1) O documento discute os ciclos biogeoquímicos, em especial o ciclo do carbono e do nitrogênio. 2) O ciclo do carbono envolve a fixação de carbono nas plantas via fotossíntese e sua liberação pelos organismos via respiração. 3) As atividades humanas têm desequilibrado o ciclo do carbono através do uso de combustíveis fósseis e desmatamento.

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.

5. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

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)

14. CICLO DO CARBONO

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)

35. CICLO DO NITROGÊNIO

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.

42. CICLO DO OXIGÊNIO