Ciclos biogeoquímicos

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Ciclos biogeoquímicos

  1. 1. Carbono Água CICLOS BIOGEOQUÍMICOSOxigênio Nitrogênio
  2. 2. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Circulação de átomos de diversos elementos químicos entre assubstâncias orgânicas dos seres vivos (biosfera) e as substânciasinorgânicas do planeta (atmosfera, hidrosfera e litosfera). Todos os elementos químicos naturais apresentam um movimentodinâmico nos ecossistemas, transitando constantemente entre o meiofísico e os organismos. Tais ciclos envolvem etapas biológicas, físicas e químicas,alternadamente, daí a denominação usada.
  3. 3. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS    Ciclos: representam a troca e a circulação dematéria entre os componentes vivos e físico-químicosda biosfera.  Bio: os organismos interagem no processo desíntese orgânica e na decomposição dos elementos.  Geo: o meio terrestre (solo) é o reservatóriodos elementos.  Químico: ciclo dos elementos e processosquímicos de síntese e decomposição.
  4. 4. IMPORTÂNCIA Com a morte de organismos ou a perda de partes de seu corpo, amatéria orgânica é degradada por ação dos decompositores. Os átomos retornam ao ambiente, onde poderão ser incorporadospor outros seres vivos. Se não houvesse esse reaproveitamento, os átomos de algunselementos químicos fundamentais para a constituição de novos seresvivos poderiam tornar-se indisponíveis para a continuidade da vida.
  5. 5. SER HUMANOAcelera o movimento de muitos materiaisInterferência nos ciclos biogeoquímicos Carência/excesso
  6. 6. TABELA - DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NO PLANETAEstado físico Tipos Volume da água do planeta (%)Sólido Calotas de gelo, 2,15 geleirasLíquido Oceanos 97,21 Águas subterrâneas 0,626 Águas superficiais 0,009Gasoso Vapor atmosférico 0,005
  7. 7.  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
  8. 8. Reservatórios de água: Oceanos Calotas polares e glaciais Aqüíferos subterrâneos Lagos e rios Umidade do soloVapor de água na atmosfera Organismos vivos
  9. 9. O ciclo da água é conduzido pela ENERGIA SOLAR Evapotranspiração Características climáticas
  10. 10. O ciclo hidrológico é essencial ao ambiente: A água está associada aos processos metabólicos de todos osseres vivos. O ciclo transporta e faz circular a água de uma região paraoutra. É um importante agente modelador da crosta terrestre ( devido àerosão e ao transporte de sedimentos). Condicionante de toda a cobertura vegetal do planeta, ou seja, detoda a vida na Terra.
  11. 11. 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 daatmosfera, formando nuvens. Precipitação: retorno à superfície terrestre na forma de chuvas(neve, granizo).Obs: não ocorre a participação propriamente dita dos seres vivos.
  12. 12. Ciclo Longo da Água Participação dos seres vivos. Plantas: raízes absorvem a água do solo, e esta é utilizada emseus processos biológicos. A água é uma das matérias-primas da fotossíntese: seus átomosde hidrogênio irão fazer parte da glicose fabricada, e seus átomosde oxigênio se unem para formar o O2 liberado para a atmosfera. As plantas perdem água por meio dos seus estômatos (nasuperfície foliar), em um processo chamado de transpiração.Tambémliberam água por meio da respiração.
  13. 13. Ciclo Longo da Água Transpiração vegetal: resfriamento da planta e manutenção daumidade relativa do ar, influenciando o regime de chuvas em váriasregiões. As plantas estão sempre perdendo água por meio datranspiração,principalmente durante o dia, quando seus estômatosestão abertos. ex: Amazônia (a evapotranspiração vegetal é a principal fontede vapor d’água atmosférico) Respiração vegetal: degradação das moléculas orgânicas que aspróprias plantas fabricam para obter energia (fotossíntese),liberando gás carbônico e água.
  14. 14. Ciclo Longo da Água Animais: obtêm água bebendo-a ou ingerindo-a nos alimentos e autilizam em seus processos biológicos. Perdem água para o ambienteatravés da urina, fezes, suor, ou pela respiração Decompositores: Parte da água que plantas e animais obsorvem éusada na síntese de substâncias orgânicas. Seus átomos ficamincorporados aos tecidos animais e vegetais, até a morte destes,quando serão devolvidos ao ambiente pela ação dos decompositores
  15. 15. O Ciclo da Água e o AmbienteDesmatamento Provoca alterações no ciclo da água, por reduzir a coberturavegetal, os níveis de evapotranspiração e, consequentemente osíndices pluviométricos; As folhas refletem cerca de 10% da radiação solar. A redução dacobertura vegetal diminui essa reflexão, o que ocasiona maioraquecimento do solo. Isto acelera ainda mais o processo deevaporação e ressecamento do solo, aumentando assim o risco de umprocesso de desertificação do ambiente. Deixa o solo nu, facilitando a erosão e o assoreamento dos rios,lagos e lagoas.
  16. 16. O Ciclo da Água e o AmbienteErosão Deixa o solo impróprio para a agricultura e atividades pastoris e oassoreamento dos rios pode provocar enchentes catastróficas. Assoreamento: "Entupimento" do corpo dágua, ou seja, fenômenocausado pela deposição de sedimentos minerais (como areia e argila)ou de materiais orgânicos. Com isso, diminui a profundidade do cursodágua e a força da correnteza.
  17. 17. O Ciclo da Água e o AmbientePoluição Lançamento de esgotos industriais e domésticos, contaminação pormetais pesados prejudicam toda a cadeia alimentar existente, alémde estimular a proliferação de vários agentes causadores de doenças.A água mal tratada é um dos principais focos de transmissão dedoenças Provoca grande destruição do Fitoplâncton: estes seres liberam naatmosfera dimetilsulfeto, um gás cujas partículas se aderem àsmoléculas de água, contribuindo para a formação das nuvens e daschuvas. Desta forma, o fitoplâncton interfere de maneirasignificativa na pluviosidade dos ecossistemas.
  18. 18.  Consiste na passagem dos atómos de carbono (C), componentes dogás carbônico (CO2), para moléculas que constituem as substânciasorgânicas dos seres vivos (proteínas, lipídios, carboidratos...) O carbono existente na atmosfera como CO2 entra na composiçãodas moléculas orgânicas dos seres vivos, a partir da fotossíntese. As plantas utilizam o CO2 e o vapor de água da atmosfera para, napresença de luz solar, sintetizar compostos orgânicos de carbono, hidrogênio eoxigênio, 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 afotossíntese é a base da vida na Terra. A energia solar éarmazenada como energia química nas moléculas orgânicas da glicose.
  19. 19.  Parte do carbono retirado do ar passa a constituir a biomassa dosseres , que poderá ser transferida para um herbívoro ou carnívoro.Dessa forma, o carbono fixado pela fotossíntese vai passando de umnível trófico para outro na cadeia alimentar. O carbono retorna ao meio abiótico na forma de CO 2, através darespiração dos seres vivos, da fermentação, da decomposição e dacombustão. Reação da respiração: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 640 kcal / mol de glicose
  20. 20. COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS Restos de cadáveres de grande quantidade de organismos, emcertas condições no passado, não sofreram decomposição. Em geral, por terem sido rapidamente depositados em bacias desedimentação, com carência de O2 (fundo do mar, pântanos, cavernas). Nesses ambientes, os decompositores não puderam transformar ocarbono orgânico em CO2, ocorrendo então um processo defossilização, que levou à formação dos combustíveis fósseis (petróleo,gás natural, carvão mineral...). Esses combustíveis armazenam em suas moléculas grandequantidade de energia, originalmente captada da luz solar(fotossíntese), há milhões de anos atrás.
  21. 21. COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS O homem passou a queimar esses combustíveis fósseis em taxascada vez mais crescentes nos últimos 150 anos. Consequência: o CO2 resultante dessas combustões passou a serliberado na atmosfera em taxa muito superiores à sua captação pelafotossíntese, aumentando assim a sua concentração na atmosfera
  22. 22. O Ciclo do Carbono e o AmbienteDesmatamento: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.
  23. 23. 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.
  24. 24.  O oxigênio molecular (O2), indispensável à respiração aeróbica, é osegundo componente mais abundante da atmosfera, onde existe naproporção de cerca de 21%. O oxigênio teria desaparecido da atmosfera, não fosse o contínuoreabastecimento promovido pela fotossíntese, principalmente dofitoplâncton marinho, considerado o verdadeiro "pulmão" do mundo. O oxigênio pode ser consumido da atmosfera através das seguintesvias:  Atividade respiratória de plantas e animais;  Combustão;  Formação de ozônio (O3);  Combinação com metais do solo (principalmente o ferro), formando óxidos metálicos (oxidação).
  25. 25. A Camada de Ozônio O ozônio (O3) é composto de 3 átomos de oxigênio. Não é muitoestável e pode se quebrar em O2 muito facilmente. É encontrado nas camadas altas de nossa atmosfera, formando umacamada que protege os seres vivos contra uma parte da radiação doSol que é nociva aos seres vivos. Nos seres humanos, a exposição a longo prazo a esta radiação estáassociada ao risco de dano à visão, à supressão do sistema imunológicoe ao desenvolvimento do câncer de pele. Os animais também sofrem as conseqüências. Os raios ultravioletasprejudicam os estágios iniciais do desenvolvimento de peixes, camarões,caranguejos e outras formas de vida aquáticas e reduz a produtividadedo fitoplâncton, base da cadeia alimentar aquática.
  26. 26. O Buraco na Camada de Ozônio Entre 1965 e 1985, cientistas mediram uma redução de até 50% emáreas da camada sobre a Antártida, o que ganhou o apelido de "buracona camada de ozônio" Destruição provocada por gases poluentes liberados por atividadeshumanas, principalmente o CFC (Clorofluorcarbono), muito utilizado emaerossóis e como gás de refrigeração em geladeiras e aparelhos de arcondicionado. Atualmente os aparelhos mais modernos não utilizam mais o CFCcomo gás de refrigeração, o que está contribuindo para a regeneraçãodessa camada, diminuindo assim o tamanho do buraco.
  27. 27. 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 cloroatinge uma molécula de ozônio (3). Isso faz com que o ozônio setransforme em oxigênio comum. O oxigênio (O2) não possui nem otamanho nem a forma exatos para absorver a radiação solar que éperigosa.”
  28. 28.  Consiste na incorporação de átomos de nitrogênio de substânciasinorgânicas do ambiente em moléculas orgânicas de seres vivos, e suaposterior devolução ao meio ambiente. O nitrogênio é um elemento que participa da composição químicade aminoácidos, proteínas e das bases nitrogenadas que formam osácidos nucléicos (DNA, RNA). A mais importante fonte de nitrogênio é a atmosfera. Cerca de78% do ar é formado por nitrogênio livre (N2), mas a maioria dosseres vivos é incapaz de aproveitá-lo no seu metabolismo. Os únicos seres que fixam o nitrogênio atmosférico são algumasespécies de bactérias e de cianobactérias, por apresentarem enzimasapropriadas para essa função. São chamado de fixadores denitrogênio.
  29. 29. Etapas do Ciclo do Nitrogênio 1) Fixação do N2 2) Nitrificação 3) Denitrificação
  30. 30. Fixação Nitrogênio (N2) Processo que envolve a utilização direta do N 2, incorporando os átomos denitrogênio em moléculas orgânicas. Na natureza, são poucas as formas vivas capazes de promover a fixaçãobiológica do N2. Alguns desses organismos têm vida livre, e entre eles podem-se citarcertas algas azuis (cianobactérias), como a Nostoc, e bactérias do gêneroAzotobacter e Clostridium. Os mais importantes fixadores de N 2, vivem associados às raízes deplantas leguminosas (feijão, soja, ervilha, alfafa, etc.). São as bactérias dogênero Rhizobium. As bactérias Rhizobium vivem no solo, de onde alcançam as raízes deleguminosas, instalando-se e reproduzindo-se no interior das células destasplantas, formando nódulos. Ali as bactérias se desenvolvem, fixando o N 2 atmosférico etransformando-o em sais nitrogenados, que são utilizados pelas plantas.
  31. 31. Fixação Nitrogênio (N2) O Rhizobium funciona como um verdadeiro adubo vivo, fornecendo àplanta os sais de nitrogênio necessários a seu desenvolvimento. Emcontrapartida, 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 solospobres em compostos nitrogenados, nos quais outras plantas não sedesenvolvem bem. Ao morrer e se decompor, as plantas leguminosas liberem, na forma deamônia (NH3), o nitrogênio de suas moléculas orgânicas, fertilizando assim osolo.
  32. 32. Nitrificação Consiste em transformar a amônia (NH3) em nitrito (NO2-) e esse emnitrato (NO3-), que é um composto mais facilmente assimilado pelos vegetais. Ocorre nos solos, pela ação conjunta de dois grupos de bactériasquimissintetizantes (bactérias nitrificantes).Bactérias do gênero Nitrosomonas: oxidação da amônia (processo em que aamônia 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 seumetabolismo.
  33. 33. Nitrificação O nitrito é tóxico para as plantas, mas raramente se acumula no solo pormuito tempo, pois é imediatamente oxidado por bactérias de gêneroNitrobacter, que o transformam em nitrato (NO3-). Nitrobacter sp. 2NO2- + O2  + 2NO3- + ENERGIA Os nitratos são altamente solúveis em água, de modo que as plantas osabsorvem 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 orgânicasnitrogenadas das plantas fornecem matéria-prima para a produção dasmoléculas das células animais, ao longo da cadeia alimentar.
  34. 34.  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 orgânicasretorna ao solo na forma de amônia e pode passar novamente por processosde 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 ociclo do nitrogênio na natureza.
  35. 35. Importância do Ciclo do Nitrogênio O plantio de leguminosas (feijão, soja, ervilha, alfafa), enriqueceo solo com compostos nitrogenados, uma vez que nas raízes dessasplantas há nódulos repletos de bactérias fixadoras de nitrogênio. A utilização de leguminosas como método de fertilização do solo éconhecida como adubação verde. Outro procedimento agrícola usual é a rotação de culturas, na qualse alterna o plantio de não-leguminosas, que retiram do solo osnutrientes nitrogenados, com leguminosas que devolvem essesnutrientes para o meio.
  36. 36.  Como no ciclo do carbono, também envolve um estágio sólido eoutro gasoso, onde microrganismos, que obtêm energia a partir daoxidação química de compostos inorgânicos, exercem papéisfundamentais. O enxofre é um elemento químico de cor amarela, encontrado nosolo 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 nogás natural. É um elemento químico essencial à vida, fazendo parte dacomposição de algumas proteínas.
  37. 37.  A natureza recicla o enxofre sempre que algum animal ou algumaplante morre. Quando as plantas e os animais mortos são decompostos pelosmicrorganismos saprófitos aeróbios e anaeróbios, destes últimosdesprende-se gás sulfídrico. Parte desse gás é transformada emenxofre por certas bactérias que através dele obtém energia. Processos geoquímicos e metereológicos tais como erosão,lixiviação (arraste por lençóis freáticos) e ação da chuva sãoimportantes na recuperação do enxofre dos sedimentos maisprofundos.
  38. 38.  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 essasrochas e esse fósforo mineral é levado para os oceanos. Uma grandeparte é sedimentada nas profundezas, assim não sendo aproveitada. A pequena parte aproveitada pelos seres marinhos, entre elescertas aves marinhas, é restituída ao solo, de onde pode novamenteser retirado pela plantas, que servem de alimento para os animais. Após a morte dos animais ou por excreções lançadas pelos mesmosdurante sua vida, assim os compostos contendo fósforo retornam aosolo onde são decompostos por bactérias e fungos, fechando assimseu ciclo.

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