneira como a água sai do ambiente e como ela retorna a esse ambiente. Mais uma vez é conveniente observar que todo o movimento que a água realiza é cíclico, ou seja, ela sai do ambiente, percorre o seu caminho, seja ele na terra, ou na atmosfera, cumpre todas as suas funções, e depois disso quando ocorre a precipitação ela volta ao seu ponto inicial ficando disponível para novamente recomeçar o seu ciclo na natureza.
      Ciclo da Água
      • COMO A AÇÃO HUMANA AFETA O CICLO DA ÁGUA?
      • As ações humanas podem esgotar o fornecimento da água subterrânea, causando uma escassez e o consequente afundamento da terra ao extrair-se o líquido. Ao remover a vegetação, a água flui sobre o solo mais rapidamente, de modo que tem menos tempo para ser absorvida na superfície. Isto provoca um esgotamento da água subterrânea e a erosão acelerada do solo.
      Ciclo da Água
    •  
      • O  Ciclo das Rochas  inicia-se com a destruição das rochas da superfície pela ação dos agentes externos, como o  intemperismo  e a  erosão  ou a  aglutinação  de ambos.
      • O intemperismo é o processo de degradação das rochas, acontece quando expostas à atmosfera sofrem um ataque erosivo, provocado pelo clima, que pode modificar o seu aspecto físico ou a sua composição mineralógica. A erosão é o processo de desgaste mecânico, operado pelas águas correntes, pelo vento, pelo movimento das geleiras e pelos mares.
      • Os produtos resultantes da destruição são transportados por diversos fluidos, passando a circular sobre a superfície terrestre por ação do calor solar e pela gravidade.
      Ciclo das Rochas
      • Quando cessa a energia que os fazem circular, eles depositam-se nas regiões mais baixas, formando então as  rochas sedimentares.
      • Com o passar do tempo as rochas sedimentares são sepultadas a grandes profundidades, sofrendo consequentemente o efeito do calor terrestre e se tornando cada vez mais duras.
      • Nos níveis mais profundos, cerca de 10 a 30 km, a temperatura e a pressão são maiores, acontecendo a transformação em  rochas metamórficas.
      • A temperatura continua aumentando cada vez mais, ocorre a fusão e ela se transforma em  rocha ígnea.
      • Devido a ação do movimento do manto, ocorre o processo de levantamento dessa rocha ígnea, cada vez mais, ela tende a subir a níveis superiores.
      Ciclo das Rochas
      • Após milhões de anos, finalmente a rocha chega a superfície terrestre e novamente começa a sofrer a ação dos agentes externos, reiniciando assim o ciclo.
      Ciclo das Rochas
    •  
      • Vamos primeiro entender o que é o carbono:
      • É um elemento fundamental na constituição das moléculas orgânicas, o carbono utilizado primariamente pelos seres vivos está presente no ambiente, combinado ao oxigênio e formando as moléculas de gás carbônico presentes na atmosfera ou dissolvidas nas águas dos mares, rios e lagos .
      • O carbono passa a fazer parte da biomassa através do processo da fotossíntese. Os seres fotossintetizantes incorporam o gás carbônico  atmosfera, transformando-se em moléculas orgânicas.
      • O  ciclo do carbono : O carbono é absorvido pelas plantas. Uma vez incorporado às moléculas orgânicas dos produtores, poderá seguir dois caminhos: ou será liberado novamente para a atmosfera na forma de CO2 (dióxido de carbono), como resultado da degradação das moléculas orgânicas no processo respiratório, ou será transferido na forma de moléculas orgânicas aos animais herbívoros quando estes comerem os produtores (uma parte será transferida para os decompositores que liberarão o carbono novamente para a atmosfera, degradando as moléculas orgânicas presentes na parte que lhes coube). Os animais, através da respiração, liberam à atmosfera parte do carbono assimilado, na forma de CO2.
      Ciclo do Carbono
      • Parte do carbono contido nos herbívoros será transferida para os níveis tróficos seguintes e outra parte caberá aos decompositores e, assim, sucessivamente, até que todo o carbono fixado pela fotossíntese retorne novamente à atmosfera na forma de CO2.
      Ciclo do Carbono Tempo médio de residência de CO2: Solos - 25 a 30 anos; Atmosfera - 3 anos; Oceanos - 1500 anos;
      • Sua grande importância consiste no fato dele contribuir com aproximadamente 80% do total de CO2 trocado entre a parte sólida da Terra e a atmosfera. A troca ocorre há meio bilhão de anos. CO2 atmosférico dissolve-se na água da chuva, produzindo H2CO3. Essa solução ácida, nas águas superficiais ou subterrâneas, facilita a erosão das rochas silicatadas (Si é o elemento mais abundante da crosta terrestre). Entre outros produtos, o intemperismo e a erosão provocam a liberação dos íons Ca2+ e HCO3-, que podem ser lixiviados para os oceanos. Os organismos marinhos ingerem Ca2+ e HCO3- e os usam para construção de suas conchas carbonatadas. Quando esses organismos morrem, as conchas depositam-se, acumulando-se como sedimentos ricos em carbonatos. Esse sedimento de fundo, participando do ciclo tectônico, pode migrar para uma zona cuja pressão e calor fundem parcialmente os carbonatos. A formação desse magma libera CO2 que escapa para a atmosfera pelos vulcões. Aí, pode combinar-se novamente com a água da chuva, completando o ciclo.
      Ciclo do Carbono - Silicato
      • O ciclo do carbonato-silicato contribui para a estabilidade da temperatura atmosférica. Exemplo: se uma mudança climática aumenta a temperatura do oceano, a taxa de evaporação de água para a atmosfera aumenta e, consequentemente, a quantidade de chuva. Aumentando-se as precipitações, aumenta-se o intemperismo, e assim, o fluxo de Ca2+ e HCO3- para o mar. Os organismos marinhos retiram esses íons da água e quando morrem contribuem para os grandes estoques de C dos sedimentos marinhos. O resulto líquido é a remoção do CO2 atmosférico. Assim, uma menor quantidade da energia emitida pela superfície terrestre é aprisionada e a atmosfera resfria-se, completando o ciclo de contribuição negativa para o aumento da temperatura da atmosfera.
      Ciclo do Carbono - Silicato
    •  
      • O Ca é um elemento químico muito importante para os seres vivos. Nos vegetais, ele participa principalmente como ativador de enzimas, além de participar como componente estrutural de sais de compostos pécticos da lamela média.
      • A maior participação do cálcio nos animais está relacionada com a formação de esqueletos, pois ele é parte constituinte dos exoesqueletos de invertebrados e conchas. Além disso, atua em processos metabólicos: sua participação é fundamental no processo de coagulação do sangue, além de ser muito útil no processo de contração muscular.
      • A fonte primária de cálcio na natureza são, sem dúvida, as rochas calcárias, que, devido à ação de agentes diversos, sofrem intemperismo, o qual provoca erosão, levando os sais de cálcio para o solo, de onde são carregados pelas chuvas para os rios e mares. Assim como ocorre com o fósforo, o cálcio tende a se acumular no fundo do mar.
      Ciclo do Cálcio
    • Ciclo do Cálcio
      • O intemperismo pode ser entendido como o conjunto de processos mecânicos, químicos e biológicos que ocasionam a destruição física e química das rochas, formando os solos. Mais uma vez, fica muito claro a grande participação que a água exerce nos ciclos biogeoquímicos; no ciclo do cálcio, como no ciclo das rochas, sua presença é de suma importância para que os ciclos possam ser reiniciados. O mecanismo que rege o ciclo do cálcio segue mais ou menos os seguintes passos. Inicialmente o CO 2  atmosférico dissolve-se na água da chuva, produzindo H 2 CO 3 . Essa solução ácida, nas águas superficiais ou subterrâneas, facilita a erosão das rochas silicatadas e provoca a liberação de Ca 2+  e HCO 3– , entre outros produtos, que podem ser lixiviados para o oceano. Nos oceanos, Ca 2+  e HCO 3–  são absorvidos pelos animais que o utilizam na confecção de conchas carbonatadas, que são os principais constituintes dos seus exoesqueletos. Com a morte desses organismos, seus esqueletos se depositam no fundo do mar, associam-se a outros tipos de resíduos e originam uma rocha sedimentar, depois de um longo período de tempo. Esses sedimentos de fundo, rico em carbonato, participando do ciclo tectônico, podem migrar para uma zona de pressão e temperatura mais elevadas, fundindo parcialmente os carbonatos. As mudanças lentas e graduais da crosta terrestre podem fazer com que essas rochas sedimentares alcancem a superfície, completando o ciclo.
      Ciclo do Cálcio
      • Os vegetais absorvem do solo os sais de cálcio, e os animais o  obtêm através da cadeia alimentar. Com a decomposição dos animais e vegetais mortos, o cálcio retorna ao solo.
      • Resumindo temos:
      Ciclo do Cálcio
    •  
      • É um ciclo tipicamente sedimentar. O fósforo é liberado dos reservatórios - as rochas de fosfato, depósitos de guano (excremento de aves marinhas) e depósitos de animais fossilizados - por erosão natural e filtração, e através da mineração e do uso como adubo pelo homem, dos 103 elementos químicos conhecidos, sabe-se que 30 a 40 são necessários à vida. Os mais importantes são o carbono, o nitrogênio, o hidrogênio, o oxigênio, o fósforo e o enxofre. A esses elementos principais acrescentam-se outros, necessários em quantidades menores, como o cálcio, ferro, potássio, magnésio, sódio, etc. Eles podem ser classificados em micro e macronutrientes de acordo com as quantidades requeridas pelo seres vivos. Os elementos circulam na biosfera entre os compartimentos abióticos e a biomassa animal e vegetal. 
      • Um dos nutrientes mais importantes para a construção de organismos é o fósforo. Geralmente o fósforo é mais escasso que outros nutrientes, tais como o nitrogênio e o potássio. Se o sistema florestal não reciclasse o fósforo, este poderia ficar tão escasso, que limitaria o crescimento das plantas da floresta.
      Ciclo do Fósforo
    • Ciclo do Fósforo
      • TIPOS DE CICLOS
      • Os ciclos podem ser classificados em três tipos básicos dependendo da natureza do reservatório abiótico (Odum, 1972):
      • ciclos gasosos: possuem o depósito abiótico na atmosfera. Graças à grande dinâmica deste meio, possuem eficazes mecanismos de autoregulação. Exemplos: ciclo do nitrogênio e ciclo do oxigênio;
      • ciclos sedimentares: o depósito abiótico está na crosta terrestre em rochas; estes ciclos são mais vulneráveis a perturbações externas, pelo fato deste depósito ter um tempo muito elevado de recirculação. Exemplos: ciclo do cálcio e ciclo do fósforo;
      • ciclos mistos: possuem ambos os depósitos (sedimentares e atmosféricos).
      Ciclo do Fósforo
    •  
      • Nitrogênio é essencial para todas as formas de vida, pois está presente na estrutura dos aminoácidos. A vida mantém o N na forma molecular, N2, na atmosfera em quantidade maior que NH3 ou em óxidos, N2O, NO e NO2, ou em compostos com H, NH, HNO2 e HNO3. N2 é pouco reativo, tendendo a formar pequenos compostos inorgânicos. A maioria dos organismos não pode usar N2 diretamente sendo necessária muita energia para quebrar a ligação N - N. Uma vez isolados, os átomos de N podem converter-se em amônia, nitrato ou aminoácidos: o processo chama-se fixação e só ocorre por ação da luz ou da vida, sendo o último o grande responsável.
      • O processo biológico é tão importante, que várias plantas estabelecem uma simbiose com bactérias capazes de fixar nitrogênio. A diminuição de nitrogênio em solos agrícolas pode ser reduzida por rotação de culturas. Ex: soja, que fixa N, pode estar em rotatividade com milho, que não fixa, e, assim, aumentar a fertilidade do solo. Se as bactérias apenas fixassem nitrogênio, N2 seria removido da atmosfera. As bactérias também realizam o processo inverso: a imobilização.
      Ciclo do Nitrogênio
      • Tanto a remoção de N2, como a incorporação são processos controlados por bactérias. N é fertilizante e contaminante das águas subterrâneas. Fontes industriais e descargas elétricas podem fixar N. N fixo significa N não ligado, ou seja, N atômico. Fixação industrial é hoje a maior fonte de N. Óxidos de N são formados a altas temperaturas quando N2 e O2 estão presentes. Os óxidos de N são a maior fonte poluidora proveniente dos automóveis. N2O diminui a camada de O3 na estratosfera. N é ao mesmo tempo essencial e tóxico. É essencial a todas as formas de vida e participa de vários processos industriais, liberando produtos tóxicos.
      Ciclo do Nitrogênio
      • O nitrogênio participa das moléculas de proteínas, ácidos nucléicos e vitaminas. Embora seja abundante na atmosfera (78% dos gases), a forma gasosa (N2) é muito estável, sendo inaproveitável para a maioria dos seres vivos. O processo que remove N2 do ar e torna o nitrogênio acessível aos seres vivos é denominado fixação do nitrogênio.
        • A fixação de N2 em íons nitrato (NO3-) é a mais importante, pois é principalmente sob a forma desse íon que as plantas absorvem nitrogênio do solo.
      Ciclo do Nitrogênio
        • A fixação pode ocorrer por processos físicos, como sob ação de relâmpagos durante tempestades, e também por processos industriais, quando se criam situações de altíssima pressão e temperatura para a produção de fertilizantes comerciais. A fixação biológica, porém, é a mais importante, representando 90% da que se realiza no planeta.
        • A fixação biológica do nitrogênio é realizada por bactérias de vida livre no solo, por bactérias fotossintéticas, por cianofíceas (algas azuis), e principalmente por bactérias do gênero Rhizobium, que somente o fazem quando associadas às raízes de plantas leguminosas - soja, alfafa, ervilha, etc. Nessas raízes formam-se nódulos densamente povoados pelas bactérias, onde ocorre a fixação de N2 até a formação de nitrato. Essas plantas podem assim desenvolver-se mesmo em solos pobres desse íon.
      Ciclo do Nitrogênio
    •  
      • S é um elemento essencial para vida no planeta
      • S reduzido é nutriente-chave para manutenção da vida (ex.: integridade estrutural de proteínas)
      • S no estado oxidado (SO42-) é o 2o. ânion mais abundante nos rios e oceanos
      • Principal agente causador de acidez em água de chuva
      • Forma substâncias insolúveis com metais (FeS2) em solos , sedimentos e minerais
      • O ciclo do S é o mais intensamente perturbado pelo homem
      Ciclo do Enxofre
      • O enxofre apresenta um ciclo que passa entre o ar e os sedimentos, sendo que existe um grade depósito na crosta terrestre e nos sedimentos e um depósito menor na atmosfera.
      • No reservatório terrestre, os microrganismos têm função preponderante, pois realizam a oxidação química. Dessas reações, resulta a recuperação do enxofre dos sedimentos mais profundos.
      • Na crosta e na atmosfera, paralelamente, ocorrem processos geoquímicos e meteorológicos, tais como erosão, ação da chuva, além de processos biológicos de produção e decomposição.
      Ciclo do Enxofre
    • Ciclo do Enxofre Reservatórios de Enxofre
    • Ciclo do Enxofre
    • Ciclo do enxofre (principais etapas) Ciclo do Enxofre TRANSFORMAÇÃO MECANISMO SO 2 -- , SO 4 --  - S orgânico Assimilação por plantas S orgânico - H 2 S Diversas bactérias aeróbicas e anaeróbicas S orgânico - SO 4 -- Maioria das plantas e animais, muitas bactérias SO 4 --  - H 2 S Bactérias anaeróbicas ( Desulfovibrio, Desulfotomeculum ) H 2 S - S - SO 4 -- Bactérias aeróbicas ( Thiobacillus , bactérias fotossintetizantes)
    •  
      • Os átomos do elemento oxigênio, utilizados pelos seres vivos, encontram-se combinados dois a dois, constituindo o gás oxigênio, um dos componentes da atmosfera de nosso planeta, ou associados ao hidrogênio constituindo a água ou, ainda, na forma de CO2. O oxigênio atmosférico, na forma de 02, é captado por plantas e animais para ser utilizado no processo da respiração. Neste processo, o oxigênio combina com o hidrogênio, formando moléculas de água. A água formada na respiração retorna para o ambiente através da transpiração e da excreção é utilizada nas reações químicas do ser vivo, acabando por fornecer os hidrogênios e os oxigênios que farão parte da matéria orgânica.
      • Neste caso, o oxigênio voltará à atmosfera na forma de água e gás carbônico, por ocasião da morte e consequente decomposição do organismo. A água pode ser ainda utilizada pelas plantas no processo da fotossíntese. Durante este processo, as moléculas de água serão quebradas, passando os hidrogênios a fazer parte das moléculas orgânicas sintetizadas, e o oxigênio será liberado na atmosfera, na forma de O2.
      Ciclo do Oxigênio
      • Parte do oxigênio da atmosfera concentra-se entre quinze e trinta quilômetros da superfície, na troposfera. Nessa altura, a radiação solar ultravioleta atinge as moléculas de oxigênio, que, ao absorver esse tipo de radiação, se quebra liberando átomos de oxigênio. Como são extremamente reativos, esses átomos reagem com outras moléculas de oxigênio, formando o ozônio.
      Ciclo do Oxigênio
      • Interferência das atividades humanas sobre os ciclos biogeoquímicos
    • São Paulo – SP Novembro 2011