MÓDULO 1. Professora: Bartira Brandão da Cunha Monitora: Laís Leal

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1 MÓDULO 1 Professora: Bartira Brandão da Cunha Monitora: Laís Leal

2 Porque os organismos vivos interagem no processo de síntese orgânica e decomposiçã o dos elementos. Porque o meio terrestre é a fonte dos elementos. Porque são ciclos de elementos químicos. Biogeoquímica é a ciência que estuda a troca ou a circulação de matéria entre os componentes vivos e físico-químicos da Biosfera (Odum, 1971).

3 Trata-se de movimentos cíclicos de elementos químicos entre o meio biológico e o ambiente geológico. Elementos que são necessários ao desenvolvimento dos tecidos vivos. CARACTERÍSTICAS: Existência de um depósito geológico; Presença de seres vivos; Câmbios químicos; Movimento do elemento químico.

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5 Nutrientes elementos químicos e sais dissolvidos necessários ao crescimento e a reprodução dos seres vivos. Macronutrientes quantidades superiores à 0,2% do peso orgânico seco do ser vivo (C, H, O, N, Ca, P, S, K, Cl, Na, Mg e Fe) Micronutrientes quantidades inferiores à 0,2% do peso orgânico seco do ser vivo (Al, B, Cr, Zn)

6 Os elementos necessários à vida - água, carbono, oxigênio, nitrogênio, etc. - passam por ciclos biogeoquímicos que mantêm sua pureza e a capacidade de serem aproveitados pelos seres vivos. MEIO FÍSICO CICLOS BIOGEOQUÍMICOS SERES VIVOS

7 Ciclos Gasosos o depósito está na atmosfera, composto dos seguintes nutrientes: Oxigênio, Carbono e Nitrogênio. São ciclos relativamente rápidos e fechados, onde não existe quase nenhuma perda de elementos durante o processo de recirculação. Ciclos Sedimentares o depósito está na crosta terrestre (rochas sedimentares), composto dos seguintes nutrientes: Fósforo e Enxofre. São considerados ciclos lentos, devido a pouca acessibilidade aos organismos.

8 Pode definir-se ciclo hidrológico como a sequência fechada de fenômenos pelos quais a água passa do globo terrestre para a atmosfera, na fase de vapor, e regressa aquele, nas fases líquida e sólida. A água ocupa 70% da superfície da Terra. A maior parte, 97%, e salgada. Apenas 3% do total é água doce, onde 77% está congelada, 22% compõem-se de água subterrânea, o restante esta na atmosfera, animais, plantas. Apenas 0,01% vai para os rios, ficando disponível para uso. 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.

9 Condensação Nuvens de chuva Precipitação Precipitação na terra Escoamento Transpiração das plantas Escoamento Superficial (rápido) Transpiração Evaporação vinda da terra Evaporação Evaporação vinda do oceano Precipitação Precipitação para o oceano Infiltração e percolação Escoamento Superficial (rápido) Movimento da água no solo (lento) Armazenamento no oceano

10 Etapas do Ciclo Hidrólogo

11 O grande problema dos recursos hídricos é a sua irregularidade, no que se refere à distribuição espacial e as demandas.

12 Situação no Brasil

13 Temos interferido no ciclo da água através de: Retiradas de grandes quantidades de água doce de córregos, lagos e fontes subterrâneas Remoção da vegetação para dar lugar à agricultura, à mineração, à construção de estradas e às edificações e cobrimento do solo com prédios concretos e asfalto. O desmatamento e a retirada da cobertura vegetal deixa o solo desprotegido, facilitando a erosão e o assoreamento dos rios, lagos e lagoas. Erosão e Assoreamento A erosão deixo o solo impróprio para a agricultura e atividades pastoris. E o assoreamento dos rios podo provocar enchentes catastróficas. Poluição - adição de nutrientes como fósforo e nitratos encontrados nos fertilizantes e outros poluentes.

14 O elemento carbono (C) é o principal constituinte de tudo o que é orgânico e embora o dióxido de carbono (CO2) represente apenas 0,35% dos gases que compõem a atmosfera, o carbono é um elemento que nos últimos anos tem provocado mudanças profundas em todo a terra. O Ciclo do carbono se inicia a partir do momento em que as plantas, ou outros organismos autótrofos, absorvem o gás carbônico da atmosfera e o utilizam na fotossíntese (ou quimiossíntese no caso de alguns organismos) incorporando-o as suas moléculas. Então o carbono passa para o próximo nível trófico quando os animais herbívoros ingerem as plantas e absorvem parte do carbono incorporado na forma de açúcares.

15 Uma parte do CO2 do ar combina-se com a chuva formando ácido carbônico (H2CO3). No solo, este passa a bicarbonato de (HCO3) e, posteriormente, a carbonato (CO3). Este reage com os ácidos existentes no solo, liberando CO2 para a atmosfera. Parte dos restos de animais e vegetais pode não sofrer decomposição e transformar-se em combustíveis fósseis (carvão e petróleo). Boa parte do carbono que estava preso durante milhões de anos nessas substâncias, está sendo devolvido à atmosfera, através da queima de combustíveis. Em consequência destas queimas, a concentração de CO2 na atmosfera aumentou nos últimos anos.

16 Difusão entre atmosfera e o oceano Dióxido de carbono dissolvido nas águas do oceano Queima de combustíveis fósseis Fotossíntese Respiração aeróbia Teias alimentares marinhas Produtores, consumidores, decompositores Incorporação nos sedimentos morte, sedimentação Sedimentos marinhos, incluindo formações com combustíveis fósseis Subelevação ao longo do tempo geológico sedimentação

17 Atmosfera (a maior parte do carbono está na forma de CO 2 ) Atividade Vulcânica Queima de Combustíveis fósseis Rochas terrestre Fotossíntesse Respiração aeróbia Combustão de madeira (para limpar a terra ou para combustível) desgaste Teias alimentares marinhas Produtores, consumidores, decompositores desmatamento Água do solo (Carbono dissolvido) Morte, soterramento, compressão ao longo Do tempo geológico Combustíveis fósseis Sedimentação

18 Emissão de CO2 por combustíveis fósseis (Bilhões de toneladas métricas de equivalente de carbono) Removendo árvores e outras plantas que absorvem CO 2 pela fotossíntese antes que elas possam crescer novamente. Adicionando grandes quantidades de CO 2 por meio da queima de combustíveis fósseis e madeira. Alta projeção Baixa projeção Anos

19 O excesso de CO 2 esquenta a atmosfera causando o aquecimento global. Esse aquecimento poderia destruir a produção mundial de alimentos e os habitats selvagens, alterar as temperaturas e os padrões de precipitação e elevar o nível do mar em várias partes do mundo. O efeito estufa é hoje uma das principais preocupações do governo e de instituições internacionais ligadas ao problema ambiental.

20 O Oxigênio se distribui em três reservatórios: a atmosfera (os gases que rodeiam a superfície da terra), a biosfera (os organismos vivos e o seu ambiente próximo) e a litosfera (a parte sólida exterior da terra). O oxigênio é o elemento mais abundante na crosta terrestre e nos oceanos, e o segundo na atmosfera. Na atmosfera encontra-se como: oxigênio diatômico/oxigênio molecular (O2), dióxido de carbono (CO2), ozônio (O3), dióxido de nitrogênio (NO2), monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de enxofre (SO2), etc.

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22 A maior fonte do oxigênio presente na atmosfera e biosfera vem da fotossíntese que transforma dióxido de carbono e água em oxigênio e açúcar; 6CO2 + 6H2O + energia C6H12O6 + 6O2 O oxigênio também tem um ciclo entre a biosfera e a litosfera, através das conchas de carbonato de cálcio (CaCO3) produzidas por organismos marinhos. A fotossíntese nos oceanos contribui aproximadamente com 45% do oxigênio total livre no ciclo do oxigênio. O crescimento da população de organismos que fazem fotossíntese é limitada principalmente pela disponibilidade de fósforo dissolvido.

23 O homem interfere no ciclo do oxigênio de três maneiras: Inalamos oxigênio e exalamos dióxido de carbono; Diminuímos o nível de oxigênio e aumentamos o de dióxido de carbono pela queima de combustíveis, Desmatamos e pavimentamos terras anteriormente verdes reduzindo a quantidade de vegetação que colabora para a produção de oxigênio.

24 O nitrogênio é um componente que entra na composição de duas moléculas orgânicas de considerável importância para os seres vivos: as proteínas e os ácidos nucleicos. Embora presente em grande concentração no ar atmosférico, essencialmente na combinação molecular N2, poucos são os organismos que o assimilam nessa forma. Apenas certas bactérias e algas cianofíceas podem retirá-lo do ar na forma de N2 e incorporá-lo às suas moléculas orgânicas. Algumas bactérias nitrificantes na superfície do solo realizam a conversão do nitrogênio, transformam a amônia em nitratos, disponibilizando esse elemento diretamente às plantas e indiretamente aos animais, através das relações tróficas: produtor e consumidor.

25 Fixação do Nitrogênio pela indústria e para a agricultura Nitrogênio Gasoso (N 2 ) na Atmosfera Teias alimentares na terra Fertilizantes Fixação do Nitrogênio Bactérias convertem o N 2 em amonia (NH 3 ); que se dissolve to formar O amônio (NH 4+ ) Perda pela lixiviação NH 3, NH 4 + no Solo Absorção pelos autótrofos excreção, morte, e decomposição Resíduos Nitrogenosos Permanecem no solo Amonificação bactérias, fungos convertem os resíduos em NH 3 ; que se dissolvem para formar NH Nitrificação bactérias convertem NH 4 + em nitrite (NO 2 ) Absorção pelos autótrofos NO 3 no solo 2. Nitrificação bacteria convertem NO 2 em nitrato (NO 3 ) NO 2 no solo Desnitrificação pelas bactérias Perda pela lixiviação

26 Fixação global do Nitrogênio (N) Adicionamos grandes quantidades de óxido Nítrico (NO) ao queimar qualquer combustível fóssil a altas temperaturas. Na Atmosfera, esse gás pode ser convertido em NO 2 (dióxido de carbono) e em HNO 3 (ácido Nítrico) retornando a superfície da Terra na forma da prejudicial disposição ácida, mais conhecida como chuva ácida. Fixação do nitrogênio por processos naturais Fixação do Anos

27 Adicionamos o óxido nitroso (N 2 O) à atmosfera por meio da ação da bactéria anaeróbia nos resíduos de criações e fertilizantes inorgânicos comerciais aplicados no solo. Esse gás pode esquentar a atmosfera e esgotar o ozônio na estratosfera. O nitrato (NO 3- ) nos fertilizantes orgânicos pode lixiviar através do solo e contaminar as águas subterrâneas. Essa água é prejudicial a saúde, especialmente de bebês e crianças pequenas. Ao destruirmos as florestas, campos e áreas alagadiças, liberamos na atmosfera grandes quantidades de nitrogênio armazenado no solo e nas plantas em forma de compostos gasosos.

28 Prejudicamos os ecossistemas aquáticos com adição de nitrato em excesso dos escoamentos agrícolas e com as descargas dos sistemas de esgotos municipais. Retiramos o nitrogênio da camada superficial do solo ao colher safras ricas em nitrogênio, irrigar as plantações, queimar ou remover a vegetação de campos e florestas antes de efetuar o plantio. Desde 1950, as atividades humanas mais que dobraram a emissão anual de nitrogênio da porção terrestre do planeta no restante do meio ambiente.

29 O ciclo do fósforo é mais simples do que os ciclos do carbono e do nitrogênio, pois não existem muitos compostos gasosos de fósforo, apenas um composto de fósforo realmente importante para os seres vivos que e o íon fosfato. O fósforo é o material genético constituinte das moléculas dos ácidos ribonucleico (RNA) e desoxirribonucleico (DNA) e componente dos ossos e dentes. O fósforo aparece principalmente na forma de fosfato (PO4-3 ), obtido a partir da degradação das rochas (minerais). Drenado gradativamente para o mar, o fosfato passa por processos de sedimentação, sendo incorporado as rochas. Podendo retornar ao ecossistema terrestre por meio dos processos geológicos, como a elevação do leito no mar ou o rebaixamento do nível das águas.

30 Excreção Absorção pelos autótrofos Guano Decomposição mineração Fertilizantes Absorção pelos autótrofos agricultura Teias alimentares marinhas Morte, decomposição Dissolvido nas águas do oceano Lixiviação, escoamento Dissolvidos na água dos solos, lagos e rios sedimentação assoreamento intemperismo Sublevação ao longo do tempo geológico Sedimentos Marinhos Morte, decomposição Rochas Teias alimentares terrestres

31 Existem dois ciclos do fósforo que acontecem em escalas de tempo bem diferentes: Uma parte do elemento recicla-se localmente entre o solo, as plantas, consumidores e decompositores, em uma escala de tempo relativamente curta, que podemos chamar ciclo de tempo ecológico. Outra parte do fósforo ambiental sedimenta-se e é incorporada às rochas; seu ciclo envolve uma escala de tempo muito mais longa, que pode ser chamada ciclo de tempo geológico.

32 Interferimos no ciclo do fósforo de três formas: Extraímos grandes quantidades de rochas de fosfato para fabricar detergentes e fertilizantes inorgânicos. Reduzimos o fósforo disponível nos solos tropicais ao devastarmos florestas tropicais. Destruímos os ecossistemas aquáticos com fósforos provenientes do escoamento de resíduos de animais, fertilizantes e descargas dos sistemas de tratamento de esgoto.

33 Dióxido de enxofre Trióxido de enxofre Oxigênio Água Sulfeto de hidrogênio Ácido sulfídrico amônia Amônia Sulfato de amônio Nevoeiro e precipitação ácida Plantas Dimetil sulfeto Oceano Vulcão Indústrias Animais Depósitos de sulfeto metálico Matéria em decomposição Sais de sulfato Sulfeto de hidrogênio Enxofre

34 Lançamos dióxido de enxofre na atmosfera de três maneiras: Queimamos carvão e petróleo, que contem enxofre, para produzir energia elétrica. Refinamos o petróleo contendo enxofre para fabricar gasolina, óleo de aquecimento e outros produtos úteis. Convertemos minerais metálicos contendo enxofre em metais livres, como cobre, chumbo e zinco - atividade que libera grandes quantidades de dióxido de enxofre no meio ambiente..

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36 Parte do material dessa aula foi gentilmente cedido pela Profª Andréa Carla Lima