Aula - Ciclos Biogeoquímicos

Aula 2 – Ciclos Biogeoquímicos

Os ciclos biogeoquímicos são importantes na autorregulação da biosfera^[1], com uma constante permuta de matéria/energia entre os três grandes reservatórios (hidrosfera, atmosfera e litosfera), mantendo um intercâmbio equilibrado entre o meio físico (abiótico) e o biológico (biótico). Em tais ciclos há sempre um compartimento maior que os demais, funcionando como um reservatório de nutriente para garantir escoamento lento e regularizado da espécie em questão.

Ciclo da água

O ciclo hidrológico (Figura 1) está intimamente ligado ao ciclo energético terrestre, isto é, à distribuição da energia solar. Por processos de evaporação, essa energia é responsável pelo transporte da água dos compartimentos hidrosfera e litosfera ao compartimento atmosfera. Após a precipitação da água na forma de chuva ou neve, por infiltração no solo, ocorre a renovação das águas subterrâneas, ou lençol freático (recarga dos aquíferos), e essa água pode afluir em determinados pontos, formando as nascentes. A água acumulada pela infiltração é devolvida à atmosfera por efeito de evaporação direta dos sistemas aquáticos, solos e pela transpiração das folhas dos vegetais.

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Figura 1. Ciclo da água.

Ciclo do carbono

O ciclo do carbono está intimamente relacionado com os seres vivos que vivem sobre a superfície terrestre. Existem vários tipos de compostos de carbono nas diversas etapas que compõem o ciclo. Esses compostos podem ser líquidos, sólidos e gasosos. Muitos deles são sintetizados pelos organismos vivos, com números de oxidação variando de +4 a -4. Contudo, o transporte de carbono entre os vários compartimentos (atmosfera, hidrosfera e litosfera) é feito, principalmente, pelo carbono com número de oxidação (+4) na forma de CO2, carbonato (CO32-) ou bicarbonato (HCO3-). As principais reações para formação ou modificação do carbono +4 são as seguintes:

Fotossíntese e respiração

                 (Reação 1)[pic 3]

                                 (Reação 2)[pic 4]

A Reação 1 corresponde à absorção de CO2 da atmosfera pelos vegetais durante o processo fotossintético para formar a biomassa. A Reação 2 representa o processo de respiração que ocorre em todos os seres vivos, e o resultado final é a produção de energia necessária para a atividade desses organismos.

Interação com a água

[pic 5]	(Reação 3)
[pic 6]	(Reação 4)
[pic 7]	(Reação 5)
[pic 8]	(Reação 6)
[pic 9]	(Reação 7)

        As reações 3 e 4 correspondem ao processos de dissolução do CO2 em água, as reações 5 e 6 são reações de equilíbrio, em soluções aquosas. Essas reações em equilíbrio podem participar de mecanismos de transporte do CO2 em meios aquosos tão diferentes, como os que existem nos oceanos e, no transporte de CO2 entre células e pulmão feito pelo sangue. Os mesmos equilíbrios interagindo com íons metálicos (Reação 7) podem resultar na formação de esqueletos e carapaças de organismos como conchas, casca de ovos ou na formação e dissolução de rochas e sedimentos.

O ser humano interfere globalmente no ciclo do carbono adicionando quantidades significativas de CO2 na atmosfera, quando utiliza qualquer combustível contendo carbono proveniente de fonte não-renovável:

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        Atualmente, as reações de combustão emitem grandes quantidades de CO2 para a atmosfera. Estima-se que, no início de 1990, a emissão de CO2, apenas pelos processos de combustão, foi da ordem de 6,2 Gt(C)^[2], aproximadamente mil bilhões de quilos de carbono.

        A vegetação é também responsável pela emissão de grandes quantidades de compostos de carbono para a atmosfera. Além do CO2, ela emite diversos compostos orgânicos em que o carbono está presente com diferentes números de oxidação. Árvores como o eucalipto, por exemplo, emitem compostos para a atmosfera que chegam a dar um odor característico ao seu entorno. Tais compostos orgânicos são classificados como compostos orgânicos voláteis (COV). Essa classe de compostos compreende o conjunto de compostos de carbono que podem ser encontrados na fase de vapor na atmosfera, excluindo o CO e o CO2. Esses compostos são emitidos naturalmente, sobretudo pelos organismos vivos, mas nas proximidades dos aglomerados urbanos também são emitidos por atividades humana. Neste caso, a maior emissão de COV ocorre durante a utilização de diferentes meios de transporte e produção de energia. O combustível usado para este fim evapora para atmosfera durante estocagem, transporte e abastecimento. Posteriormente, partes não totalmente queimadas durante o processo de combustão são emitidas pelos canos de descargas. Outra grande emissão de COV ocorre pelo uso industrial de solventes orgânicos.

        A Figura 2 apresenta um esquema geral sobre o ciclo do carbono, exemplificando o CO2 como principal composto responsável pelo transporte de carbono para a atmosfera.

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Figura 2. Esquema geral do ciclo do carbono. Unidades de massa em Tg (teragrama = 1012g).

Ciclo do nitrogênio

        O nitrogênio é um macroelemento essencial para a vida por se tratar de um dos principais componentes dos aminoácidos formadores de proteínas. Apesar de ele ser um dos mais abundantes elementos da Terra, a maior parte está agregada a rochas ou na forma de nitrogênio molecular (N2), e apenas 0,02% dele se encontra disponível para ser utilizado pelas plantas. A forma de N2 é considerada composto inerte porque a maior parte dos seres vivos não pode utilizá-la para satisfazer suas necessidades. Somente algumas bactérias têm a capacidade de retirar nitrogênio da atmosfera e transformá-lo em espécie reativa. É considerado reativo o nitrogênio que está disponível e que se encontra ligado a hidrogênio, carbono ou oxigênio. Outra forma natural de transformar N2 em uma espécie reativa se dá quando relâmpagos são formados na atmosfera. A elevada temperatura produzida na faísca faz com que o nitrogênio e o oxigênio se combinem e formem óxidos de nitrogênio na atmosfera, os quais podem chegar ao solo transportados pela água da chuva. A Figura 3 exibe as principais rotas do nitrogênio no ciclo.