Disciplina:Ciências do Ambiente

Prof. Fernando Porto

Introdução à EcologiaParte 4

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Introdução

• Entende-se por ciclo biogeoquímico o movimento cíclico de elementos químicos entre o meio biológico e o ambiente geológico.

• Todos os 30 a 40 elementos necessários ao desenvolvimento dos seres vivos circulam na biosfera.

• No quadro a seguir encontram-se relacionados os elementos químicos mais presentes nos tecidos vivos, relacionando-os com a sua proporção na crosta terrestre.

Elemento Símbolo HomemCrosta

terrestrePé-de-milho

Oxigênio O 65,0 49,0 75,0

Carbono C 18,0 0,09 13,0

Hidrogênio H 10,0 0,88 10,0

Nitrogênio N 3,3 0,03 0,45

Cálcio Ca 1,5 3,4 0,07

Fósforo P 1,0 0,12 0,06

Potássio K 0,35 2,4 0,28

Enxofre S 0,25 0,05 0,05

Sódio Na 0,24 2,6 traços

Cloro Cl 0,19 0,19 0,04

Magnésio Mg 0,05 1,9 0,06

Ferro Fe 0,005 4,7 0,03

Manganês Mn 0,0003 0,08 0,01

Silício Si traços 25 0,36

• O fator mais importante de um ciclo biogeoquímico constitui-se no fato de que os componentes bióticos e abióticos aparecem intimamente entrelaçados.

• Todos os ciclos biogeoquímicos incluem seres vivos; sem a vida, os ciclos biogeoquímicos cessariam e, sem eles, a vida se extinguiria. As seguintes características podem ser observadas nos ciclos biogeoquímicos:

1. Um depósito "geológico" (atmosfera ou litosfera);

2. Inclusão de seres vivos (vegetais, animais e microrganismos);

3. Câmbios químicos (trocas);

4. Movimento do elemento químico desde o meio físico até os organismos e seu retorno a este.

• Os ciclos biogeoquímicos podem dividir-se em dois tipos básicos:

• ciclos (de nutrientes) gasosos, cujo depósito ou reservatório geológico é a atmosfera. Exemplos: ciclo do carbono, do oxigênio e do nitrogênio. São ciclos relativamente rápidos e fechados.

• ciclos (de nutrientes) sedimentares, têm como reservatório geológico as rochas sedimentares. Exemplo: o ciclo do fósforo e do enxofre. Estes são considerados ciclos lentos, posto que os depósitos sedimentares são pouco acessíveis aos organismos.

Ciclo do Carbono

• O carbono é o principal constituinte de qualquer matéria orgânica, sendo portanto essencial à vida na Terra.

• Encontra-se disponível no ar atmosférico ou dissolvido nas águas, na forma de gás carbônico.

• O CO2 entra na composição do ar atmosférico com apenas 0,03%. Entretanto, esta quantidade é suficiente para manter toda a vida na Terra, uma vez que se mantém em contínua reciclagem, através do seu ciclo.

• Inicialmente, o CO2 é fixado por vegetais, algas e bactérias na fotossíntese, formando carboidratos e liberando oxigênio.

• Os carboidratos são degradados pela respiração e o carbono é devolvido ao meio na forma de CO2.

• Uma fração do CO2 do ar combina-se com a chuva formando ácido carbônico (H2CO3). No solo, este continua a combinar-se e acaba reagindo com os ácidos existentes no solo, liberando CO2 para a atmosfera.

• A queimada, o desmatamento e a queima de combustíveis fósseis são atividades que interferem diretamente no ciclo do CO2.

• Porém, maior atenção deve ser dada às águas, pois 80% da produção fotossintética vem das algas marinhas e de água doce.

• A poluição das águas, com destruição do fitoplâncton, pode desequilibrar todo o ciclo do carbono.

Fitoplâncton

Ciclo do Oxigênio

• Um grande reservatório de oxigênio é o ar atmosférico, do qual constitui cerca de 20%.

• Está presente tanto no mundo orgânico como no inorgânico.

• Neste, entra na constituição dos minerais e das rochas.

• No mundo orgânico, é essencial à vida, uma vez que entra na composição dos tecidos vivos e é imprescindível para a respiração.

• É através da respiração de vegetais, animais e microrganismos que o oxigênio é retirado da atmosfera e devolvido na forma de gás carbônico (CO2) e água.

• Mesmo os organismos anaeróbios participam do ciclo, uma vez que retiram o oxigênio da matéria orgânica devolvendo-o ao meio na forma de CO2.

• Água e gás carbônico, pela ação dos autótrofos, são retirados do ambiente e devolvidos na forma de carboidratos (alimento) e oxigênio, através da fotossíntese.

• No ar, tanto a H2O como o CO2 entram nos seus respectivos ciclos e ambos contém oxigênio, que faz parte do ciclo total. Desse modo, pode-se notar que o ciclo do oxigênio está intimamente relacionado com os ciclos do carbono e da água.

• O fator mais recente que afeta o ciclo do oxigênio na biosfera e o balanço de oxigênio na terra, é o próprio homem. Além de inalar oxigênio e de exalar dióxido de carbono, o homem contribui para diminuir o nível de oxigênio e aumentar o de dióxido de carbono pela queima de combustíveis, o desmatamento e pavimentação de terras anteriormente verdes.

Atmosfera (0,5%)

Respiração e decomposição

Fotossíntese

Litosfera (99,5%)

sepultamento

fotólise

Biosfera (0,01%)

Intemperismo

Intemperismo

Ciclo do Oxigênio: Fluxo e Reservatórios

Ciclo do Nitrogênio

• O nitrogênio é importante pela sua participação fundamental na composição das proteínas, as quais representam quase 16% do corpo humano.

• O N2 encontra-se disponível no ar atmosférico na proporção de 79% mas, apesar dessa abundância, são poucos os organismos que conseguem fixá-lo: nos solos, é fixado pelas bactérias do gênero Rhizobium e Nitrobacter que vivem em mutualismo com plantas leguminosas, e, nas águas, pelas algas azuis do gênero Nostoc.

Rhizobium

• Além da fixação biológica, pode ocorrer fixação atmosférica e industrial, quando o nitrogênio é transformado em nitrato ou ácido nítrico, que fica no ambiente à disposição dos vegetais.

• Estes absorvem o nitrogênio fixado, transformando-o em proteínas; a passagem para os animais inicia-se com os herbívoros.

Nitrato de cálcio: fertilizante industrial

• Plantas e animais mortos, juntamente com as excreções, são transformados, pelos organismos da putrefação (bactérias e fungos), em amônia (NH3) num processo denominado amonificação.

• A amônia é utilizada pelas bactérias Nitrosomonasque a oxidam, produzindo nitrito (NO2-) e este é transformado em nitrato (NO3-) pelas bactérias Nitrobacter.

• Após a nitrificação, dissolve-se nas águas ou permanece nos solos, de onde é absorvido pelas plantas ou sofre desnitrificação por ação de bactérias, voltando ao ar atmosférico.

• O nitrogênio fixado que não é absorvido pelos vegetais, pode ser transportado para os mares, indo constituir sedimentos profundos nos oceanos, podendo sair de circulação por milhões de anos, só voltando ao ciclo pelas erupções vulcânicas. Não fosse a atividade vulcânica em determinados ambientes, talvez ocorressem problemas devidos à falta de proteínas para a alimentação humana.

Erupção do Sta. HelenaErupção de 18 de maio de 1980. 57 mortos; 250 casas, 47 pontes, 24 km de estradas de ferro e 298 km de rodovias destruídos. Reduziu a elevação do cume da montanha de 2.950 m para 2.549 m. A avalanche de detritos moveu 2,9 km³ em volume.

Ciclo do Nitrogênio

Ciclo da Água

• A água representa o constituinte inorgânico mais abundante na matéria viva. O homem possui 65% do seu peso constituído de água e alguns animais chegam a ser formados de 99% desse composto.

• O ciclo da água consiste basicamente na evaporação da água das camadas líquidas superficiais do solo, por efeito da ação dos raios solares, seguindo-se a formação de nuvens e sua condensação e precipitação sob a forma de chuva, granizo ou neve.

• Uma parcela da água que se precipita sobre o solo infiltra-se, promovendo a sua reidratação e o carregamento das reservas freáticas. Uma outra parcela, escoa superficialmente formando os córregos, rios e lagos.

• A proporção de água de escoamento superficial em relação à infiltração é influenciada fortemente pela ausência ou presença de cobertura vegetal, uma vez que esta constitui barreira ao rolamento livre, além de tornar o solo mais poroso.

• A parcela de água que se precipita sobre a hidrosfera participa do ciclo curto e a que cai sobre a litosfera compõe o ciclo longo.

• Os organismos terrestres podem obter água em vários pontos deste ciclo. As plantas a retiram do solo, enquanto que a maioria dos animais a ingere. Por outro lado, vegetais e animais devolvem água para a atmosfera: os vegetais principalmente pelas folhas; os animais, através da pele e pelos sistemas respiratório, digestivo e urinário.

• A vegetação exerce, por sua vez, função importante com relação à devolução da água de infiltração através da evapotranspiração, acelerando muito os processos de simples evaporação.

• Considerando-se a proporção que representa o somatório da superfície das folhas em relação à superfície do solo, é fácil avaliar o papel acelerador desempenhado pela vegetação em relação à transferência de umidade do solo para a atmosfera.

• Além disso, o sistema radicular de árvores e arbustos, podendo atingir dezenas de metros de profundidade, constitui um mecanismo de alta eficiência em relação a esse transporte, permitindo a movimentação rápida de enormes volumes de água.

• Daí a importância fundamental da cobertura vegetal, com relação à manutenção da umidade atmosférica, regularidade das chuvas e outros fatores metereológicos.

• Todos os ciclos biogeoquímicos relacionam-se intimamente com o ciclo da água e o fluxo energético através da biosfera.

• De uma forma ou de outra, a água constitui o meio principal para a circulação de nutrientes.

• O calor solar que determina a formação de correntes atmosféricas, permitindo a precipitação e evaporação no ciclo da água, proporciona também a energia para que os organismos vivos, principalmente os vegetais, possam manter em movimento os ciclos dos nutrientes.

• Estes últimos, requerem o fluxo da água para manterem-se.

Exercício

• Como o homem interfere no ciclo biogeoquímico do (a) carbono, (b) do oxigênio, (c) do nitrogênio e (d) da água?

• Como a queima de combustíveis fósseis pode influenciar o ciclo do carbono ?

Data de Entrega5S A, C e U 13/09/20168SU 15/09/20168SC 16/09/2016

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DISTRIBUIÇÃO DOS ECOSSISTEMAS

Introdução

• As várias regiões do planeta possuem características próprias, desenvolvendo-se nela flora e fauna típicas, constituindo ecossistemas.

• A forma mais comum de estudar os ecossistemas é através da identificação de formações vegetais, associando-se a estas os animais. Cada combinação distinta de plantas e animais, em clímax, é chamada bioma.

• A biosfera é constituída de dois tipos de biomas: os aquáticos e os terrestres.

biosfera

terrestre

aquático

BIOMAS

talássicos(áqua salgada)

límnicos(áqua doce)

lênticos(água parada)

lóticos (água em movimento)

Florestas CamposMontanhasDesertosManguesPraiasIlhasSoloCavernas

Classificação do WWF Global 200 (World Wildlife Fund)

Biomas Brasileiros

• Cerrado,

• Caatinga,

• Pantanal,

• Floresta Atlântica,

• Mata de Araucárias,

• Campos,

• Banhados,

• Cocais,

• Mangues,

• Restingas e

• Floresta Amazônica.

Principais biomas brasileiros:

Floresta Amazônica• Maior floresta tropical do mundo, cobre quase metade do

território brasileiro (área sete vezes maior que a da França).

• Tem suas maiores riquezas no seu sistema hídrico, por onde corre 1/5 de toda a água doce do planeta, e na biodiversidade. Estima-se que contenha 20% de todas as espécies vivas do planeta convivam neste ecossistema, sendo 20 mil de vegetais superiores, 1.700 de peixes, 300 de mamíferos, 1.300 de pássaros e dezenas de milhares de insetos, outros invertebrados e microrganismos.

• Berço de inúmeras civilizações indígenas - Yanomani, Tukano, Caiapó, Tikuna, Manaó, Guanavena, etc., muitas destas já extintas.

Floresta Amazônica

• Fonte de matérias primas alimentícias, medicinais, florestais, energéticas e minerais. Boa parte destas riquezas ainda não foi catalogada, porém milhares de espécies desaparecem a cada ano em virtude da devastação da floresta para exploração de minérios, implementação de grandes projetos agropecuários, usinas hidrelétricas, grandes indústrias (ferro gusa, alumínio), construção de rodovias (Transamazônica), caça e pesca predatórias.

• Acredita-se que tenha importante papel na estabilização do clima do planeta, como ‘condicionador de ar”. Neste contexto, a derrubada e queima da floresta contribui para o aumento do ‘efeito estufa’.

Floresta Amazônica

Floresta Atlântica

• Muito semelhante à Floresta Amazônica, a Floresta Atlântica cobria aproximadamente 12% do território brasileiro. Hoje porém, está reduzida a menos de 10% de sua cobertura primitiva, apresentando-se em alguns Estados como manchas desprovidas de espécies arbóreas mais valiosas, chamadas de matas catadas.

• Segundo os botânicos, este ecossistema apresenta a maior diversidade de vegetais do planeta, 150 espécies por hectare.

• Ecossistema em extinção devido às grandes concentrações urbanas, atividade portuária, agroindústria, siderúrgicas, polos petroquímicos, expansão urbana desordenada na faixa litorânea e mineração de granito, calcário e areia.

Floresta Atlântica

Restingas e Mangues

• As Restingas como os Mangues, estendem-se por quase toda a costa brasileira. Os mangues são ecossistemas de alta produtividade, criadouro e refúgio permanente e temporário de muitas espécies de peixes, crustáceos, moluscos e aves.

• Pela sua importância como berçário da vida marinha, sem manguezais a vida dos oceanos estaria ameaçada.

• As restingas com suas variedades de vegetação, à medida que avança para o interior do continente, têm papel fundamental na fixação das dunas. A presença humana através de especulação imobiliária, a extração da lenha, projetos agrícolas e extração de areia, têm contribuído para a degradação desse ecossistema.

Restinga ou Mangue

Pampas

• Os Campos ou Pampas, característicos da região sul do país, são ideais para o desenvolvimento da pecuária, tornando-se a região detentora de grande rebanho bovino.

• A atividade pecuária, aliada ao plantio de soja e trigo e à prática da queimada, tem contribuído para a degradação desse ecossistema.

Pampa

Mata de Araucárias

• Hoje restrita ao Estado do Paraná e Santa Catarina, a Mata de Araucárias, que forneceu madeira para os mais diversos usos humanos, é, atualmente, um ecossistema praticamente extinto, substituído por plantações de eucaliptus e pinus, que oferecem madeira de qualidade inferior, mas de corte mais rápido.

Bosque remanescente da Mata de Araucárias

Pantanal

• O Pantanal, característico pelas duas estações bem definidas -inverno e verão - e pela mistura de floras, abriga a maior densidade faunística das Américas, representada por 650 espécies de aves, 230 de peixes, 80 de mamíferos, 50 de répteis e, dentre os insetos, são mais de mil espécies de borboletas já catalogadas. A atividade humana se faz presente no pantanal principalmente a través das grandes fazendas de gado (pecuária extensiva), pesca predatória, caça do jacaré (coureiros), garimpo de ouro e pedras preciosas nos rios Paraguai e São Lourenço, turismo e migração desordenados e predatórios, manejo inadequado dos cerrados, resultando no assoreamento e contaminação das águas pantaneiras.

Pantanal

Caatinga

• Seca prolongando-se por nove meses ou mais, baixas precipitações médias anuais, predomínio de plantas xerófitas e arbustos esbranquiçadas na seca (Caatinga = mata branca), são características da Caatinga.

• Representa 11% do solo do país, cobrindo mais de 70% da região nordeste.

• O rio São Francisco é o corpo d’água mais importante, tendo no seu vale a região mais produtiva desse ecossistema.

• O uso humano desordenado da caatinga vem deixando suas marcas, muitas vezes irreversíveis, como a desertificação.

Caatinga

• Suas ações se fazem presentes através dos grandes projetos agrícolas, da prospecção e exploração da água subterrânea e de combustíveis fósseis, de siderúrgicas, olarias e outras indústrias, formação de pastagens, grandes projetos de irrigação e drenagem mal conduzidos e exploração da lenha como combustível.

Caatinga

Cerrados

• Os Cerrados característicos da região central do país, cerca de 25% do território brasileiro, tem a queimada natural como importante fator ecológico e quase todas as plantas têm adaptações para se defender.

• Após o fogo, muitas espécies florescem e as folhas novas atraem herbívoros das regiões de vegetação seca, garantindo assim o seu desenvolvimento. A ocupação humana dos cerrados nos últimos quarenta anos, acelerou os processos de degradação pela implantação de grandes projetos agropecuários, expansão urbana desordenada, invasão de reservas indígenas, grandes olarias, indústria de transformação (carvão, cimento), e garimpos.

Cerrado

Exercício

• Que são biomas?

• Explique como a queimada pode atuar como fator ecológico contribuindo para a conservação dos cerrados.

• Para os biomas (a) Floresta Amazônica e (b) Floresta Atlântica, identifique três atividades humanas que contribuem para a degradação.

Data de Entrega5S A, C e U 13/09/20168SU 15/09/20168SC 16/09/2016

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Bibliografia

Selma Maria de Araújo Apostila Introdução às Ciências do Ambiente para Engenharia.

Universidade Federal da Paraíba, Departamento de Engenharia Civil, 1997.