Ecologia Geral CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

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1 Ecologia Geral CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

2 98-99% dos organismos são constituído por: -Sódio (Na) -Potássio (K) -Magnésio (Mg) -Cloro (Cl) -Carbono (C) -Hidrogênio (H -Nitrogênio (N) -Oxigênio (O) 1-2% restante: -Cálcio (Ca) -Fósforo (P) -Enxofre (S)

3 Nutrientes = elementos essenciais aos seres vivos

4 Todos esses elementos são absorvidos pelos organismos, voltam ao ambiente e se tornam novamente disponíveis para outros organismos. Absorção pelos organismos Retorno do elemento ao ambiente Elemento disponível para outro organismo Essa ciclagem dos elementos, envolvendo os organismos e o ambiente, ocorre através de CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Bio = organismos vivos e geo = Terra

5 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Um ciclo biogeoquímico é o percurso realizado, no ambiente, por um determinado elemento químico que é essencial à vida. Desta forma, esses ciclos promovem a circulação de tais elementos na biosfera em caminhos característicos. ELEMENTO NO AMBIENTE ORGANISMO Movimento circular => Ciclagem de nutrientes

6 Ciclos biogeoquímicos que serão vistos: -CICLO DO NITROGÊNIO -CICLO DO FÓSFORO -CICLO DO OXIGÊNIO -CICLO DO CARBONO -CICLO DA ÁGUA 5 ciclos

7 PERGUNTAS QUE DEVEM SEMPRE SER RESPONDIDAS, QUANDO SE ESTUDA UM CICLO: COMO O ELEMENTO É INCORPORADO PELOS SERES VIVOS???? COMO O ELEMENTO É DEVOLVIDO À NATUREZA???

8 CICLO DO NITROGÊNIO A atmosfera é composta por, aproximadamente, 78% de nitrogênio = é o maior reservatório (gasoso), seguido pela matéria orgânica no solo e nos oceanos. É um dos ciclos mais complexos, pois envolve várias etapas e várias formas químicas do nitrogênio. Atmosfera = principal reservatório Microrganismos e agentes físicos (relâmpagos) Organismos

9 O nitrogênio é fundamental para a formação de proteínas e ácidos nucléicos (DNA e RNA). Uma vez que as proteínas e ácidos nucléicos são fundamentais para todos os organismos, a absorção de nitrogênio pelos organismos vivos é fundamental para assegurar sua sobrevivência. É o elemento que mais limita o crescimento vegetal. Bases nitrogenadas do DNA e RNA

10 O ciclo do nitrogênio é composto por várias etapas: - Fixação - Nitrificação - Assimilação - Desnitrificação

11 Etapas Fixação Como os organismos (plantas e animais) não são capazes de absorver o nitrogênio diretamente da atmosfera (N 2 ), o aproveitamento do N 2 só é possível através da fixação biológica, onde o nitrogênio é transformado em amônia (NH 3 ). Somente alguns microrganismos terrestres (bactérias - Azobacter, cianobactérias e fungos) podem fixar o N 2 e as bactérias (Rhizobium) que vivem nas raízes de angiospermas (feijão, soja, ervilha, amendoim e vagem) fazem uma simbiose transmitindo o nitrogênio para a cadeia alimentar.

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13 Além da fixação biológica, pode ocorrer também a fixação atmosférica, que ocorre através dos raios e relâmpagos, cuja elevada energia separa as moléculas de nitrogênio e permite que os seus átomos se liguem com moléculas de oxigênio existentes no ar formando monóxido de nitrogênio (NO). Este é posteriormente dissolvido na água da chuva e depositado no solo. N 2 Atmosfera Relâmpagos N-N Se dissolve na água da chuva e é depositado no solo NO Reage com o oxigênio da atmosfera

14 Etapa Nitrificação Após a fixação, determinadas bactérias realizam a nitrificação - transformação de NH 3 (amônia) em nitritos (NO 2 ) (nitrosação - Nitrosomonas) e nitritos em nitrato (NO 3 )(nitratação - Nitrobacter).

15 Etapa Assimilação O nitrato formado pelo processo de nitrificação é absorvido pelas plantas para produzir proteínas e ácidos nucléicos. Através da mineralização (ou decomposição) a matéria orgânica morta é transformada no íon de amônio (NH 4+ ) e amônia (NH 3 ) por intermédio de bactérias e alguns fungos.

16 Etapa Desnitrificação Para que o nitrogênio retorne ao ambiente são necessários os processos de decomposição e de desnitrificação. As bactérias (Pseudomonas) e fungos presentes no solo decompõem aminoácidos e ácidos nucléicos de organismos mortos transformando-os em amônia. As bactérias desnitrificantes liberam o nitrogênio da amônia, dos nitritos e dos nitratos, devolvendo-o para a atmosfera.

17 Benefícios da parceria entre bactérias e leguminosas A parceria entre plantas superiores e microrganismos é benéfica para ambos. A planta age como hospedeiro e fornece uma residência segura (os nódulos das raízes ou a uma cavidade na folha) e protege os microrganismos do excesso de oxigênio (que inibe a fixação de N 2 ) e os supre com energia de alta qualidade. Em troca, a planta obtém o suprimento de nitrogênio fixado disponível para ser assimilado.

18 CICLO DO NITROGÊNIO N 2 atmosférico

19 CICLO DO NITROGÊNIO FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO ATMOSFÉRICO N 2 atmosférico Bactérias fixadoras de N2 nos nódulos de raízes de leguminosas Bactérias fixadoras de N2 no solo

20 CICLO DO NITROGÊNIO FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO ATMOSFÉRICO N 2 atmosférico Bactérias fixadoras de N2 nos nódulos de raízes de leguminosas NO 3 (amônia) Bactérias fixadoras de N2 no solo

21 CICLO DO NITROGÊNIO FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO ATMOSFÉRICO N 2 atmosférico Assimilação pelos herbívoros Excreção Bactérias fixadoras de N2 nos nódulos de raízes de Decompositores leguminosas NO 3 (amônia) Morte e decomposição Absorção de NH3 por algumas plantas Bactérias fixadoras de N2 no solo

22 CICLO DO NITROGÊNIO FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO ATMOSFÉRICO N 2 atmosférico Assimilação pelos herbívoros Excreção Bactérias fixadoras de N2 nos nódulos de raízes de Decompositores leguminosas NO 3 (amônia) Morte e decomposição Absorção de NH3 por algumas plantas NO 2 (nitrito) Bactérias fixadoras de N2 no solo Nitrosomonas

23 CICLO DO NITROGÊNIO FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO ATMOSFÉRICO N 2 atmosférico Assimilação pelos herbívoros Bactérias fixadoras de N2 no solo Excreção Bactérias fixadoras de N2 nos nódulos de raízes de Decompositores leguminosas NO 3 (amônia) Morte e decomposição Nitrosomonas Absorção de NH3 por algumas plantas NO 3 (nitrato) NO 2 (nitrito) NITRIFICAÇÃO Nitrobacter

24 CICLO DO NITROGÊNIO FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO ATMOSFÉRICO N 2 atmosférico Assimilação pelos herbívoros Bactérias fixadoras de N2 no solo Excreção Bactérias fixadoras de N2 nos nódulos de raízes de Decompositores leguminosas NO 3 (amônia) Absorção pelas raízes Morte e decomposição Nitrosomonas Absorção de NH3 por algumas plantas NO 3 (nitrato) NO 2 (nitrito) NITRIFICAÇÃO Nitrobacter

25 CICLO DO NITROGÊNIO FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO ATMOSFÉRICO N 2 atmosférico DESNITRIFICAÇÃO Assimilação pelos herbívoros Bactérias fixadoras de N2 no solo Excreção Bactérias fixadoras de N2 nos nódulos de raízes de Decompositores leguminosas NO 3 (amônia) Absorção pelas raízes Morte e decomposição Nitrosomonas Absorção de NH3 por algumas plantas NO 3 (nitrato) NO 2 (nitrito) NITRIFICAÇÃO Bactérias desnitrificantes Nitrobacter

26 NÓDULOS NAS RAIZES DE LEGUMINOSAS

27 Bactérias nas raizes das leguminosas Bactérias Rhizobium Solo Rhizobium no interior da célula da raiz Raiz de leguminosa Pêlo absorvente Penetração das bactérias na raiz Nódulo formado por células com bactérias

28 CICLO DO FÓSFORO O fósforo também é um nutriente importante para todos seres vivos. Faz parte, por exemplo, do DNA e RNA e das moléculas energéticas, o ATP. Em certos aspectos, o ciclo do fósforo é mais simples do que os ciclos do carbono e do nitrogênio, pois ocorre em menor número de formas químicas. Outra razão para a simplicidade do ciclo do fósforo é a existência de apenas um composto de fósforo realmente importante para os seres vivos: o íon fosfato (PO 4 ).

29 O grande estoque de fósforo não é o ar, mas os depósitos minerais de apatita formados em épocas geológicas passadas. Mina de fosfato (apatita)

30 As plantas obtêm fósforo do ambiente absorvendo os fosfatos dissolvidos na água e no solo. Os animais obtêm fosfato na água e nos alimentos. Esse fosfato teve origem pela decomposição das rochas. A decomposição da matéria orgânica devolve o fósforo ao solo e à água.

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32 Parte do fosfato é arrastado pelas chuvas para os lagos e mares, onde passa por processos de sedimentação e se incorpora às rochas. Nesse caso, o fósforo só retornará aos ecossistemas bem mais tarde, com a elevação do leito no mar ou o rebaixamento do nível das águas. Na superfície, essas rochas serão decompostas e transformadas em solo e o fosfato estará disponível.

33 Assim, existem dois ciclos do fósforo que acontecem em escalas de tempo diferentes. Uma parte do elemento é reciclada 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 sedimenta-se e é incorporada às rochas; seu ciclo envolve uma escala de tempo muito mais longa envolvendo os aspectos abióticos do ambiente, que pode ser chamada ciclo de tempo geológico.

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35 CICLO DO FÓSFORO -3 PO 4 na água

36 CICLO DO FÓSFORO Absorção por plantas aquáticas e animais -3 PO 4 na água

37 CICLO DO FÓSFORO Absorção por plantas aquáticas e animais -3 PO 4 na água Morte e decomposição Incorporação de fosfatos nos sedimentos que compõem rochas submersas

38 CICLO DO FÓSFORO -3 PO 4 nas rochas Absorção por plantas aquáticas e animais -3 PO 4 na água Morte e decomposição Elevação das rochas Incorporação de fosfatos nos sedimentos que compõem rochas submersas

39 CICLO DO FÓSFORO Erosão e formação do solo -3 PO 4 nas rochas Absorção por plantas aquáticas e animais -3 PO 4 no solo -3 PO 4 na água Morte e decomposição Incorporação de fosfatos nos sedimentos que compõem rochas submersas Elevação das rochas

40 CICLO DO FÓSFORO Erosão e formação do solo -3 PO 4 nas rochas Absorção por plantas aquáticas e animais Absorção pelas raízes -3 PO 4 no solo -3 PO 4 na água Morte e decomposição Incorporação de fosfatos nos sedimentos que compõem rochas submersas Elevação das rochas

41 CICLO DO FÓSFORO Erosão e formação do solo -3 PO 4 nas rochas Absorção por plantas aquáticas e animais Absorção pelas raízes -3 PO 4 no solo -3 PO 4 na água Morte e decomposição Incorporação de fosfatos nos sedimentos que compõem rochas submersas Elevação das rochas

42 CICLO DO FÓSFORO Erosão e formação do solo Assimilação pelos herbívoros Absorção por plantas aquáticas e animais -3 PO 4 nas rochas Absorção pelas raízes -3 PO 4 no solo -3 PO 4 na água Morte e decomposição Incorporação de fosfatos nos sedimentos que compõem rochas submersas Elevação das rochas

43 CICLO DO FÓSFORO Erosão e formação do solo Assimilação pelos herbívoros Absorção por plantas aquáticas e animais -3 PO 4 nas rochas Absorção pelas raízes -3 PO 4 no solo Morte e decomposiç ão de plantas e animais Microrganismos decompositores -3 PO 4 na água Morte e decomposição Incorporação de fosfatos nos sedimentos que compõem rochas submersas Elevação das rochas

44 CICLO DO FÓSFORO Erosão e formação do solo Assimilação pelos herbívoros Absorção por plantas aquáticas e animais -3 PO 4 nas rochas Absorção pelas raízes -3 PO 4 no solo Morte e decomposiç ão de plantas e animais Microrganismos decompositores -3 PO 4 na água Morte e decomposição Incorporação de fosfatos nos sedimentos que compõem rochas submersas Elevação das rochas

45 CICLO DO OXIGÊNIO 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.

46 Fluxo do oxigênio A maior fonte do oxigênio presente na atmosfera e biosfera vem da fotossíntese, cuja fórmula é: 6CO 2 + 6H 2 O + energia C 6 H 12 O 6 + 6O 2

47 CICLO DO OXIGÊNIO O 2 atmosférico

48 CICLO DO OXIGÊNIO O 2 atmosférico Respiração

49 CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Transpiração vegetal

50 CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Transpiração animal Transpiração vegetal

51 CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Fotossíntese Transpiração animal Transpiração vegetal

52 CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Fotossíntese Transpiração animal Transpiração vegetal

53 Condensação (chuva) CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Fotossíntese Transpiração animal Transpiração vegetal H 2 O (líquida)

54 Condensação (chuva) CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Fotossíntese Transpiração animal Transpiração vegetal H 2 O (líquida)

55 Condensação (chuva) CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Fotossíntese Transpiração animal Transpiração vegetal H 2 O (líquida) Utilização por plantas e animais Absorção

56 Condensação (chuva) CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Fotossíntese Transpiração animal Transpiração vegetal H 2 O (líquida) Utilização por plantas e animais Absorção

57 Condensação (chuva) CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Fotossíntese Transpiração animal Assimilação pelos herbívoros Transpiração vegetal Utilização por plantas e animais H 2 O (líquida) Absorção Morte e decomposição Microrganismos decompositores

58 Condensação (chuva) CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Fotossíntese Transpiração animal Assimilação pelos herbívoros Transpiração vegetal Utilização por plantas e animais H 2 O (líquida) Absorção Morte e decomposição Microrganismos decompositores

59 Condensação (chuva) CICLO DO OXIGÊNIO H 2 O (vapor) O 2 atmosférico CO 2 atmosférico Respiração Fotossíntese Transpiração animal Assimilação pelos herbívoros Transpiração vegetal Utilização por plantas e animais H 2 O (líquida) Absorção Morte e decomposição Transpiração do solo Microrganismos decompositores

60 CICLO DO CARBONO O carbono (C) é o quarto elemento mais abundante no Universo, depois do hidrogênio, hélio e oxigênio, e é fundamental para a vida. Existem basicamente duas formas de carbono, uma orgânica, presente nos organismos vivos e mortos, não decompostos, e outra inorgânica, presente nas rochas. No planeta Terra o carbono circula através dos oceanos, da atmosfera, da terra e do seu interior, num grande ciclo. Este ciclo pode ser dividido em dois tipos: o ciclo lento ou geológico, e o ciclo rápido ou biológico.

61 CICLO GEOLÓGICO DO CARBONO Mais de 99% do carbono terrestre está contido na litosfera, sendo a maioria carbono inorgânico, armazenado em rochas sedimentares como as rochas calcárias. O carbono orgânico contido na litosfera está armazenado em depósitos de combustíveis fósseis.

62 CICLO BIOLÓGICO DO CARBONO Nesse ciclo existem 3 estoque de carbono: o terrestre, a atmosfera e os oceanos. A fotossíntese e a respiração são os dois processos opostos que governam o ciclo global do carbono. Fotossíntese = absorve CO 2 Respiração = libera CO 2

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64 CICLO DO CARBONO INFLUÊNCIA ANTRÓPICA

65 CICLO DO CARBONO INFLUÊNCIA ANTRÓPICA Queimadas As queimadas são um processo que ocorre naturalmente, porém as atividades antrópicas acentuaram esse processo. São tradicionalmente utilizadas nas atividades de agricultura e pecuária, para fins diversos, desde limpeza do pasto à abertura de clareiras para plantação. Além das consequências diretas em perdas da biodiversidade, as queimadas provocam a liberação de uma enorme quantidade de gases, principalmente o CO2 na atmosfera. As queimadas são fatores de desequilíbrio do ciclo, pois fazem o fluxo de carbono do meio biótico para o abiótico ser mais intenso do que o oposto.

66 CICLO DO CARBONO INFLUÊNCIA ANTRÓPICA Queima de combustíveis fósseis Os combustíveis fósseis formam imensos reservatórios de carbono que se encontram abaixo da superfície terrestre. Os combustíveis fósseis e seus derivados são a principal fonte energética utilizada pelos homens. O gás e o carvão mineral são utilizados em larga escala nas termoelétricas, e os derivados do petróleo, tais como a gasolina, o óleo diesel e o querosene, são usados como combustíveis para a grande maioria dos meios de transporte e máquinas mecanizadas. A queima de combustíveis fosseis e seus derivados é altamente energética e resulta em liberação de CO2 na atmosfera. Como a fossilização é um processo extremamente lento, a queima desses combustíveis provoca grande desequilíbrio no ciclo, pois libera na atmosfera carbono que estava armazenado abaixo da superfície numa velocidade muito maior do que ele retorna a este estado.

67 CICLO DO CARBONO INFLUÊNCIA ANTRÓPICA CO2 e CH4 na criação de animais A decomposição e a respiração promovem a passagem do carbono do meio biótico para o abiótico. Os animais domesticados pelo homem, principalmente os grandes rebanhos de herbívoros tais como bois, búfalos e cavalos, podem causar aumento da concentração de carbono na atmosfera pela liberação de gases gerados pela digestão dos alimentos, decomposição de excreções, respiração e outros. O processo de digestão da celulose em herbívoros gera grande quantidade de gás metano (CH4) e é apontado como um importante fator de aumento da concentração de carbono atmosférico.

68 CICLO DO CARBONO CO 2 atmosférico

69 CICLO DO CARBONO Assimilação pela fotossíntese CO 2 atmosférico

70 CICLO DO CARBONO Assimilação pela fotossíntese CO 2 atmosférico Assimilação de C pelos herbívoros

71 CICLO DO CARBONO Assimilação pela fotossíntese Respiração CO 2 atmosférico Assimilação de C pelos herbívoros

72 CICLO DO CARBONO Assimilação pela fotossíntese Respiração CO 2 atmosférico Assimilação de C pelos herbívoros Morte e decomposição de plantas e animais Excrementos Microrganismos decompositores

73 CICLO DO CARBONO Assimilação pela fotossíntese Respiração CO 2 atmosférico Assimilação de C pelos herbívoros Morte e decomposição de plantas e animais Microrganismos decompositores Excrementos Decomposição de matéria orgânica

74 CICLO DA ÁGUA Os oceanos constituem a principal fonte de água. A radiação provoca a evaporação da água para a atmosfera. Os ventos distribuem esse vapor de água sobre a superfície da Terra e a precipitação a traz de volta para a Terra, onde fica armazenada temporariamente nos solos, lagos e aquíferos.

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76 Atmosfera CICLO DA ÁGUA Nuvens Animais Evaporação Rio Mar Praia Lago Plantas

77 Atmosfera CICLO DA ÁGUA Nuvens Condensação (chuva) PEQUENO CICLO Animais Evaporação Mar Praia Rio Lago

78 Atmosfera CICLO DA ÁGUA Movimento das nuvens Nuvens Condensação (chuva) PEQUENO CICLO Animais Evaporação Mar Praia Rio Lago

79 Atmosfera CICLO DA ÁGUA Movimento das nuvens Condensação (chuva) Nuvens PEQUENO CICLO Condensação (chuva) Morros recobertos de floresta Animais Evaporação Mar Praia Rio Lago

80 Atmosfera CICLO DA ÁGUA Movimento das nuvens Condensação (chuva) Nuvens PEQUENO CICLO Condensação (chuva) Morros recobertos de floresta Animais Evaporação Mar Praia Rio Lago Água infiltrada no solo

81 Atmosfera CICLO DA ÁGUA Movimento das nuvens Condensação (chuva) Nuvens PEQUENO CICLO Condensação (chuva) Transpiração e respiração de plantas e animais GRANDE CICLO Morros recobertos de floresta Animais Evaporação Mar Praia Rio Lago Água infiltrada no solo