aula 6 ciclos biogeoquimicos
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UNESA – Universidade Estácio de SáDisciplina: ´Ciências Ambientais / Ecologia
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Ciclos Ciclos BiogeoquímicosBiogeoquímicos
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É a permuta cíclica de elementos químicos que
ocorre entre os seres vivos e o ambiente. Todos os
elementos químicos naturais apresentam um
movimento dinâmico nos ecossistemas transitando
constantemente entre o meio físico e os organismos.
Tais ciclos envolvem etapas biológicas, físicas e
químicas, alternadamente, daí a denominação usada.
Ciclo Biogeoquímico:
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Representando fica assim....
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CICLOS BIOGEOQUÍMICOSCICLOS 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).
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CICLOS BIOGEOQUÍMICOSCICLOS 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.
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CLASSIFICAÇÃO DOS CICLOSCLASSIFICAÇÃO 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.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOSCICLOS BIOGEOQUÍMICOS
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Ciclos Biogeoquímicos
O transporte de matéria nos ecossistemas
reside na existência de circuitos nos quais os
diversos elementos são constantementes
reciclados. Os seres vivos têm necessidade
de mais de 40 elementos para fazer a síntese
de seu protoplasma.CICLO
Matéria
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CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Um ciclo biogeoquímico é o movimento ou o ciclo de
um determinado elemento ou elementos químicos
através da atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera
da Terra.
Os ciclos estão intimamente relacionados com
processos geológicos, hidrológicos e biológicos.
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Os elementos mais importantes para os seres vivos
são o Carbono, o Hidrogênio, o Oxigênio, o
Nitrogênio o Fósforo e o Enxofre. A estes
acrescentam-se outros, necessários em quantidades
menores, como o Cálcio, o Ferro, o Potássio, o
Magnésio, o Sódio, etc.
Ciclos Biogeoquímicos
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• CICLO DA ÁGUA
• CICLO DO CARBONO
• CICLO DO OXIGÊNIO
• CICLO DO NITROGÊNIO
• CICLO DO FÓSFORO
• CICLO DO OXIGÊNIO
OS CICLOS MAIS IMPORTANTES SÃO:
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Embora a água não seja um elemento químico, e
sim uma substância composta de hidrogênio e oxigênio,
estudaremos o seu ciclo pelo fato de ela estar
intimamente associada a todos os processos
metabólicos.
O ciclo da água pode ser considerado sob dois
aspectos: o pequeno ciclo, ou ciclo curto, e o grande
ciclo, ou ciclo longo.
CICLO DA ÁGUA
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Pequeno ciclo
No pequeno ciclo, a água dos oceanos, lagos, rios,
geleiras e mesmo a embebida no solo sofre evaporação
pela ação do calor ambiental e passa à forma de vapor,
dando origem às nuvens. Nas camadas mais altas da
atmosfera, o vapor d’água sofre condensação, e a água
líquida volta à crosta terrestre na forma de chuva.
Grande ciclo
No grande ciclo, a água é absorvida pelos seres vivos e
participa do metabolismo deles, sendo posteriormente
devolvida para o ambiente.
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Ventos = 100 Km³ Diários
- Ciclo da ÁguaE
vap
ora
ção
Diá
ria
Mar
. =
875
km
³
Pre
cip
ita
ção
Diá
ria
Mar
. =
775
km
³
Eva
po
raçã
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iári
a C
on
t. =
160
km
³
Pre
cip
ita
ção
Diá
ria
Co
nt.
= 2
60 k
m³
Rios e Lençóis Freáticos = 100 Km³
ReservatórioReservatório: Meio : Meio MarinhoMarinho
361 Milhões de Km² da 361 Milhões de Km² da Superfície da Terra ( 70 Superfície da Terra ( 70
% ).% ).A - Sem Inclusão dos Seres A - Sem Inclusão dos Seres
VivosVivos
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H20 nos Alimentos
- Ciclo da Água
Devolve HDevolve H22O pelaO pelaTranspiração eTranspiração e
GutaçãoGutação
Absorve H20 pela Raiz
Devolve HDevolve H22O pelaO pelaDecomposição da PlantaDecomposição da Planta
HH22O pelaO pelaDessedentaçãoDessedentação
DiretaDireta
Devolve HDevolve H22O pela Excreção eO pela Excreção e Decomposição do CorpoDecomposição do Corpo
O consumo médio diário O consumo médio diário per capita é de dois per capita é de dois
litros de H2O para uma litros de H2O para uma pessoa de 60 Kg.pessoa de 60 Kg.
B - Com Inclusão dos Seres B - Com Inclusão dos Seres VivosVivos
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O Ciclo Hidrológico
O ciclo hidrológico é dirigido pela energia solar e compreende o movimento da água dos oceanos para a atmosfera por evaporação e de volta aos oceanos pela precipitação que leva à lixiviação ou à infiltração.
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CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
Mais abundante componente da matéria viva, a água precisa ser necessariamente reciclada para a garantia de vida no planeta. A superfície terrestre é recoberta por cerca de 75% de água. De toda a água que recobre a Terra, cerca de 97% pertencem ao talassociclo (do grego thalassos = mar), isto é, ao conjunto que abrange todos os ecossistemas marinhos. O restante pertence ao limnociclo (do grego limne = lago), ou seja, o conjunto de todos os ecossistemas dulcícolas.
Aspectos quantitativos: evaporação; infiltração; escoamento superficial.
Aspectos qualitativos: parâmetros de qualidade: - físico-químicos;
- biológicos.
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CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
A água evapora-se das superfícies aquáticas (principalmente) e terrestres, formando as nuvens. Condensa-se e se precipita na forma de chuva, neve ou granizo. No solo, a água pode percolar, isto é, atravessar as camadas do solo, atraídas pela força da gravidade, e atingir um lençol freático, de onde chega até um rio ou riacho. Parte da água precipitada pode ser retida pelo solo e absorvida pelas plantas, por seu sistema radicular. Nos vegetais, a perda de água ocorre por transpiração, sudação ou transferência alimentar à cadeia de consumidores. Os animais, por sua vez, participam do ciclo ingerindo água diretamente, ou indiretamente através dos alimentos. O processo de eliminação é variável, podendo ocorrer através de urina, fezes, respiração, suor, etc...
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CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
A água é o principal componente dos organismos vivos e o grande regulador do ambiente.
A presença de água é fundamental para a existência de vida no planeta, uma vez que ela atua como regulador térmico do ambiente, fazendo com que as diferenças de temperatura entre a noite e o dia sejam minimizadas graças a seu alto calor específico.
A maior parte da água doce encontra-se em locais de difícil extração (calota polar e subsolo). A água na atmosfera mostra-se em porcentagem ínfima. Porém, ao longo de um ano, muita água circula pela ecosfera.
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CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
Nesse ciclo, a presença do homem pode ser notada por meio do desmatamento e da impermeabilização via pavimentação do solo. Isso acelera a evaporação e reduz a recarga dos aqüíferos subterrâneos, gerando, assim, maiores enchentes nos cursos de água que cortam centros urbanos, causando uma série de danos físicos, econômicos e transtornos aos habitantes da cidade.
Nas regiões de clima frio, deve-se considerar, ainda, a água armazenada na formas de geleiras, formadas pela precipitação de neve, e o fluxo correspondente ao degelo dessas geleiras.
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DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NA BIOSFERADISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NA BIOSFERA
97,2% água salgada99,34%
2,14% calotas e geleiras polares
0,633% águas subterrâneas
0,66% 0,022% águas superficiais
0,005% águas do solo + evaporação
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CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
O ciclo hidrológico pode ser resumido por meio dos seguintes processos:
DETENÇÃO: parte da precipitação fica retida na vegetação, depressões do terreno e construções. Essa massa de água retorna à atmosfera pela ação da evaporação ou penetra no solo pela infiltração.
ESCOAMENTO SUPERFICIAL: constituído pela água que escoa sobre o solo, fluindo para locais de altitudes inferiores, até atingir um corpo d’água como um rio, lago ou oceano. A água que compõe escoamento superficial pode também sofrer infiltração para as camadas superiores do solo, ficar retida ou sofrer evaporação.
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CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
INFILTRAÇÃO: a água infiltrada pode sofrer evaporação, ser utilizada pela vegetação, escoar ao longo da camada superior do solo ou alimentar o lençol de água subterrâneo.
ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO: constituído por parte da água infiltrada na camada superior do solo, sendo bem mais lento que o escoamento superficial. Parte desse escoamento alimenta os rios e os lagos, além de ser responsável pela manutenção desses corpos durante épocas de estiagem.
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CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
EVAPOTRANSPIRAÇÃO: parte da água existente no solo que é utilizada pela vegetação e eliminada pelas folhas na forma de vapor.
EVAPORAÇÃO: em qualquer das fases descritas anteriormente, a água pode voltar à atmosfera na forma de vapor, reiniciando o ciclo hidrológico.
PRECIPITAÇÃO: água que cai sobre o solo ou sobre um corpo d’água.
* Nos oceanos, a evaporação excede a precipitação, e nos continentes ocorre o oposto.
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Recursos hídricos: rios, lagos, represas, reservatórios.
Manancial de captação: fonte de abastecimento / bacia de captação; bacia menor dentro de uma maior.
Bacia hidrográfica: água superficial.
1. Qualidade da água – indicador da manutenção dos processos hidrogeológicos.
2. Qualidade biogeoquímica – indicador da manutenção da capacidade de suporte do solo.
3. Qualidade da biodiversidade – indicador da resistência e da estabilidade.
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A água é uma das matérias-primas da fotossíntese: seus
átomos de hidrogênio irão fazer parte da glicose fabricada, e
seus átomos de oxigênio se unem para formar o O2 (gás
oxigênio) liberado para a atmosfera.
Na respiração, as plantas degradam as moléculas orgânicas
que elas mesmas fabricam para obter energia, liberando gás
carbônico e água.
As plantas estão sempre perdendo água por meio da
transpiração, principalmente durante o dia, quando seus
estômatos estão abertos.
FENÔMENOS DO CICLO DA ÁGUA:
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DESEQUILÍBRIOS PROVOCADOS PELO HOMEM:
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DESEQUILÍBRIOS PROVOCADOS PELO HOMEM:
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O desmatamento e a retirada da cobertura vegetal deixa o
solo nu, facilitando a erosão e o assoreamento dos rios, lagos e
lagoas.
A erosão do solo deixa-o impróprio para a agricultura e
atividades pastoris e o assoreamento dos rios pode provocar
enchentes catastróficas.
ASSOREAMENTO - "Entupimento" do corpo d'água, ou seja,
fenômeno causado pela deposição de sedimentos minerais
(como areia e argila) ou de materiais orgânicos. Com isso,
diminui a profundidade do curso d'água e a força da correnteza.
ALTERAÇÕES NO CICLO
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CICLO DO CARBONO
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CICLO DO CARBONOCICLO 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
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CICLO DO CARBONOCICLO 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
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COCO22
FotossínteseFotossíntese
- Ciclo do Carbono
ReservatórioReservatório: : AtmosferaAtmosfera NN22 ----------------------> 78,00%----------------------> 78,00% OO22 ----------------------> 21,00%----------------------> 21,00% G.N G.N obres---------------> 0,97%obres---------------> 0,97% COCO22 ----------------------> 0,03%----------------------> 0,03%
COCO22Morte e
Decomposição
Carbono nos AlimentosCarbono nos Alimentos
COCO22
RespiraçãoRespiraçãoCOCO22 RespiraçãoRespiração
DecomposiçDecomposição dos ão dos
Produtos da Produtos da ExcreçãoExcreção
COCO22
Carbono da Combustão dos Combustíveis FósseisCarbono da Combustão dos Combustíveis FósseisPetróleoCarvãoTurfa COCO22
Morte e
Decomposição
COCO22
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O ciclo do carbono é uma sucessão de
transformações que sofre o carbono ao longo do
tempo. Este ciclo é dividido em duas etapas: o
ciclo biológico e o ciclo biogeoquímico.
Ciclo biológico: compreende as trocas de
carbono (co2) entre os seres vivos e a atmosfera ou
seja, a fotossíntese e a respiração. Este ciclo é
relativamente rápido; estima-se que a renovação do
carbono atmosférico ocorre a cada 20 anos.
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Ciclo biogeoquímico O co2 atmosférico se dissolve com
facilidade na água, formando o ácido carbônico que
ataca os silicatos constituintes das rochas produzindo
íons bicarbonatos. Estes íons dissolvidos na água
chegam ao mar onde são assimilados pelos animais
formando sedimentos após a sua morte. As águas que contém dióxido de carbono reagem
principalmente com os sais de cálcio dissolvidos para
formar carbonato e bicarbonatos cálcicos. Por último,
o carbonato cálcico se precipita por agentes
orgânicos ou inorgânicos. A maior perda no ciclo do carbono é a formação
de calcário
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Quando o dióxido de carbono (gás carbônico,
CO2) é diluido em água, tem-se o ácido carbônico
=H2CO3, que é instável, mantendo um equilíbrio:
CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> HCO3- + H+(aq)
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O retorno do carbono a atmosfera ocorre por
erupções vulcânicas após a fusão das rochas,
processo de longa duração que depende dos
mecanismos geológicos. Além disso, a matéria
orgânica sedimentada pode ser sepultada produzindo
através dos séculos o carvão, petróleo e gás natural
devido a decomposição deste material em ausência
de oxigênio.
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A combustão indiscriminada de combustíveis
fósseis para sustentar as atividades industriais e de
transporte produz uma elevação significativa de
dióxido de carbono na atmosfera, o que pode
ocasionar alterações climáticas, efeito estufa,
desertificação...
40
O carvão mineral, o petróleo, o gás natural
são substâncias minerais compostas de
hidrocarbonetos usada como combustível, sendo
chamados de combustíveis fosseis.
O combustível fóssil pode se originar da
fossilização de animais e plantas provocada por sua
vez pela ação de pressão e temperatura muito altas
geradas pelo soterramento há milhões de anos deste
material orgânico, teoria biogênica.
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O processo de degradação pelos
microrganismos, das grandes quantidades de
celulose, amido e outros inúmeros carboidratos
complexos presentes no solo, provenientes de modo
especial de tecidos vegetais, propicia que a crosta
terrestre não se transforme numa impenetrável
camada de plantas mortas, inteiramente inadequada
aos processos vitais. O resultado deste processo é
compostos orgânicos complexos aproveitáveis pelas
plantas e para elaboração do húmus.
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CICLO DO CARBONOCICLO 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.
resumo
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CICLO DO CARBONOCICLO 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.
resumo
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CICLO DO CARBONOCICLO 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)
resumo
45
CICLO DO CARBONOCICLO DO CARBONOresumo
46
CICLO DO CARBONOCICLO DO CARBONO
Aspectos relevantes: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.
resumo
47
CICLO DO CARBONOCICLO 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).
resumo
48
CICLO DO CARBONOCICLO DO CARBONO
Desmatamento: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.
resumo
49
CICLO DO CARBONOCICLO DO CARBONO
Efeito estufa: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.
resumo
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DESEQUILÍBRIOS PROVOCADOS PELO HOMEM NO CICLO DO CARBONO:
AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE CO2
Após a revolução industrial, a emissão de poluentes
derivados da queima de combustíveis fósseis têm
aumentado
surpreendentemente.
Queimadas, que provoca:
• Desertificação e diminuição do banco genético.
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DESEQUILÍBRIOS PROVOCADOS PELO HOMEM NO CICLO DO CARBONO:
DIMINUIÇÃO DO CONSUMO DE CO2
Pelo petróleo derramado pelos oceanos, que provoca:
•Morte do plancton pela obstrução da passagem da luz;
Pelo desmatamento.
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RELAÇÃO ENTRE O CICLO DO CARBONO E OXIGÊNIO
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O dióxido de carbono e o
monóxido de carbono ficam
concentrados em determinadas
regiões da atmosfera formando
uma camada que bloqueia a
dissipação do calor.
Esta camada de poluentes, tão
visível nas grandes cidades,
funciona como um isolante
térmico do planeta Terra. O calor
fica retido nas camadas mais
baixas da atmosfera trazendo
graves problemas ao planeta
EFEITO ESTUFA
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Pesquisadores do meio ambiente já estão prevendo os
problemas futuros que poderão atingir nosso planeta caso
esta situação persista. Muitos ecossistemas poderão ser
atingidos e espécies vegetais e animais poderão ser
extintos. Derretimento de geleiras e alagamento de ilhas e
regiões litorâneas.
Alterações climáticas poderão influenciar negativamente na
produção agrícola de vários países, reduzindo a quantidade
de alimentos em nosso planeta.
CONSEQUÊNCIAS DO EFEITO ESTUFA:
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A elevação da temperatura
nos mares poderia ocasionar o desvio
de curso de correntes marítimas,
ocasionando a
extinção de vários
animais marinhos e
diminuir a
quantidade de peixes nos mares.
CONSEQUÊNCIAS DO EFEITO ESTUFA:
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Efeito de EstufaEfeito de Estufa
+CO+CO22
Ciclo do Carbono
Efeito de Estufa Efeito de Estufa do COdo CO2 2 Mais Radiações Mais Radiações LuminosasLuminosas Menos Radiações Menos Radiações TérmicasTérmicas
Mais Mais TemperaturaTemperatura
Radiação Luminosa
+ Radiação Luminosa
Radiação Térmica
- Radiação Térmica
+T+T
+T+T
Degelo da Atual Glaciação
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O nitrogênio é indispensável à vida, uma vez que entra
na constituição das proteínas e ácidos nucléicos. Admite-
se que, no corpo humano, 16% são constituídos por
proteínas.
A mais importante fonte de nitrogênio é a atmosfera.
Cerca de 78% do ar é formado por nitrogênio livre (N2),
mas a maioria dos seres vivos é incapaz de aproveitá-lo no
seu metabolismo.
Os únicos seres que fixam o nitrogênio são bactérias,
cianobactérias e fungos por apresentarem enzimas
apropriadas para essa função.
Ciclo do Nitrogênio
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CICLO DO NITROGÊNIO
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO DO NITROGÊNIO
A fixação biológica do N2A 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO DO NITROGÊNIO
A nitrificaçãoA 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO 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 N2 dá-se o nome de desnitrificação, e as bactérias que
realizam essa transformação são chamadas de desnitrificantes.
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Nome do Processo Agente Equação
FixaçãoBactéria Rhizobium eNostoc (alga cianofícea) N2 => sais nitrogenados
Amonização Bactérias decompositoras N orgânico => NH4
NitrosaçãoBactéria Nitrosomonase Nitrosococcus NH4 => NO2
Nitratação Bactéria Nitrobacter NO2 => NO3
DesnitrificaçãoBactérias Desnitrificantes(Pseudomonas)
NO3 => N2
Resumo dos processos no ciclo do Nitrogênio:Resumo dos processos no ciclo do Nitrogênio:
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CICLO DO NITROGÊNIOCICLO DO NITROGÊNIO
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PROCESSO DE EUTROFIZAÇÃOPROCESSO 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.
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CICLO DO NITROGÊNIO
NH3
amônia
NO3
nitrato
NO2
nitrito
N2 nitrogênio
atmosférico
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CICLO DO NITROGÊNIO
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CICLO DO NITROGÊNIO
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78 ReservatórioReservatório: : AtmosferaAtmosfera NN22 ----------------------> 78,00%----------------------> 78,00% OO22 ----------------------> 21,00%----------------------> 21,00% G.N G.N obres---------------> 0,97%obres---------------> 0,97% COCO22 ----------------------> 0,03%----------------------> 0,03%
NN22 atmosférico atmosférico
- Ciclo do Nitrogênio
nitratos
Bactérias fixadoras de N2 (em nódulos)
N nas proteínas
NN22 atmosférico atmosférico
bactériasdesnitrificantes
morte e decomposiçãonitratos
cianofíceas(algas azuis)
descargaselétricas
nitratos
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O plantio de leguminosas (feijão, por exemplo),a chamada
adubação verde, enriquece o solo com compostos
nitrogenados, uma vez que nas raízes dessas plantas há
nódulos repletos de bactérias fixadoras de nitrogênio.
Outro procedimento agrícola usual é a rotação de culturas, na
qual se alterna o plantio de não-leguminosas, que retiram do
solo os nutrientes nitrogenados, com leguminosas que
devolvem esses nutrientes para o meio.
APLICAÇÃO DO CICLO DO NITROGÊNIO
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Rotação de Culturas
Milho consorciado com amarante e leguminosasem base de rotação despensa, pesticidas e adubos químicos para aumentar a
fertilidade do soloFoto: T.L.GETTINGS/RODALE
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Rotação de Culturas
Cada paisagem contém uma história. Fileiras de colheitas variadas indicam
que a roça é diversificada, em pequena escala, permitindo que os
predadores e os polinizadores naturais realizem a sua
tarefa
Um campo de mil acres, sem uma única erva daninha à
vista,indica o uso nocivo de pesticidas e herbicidas
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CICLO DO FÓSFORO
Não existem muitos compostos gasosos de fósforo e,
portanto, não há passagem de fósforo pela atmosfera.
A existência de apenas um composto de fósforo
realmente importante para os seres vivos: o íon
fosfato.
A decomposição devolve o fósforo que fazia parte da
matéria orgânica ao solo ou à água.
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CICLO DO FÓSFOROCICLO DO FÓSFORO
O fósforo é o material genético constituinte das moléculas de DNA e RNA e componente dos ossos e dentes. É, portanto, elemento fundamental na transferência de caracteres no processo de reprodução dos seres humanos. Os fósforo aparece nos organismos em proporção muito superior aos outros elementos, quando comparado com sua participação nas fontes primárias. Esse fato justifica a importância ecológica do fósforo, sugerindo ser o fator mais limitante à produtividade primária.
O fósforo é um elemento de ciclo fundamentalmente sedimentar; seu principal reservatório é a litosfera, mais precisamente as rochas fosfatadas e alguns depósitos formados ao longo de milênios.
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CICLO DO FÓSFOROCICLO DO FÓSFORO
Por meio de processos erosivos, ocorre a liberação do fósforo na forma de fosfatos, que serão utilizados pelos produtores. Entretanto, parte desses fosfatos liberados é carreada para os oceanos, onde se perde em depósitos a grande profundidades, ou é consumida pelo fitoplâncton.
Os meio de retorno do fósforo para os ecossistemas a partir do oceanos são insuficientes para compensar a parcela que se perde. Ao mesmo tempo em que reduzem a taxa de retorno, os seres humanos, agindo sobre a natureza com a exploração da mineração, ocupação desordenada do solo, desmatamentos e agricultura, entre outras atividades, aceleram o processo de perda de fósforo do ciclo.
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CICLO DO FÓSFOROCICLO DO FÓSFORO
O ciclo do fósforo é lento, passando da litosfera para a hidrosfera por meio da erosão.
Parte do fósforo é perdida para os depósitos de sedimentos profundos no oceano. Devido a movimentos tectônicos, existe a possibilidade de levantamentos geológicos que tragam de volta o fósforo perdido. Por meio da reciclagem, o fósforo, em compostos orgânicos, é quebrado pelos decompositores e transformado em fosfatos, sendo novamente utilizado pelos produtores. Nesse processo também há perdas, uma vez que os ossos, ricos em fósforo, oferecem resistência aos decompositores e à erosão.
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CICLO DO FÓSFOROCICLO DO FÓSFORO
1. Rochas sedimentares são o reservatório natural do
fósforo.
2. O fósforo é um elemento essencial para a constituição de
ATP, DNA e RNA.
3. A forma mais comum para a absorção dos vegetais é o
PO4.
4. Assim como o nitrogênio, é um elemento limitante,
controlando a abundância dos organismos.
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CICLO DO FÓSFOROCICLO DO FÓSFORO
INTERVENÇÕES ANTRÓPICASINTERVENÇÕES ANTRÓPICAS
- EUTROFIZAÇÃO -- EUTROFIZAÇÃO -
1. Despejos de efluentes ricos em fosfatos. Ex.:
detergentes.
2. Utilização de fertilizantes químicos, ricos em fosfatos.
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Ciclo do fósforoCiclo do fósforo
O P é um componente essencial do DNA, ATP e das moléculas fosfoli-O P é um componente essencial do DNA, ATP e das moléculas fosfoli-
pídicas da membrana celular;pídicas da membrana celular; Os depósitos sofrem erosão liberando fosfato para o ambiente. Os depósitos sofrem erosão liberando fosfato para o ambiente.
Uma grande quantidade escapa para o mar, onde uma parte se Uma grande quantidade escapa para o mar, onde uma parte se
deposita em sedimentos rasos e outra em sedimentos profundos;deposita em sedimentos rasos e outra em sedimentos profundos;Os meios de devolver o P ao ciclo podem ser inadequados para Os meios de devolver o P ao ciclo podem ser inadequados para
compensar as perdas:compensar as perdas:
- não ocorre ampla elevação dos sedimentos,- não ocorre ampla elevação dos sedimentos,
- a ação das aves marinhas (desempenham papel importante - a ação das aves marinhas (desempenham papel importante
devido aos depósitos de guano na costa do Peru) e dos peixes - devido aos depósitos de guano na costa do Peru) e dos peixes -
transferência de P do mar para a terra - não é eficiente transferência de P do mar para a terra - não é eficiente
Pool Pool reservatórioreservatório: rochas e: rochas e
sedimentossedimentos
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Aves e morcegos devolvem o fosfato nas fezes – o guano.
Uma parte do elemento recicla-se localmente entre o solo, as
plantas, consumidores e decompositores, em uma escala de
tempo relativamente curta.
Outra parte dele é arrastada pelas chuvas para os lagos e
mares, onde acaba se incorporando às rochas. Nesse caso, o
fósforo só retornará aos ecossistemas mais tarde, quando
essas rochas se elevarem em conseqüência de processos
geológicos e, na superfície, forem decompostas e
transformadas em solo.
As plantas obtêm fósforo do ambiente absorvendo os
fosfatos dissolvidos na água e no solo. Os animais obtêm
fosfatos na água e no alimento.
CICLO DO FÓSFORO
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CICLO DO FÓSFORO
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CICLO DO ENXOFRECICLO 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.
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CICLO DO ENXOFRECICLO 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.
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CICLO DO ENXOFRECICLO DO ENXOFRE
1. O grande reservatório de enxofre é no solo e nos sedimentos.
2. É um ciclo que caracteriza-se pela participação efetiva e rápida dos microorganismos.
3. Recuperação de compostos de enxofre a partir da ação microbiana sobre o sedimentos profundos.
4. Interação nos processos geoquímicos, meteorológicos e biológicos.
5. Interdependência do ar, da água e do solo na regulação do ciclo global.
6. A principal forma disponível é o sulfato (SO4), que será reduzido pelos seres autótrofos e incorporado às proteínas.
7. É um ciclo menos limitante do que o do nitrogênio e o do fósforo.
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CICLO DO ENXOFRECICLO DO ENXOFRE
INTERVENÇÕES ANTRÓPICASINTERVENÇÕES 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.
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Ciclo do EnxofreCiclo do Enxofre
PoolPool reservatório: rochas ígneas reservatório: rochas ígneas
poolpool de troca: atmosfera de troca: atmosfera
O S é um componente essencial de algumas proteínas;O S é um componente essencial de algumas proteínas;O sulfato (SOO sulfato (SO44
2-2-) é a principal forma disponível para os ) é a principal forma disponível para os organismos;organismos; O ecossistema não necessita de uma grande quantidade de O ecossistema não necessita de uma grande quantidade de S, mas S, mas
este ciclo é um ciclo chave no padrão global de produção e este ciclo é um ciclo chave no padrão global de produção e
da decomposição (Por ex. quando se formam sulfetos de ferro da decomposição (Por ex. quando se formam sulfetos de ferro (FeS)(FeS)
nos sedimentos, o P é convertido de uma forma insolúvel nos sedimentos, o P é convertido de uma forma insolúvel numa numa
forma solúvel , ficando assim disponível para os organismos forma solúvel , ficando assim disponível para os organismos vivos ).vivos ).
Excelente exemplo de como um ciclo regula Excelente exemplo de como um ciclo regula outro!!!outro!!! Os microorganismos (principalmente bactérias) Os microorganismos (principalmente bactérias) desempenham desempenham
um papel importante no ciclo do S.um papel importante no ciclo do S.
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A erosão, a sedimentação, a atividade vulcânica e o transporte A erosão, a sedimentação, a atividade vulcânica e o transporte
biológico, são os principais agentes que efetuam a circulação do S;biológico, são os principais agentes que efetuam a circulação do S; O óxido se S (SOO óxido se S (SO22) é uma espécie transitória no ciclo do S e ocorre ) é uma espécie transitória no ciclo do S e ocorre
em pequena concentração.em pequena concentração.
Problemas ambientaisProblemas ambientais
Aumento da concentração de SOAumento da concentração de SO22
- Queima de combustíveis fósseis,- Queima de combustíveis fósseis,
- Centrais elétricas a carvão- Centrais elétricas a carvão
- erupções vulcânicas- erupções vulcânicas
- Diminuição da fotossíntese- Diminuição da fotossíntese
- Aumento da chuva ácida- Aumento da chuva ácida
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CICLO DO OXIGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO OXIGÊNIOCICLO 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.
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CICLO DO OXIGÊNIOCICLO DO OXIGÊNIO
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