Ciclos Biogeoquímicos
CAP 3🔄 Por que os elementos são cíclicos?
Ao contrário da energia (unidirecional), os elementos químicos são reciclados — circulam entre os organismos e o ambiente. Conforme as leis ponderais: "nada se perde, nada se cria; tudo se transforma."
- 118 elementos conhecidos → 30 a 40 encontrados nos seres vivos
- Reservatórios: atmosfera (CO₂, N₂), rochas (cálcio, fósforo), hidrosfera (nitratos, fosfatos)
- Ciclos = fluxos de elementos entre forma orgânica (nos organismos) e forma inorgânica (no ambiente)
💧 Ciclo da Água
97% da água do planeta está nos oceanos. O ciclo envolve:
1
Evaporação: calor solar evapora a água dos oceanos, rios e lagos
2
Condensação: vapor sobe, resfria e forma nuvens
3
Precipitação: chuva, neve ou granizo retornam à superfície
4
Escoamento/Infiltração: água escoa para rios/oceanos ou infiltra-se formando lençóis freáticos
5
Transpiração/Excreção: seres vivos eliminam água de volta ao ambiente
Interferência humana: desmatamento reduz transpiração e infiltração → menos chuva; represas alteram vazão; poluição contamina lençóis
🌿 Ciclo do Carbono
- Entrada no ciclo: fotossíntese — plantas absorvem CO₂ e fixam carbono em glicose
- Circulação: cadeia alimentar transfere carbono orgânico de produtor para consumidores
- Retorno ao ambiente: respiração celular libera CO₂; decomposição também libera CO₂
- Reservatório principal: combustíveis fósseis — carbono acumulado há milhões de anos
- Interferência humana: queima de combustíveis fósseis libera CO₂ antigo → aumento do efeito estufa → aquecimento global
- Desmatamento + queimadas = menos fotossíntese (menos absorção) + mais CO₂ emitido
💨 Ciclo do Oxigênio
- O₂ na troposfera: usado na respiração celular aeróbica pelos seres vivos
- O₃ (ozônio) na estratosfera: formado a partir de O₂ pela energia solar; absorve radiação UV
- Fotossíntese → quebra de H₂O → libera O₂ na atmosfera
- Respiração celular → consome O₂ → libera CO₂
- Ciclo do O₂ se relaciona com o ciclo do carbono (fotossíntese e respiração são processos opostos)
- A expansão das plantas terrestres (~542 Ma) elevou drasticamente o O₂ atmosférico
⚗️ Ciclo do Fósforo — SEM FASE GASOSA
- Principal reservatório: rochas sedimentares (fosfatos minerais)
- Liberado por erosão e decomposição das rochas → vai para o solo e água
- Absorvido pelas plantas como fosfato (PO₄³⁻) → transferido pela cadeia alimentar
- Retorna ao ambiente pela excreção dos consumidores e pela decomposição
- Parte chega ao mar: retorna ao ciclo terrestre por consumo de peixes e aves marinhas
- Importância biológica: DNA, RNA, ATP, dentes e ossos
- Interferência humana: fertilizantes com fósforo → eutrofização de corpos d'água
- Eutrofização: acúmulo de nutrientes → proliferação de algas/cianobactérias → falta de luz → morte de peixes por falta de O₂
💛 Ciclo do Enxofre
- Reservatórios: rochas, sedimentos, oceano (íons sulfato SO₄²⁻)
- Erosão de rochas, atividade vulcânica e respiração anaeróbica de bactérias liberam H₂S
- Plantas absorvem SO₂ e H₂S das folhas → incorporam à síntese de aminoácidos (cisteína)
- Decomposição devolve enxofre ao solo
- Interferência humana: queima de combustíveis fósseis → libera SO₂ → reage com vapor de água → ácido sulfúrico (H₂SO₄) → chuva ácida
- Chuva ácida danifica ecossistemas, corrói estruturas e acidifica rios e lagos
Checklist de Revisão
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Sei por que os elementos químicos são cíclicos (ao contrário da energia)
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Conheço as 5 etapas do ciclo da água
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Explico o papel da fotossíntese e da respiração no ciclo do carbono
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Sei as 4 etapas do ciclo do nitrogênio (fixação, nitrificação, desnitrificação, amonificação)
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Sei que o ciclo do fósforo não tem fase gasosa
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Explico como a queima de combustíveis fósseis causa chuva ácida (ciclo do enxofre)
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Entendo o que é eutrofização e qual ciclo está relacionado
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Sei identificar qual bactéria realiza cada etapa do ciclo do N
Ciclo do Nitrogênio
DETALHADO🧪 Por que o nitrogênio precisa ser "fixado"?
O N₂ compõe ~78% da atmosfera, mas a maioria dos seres vivos não consegue absorvê-lo na forma gasosa. Precisa ser convertido em formas utilizáveis (NH₄⁺ ou NO₃⁻) pelos organismos.
1
Fixação: bactérias fixadoras (ex: Rhizobium nas raízes de leguminosas — feijão, soja, ervilha) convertem N₂ → NH₄⁺ (íon amônio). Também ocorre por raios e atividade vulcânica.
2
Nitrificação (2 etapas):
• Nitrosação: bactérias Nitrosomonas oxidam NH₄⁺ → NO₂⁻ (nitrito)
• Nitratação: bactérias Nitrobacter oxidam NO₂⁻ → NO₃⁻ (nitrato) — forma absorvida pelas plantas
• Nitrosação: bactérias Nitrosomonas oxidam NH₄⁺ → NO₂⁻ (nitrito)
• Nitratação: bactérias Nitrobacter oxidam NO₂⁻ → NO₃⁻ (nitrato) — forma absorvida pelas plantas
3
Absorção pelas plantas: raízes absorvem NH₄⁺ ou NO₃⁻ → incorporam à síntese de aminoácidos e outras moléculas nitrogenadas
4
Cadeia alimentar: compostos nitrogenados das plantas passam para os herbívoros, depois para os carnívoros
5
Amonificação: quando animais e plantas morrem, fungos e bactérias decompositores convertem nitrogênio orgânico → NH₄⁺ novamente (maior fonte de amônio no solo)
6
Desnitrificação: bactérias desnitrificantes convertem NO₃⁻ → N₂ (ou N₂O) → retorna à atmosfera, fechando o ciclo
| ETAPA | PROCESSO | AGENTE | TRANSFORMAÇÃO |
|---|---|---|---|
| Fixação | Converte N₂ em NH₄⁺ | Bactérias (Rhizobium, vida livre); raios; indústria | N₂ → NH₄⁺ |
| Nitrosação | 1ª etapa da nitrificação | Nitrosomonas | NH₄⁺ → NO₂⁻ |
| Nitratação | 2ª etapa da nitrificação | Nitrobacter | NO₂⁻ → NO₃⁻ |
| Amonificação | Decompõe matéria orgânica | Fungos e bactérias decompositoras | Proteínas → NH₄⁺ |
| Desnitrificação | Retorna N ao ar | Bactérias desnitrificantes | NO₃⁻ → N₂ ou N₂O |
💡 Pegadinhas — ciclo do N no vestibular
- Ausência de Nitrosomonas → menos nitrato → menos absorção pelas plantas (UFJF)
- Rhizobium é fixador, não nitrificante — não confundir com Nitrosomonas
- Amonificação é a maior fonte de NH₄⁺ no solo (não a fixação)
- Florestas jovens retêm mais amônio (nitrificação menos intensa) — florestas nativas liberam mais N
- Fertilizantes nitrogenados industriais: fixação artificial de N₂ — alto custo energético e libera gases estufa
- Perda de N no solo: retirada/queimada de vegetação, erosão, lixiviação
Tabela Comparativa dos Ciclos
RESUMO| CICLO | FASE GASOSA? | RESERVATÓRIO PRINCIPAL | INTERFERÊNCIA HUMANA | IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA |
|---|---|---|---|---|
| Água | Sim (vapor) | Oceanos (97%) | Desmatamento, represas, poluição | Reagente da fotossíntese, solvente universal |
| Carbono | Sim (CO₂) | Combustíveis fósseis, atmosfera | Queima de fósseis, desmatamento → efeito estufa | Base de toda matéria orgânica |
| Oxigênio | Sim (O₂, O₃) | Atmosfera | Queima reduz O₂; CFC destrói ozônio | Respiração aeróbica; camada de ozônio bloqueia UV |
| Nitrogênio | Sim (N₂) | Atmosfera (78%) | Fertilizantes, desmatamento, queimadas | Aminoácidos, proteínas, DNA, ATP |
| Fósforo | NÃO | Rochas sedimentares | Fertilizantes → eutrofização | DNA, RNA, ATP, ossos, dentes |
| Enxofre | Sim (H₂S, SO₂) | Rochas, oceanos | Queima de fósseis → SO₂ → chuva ácida | Aminoácidos (cisteína), enzimas |
⚠️ Eutrofização — detalhe importante
- Excesso de nitrogênio e fósforo em corpos d'água (fertilizantes, esgoto)
- Proliferação de algas e cianobactérias → formam camada que bloqueia a luz solar
- Sem luz → menos fotossíntese → menos O₂ → mortandade de peixes
- Decomposição da matéria orgânica pelos decompositores também consome O₂ → agrava a hipóxia
- É um problema em áreas de cultivo, atividades industriais, agropecuárias e esgoto doméstico
🌍 Efeito Estufa e Ciclo do Carbono
- Gases do efeito estufa: CO₂, CH₄ (metano), H₂O (vapor), O₃, N₂O
- Efeito estufa natural é essencial para a vida — aquece a Terra (~15°C médios)
- Intensificação pelo ser humano → aumento de temperatura → eventos extremos
- Eunice Foote (1856): primeira a demonstrar experimentalmente que CO₂ retém mais calor
- Queima de fósseis emite carbono que ficou "preso" há milhões de anos → desequilíbrio no ciclo
- Manguezais: alta capacidade de "sequestro de carbono" — sua destruição acelera o aquecimento
Flashcards
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Por que o fósforo é diferente dos outros ciclos?
Não tem fase gasosa. Ciclo sedimentar: fósforo fica em rochas, liberado por erosão, sem passar pela atmosfera.
Quais bactérias realizam a nitrificação?
Nitrosomonas (NH₄⁺ → NO₂⁻) e Nitrobacter (NO₂⁻ → NO₃⁻). Duas etapas, duas bactérias.
O que é amonificação?
Decomposição de matéria orgânica (proteínas) por fungos e bactérias → produz NH₄⁺. É a maior fonte de amônio do solo.
O que é desnitrificação?
Bactérias desnitrificantes convertem NO₃⁻ → N₂ (ou N₂O), devolvendo o nitrogênio à atmosfera.
Como o desmatamento afeta o ciclo da água?
Plantas realizam transpiração (evapotranspiração) e facilitam infiltração. Sem elas, menos vapor → menos chuvas → seca. Amazônia é o "radiador do mundo".
O que causa a chuva ácida?
Queima de combustíveis fósseis libera SO₂ → reage com vapor de água → ácido sulfúrico (H₂SO₄) → chuva ácida.
Por que o ciclo do C é afetado pela queima de fósseis?
Combustíveis fósseis têm carbono acumulado há milhões de anos. Ao queimá-los, lançamos CO₂ "extra" na atmosfera — além do que o ciclo natural absorve.
O que é eutrofização?
Excesso de N e P em corpos d'água → proliferação de algas → bloqueio de luz → menos O₂ → morte de peixes (hipóxia).
Qual a importância do fósforo para os seres vivos?
Constitui DNA, RNA e ATP (energia). Também forma ossos e dentes (fosfato de cálcio).
Qual planta tem Rhizobium nas raízes?
Leguminosas: feijão, soja, ervilha. Rhizobium fixa N₂ atmosférico → NH₄⁺ (fixação simbiótica).
Qual camada tem ozônio e por que é importante?
Estratosfera (10–50 km). O O₃ absorve radiação UV do Sol, protegendo os seres vivos.
Diferença: energia vs matéria nos ecossistemas
Energia: fluxo unidirecional e decrescente — não é reciclada. Matéria: ciclos — reciclada continuamente entre organismos e ambiente.