Ciclos biogeoquímicos

Os ciclos biogeoquímicos são processos naturais fundamentais para o equilíbrio dos ecossistemas e para a manutenção da vida na Terra. Esses ciclos descrevem o movimento de elementos químicos essenciais, como carbono, nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre, através dos componentes bióticos (seres vivos) e abióticos (atmosfera, solo, água) do planeta. Através desses ciclos, os nutrientes são reciclados e mantêm o funcionamento saudável dos ambientes. Vamos conhecer os principais ciclos biogeoquímicos.

1. Ciclo do Carbono

O ciclo do carbono é um dos mais importantes, pois o carbono é a base da matéria orgânica que constitui os seres vivos. Esse ciclo envolve os seguintes processos principais:

Fotossíntese: As plantas capturam o dióxido de carbono (CO₂) da atmosfera e o transformam em matéria orgânica (açúcares) com a ajuda da luz solar.
Respiração celular: Animais e plantas liberam CO₂ de volta para a atmosfera através da respiração, processo em que ocorre a queima de oxigênio para liberar energia.
Decomposição: Quando plantas e animais morrem, decompositores, como fungos e bactérias, quebram sua matéria orgânica, liberando novamente CO₂.
Queima de combustíveis fósseis: A queima de carvão, petróleo e gás natural para produção de energia e transporte também libera grandes quantidades de CO₂, intensificando o efeito estufa e contribuindo para as mudanças climáticas.

O ciclo do carbono é essencial para regular a temperatura da Terra. O excesso de CO₂ na atmosfera está relacionado ao aquecimento global.

2. Ciclo do Nitrogênio

O nitrogênio é um elemento essencial para os seres vivos, pois faz parte dos aminoácidos e das proteínas. A maior parte do nitrogênio na Terra está na forma de gás nitrogênio (N₂), que não é utilizável diretamente pelos organismos. O ciclo do nitrogênio envolve:

Fixação do nitrogênio: Bactérias e cianobactérias convertem o N₂ da atmosfera em formas que as plantas podem absorver, como amônia (NH₃) ou nitrato (NO₃⁻).
Nitrificação: Algumas bactérias transformam amônia em nitritos (NO₂⁻) e depois em nitratos (NO₃⁻), que são absorvidos pelas plantas.
Assimilação: As plantas absorvem os nitratos ou amônia do solo para formar compostos orgânicos, que são consumidos por herbívoros e carnívoros.
Desnitrificação: Bactérias no solo convertem nitratos de volta em N₂, que é liberado na atmosfera.

As atividades humanas, como o uso excessivo de fertilizantes nitrogenados e a queima de combustíveis fósseis, têm alterado esse ciclo, causando poluição e contribuindo para problemas como a eutrofização de corpos d'água.

3. Ciclo da Água (Hidrológico)

A água é essencial para todos os processos biológicos. O ciclo da água descreve a movimentação contínua da água na natureza, envolvendo os seguintes processos:

Evaporação: A água dos oceanos, rios e lagos evapora, transformando-se em vapor d'água e subindo para a atmosfera.
Transpiração: As plantas também liberam vapor d'água na atmosfera, um processo chamado transpiração.
Condensação: O vapor d'água sobe e esfria, formando nuvens.
Precipitação: Quando as nuvens ficam saturadas, a água cai novamente à Terra como chuva, neve ou granizo.
Infiltração e escoamento: A água pode ser absorvida pelo solo (infiltração) ou escorrer pelas superfícies para formar rios e lagos.

O ciclo da água mantém os ecossistemas funcionando, fornecendo água para plantas, animais e para a agricultura. Alterações nesse ciclo, como a poluição dos corpos d'água e a mudança nos padrões de precipitação devido às mudanças climáticas, podem afetar a disponibilidade de água potável.

4. Ciclo do Fósforo

O fósforo é um nutriente essencial para todos os seres vivos, participando da formação de DNA, RNA e ATP. O ciclo do fósforo não envolve a atmosfera, e o fósforo circula principalmente entre os solos, as rochas, os organismos e a água:

Liberação de fósforo: O fósforo é liberado das rochas através da erosão e intemperismo, se tornando disponível no solo.
Absorção pelas plantas: As plantas absorvem o fósforo do solo na forma de fosfato.
Cadeia alimentar: O fósforo é transferido para os animais que consomem as plantas. Quando organismos morrem ou excretam resíduos, o fósforo retorna ao solo.
Devolução ao ambiente: O fósforo também pode ser transportado por rios para os oceanos, onde se acumula nas rochas.

Esse ciclo é muito mais lento que o ciclo do carbono e do nitrogênio, o que significa que o fósforo é um recurso limitado. O uso excessivo de fertilizantes fósforos pode causar problemas ambientais como a eutrofização de corpos d'água.

5. Ciclo do Enxofre

O enxofre é um componente fundamental de proteínas e vitaminas. O ciclo do enxofre envolve:

Emissões de enxofre: O enxofre é liberado na forma de dióxido de enxofre (SO₂) de fontes naturais, como vulcões, e de fontes humanas, como a queima de combustíveis fósseis.
Reações químicas: O dióxido de enxofre reage com a água na atmosfera formando ácidos (chuvas ácidas) ou se combina com o oxigênio para formar dióxido de enxofre e depois ácido sulfúrico (H₂SO₄).
Absorção pelas plantas e decompositores: O enxofre é absorvido pelas plantas e também retornam ao solo após a decomposição de matéria orgânica.

Esse ciclo é importante porque mantém os níveis de enxofre disponíveis para a vida, mas a poluição relacionada ao uso de combustíveis fósseis pode afetar o equilíbrio do ciclo, causando impactos

6. Ciclo do Oxigênio

O ciclo do oxigênio é essencial para a vida na Terra, pois o oxigênio é necessário para a respiração celular de quase todos os seres vivos, além de ser parte fundamental de diversos processos biológicos e químicos. O oxigênio circula entre os seres vivos e o ambiente, interagindo com outros elementos em um ciclo contínuo. O ciclo do oxigênio está intimamente ligado aos outros ciclos biogeoquímicos, como o ciclo do carbono, da água e do nitrogênio. Vamos ver como ele acontece.

Principais Processos do Ciclo do Oxigênio:

Fotossíntese (Produção de Oxigênio): As plantas, algas e cianobactérias realizam a fotossíntese, processo no qual elas capturam a luz solar e convertem dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O) em glicose (C₆H₁₂O₆) e oxigênio (O₂). Durante a fotossíntese, o oxigênio é liberado como um subproduto e retorna à atmosfera. Esse é o principal processo de produção de oxigênio.

Equação simplificada da fotossíntese:

6 C O_{2} + 6 H_{2} O + l u z s o l a r ⟶ C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2}

Ou seja, a fotossíntese é responsável pela maior parte do oxigênio que existe na atmosfera.

Respiração Celular (Consumo de Oxigênio): Todos os organismos aeróbicos (que dependem de oxigênio) utilizam o oxigênio para a respiração celular. Esse processo ocorre em suas células e envolve a quebra de moléculas de glicose para liberar energia. Como resultado, o oxigênio é consumido e o dióxido de carbono (CO₂) é liberado, retornando à atmosfera.

Equação simplificada da respiração celular:

C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2} ⟶ 6 C O_{2} + 6 H_{2} O + e n e r g i a

O oxigênio é utilizado para liberar energia que os seres vivos necessitam para crescer, se mover e realizar suas funções vitais.

Decomposição (Consumo de Oxigênio por Decompositores): Quando organismos como plantas e animais morrem, decompositores como bactérias e fungos também consomem oxigênio durante a decomposição da matéria orgânica. Esse processo contribui para o ciclo de nutrientes e ajuda na liberação de compostos como o dióxido de carbono e outros nutrientes no solo.
Combustão (Queima de Materiais Orgânicos): A queima de materiais orgânicos, como madeira e combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), também consome oxigênio. Durante a combustão, o oxigênio reage com o carbono presente nos materiais, formando dióxido de carbono (CO₂) e liberando energia. Esse processo tem grande impacto sobre o ciclo do oxigênio, pois aumenta a liberação de CO₂ na atmosfera, o que pode contribuir para o aquecimento global.
Trocas entre Atmosfera e Oceano: O oxigênio também é trocado entre a atmosfera e os oceanos. A fotossíntese realizada por fitoplânctons marinhos (algas microscópicas) gera oxigênio, que é dissolvido na água. Esse oxigênio também é utilizado por organismos marinhos para a respiração. A movimentação da água (como as correntes oceânicas) também facilita a troca de oxigênio entre os oceanos e a atmosfera.

EXERCÍCIOS:

1. (UFMS-RS) Pode-se relacionar a formação da camada de ozônio com o ciclo do:

A. Nitrogênio

B. Carbono

C. Oxigênio

D. Enxofre

E. Fósforo

2. (UFRN) Em cada momento, uma grande parte do carbono que compõe o corpo de todos os seres vivos já esteve antes na atmosfera, e a ela volta na forma de dióxido de carbono (CO2). Durante o ciclo do carbono na natureza, um dos processos que garantem o retorno do carbono desses organismos para o ambiente abiótico é A) Oxidação de nutrientes durante a respiração celular.

B)Formação de moléculas complexas, como a glicose.

C) Combinação desse elemento com o hidrogênio do ar.

D) Ligação com átomos de nitrogênio para formar proteínas.

E) Ligação com átomos de oxigênio.

3. ENEM 2015 - O nitrogênio é essencial para a vida e o maior reservatório global desse elemento, na forma de N2, é a atmosfera. Os principais responsáveis por sua incorporação na matéria orgânica são microorganismos fixadores de N2, que ocorrem de forma livre ou simbiontes com plantas.

ADUAN, R.E. et al. Os grandes ciclos biogeoquímicos do planeta. Planaltina: Embrapa, 2004 (adaptado).

Animais garantem suas necessidades metabólicas desse elemento pela

a) absorção do gás nitrogênio pela respiração.

b) ingestão de moléculas de carboidratos vegetais.

c) incorporação de nitritos dissolvidos na água consumida.

d) transferência da matéria orgânica pelas cadeias tróficas.

e) protocooperação com microorganismos fixadores de nitrogênio.

4. Com base nos ciclos biogeoquímicos, assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmações que se seguem.

( ) A atmosfera constitui o principal reservatório de carbono, nitrogênio, fósforo e oxigênio.

( ) No ciclo da água, a evaporação é menor nos oceanos, enquanto a precipitação é menor na superfície terrestre.

( ) O nitrogênio atmosférico (N2) é incorporado em moléculas orgânicas através da absorção foliar.

( ) Todas as moléculas orgânicas dos seres vivos têm átomos de carbono em sua composição, e seu retorno ao ciclo pode ocorrer através de processos de decomposição.

5. (UEM) Considere os ciclos biogeoquímicos e assinale o que for correto.

01) O gás ozônio (O3) constitui uma camada que protege a Terra de radiação nociva, relacionada com mutação de genes e câncer de pele.

02) Na Terra, só há formas não-renováveis de carbono, como o carvão mineral e o petróleo.

04) Na desnitrificação, compostos nitrogenados são convertidos para nitrato ou nitrito.

08) Na prática agrícola de rotação de culturas, as gramíneas aumentam o teor de nitrogênio assimilável para as leguminosas.

16) Fungos e bactérias decompõem a matéria orgânica, independentemente dos ciclos biogeoquímicos dos quais façam parte.

Soma:

6. No ciclo do oxigênio, observamos a utilização desse elemento em diferentes processos. Qual dos processos abaixo não necessita de oxigênio para ocorrer?

a) Respiração celular.

b) Combustão.

c) Decomposição.

d) Formação da camada de ozônio.

e) Fermentação.

7. (PUCRJ 2012) “Cientistas do mundo inteiro pesquisam bons processos que permitam

armazenar – no jargão técnico, ‘sequestrar’ – carbono no solo, para evitar que esse elemento

seja liberado na atmosfera e colabore para o aquecimento global. A presença de matéria

orgânica no solo, além de reter carbono com eficácia, é essencial para aumentar sua

fertilidade”.

“Biocarvão – as terras pretas dos índios e o sequestro de carbono”. Ciência Hoje, n.º 281, maio

de 2011.

a) Explique o que é sequestro de carbono e como esse processo pode contribuir para a

mitigação do aquecimento global.

b) Faça um esquema e explique as rotas percorridas pelo carbono em seu ciclo biogeoquímico.

8. (PUC-RIO 2008) Johanna Dobereiner foi uma pesquisadora pioneira no Brasil, que

correlacionou a maior produção de biomassa vegetal em leguminosas com a presença de

nódulos em suas raízes. Essas estruturas estão relacionadas a que processo a seguir

descrito?

a) Denitrificação.

b) Fixação de N2.

c) Fixação do CO2

d) Respiração das raízes.

e) Amonificação.

9. “Nos grandes centros urbanos a venda de geladeiras dobrou. Esse é o principal motivo para o aumento de consumo de clorofluorcarbonos (CFCs) no Brasil, onde o produto é usado como resfriante.” (Imprensa local, setembro 1997.)

A emissão de poluentes como os CFCs está ligada a um sério desequilíbrio ecológico que compromete a (o):

A. Camada de ozônio

B. Inversão térmica

C. Capa de gás carbônico

D. Efeito estufa

E. Aumento das chuvas ácidas

10. ) (IF Sudeste – MG) Em agricultura, é amplamente utilizado o plano de rotação de culturas, onde diferentes espécies vegetais são sucessivamente cultivadas em um mesmo terreno. Nesse processo, muitas vezes, são cultivadas as leguminosas, pois estas plantas se associam:

A) Bactérias e enriquecem o solo de compostos sulfurosos.

B) Bactérias e enriquecem o solo de compostos nitrogenados.

C) Fungos e enriquecem o solo de compostos nitrogenados.

D) Nemátodos e enriquecem o solo de compostos fosforados.

E) Bactérias que tornam suas raízes fasciculadas, atenuando o efeito da erosão.

11. (U.F. Viçosa-MG) Analise a seguinte citação:

“A morte não está na natureza das coisas; é a natureza das coisas. Mas o que morre é a forma. A matéria é imortal.”

John Fowles.

Pela análise da citação, pode-se concluir que a matéria é imortal porque:

a) a decomposição da matéria libera os nutrientes que retornam aos ciclos biogeoquímicos;

b) a decomposição da matéria orgânica é um processo muito lento que pode durar séculos;

c) a decomposição da matéria orgânica não é completa devido a grande quantidade de fibras;

d) a decomposição da matéria libera nutrientes que ficam disponíveis diretamente aos heterótrofos;

e) a decomposição lenta permite que a matéria tenha condições de ser fossilizada.

12. Descreva a causa e a consequência do Efeito Estufa.

13. Com relação à água, é CORRETO afirmar:

A) A água é eliminada pelas plantas, à noite, por transpiração, o que aumenta a temperatura interna do indivíduo.

B) A água dos oceanos, rios e lagos evapora e, por um processo de sublimação, volta à Terra para recomeçar um novo ciclo.

C) A água ocupa a maior porção da superfície terrestre, porém a produtividade primária líquida do ambiente aquático é insignificante, inferior a 0,1.

D) A água, apesar de participar de diversos processos vitais para os seres vivos, pode, quando contaminada, se tornar um grande vetor de disseminação de diversas doenças, como a febre amarela.

E) A água é uma das matérias-primas fundamentais da fotossíntese: seus átomos de hidrogênio vão formar a matéria orgânica fabricada nesse processo e seus átomos de oxigênio se unirão para formar o gás oxigênio (O2).