Baixe Efeito Estufa e outras Trabalhos em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity! Profa M. Sc. Neide Pessin CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Biogeoquímico é o resultado dos conjuntos de agentes biológicos (microorganismos), constituição da litosfera (rocha) e degradação química. A Biogeoquímica é a ciência que estuda a troca ou a circulação de matéria entre os componentes vivos e físico-químicos da Biosfera (Odum, 1971). CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Cato, a conchas calcáreas CICLO HIDROLÓGICO Mais abundante componente da matéria viva, a água precisa ser necessariamente reciclada para a garantia de vida no planeta. A superfície terrestre é recoberta por cerca de 75% de água. De toda a água que recobre a Terra, cerca de 97% pertencem ao talassociclo (do grego thalassos = mar), isto é, ao conjunto que abrange todos os ecossistemas marinhos. O restante pertence ao limnociclo (do grego limne = lago), ou seja, o conjunto de todos os ecossistemas dulcícolas. Aspectos quantitativos:  evaporação;  infiltração;  escoamento superficial. Aspectos qualitativos:  parâmetros de qualidade: - físico-químicos; - biológicos. CICLO HIDROLÓGICO A água evapora-se das superfícies aquáticas (principalmente) e terrestres, formando as nuvens. Condensa-se e se precipita na forma de chuva, neve ou granizo. No solo, a água pode percolar, isto é, atravessar as camadas do solo, atraídas pela força da gravidade, e atingir um lençol freático, de onde chega até um rio ou riacho. Parte da água precipitada pode ser retida pelo solo e absorvida pelas plantas, por seu sistema radicular. Nos vegetais, a perda de água ocorre por transpiração, sudação ou transferência alimentar à cadeia de consumidores. Os animais, por sua vez, participam do ciclo ingerindo água diretamente, ou indiretamente através dos alimentos. O processo de eliminação é variável, podendo ocorrer através de urina, fezes, respiração, suor, etc... DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NA BIOSFERA 97,2% água salgada 99,34% 2,14% calotas e geleiras polares 0,633% águas subterrâneas 0,66% 0,022% águas superficiais 0,005% águas do solo + evaporação CICLO HIDROLÓGICO O ciclo hidrológico pode ser resumido por meio dos seguintes processos: DETENÇÃO: parte da precipitação fica retida na vegetação, depressões do terreno e construções. Essa massa de água retorna à atmosfera pela ação da evaporação ou penetra no solo pela infiltração. ESCOAMENTO SUPERFICIAL: constituído pela água que escoa sobre o solo, fluindo para locais de altitudes inferiores, até atingir um corpo d’água como um rio, lago ou oceano. A água que compõe escoamento superficial pode também sofrer infiltração para as camadas superiores do solo, ficar retida ou sofrer evaporação. CICLO HIDROLÓGICO INFILTRAÇÃO: a água infiltrada pode sofrer evaporação, ser utilizada pela vegetação, escoar ao longo da camada superior do solo ou alimentar o lençol de água subterrâneo. ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO: constituído por parte da água infiltrada na camada superior do solo, sendo bem mais lento que o escoamento superficial. Parte desse escoamento alimenta os rios e os lagos, além de ser responsável pela manutenção desses corpos durante épocas de estiagem. INTERVENÇÕES DO HOMEM 1. Desmatamento. 2. Pavimentação = taxa de impermeabilização. 3. Utilização de defensivos agrícolas. 4. Despejos de esgotos e efluentes industriais. 5. Eutrofização. 6. Diminuição do teor de oxigênio dissolvido nos rios. 7. Lançamento de substâncias tóxicas perigosas. 8. Poluição atmosférica. 9. Resíduos sólidos. 10. Represamento das águas. CICLO DO CARBONO O reservatório de carbono é a atmosfera, onde o nutriente das plantas encontra-se na forma de dióxido de carbono (CO2), um gás que, nas condições naturais de temperatura e pressão é inodoro e incolor. O carbono é o principal constituinte da matéria orgânica (49% do peso seco). O ciclo do carbono é perfeito, pois o elemento é devolvido ao meio à mesma taxa a que é sintetizado pelos produtores. As plantas utilizam o CO2 e o vapor de água da atmosfera para, na presença de luz solar, sintetizar compostos orgânicos de carbono, hidrogênio e oxigênio, tais como a glicose (C6H12O6). Reação da fotossíntese: 6CO2 + 6 H2O + energia solar = C6H12O6 + 6O2 CICLO DO CARBONO  A fixação do carbono em sua forma orgânica indica que a fotossíntese é a base da vida na Terra.  A energia solar é armazenada como energia química nas moléculas orgânicas da glicose. A energia armazenada nas moléculas orgânicas é liberada no processo inverso ao da fotossíntese: a respiração. Nesta, ocorre a quebra das moléculas com a conseqüente liberação de energia para a realização das atividades vitais dos organismos. Reação da respiração: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 640 kcal / molde glicose CICLO DO CARBONO O carbono é um elemento químico presente na estrutura de todas as moléculas orgânicas. É, portanto, essencial para a vida. Na natureza, o carbono encontra-se à disposição dos seres vivos na forma de CO2 (gás carbônico), na atmosfera ou dissolvido na água. Através da fotossíntese, o CO2 é fixado e transformado em matéria orgânica pelos produtores. Já os consumidores somente adquirem carbono através da nutrição. Tanto os produtores como os consumidores, porém, perdem carbono da mesma forma: através da respiração (que libera CO2 para o ambiente) ou da cadeia alimentar (ao servirem de alimento para um organismo qualquer) ou, ainda, ao fornecerem material que fará parte da constituição do húmus (ou detritos orgânicos), pela morte do organismo ou de parte dele e pela eliminação de excreções ou resíduos digestivos. CICLO DO CARBONO Os decompositores atuam sobre os detritos orgânicos liberando CO2, que retorna à atmosfera, reintegrando-se a seu reservatório natural. Detritos orgânicos ainda podem originar os combustíveis fósseis que, através da combustão, eliminarão CO2 de volta para a atmosfera. Obs.: Fotossíntese: CO2 + H2O = > C6H12O6 + H20 + O2 Respiração: C6H12O6 + O2 = > CO2 + H2O + energia Combustão: combustível + energia + O2 = > CO2 + ...(detritos) CO A Produtor Consumidor a Há Decompositor Combustíveis Fósseis = Fotossinlese Respiração Clicose = Decomposição —-+— Formação dos combustiveis fósseis == Combustão CICLO DO CARBONO Desmatamento: 1. Aumento do CO2 emitido em função da emissão no momento da queima. 2. Redução da taxa fotossintética. 3. Queimadas de florestas. 4. Efeito estufa – intervenções antropogênicas no ciclo do carbono. CICLO DO CARBONO Efeito estufa: 1. Utilização excessiva de combustíveis fósseis (falta de incentivos para a geração de energia alternativa). 2. Desmatamento. 3. Poluição ambiental. 4. Intensificação do efeito estufa. 5. Mudanças climáticas. 6. Aquecimento global. 7. Mudança nos níveis dos oceanos. = aa SUS ANA da A situação atual Os raios solares penetram a astmosfera da terra, aquecendo sua superfície, que reflete o calor de volta para a atmosfera e para o espaço. O EFEITO ESTUFA CICLO DO NITROGÊNIO O ciclo do nitrogênio, assim como o do carbono, é um ciclo gasoso. Apesar dessa similaridade, existem algumas diferenças notáveis entre os dois ciclos:  a atmosfera é rica em nitrogênio (78%) e pobre em Carbono (0,032%);  apesar da abundância de nitrogênio na atmosfera, somente um grupo seleto de organismos consegue utilizar o nitrogênio gasoso;  o envolvimento biológico no ciclo do nitrogênio é muito mais extenso do que no ciclo do carbono. CICLO DO NITROGÊNIO Grande parte do nitrogênio existente nos organismos vivos não é obtida diretamente da atmosfera, uma vez que a principal forma de nutriente para os produtores são os nitratos (NO3-). No ciclo do nitrogênio existem quatro mecanismos diferentes e importantes: 1. fixação do N atmosférico em nitratos; 2. amonificação; 3. nitrificação; 4. desnitrificação. CICLO DO NITROGÊNIO A fixação do nitrogênio ocorre por meio dos organismos simbióticos fixadores de nitrogênio, dentre os quais destaca-se o Rhizobium, que vive em associação simbiótica (mutualismo) com raízes vegetais leguminosas (ervilha, soja, feijão, etc.). A fixação do nitrato por via biológica é a mais importante. O nitrogênio fixado é rapidamente dissolvido na água do solo e fica disponível para as plantas na forma de nitrato. Essas plantas transformam os nitratos em grande moléculas que contêm nitrogênio e outras moléculas orgânicas nitrogenadas, necessárias à vida. Inicia-se, assim, o processo de amonificação. CICLO DO NITROGÊNIO O Nitrogênio (N2) é um elemento químico que participa da constituição de ácidos nucléicos, proteínas e clorofilas. Compreende-se, portanto, a importância do estudo do ciclo desse elemento na natureza, cujo reservatório natural é a atmosfera, onde perfaz cerca de 78% do ar. Entretanto, o N2 é uma molécula que não constitui fonte adequada do elemento para a grande maioria dos seres vivos. De fato, com raras exceções, os seres vivos não conseguem fixar e, portanto, incorporar à matéria viva o N2 atmosférico. CICLO DO NITROGÊNIO 1. Ciclo gasoso do tipo complexo. 2. Interação dinâmica entre os fluxos e diferentes grupos de microorganismos. 3. Ciclo importante, pois limita ou controla a abundância dos organismos. 4. A atmosfera contém 80% do nitrogênio disponível na biosfera sendo, dessa forma, o maior reservatório do composto e a válvula de escape do sistema. CICLO DO NITROGÊNIO 5. O nitrogênio entra constantemente na atmosfera pela ação das bactérias desnitrificantes, e continuamente retorna ao ciclo pela ação das bactérias ou algas fixadoras de nitrogênio (biofixação). 6. A degradação do nitrogênio presente na célula (formas orgânicas ou inorgânicas) acontece pelas ação de espécies bacterianas especializadas presentes no solo, as quais disponibilizam amônia e nitrato. Essas duas formas de nitrogênio são os compostos facilmente utilizáveis pelas plantas verdes. CICLO DO NITROGÊNIO Os nitritos liberados pelas bactérias nitrosas (Nitrosomonas e Nitrosococcus) são absorvidos e utilizados como fonte de energia por bactérias quimiossintetizantes do gênero Nitrobacter. Da oxidação dos nitritos formam-se os nitratos que, liberados para o solo, podem ser absorvidos e metabolizados pelas plantas. À conversão do nitrito (ou ácido nitroso) em nitrato (ou ácido nítrico) dá-se o nome de nitratação. A ação conjunta das bactérias nitrosas (Nitrosomonas e Nitrosococcus) e nítricas (Nitrobacter) permite a transformação da amônia em nitratos. A esse processo denomina-se nitrificação e às bactérias envolvidas dá-se o nome de nitrificantes. CICLO DO NITROGÊNIO Resumindo: Nitrosação: conversão de íons amônio (ou amônia) em nitritos. Nitratação: conversão de nitritos em nitratos. Nitrificação: conversão de íons amônio em nitratos. Bactérias nitrificantes: compreendem as bactérias nitrosas (Nitrosomonas e Nitrosococcus) e nítricas (Nitrobacter). No solo existem muitas bactérias (Pseudomonas, por exemplo) que, em condições anaeróbicas, utilizam nitratos em vez de oxigênio no processo respiratório. Ocorre, então, a conversão de nitrato em N2, que retorna à atmosfera, fechando o ciclo. À transformação dos nitratos em N2 dá-se o nome de desnitrificação, e as bactérias que realizam essa transformação são chamadas de desnitrificantes. Nome do Processo Agente Equação Fixação Bactéria Rhizobium e Nostoc (alga cianofícea) N2 => sais nitrogenados Amonização Bactérias decompositoras N orgânico => NH4 Nitrosação Bactéria Nitrosomonas e Nitrosococcus NH4 => NO2 Nitratação Bactéria Nitrobacter NO2 => NO3 Desnitrificação Bactérias Desnitrificantes (Pseudomonas) NO3 => N2 Resumo dos processos no ciclo do Nitrogênio: CICLO DO ENXOFRE O enxofre apresenta um ciclo basicamente sedimentar, embora possua uma fase gasosa, de pouca importância. A principal forma de assimilação do enxofre pelos seres produtores é como sulfato inorgânico. O processo biológico envolvido nesse ciclo compreende uma série de microorganismos com funções específicas de redução e oxidação. A maior parte do enxofre que é assimilado é mineralizado em processos de decomposição. Sob condições anaeróbias, ele é reduzido a sulfetos, entre os quais o sulfeto de hidrogênio (H2S), composto letal à maioria dos seres vivos, principalmente aos ecossistemas aquáticos em grandes profundidades. Esse gás, tanto no solo como na água, sobe a camadas mais aeradas, onde então é oxidado, passando à forma de enxofre elementar, quando mais oxidado ele se transforma em sulfato. CICLO DO ENXOFRE Sob condições anaeróbias e na presença de ferro, o enxofre precipita-se, formando sulfetos férricos e ferrosos. Esses compostos, por sua vez, permitem que o fósforo converta-se de insolúvel a solúvel, tornando-se, assim, utilizável. Esse exemplo mostra a inter-relação que ocorre em um ecossistema entre diferentes ciclos de minerais. As ação do homem também interfere nesse ciclo por meio de grandes quantidades de dióxido de enxofre liberados nos processos de queima de carvão e óleo combustível em indústrias e usinas termoelétricas. O dióxido de enxofre tem potenciais efeitos danosos ao organismo, além de provocar, em certas situações, a chuva ácida e o smog industrial. CICLO DO ENXOFRE 1. O grande reservatório de enxofre é no solo e nos sedimentos. 2. É um ciclo que caracteriza-se pela participação efetiva e rápida dos microorganismos. 3. Recuperação de compostos de enxofre a partir da ação microbiana sobre o sedimentos profundos. 4. Interação nos processos geoquímicos, meteorológicos e biológicos. 5. Interdependência do ar, da água e do solo na regulação do ciclo global. 6. A principal forma disponível é o sulfato (SO4), que será reduzido pelos seres autótrofos e incorporado às proteínas. 7. É um ciclo menos limitante do que o do nitrogênio e o do fósforo. CICLO DO FÓSFORO Por meio de processos erosivos, ocorre a liberação do fósforo na forma de fosfatos, que serão utilizados pelos produtores. Entretanto, parte desses fosfatos liberados é carreada para os oceanos, onde se perde em depósitos a grande profundidades, ou é consumida pelo fitoplâncton. Os meio de retorno do fósforo para os ecossistemas a partir do oceanos são insuficientes para compensar a parcela que se perde. Ao mesmo tempo em que reduzem a taxa de retorno, os seres humanos, agindo sobre a natureza com a exploração da mineração, ocupação desordenada do solo, desmatamentos e agricultura, entre outras atividades, aceleram o processo de perda de fósforo do ciclo. CICLO DO FÓSFORO O ciclo do fósforo é lento, passando da litosfera para a hidrosfera por meio da erosão. Parte do fósforo é perdida para os depósitos de sedimentos profundos no oceano. Devido a movimentos tectônicos, existe a possibilidade de levantamentos geológicos que tragam de volta o fósforo perdido. Por meio da reciclagem, o fósforo, em compostos orgânicos, é quebrado pelos decompositores e transformado em fosfatos, sendo novamente utilizado pelos produtores. Nesse processo também há perdas, uma vez que os ossos, ricos em fósforo, oferecem resistência aos decompositores e à erosão. CICLO DO FÓSFORO 1. Rochas sedimentares são o reservatório natural do fósforo. 2. O fósforo é um elemento essencial para a constituição de ATP, DNA e RNA. 3. A forma mais comum para a absorção dos vegetais é o PO4. 4. Assim como o nitrogênio, é um elemento limitante, controlando a abundância dos organismos. CICLO DO OXIGÊNIO O oxigênio pode ser consumido da atmosfera através das seguintes vias:  atividade respiratória de plantas e animais;  combustão;  degradação, principalmente pela ação de raios ultravioleta, com formação de ozônio (O3);  combinação com metais do solo (principalmente o ferro), formando óxidos metálicos. Produtor F Consumidor Decompositor e Fotossintese Respiração Formação do Ozônio -p- Oxidação -= Combustão Combustão