O ciclo biogeoquímico é o percurso realizado no meio ambiente por um elemento químico essencial à vida. Ao longo do ciclo, cada elemento é absorvido e reciclado por componentes bióticos (seres vivos) e abióticos (ar, água, solo) da biosfera, e às vezes pode se acumular durante um longo período de tempo em um mesmo lugar. É por meio dos ciclos biogeoquímicos que os elementos químicos e compostos químicos são transferidos entre os organismos e entre diferentes partes do planeta.
O estudo e a compreensão dos ciclos biogeoquímicos pode ajudar a identificar potenciais impactos ambientais causados pela introdução de substâncias potencialmente perigosas nos diversos ecossistemas.[1]
Todo ser vivo reage com seu ambiente e produz resíduos. A menos que o ambiente possa dispô-los convenientemente, pela autodepuração, eles poderão intervir no ciclo vital.
As relações entre espécies e ambiente físico caracterizam-se por uma constante permuta dos elementos, em uma atividade cíclica, a qual, por compreender aspectos de etapas biológicas, físicas e químicas alternantes, recebe a denominação geral de Ciclo Biogeoquímico. Na verdade, o fenômeno é estritamente cíclico apenas em relação ao aspecto químico, no sentido de que os mesmos compostos químicos alterados se reconstituem ao final do ciclo, enquanto que o aspecto físico das rochas não se regenera, necessariamente. Assim, há uma espécie de intercâmbio contínuo entre meio físico, denominado abiótico (relativo à parte sem vida do meio físico) e o biótico (conjunto de seres vivos), sendo esse intercâmbio de tal forma equilibrado, em relação à troca de elementos nos dois sentidos, que os dois meios se mantêm praticamente constantes.
CICLO DO CARBONO
A maior parte do Carbono é encontrado na crosta terrestre na forma de composto inorgânico (carbonatos) ou de depósito orgânico fósseis (petróleo e carvão). Uma pequena parte é encontrada na atmosfera na forma de dióxido de Carbono (CO2).
A fixação do CO2 é feita pelos vegetais clorofilados através do processo da fotossíntese (açúcares)
Através da cadeia alimentar os açúcares passam dos produtores (vegetais) para os consumidores (herbívoros e carnívoros) e decompositores (bactérias e fungos).
A respiração de plantas e animais e a decomposição dos seres mortos devolve o CO2 à atmosfera.
Através da combustão de madeira, lixo, carvão e derivados do petróleo o CO2 retorna à atmosfera.
A grande preocupação da vida moderna é que o Carbono é devolvido à atmosfera mais rápido do que levou para ser armazenado. Assim, a natureza não compensa essa alteração e tem alterado o clima e interferido no efeito-estufa.
EFEITO ESTUFA: O Homem não tem respeitado a natureza, usa excessivamente os combustíveis e ainda praticam as queimadas sem controle. Essa pratica agressiva do homem joga na atmosfera dióxido de Carbono (CO2) alem da conta.
Esse gás forma uma camada ao redor da terra impedindo a saída de grande parte do calor proveniente das radiações infravermelhas do sol. Isso provoca um um superaquecimento na terra denominado "efeito estufa".
Esse efeito esta levando a terra ao desgelo, aumentando o volume de água, a alteração no clima e perda de referencia nas estações do ano.
CICLO DO OXIGÊNIO
Entende-se por Ciclo do oxigênio o movimento do oxigênio entre os seus três reservatórios principais: a atmosfera (os gases que rodeiam a superfície da terra), a biosfera (os organismos vivos e o seu ambiente próximo) e a litosfera (a parte sólida exterior da terra).
Este ciclo é mantido por processos geológicos, físicos, hidrológicos e biológicos, que movem diferentes elementos de um depósito a outro. O oxigênio molecular (O2) compõe cerca de 21% da atmosfera terrestre. Este oxigênio satisfaz as necessidades de todos os organismos terrestres que o respiram no seu metabolismo.
O principal fator na produção de oxigênio é a fotossíntese, que regula a relação gás carbônico/gás oxigênio na atmosfera. O oxigênio teria desaparecido da atmosfera, não fosse o contínuo reabastecimento promovido pela fotossíntese, principalmente do fitoplâncton marinho, considerado o verdadeiro "pulmão" do mundo.
O oxigênio é o elemento mais abundante em massa na crosta terrestre e nos oceanos e o segundo na atmosfera.
Na atmosfera, encontra-se como oxigênio diatômico/oxigênio molecular (O2), dióxido de carbono (CO2), ozônio (O3), dióxido de nitrogênio (NO2), monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de enxofre (SO2), etc.
Reservatórios de Oxigênio
A maior parte do oxigênio existente (99.5%) está concentrada na crosta e manto da Litosfera. Apenas uma pequena fração do oxigênio existente está contida na atmosfera (0.49%), esta porcentagem representa cerca de 20% da atmosfera. Uma parte muito menor do oxigênio está contida na biosfera (0.01%).
Fluxos de Oxigênio
A fotossíntese é o principal processo responsável pela manutenção do oxigênio na atmosfera. Ela repõe o que é constantemente retirado, principalmente, pelo processo da respiração. A fotossíntese transforma dióxido de carbono e água em oxigênio e açúcar.
6 CO2 + 12 H2O + energia → C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2
Um processo adicional de oxigênio é a fotólise, onde energia proveniente de radiação ultravioleta decompõe água atmosférica e óxido de nitrogênio.
2 H2O + energia → 4 H + O2
2 N2O + energia → 4 N + O2
O principal processo de remoção de oxigênio da atmosfera é a respiração.
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energia
Também no processo de decomposição animais e bactérias consomem oxigênio e libertam dióxido de carbono.
Devido aos minerais da litosfera serem oxidados em oxigênio, o desgaste químico das rochas expostas também consome oxigênio. Um exemplo de desgaste químico da superfície é a formação de óxidos de ferro (ferrugem):
4 FeO + 3 O2 → 2 Fe2O3
O oxigênio também tem um ciclo entre a biosfera e a litosfera. Os organismos marinhos na biosfera criam conchas de carbonato de cálcio (CaCO3) que é rico em oxigênio. Quando o organismo morre, a sua concha é depositada no chão do mar e enterrado ao longo do tempo para criar a rocha na litosfera. As plantas e animais extraem nutrientes minerais das rochas e libertam oxigênio durante o processo.
Portanto, 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.
O Oxigênio livre é encontrado na forma molecular (O2) na atmosfera e na hidrosfera, como produto da fotossíntese de vegetais.
Esse oxigênio é utilizado na respiração de plantas e animais, como produto final junto com o hidrogênio forma água.
Essa água pode ser utilizada no metabolismo e eliminada através da respiração, transpiração e excreção, voltando a atmosfera.
Nos vegetais a água é utilizada na síntese de carboidratos, através da fotossíntese. Assim o oxigênio fica livre do hidrogênio e volta à atmosfera.
O Oxigênio na atmosfera e nos oceanos
A presença do oxigênio atmosférico originou a formação de ozônio e da camada de ozônio na estratosfera. A camada do ozônio extremamente importante para a vida moderna, visto que absorve a radiação ultra-violeta nociva.
O2 + energia uv → 2O
O + O2 + energia uv → O3
A energia solar absorvida aumenta a temperatura da atmosfera na camada do ozônio, criando uma barreira térmica, que ajuda a manter a atmosfera por baixo, por oposição a escapar para o espaço.
CICLO DO NITROGÊNIO
Esta presente na atmosfera cerca de 78% de nitrogênio livre, não podendo ser absorvido pela vegetais e animais.
Seu aproveitamento só é possível através da fixação biológica, onde é transformado em amônia (NH3).
Só os microrganismos terrestres (bactéria, cianobactérias e fungos) podem fixar o N2 e as bactérias (Rhizobium) que vivem nas raízes de angiospermas (feijão, soja, ervilha, amendoim e vagem) fazem uma simbiose transmitindo o Nitrogênio para a cadeia alimentar.
Após a fixação, determinadas bactérias realizam a nitrificação (transformação de NH3 em nitritos NO2 (nitrosação) e nitritos NO3 (nitratação).
Essas bactérias são aeróbias quimiossintetizantes, a energia liberada dessa reação sintetiza os açúcares.
Para que o nitrogênio retorne ao ambiente são necessários os processos da decomposição e da desnitrificação.
As bactérias e fungos presentes no solo decompoem aminoácidos de organismos mortos transformando-os em amônia.
As bactérias desnitrifícantes liberam o nitrogênio da amônia, dos nitrítos e dos nitratos, devolvendo-o para a atmosfera.
CICLO DO CÁLCIO
O Ca é um elemento químico muito importante para os seres vivos. No vegetais, ele participa principalmente como ativador de enzimas, além de participar como componente estrutural de sais de compostos pécticos da lamela média.
A maior participação do cálcio nos animais está relacionada com a formação de esqueletos, pois ele é parte constituinte dos exoesqueletos de invertebrados e conchas. Além disso, atua em processos metabólicos: sua participação é fundamental no processo de coagulação do sangue, além de ser muito útil no processo de contração muscular.
A fonte primária de cálcio na natureza são, sem dúvida, as rochas calcárias, que, devido à ação de agentes diversos, sofrem intemperismo, o qual provoca erosão, levando os sais de cálcio para o solo, de onde são carregados pelas chuvas para os rios e mares. Assim como ocorre com o fósforo, o cálcio tende a se acumular no fundo do mar.
O intemperismo pode ser entendido como o conjunto de processos mecânicos, químicos e biológicos que ocasionam a destruição física e química das rochas, formando os solos. Mais uma vez, fica muito claro a grande participação que a água exerce nos ciclos biogeoquímicos; no ciclo do cálcio, como no ciclo das rochas, sua presença é de suma importância para que os ciclos possam ser reiniciados. O mecanismo que rege o ciclo do cálcio segue mais ou menos os seguintes passos. Inicialmente o CO2 atmosférico dissolve-se na água da chuva, produzindo H2CO3. Essa solução ácida, nas águas superficiais ou subterrâneas, facilita a erosão das rochas silicatadas e provoca a liberação de Ca2+ e HCO3–, entre outros produtos, que podem ser lixiviados para o oceano. Nos oceanos, Ca2+ e HCO3– são absorvidos pelos animais que o utilizam na confecção de conchas carbonatadas, que são os principais constituintes dos seus exoesqueletos. Com a morte desses organismos, seus esqueletos se depositam no fundo do mar, associam-se a outros tipos de resíduos e originam uma rocha sedimentar, depois de um longo período de tempo. Esses sedimentos de fundo, rico em carbonato, participando do ciclo tectônico, podem migrar para uma zona de pressão e temperatura mais elevadas, fundindo parcialmente os carbonatos. As mudanças lentas e graduais da crosta terrestre podem fazer com que essas rochas sedimentares alcancem a superfície, completando o ciclo.
Os vegetais absorvem do solo os sais de cálcio, e os animais o obtêm através da cadeia alimentar. Com a decomposição dos animais e vegetais mortos, o cálcio retorna ao solo.
CICLO DO FÓSFORO
O fósforo é um elemento químico que participa estruturalmente de moléculas fundamentais do metabolismo celular, como fosfolipídios, coenzimas e ácidos nucléicos. Além disso, é um nutriente limitante do crescimento de plantas, especialmente as de ambientes aquáticos. Por outro lado, por apresentar-se em grande abundância no meio ambiente, pode causar sérios problemas ambientais.
Os grandes reservatórios de fósforo são as rochas e outros depósitos formados durante as eras geológicas. Esses reservatórios, devido ao intemperismo, pouco a pouco fornecem o fósforo para os ecossistemas, onde é absorvido pelos vegetais e posteriormente transferido aos animais superiores e, por conseqüência, ao Homem, via cadeia alimentar.
O retorno do fósforo ao meio ocorre pela ação de bactérias fosfolizantes, atuando nas carcaças de animais mortos. O fósforo retorna ao meio na forma de composto solúvel, sendo portanto facilmente carregado pela chuva para os lagos e rios e destes para os mares, de forma que o fundo do mar passa a ser um grande depósito de fósforo solúvel.
As aves marinhas desempenham um papel importante na restituição do fósforo marinho para o ambiente terrestre, pois ao se alimentarem de peixes marinhos e excretarem em terra firme, trazem o fósforo de volta ao ambiente terrestre. Ilhas próximas ao Peru, cobertas de guano (excremento das aves), mostram o quanto as aves são importantes para a manutenção do ciclo.
O uso mais comum para o fósforo é como fertilizante. Ele é um dos componentes principais do tipo de fertilizante mais utilizado, o fertilizante à base de NPK.
Por ter a capacidade de formar compostos solúveis, o fósforo é facilmente carregado pela chuva para os lagos e rios, sendo justamente nessa etapa que podem ocorrer sérios danos ao meio ambiente, pois se um excesso de componentes nitrogenados e fosfatados, que são largamente utilizados como fertilizantes, entra em um lago ou rio, esses nutrientes podem causar aumento da população bacteriana e de algas verdes (fotossintéticas), originando um processo conhecido como eutrofização.
O Fenômeno da Eutrofização
Um lago ou um rio eutrofizado, em um primeiro momento, apresenta uma elevada proliferação de fitoplâncton, com conseqüente incremento na produção de matéria orgânica. As algas que compõem o fitoplâncton possuem um ciclo curto de vida; assim, uma grande quantidade de algas morrem em um espaço de tempo muito curto.
Esse material orgânico proveniente das algas mortas provoca o crescimento de organismos decompositores aeróbios, que, ao realizarem a decomposição, consomem todo o oxigênio dissolvido na água. Esse consumo provoca a morte de todos os seres aeróbios, peixes, por exemplo, contribuindo ainda mais para o aumento da quantidade de matéria orgânica a ser decomposta. Como não há mais oxigênio, os organismos decompositores que se desenvolvem são anaeróbios, que lançam uma quantidade muito grande de toxinas alterando totalmente as propriedades químicas do meio aquático, invibializando todas as formas de vida.
O esquema da figura a seguir mostra os caminhos que o fósforo pode percorrer, desde sua retirada das rochas, pela ação do intemperismo, até a sua chegada ao mar, sua participação na cadeia alimentar e sua respectiva volta ao solo, onde novamente fica à disposição dos animais e dos seres humanos, dando continuidade ao ciclo.
CICLO DO ENXOFRE
O enxofre apresenta um ciclo que passa entre o ar e os sedimentos, sendo que existe um grande depósito na crosta terrestre e nos sedimentos e um depósito menor na atmosfera.
O enxofre é um elemento relativamente abundante na crosta terrestre, ocorrendo principalmente na forma de sulfatos solúveis. Grande parte dos reservatórios de enxofre inerte está em rochas sulfurosas, depósito de elementos sulfurosos e combustíveis fósseis. As atividades do homem têm mobilizado parte destes reservatórios inertes, obtendo desta forma desagradáveis conseqüências como a poluição. Por fim, alguns depósitos de elementos sulfurosos e alguns minérios de sulfeto podem ser de origem biogênica. O enxofre pode ser adicionado também na ecosfera na forma reduzida (H2S), como resultado da atividade vulcânica e do metabolismo microbiano.
O enxofre pode ser encontrado também em diversos estados de oxidação nos compostos orgânicos e inorgânicos. Os microrganismos catalisam a oxidação e redução das diferentes formas de enxofre, estabelecendo deste modo um ciclo. O enxofre é um componente essencial do sistema de vida, estando contido em diversos aminoácidos na forma de grupo sulfidrila (-SH), além de ser um componente essencial de várias co-enzimas.
Em resumo pode-se afirmar que o ciclo do enxofre ocorre na seguinte seqüência: como o enxofre na sua forma elementar não pode ser utilizado por organismos superiores, para que sua assimilação se torne possível é necessário que microrganismos oxidem a sulfa elementar a sulfatos. Neste processo podem participar bactérias fotopigmetadas dos gêneros Chlorobium e Pelodityon. Porém, as mais ativas neste processo são as não fotopigmetadas em especial as do gênero Thiobacillus, que podem gerar ácido sulfúrico durante o processo. O sulfato gerado pode ser assimilado diretamente por vegetais, algas e diversos organismos heterotróficos sendo incorporados à aminoácidos enxofrados. O mesmo sulfato também pode ser dissimilado formando H2S.
A etapa na qual participa as bactérias do gênero Desulfovibrio chama-se Redução Dissimilatória do Sulfato. Neste processo o íon sulfato atua como um agente oxidante para dissimilação da matéria orgânica, assim como o oxigênio na respiração convencional. As bactérias redutoras do sulfato utilizam este íon que são reduzidos a sulfeto de hidrogênio (H2S). Seu papel no ciclo do enxofre pode ser comparado ao papel das bactérias redutoras de nitrato no ciclo do nitrogênio. Além das bactérias Desulfovibrio, outras bactérias anaeróbicas restritas e morfologicamente diversificadas participam do processo, sendo Desulfomaculum e Desulfobulbus, as mais conhecidas.
O gás sulfídrico, resultante da redução dos sulfatos e da decomposição de aminoácidos, é oxidado a enxofre elementar. Esta reação é típica de certas bactérias oxidantes do enxofre não fotopigmentadas, como Beggiatoa, Thiothixis, Thioploca e Thiobacillus.
FONTE:http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_biogeoqu%C3%ADmico
http://pt.shvoong.com/humanities/1746166-ciclos-biogeoquimicos/
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