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Ciclos biogeoqumico
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
 

      Biogeoquímico é o resultado dos 
conjuntos de agentes biológicos 
(microorganismos), constituição da litosfera 
(rocha) e degradação química.
 

      A Biogeoquímica é a ciência que estuda a 
troca ou a circulação de matéria entre os 
componentes vivos e físico-químicos da Biosfera 
(Odum, 1971).
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.
CLASSIFICAÇÃO DOS CICLOS
 
                      
       1. Ciclo da água ou hidrológico.


      2. Ciclos dos macro e micronutrinentes: minerais 
em geral.


     3.  Ciclos  sedimentares:  fósforo,  enxofre,  cálcio, 
magnésio e potássio.


      4.  Ciclos  gasosos:  carbono,  nitrogênio  e 
oxigênio.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
CICLO HIDROLÓGICO


 
      Aspectos quantitativos:
       evaporação;
       infiltração;
       escoamento superficial.

      Aspectos qualitativos:
      parâmetros de qualidade:   - físico-químicos;
                                  - biológicos.
INTERVENÇÕES DO HOMEM


1. Desmatamento.
2. Pavimentação = taxa de impermeabilização.
3. Utilização de defensivos agrícolas.
4. Despejos de esgotos e efluentes industriais.
5. Eutrofização.
6. Diminuição do teor de oxigênio dissolvido nos rios.
7. Lançamento de substâncias tóxicas perigosas.
8. Poluição atmosférica.
9. Resíduos sólidos.
10. Represamento das águas.
CICLO DO CARBONO

        O  reservatório  de  carbono  é  a  atmosfera,  onde  o 
nutriente  das  plantas  encontra-se  na  forma  de  dióxido  de 
carbono  (CO2),  um  gás  que,  nas  condições  naturais  de 
temperatura  e  pressão  é  inodoro  e  incolor.  O  carbono  é  o 
principal  constituinte  da  matéria  orgânica  (49%  do  peso 
seco).  O  ciclo  do  carbono  é  perfeito,  pois  o  elemento  é 
devolvido  ao  meio  à  mesma  taxa  a  que  é  sintetizado  pelos 
produtores.

       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
CICLO DO CARBONO
 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.

        A  energia  armazenada  nas  moléculas  orgânicas  é 
liberada  no  processo  inverso  ao  da  fotossíntese:  a 
respiração.  Nesta,  ocorre  a  quebra  das  moléculas  com  a 
conseqüente  liberação  de  energia  para  a  realização  das 
atividades vitais dos organismos.


                    Reação da respiração:

   C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 640 kcal / molde glicose
Ciclos biogeoqumico
CICLO DO CARBONO

        Por meio da fotossíntese e da respiração, o carbono 
passa  de  sua  fase inorgânica  à  fase orgânica  e  volta para a 
fase  inorgânica,  completando  seu  ciclo.  Fotossíntese  e 
respiração  são  processos  de  reciclagem  do  carbono  e  do 
oxigênio  em  várias  formas  químicas  em  todos  os 
ecossistemas.
        A  partir  da  Revolução  Industrial,  o  homem  passou  a 
fazer uso  intenso da energia armazenada, e no processo de 
queima  (respiração)  passou  a  devolver  o  CO2  à  atmosfera  a 
uma  taxa  superior  à  capacidade  assimiladora  das  plantas 
(fotossíntese)  e  dos  oceanos  (pela  reação  de  difusão).  Esse 
desequilíbrio  do  ciclo  natural  pode  ter  implicações  na 
alteração  do  efeito estufa,  com  conseqüente  aumento  da 
temperatura  global.  Aproximadamente  50%  do  excesso  de 
CO2 gerado é absorvido pelos oceanos (Perkins, 1974). Difícil 
é prever até que ponto os oceanos suportarão o aumento de 
CO2,  diante  da  multiplicidade  de  fatores  que  intervêm  no 
mecanismo de recuperação do sistema.
CICLO DO CARBONO

        O carbono é um elemento químico presente na
estrutura de todas as moléculas orgânicas. É, portanto,
essencial para a vida. Na natureza, o carbono encontra-se à
disposição dos seres vivos na forma de CO2 (gás carbônico),
na atmosfera ou dissolvido na água.

        Através da fotossíntese, o CO2 é fixado e
transformado em matéria orgânica pelos produtores. Já os
consumidores somente adquirem carbono através da
nutrição. Tanto os produtores como os consumidores,
porém, perdem carbono da mesma forma: através da
respiração (que libera CO2 para o ambiente) ou da cadeia
alimentar (ao servirem de alimento para um organismo
qualquer) ou, ainda, ao fornecerem material que fará parte da
constituição do húmus (ou detritos orgânicos), pela morte do
organismo ou de parte dele e pela eliminação de excreções
ou resíduos digestivos.
CICLO DO CARBONO


        Os decompositores atuam sobre os detritos
orgânicos liberando CO2, que retorna à atmosfera,
reintegrando-se a seu reservatório natural.

       Detritos orgânicos ainda podem originar os
combustíveis fósseis que, através da combustão, eliminarão
CO2 de volta para a atmosfera.

Obs.:

Fotossíntese: CO2 + H2O = > C6H12O6 + H20 + O2

Respiração: C6H12O6 + O2 = > CO2 + H2O + energia

Combustão: combustível + energia + O2 = > CO2 + ...(detritos)
CICLO DO CARBONO
CICLO DO CARBONO


   Aspectos relevantes:

1. O ciclo do carbono e o ciclo hidrológico são,
   provavelmente, os dois ciclos biogeoquímicos mais
   importantes com relação à humanidade.

2. O pool / reservatório atmosférico é pequeno se
   comparado com o do carbono dos oceanos e dos
   combustíveis fósseis e outros depósitos.

3. Fluxo entre os pools – do continente, da atmosfera e dos
   oceanos, que até o início da Era Industrial estavam em
   equilíbrio.
CICLO DO CARBONO

4. Durante os últimos anos, o conteúdo de CO2 tem-se
   elevado por causa de novas entradas antropogênicas. A
   queima de combustível fóssil parece ser a principal fonte
   de novas entradas, mas a agricultura e o desmatamento
   também contribuem.

5. Perda líquida de CO2 na agricultura, ou seja, um
   acréscimo de CO2 na atmosfera maior do que sua
   retirada, pois suas culturas são ativas durante apenas
   uma parte do ano, não compensando o CO2 liberado do
   solo (lavouras freqüentes) .

6. O desmatamento poderá liberar carbono armazenado na
   madeira, principalmente se a madeira for queimada
   imediatamente e o uso se segue à oxidação do húmus,
   se a terra for usada para agricultura ou para
   desenvolvimento urbano (rápida oxidação do húmus e
   liberação de CO2 gasoso que está retido no solo).
CICLO DO CARBONO


       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 – intervenções antropogênicas no ciclo
   do carbono.
CICLO DO CARBONO

       Efeito estufa:

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

2. Desmatamento.

3. Poluição ambiental.

4. Intensificação do efeito estufa.

5. Mudanças climáticas.

6. Aquecimento global.

7. Mudança nos níveis dos oceanos.
Ciclos biogeoqumico
Ciclos biogeoqumico
CICLO DO NITROGÊNIO

      O aumento acentuado da população humana
e, principalmente, da taxa de crescimento
populacional após a Revolução Industrial, na
segunda metade do século XIX, implicou um
aumento da produtividade agrícola para fazer frente
à demanda crescente de alimentos.

         O nitrogênio, assim como o fósforo, são
fatores limitantes do crescimento dos vegetais e
tornaram-se, por isso, alguns dos principais
fertilizantes utilizados hoje na agricultura. O
nitrogênio desempenha um importante papel na
constituição das moléculas de proteínas, ácidos
nucléicos, vitaminas, enzimas e hormônios,
elementos vitais aos seres vivos.
CICLO DO NITROGÊNIO


      O ciclo do nitrogênio, assim como o do carbono,
é um ciclo gasoso. Apesar dessa similaridade, existem
algumas diferenças notáveis entre os dois ciclos:

 a atmosfera é rica em nitrogênio (78%) e pobre em
Carbono (0,032%);

 apesar da abundância de nitrogênio na atmosfera,
somente um grupo seleto de organismos consegue
utilizar o nitrogênio gasoso;

 o envolvimento biológico no ciclo do nitrogênio é
muito mais extenso do que no ciclo do carbono.
CICLO DO NITROGÊNIO


      Grande     parte do nitrogênio existente nos
organismos vivos não é obtida diretamente da
atmosfera, uma vez que a principal forma de nutriente
para os produtores são os nitratos (NO3-).

     No ciclo do nitrogênio existem            quatro
mecanismos diferentes e importantes:

    1. fixação do N atmosférico em nitratos;
    2. amonificação;
    3. nitrificação;
    4. desnitrificação.
CICLO DO NITROGÊNIO

      A fixação do nitrogênio ocorre por meio dos
organismos simbióticos fixadores de nitrogênio, dentre
os quais destaca-se o Rhizobium, que vive em
associação simbiótica (mutualismo) com raízes
vegetais leguminosas (ervilha, soja, feijão, etc.).

       A fixação do nitrato por via biológica é a mais
importante. O nitrogênio fixado é rapidamente
dissolvido na água do solo e fica disponível para as
plantas na forma de nitrato. Essas plantas transformam
os nitratos em grande moléculas que contêm
nitrogênio e outras moléculas orgânicas nitrogenadas,
necessárias à vida. Inicia-se, assim, o processo de
amonificação.
CICLO DO NITROGÊNIO


      Quando o nitrogênio orgânico entra na cadeia
alimentar, passa a constituir moléculas orgânicas dos
consumidores primários, secundários, etc ... Atuando
sobre os produtos de eliminação desses consumidores
e do protoplasma de organismos mortos, as bactérias
mineralizam o nitrogênio produzindo gás amônia (NH3)
e sais de amônio (NH4+), completando a fase de
amonificação do ciclo.

       NH4+ e NH3 são convertidos em nitritos (NO2-) e,
posteriormente, no processo de nitrificação, de nitritos
em nitratos (NO3-) por um grupo de bactérias
quimiossintetizantes.
CICLO DO NITROGÊNIO


      A síntese industrial da amônia (NH3) a partir do
nitrogênio atmosférico (N2), desenvolvida durante a
Primeira     Guerra    Mundial,    possibilitou   o
aparecimento dos fertilizantes sintéticos, com um
conseqüente aumento da eficiência da agricultura.
Entretanto, o ciclo equilibrado do nitrogênio
depende de um conjunto de fatores bióticos e
abióticos determinados e, portanto, nem sempre
está apto a assimilar o excesso sintetizado
artificialmente. Esse excesso, carregado para os
rios, lagos e lençóis de água subterrâneos tem
provocado       o   fenômeno     da    eutrofização,
comprometendo a qualidade das águas.
CICLO DO NITROGÊNIO


       O Nitrogênio (N2) é um elemento químico que
participa da constituição de ácidos nucléicos,
proteínas e clorofilas. Compreende-se, portanto, a
importância do estudo do ciclo desse elemento na
natureza, cujo reservatório natural é a atmosfera,
onde perfaz cerca de 78% do ar. Entretanto, o N2 é
uma molécula que não constitui fonte adequada do
elemento para a grande maioria dos seres vivos. De
fato, com raras exceções, os seres vivos não
conseguem fixar e, portanto, incorporar à matéria
viva o N2 atmosférico.
CICLO DO NITROGÊNIO


1. Ciclo gasoso do tipo complexo.

2. Interação dinâmica entre os fluxos e diferentes
   grupos de microorganismos.

3. Ciclo importante, pois limita ou controla a
   abundância dos organismos.

4. A atmosfera contém 80% do nitrogênio
   disponível na biosfera sendo, dessa forma, o
   maior reservatório do composto e a válvula de
   escape do sistema.
CICLO DO NITROGÊNIO


5. O nitrogênio entra constantemente na atmosfera
   pela ação das bactérias desnitrificantes, e
   continuamente retorna ao ciclo pela ação das
   bactérias ou algas fixadoras de nitrogênio
   (biofixação).

6. A degradação do nitrogênio presente na célula
   (formas orgânicas ou inorgânicas) acontece
   pelas     ação     de     espécies     bacterianas
   especializadas presentes no solo, as quais
   disponibilizam amônia e nitrato. Essas duas
   formas de nitrogênio são os compostos
   facilmente utilizáveis pelas plantas verdes.
CICLO DO NITROGÊNIO

        A fixação biológica do N2

         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,
como a Nostoc, e bactérias do gênero Azotobacter e Clostridium.
Outros, considerados os mais importantes fixadores de N2, vivem
associadas às raízes de leguminosas (feijão, soja, ervilha, alfafa,
etc.). Nesse caso estão as bactérias Rhizobium, que vivem
normalmente no solo, de onde alcançam o sistema radicular das
leguminosas jovens e penetram através dos pêlos absorventes,
instalando-se finalmente nos tecidos corticais das raízes; ali se
desenvolvem, fixando o N2 atmosférico e transformando-o em
sais nitrogenados, que são utilizados pelas plantas. O Rhizobium,
então, 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.
CICLO DO NITROGÊNIO
        A nitrificação

        Quando os decompositores atuam sobre a matéria orgânica
nitrogenada (proteína do húmus, por exemplo) liberam diversos
resíduos para o meio ambiente, entre eles a amônia (NH3).
Combinando-se com a água do solo, a amônia forma hidróxido de
amônio que ionizando-se, produz NH4+ (íon amônio) e OH- (hidroxila).

        Ao processo de decomposição, em que compostos
orgânicos nitrogenados se transformam em amônia ou íon amônio,
dá-se o nome de amonização. Os íons amônio presentes no solo
seguem então duas vias: ou são absorvidas pelas plantas ou
aproveitados por bactérias do gênero Nitrosomonas e Nitrosococcus.
Essas bactérias quimiossintetizantes oxidam os íons e, com a
energia liberada, fabricam compostos orgânicos a partir do CO2 e
água, definindo a quimiossíntese. A oxidação dos íons amônio
produz nitritos como resíduos nitrogenados, que são liberados para
o meio ambiente. À conversão dos íons amônio em nitritos dá-se o
nome de nitrosação.
CICLO DO NITROGÊNIO

        Os nitritos liberados pelas bactérias nitrosas
(Nitrosomonas e Nitrosococcus) são absorvidos e
utilizados como fonte de energia por bactérias
quimiossintetizantes do gênero Nitrobacter. Da
oxidação dos nitritos formam-se os nitratos que,
liberados para o solo, podem ser absorvidos e
metabolizados pelas plantas. À conversão do nitrito
(ou ácido nitroso) em nitrato (ou ácido nítrico) dá-se o
nome de nitratação.

       A ação conjunta das bactérias nitrosas
(Nitrosomonas     e    Nitrosococcus)    e      nítricas
(Nitrobacter) permite a transformação da amônia em
nitratos. A esse processo denomina-se nitrificação e
às bactérias envolvidas dá-se o nome de nitrificantes.
CICLO DO NITROGÊNIO

       Resumindo:

Nitrosação: conversão de íons amônio (ou amônia) em
nitritos.

Nitratação: conversão de nitritos em nitratos.

Nitrificação: conversão de íons amônio em nitratos.

Bactérias nitrificantes: compreendem as bactérias nitrosas
(Nitrosomonas e Nitrosococcus) e nítricas (Nitrobacter).
No solo existem muitas bactérias (Pseudomonas, por
exemplo) que, em condições anaeróbicas, utilizam nitratos em
vez de oxigênio no processo respiratório. Ocorre, então, a
conversão de nitrato em N2, que retorna à atmosfera, fechando
o ciclo. À transformação dos nitratos em N 2 dá-se o nome de
desnitrificação, e as bactérias que realizam essa
transformação são chamadas de desnitrificantes.
Resumo dos processos no ciclo do Nitrogênio:



Nome do Processo Agente                       Equação
                 Bactéria Rhizobium e
Fixação                                       N2 => sais nitrogenados
                 Nostoc (alga cianofícea)
Amonização       Bactérias decompositoras     N orgânico => NH4
                 Bactéria Nitrosomonas
Nitrosação                                    NH4 => NO2
                 e Nitrosococcus
Nitratação       Bactéria Nitrobacter         NO2 => NO3
                 Bactérias Desnitrificantes
Desnitrificação                               NO3 => N2
                 (Pseudomonas)
CICLO DO NITROGÊNIO
PROCESSO DE EUTROFIZAÇÃO


      Enriquecimento das águas com nutrientes
essenciais, como o nitrogênio e o fósforo, e
desenvolvimento excessivo do fitoplâncton, provocando
problemas de consumo de oxigênio e baixa diversidade.



   Consumo de      oxigênio   pelos   processos   de
biodegradação.

 Processos de biodegradação sem oxigênio – liberação
de H2S e CH4.
CICLO DO ENXOFRE

       O enxofre apresenta um ciclo basicamente
sedimentar, embora possua uma fase gasosa, de pouca
importância. A principal forma de assimilação do enxofre
pelos seres produtores é como sulfato inorgânico. O
processo biológico envolvido nesse ciclo compreende uma
série de microorganismos com funções específicas de
redução e oxidação.

       A maior parte do enxofre que é assimilado é
mineralizado em processos de decomposição. Sob
condições anaeróbias, ele é reduzido a sulfetos, entre os
quais o sulfeto de hidrogênio (H2S), composto letal à
maioria dos seres vivos, principalmente aos ecossistemas
aquáticos em grandes profundidades. Esse gás, tanto no
solo como na água, sobe a camadas mais aeradas, onde
então é oxidado, passando à forma de enxofre elementar,
quando mais oxidado ele se transforma em sulfato.
CICLO DO ENXOFRE

        Sob condições anaeróbias e na presença de
ferro, o enxofre precipita-se, formando sulfetos férricos
e ferrosos. Esses compostos, por sua vez, permitem
que o fósforo converta-se de insolúvel a solúvel,
tornando-se, assim, utilizável. Esse exemplo mostra a
inter-relação que ocorre em um ecossistema entre
diferentes ciclos de minerais.

       As ação do homem também interfere nesse ciclo
por meio de grandes quantidades de dióxido de enxofre
liberados nos processos de queima de carvão e óleo
combustível em indústrias e usinas termoelétricas. O
dióxido de enxofre tem potenciais efeitos danosos ao
organismo, além de provocar, em certas situações, a
chuva ácida e o smog industrial.
CICLO DO ENXOFRE

          INTERVENÇÕES ANTRÓPICAS

1. O dióxido de enxofre (SO2) é liberado na atmosfera
   pela queima de combustíveis fósseis.
2. O SO2 interage com o vapor d’água produzindo
   gotículas de ácido sulfúrico (H2SO4) diluído, o que
   acarretará a precipitação de chuva ácida.
3. O excremento animal representa um fonte de
   sulfato reciclado.
4. A   produção         primária   é   responsável   pela
   incorporação do sulfato à matéria orgânica.
CICLO DO OXIGÊNIO


       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.
CICLO DO OXIGÊNIO


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


   atividade respiratória de plantas e animais;
   combustão;
   degradação, principalmente pela ação de raios
  ultravioleta, com formação de ozônio (O3);
   combinação com metais do solo (principalmente o
  ferro), formando óxidos metálicos.
CICLO DO OXIGÊNIO

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  • 2. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS   Biogeoquímico é o resultado dos  conjuntos de agentes biológicos  (microorganismos), constituição da litosfera  (rocha) e degradação química.   A Biogeoquímica é a ciência que estuda a  troca ou a circulação de matéria entre os  componentes vivos e físico-químicos da Biosfera  (Odum, 1971).
  • 3. 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.
  • 4. CLASSIFICAÇÃO DOS CICLOS     1. Ciclo da água ou hidrológico. 2. Ciclos dos macro e micronutrinentes: minerais  em geral. 3.  Ciclos  sedimentares:  fósforo,  enxofre,  cálcio,  magnésio e potássio. 4.  Ciclos  gasosos:  carbono,  nitrogênio  e  oxigênio.
  • 6. CICLO HIDROLÓGICO   Aspectos quantitativos:    evaporação;    infiltração;    escoamento superficial. Aspectos qualitativos:   parâmetros de qualidade: - físico-químicos; - biológicos.
  • 7. INTERVENÇÕES DO HOMEM 1. Desmatamento. 2. Pavimentação = taxa de impermeabilização. 3. Utilização de defensivos agrícolas. 4. Despejos de esgotos e efluentes industriais. 5. Eutrofização. 6. Diminuição do teor de oxigênio dissolvido nos rios. 7. Lançamento de substâncias tóxicas perigosas. 8. Poluição atmosférica. 9. Resíduos sólidos. 10. Represamento das águas.
  • 8. CICLO DO CARBONO O  reservatório  de  carbono  é  a  atmosfera,  onde  o  nutriente  das  plantas  encontra-se  na  forma  de  dióxido  de  carbono  (CO2),  um  gás  que,  nas  condições  naturais  de  temperatura  e  pressão  é  inodoro  e  incolor.  O  carbono  é  o  principal  constituinte  da  matéria  orgânica  (49%  do  peso  seco).  O  ciclo  do  carbono  é  perfeito,  pois  o  elemento  é  devolvido  ao  meio  à  mesma  taxa  a  que  é  sintetizado  pelos  produtores. 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
  • 9. CICLO DO CARBONO  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. A  energia  armazenada  nas  moléculas  orgânicas  é  liberada  no  processo  inverso  ao  da  fotossíntese:  a  respiração.  Nesta,  ocorre  a  quebra  das  moléculas  com  a  conseqüente  liberação  de  energia  para  a  realização  das  atividades vitais dos organismos. Reação da respiração: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 640 kcal / molde glicose
  • 11. CICLO DO CARBONO Por meio da fotossíntese e da respiração, o carbono  passa  de  sua  fase inorgânica  à  fase orgânica  e  volta para a  fase  inorgânica,  completando  seu  ciclo.  Fotossíntese  e  respiração  são  processos  de  reciclagem  do  carbono  e  do  oxigênio  em  várias  formas  químicas  em  todos  os  ecossistemas. A  partir  da  Revolução  Industrial,  o  homem  passou  a  fazer uso  intenso da energia armazenada, e no processo de  queima  (respiração)  passou  a  devolver  o  CO2  à  atmosfera  a  uma  taxa  superior  à  capacidade  assimiladora  das  plantas  (fotossíntese)  e  dos  oceanos  (pela  reação  de  difusão).  Esse  desequilíbrio  do  ciclo  natural  pode  ter  implicações  na  alteração  do  efeito estufa,  com  conseqüente  aumento  da  temperatura  global.  Aproximadamente  50%  do  excesso  de  CO2 gerado é absorvido pelos oceanos (Perkins, 1974). Difícil  é prever até que ponto os oceanos suportarão o aumento de  CO2,  diante  da  multiplicidade  de  fatores  que  intervêm  no  mecanismo de recuperação do sistema.
  • 12. CICLO DO CARBONO O carbono é um elemento químico presente na estrutura de todas as moléculas orgânicas. É, portanto, essencial para a vida. Na natureza, o carbono encontra-se à disposição dos seres vivos na forma de CO2 (gás carbônico), na atmosfera ou dissolvido na água. Através da fotossíntese, o CO2 é fixado e transformado em matéria orgânica pelos produtores. Já os consumidores somente adquirem carbono através da nutrição. Tanto os produtores como os consumidores, porém, perdem carbono da mesma forma: através da respiração (que libera CO2 para o ambiente) ou da cadeia alimentar (ao servirem de alimento para um organismo qualquer) ou, ainda, ao fornecerem material que fará parte da constituição do húmus (ou detritos orgânicos), pela morte do organismo ou de parte dele e pela eliminação de excreções ou resíduos digestivos.
  • 13. CICLO DO CARBONO Os decompositores atuam sobre os detritos orgânicos liberando CO2, que retorna à atmosfera, reintegrando-se a seu reservatório natural. Detritos orgânicos ainda podem originar os combustíveis fósseis que, através da combustão, eliminarão CO2 de volta para a atmosfera. Obs.: Fotossíntese: CO2 + H2O = > C6H12O6 + H20 + O2 Respiração: C6H12O6 + O2 = > CO2 + H2O + energia Combustão: combustível + energia + O2 = > CO2 + ...(detritos)
  • 15. CICLO DO CARBONO Aspectos relevantes: 1. O ciclo do carbono e o ciclo hidrológico são, provavelmente, os dois ciclos biogeoquímicos mais importantes com relação à humanidade. 2. O pool / reservatório atmosférico é pequeno se comparado com o do carbono dos oceanos e dos combustíveis fósseis e outros depósitos. 3. Fluxo entre os pools – do continente, da atmosfera e dos oceanos, que até o início da Era Industrial estavam em equilíbrio.
  • 16. CICLO DO CARBONO 4. Durante os últimos anos, o conteúdo de CO2 tem-se elevado por causa de novas entradas antropogênicas. A queima de combustível fóssil parece ser a principal fonte de novas entradas, mas a agricultura e o desmatamento também contribuem. 5. Perda líquida de CO2 na agricultura, ou seja, um acréscimo de CO2 na atmosfera maior do que sua retirada, pois suas culturas são ativas durante apenas uma parte do ano, não compensando o CO2 liberado do solo (lavouras freqüentes) . 6. O desmatamento poderá liberar carbono armazenado na madeira, principalmente se a madeira for queimada imediatamente e o uso se segue à oxidação do húmus, se a terra for usada para agricultura ou para desenvolvimento urbano (rápida oxidação do húmus e liberação de CO2 gasoso que está retido no solo).
  • 17. CICLO DO CARBONO 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 – intervenções antropogênicas no ciclo do carbono.
  • 18. CICLO DO CARBONO Efeito estufa: 1. Utilização excessiva de combustíveis fósseis (falta de incentivos para a geração de energia alternativa). 2. Desmatamento. 3. Poluição ambiental. 4. Intensificação do efeito estufa. 5. Mudanças climáticas. 6. Aquecimento global. 7. Mudança nos níveis dos oceanos.
  • 21. CICLO DO NITROGÊNIO O aumento acentuado da população humana e, principalmente, da taxa de crescimento populacional após a Revolução Industrial, na segunda metade do século XIX, implicou um aumento da produtividade agrícola para fazer frente à demanda crescente de alimentos. O nitrogênio, assim como o fósforo, são fatores limitantes do crescimento dos vegetais e tornaram-se, por isso, alguns dos principais fertilizantes utilizados hoje na agricultura. O nitrogênio desempenha um importante papel na constituição das moléculas de proteínas, ácidos nucléicos, vitaminas, enzimas e hormônios, elementos vitais aos seres vivos.
  • 22. CICLO DO NITROGÊNIO O ciclo do nitrogênio, assim como o do carbono, é um ciclo gasoso. Apesar dessa similaridade, existem algumas diferenças notáveis entre os dois ciclos:  a atmosfera é rica em nitrogênio (78%) e pobre em Carbono (0,032%);  apesar da abundância de nitrogênio na atmosfera, somente um grupo seleto de organismos consegue utilizar o nitrogênio gasoso;  o envolvimento biológico no ciclo do nitrogênio é muito mais extenso do que no ciclo do carbono.
  • 23. CICLO DO NITROGÊNIO Grande parte do nitrogênio existente nos organismos vivos não é obtida diretamente da atmosfera, uma vez que a principal forma de nutriente para os produtores são os nitratos (NO3-). No ciclo do nitrogênio existem quatro mecanismos diferentes e importantes: 1. fixação do N atmosférico em nitratos; 2. amonificação; 3. nitrificação; 4. desnitrificação.
  • 24. CICLO DO NITROGÊNIO A fixação do nitrogênio ocorre por meio dos organismos simbióticos fixadores de nitrogênio, dentre os quais destaca-se o Rhizobium, que vive em associação simbiótica (mutualismo) com raízes vegetais leguminosas (ervilha, soja, feijão, etc.). A fixação do nitrato por via biológica é a mais importante. O nitrogênio fixado é rapidamente dissolvido na água do solo e fica disponível para as plantas na forma de nitrato. Essas plantas transformam os nitratos em grande moléculas que contêm nitrogênio e outras moléculas orgânicas nitrogenadas, necessárias à vida. Inicia-se, assim, o processo de amonificação.
  • 25. CICLO DO NITROGÊNIO Quando o nitrogênio orgânico entra na cadeia alimentar, passa a constituir moléculas orgânicas dos consumidores primários, secundários, etc ... Atuando sobre os produtos de eliminação desses consumidores e do protoplasma de organismos mortos, as bactérias mineralizam o nitrogênio produzindo gás amônia (NH3) e sais de amônio (NH4+), completando a fase de amonificação do ciclo. NH4+ e NH3 são convertidos em nitritos (NO2-) e, posteriormente, no processo de nitrificação, de nitritos em nitratos (NO3-) por um grupo de bactérias quimiossintetizantes.
  • 26. CICLO DO NITROGÊNIO A síntese industrial da amônia (NH3) a partir do nitrogênio atmosférico (N2), desenvolvida durante a Primeira Guerra Mundial, possibilitou o aparecimento dos fertilizantes sintéticos, com um conseqüente aumento da eficiência da agricultura. Entretanto, o ciclo equilibrado do nitrogênio depende de um conjunto de fatores bióticos e abióticos determinados e, portanto, nem sempre está apto a assimilar o excesso sintetizado artificialmente. Esse excesso, carregado para os rios, lagos e lençóis de água subterrâneos tem provocado o fenômeno da eutrofização, comprometendo a qualidade das águas.
  • 27. CICLO DO NITROGÊNIO O Nitrogênio (N2) é um elemento químico que participa da constituição de ácidos nucléicos, proteínas e clorofilas. Compreende-se, portanto, a importância do estudo do ciclo desse elemento na natureza, cujo reservatório natural é a atmosfera, onde perfaz cerca de 78% do ar. Entretanto, o N2 é uma molécula que não constitui fonte adequada do elemento para a grande maioria dos seres vivos. De fato, com raras exceções, os seres vivos não conseguem fixar e, portanto, incorporar à matéria viva o N2 atmosférico.
  • 28. CICLO DO NITROGÊNIO 1. Ciclo gasoso do tipo complexo. 2. Interação dinâmica entre os fluxos e diferentes grupos de microorganismos. 3. Ciclo importante, pois limita ou controla a abundância dos organismos. 4. A atmosfera contém 80% do nitrogênio disponível na biosfera sendo, dessa forma, o maior reservatório do composto e a válvula de escape do sistema.
  • 29. CICLO DO NITROGÊNIO 5. O nitrogênio entra constantemente na atmosfera pela ação das bactérias desnitrificantes, e continuamente retorna ao ciclo pela ação das bactérias ou algas fixadoras de nitrogênio (biofixação). 6. A degradação do nitrogênio presente na célula (formas orgânicas ou inorgânicas) acontece pelas ação de espécies bacterianas especializadas presentes no solo, as quais disponibilizam amônia e nitrato. Essas duas formas de nitrogênio são os compostos facilmente utilizáveis pelas plantas verdes.
  • 30. CICLO DO NITROGÊNIO A fixação biológica do N2 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, como a Nostoc, e bactérias do gênero Azotobacter e Clostridium. Outros, considerados os mais importantes fixadores de N2, vivem associadas às raízes de leguminosas (feijão, soja, ervilha, alfafa, etc.). Nesse caso estão as bactérias Rhizobium, que vivem normalmente no solo, de onde alcançam o sistema radicular das leguminosas jovens e penetram através dos pêlos absorventes, instalando-se finalmente nos tecidos corticais das raízes; ali se desenvolvem, fixando o N2 atmosférico e transformando-o em sais nitrogenados, que são utilizados pelas plantas. O Rhizobium, então, 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.
  • 31. CICLO DO NITROGÊNIO A nitrificação Quando os decompositores atuam sobre a matéria orgânica nitrogenada (proteína do húmus, por exemplo) liberam diversos resíduos para o meio ambiente, entre eles a amônia (NH3). Combinando-se com a água do solo, a amônia forma hidróxido de amônio que ionizando-se, produz NH4+ (íon amônio) e OH- (hidroxila). Ao processo de decomposição, em que compostos orgânicos nitrogenados se transformam em amônia ou íon amônio, dá-se o nome de amonização. Os íons amônio presentes no solo seguem então duas vias: ou são absorvidas pelas plantas ou aproveitados por bactérias do gênero Nitrosomonas e Nitrosococcus. Essas bactérias quimiossintetizantes oxidam os íons e, com a energia liberada, fabricam compostos orgânicos a partir do CO2 e água, definindo a quimiossíntese. A oxidação dos íons amônio produz nitritos como resíduos nitrogenados, que são liberados para o meio ambiente. À conversão dos íons amônio em nitritos dá-se o nome de nitrosação.
  • 32. CICLO DO NITROGÊNIO Os nitritos liberados pelas bactérias nitrosas (Nitrosomonas e Nitrosococcus) são absorvidos e utilizados como fonte de energia por bactérias quimiossintetizantes do gênero Nitrobacter. Da oxidação dos nitritos formam-se os nitratos que, liberados para o solo, podem ser absorvidos e metabolizados pelas plantas. À conversão do nitrito (ou ácido nitroso) em nitrato (ou ácido nítrico) dá-se o nome de nitratação. A ação conjunta das bactérias nitrosas (Nitrosomonas e Nitrosococcus) e nítricas (Nitrobacter) permite a transformação da amônia em nitratos. A esse processo denomina-se nitrificação e às bactérias envolvidas dá-se o nome de nitrificantes.
  • 33. CICLO DO NITROGÊNIO Resumindo: Nitrosação: conversão de íons amônio (ou amônia) em nitritos. Nitratação: conversão de nitritos em nitratos. Nitrificação: conversão de íons amônio em nitratos. Bactérias nitrificantes: compreendem as bactérias nitrosas (Nitrosomonas e Nitrosococcus) e nítricas (Nitrobacter). No solo existem muitas bactérias (Pseudomonas, por exemplo) que, em condições anaeróbicas, utilizam nitratos em vez de oxigênio no processo respiratório. Ocorre, então, a conversão de nitrato em N2, que retorna à atmosfera, fechando o ciclo. À transformação dos nitratos em N 2 dá-se o nome de desnitrificação, e as bactérias que realizam essa transformação são chamadas de desnitrificantes.
  • 34. Resumo dos processos no ciclo do Nitrogênio: Nome do Processo Agente Equação Bactéria Rhizobium e Fixação N2 => sais nitrogenados Nostoc (alga cianofícea) Amonização Bactérias decompositoras N orgânico => NH4 Bactéria Nitrosomonas Nitrosação NH4 => NO2 e Nitrosococcus Nitratação Bactéria Nitrobacter NO2 => NO3 Bactérias Desnitrificantes Desnitrificação NO3 => N2 (Pseudomonas)
  • 36. PROCESSO DE EUTROFIZAÇÃO Enriquecimento das águas com nutrientes essenciais, como o nitrogênio e o fósforo, e desenvolvimento excessivo do fitoplâncton, provocando problemas de consumo de oxigênio e baixa diversidade.  Consumo de oxigênio pelos processos de biodegradação.  Processos de biodegradação sem oxigênio – liberação de H2S e CH4.
  • 37. CICLO DO ENXOFRE O enxofre apresenta um ciclo basicamente sedimentar, embora possua uma fase gasosa, de pouca importância. A principal forma de assimilação do enxofre pelos seres produtores é como sulfato inorgânico. O processo biológico envolvido nesse ciclo compreende uma série de microorganismos com funções específicas de redução e oxidação. A maior parte do enxofre que é assimilado é mineralizado em processos de decomposição. Sob condições anaeróbias, ele é reduzido a sulfetos, entre os quais o sulfeto de hidrogênio (H2S), composto letal à maioria dos seres vivos, principalmente aos ecossistemas aquáticos em grandes profundidades. Esse gás, tanto no solo como na água, sobe a camadas mais aeradas, onde então é oxidado, passando à forma de enxofre elementar, quando mais oxidado ele se transforma em sulfato.
  • 38. CICLO DO ENXOFRE Sob condições anaeróbias e na presença de ferro, o enxofre precipita-se, formando sulfetos férricos e ferrosos. Esses compostos, por sua vez, permitem que o fósforo converta-se de insolúvel a solúvel, tornando-se, assim, utilizável. Esse exemplo mostra a inter-relação que ocorre em um ecossistema entre diferentes ciclos de minerais. As ação do homem também interfere nesse ciclo por meio de grandes quantidades de dióxido de enxofre liberados nos processos de queima de carvão e óleo combustível em indústrias e usinas termoelétricas. O dióxido de enxofre tem potenciais efeitos danosos ao organismo, além de provocar, em certas situações, a chuva ácida e o smog industrial.
  • 39. CICLO DO ENXOFRE INTERVENÇÕES ANTRÓPICAS 1. O dióxido de enxofre (SO2) é liberado na atmosfera pela queima de combustíveis fósseis. 2. O SO2 interage com o vapor d’água produzindo gotículas de ácido sulfúrico (H2SO4) diluído, o que acarretará a precipitação de chuva ácida. 3. O excremento animal representa um fonte de sulfato reciclado. 4. A produção primária é responsável pela incorporação do sulfato à matéria orgânica.
  • 40. CICLO DO OXIGÊNIO 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.
  • 41. CICLO DO OXIGÊNIO O oxigênio pode ser consumido da atmosfera através das seguintes vias:  atividade respiratória de plantas e animais;  combustão;  degradação, principalmente pela ação de raios ultravioleta, com formação de ozônio (O3);  combinação com metais do solo (principalmente o ferro), formando óxidos metálicos.