Quais são os fatores necessários para que ocorra um ciclo bioquímico?

Fala Gás Nobre, hoje falaremos sobres os ciclos biogeoquímicos, esses ciclos são processos que ocorrem naturalmente na natureza e garantem a reciclagem de alguns elementos químicos através da interação deles com o meio ambiente e os seres vivos, ou seja, trata-se da circulação destes elementos entre a atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera.

Os ciclos biogeoquímicos são estudados pela biogeoquímica, que é uma ciência que busca compreender os processos químicos, biológicos e geológicos que ocorrem na natureza, mais especificamente relacionados ao fluxo de elementos gerados por tais processos.

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Os ciclos biogeoquímicos mais importantes para manutenção da vida e consequentemente mais estudados são os ciclos: da água, do carbono, do oxigênio, do nitrogênio e do fósforo.

Fatores necessários para ocorrência e manutenção de um ciclo biogeoquímico:

– Reservatório do elemento químico (atmosfera, hidrosfera e litosfera);
– Presença de seres vivos (biosfera);
– Movimentação do elemento químico pelo meio ambiente e pelos seres vivos.

Classificação dos ciclos biogeoquímicos

Estes ciclos podem ser classificados em dois tipos básicos, de acordo com a natureza de seu reservatório abiótico:

Ciclo Gasoso: Quando possuem como reservatório a atmosfera, como por exemplo, os ciclos do oxigênio, nitrogênio e carbono.
Ciclo Sedimentar: Quando possuem como reservatório a crosta terrestre, como por exemplo, os ciclos da água e do fósforo.

Mas qual é a importância destes ciclos?

Os ciclos biogeoquímicos promovem a movimentação de diversos elementos fundamentais à manutenção da vida, permitindo que estes sejam usados pelos seres vivos e depois disponibilizados novamente no meio ambiente.  Essa movimentação é extremamente importante, uma vez que estes elementos não fossem novamente disponibilizados ocasionaria uma escassez e consequente mortandade de espécies.

A circulação destes elementos promovida pela ação destes ciclos é fundamental para garantir o bom funcionamento de ecossistemas inteiros. Vamos pegar por exemplo o que ocorre com rios poluídos, que devido a poluição tem uma diminuição na quantidade de oxigênio presente na água e consequentemente temos relatos de mortandade de peixes, ou seja, um desequilíbrio no ciclo do oxigênio resulta no desequilíbrio de todo um ecossistema.

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Visto isso, é muito importante compreender a fundo como se dão os ciclos biogeoquímicos em uma região para prever quais os efeitos da ação do homem e como remediá-los, preveni-los ou evitá-los.

Fatores que influenciam na velocidade de um ciclo biogeoquímico

A velocidade em que um elemento circula pelo meio abiótico (atmosfera, litosfera e hidrosfera) e biótico (biosfera) depende de diversos fatores. O tipo de reservatório do elemento, por exemplo, pode determinar se a ciclagem ocorrerá lenta ou rapidamente. De forma geral, os ciclos gasosos são mais rápidos que os ciclos sedimentares.

Outro fator importante é a taxa de crescimento populacional e de mortalidade de seres vivos. A taxa de crescimento de seres vivos influencia diretamente na cadeia alimentar e consequentemente o fluxo desse elemento nessa cadeia. Já no caso da decomposição, o aumento ou diminuição da taxa de mortalidade afeta a liberação e disponibilização destes elementos para o meio abiótico. 

Por fim, a ação humana também exerce um importante papel nos ciclos biogeoquímicos, podendo até mesmo modificá-los de forma irreversível. Por meio de algumas atividades como agropecuária, mineração, produção de energia e despejo de esgoto em corpos aquáticos, o homem consegue alterar a dinâmica natural de um ecossistema. A ação humana pode disponibilizar ou consumir quantidades destes elementos acima do que a natureza é capaz de liberar ou absorver, o que gera um estresse e sobrecarga nesses ciclos e causa sérios danos aos ecossistemas.

Vamos agora falar sobre os 5 principais ciclos biogeoquímicos:

Ciclo da Água

A água é um recurso fundamental para a manutenção da vida e pode ser encontrada na natureza em três estados físicos: sólido (neve nas cordilheiras, geleiras, icebergs), líquido (rios, lagos, mares e oceanos) e gasoso (vapor de água). A maior parte da água é encontrada na forma líquida.

O ciclo da água é representado basicamente pelas mudanças de estado físico da água, como derretimento de geleiras, evaporação de rios e oceanos e precipitação da chuva, que é resultado da condensação do vapor de água que forma as nuvens.

De forma resumida, o ciclo da água possui as seguintes etapas:

1. A água líquida se torna vapor de água, pois, a água presente em lagos, rios, mares e oceanos sofre evaporação. E a água presente nas plantas e animais é liberada através da transpiração.

2. O vapor de água alcança as camadas mais altas da atmosfera, onde as temperaturas são menores e ocorre a condensação desse vapor. O vapor condensado forma nuvens que vão se precipitar na forma de chuva.

3. A água líquida das chuvas se infiltra no solo e é absorvida pelas plantas e animais, no caso dos animais, essa água pode ser ingerida tanto diretamente como através da alimentação.

Na imagem a seguir podemos observar uma representação do ciclo da água.

Em relação ao ciclo da água, a ação humana influencia no volume de água disponibilizado na forma líquida, uma vez que com o aumento da temperatura média do planeta, temos um maior volume de gelo derretendo nas geleiras e nas cordilheiras. Temos também a questão da poluição das águas, pois por mais que o ciclo da água renove as águas de um corpo aquático, se este estiver poluído permanecerá assim a menos que medidas de remediação e recuperação sejam tomadas.

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Tratamento de Água e Esgoto 

Ciclo do Carbono

O carbono é o elemento base para toda forma de vida que conhecemos no nosso planeta, ou seja, somos todos seres a base de carbono. Desta forma, o carbono é o elemento presente em todas as moléculas orgânicas e devido a isso, essa área da química já foi até chamada de “química dos compostos do carbono”.  

Os principais processos que regem esse ciclo são a fotossíntese e a respiração celular. O ciclo do carbono consiste na fixação desse elemento pelos seres autótrofos, através da fotossíntese ou quimiossíntese.

Os seres autótrofos fixam o carbono na forma de compostos orgânicos. No caso da fotossíntese, esses compostos vão servir como nutrientes e ajudarão no crescimento das plantas. Esses compostos orgânicos passaram adiante na cadeia alimentar até chegar na morte de um indivíduo e sua decomposição.

Na reação da fotossíntese, podemos observar o CO2 reagindo com a H2O e sendo convertida a glicose, que servirá como reserva energética para a planta.

O carbono completa seu ciclo retornando ao ambiente na forma de CO2 através da respiração de animais e plantas, decomposição de seres vivos e queima de combustíveis fósseis.

O ciclo do carbono é sem sombra de dúvidas o que se encontra mais afetado pela ação humana. Sempre houveram queimadas naturais, ocasionadas pelo clima seco de algumas regiões ou pela queda de raios ou ainda pelas emissões vulcânicas. No entanto, desde a revolução industrial, o volume de emissões não naturais de CO2 tem aumentado a cada ano, através da queima de carvão pelas indústrias ou pela queima de combustíveis fósseis (gasolina, diesel, querosene) por carros, caminhões, navios e aviões. Ainda temos a problemática do desmatamento e das queimadas, com o aumento das queimadas têm-se o aumento das emissões de CO2 e com o desmatamento têm-se a diminuição do número de árvores que fazem a fixação desse CO2. Ou seja, temos um aumento significativo do número de emissões e uma redução significativa da capacidade de remover esse carbono da atmosfera.

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A emissão de carbono pode ser maior do que se pensava

Ciclo do Oxigênio

O ciclo do oxigênio consiste na movimentação deste elemento entre os seus três reservatórios principais: a atmosfera, a biosfera e a litosfera. Ou seja, o oxigênio é liberado e consumido pelos seres vivos em diferentes compostos químicos. Devido a isso, o ciclo do oxigênio é o mais complexo dentre os ciclos biogeoquímicos.

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O oxigênio vai estar disponível na atmosfera na forma de O2, O3 (ozônio) e CO2, na hidrosfera nas moléculas de água (H2O) e na litosfera na forma de inúmeros compostos, como minerais, por exemplo.

A atmosfera é o principal reservatório deste elemento para os seres vivos, onde será utilizado para respiração e fotossíntese, na forma de O2 e CO2, respectivamente.

A fotossíntese é a principal fonte de produção de oxigênio (O2) e consome enormes quantidades de CO2 e H2O durante este processo, que também resultará na fixação de carbono e oxigênio em moléculas orgânicas. Plantas e animais farão a ingestão de água e liberam parte da mesma através da transpiração.

O oxigênio atmosférico também é consumido na queima de combustíveis fósseis, formando CO2 como produto destas reações, ou seja, esse ciclo também é afetado diretamente pela ação humana.

A queima de combustíveis, a decomposição de matéria orgânica e a respiração disponibilizam o oxigênio na atmosfera na forma de CO2, que através da fotossíntese é convertido a O2.

Ciclo do Nitrogênio

O nitrogênio é o elemento químico mais abundante da atmosfera terrestre. Ele é encontrado na forma de sua molécula diatômica (N2) e representa aproximadamente 78% do ar atmosférico.

No entanto, a grande maioria dos seres vivos não consegue assimilar o gás nitrogênio (N2) e por isso, necessita-se da ação de algumas bactérias chamadas fixadoras de nitrogênio.

Existem quatro tipos de bactérias que participam do ciclo do nitrogênio, que são:

– Bactérias fixadoras: Absorvem o gás nitrogênio (N2) da atmosfera e o transformam em amônia (NH3).
– Bactérias nitrificantes: Bactérias quimiossintetizantes que oxidam a amônia e a transformam em nitrito (NO2–) e depois em nitrato (NO3–), possibilitando assim a assimilação pelas plantas. Desta forma, os animais absorvem esse nitrogênio contido nas plantas através da alimentação.
– Bactérias decompositoras: Bactérias que atuam decompondo a matéria orgânica morta e liberam amônia (NH3) no ambiente durante o processo.
– Bactérias desnitrificantes: Bactérias que degradam de forma anaeróbica, ou seja, na ausência de oxigênio, os compostos nitrogenados (NO2–, NO3–, NH3) e liberam gás nitrogênio (N2) na atmosfera. 

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A desregulação deste ciclo pela ação humana se dá principalmente pelo uso de fertilizantes, que são a base de compostos nitrogenados (NO2–, NO3–, NH4+)  e quando liberados em excesso disponibilizam uma maior quantidade destes compostos do que o meio ambiente é capaz de absorver, podendo desencadear no aumento de populações de determinados tipos de bactérias ou algas que podem causar a eutrofização de rios e lagos.

Ciclo do Fósforo

Nos seres vivos, o fósforo pode ser encontrado nos ácidos nucléicos (RNA, DNA), nos ossos e dentes, na molécula de ATP, entre outros. Em relação às plantas, este elemento auxilia no desenvolvimento e crescimento das mesmas.  

Na natureza, o fósforo é encontrado apenas nas rochas, em sua forma sólida. Quando as rochas sofrem degradação, os átomos e fósforos ficam disponíveis no solo e na água na forma de sais ou ânions fosfatados.  

As plantas obtêm o fósforo quando o absorvem através dos íons presentes na água e no solo. Já os animais o obtêm através da ingestão da água e da alimentação.

O fósforo retorna ao ambiente pelos organismos decompositores, como resultado do processo de degradação da matéria orgânica de plantas e animais. Esse fósforo pode ser absorvido por outras plantas ou ser levado pela água das chuvas até lagos, rios e mares e se incorporar novamente às rochas após longos processos de sedimentação.

Devido a seu importante papel no crescimento e nutrição de plantas, assim como os compostos nitrogenados, os compostos fosfatados são utilizados como fertilizantes. O uso excessivo destes compostos também gera o desequilíbrio deste ciclo, uma vez que o retorno deste elemento a sua forma rochosa é muito lento e a sua disponibilização em excesso em corpos aquáticos pode acarretar no desenvolvimento de populações de determinadas bactérias que podem ocasionar a eutrofização destes ambientes.

Beleza Gás Nobre, agora você tá ninja no que são e quais são os principais ciclos biogeoquímicos, além da importância da existência destes ciclos para a manutenção da vida no nosso planeta. Nesse texto você ficou por dentro também da influência que nós, seres humanos, temos sobre esses ciclos e como podemos acabar afetando eles de forma significativa devido às nossas ações.

Referências

USGS. Serviço Geológico dos Estados Unidos. Disponível em: https://www.usgs.gov

Khan Academy. Ciclos Biogeoquímicos. Disponível em: https://pt.khanacademy.org/science/biology/ecology#biogeochemical-cycles

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