Unidade 2

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Ambiente Aquático
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Ms. Victor Carrozza Barcellini
Revisão Textual:
Profa. Ms. Alessandra Fabiana Cavalcanti 
A Água e os Ciclos Biogeoquímicos
• Descrição das Interações Dentro dos Ecossistemas;
• Descrição dos Principais Ciclos Globais;
• Ciclo Hidrológico;
• Ciclos Biogeoquímicos (Carbono, Nitrogênio e Fósforo).
 · Compreender a importância das interações dentro dos ecossistemas, 
bem como os grandes ciclos globais de manutenção da vida como 
o ciclo hidrológico e os ciclos biogeoquímicos (carbono, nitrogênio e 
fósforo). O aluno deve ser capaz de entender as principais relações 
entre estes importantes ciclos, mas principalmente, começar a formar 
uma ideia crítica de como as alterações causadas pelas atividades 
antrópicas podem impactar em todas estas interações dentro dos 
ecossistemas e como é fundamental um bom planejamento para a 
correta gestão ambiental.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
A Água e os Ciclos Biogeoquímicos
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja uma maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas: 
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como o seu “momento do estudo”.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo.
No material de cada Unidade, há leituras indicadas. Entre elas: artigos científicos, livros, vídeos e 
sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você também 
encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua 
interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados.
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discussão, 
pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato 
com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE A Água e os Ciclos Biogeoquímicos
Contextualização
O elevado crescimento da demanda por água doce em todo o mundo para o 
abastecimento doméstico, industrial, produção de alimentos através da agricultura 
irrigada, demonstra como na atualidade, as atividades humanas estão dependentes 
da disponibilidade deste recurso natural. A dependência do homem moderno 
pelos ecossistemas aquáticos continentais, principais reservatórios de água doce 
de fácil acesso, é ainda mais evidente nas regiões altamente industrializadas, onde 
a demanda de água per capita tem se tornado cada vez maior (ESTEVES, 2011).
Figura 1 – Composição fotográfica dos três estados físicos da água na natureza: líquida no oceano 
e nas gotículas das nuvens, sólida no gelo e gasosa no vapor de água na atmosfera (invisível).
Fonte: Wikimedia Commons
A vida na sociedade moderna, principalmente nas regiões com grandes aglome-
rados urbanos, torna os cidadãos completamente dependentes da disponibilidade 
de água, em quantidade e em qualidade, para todas as atividades pessoais, profis-
sionais e em coletividade. Nos dias de hoje, a relação do homem é de tal maneira 
imbricada com a disponibilidade de água doce, que muitas vezes é incorporado no 
consciente coletivo já que este recurso faz parte inerente às nossas vidas. Este fato 
faz com que, frequentemente, os cidadãos das grandes cidades lembrem-se deste 
recurso, tão indispensável à vida, somente em dois momentos: nos momentos de 
escassez, quando não dispõe de água para beber e para higiene pessoal e, em mo-
mentos de abundância, durante as inundações.
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O mundo observa na atualidade o aumento da demanda por água doce para 
atender aos mais diferentes setores da sociedade. Atualmente, a sociedade mundial 
consome 7% da água doce do Planeta Terra no uso doméstico, 23% na indústria 
e 70% na produção de alimentos (REBOUÇAS, 2006). Através destes dados, 
constata-se claramente o papel estratégico da água doce para a humanidade. Hoje 
já se sabe que sem a irrigação não seria possível abastecer a população mundial 
atual com alimentos. Calcula-se que na atualidade 50% do alimento do povo 
brasileiro tem origem em áreas agrícolas irrigadas (REBOUÇAS, 2006).
A título de comparação, pode ser citado o fato de que uma criança nascida, por 
exemplo, na Europa Central, onde estão alguns dos países mais industrializados 
do mundo, consome de 35 a 50 vezes mais água, do que uma criança de país em 
desenvolvimento (REBOUÇAS, 2006).
Além da reduzida disponibilidade de água doce para o homem, menos de 1% 
do total de água da Terra (mais à frente trataremos deste assunto) está disponível 
para o consumo e, em termos proporcionais, esse recurso tem sua distribuição 
muito heterogênea. Por exemplo, enquanto a Europa e a Ásia juntas detêm 72% 
da população mundial, dispõem somente de 27% de água da Terra realmente 
aproveitável. Assim, o próprio crescimento populacional pode ser limitado pela 
disponibilidade de água doce (REBOUÇAS, 2006).
Especialmente ao longo do século XX, o homem criou um grande número 
de produtos químicos que tiveram e ainda tem importante papel na degradação 
da qualidade da água (CETESB, 2016). Entre estes produtos estão os materiais 
que geram metais pesados, defensivos agrícolas e adubos químicos, com elevadas 
concentrações de nutrientes à base de fosfato e de composto de nitrogênio. Estes 
compostos tornam-se a grande ameaça à água do lençol freático, dos rios, dos 
lagos e das lagoas em todo o mundo (ESTEVES, 2011).
No Brasil, as principais fontes de degradação dos recursos de água doce são 
esgotos domésticos e industriais, que são lançados nos corpos de águas continentais 
na quase totalidade sem nenhuma forma de tratamento (CETESB, 2016). O 
resultado do lançamento de esgotos não tratados é a degradação ecológica e 
sanitária dos corpos d’água, com grandes prejuízos ecológicos, econômicos e 
sociais (ESTEVES, 2011).
Diante deste quadro, pode-se concluir que a humanidade caminha rapidamente 
para uma das maiores crises já vivenciadas, a chamada “crise da água”, caso sejam 
mantidos os padrões atuais de consumo e de degradação dos recursos de água 
doce, sem precedentes, e se a população da Terra continuar crescendo nas taxas 
atuais. Mantido este cenário, algumas agências internacionais como a UNESCO, 
tem estimado que no ano de 2050, a humanidade necessitará de um volume de 
água 50% maior do que dispõe na atualidade (REBOUÇAS, 2006).
Deve ser mencionado que em várias regiões da Terra a “crise da água” já é uma 
realidade há muitas décadas. Uma dessas regiões é o Oriente Médio, onde vários 
fatores agravam ainda mais a escassez natural de água doce da região. Entre estes 
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UNIDADE A Água e os Ciclos Biogeoquímicos
destacam-se: a) mais de 80% da produção agrícola depende da irrigação; b) a taxa 
de crescimento populacional é uma das maiores do mundo; c) a taxa de consumo 
de água pela população é maior do que a taxa de renovação. Em alguns países do 
Oriente Médio, a escassez de água doce atinge níveis tão críticos, que as autorida-
des têm que lançar mão da reciclagem de água para abastecer a população. Um 
destes países é a Jordânia, onde grandeparte da população só recebe água duas 
vezes por semana e grande parte (quase 70%) da água fornecida à população é 
água doce reciclada, ou seja, água obtida a partir dos esgotos domésticos (REBOU-
ÇAS, 2006).
A situação relativa à disponibilidade de água doce no mundo é de tal forma 
preocupante que foi mencionado por agências internacionais a real possibilidade 
de haver conflitos e guerras em todos os continentes motivados pelas disputas por 
este recurso. Para atenuarmos a “crise da água” as únicas alternativas até agora 
disponíveis são: a recuperação, a preservação e o manejo racional dos recursos de 
água doce em todo o mundo (ESTEVES, 2011).
De acordo com o mesmo autor (ESTEVES, op. cit.), destaca-se também que o 
Brasil, por ser um dos países que tem as maiores reservas de água doce do mundo, 
por isso possui uma responsabilidade ímpar de proteger estes recursos, que num 
futuro próximo será um dos principais produtos das sociedades em todo o mundo.
Desta forma, é essencial reconhecer que a água é um recurso finito, com múltiplos 
usos e com um padrão muito claro de circulação. O estabelecimento do ciclo da 
água permitiu o surgimento e a manutenção da biosfera, e tem grande influência 
sobre suas características paisagísticas. Este ciclo está acoplado ao grande modelo 
climático global, é mantido pela radiação solar, conecta os vários componentes da 
biosfera, movimenta várias etapas de outros ciclos, tem influência moderadora no 
clima, esculpe a topografia e transporta material sedimentar, além de limitar as 
características estruturais dos ecossistemas terrestres.
A camada de água líquida da biosfera – hidrosfera –é característica da Terra, e ocupa cerca de 
77% de toda a superfície do planeta (REBOUÇAS, 2006). A imponência causada pela grande 
proporção da superfície líquida do planeta pode provocar a ideia equivocada de que a água 
possa ser considerada uma substância infinita, quando considerada as necessidades do planeta.
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Segundo Shiklomanov (2004) existem aproximadamente 1.386 milhões de km3 
de água na Terra. Entretanto, 97,5% é composto por água salina e somente 2,5% 
de água doce. A maior parte da água doce está na forma de gelo e neve permanente 
(1,72%), outra parte importante está nos reservatórios subterrâneos (0,72%) e 
somente 0,06% do total é de água doce presente em lagos, rios, biomassa, etc.
Esses valores ressaltam a grande importância de se preservar os recursos hídricos na Terra, 
e de se evitar a contaminação da pequena fração mais facilmente disponível.Ex
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Uma vez visto como a água se distribui em nosso planeta, é importante também 
o conhecimento de como a água se movimenta de um meio para outro na Terra. 
A essa circulação da água se dá o nome de ciclo hidrológico.
Nesse ciclo, distinguem-se os seguintes mecanismos de transferência da água (as 
definições a seguir foram retiradas do livro Introdução à qualidade das águas e ao 
tratamento de esgoto, do autor Marcos Von Sperling, 2005 – páginas 13 e 14):
a) Precipitação
A precipitação compreende toda a água que cai da atmosfera na superfície da 
Terra. As principais formas são: chuva, neve, granizo e orvalho. A precipitação é 
formada a partir dos seguintes estágios:
 · resfriamento do ar à proximidade da saturação;
 · condensação do vapor d’água na forma de gotículas;
 · aumento do tamanho das gotículas por coalisão e aderência até que estejam 
grandes o suficiente para formar a precipitação.
b) Escoamento superfi cial
A precipitação que atinge a superfície da Terra tem dois caminhos por onde 
seguir: escoar na superfície ou infiltrar no solo. O escoamento superficial é 
responsável pelo deslocamento da água sobre o solo, formando córregos, lagos, 
rios e eventualmente atingindo o mar. A quantidade de água que escoa depende 
dos seguintes fatores principais:
 · intensidade da chuva;
 · capacidade de infiltração do solo.
c) Infi ltração
A infiltração corresponde à água que tinge o solo, formando os lençóis d’água. A 
água subterrânea é grandemente responsável pela alimentação dos corpos d’água 
superficiais, principalmente nos períodos secos.
d) Evapotranspiração
A transferência da água para o meio atmosférico se dá através dos principais 
mecanismos, conjuntamente denominados de evapotranspiração:
 · Evaporação: transferência da água superficial do estado líquido para o 
gasoso. A evaporação depende da temperatura e da umidade relativa do ar;
 · Transpiração: as plantas retiram a água do solo pelas raízes. A água é 
transferida para as folhas e então evapora. Este mecanismo é importante, 
considerando-se que em uma área coberta com vegetação a superfície de 
exposição das folhas para a evaporação é bastante elevada.
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UNIDADE A Água e os Ciclos Biogeoquímicos
A Figura 02, a seguir, apresenta o ciclo hidrológico de uma forma simplificada.
Figura 2 – O ciclo hidrológico mostrando a transferência de água (milhares de km3/ano) dos oceanos até 
a atmosfera e desta até os continentes e, depois, retornando novamente aos oceanos.
Fonte: iStock/Getty Images
Os fenômenos de evaporação e de precipitação são os principais elementos 
responsáveis pela contínua circulação da água no globo, sendo que a radiação solar 
fornece a energia necessária para a manutenção de todo o ciclo. Grande parte desta 
energia é utilizada na evaporação da água dos oceanos, que quantitativamente se 
constitui no principal elemento do ciclo hidrológico (BOTKIN; KELLER, 2011).
Anualmente estima-se que evaporam dos oceanos, aproximadamente, 505 mil 
Km3 de água e dos continentes 72 mil Km3. A quantidade de precipitação, sob 
forma de chuva, neve ou neblina, é da ordem de 458 mil Km3 nos oceanos e 119 
mil Km3 nos continentes. Ocorre, portanto, um saldo positivo de transferência de 
umidade dos oceanos para os continentes, de cerca de 45 mil Km3 responsável 
por manter os corpos de águas continentais superficiais e os lençóis subterrâneos 
(SHIKLOMANOV, 2004). Esta quantidade de água é a que sustenta os biomas, 
mantém a biodiversidade terrestre, movimenta os elementos químicos, e esculpe, 
através da erosão, a paisagem das terras emersas. Ainda, fazendo-se a soma das 
flechas ascendentes na Figura 02 e a soma das flechas descendentes, verifica-se 
que as duas somatórias têm o mesmo valor (577.000 Km3/ano).
Especialmente importante sob uma perspectiva ambiental, as taxas de 
transferência nos continentes são pequenas relativamente ao que acontece nos 
oceanos. Por exemplo, a maior parte da água que evapora dos oceanos precipita 
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novamente sobre os próprios oceanos. Nos continentes, a maior parte da água 
que cai, em forma de precipitação, tem origem na evaporação da água dos solos. 
Isso significa que a transformação no uso do solo, em escala regional, como a 
construção de grandes barragens ou reservatórios, pode alterar a quantidade 
de água evaporada na atmosfera e, com isso, mudar o local e a quantidade 
de chuvas. Além disso, o solo fica impermeabilizado com a pavimentação de 
amplas áreas urbanas, ocorrendo menos infiltração, e, consequentemente, as 
águas de chuvas escorrem mais rapidamente e em maior volume, aumentando 
as enchentes e provocando inundações. O fornecimento de água em cidades 
de regiões semiáridas, por meio de bombeamento de água subterrânea ou pelo 
transporte de água de montanhas, por meio de aquedutos (canais abertos), pode 
aumentar a evaporação, incrementando a precipitação e a umidade de uma dada 
região (BOTKIN; KELLER, 2011).
Pode-se perceber pela Figura 02 que a cada ano, aproximadamente, 60% da 
água que cai por precipitação no solo evapora-se e é absorvida pela atmosfera. Um 
componente menor (cerca de 40%) retorna aos oceanos por meio do escoamento 
superficial e subterrâneo. Essa taxa anual de transferência de água fornece recursos 
para os rios e para as áreas urbanas e agricultura. Infelizmente, a distribuição das 
chuvas sobre os continentes está longe de ser uniforme. Isso resulta em escassez 
de água ou de déficit hídrico em algumasregiões. Conforme a população humana 
aumenta, a escassez de água se tornará mais frequente nas regiões áridas e 
semiáridas, onde a água já não é naturalmente abundante.
Em escala de abordagem espacial local e regional, a unidade hidrológica principal 
da paisagem é a bacia hidrográfica (também denominada bacia de drenagem). Uma 
bacia hidrográfica é a região ou a superfície que contribui para o escoamento 
superficial (runoff) de um dado rio ou ribeirão (BOTKIN; KELLER, 2011). O termo 
bacia hidrográfica é geralmente utilizado na avaliação das condições hidrológicas 
de uma área, como o fluxo de um rio ou o escoamento da água pelas encostas 
das montanhas. As bacias de drenagem variam enormemente em tamanho, desde 
menos que um hectare até milhões de metros quadrados. 
Deve-se, no entanto, ser destacado que nos dias de hoje se torna obrigatório 
aos gestores públicos considerar as características hídricas de cada região, e 
planejar o uso do solo, respeitando e protegendo o caminho natural das águas. 
Esse procedimento permitirá evitar as frequentes inundações de extensas áreas 
urbanizadas, que no passado recente eram lagoas marginais, planície de inundação 
de rios, brejos, entre outros tipos de áreas alagáveis. Todo empenho deve ser 
despendido no sentido de que o processo de ocupação das áreas alagáveis urbanas 
receba o maior planejamento possível, para que sejam evitados ou minimizados 
os enormes prejuízos de vidas humanas e bens materiais, que anualmente são 
observadas em várias regiões do país e do mundo, especialmente no período de 
chuvas (FIGURA 03).
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UNIDADE A Água e os Ciclos Biogeoquímicos
Calha do rio
Lagoa marginal
Área alagável
Período de estiagem
Brejo
Calha do rio e área alagável formaram um único ecossistema
Período de chuvas
Período de chuvas
Período de estiagem
CONDIÇÕES NATURAIS-ÁREAS ALAGADAS
OCUPAÇÃO DESORDENADA DE UMA ÁREA ALAGÁVEL,
FREQUENTEMENTE OBSERVADA NO BRASIL
Figura 3 – Alteração do ciclo hidrológico em escala local e regional. Fenômeno muito frequente nos municípios 
brasileiros: ocupação das áreas alagáveis de lagos, lagoas costeiras e de córregos e rios (várzeas). Consequências: 
consideráveis prejuízos humanos e materiais e comprometimento de desenvolvimento humano e regional.
Fonte: Adaptado de iStock/Getty Images
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No material complementar dessa unidade, indicamos o livro Ecologia Humana e Plane-
jamento Costeiro, do autor Antônio Carlos Diegues, em que são apresentadas ideias e dis-
cussões sobre este e outros temas pertinentes a nossa organização enquanto sociedade.
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As alterações climáticas em curso, nestas últimas décadas, também são causas 
potenciais de alteração no ciclo hidrológico. Estudos recentes têm projetado 
modelos das modificações que o planeta está sofrendo e as consequências do 
aumento da temperatura média global. Este aumento da temperatura promoverá 
alterações nos regimes de precipitação, que se tornarão mais intensas, podendo 
modificar drasticamente a distribuição e a extensão dos principais biomas terrestres 
e dos sistemas aquáticos continentais.
Gore (2006) documentou no seu livro várias modifi cações que têm ocorrido como conse-
quência do aquecimento global sobre os compartimentos e o ciclo da água. As mais impres-
sionantes demonstram o desaparecimento de grandes geleiras continentais, a diminuição 
do gelo nos polos, o aumento do nível do mar e o aumento ou a diminuição da precipitação 
em diferentes pontos nos continentes.
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Outros autores com Tao et al (2003), salientam que a demanda de água entre 
2021 e 2030 aumentará em todo o mundo devido às mudanças climáticas. Os 
autores colocam que a carência de água é esperada no oeste da Ásia, na Península 
Arábica, no norte e sul da África, no nordeste da Austrália, no sudoeste da América 
do Norte e na região central da América do Sul. Um aumento significativo no 
escoamento superficial é esperado para o sul da Ásia, enquanto uma diminuição 
significativa se espera para o norte da América do Sul. Estas mudanças irão afetar 
ambientes regionais, através de grandes enchentes, degradação do solo, poluição 
da água, carência de alimentos e frequentes extremos climáticos.
Salienta-se que o balanço entre os diferentes elementos do ciclo hidrológico 
determina, em última análise, as características hidrológicas e geoquímicas dos 
corpos d’água. Assim, com calor mais intenso, estima-se que as taxas de evaporação 
se intensifiquem, e em locais onde o déficit hídrico já ocorre, a salinização de 
ecossistemas aquáticos, devido ao acúmulo de íons será um problema grave a ser 
enfrentado nestas regiões.
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UNIDADE A Água e os Ciclos Biogeoquímicos
Ciclagem Biogeoquímicas em Ecossistemas
Quando se elaboram questões sobre quais elementos químicos poderiam limitar 
a abundância de um determinado organismo específico, população ou espécie 
busca-se por respostas, primeiramente, no nível de ecossistema. Conforme exposto 
anteriormente, um ecossistema é uma comunidade contendo distintas espécies e 
o seu meio ambiente físico no qual a energia flui e os elementos químicos se 
processam e recirculam.
Em um ecossistema, os ciclos químicos se iniciam com estímulos (inputs) externos. 
No solo, estímulos químicos em um ecossistema vêm da atmosfera por meio das 
chuvas, pela areia transportada pelo vento (chamado de precipitação seca), pelas 
cinzas vulcânicas decorrentes de erupções e do solo contíguo por meio de fluxos 
de rios, das inundações e das águas subterrâneas de mananciais. Os ecossistemas 
oceânicos e de água doce possuem a mesma atmosfera e os mesmos estímulos 
terrestres (incluindo amplas nascentes submersas). Os ecossistemas oceânicos, 
além disso, possuem estímulos de correntes oceânicas e de fontes hidrotermais 
(quentes) em limites divergentes de placas (BOTKIN; KELLER, 2011).
Os elementos químicos se processam ou se transformam internamente dentro 
de um ecossistema através da água, do ar, das rochas, do solo e das cadeias 
alimentares por meio de transporte físico e de reações químicas. Com a morte de 
organismos, a decomposição por meio de reações químicas devolve os elementos 
químicos para outras partes do ecossistema. Além disso, organismos vivos liberam 
alguns elementos químicos diretamente dentro do ecossistema. A evacuação de 
fezes por animais e os frutos maduros que caem sobre o solo são dois exemplos.
Um ecossistema pode ceder elementos químicos para outro ecossistema. 
Por exemplo, os rios transportam elementos químicos dos continentes até os 
oceanos. Um ecossistema que apresenta pequena perda de elementos químicos 
pode funcionar em sua condição normal, por longos períodos, ao contrário de um 
ecossistema “que deixa vazar” e cede elementos químicos rapidamente. Todos os 
ecossistemas, entretanto, cedem ou perdem elementos químicos até certo ponto. 
Em consequência, todos os ecossistemas necessitam de algumas quantidades de 
elementos químicos externos.
No início dessa sessão foram indagados quais os elementos químicos limitam a 
plenitude da vida. Salienta-se que os elementos químicos necessários para a vida 
estão divididos em dois grupos principais: o dos macronutrientes, que são necessários 
a todas as formas de vida e em grande quantidade, e a dos micronutrientes, que 
são também necessários a todas as formas de vida em quantidades menores ou 
necessários apenas para determinadas formas de vida. Nesta seção, consideram-
se os ciclos globais de três macronutrientes: carbono, nitrogênio e fósforo. O foco 
nesses três macronutrientes, em parte, deve-se ao fato de se constituírem como 
parte dos seis principais elementos que formam o alicerce da existência da vida. 
Além disso, o estudo destes três macronutrientes também é importante uma vez 
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que no Brasil, os principais problemas ambientais em ecossistemas aquáticos dizem 
respeito a um ou mais destes elementos (conforme veremos nas unidades III e IV 
desta disciplina). Por isso, recomenda-se atenção para os tópicos a seguir. 
O Ciclo do CarbonoO carbono é o elemento que sustenta todas as substâncias orgânicas, desde o car-
vão e o petróleo até o DNA. Apesar de ser imprescindível para a vida, o carbono não 
é um dos elementos químicos mais abundantes na crosta da Terra. Ele constitui ape-
nas 0,032% do peso da crosta, posição distante do oxigênio (45,2%), silício (29,5%), 
alumínio (8,0%), ferro (5,8%), cálcio e magnésio (2,8%; POST et al., 1990).
As principais trajetórias e reservatórios de armazenamento do ciclo do carbono 
estão mostrados na Figura 04.
Figura 4 – Ciclo global generalizado do carbono
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
Observa-se que o carbono tem uma fase gasosa que faz parte de seu ciclo. 
Essa fase ocorre na atmosfera terrestre na forma de dióxido de carbono (CO2) e 
metano (CH4), ambos, gases que provocam o efeito estufa. O carbono penetra na 
atmosfera pela respiração dos seres vivos, por incêndios que queimam compostos 
orgânicos e, ainda, por difusão a partir dos oceanos. O carbono é removido da 
atmosfera por meio da fotossíntese das plantas, pelas algas e por determinadas 
bactérias. Por todos os 3 bilhões de anos da história da Terra, a taxa de remoção 
de dióxido de carbono da atmosfera pelos processos biológicos excedeu a taxa de 
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UNIDADE A Água e os Ciclos Biogeoquímicos
adição (Post et al., 1990). Consequentemente, a atmosfera terrestre tem muito 
menos carbono do que teria se não houve vida na Terra.
O carbono existe nos oceanos de inúmeras formas inorgânicas, o que inclui o 
dióxido de carbono dissolvido como carbonato (CO32
-) e bicarbonato (HCO3-). O 
carbono também existe em compostos orgânicos de organismos marinhos e de 
seus derivados, como as conchas (CaCO3). O carbono penetra no oceano a partir 
da atmosfera pela simples difusão do dióxido de carbono. O dióxido de carbono 
então se dissolve e é convertido em carbonatos e bicarbonatos. As algas marinhas e 
as bactérias fotossintetizadoras (cianobactérias ou algas azuis) retiram da água o que 
necessitam de carbono, em uma de suas formas. O carbono é transportado do solo 
dos continentes para os oceanos, por meio dos rios na forma de carbono dissolvido, 
incluindo-se os componentes orgânicos e na forma de partículas orgânicas. Os 
ventos igualmente transportam pequenos particulados orgânicos dos continentes 
para os oceanos. O transporte através dos rios constitui uma fração relativamente 
pequena do fluxo total de carbono em direção aos oceanos. Entretanto, nas escalas 
locais, a contribuição de carbono oriunda dos rios é importante para as áreas 
costeiras, tais como os deltas e os estuários que, geralmente, são biologicamente 
muito produtivos.
O carbono penetra na biota por meio da fotossíntese e retorna para a atmosfera 
ou para a água pela respiração ou pelos incêndios. Quando os organismos morrem, 
a maior parte de sua matéria orgânica se decompõe em compostos inorgânicos, 
incluindo o dióxido de carbono. Certa quantidade de carbono pode ser enterrada 
onde não há oxigênio suficiente para tornar possível essa conversão ou onde as 
temperaturas são muito frias para a decomposição. Nesses locais, a matéria orgânica 
é armazenada. Por anos, décadas e séculos a armazenagem de carbono ocorre em 
pântanos, incluindo regiões de inundação em margem de rios, bacias hidrográficas, 
sedimentos no fundo do mar e regiões próximas aos polos. Por longos períodos 
de tempo (milhares a milhões de anos), certas quantidades de carbono podem ser 
enterradas com sedimentos que se tornarão rochas sedimentares. Esse carbono é 
transformado em combustíveis fósseis como gás natural, petróleo e carvão. Quase 
todo carbono armazenado na litosfera ocorre como rochas sedimentares. A maior 
parte dela está na forma de carbonatos como calcário, sendo que a maior parte 
tem uma origem biológica direta (BOTKIN; KELLER, 2011).
De acordo com os mesmos autores, o ciclo do dióxido de carbono entre os 
organismos terrestres e a atmosfera possui um grande fluxo. Aproximadamente 
15% do total de carbono existente na atmosfera é anualmente retirado pela 
fotossíntese e liberado pela respiração nos continentes. Dessa forma, conforme já 
registrado, a vida possui um efeito amplo na química da atmosfera.
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O Ciclo do Nitrogênio
O nitrogênio é essencial para a vida porque ele é necessário na produção de 
proteínas e do DNA. O nitrogênio livre (N2) constitui aproximadamente 80% do ar 
atmosférico (BOTKIN; KELLER, 2011). Entretanto, muitos organismos não po-
dem utilizar diretamente esse nitrogênio. Alguns, como os animais, necessitam de 
nitrogênio em um composto orgânico. Outros, incluindo as plantas, as algas e as 
bactérias, podem absorver nitrogênio mesmo na forma de íons de nitrato (NO3-) ou 
íons de amônia (NO4+). Em função de o nitrogênio ser relativamente um elemento 
químico não reativo, poucos processos convertem o nitrogênio molecular em um 
desses compostos. A luz oxida o nitrogênio produzindo o óxido nítrico. Na natu-
reza, todas as outras formas de conversão do nitrogênio molecular para formas 
biológicas utilizáveis são realizadas por bactérias.
O ciclo do nitrogênio é um dos mais importantes e mais complexos ciclos globais 
(Figura 05).
Figura 5 – O ciclo global do nitrogênio
Fonte: Wikimedia Commons
O processo de conversão inorgânica do nitrogênio molecular na atmosfera para 
amônia ou nitrato é denominado fixação de nitrogênio. Uma vez nessas formas, o 
nitrogênio pode ser utilizado pelas plantas nos continentes e pelas algas nos oceanos. 
Por meio de reações químicas, bactérias, plantas e algas podem então converter 
esses compostos de nitrogênio inorgânicos em orgânicos, assim o nitrogênio 
se torna disponível para a cadeia alimentar ecológica. Quando os organismos 
morrem, outras bactérias convertem os compostos orgânicos, contendo nitrogênio 
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UNIDADE A Água e os Ciclos Biogeoquímicos
de volta na forma de amônia, nitrato ou nitrogênio molecular, que retornam para 
a atmosfera. O processo que libera o nitrogênio fixo de volta para a forma de 
nitrogênio molecular é chamado de desnitrificação.
Em termos de disponibilidade para a vida, o nitrogênio se enquadra em algum 
lugar entre o carbono e o fósforo. Assim como o carbono, o nitrogênio tem uma fase 
gasosa e é o principal componente da atmosfera terrestre. No entanto, ao contrário 
do carbono, não é muito reativo e a sua conversão depende fundamentalmente da 
atividade biológica. Dessa forma, o ciclo do nitrogênio não é apenas essencial para 
a vida, mas é, inclusive, impulsionado pela vida.
No início do século XX, os pesquisadores descobriram que processos industriais 
poderiam converter as moléculas de nitrogênio em compostos necessários para as 
plantas (BOTKIN; KELLER, 2011). Isso aumentou fortemente a disponibilidade 
de nitrogênio para fertilizantes. Atualmente, a fixação industrial do nitrogênio é 
a maior fonte comercial de fertilizantes à base de nitrogênio. A quantidade de 
nitrogênio fixado industrialmente é cerca de 50% da quantidade fixada na biosfera. 
O nitrogênio presente no escoamento superficial proveniente de uso na agricultura 
é um poluidor potencial da água.
O nitrogênio se combina com o oxigênio em atmosferas de alta temperatura. 
Como um dos resultados, inúmeros processos industriais modernos de combustão 
produzem óxido de nitrogênio. Esses processos incluem a queima de combustíveis 
fósseis em motores movidos a diesel e à gasolina. Assim, o óxido de nitrogênio, 
que é um poluente do ar, é indiretamente o resultado da atividade industrial e da 
tecnologia moderna. O óxido de nitrogênio desempenha um papel significativo na 
poluição urbana.
Em síntese, os compostos de nitrogênio são ora benéficos ora prejudiciais para 
a sociedade e para o meio ambiente. O nitrogênio é necessário a todas as formas 
de vida e os seus compostos são utilizados em vários processos tecnológicos e na 
agricultura. Porém, o nitrogênio é também uma fonte de poluição do ar e da água 
(CETESB, 2016).
O Ciclo do Fósforo
O fósforo, um dos seis principais elementos químicos necessáriosem grandes 
quantidades por todas as formas de vida, é com frequência, um nutriente limitante 
para o crescimento das plantas e algas (BOTKIN; KELLER, 2011). No entanto, se 
o fósforo for muito abundante pode causar problemas ambientais (CETESB, 2016).
Ao contrário do carbono e do nitrogênio, o fósforo não possui fase gasosa na 
Terra, (FIGURA 06) por isso o ciclo do fósforo é significativamente deferente dos 
ciclos do carbono e do nitrogênio.
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Figura 6 – O ciclo global do fósforo
Fonte: iStock/Getty Images
A taxa de transferência do fósforo no sistema terrestre é lenta quando comparada 
com as do carbono e do nitrogênio (BOTKIN; KELLER, 2011). O fósforo está 
presente na atmosfera somente em pequenas partículas de poeira. Além disso, 
o fósforo tende a formar compostos que são relativamente insolúveis em água. 
Consequentemente, o fósforo não é quimicamente alterado de forma rápida. Ele 
ocorre comumente no estado oxidado de fosfato, que se combina com o cálcio, o 
potássio, o magnésio e o ferro para formar minerais.
O fósforo entra na biota por meio de sua absorção como fosfato pelas plantas, 
algas e algumas bactérias. Em um ecossistema relativamente estável, boa parte do 
fósforo absorvido pela vegetação é devolvida ao solo, quando as plantas morrem. 
Apesar disso, parte do fósforo é inevitavelmente perdida para os ecossistemas. 
Ele é transportado pelos rios em direção aos oceanos, na forma solúvel em água 
ou como partículas em suspensão. Uma forma importante pela qual o fósforo 
ressurge dos oceanos para os continentes envolve a alimentação das aves nos 
oceanos, como no caso dos pelicanos chilenos (BOTKIN; KELLER, 2011). Essas 
aves se alimentam de peixes pequenos, particularmente de anchovas, as quais, 
por sua vez, se alimentam de minúsculos plânctons oceânicos. Os plânctons se 
proliferam onde os nutrientes, como o fósforo, estão presentes. Regiões oceânicas 
com correntes ascendentes conhecidas como ressurgências (ou afloramentos) 
carregam os nutrientes, incluindo o fósforo, de regiões oceânicas abissais para 
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a superfície. As aves que se alimentam de peixes se reproduzem e constroem os 
seus ninhos em ilhas distantes da costa, onde estão protegidas de predadores. 
Com o tempo, os locais desses ninhos ficam cobertos com excrementos, ricos em 
fósforo, denominados guano. As aves se aninham aos milhares e os depósitos de 
guano se acumulam ao longo dos séculos. Em climas relativamente secos, o guano 
se endurece em uma camada semelhante às rochas, podendo atingir mais de 40 
metros de espessura. O guano resulta da combinação de processos biológicos e não 
biológicos. Sem os plânctons, os peixes e as aves, o fósforo poderia permanecer 
no oceano. Sem as correntes ascendentes, o fósforo não estaria disponível.
Verbete: Ressurgências ocorrem próximas aos continentes, onde os ventos predominantes 
sopram das regiões continentais litorâneas em direção aos oceanos, conduzindo as águas 
superficiais para longe da costa e permitindo que águas profundas aflorem e substituam 
aquelas inicialmente deslocadas. As ressurgências transportam muitos nutrientes, incluindo 
o fósforo, desde as grandes profundidades dos oceanos até a superfície.
Ex
pl
or
Ao final dessa unidade, você já deve ser capaz de entender como o meio ambiente 
é dinâmico, como a manutenção da vida na Terra exige mais do que indivíduos ou 
mesmo simples populações ou espécies. A vida é mantida pelas interações entre 
inúmeros organismos funcionando conjuntamente, em ecossistemas, interagindo 
por meio de seus ambientes físicos e químicos. Conforme dito anteriormente, a 
vida sustentada na Terra é, então, uma característica de ecossistemas, não 
de organismos individuais ou de populações.
Assim, com esses entendimentos definidos, passaremos para a próxima Unidade, 
que tratará dos impactos nos ecossistemas, seus conceitos e definições.
Bons Estudos!
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Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Ecologia Humana e Planejamento Costeiro
DIEGUES, A. C. Ecologia Humana e Planejamento Costeiro. 2. ed. Ed.: EDUSP, 2001.
 Vídeos
Ciclo da Água e do Carbono
https://goo.gl/5Xqn8R
Ciclo do Nitrogênio e do Fósforo
https://goo.gl/Vrskks
Poluição da água e suas soluções
https://goo.gl/xjCGXA
Alteração do Ciclo de Nitrogênio gera Poluição Ambiental
https://goo.gl/dAQXnD
Poluição das Águas
https://goo.gl/JEgyJP
 Leitura
Ciclo Hidrológico e Gerenciamento Integrado - José Galizia Tundisi
https://goo.gl/nnD5W7
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Referências
BOTKIN, D. B; KELLER, E. A. Ciência Ambiental: Terra, um planeta vivo. 7. ed. 
Rio de Janeiro: LTC, 2011. 681 p. ISBN 9788521618782.
CETESB - Companhia Ambiental do Estado de São Paulo. Relatório de Qualidade 
das Águas Superficiais do Estado de São Paulo 2015. [ Recurso eletrônico] 
Disponível em: <http://aguasinteriores.cetesb.sp.gov.br/wp-content/uploads/
sites/32/2013/11/Cetesb_QualidadeAguasSuperficiais2015_ParteI_25-07.
pdf>. São Paulo: CETESB, 2016.
ESTEVES, F. A. Fundamentos de Limnologia. Rio de Janeiro: Interciência, 
2011. 790 p.
GORE, A. Uma Verdade Inconveniente – O que devemos saber (fazer) sobre o 
aquecimento global. São Paulo: Manole. 2006.
POST, W. M.; PENG, T.; EMANUEL, W. R.; KING, A. W; DALE, V. H; ANGELIS, 
D.L. The Global Carbon Cycle. American Scientist 78:310-326. 1990.
REBOUÇAS A. C. Água doce no mundo e no Brasil. In. Rebouças, A.C.; Braga 
B.; Tundisi, J.G. Água Doces no Brasil: capital ecológico, uso e conservação. 3 
ed. São Paulo: Escrituras; 34p. 2006.
SHIKLOMANOV, I. A. World Water Resources at the beginning of the 21st 
century. UNESCO/IPH, 2004. Disponível em: <https://journals.lib.unb.ca/
index.php/GC/article/view/2765/3238> Acessado em: 16 de março de 2017.
TAO, F.; YOKOZAWA, M.; HAYASHI, Y.; LIN, E. Terrestrial Water Cycle and 
the Impact os Climate Change. Ambio 32 (4: 295-301. 2003.)
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