CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: OS CICLOS DA ÁGUA, DO CARBONO E OXIGÊNIO

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: OS CICLOS DA ÁGUA, DO CARBONO E OXIGÊNIO Figura 1 Planeta Terra CHOAT photographer/shutterstock.com CONTEÚDOS O ciclo da água O ciclo do carbono Combustíveis fósseis O ciclo do oxigênio

AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS Além do nitrogênio, outros elementos químicos realizam um movimento cíclico no ambiente, interagindo tanto com os seres vivos, como com os componentes físicos e químicos dos ecossistemas. O processo de reaproveitamento dos elementos químicos na natureza ocorre de diversas formas, como por exemplo, quando esses passam por transformações físicas, a exemplo da água. Além disso, quando os seres vivos morrem e são degradados pela ação de fungos e bactérias, as moléculas complexas são transformadas em moléculas mais simples, que retornam ao ambiente, podendo ser incorporadas por outros seres vivos. A matéria também circula entre os seres vivos quando um organismo se alimenta do outro, ou seja, na passagem de um nível trófico para outro na cadeia alimentar. Neste capítulo, vamos discutir os ciclos realizados na natureza pela água, pelo carbono e oxigênio, moléculas imprescindíveis para a manutenção da vida na Terra. O ciclo da água A água é essencial para que haja vida. Ela é o componente em maior quantidade na constituição da maioria dos seres vivos. Em nosso corpo, ela corresponde entre 60 e 65% do peso corporal, mais da metade do conteúdo do nosso corpo é água, o que torna esse recurso essencial para nossa existência. Sua distribuição é ampla no planeta, ocorrendo desde a atmosfera, passando pela superfície terrestre até as camadas mais internas da crosta. A água pode ser encontrada em todas as formas físicas, que são relacionadas às várias etapas do seu ciclo. O ciclo da água pode ser considerado em dois aspectos: o pequeno ciclo (ciclo curto) e o grande ciclo (ciclo longo). No pequeno ciclo da água não há a participação dos seres vivos, a água dos oceanos, rios, lagos, riachos, geleira e mesmo a água permeada no solo evapora, passando para a sua forma gasosa. Essa água que retornou à atmosfera, em estado gasoso, forma as nuvens, no processo de condensação. A geada e o orvalho também são formados nesse processo. Quando o vapor d água condensado, atinge o ponto de saturação, a precipitação ocorre na forma de chuva, neve ou granizo. Ao atingir a superfície, parte da precipitação infiltra no subsolo e alimenta o lençol freático; a outra parte retorna para os reservatórios de água oceanos, mares, rios, lagos, etc. reiniciando o ciclo. O grande ciclo da água considera além da evaporação dos reservatórios a evaporação da água contida nos animais e plantas. A transpiração das plantas e dos 2

animais também transfere a água para a atmosfera, por esse motivo, costuma-se chamar essa transferência de evapotranspiração. As plantas perdem água continuamente, principalmente durante o dia, quando os estômatos (estruturas localizadas nas folhas) ficam abertos. Esse mecanismo é essencial para que a água absorvida pelas raízes consiga chegar até as folhas. Nos animais, a água chega através da ingestão e alimentação e sua eliminação ocorre através da eliminação da urina, fezes e no suor, pela transpiração. Entretanto, parte da água dos seres vivos fica incorporado nos tecidos até a sua morte, quando é devolvida ao ambiente no seu processo de degradação. Observe a seguir, os ciclos da água no ambiente: Figura 2 - Ciclo da água Fonte: Só Biologia A potabilidade e a renovação da água são garantidas no ciclo hidrológico. No entanto, esse processo é prejudicado pela ação do homem, que interfere na dinâmica do ciclo, fazendo com que um recurso renovável se torne escasso. Entre as atividades humanas que mais prejudicam o ciclo da água estão o desmatamento, a poluição dos espelhos d água, a canalização e a alteração da rede de 3

drenagem, a impermeabilização do solo, as construções irregulares em áreas alagáveis e a urbanização. CURIOSIDADE Observe no gráfico a seguir, a forma de distribuição da água no planeta Terra: Aproximadamente 70% da água doce consumida no mundo anualmente é destinada para as atividades agropecuárias. A indústria é responsável por consumir aproximadamente 20% do recurso, enquanto 10% é destinado para atender as necessidades domésticas. Disponível em: <http://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/a-distribuicao-agua-noplaneta.htm>. Acesso em: 20 maio 2016. 15h41min. O ciclo do carbono O carbono é um elemento químico presente na constituição de todos os seres vivos. O percurso que esse elemento realiza no ambiente e nos organismos é denominado de ciclo do carbono. Para fins didáticos, vamos considerar como início do ciclo a passagem das moléculas de carbono presentes no gás carbônico, para as moléculas orgânicas dos vegetais, no processo de fotossíntese. 4

Nesse processo, parte das moléculas são incorporadas no corpo do vegetal e a outra parte é degradada, para a obtenção de energia através da respiração celular, que gera como subproduto o gás carbônico, CO 2, que contém carbono na sua constituição. Observe a ilustração a seguir: Figura 3 Ciclo do CO2 Fonte: Microsoft Figura 4 Liberação e absorção de CO2 na respiração e fotossíntese Fonte: Estudo Kids O carbono incorporado na biomassa dos organismos vegetais, pode retornar ao ambiente em duas situações: após a sua morte, quando é degradado pela ação de bactérias e fungos que convertem moléculas orgânicas complexas em elementos mais simples, podendo ser posteriormente assimiladas por outros organismos, ou quando servem de alimento para outro ser vivo, a exemplo dos animais herbívoros, consumidores primários da cadeia alimentar. Nos animais herbívoros, parte das substâncias orgânicas adquiridas na alimentação é eliminada pelas fezes, que também passa pelo processo de decomposição, restituindo parte do carbono ao ambiente. Grande parte das substâncias orgânicas ingeridas e incorporadas pelos herbívoros, é degradada na respiração celular, para a síntese de energia metabólica para as células, que conforme vimos, gera como 5

um dos produtos a liberação de gás carbônico (CO 2) na reação química. O restante passa a constituir a biomassa do animal. Quando os animais herbívoros são caçados por outros animais, esses incorporam parte do carbono que constituía a biomassa dos herbívoros, e utilizam essas moléculas orgânicas para a síntese de energia através do processo de respiração celular, que libera CO 2, restituindo parte do carbono para o ambiente, o que não é aproveitado é eliminado nas fezes. Uma parcela não é degradada, mas passa a constituir a biomassa do ser vivo, que por sua vez será transferida a outro animal, por meio dos níveis tróficos na cadeia alimentar. Observe o ciclo do carbono nos ecossistemas: Ciclo do Carbono Dióxido de carbono na atmosfera Queima de combustíveis fósseis Fotossíntese Respiração Vegetal Respiração Animal Decomposição Combustíveis fósseis Figura 5 Ciclo do carbono Fonte: Kuroro Lucifer/Shutterstock.com Em linhas gerais, o carbono fixado na fotossíntese, retorna ao ambiente através da passagem dos seres vivos de um nível trófico ao outro na cadeia alimentar. Uma parcela retorna ao ambiente através da ação dos decompositores, que degradam os organismos mortos e os dejetos orgânicos, e uma outra parcela volta por meio do 6

processo de respiração celular, que além de produzir energia, gera gás carbônico, CO 2, que é liberado na atmosfera. Figura 6 Passagem de CO2 entre o ambiente e os seres vivos Fundação Bradesco Combustíveis Fósseis Em certas condições ocorridas no passado, restos e cadáveres de diversos organismos foram sedimentados, a milhões de anos atrás e, suas moléculas orgânicas, sob determinadas condições, puderam preservar sua energia química potencial. Essas substâncias, sofreram diversas transformações químicas dando origem aos combustíveis fósseis, como o carvão mineral, o petróleo e o gás natural. A energia química contida nesses combustíveis fósseis, é portanto, adquirida através da fotossíntese. Na maioria dos casos, o petróleo surge em ambiente marinho, mas também pode ser encontrado em áreas continentais, graças aos processos tectônicos e à própria movimentação do líquido por entre as rochas sedimentares. Durante a formação dos combustíveis fósseis, sucessivas camadas de sedimentos sobrepostas, fazem uma grande pressão e elevam a temperatura das camadas inferiores o suficiente para formarem rochas, sendo exercida também sobre restos orgânicos que se juntam ao conjunto de sedimentos que darão origem a essa estrutura geológica. 7

Observe a ilustração a seguir: Há muitos milhões de anos, o fitoplâncton e o zooplâncton, após a sua morte, foram a matériaprima do petróleo. Os restos de organismos parcialmente decompostos foram enterrados sob camadas de sedimentos. Formaram-se hidrocarbonetos que migraram nas rochas até ficarem retidos. O petróleo e o gás natural acumularam-se e ficaram retidos. Figura 7 Formação dos combustíveis fósseis Fonte: Escola Educação A intensa utilização de combustíveis fósseis pelas civilizações restituiu uma grande quantidade de carbono, na forma de gás carbônico, CO 2, ao ambiente. Nos últimos cem anos, estima-se que a queima desses combustíveis tenha aumentado a concentração de gás carbônico em 40%, passando de 0,029% para 0,04%. De acordo com vários pesquisadores, essa elevação do teor de CO 2 na atmosfera, ocasiona um aumento da temperatura global, com a intensificação do efeito estufa. CURIOSIDADE O que é o Efeito Estufa? É um fenômeno natural de conservação de calor na Terra; se ele não existisse a temperatura na Terra seria de -15ºC. Porém, esse efeito tem se intensificado e agravado pela ação humana com a queima de combustíveis fósseis e a consequente emissão de poluentes na atmosfera. A alta concentração de poluentes na atmosfera é uma das principais causas da elevação da temperatura na Terra, que junto às causas naturais, contribui para o 8

aquecimento global. Isso ocorre porque os raios provenientes do Sol, ao serem emitidos à Terra, têm dois destinos: parte deles é absorvida e transformada em calor, mantendo o planeta quente, enquanto outra parte é refletida e direcionada ao espaço como radiação infravermelha. Cerca de 65% dos gases ficam retidos na superfície do planeta (os outros 35% são refletidos para o espaço) devido à presença de poluentes na atmosfera que formam um cobertor em torno da Terra, bloqueando a saída dos raios para o espaço e aprisionando o calor na superfície terrestre. O nome efeito estufa partiu da ideia de uma estufa usada para cultivar plantas. Nessas estufas, compostas por paredes e tetos de vidro, o calor entra e não sai, ajudando no aproveitamento do mesmo pelas plantas, que passam a se desenvolver melhor. Esse fenômeno, ao ser agravado pela ação do homem, traz ao planeta diversas consequências que podem ser catastróficas, como: Alterações nos ecossistemas e extinções de espécies devido às dificuldades de adaptação destas às altas temperaturas; Escassez de água em consequência da diminuição das chuvas; Aumento da fome porque a agricultura é prejudicada pelo clima e pela falta de água; Elevação do nível do mar e inundações de cidades litorâneas por causa do derretimento das geleiras; 9

Proliferação de doenças típicas de países quentes, como malária e dengue, que podem chegar aos países anteriormente mais frios. Desequilíbrios climáticos. Disponível em: <http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2009/08/estufa.jpg>. Acesso em: 20 maio 2016. 15h43min O ciclo do oxigênio De maneira geral, pode-se afirmar que o ciclo do oxigênio está relacionado ao ciclo do carbono, uma vez que ambos estão associados aos fenômenos da fotossíntese e respiração. Conforme vimos anteriormente, o processo de fotossíntese libera oxigênio para a atmosfera, enquanto os processos de respiração e combustão o consomem. Parte do O 2 da estratosfera é transformado pela ação de raios ultravioletas em ozônio (O 3). A camada de ozônio funciona como um filtro, evitando a penetração de 80% dos raios ultravioletas. Vale lembrar que, a liberação constante de clorofluorcarbonos (CFC) leva a destruição da camada de ozônio. Figura 8 - Ciclo do Oxigênio Fonte: Estudo Prático 10

Saiba Mais! Camada de Ozônio Em volta da Terra há uma frágil camada de um gás chamado ozônio (O3), que protege animais, plantas e seres humanos dos raios ultravioleta emitidos pelo Sol. Na superfície terrestre, o ozônio contribui para agravar a poluição do ar das cidades e a chuva ácida. Mas, nas alturas da estratosfera (entre 25 e 30 km acima da superfície), é um filtro a favor da vida. Sem ele, os raios ultravioleta poderiam destruiir todas as formas de vida no planeta. Na atmosfera, a presença da radiação ultravioleta desencadeia um processo natural que leva à contínua formação e fragmentação do ozônio, como na imagem a seguir: ATIVIDADES 1 - (ETE) A dinâmica do ciclo do carbono é muito variável, quer no espaço quer no tempo. As emissões de carbono ocorrem devido às ações dos seres vivos ou devido a outros fenômenos, como uma erupção vulcânica que, por exemplo, provoca um aumento temporário de carbono na atmosfera. O sequestro (absorção) do carbono da atmosfera (CO2) é feito principalmente pelos seres clorofilados que, no processo de fotossíntese, sintetizam a molécula da glicose (C6H12O6). Para manter armazenado, por longo prazo, o carbono que foi retirado da atmosfera, é aconselhável a) controlar as atividades vulcânicas. b) transformar as florestas em zonas agrícolas. c) instalar hortas em grande parte das residências. d) impedir o desflorestamento e estimular o reflorestamento. 11

e) diminuir a biodiversidade, facilitando os cálculos sobre as atividades respiratórias. 2 - (ETE) Considere a canção Água, de Paulo Tatit e Arnaldo Antunes. Da nuvem até o chão, Do chão até o bueiro, Do bueiro até o cano, Do cano até o rio, Do rio até a cachoeira... Da cachoeira até a represa, Da represa até a caixa d água, Da caixa d água até a torneira, Da torneira até o filtro, Do filtro até o copo. Do copo até a boca, Da boca até a bexiga, Da bexiga até a privada, Da privada até o cano, Do cano até o rio... Do rio até outro rio, Do outro rio até o mar, Do mar até outra nuvem... (SILVEIRA, Ieda. A Geografia da gente. São Paulo: Ática, 2003. p. 8) A letra da canção faz referência a) ao ciclo da água e à ação do homem sobre a natureza. b) à rede hidrográfica e ao consumo inadequado da água. c) à rede de esgoto e à ação da natureza sobre o homem. d) à bacia hidrográfica e à submissão do homem à natureza. e) ao abastecimento de água e ao sistema de canalização de esgoto. 12

3 - (FUVEST) Considere o ciclo representado a seguir: Sobre o ciclo responda as seguintes questões: a) Quais os processos representados em A e B? b) Como o carbono armazenado em combustíveis fósseis pode voltar para a atmosfera? 13

4 - (ENEM) As nações do mundo têm discutido a possibilidade de os países ricos e poluidores pagarem impostos aos países em desenvolvimento que mantiverem e/ou plantarem florestas. Esta seria uma maneira de amenizar a contribuição dos países poluidores para o efeito estufa (fenômeno responsável pelo aquecimento da Terra) pois as plantas, ao crescerem, retiram da atmosfera o principal elemento responsável por esse efeito. O elemento ao qual o texto acima se refere faz parte do ciclo a) do nitrogênio. b) do carbono. c) do fósforo. d) da água. e) do ozônio. 5 - (ENEM) O ciclo da água é fundamental para a preservação da vida no planeta. As condições climáticas da Terra permitem que a água sofra mudanças de fase e a compreensão dessas transformações é fundamental para se entender o ciclo hidrológico. Numa dessas mudanças, a água ou a umidade da terra absorve o calor do sol e dos arredores. Quando já foi absorvido calor suficiente, algumas das moléculas do líquido podem ter energia necessária para começar a subir para a atmosfera. Disponível em <http://www.keroagua.blogspot.com>. Acesso em: 30 mar. 2009 (Adaptado) A transformação mencionada no texto é a a) fusão. b) liquefação. c) evaporação. d) solidificação. e) condensação. 14

INDICAÇÕES Na internet, você poderá acessar: Artigo: Ciclos biogeoquímicos. Disponível em: <http://educacao.globo.com/biologia/assunto/ecologia/ciclos-biogeoquimicos.html>. Acesso em: 20 maio 2016. 16h15min. Artigo: Ciclo do Carbono. Disponível em: <http://www.sobiologia.com.br/conteudos/bio_ecologia/ecologia29.php>. Acesso em: 20 maio 2016. 16h21min. Infográfico. Ciclo do Carbono. INPE Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos. Disponível em: <http://videoseducacionais.cptec.inpe.br/>. Acesso em: 20 maio 2016. 16h27min. Artigo: Ciclo do Oxigênio. Disponível em:< http://www.infoescola.com/biologia/ciclo-do-oxigenio/>. Acesso em: 20 maio 2016. 16h22min. Acesso em: 16 maio 2016. 16h22min. Infográfico. Ciclo da água. Disponível em: <http://www.ecodesenvolvimento.org/posts/2011/marco/infografico-ociclo-da-agua-nas-cidades>. Acesso em: 20 maio 2016. 16h24min. Infográfico. Efeito Estufa. INPE Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos. Disponível em: <http://videoseducacionais.cptec.inpe.br/>. Acesso em: 20 maio 2016. 16h29min. Vídeo: Ciclo do carbono, efeito estufa e mudanças climáticas. INPE Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=ssvfqyslmho>. Acesso em: 20 maio 2016. 16h36min. 15

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARVALHO, W. Biologia em Foco 1ª ed. São Paulo: Editora FTD, 2002. CHOAT, photographer In: SHUTTERSTOCK. Planeta Terra. Disponível em: <http://www.shutterstock.com/pic.mhtml?id=330054761&src=id>. Acesso em: 20 maio 2016. 16h59min. ESCOLA EDUCAÇÃO. Formação dos combustíveis fósseis. Disponível em: https://www.google.com.br/search?q=forma%c3%a7%c3%a3o+dos+combust%c3% ADveis+f%C3%B3sseis&safe=vss&biw=1360&bih=673&source=lnms&tbm=isch&sa=X &ved=0ahukewj0v62jjvdmahvjkx4khuhuagwq_auibygc#imgrc=zxyguiaxiy5hm M%3A>. Acesso em: 23 maio 2016. 08h39min. ESTUDO KIDS. Liberação e absorção de CO2 na respiração e fotossíntese. Disponível em: <http://www.estudokids.com.br/wp-content/uploads/2014/08/respiracaoe-ranspiracao-dos-vegetais.png>. Acesso em: 19 maio 2016. 16h05min. INFO ESCOLA. Ciclo do Oxigênio. Disponível em: <http://www.estudopratico.com.br/wp-content/uploads/2013/05/ciclo-dooxig%c3%aanio.jpg>. Acesso em: 20 maio 2016. 16h21min. LUCIFER, Kuroro In: SHUTTERSTOCK. Ciclo do carbono. Disponível em: <http://www.shutterstock.com/pic.mhtml?id=420948541&src=id> Acesso em: 19 maio 2016. 16h05min. MANAHAN, STANLEY E. Química Ambiental. 9ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2013. SÓ BIOLOGIA. Ciclo da Água. Disponível em: <http://www.sobiologia.com.br/conteudos/agua/agua5.php>. Acesso em: 20 maio 2016. 16h23min. 16

Gabarito 1 - Alternativa D 2 - Alternativa A 3. a) Fotossíntese e respiração b) Através de combustões realizadas pelo homem. 4 - Alternativa B 5 - Alternativa C 17