CICLOS BIOGEOQUÍMICOS


INTRODUÇÃO

 

Este trabalho tem como objetivo definir o que é ciclos biogeoquímicos e a importância dos ciclos para o meio ambiente. Será feita uma breve explanação do assunto, onde serão abordados o tema biogeoquímicos.

Os ciclos biogeoquímicos compreendem uma inter-relação entre os aspectos físicos, químicos e biológicos. No decorrer do trabalho, serão abordados alguns ciclos, entre eles: ciclo do nitrogênio, carbono, mercúrio, enxofre, fósforo e água.


1. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

 

A ecologia pode ser estudada com duas ênfases:

-das relações entre uma espécie e o seu habitat particular – autoecologia

-relações entre a comunidade heterogênea e o seu biótipo – sinecologia

Essas relações entre espécies e ambiente físico, caracterizam-se por uma constante permuta de elementos em atividades cíclica, a qual por compreender aspectos ou etapas biológicos, físicas, químicas alternantes recebe a denominação de ciclos biogeoquímicos.

Uma espécie de intercâmbio contínuo entre o meio físico (meio abiótico) Conjunto de seres vivos (biocenose), representando o meio abiótico. Esse intercâmbio é de tal forma equilibrada, em relação à troca de elementos que os meios se mantém praticamente constantes.

Os elementos ambientais essenciais à implantação de um ecossistema:

-substâncias inorgânicas (carbono, nitrogênio, gás carbônico, água, etc,)

-substâncias orgânicas (proteínas, carboidratos, lipídios, etc.

-regime climático: (temperatura, ventos, luminosidade, etc.)

-produtores: organismos autótrofos (vegetais fotossintetizantes)

-consumidores: organismos heterótrofos macroconsumidores (animais herbívoros e carnívoros)

-decompositores: organismos heterótrofo microconsumidores, saprófitas (microorganismos que se alimentam de matéria orgânica em solução, sendo que digerir a matéria sólida antes de absorve-la – bactérias e fungos).

As substâncias inorgânicas e orgânicas constituem os elementos de inter-relacionamento do meio biótico com o meio abiótico, possibilitando a formação de cadeias de alimentação.

Os ecossistemas se caracterizam pelas transformações energéticas que se realizam em vários níveis de sua estrutura. No que diz respeito a energia, é a capacidade de produzir trabalho, sendo que não pode ser perdida ou criada, mas em toda produção de trabalho existe uma degradação de energia que impede a sua posterior reutilização.

O intercâmbio de elementos químicos é acompanhado de ganhos e perdas de energia, gerando um ciclo entre o meio biológico e o meio geofísico, denominando-se ciclos biogeoquímicos.

Ramade afirma: Carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e fósforo, enxofre e mais 30 outros elementos simples, são transformados em matéria bioquímica, (açúcares, gorduras, etc) ou absorvido na forma de íons orgânicos pelos vegetais autótrofos e depois utilizados pelos heterótrofos (animais e microorganismos decompositores). Estes decompõem transformando-os em elementos minerais hidrossolúveis ou em composto gasosos que retornam ao solo, as águas e atmosfera. A existência desses ciclos biogeoquímicos confere à biosfera auto-regulação ou homeostase, que assegura a perenidade dos ecossistemas, traduzindo-se em notável Constancia de proporção dos diversos elementos em cada meio.

As trocas de materiais nos ciclos biogeoquímicos se dão segundo vias circulares. Em cada um desses ciclos existe um reservatório de nutriente, de modo a garantir o escoamento lento e regularizado do elemento em questão. Não é de natureza biológica. Ao lado desses, há compartimentos mais ativos, porém de menores dimensões: são os compartimentos cíclicos ou de intercâmbio de nutrientes que se deslocam rapidamente entre os organismos e o meio circundante.

Na biosfera há dois tipos de ciclos biogeoquímicos: os ciclos gasosos e os ciclos sedimentares.

-Ciclos gasosos: o reservatório esta situado na atmosfera ou na hidrosfera;

-Ciclos sedimentares: localiza-se na crosta terrestre.

Por ex.: o maior reservatório de nitrogênio do planeta é constituído pelo ar atmosférico, enquanto que o maior reservatório de água é formado pela própria litosfera, a qual armazena 20 vezes mais água que o próprio oceano.

Quando os ciclos são alterados o processo pode passar a ser acíclico.

Os fenômenos naturais de transferências acíclica de elementos são constituídos pelo transporte contínuo de nutrientes minerais da crosta terrestre para os oceanos, onde a maior parte desse material é sedimentada, a profundidade que não existindo luz, não há possibilidade de fotossíntese. No entanto, esses elementos minerais não são utilizados na produção primária de compostos orgânicos, a não ser nos locais de ressurgências, ou seja, onde existem correntes oceânicas ascendentes, como na Costa do Peru, no Oceano Pacifico.

Para a conservação dos recursos naturais é necessário procurar maneiras eficientes de transformar processos acíclicos em cíclicos. A renovação e reparação dos ciclos biogeoquímicos que estão alterados ou em processo de degeneração.

Os ciclos biogeoquímicos:

- Particularidade:

-      ciclo do nitrogênio do tipo gasoso

-      ciclo do fósforo do tipo sedimentar

- Ciclos intermediários entre água, ar e crosta terrestre

-      ciclo do enxofre

-      ciclo do mercúrio

-Compostos

-        ciclo do gás carbônico

-        ciclo da água



1.1 CICLO DO NITROGÊNIO

 

O nitrogênio é proveniente das células do seres vivos é decomposto passando de orgânico à inorgânico, sob a ação das bactérias decompositoras ou através do sistema de excreção dos próprios seres superiores. O nitrato (nitrogênio inorgânico) é utilizado como nutriente pelas plantas, sendo que outras formas de nitrogênio pode ser usado por outros organismos para completar o ciclo.

O ar esta constantemente recebendo nitrogênio devido a ação das bactérias desnitrificantes, sendo retirada pela ação das bactérias fixadoras de nitrogênio.

Odum consideram o ar como válvula de segurança do ciclo. Compreendendo 80% do nitrogênio.

No ar, devido as atividades industriais e descargas de veículos automotores produzem óxidos de nitrogênio (NO e NO2) o ciclo tem sido alterado. Esses gases constituem fases transitórias do ciclo, sendo encontradas em pequenas concentrações no ambiente.

Em termos de energia necessária para o funcionamento do ciclo, dois processos são fundamentais:

-      partindo das proteínas há formação de nitratos, é proporcionada a energia aos organismos pelo próprio processo de decomposição.

-      Nos processos contrários ou de regressão, é necessária a energia da luz solar ou de outras fontes, por exemplo a decomposição da matéria orgânica.

As bactérias quimiossintetizantes são Nitrosomonas que convertem amônia em nitritos e as Nitrobacter os nitritos em nitratos. A energia é obtida da oxidação. É necessário outras fontes de energia para realizar suas respectivas transformações. Os hidratos de carbono e o elemento molibdênio são necessários como parte do sistema enzimáticos fixador de N, podendo funcionar como limitante do processo.

Os organismos (bactérias e algas) tem a capacidade de fixar o ar atmosférico, podemos citar:

-       de vida livre: Azotobacter (aerobica) Clostridium (anaeróbica)

-       simbiônticas: Rhizobium (vive em nódulos das leguminosas)

-       fotossintética: Rhodospirillum (púrpura)

-       do solo: Pseudomona

-       epífitas e folhas: existem certas bactérias que vivem em folhas e em epífitas de bosques tropicais úmidos, fixam apreciáveis quantidade de Nitrogênio do ar.

As algas que fixam nitrogênio atmosférico são as cianofíceas Anabaena, Nostoc e outras Nostocales Aphanizomenom.

Utiliza-se um processo de mediação empregando N15 como traçador isotópico e também o método da redução do acetileno, onde a enzima nitrogenase fixadora de nitrogênio reduz o acetileno a etileno, proporcionando um indicador sensível da fixação do nitrogênio.

A fixação biológica de nitrogênio é feita por seres vivos autótrofos ou heterótrofos que vivem livres ou em simbiose. Essa fixação se dá tanto em aerobiose como anaerobiose seja no solo ou na água.

Segundo Hutchinson, 1944, as quantidade de nitrogênio fixadas do ar situam-se entre 140 a 700 mg/m2/ano ou seja, cerca de 1a 5 kg/há considerando a biosfera no seu conjunto. A maior fixação deve ser biológica e somente uns 35mg/m2/ano são devidos a ação fotoquímica ou eletroquímica.

A precipitação pluvial possibilita o rápido aproveitamento do nitrogênio disponível. Porém nas águas interiores, a poluição é responsável pelo grande acumulo de nitrogênio que por vez traz grande conseqüências, como a floração das algas.

 

 

 

1.2 CICLO DO FÓSFORO

 

O fósforo é liberado pela decomposição de compostos orgânicos até a forma de fosfatos, passível de ser aproveitados pelos vegetais. O grande reservatório de fósforo é as rochas formadas em remotas eras geológicas.

A decomposição por fenômenos de erosão libera fosfatos que são reciclados. Porém grande parte vai para os mares e oceanos onde se perde nos sedimentos mais profundos.

A restituição de fósforo acontece quando há uma compensação das perdas, exemplo é guano produzido pelas aves no Peru.

A atividade antrópica vem contribuindo par acelerar as perdas do fósforo, tornando a reciclagem acíclica.

Grande parte do fósforo retirado dos milhões de toneladas de rochas fosfatadas que são processadas é perdida ou arrastada pelas águas para os sedimentos mais profundos.

O homem vem se preocupando com o fosfato dissolvido nas águas interiores como resultado da poluição orgânica e da decomposição das rochas sob agentes da erosão. A solução encontrada consiste na disposição dessas águas no solo para irrigação e fertilização.

De maneira mais simples para o entendimento sobre o ciclo do nitrogênio. O nitrogênio é um gás que dificilmente combina com outros elementos e substancias. Assim, ele entre e sai do nosso corpo durante a respiração. Mas há um grupo de seres vivos capaz de combinar o nitrogênio com outros elementos e produzir compostos importantíssimos para o crescimento das plantas. Esses compostos são os sais de nitrogênio. Essa transformação é feita por bactérias que vivem nas raízes das plantas conhecidas como leguminosas (feijão, soja, etc.). É por isso que essas plantas não tornam o solo pobre em nitratos, como costuma ocorrer quando outras espécies vegetais são cultivadas por muito tempo no mesmo lugar. Com os sais de nitrogênio, as plantas fabricam outras substâncias que formam seu corpo. Os animais conseguem essas plantas ingerindo as plantas ou outros seres vivos. Quando os animais ou plantas morrem, essas substâncias que contem nitrogênio sofrem decomposição e são transformadas em sais de nitrogênio podem ser usadas pelas plantas. Uma parte dos sais de nitrogênio, porem é transformada em gás nitrogênio por algumas bactérias do solo e volta para a atmosfera. Desse modo, o nitrogênio é reciclado na natureza.

 

1.3 CICLO DO ENXOFRE

 

O enxofre apresenta um ciclo que se passa entre o ar e os sedimentos. Existe um grande deposito na crosta terrestre e nos sedimentos e em pequena quantidade na atmosfera.

No reservatório terrestre, os microorganismos têm a função preponderante, pois realizam a oxidação ou redução química. Dessas reações resulta a recuperação do enxofre dos sedimentos mais profundos.

Na crosta e no ar, ocorrem processo geoquímicos e meteorológicos, tais como erosão, lixiviação, ação da chuva, etc, e processo biológicos de produção e decomposição. Há uma interdependência entre água, ar e terra.

Os sulfatos (SO4) constituem a forma mais reduzida que é incorporada pelos autótrofos para fazer parte das proteínas, sendo o enxofre um elemento constituinte de certos aminoácidos.

Os ecossistemas não necessitam tanto de enxofre como de fósforo e nitrogênio. Mas quando se formam sulfetos de ferro nos sedimentos, o fósforo é convertido de uma forma solúvel a insolúvel. Esse fato mostra como um ciclo pode interagir com outro.

O dióxido de enxofre (SO2) constitui um passo transitório no ciclo, aparecendo em concentrações muito baixas. Porém, com a emissão de óxidos de enxofre resultado da poluição industrial, vem afetando esse ciclo, sendo encontrado em grande quantidade na atmosfera. O SO2 prejudica a fotossíntese como pode ser verificada a destruição dos vegetais junto às fundições de cobre.

A concentração de óxidos voláteis de enxofre, nitrogênio, etc, no ar aumentou pela queima de combustível fosseis causando problemas de intoxicação e envenenamento. Em 1966 nos EUA esses óxidos constituíam a terça parte das 125 milhões de toneladas dos poluentes industriais do ar.

 

1.4 CICLO DO MERCÚRIO

 

O mercúrio esta presente em todas as partes do globo e circula através de movimentos dependentes de processos que se inter-relacionam.

Na atmosfera a concentração de mercúrio (teores inferiores a 1mg/l) é pequena. Na litosfera a concentração são inferiores a 2mg/l. na hidrosfera os teores são baixos. Em áreas vulcânicas as concentrações de mercúrio dissolvidas na água são maiores.

A maior concentração de mercúrio está na biosfera (seres vivos) devido o processo de decomposição biológica. A incorporação do mercúrio se dá por alimentação e por absorção direta através da água.

A movimentação do mercúrio na natureza apresenta:

-       5 x103 t nos combustíveis fósseis

-       2x103 t por evaporação

-       5x104 t por precipitação

-       3 x103 t por erosão

O homem utiliza por ano 104 toneladas de mercúrio. A metade é reciclada.

O mercúrio introduzido no ambiente aquático pode ser estabilizado quando em condições anaeróbicas na forma de sulfeto que é depositado no substrato desse ambiente. Em condições aeróbicas ou parcialmente anaeróbicas o mercúrio adquire a forma de sulfato, que é mais solúvel passando do sedimento para a fase liquida penetrando nos organismos. O mercúrio pode ser convertido por bactérias do sedimento e detritos em metil e dimetil-mercurio. A absorção pode ser direta ou através de alimentos.

 

1.5 CICLO DO CARBONO

 

O carbono é elemento essencial na composição da matéria orgânica. Encontra-se disponível na atmosfera em forma de gás carbônico.

O carbono depois de fixado através da fotossíntese é devolvido ao ambiente por meio da respiração, restabelecendo a concentração de gás carbônico no meio.

Em eras geológicas remotas – (carbonífero) a atmosfera foi rica em gás carbônico, o que permitia a existência de flora muito mais rica e abundante e a formação de grandes depósitos de carbono fóssil. A redução progressiva de CO2 motivou o desaparecimento de ecossistemas primitivos.

O maior reservatório de carbono é pelos carbonatos existentes nas águas e no solo.

A atmosfera constitui um compartimento relativamente pequeno, porém muito ativo e suscetível as perturbações causadas pela atividade antrópica. Os grandes reservatórios de CO2 são constituídos pelos oceanos (na forma de carbonatos) e os combustíveis fósseis (na forma de carbono e composto orgânicos, constituídos pelo carvão fóssil e do petróleo).

O gás carbônico compõem 0,03% do ar. Aparece na atmosfera como resultado da respiração dos seres vivos e da combustão. É a partir do gás carbônico e da água que as plantas produzem açucares ou seja, fotossíntese.

A partir da fotossíntese as plantas produzem outras substâncias como proteínas e gorduras que formam o seu corpo e que vão participar também da formação do corpo dos animais.

O processo de fotossíntese é realizado com a energia da luz do sol. Por meio da fotossíntese a luz do sol é transformada em energia química, que fica armazenada nos açucares e em outras substancias.

O carbono circula na natureza: respiração, decomposição (respiração feita pelas bactérias e fungos) e a combustão liberam gás carbônico no ambiente. Esse gás é retirado da atmosfera durante a fotossíntese.

 

1.6 CICLO DA ÁGUA

 

A água representa o constituinte inorgânico mais abundante da matéria viva. O homem 63% do seu peso é constituído de água, alguns animais aquáticos 98% são formados por água.

Uma pequena parcela das reservas de água são constituintes da litosfera superficial, ou seja, que circulam através do chamado ciclo hidrológico.

De acordo com Ramade se todo o vapor de água fosse condensado e distribuído sobre a superfície terrestre, formaria uma camada de 3 cm de espessura cobrindo o globo. Sobre ela está fundamentada toda a circulação da água e o seu ciclo biogeoquímico. Com efeito, essa umidade atmosférica provem da evaporação da água das camadas liquidas superficiais, por efeito da ação térmica das radiações solares. O resfriamente do vapor condensado na forma de nuvens leva a precipitação pluvial sobre a superfície dos solos e dos oceanos, respectivamente 2/9 e 7/9.

A parcela de água precipitada sobre a superfície sólida, pode ser:

-       infiltração

-       evapotranspiração

-       escoamento superficial

Através da infiltração que se realiza o recarregamento das reservas freáticas e rehidratação do solo. Essa água acumulada por meio da infiltração é restituída à atmosfera por meio da evapotranspiração.

A vegetação acelera o processo de simples evaporação. A transpiração dos vegetais, realizada com a finalidade básica de garantir um fluxo ascendente de seiva rica em nutrientes minerais ao longo de seus caules e ramos, é realizada essencialmente pelo processo de evaporação através da superfície das folhas o qual é regulado pela umidade relativa do ar e de outros fatores. O sistema radicular de árvores e arbustos constitui um mecanismo de alta eficiência em relação a esse transporte, permitindo a movimentação rápida de enormes volumes de água. Com isso da importância da cobertura vegetal, com relação a umidade atmosférica, regularidade das precipitações pluviométricas e outros fatores ecometerológicos.

O escoamento superficial é responsável pela formação de córregos, rios e lagos. O escoamento superficial em relação a infiltração é influenciada pela cobertura vegetal, uma vez que essa constitui uma barreira ao rolamente livre, além de tornar o solo mais poros (maior espaço entre as partículas de ar e água), além de prevenir e minimizar os efeitos de erosão provocadas pela ação mecânica da água sobre o solo.

De maneira mais simples, o ciclo da água acontece da seguinte maneira:

"A água dos oceanos, rios, lagos e solos evapora e passa para a atmosfera. A água que as plantas retiram do solo passa por mudanças de estado: ela sai pela folhas, na forma de vapor, através da transpiração e passa para a atmosfera. Os animais também podem eliminar vapor dágua através da pele ou pelos pulmões. Nas camadas mais altas e mais frias da atmosfera, o vapor de água se condensa e forma nuvens. As nuvens são formadas por muitos bilhões de pequenas gotas da água. As gotas são tão pequenas que a turbulência e as correntes de ar mantêm as gotas e a nuvem flutuando. A chuva pode ocorrer quando varias gotas se juntam e formam grupos, ficam pesadas para se manter no ar e caem. Parte da água da chuva cai nos oceanos, rios e lagos. Os rios levam a água para o oceano. Outra parte se infiltra no solo ate chegar a uma camada pouco permeável de rochas, que não deixa a água passar, formando assim os lençóis freáticos ou subterrâneos. Essa água subterrânea passa aos poucos para os rios, lagos e mares. Ela pode sair também em alguns pontos da superfície do solo, formando fontes de água, ou ser retirada pelas raízes das plantas e através de poços. O calor do sol faz a água dos oceanos, rios e lagos evaporar. Portanto pode-se dizer que o ciclo da água depende da energia solar”.



CONSIDERAÇÕES FINAIS

 

Conclui-se que denominam-se Ciclos Biogeoquímicos o intercâmbio de elementos que acompanha ganhos e perdas de energia, gerando um ciclo entre o meio biológico e o meio geofísico.

A existência dos ciclos confere à biosfera poder de auto-regulação ou homeostase, assegurando a vida e a perenidade dos ecossistemas.

O homem ao interferir nos processos biogeoquímicos, o processo passa a ser acíclico. Para tanto, ocorre sérios desequilíbrios ao meio ambiente.

É necessário procurar meios eficientes de transformar os processos acíclicos em cíclicos, onde a renovação e a reparação dos ciclos que estão alterados em processo de degeneração, sendo estes um capital de importância para a ecologia e para a conservação dos recursos naturais.


REFERÊNCIAS

 

ALVES-MAZZOTTI, A.J. & GEWANDSZNAJDER, F. O método nas ciências naturais e sociais; pesquisa quantitativa e qualitativa. 2 ed. São Paulo, Pionera, 1999.

GEWANDSZNAJDER, Fernando. Ciências: O planeta terra. São Paulo, Ática 2002.