aula 6 ciclos biogeoquimicos

UNESA – Universidade Estácio de SáDisciplina: ´Ciências Ambientais / Ecologia

1

Ciclos Ciclos BiogeoquímicosBiogeoquímicos


2

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:


3

Representando fica assim....

4

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: 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.


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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


9

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

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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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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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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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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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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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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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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:


28

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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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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34

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.

39

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.

41

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.

42


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

43


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

44


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


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


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


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


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


50

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


53

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


54

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:


55

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:


56

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


57

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


58

CICLO DO NITROGÊNIO


59

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.


60


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.


61


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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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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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.


64


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.


65


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.


66


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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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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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.


69


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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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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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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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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NH3

amônia

NO3

nitrato

NO2

nitrito

N2 nitrogênio

atmosférico


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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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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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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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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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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


90

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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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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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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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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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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aula 6 ciclos biogeoquimicos

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