02. Ciclos Biogeoqu€í­micos

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CICLOS 
BIOGEOQUÍMICOS 
1 
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Os materiais usados pelos 
organismos não são perdidos 
Num sistema fechado: 
 
Os ciclos envolvem processos: 
Físicos, químicos, 
geológicos e 
biológicos 
2 
São transformados, reusados e 
reciclados dentro e entre os 
ecossistemas. 
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CICLO DO CARBONO 
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Principais Constituintes do Ciclo 
 CO3
=  HCO3
- 
 CH4  CO  CO2 
 HCO3
-  CO3
= 
 Carbono biológico presente na matéria orgânica {CH2O} 
 CO2 
4 
Transporte de carbono entre a atmosfera, hidrosfera e 
litosfera ocorre sobretudo, através de: 
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METANO 
 . FONTE 
 Decomposição de matéria orgânica em condições redutoras: 
2 {CH2O} → CO2 + CH4 
5 
DECOMPOSIÇÃO: 
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MONÓXIDO DE CARBONO 
 Principal Fonte Antrópica nas Zonas Urbanas: 
 Combustão incompleta de combustíveis fósseis 
 FONTES 
6 
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 Principais Fontes Naturais: 
 Oxidação de metano por O2 a partir do gás natural: 
 2 CH4 + 3 O2 → 2 CO + 4 H2O 
7 
 Decomposição biológica em pântanos e arrozais (decompo-
sição de matéria orgânica) 
{CH2O} + O2 → 2 CO + 2 H2O 
 Presença em oceanos: apesar de supersaturados com CO, a 
quantidade de gás liberado é apenas cerca de 10% daquela 
emitida por fontes de combustão 
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REAÇÕES DO MONÓXIDO DE CARBONO 
1) Reação com radicais OH• na troposfera 
CO + OH• → CO2 + H
• 
8 
2) Migração à estratosfera e reação com OH• 
3) Eliminação pelo solo: relacionada à atividade biológica: 
 . Solos Tropicais: maior capacidade 
 . Solos Desérticos: capacidade acentuadamente menor 
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DIÓXIDO DO CARBONO 
Principais Fontes Antrópicas 
. Queima completa de combustíveis fósseis 
. Queimadas 
9 
 C8H18 + 25 O2  16 CO2 + 18 H2O 
 
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. Principais Fontes Naturais: decomposição de matéria orgânica 
(água, sedimentos, solos) por ação de bactérias anaeróbias: 
. Emissão Biogênica: os vegetais emitem CO2 além de grandes 
teores de outros compostos de carbono 
10 
Biogênico = gerar vida por si mesmo; que tem o poder de gerar, dar ou transferir vida. 
Perturbado pela queima de combustíveis fósseis 
. Equilíbrio natural: CO2 (atmosférico)  CO2 (dissolvido nos oceanos) 
2 {CH2O} 
ação bacteriana CO2 + CH4 
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REAÇÕES 
. Fotossíntese: fixação de CO2 por vegetais 
 As plantas removem CO2 do ar, fixando-o (incorporação): 
11 
6 CO2 + 12 H2O 
luz C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 
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. Respiração Celular: açúcares são usados como combustível 
e CO2 retorna à atmosfera: 
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O → 6 CO2 + 12 H2O + Energia 
A energia liberada é usada 
em processos biológicos. 
12 
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. Dissolução em água: 
 CO2 + H2O  H2CO3 
H2CO3  H
+ + HCO3
-
 
HCO3
-  H+ + CO3
=
 
. Interação com íons metálicos: 
Ca2+ + CO3
=  CaCO3 
A partir dessa reação são formados os esqueletos de certos 
organismos marinhos. 
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CICLO DO 
CARBONO 
Respiração 
Decomposição 
Combustão 
Fotossíntese 
Equilíbrio c/ Ar 
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Ciclo Similar em Sistemas Aquáticos 
 Formação geológica: carvão a partir da decomposição incom-
pleta de vegetais 
 Formação de depósitos: óleo, carvão e gás natural a partir da 
gordura de organismos marinhos unicelulares 
 Retorno ao ar: carbono presente nesses materiais a partir da 
combustão: moléculas orgânicas são rapidamente oxidadas e 
convertidas a CO2 e H2O liberando calor e luz 
16 
Cianobactérias (ou algas azuis, algas cianofíceas): microorganismos com estrutura celular 
que corresponde à célula de uma bactéria. São fotossintetizantes, mas não são organizados 
em cloroplastos como as plantas. Não são nem algas e nem bactérias comuns 
Envolve algas, vegetais e cianobactérias 
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Formação de Depósitos Marinhos 
 
17 
. O processo geológico é dinâmico: após mi-
lhares de anos as rochas sedimentares oceâni-
cas ascendem formando superfícies terrestres; 
. Grande parte do carbono incorpora-se às 
conchas de organismos marinhos; 
. Quando os organismos morrem as conchas 
afundam e são cobertas por sedimentos; 
. O calcário exposto desgasta-se lentamente ou 
desintegra-se por processos químicos ou físicos. 
Desse modo, o carbono retorna à atmosfera e incorpora-se no-
vamente ao ciclo. 
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CICLO DO FÓSFORO 
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IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA DE FOSFATOS NOS OCEANOS 
A vida marinha depende da presença e concentração de 
fosfatos e nitratos (participam de sínteses orgânicas). 
• Produção do Fitoplâncton Marinho: ocorre em florações 
periódicas (não é constante): em geral, uma na primavera e 
outra no outono. Nos processos fotossintéticos os fosfatos 
são usados pelo fitoplâncton e, portanto, a concentração 
marinha desses sais varia muito. 
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Durante a floração: concentração de fosfatos decresce, pois é 
consumido pelo fitoplâncton produzido. 
Após a floração: a concentração de fosfatos aumenta, pois as 
reservas são renovadas por aportes ou então por camadas de 
águas subjacentes nas quais esses sais se regeneram a partir 
de organismos mortos depositados no fundo dos oceanos. 
 
20 
A variação sazonal de fosfatos é função do fitoplâncton 
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CICLO DO FÓSFORO 
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Fósforo na Atmosfera: 
22 
Praticamente inexistente, pois: 
Fósforo na Geosfera: presente sob a forma de compostos 
minerais poucosolúveis. Os fosfatos solúveis são assimilados 
pelas plantas, incorporando-se aos ácidos nucléicos. 
Circulação de Fósforo: da superfície terrestre para os sedimen-
tos marinhos retornando à superfície terrestre. 
Não possui compostos 
gasosos estáveis 
CICLO DO FÓSFORO 
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. Fluxo de Água Sobre Rochas 
Fosfatadas: desagregação gra-
dual e carreamento de fósforo 
inorgânico (PO4
3-) 
23 
. Erosão das Rochas Fosfatadas: 
desloca fósforo para o solo e água 
. Assimilação de Fosfato Inorgânico pelas Raízes das Plantas: 
nas células os fosfatos são usados por muitas moléculas bioló-
gicas, incluindo-se os ácidos nucléicos. 
 . Assimilação de Fosfato: pode ser assimilado a partir de águas 
potáveis contendo fosfato inorgânico. 
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 Circulação de Fósforo no Meio Aquático 
 Fósforo dissolvido é absorvido por plantas e algas consumi-
das pelo plâncton e organismos maiores ingeridos por peixes. 
 Os resíduos de organismos passam à água onde o fósforo é 
novamente usado. 
 Uma fração de fosfato presente na cadeia alimentar aquática 
pode voltar à superfície terrestre. 
 Pássaros se alimentam de peixes e invertebrados aquáticos. 
Seus dejetos contêm grande teor de fosfato e nitrato. 
 No solo, os minerais são absorvidos por raízes de plantas 
24 
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“Perda” de Fósforo nos Ciclos Biológicos 
Parte do fósforo pode ser levado da superfície terrestre para os 
oceanos por ação da água em circulação (correntes e rios) 
onde deposita-se permanecendo no fundo por mihões de anos. 
 
25 
Através do processo geológico de 
ascensão (upwelling), sedimentos fos-
fatados podem retornar à superfície 
sofrendo novamente erosão. 
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CICLO DO 
ENXOFRE 
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COMPOSTOS DE ENXOFRE 
Principais: ♦ SO2 ♦ SO3 ♦ H2S ♦ H2SO4 ♦ Sulfatos 
 
 Fontes Antrópicas 
 . Queima de combustíveis fósseis 
 . Atividades industriais: refinarias de petróleo, fabricação de 
ácido sulfúrico, celulose, fundições, etc. 
 Fontes Naturais 
 . Decomposição e combustão de matéria orgânica 
 . Vulcões 
 . Aerossóis marinhos 
 
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A maior contribuição de SO2 na atmosfera é a queima de 
combustíveis fósseis: carvão (2%); óleo bruto (0,3%); 
combustíveis processados (p. ex., gasolina) menores teores 
Reservas de Enxofre 
. Rochas Sedimentárias: sedimentos rochosos possuindo 
grandes teores de gipsita CaSO4.2H2O e pirita FeS2 (fontes 
substanciais) 
. Oceanos: contêm concentrações cerca de 109 vezes mais 
elevadas que a atmosfera. 
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CICLO DO ENXOFRE 
O ciclo é relativamente complexo, pois envolve várias 
espécies: 
1) Gases: SO2, H2S 
2) Sais Pouco Solúveis: PbS, FeS2, CaSO4 
3) Espécies em Solução: H2SO4 e sulfatos solúveis 
(especialmente nos oceanos) 
4) Enxofre Biologicamente Ligado: proteínas sulfuradas 
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(sulfato, sulfeto, S elementar) 
H2S e SO2 H2S e SO2 
Maiores interações no ciclo: ocorrem 
na interface solo-atmosfera 
SO4
= 
S= e SO4
= 
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CICLO DO NITROGÊNIO 
32 
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 ÓXIDOS DE NITROGÊNIO (NOx) 
Sais (NO2
-, NO3
- e NH4
+) 
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COMPOSTOS DE NITROGÊNIO 
Fontes de N2O: emitido quase exclusi- 
vamente por fontes naturais. Porém: 
. Ação bacteriana no solo 
. Reação entre N2 e O ou O3 nas camadas 
superiores da atmosfera: 
 
Principais Compostos na Atmosfera: 
• N2O 
N2 + ½ O2 
h N2O 
 34 
• NO • NO2 • NH3 • Sais (NO2
-, NO3
- e NH4
+) 
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Fontes de NO: emitido por fontes naturais e antrópicas 
 . Principal Fonte Antrópica: combustão a alta temperatura 
 Fontes de NO2 
35 
. Pequenas quantidades são emi-
tidas juntamente com NO 
 . Oxidação de NO na atmosfera: 
NO + ½ O2 → NO2 
 
 
 
 
Aviões produzem NOx contribuindo para a 
destruição da camada de ozônio na estratosfera 
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Reações de N2O: conversão fotoquímica na estratosfera 
 
 
 
 
2 N2O 
h 2 NO + N2 
 
 
 
 
Reações de NO2: reage com água 
 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO 
 
 
 
 
 
 
CHUVA ÁCIDA 
H2SO4 
HNO3 
Eliminação de NOx: em geral: 
• Formação de material particulado. 
• Grande parte é convertida a nitratos. 
• São retidos nas nuvens e arrastados pelas chuvas, sedimen-
tando sob a forma seca. 
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 Amônia (NH3) 
. Fontes: 
37 
Principal Emissão: decomposição bacteriana de matéria 
orgânica 
Odor forte e detectável em 
concentrações: > 30 mg L-1. 
Irritação ocular e irritação 
nasal: 50 mg L-1 
Disfunção pulmonar: 1000 mg L-1 
Risco de morte: exposição acima de 1500 mg L-1 
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 . Destino da Amônia 
1) Absorção em atmosferas úmidas formando íon amônio 
(hidrólise em contacto com o vapor d’água): 
38 
NH3 
vapor d’água
 NH4
+ + OH- 
 
2) Reação com ácido: forma-se NH4
+: 
H+ + NH3 → NH4
+ 
3) Oxidação a NO3
-: 
4 NH3 + 8 O2 → 4 NO3
- + 4 H2O + 4 H
+ 
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CICLO DO NITROGÊNIO 
39 
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1ª Etapa: Fixação de Nitrogênio 
N2 atmosférico é fixado: cianobactérias o convertem a NH3: 
Algumas bactérias vivem sob o solo nas raízes de plantas 
(Rhizobium é a mais importante) 
Cianobactérias(algas azuis): não são nem algas e nem bactérias comuns. 
São microorganismos (bactérias sem membrana nuclear), mas com um 
sistema fotossintetizante semelhante ao das algas 
Dissociação de N2: as bactérias usam a enzima Nitrogenase. A 
relação planta hospedeira-bactéria é mutualista: a bactéria 
recebe carboidrato e transfere N2 à planta 
40 
 2 N2 + 6 H2O 
Bactérias fixadoras 4 NH3 + 3 O2 
 Universidade Estadual do Ceará – Química Ambiental – Profa. Dra. Nadja Vasconcelos2ª Etapa: Nitrificação 
Por ação de bactérias nitrificantes NH3 é convertida a NO3
- no 
solo. O processo ocorre em 2 fases: 
a) As bactérias Nitrosomonas e Nitrococcus convertem NH3 a 
NO2
- 
4 NH3 + 4 H2O → 4 NH4
+ + 4 OH- 
 
41 
 4 NH4
+ + 6 O2 
Nitrosomonas 4 NO2
- + 8 H+ + 4 H2O 
 b) A Nitrobacter, outra bactéria do solo, oxida NO2
- a NO3
- 
 4 NO2
- + 2O2 
Nitrobacter 4 NO3
- 
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3ª Etapa: Assimilação 
As raízes assimilam nitrato e/ou amônia, incorporando nitrogê-
nio a proteínas e ácidos nucléicos: nitrogênio inorgânico passa 
a orgânico. 
4 NO3
-
(inorgânico) + 8 H2O → 4 NH3(organismos) + 4 OH
- + 8 O2 
42 
4ª Etapa: Amonificação 
Na decomposição da matéria orgânica, há liberação de NH3 
para o ambiente abiótico: nitrogênio biológico transforma-se 
em amônia. As bactérias que participam do processo são 
chamadas amonificantes. 
4 NH3(mat. orgân. em decompos.) → NH3(g) + produtos de decomposição 
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5ª Etapa: Desnitrificação 
Na última fase: nitrato é reduzido a nitrogênio por ação das bac-
térias Pseudomonas que são anaeróbias e têm a função inversa 
das bactérias fixadoras de nitrogênio e das nitrificantes, pois 
introduzem esse elemento na atmosfera sob a forma de N2. 
 
4 NO3
- + 2 H2O 
Pseudomonas 2 N2 + 5 O2 + 4 OH
- 
43 
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CICLO DO NITROGÊNIO 
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CICLO HIDROLÓGICO 
46 
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 O ciclo contínuo compreende a circulação e o percurso da 
água: 
1. Dos oceanos para atmosfera 
2. Da atmosfera para oceanos, solos ou águas 
3. Retorno da água aos oceanos como água corrente 
4. Fluxo sub-superficial ou evaporação para atmosfera 
47 
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No ciclo, a água passa pelos processos de: 
 
 
 
 
49 
 Evaporação  Precipitação  Escoamento Superficial 
 
 Infiltração  Escoamento Subterrâneo 
Evaporação: as nuvens são formadas a partir da água evaporada 
dos oceanos, lagos, pântanos, rios, solos, vegetais e animais. 
Precipitação: ao atingirem regiões muito frias as nuvens con-
densam e precipitam (chuva, neve ou granizo). 
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Água de Chuva: parte destina-se às águas superficiais e outra 
parte aos solos. No solo pode sofrer 3 processos: 
 
 
 
Infiltração, evapotranspiração e escoamento 
50 
Infiltração: responsável pela manutenção das reservas freáticas 
e pela rehidratação dos solos. 
Evapotranspiração: através da evapotranspiração por vegetais, 
a água infiltrada nos solos retorna à atmosfera 
Escoamento superficial: responsável pela formação de rios, 
córregos, lagos. A proporção de água escoada superficialmente 
ou infiltrada no solo depende da cobertura vegetal. 
 
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No ciclo hidrológico a água adquire naturalmente 
impurezas que podem ser prejudiciais à saúde e a 
processos industriais. Na manutenção do volume 
disponível e da qualidade é fundamental gerenciar o ciclo 
e a velocidade com a qual a água é renovada 
 
51 
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Até a próxima aula 
52 
Você Sabia? 
Que medicamentos 
jogados no lixo comum e 
no vaso sanitário podem 
contaminar o solo e a 
água?