Ciclos biogeoquímicos

• Elementos químicos tendem a circular na biosfera.

• Ciclagem de nutrientes - movimento desses elementos e compostos inorgânicos essenciais à vida no ambiente.

Ciclos biogeoquímicos

Ciclos biogeoquímicos

Processos naturais dos ciclos biogeoquímicos

SER HUMANO

Ciclos biogeoquímicos

Acelera o movimento de muitos materiais

Carência/excesso

Ciclos tendem a se tornar imperfeitos (acíclico)

Impactos Ambientais de ações Antrópicas

• Acumulo de agrotóxicos e metais na cadeia alimentar;• Eutrofização de corpos receptores;• Contaminação de lençóis freáticos;• Ecossistemas costeiros: metais em sedimentos;• Amazônia: desmatamento e garimpos;• Pantanal: projetos agropecuários sem sustentabilidade;• Aterros e esgotos sanitários e industriais;• Poluiçao da água, solo e ar;• Extração de recursos minerais – aumento de

elementos disponíveis;

Ciclos biogeoquímicos

Uso aplicado do estudo quantitativo dos ciclos Biogeoquímicos

• Monitoramento da poluição;• Estabelecimento de técnicas de manejo;• Determinação e controle da perda de fertilizantes;• Uso racional de recursos hídricos, minerais;• Controle do aumento de CO2 na atmosfera.

Ciclos biogeoquímicos

Água

Nitrogênio

Fósforo

Carbono

Principais Ciclos Biogeoquuímicos

Os ciclos biogeoquímicos se classificam em três grupos básicos: 1)    Tipos gasosos – Reservatório situado na atmosfera ou hidrosfera. Ex. Nitrogênio, Oxigênio2)  Tipos sedimentares – Reservatório localizado na crosta terrestre. Ex. fósforo, cálcio e enxofre3)    Tipos mistos – Possuem ambos os compartimentos. Ex. água, carbono e enxofre.

Ciclos biogeoquímicos

Nutrientes: elementos essenciais à vida disponíveis para os produtores, em forma molecular ou iônica.

Macronutrientes:

– carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O),nitrogênio (N), fósforo (P), enxofre (S), cloro (Cl),potássio (K), sódio (Na), cálcio (Ca), magnésio(Mg) e ferro(Fe).

Micronutrientes:– alumínio (Al), boro (B), cromo (Cr), zinco (Zn),

molibdênio (Mo), vanádio (V) e cobalto (Co).

Ciclos biogeoquímicos

Elementos essenciais ao seres vivos

Ciclos biogeoquímicos

Os elementos de maior preocupação em todo o mundo hoje são:

Elementos Químicos• Arsênio, mercúrio, chumbo, cromo, níquel,

zinco, elementos radioativosOrgânicos:• Pesticidas, dioxinas, furanos, PCBs,

hidrocarbonetos, hormônios, etc.

Rio Tietê

Rio Tietê – espuma invade a rua em Pirapora do Bom Jesus

• Ciclos podem tornar-se desequilibrados e elementos acumularem-se ou serem removidos do sistema.

• Matéria orgânica pode acumular nos sedimentos dos lagos e pântanos. Condições anaeróbias desaceleram a decomposição.

• Retirada da vegetação = erosão pode lavar as camadas do solo com nutrientes.

Ciclo da Água

PORQUE A ÁGUA É TÃO IMPORTANTE?

Alta capacidade de absorver e reter calor

É fundamental no metabolismo dos seres vivos (dissolve compostos e reage para formar moléculas complexas)

Alta tensão superficial:movimentação e retenção da água em pequenos poros

Solidificação: molécula que se expande ao congelar

Caso contrário: gelo afundaria e congelaria reservatórios de água líquida de baixo para cima, modificaria drasticamente os ecossistemas (células vivas se romperiam com a contração da água congelada).

Onde se localiza, qual a quantidade, e o tempo de residência nos reservatórios da Biosfera?

Fonte: Botkin & Keller (2005)

RESERVATÓRIOS GLOBAIS

Como o ser humano afeta o Ciclo da Água?

Usar a Análise Emergética: Diagramas Sistêmicos

Impacto Humano: diferença entre estas 2 etapas

Avaliação das atividades agrícolas

1 –antes das interferências humanas

2 –após sistemas humanos

IMPACTO HUMANO

Poluição da água de rios e aquíferos por efluentes agrícolas, industriais e domésticos

IMPACTO HUMANO

Resíduos (fezes, urina) de humanos e de animais

Uso de fertilizantes e agrotóxicos no campo

Efluentes da agroindústria

Ciclo da Água

Pequeno ciclo: chuva – evaporação.

Grande ciclo: - água absorvida pelos seres vivos (para o metabolismo) – transpiração

OU - Calotas polares –

derretimento – evaporação.

Ciclo da Água

Ciclo do Carbono1. O gás carbônico é fixado nas plantas – glicose – que por sua vez respiram eliminando-o novamente à atmosfera.2. O gás carbônico é fixado nas plantas – glicose – que serve de alimento para ao animais (cadeia alimentar) - que por sua vez respiram eliminando-o novamente à atmosfera.3. A queima de combustíveis elimina gás carbônico na natureza.

IMPORTÂNCIA DO CARBONO

Porque o carbono é importante?

Base de construção de moléculas orgânicas

Vida: membranas, DNA, tecidos, etc.

Estoque de energia: açúcares, lipídeos, proteínas, petróleo, carvão, gás, etc. etc.

Regulação do clima: CO2 e CH4

Efeito estufa: importante para manutenção da temperatura, aquecimento da Biosfera

Impacto Humano: Mudanças no Ciclo Global do carbono

1 – Mudança de uso da terra e decomposição da matéria orgânica do solo (emissão de CO2 e CH4)

2 – Consumo de combustíveis fósseis e decomposição de resíduos da economia humana (emissão de CO2 e CH4)

IMPACTO HUMANO

Principal implicação: elevação da temperatura média global

Efeito estufaAumento da poluição (CO2) = aumento da temperatura

Ciclo do Nitrogênio

• Circularidade dos fluxos e os tipos de organismos que são necessários para as trocas básicas.

Ciclos Biogeoquímicos - Nitrogênio

• Maior reservatório: atmosfera (80%).

• Entrada na atmosfera = bactérias desnitrificantes.

• Retorno = ação das bactérias (ou algas) fixadoras de nitrogênio), por meio da radiação e por outras formas de fixação física.

Ciclos biogeoquímicos - Nitrogênio

Medições no solo e na água:

nitritos, nitrato, nitrogênio total e amônia.

IMPORTÂNCIA DO NITROGÊNIO

Aquecimento global: ênfase ao ciclo do carbono (CO2 e CH4)

N: Macro-nutriente essencial para os seres vivos

N2: 76% da composição da atmosfera

Compostos de nitrogênio: fundamentais para a vida (aminoácidos, proteínas em geral: tecidos musculares, hormônios, DNA, etc.)

Contaminação da água, eutrofização, chuva ácida, formação de ozônio na troposfera (fertilizantes humanos).

N2O: óxido nitroso : gás de efeito estufa(molécula com 296 vezes P.A.G do CO2)

Rodízio de culturas

Rhizobium nas raízes

de leguminosas(fixação de nitrogênio

atmosférico)

CereaisLeguminosas

Alternância

Transgênicos

Genes responsáveis pela fixação do nitrogênio

Menores gastos com adubos, barateando os alimentos

Ciclo do fósforo• Constituinte dos ácidos nucléicos, das

membranas celulares, dos sistemas de transferência de energia, dos ossos e dos dentes.

• Mais simples que o do nitrogênio, poucas formas químicas e não passa por reações de oxido-redução.

Ciclos biogeoquímicos – Fósforo

Ciclos biogeoquímicos

Acidez do solo afeta a disponibilidade de fósforo:• pH baixo liga-se as partículas de argila do solo e

forma compostos insolúveis com ferro e alumínio.

• pH alto formam-se compostos insolúveis com cálcio.

Sob condições anaeróbias:• fósforo entra na coluna d´água quando o ferro é

reduzido do estado férrico para o ferroso, porque o ferro forma sulfetos em vez de compostos de fosfato.

Ciclos biogeoquímicos - Fósforo

Ciclos biogeoquímicos – Fósforo

Ciclos biogeoquímicos – Fósforo

O Cálcio

É um elemento químico muito importante para os seres vivos.

No vegetais, ele participa principalmente como ativador de enzimas, além de participar como componente estrutural de sais de compostos pécticos da lamela média.

A maior participação do cálcio nos animais está relacionada com a formação de esqueletos, pois ele é parte constituinte dos exoesqueletos de invertebrados e conchas.

Além disso, atua em processos metabólicos: sua participação é fundamental no processo de coagulação do sangue, além de ser muito útil no processo de contração muscular.

Ciclo do oxigênio

 Reservatórios de OxigênioA maior parte do oxigênio existente (99.5%) está concentrada na crosta e manto da Litosfera. Apenas uma pequena fração do oxigênio existente está contida na atmosfera (0.49%), esta porcentagem representa cerca de 20% da atmosfera. Uma parte muito menor do oxigênio está contida na biosfera (0.01%).

Ciclo do oxigênio

Uma teoria interessante é que o fósforo no oceano ajuda a regular a quantidade de oxigênio atmosférico. O fósforo é essencial para a fotossíntese das algas e fator limitativo.

A fotossíntese nos oceanos contribui com ~45% do oxigênio total livre do ciclo.

O crescimento da população de organismos que fazem fotossíntese é limitada principalmente pela disponibilidade de fósforo dissolvido.

Um dos efeitos secundários da atividade antrópica é o aumento de fósforo nos oceanos. No entanto, este aumento não se reflete num aumento da fotossíntese pois os elevados níveis de oxigênio promovem o crescimento de bactérias que competem pelo fósforo dissolvido.