Ciclos biogeoquímicos

CICLO DO CARBONO

Ciclo do carbono (Foto: Colégio Qi)

Os elementos químicos renovam-se no meio ambiente, sendo retirados e devolvidos à natureza de forma contínua, constituindo os ciclos biogeoquímicos. Dentre os principais, estão o ciclo do carbono, oxigênio, água e nitrogênio.

O carbono é o quinto elemento mais abundante do planeta e presente nas moléculas orgânicas. Na atmosfera, é encontrado sob a forma de dióxido de carbono (CO2), também chamado gás carbônico, liberado da respiração dos seres vivos, decomposição e combustão da matéria orgânica. Dessa forma, o CO2 passa a circular na atmosfera e é retirado do ambiente através processo de fotossíntese realizado pelos seres autótrofos, representados principalmente pelas plantas. Na presença de luz e clorofila, o gás carbônico (CO2) e a água (H2O) são convertidos em glicose (C6H12O6), havendo liberação de oxigênio (O2), como representado na equação abaixo:
6CO2+6H2O + energia (luz solar) → C6H12O6+O2 

OXIGÊNIO

O oxigênio é um elemento químico presente em várias moléculas orgânicas e inorgânicas, como água e gás carbônico. Na atmosfera, o mesmo é encontrado na forma de gás (O2) e é liberado para o ambiente através da fotossíntese realizada pelos seres autótrofos. Tal gás é consumido pelas plantas e animais através da respiração, reiniciando o ciclo. O ciclo do oxigênio e do carbono estão intimamente relacionados.

Ciclo do oxigênio (Foto: Colégio Qi)

ÁGUA

A água na sua forma líquida cobre 71% da superfície da Terra, sendo a maior parte dela presente no oceano e a menor nas grandes massas de gelo em regiões próximas aos polos e no topo das montanhas elevadas. O ciclo da água é representado basicamente por dois processos, a evaporação e a transpiração. Com base nisso, esse ciclo é dividido em:
Curto: quando a água dos oceanos, rios, mares, lagos evaporam e retorna à superfície na forma de chuva e neve;
Longo: quando a água passa pelo corpo dos animais antes de voltar para o meio ambiente. A água é retirada do solo pelos vegetais para a fotossíntese ou passada para outros animais da cadeia alimentar, retornando à superfície através da evapotranspiração (conjunto de transpiração e evaporação), respiração, fezes, urina ou decomposição.

Ciclo da água (Foto: Colégio Qi)

NITROGÊNIO

Cerca de 78% da atmosfera é composta por nitrogênio na forma de gás (o azoto N2). Esse elemento químico é muito importante, pois constitui as proteínas e os ácidos nucléicos. Entretanto, os seres vivos, exceto alguns microorganismos, não conseguem incorporar e utilizar o nitrogênio na forma de gás, obtendo esse nutriente na forma de íons amônio (NH4+) e íons nitrato (NO3−). O ciclo do nitrogênio é dividido em quatro etapas:
1ª etapa – Fixação do nitrogênio
A fixação ou assimilação do N2 do pode ser feita através da radiação ou com a participação de microorganismos, sendo esse processo denominado biofixação. As cianobactérias dos gêneros Nostoc e Anabaena e as bactérias Azotobacter,Clostridium e Rhizobium (vivem nas raízes de leguminosas). Esses organismos fixam o N2 amosférico em uma forma utilizável pelos seres vivos, como amônio e nitrato. O N2 reage com o hidrogênio para formar a amônia (NH3).

2ª etapa – Amonificação
A amônia pode ser obtida tanto pela ação dos biofixadores como pela decomposição de proteínas, ácidos nucléicos, resíduos nitrogenados dos cadáveres e excretas pelos decompositores (bactérias e fungos).

3ª etapa – Nitrificação
É a conversão da amônia nitrato através da nitrificação que é dividida em duas partes:
-Nitrosação: converte amônia (NH3) em nitrito (NO−2) pela ação das bactérias nitrificantes (Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus) que são autótrofas quimiossintetizantes e utilizam a energia da nitrificação para a síntese de substâncias orgânicas.
2NH3+3O2 →2H++2NO−2+2H2O+energia

-Nitração: o nitrito (NO−2) que é liberado no solo é oxidado a nitrato (NO−3) por outras bactérias autótrofas quimiossintetizantes nítricas (Nitrobacter). O nitrato pode ser absorvido pelos vegetais na fabricação de suas proteínas e de seus ácidos nucleicos. O nitrogênio é liberado do corpo do organismo pela excreção de produtos nitrogenados (uréia e ácido úrico) e/ou decomposição de organismos mortos pela ação dos decompositores, que também degradam proteínas dos organismos mortos, transformando-as em amônia.
2NO−2+O2→2NO−3+energia

4ª etapa – Desnitrificação
As bactérias desnitrificantes (Pseudomonas denitrificans) transformam utilizam o nitrato para oxidar compostos orgânicos e produzir energia, sendo transformadas em gás, reiniciando o ciclo.

Ciclo do nitrogênio (Foto: Colégio Qi)

EXERCÍCIOS

(UCS 2012) Os átomos dos elementos químicos são assimilados e transferidos continuamente entre os organismos e o ambiente, e a ciclagem desses elementos é denominada Ciclo Biogeoquímico. Considere o Ciclo Biogeoquímico do Carbono representado na figura abaixo.

Representação do ciclo do carbono (Foto: Reprodução/UCS)

Analise as afirmações a seguir, de acordo com a figura acima apresentada.

I. O processo I corresponde à assimilação pela fotossíntese.
II. O processo II corresponde à respiração.
III. O processo III corresponde à assimilação pela decomposição.

Das afirmações acima,
a) apenas I está correta.  
b) apenas II está correta.  
c) apenas I e II estão corretas.  
d) apenas II e III estão corretas.  
e) I, II e III estão corretas.

Gabarito:
Letra C. A proposição III é falsa pois corresponde à transferência de matéria orgânica (carboidrato) dos produtores (plantas) para os consumidores primários (herbívoros).

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(UERJ 2011) O nitrogênio é um dos principais gases que compõem o ar atmosférico. No esquema abaixo, estão resumidas algumas etapas do ciclo biogeoquímico desse gás na natureza.

Resumo do ciclo do nitrogênio (Foto: Reprodução/UERJ)

O processo de nitrificação, composto de duas etapas, e o de desnitrificação, ambos executados por microrganismos, estão identificados, respectivamente, pelos seguintes números:
a) 2 e 3; 4  
b) 1 e 5; 7  
c) 4 e 6; 8  
d) 2 e 5; 1

Gabarito:
Letra A. As setas 2 e 3 indicam a nitrificação, onde 2 é a etapa de nitrosação, formando nitrito a partir de amônia e 3 é a etapa de nitratação, formando nitrato a partir da oxidação de nitrito. A seta 4 é a desnitrificação, onde o nitrato é transformado em N2.