CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Alunos: Wellington e Crislaine 3° BIM - BIOLOGIA
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Ciclos:
representam
a
troca
e
a
circulação de matéria entre os componentes
vivos e físico-químicos da biosfera.
Bio:
os
organismos
interagem
processo
de
síntese
orgânica
e
decomposição dos elementos.
Geo: o meio terrestre
reservatório dos elementos.
(solo)
no
na
é
o
Químico: ciclo dos elementos e processos
químicos de síntese e decomposição.
 Ciclo
em escala global, de elementos ou
substâncias químicas que
necessariamente contam com a
participação de seres vivos.
 Principais
ciclos:
– Água
– Carbono
– Nitrogênio
– Oxigênio
– Fósforo
-
Trajeto cíclico que a água faz na
natureza, passando ora pelo meio
abiótico, ora pelas estruturas dos seres
vivos.
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 é o principal componente dos
organismos vivos e o grande regulador do ambiente.
A presença de água é fundamental para a
existência de vida no planeta, uma vez que ela atua
como regulador térmico do ambiente, fazendo com
que as diferenças de temperatura entre a noite e o
dia sejam minimizadas graças a seu alto calor
específico.
A maior parte da água doce encontra-se em
locais de difícil extração (calota polar e subsolo). A
água na atmosfera mostra-se em porcentagem
ínfima. Porém, ao longo de um ano, muita água
circula pela ecosfera.
DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NA BIOSFERA
99,34%
97,2% água salgada
2,14% calotas e geleiras polares
0,633% águas subterrâneas
0,66%
evaporação
0,022% águas superficiais
0,005%
águas
do
solo
+
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.
CICLO HIDROLÓGICO
EVAPOTRANSPIRAÇÃO: parte da água existente
no solo que é utilizada pela vegetação e eliminada
pelas folhas na forma de vapor.
EVAPORAÇÃO: em qualquer das fases descritas
anteriormente, a água pode voltar à atmosfera na
forma de vapor, reiniciando o ciclo hidrológico.
PRECIPITAÇÃO: água que cai sobre o solo ou
sobre um corpo d’água.
* Nos oceanos, a evaporação excede a precipitação,
e nos continentes ocorre o oposto.
CICLO HIDROLÓGICO:
- Mecanismo:
 Evaporação da água dos rios, lagos e mares.
Formação de nuvens. Condensação do vapor de
água ao nível das altas montanhas. Chuvas.
 Retorno da água aos mares pelos rios. Seres
vivos ingerem a água pura ou integrando
alimentos. Eliminam-na pela transpiração, pela
respiração e pelas excreções.
 Essa água também se evapora e retorna ao
meio abiótico.

CICLO HIDROLÓGICO
Nesse ciclo, a presença do homem pode ser
notada
por
meio
do
desmatamento
e
da
impermeabilização via pavimentação do solo. Isso
acelera a evaporação e reduz a recarga dos
aqüíferos subterrâneos, gerando, assim, maiores
enchentes nos cursos de água que cortam centros
urbanos, causando uma série de danos físicos,
econômicos e transtornos aos habitantes da cidade.
Nas regiões de clima frio, deve-se considerar,
ainda, a água armazenada na formas de geleiras,
formadas pela precipitação de neve, e o fluxo
correspondente ao degelo dessas geleiras.
INTERVENÇÕES DO HOMEM
1. Desmatamento.
2. Pavimentação = taxa de impermeabilização.
3. Utilização de defensivos agrícolas.
4. Despejos de esgotos e efluentes industriais.
5. Eutrofização (causada pelo excesso de nutrientes
num corpo d’água, que leva a proliferação excessiva
de algas).
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.
-
Circulação dos átomos de carbono, ora
pelo meio abiótico, na composição de
substâncias inorgânicas do meio,
notadamente o CO2, ora pelas
estruturas celulares dos seres vivos,
como matéria orgânica.
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
Continuação:
- Mecanismo:
 Pela respiração dos seres vivos e pelas
combustões, o carbono é lançado na
atmosfera como CO2;
 Assim, ele é recolhido pelas plantas, que
o reprocessam no mecanismo da
fotossíntese, restaurando as cadeias de
carbono dos componentes orgânicos.

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)
CICLO DO CARBONO
CICLO DO CARBONO
Aspectos relevantes:
1. O ciclo do carbono e o ciclo hidrológico são,
provavelmente, os dois ciclos biogeoquímicos mais
importantes com relação à humanidade.
1. Durante os últimos anos, o conteúdo de CO2 tem-se
elevado por causa de novas entradas antropogênicas. A
queima de combustível fóssil parece ser a principal
fonte de novas entradas, mas a agricultura e o
desmatamento também contribuem.
CICLO DO CARBONO
4. Perda líquida de CO2 na agricultura, ou seja, um
acréscimo de CO2 na atmosfera maior do que sua
retirada, pois suas culturas são ativas durante apenas
uma parte do ano, não compensando o CO2 liberado do
solo (lavouras freqüentes) .
5. O desmatamento poderá liberar carbono armazenado
na madeira, principalmente se a madeira for queimada
imediatamente e o uso se segue à oxidação do húmus,
se a terra for usada para agricultura ou para
desenvolvimento urbano (rápida oxidação do húmus e
liberação de CO2 gasoso que está retido no solo).
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.
Circulação dos átomos de oxigênio pelos meios
abióticos e bióticos.
 Mecanismo:
O oxigênio do ar é recolhido pelos seres
vivos. Ao final da respiração, os
organismos lançam na atmosfera o CO2,
que é assimilado pelas plantas. Estas, ao
final da fotossíntese, descarregam oxigênio
novamente no ar.

CICLO DO OXIGÊNIO
O oxigênio molecular (O2), indispensável à
respiração aeróbica, é o segundo componente
mais abundante da atmosfera, onde existe na
proporção de cerca de 21%.
O oxigênio teria desaparecido da atmosfera,
não fosse o contínuo reabastecimento promovido
pela fotossíntese, principalmente do fitoplâncton
marinho, considerado o verdadeiro "pulmão" do
mundo.
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.
CICLO DO OXIGÊNIO
IMPORTÂNCIA
- ácidos nucléicos: DNA e RNA
- proteínas
- vitaminas
CICLO DO NITROGÊNIO
O aumento acentuado da população humana
e,
principalmente,
da
taxa
de
crescimento
populacional após a Revolução Industrial, na
segunda metade do século XIX, implicou um
aumento da produtividade agrícola para fazer frente
à demanda crescente de alimentos.
O nitrogênio, assim como o fósforo, são
fatores limitantes do crescimento dos vegetais e
tornaram-se, por isso, alguns dos principais
fertilizantes utilizados hoje na agricultura. O
nitrogênio desempenha um importante papel na
constituição das moléculas de proteínas, ácidos
nucléicos,
vitaminas,
enzimas
e
hormônios,
elementos vitais aos seres vivos.
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
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
Quando o nitrogênio orgânico entra na cadeia
alimentar, passa a constituir moléculas orgânicas dos
consumidores primários, secundários, etc ... Atuando
sobre
os
produtos
de
eliminação
desses
consumidores e do protoplasma de organismos
mortos, as bactérias mineralizam o nitrogênio
produzindo gás amônia (NH3) e sais de amônio
(NH4+), completando a fase de amonificação do ciclo.
NH4+ e NH3 são convertidos em nitritos (NO2-)
e, posteriormente, no processo de nitrificação, de
nitritos em nitratos (NO3-) por um grupo de bactérias
quimiossintetizantes.
CICLO DO NITROGÊNIO
A síntese industrial da amônia (NH3) a
partir do nitrogênio atmosférico (N2),
desenvolvida durante a Primeira Guerra
Mundial, possibilitou o aparecimento dos
fertilizantes sintéticos, com um conseqüente
aumento da eficiência da agricultura.
Entretanto, o ciclo equilibrado do nitrogênio
depende de um conjunto de fatores bióticos
e abióticos determinados e, portanto, nem
sempre está apto a assimilar o excesso
sintetizado artificialmente. Esse excesso,
carregado para os rios, lagos e lençóis de
água
subterrâneos
tem
provocado
o
fenômeno da eutrofização, comprometendo
a qualidade das águas.
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
abundância dos organismos.
ou
controla
a
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.
Devolvem N2 à
atmosfera
1
Bactérias que vivem
diretamente no solo:
Azobacter e Clostridium.
Incorporam
diretamente
N2 Atmosférico
78% atmosfera
Bactérias –Raízes
leguminosas: Rhizobium
6
Vegetais
morrem
Animais
excretam
Devolvem
amônia para
atmosfera
São incorporados por
Bactérias
desnitrificantes
Vegetais:
aa.proteínas, clorofila
5
Bactérias Nitrificantes
Pseudomonas convertem NO2 em
NO3 (Nitrato)
Bactéria Nitrobacter
Nitratação
Amonização
Animais se
alimentam
das plantas
Solo e Plantas
aproveitam
5
2
Algas azuis: Cianofíceas e
Nostoc
4
H2 se combina com
N2 e forma:
NH3
Se a amonização
ocorrer pela presença
de leguminosas, a
amônia é incorporada
diretamente pelas
plantas.
Bactérias Nitrificantes transformam NH3 em Nitrito (NO2) –
Bactérias Nitrossomonas e Nitrossococus
Nitrozação
3
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.
Resumo dos processos no ciclo do Nitrogênio:
Nome do Processo Agente
Bactéria Rhizobium e
Fixação
Nostoc (alga cianofícea)
Amonização
Bactérias decompositoras
Bactéria Nitrosomonas
Nitrosação
e Nitrosococcus
Nitratação
Bactéria Nitrobacter
Bactérias Desnitrificantes
Desnitrificação
(Pseudomonas)
Equação
N2 => sais nitrogenados
N orgânico => NH4
NH4 => NO2
NO2 => NO3
NO3 => N2
CICLO DO NITROGÊNIO
PROCESSO DE EUTROFIZAÇÃO
Enriquecimento das águas com nutrientes
essenciais, como o nitrogênio e o fósforo, e
desenvolvimento
excessivo
do
fitoplâncton,
provocando problemas de consumo de oxigênio e
baixa diversidade.
 Consumo de
biodegradação.
oxigênio
pelos
 Processos de biodegradação
liberação de H2S e CH4.
processos
sem
oxigênio
de
–
NÓDULOS DE BACTÉRIAS EM LEGUMINOSAS
CICLO DO ENXOFRE (S)
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 ENXOFRE
INTERVENÇÕES ANTRÓPICAS
1. O
dióxido
de
enxofre
(SO2)
é
liberado
na
atmosfera pela queima de combustíveis fósseis.
2. O SO2 interage com o vapor d’água produzindo
gotículas de ácido sulfúrico (H2SO4) diluído, o que
acarretará a precipitação de chuva ácida.
3. O excremento animal representa um fonte de
sulfato reciclado.
4. A
produção
primária
é
responsável
incorporação do sulfato à matéria orgânica.
pela
CICLO DO FÓSFORO (P)
O fósforo é o material genético constituinte
das moléculas de DNA e RNA e componente dos
ossos e dentes. É, portanto, elemento fundamental
na transferência de caracteres no processo de
reprodução dos seres humanos. O fósforo aparece
nos organismos em proporção muito superior aos
outros elementos, quando comparado com sua
participação nas fontes primárias. Esse fato justifica
a importância ecológica do fósforo, sugerindo ser o
fator mais limitante à produtividade primária.
O
fósforo
é
um
elemento
de
ciclo
fundamentalmente
sedimentar;
seu
principal
reservatório é a litosfera, mais precisamente as
rochas fosfatadas e alguns depósitos formados ao
longo de milênios.
CICLO DO FÓSFORO
Por meio de processos erosivos, ocorre a
liberação do fósforo na forma de fosfatos (PO4), 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
litosfera para a hidrosfera por meio da erosão.
da
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
organismos.
a
abundância
dos
CICLO DO FÓSFORO
INTERVENÇÕES ANTRÓPICAS
- EUTROFIZAÇÃO -
1. Despejos de efluentes ricos em fosfatos. Ex.:
detergentes.
2. Utilização de fertilizantes químicos, ricos em
fosfatos.