Ciclagem de nutrientes e sua importancia para os corpos hidricos

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Ciclagem de nutrientes e sua importância para os
corpos hídricos
Prof.ª Juliana Leal
Descrição
A dinâmica da ciclagem dos principais nutrientes essenciais ao funcionamento dos ecossistemas
aquáticos.
Propósito
A ciclagem de nutrientes é parte fundamental do funcionamento dos ecossistemas aquáticos e, com o
conhecimento sobre este tema, o profissional da área ambiental será capaz de entender as dinâmicas por
trás da disponibilidade e das variações de concentração dos nutrientes nesses ecossistemas e o que elas
apontam sobre seu funcionamento e manutenção.
Objetivos
Módulo 1
Oxigênio
Reconhecer os processos envolvidos no ciclo do oxigênio nos ambientes aquáticos.
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Reconhecer os processos envolvidos no ciclo do oxigênio nos ambientes aquáticos.
Módulo 2
Carbono
Reconhecer os processos envolvidos no ciclo do carbono nos ambientes aquáticos.
Módulo 3
Nitrogênio
Reconhecer os processos envolvidos no ciclo do nitrogênio nos ambientes aquáticos.
Módulo 4
Fósforo e enxofre
Reconhecer os processos envolvidos nos ciclos do fósforo e do enxofre nos ambientes aquáticos.
O uso, a transformação, a movimentação e o reúso de nutrientes em ecossistemas constituem a
ciclagem de nutrientes. Enquanto os organismos vivos usam (e reúsam!) os nutrientes, os
Introdução
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ciclagem de nutrientes. Enquanto os organismos vivos usam (e reúsam!) os nutrientes, os
ecossistemas aquáticos, como riachos, lagos e ambientes costeiros, transportam e armazenam os
nutrientes em escalas locais a continentais, em intervalos de tempo que podem variar de semanas a
milênios.
Neste conteúdo, veremos os detalhes da ciclagem dos nutrientes mais relevantes para o
funcionamento dos ecossistemas aquáticos, bem como o aporte extra de nutrientes oriundo
principalmente de atividades humanas e que podem degradar esses ecossistemas. Ao final,
esperamos que você seja capaz de refletir sobre como a ciclagem de nutrientes influencia os
organismos aquáticos e como os próprios organismos podem influenciar a ciclagem de nutrientes.
Orientação sobre unidade de medida
Em nosso material, unidades de medida e números são escritos juntos (ex.: 25km) por questões de
tecnologia e didáticas. No entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre o número
e a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e demais materiais escritos por você devem
seguir o padrão internacional de separação dos números e das unidades.
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1 - Oxigênio
Ao final deste módulo, você será capaz de reconhecer os processos envolvidos no ciclo do
oxigênio nos ambientes aquáticos.
Ciclagem de nutrientes nos ecossistemas
O que é a ciclagem de nutrientes
De maneira geral, podemos considerar a Terra como um sistema isolado em termos de matéria – visto que
as quantidades de material que chegam do espaço são insignificantes em relação à massa do nosso
planeta. Sendo assim, os nutrientes e outros materiais existentes na Terra devem “circular” dentro e entre os
ecossistemas.
Os nutrientes são elementos químicos necessários para o funcionamento
adequado dos organismos, ou seja, para que haja vida na Terra.
Para facilitar o seu entendimento, podemos pensar na “circulação” dos nutrientes como o processo de
reciclagem de determinados componentes do lixo produzido em nossas casas: uma garrafa PET que
descartamos pode ser reciclada e voltar às prateleiras de um mercado como uma nova garrafa PET ou sob
a forma de novos materiais, tal como embalagens, sacos, travesseiros, mochilas etc. Já a compostagem do
nosso lixo orgânico nada mais é do que parte da ciclagem de nutrientes no ambiente terrestre.
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A compostagem de lixo orgânico é um exemplo da ciclagem de nutrientes no ambiente terrestre.
Por definição, a ciclagem de nutrientes é a transformação dos nutrientes de uma
forma química para outra, bem como os seus respectivos fluxos entre organismos,
habitats ou ecossistemas.
Você já viu uma dica de como a ciclagem de nutrientes ocorre no ambiente terrestre, mas e no ambiente
aquático? É exatamente isso que vamos abordar neste e nos demais módulos deste estudo.
O papel dos organismos na ciclagem de nutrientes
Independentemente do tipo de ambiente ou de nutriente que abordaremos ao tratar da ciclagem, você deve
ter em mente, de forma muito clara, o papel dos organismos nesse processo.
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Composição dos elementos químicos presentes na biomassa de um organismo.
Todos os organismos são constituídos por grandes quantidades de hidrogênio, oxigênio e carbono e em
menores proporções, mas não menos importantes, de nitrogênio, fósforo, enxofre, potássio, cálcio,
magnésio e ferro, silício, manganês e zinco.
Os nutrientes disponíveis estão presentes em formas químicas que, até certo ponto, são solúveis em água.
Sendo assim, os organismos aquáticos absorvem, do próprio ambiente onde vivem, uma quantidade de
nutrientes – que pode ser maior ou menor dependendo se o organismo é heterotrófico ou autotrófico.
Os organismos heterotróficos (isto é, que não produzem o seu próprio alimento) adquirem os nutrientes
presentes em sua biomassa (ou seja, no seu corpo) principalmente por meio da alimentação, que pode ser
baseada em:
biomassa vegetal (no caso de um herbívoro);
outros heterotróficos (no caso de um carnívoro);
ou ambos (no caso de um onívoro).
A biomassa ingerida como alimento contém nutrientes sob diferentes formas. Por meio da digestão, as
moléculas orgânicas presentes na biomassa do alimento são transformadas em nutrientes, que serão
utilizadas pelos organismos heterotróficos para sintetizar seus próprios compostos bioquímicos.
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Transformação dos elementos químicos presentes na biomassa do alimento na biomassa do organismo heterotrófico.
Por outro lado, os organismos autotróficos (isto é, que produzem o seu próprio alimento, como plantas e
algas) são capazes de absorver os nutrientes necessários para sintetizar seus compostos bioquímicos do
próprio ambiente.
Quando os organismos morrem, os nutrientes que antes se encontravam em suas respectivas biomassas
vivas passam a integrar a biomassa morta que, por sua vez, será decomposta e, assim, os nutrientes podem
retornar ao ambiente.
A biomassa dos organismos é somente uma das reservas de nutrientes que podemos considerar na
ciclagem dos nutrientes.
Nutrientes disponíveis no ambiente aquático para os organismos autotróficos.
Ao longo deste conteúdo, abordaremos outras reservas específicas para a ciclagem dos nutrientes mais
estudados nos ecossistemas aquáticos.
Ciclo do oxigênio
Concentração de oxigênio dissolvido
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A movimentação da boca e das guelras dos peixes coordena o processo de captura do oxigênio dissolvido na água.
A concentração de oxigênio dissolvido em um ambiente aquático é uma medida que indica o quanto de
oxigênio há disponível para os organismos vivos respirarem.
Em outras palavras, é o oxigênio na sua forma dissolvida que está disponível para peixes, invertebrados e
todos os outros organismos aquáticos viverem naquele ambiente.
A vida aquática e a demanda por oxigênio
A demanda de oxigênio dissolvido necessária à vida dos organismos varia entre os grupos taxonômicos e
dentro deles.
Exemplo
Os animais detritívoros que costumam ser encontrados associados ao sedimento depositado sobre o fundo
dos ambientes (isto é, animais bentônicos, como caranguejos e mexilhões) precisam de concentrações
mínimas de oxigênio, que podem variar entre 1 e 6mg/L. A maioria dos peixes de águas rasas, por sua vez,
precisa de concentrações mais altas de oxigênio dissolvido, que podem variar de 4 a 15mg/L. Muitos
microrganismos também possuem a sua demanda de oxigênio dissolvido no ambiente aquático para
sobreviverem.
O ciclo do oxigênio
O conjunto de reações envolvidas na determinação da concentração de oxigênio dissolvido em um
ambiente aquáticocompõe o ciclo do oxigênio no ambiente aquático.
Essas reações envolvidas no ciclo do oxigênio nos ambientes aquáticos podem ser agrupadas em reações
de produção e de consumo do oxigênio.
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Principais reações de produção (setas azuis) e de consumo (setas vermelhas) do oxigênio nos ambientes aquáticos.
Produção do oxigênio dissolvido
Há três fontes principais de reações de produção de oxigênio no ambiente aquático: difusão direta da
atmosfera; fotossíntese; e aeração, por meio da ação do vento e das ondas. Veja cada uma:
É um processo (lento) de transporte passivo de gases, que se deslocam do ambiente mais
concentrado (a atmosfera) para o menos concentrado (o ambiente aquático).
Difusao direta, passagem dos gases da atmosfera para a água.
É o processo pelo qual produtores primários (por exemplo, perifíton, fitoplâncton, macroalgas e
macrófitas) utilizam a luz solar, água e dióxido de carbono (CO2) para criar oxigênio (O2) e energia na
forma de glicose. A maior parte da fotossíntese em um ecossistema aquático ocorre na superfície
da coluna d’água e nas águas rasas porque, nesses locais, há incidência de luz solar.
Difusão direta !
Fotossíntese !
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A reação química da fotossíntese.
Também se baseia em um processo de difusão, mas é gerada, especificamente, pela ação mecânica
do vento e das ondas na água – de forma análoga, as bombas dos aquários realizam uma aeração
mecânica nesses ambientes artificiais.
As bombas de aquário realizam a aeração desses pequenos ambientes aquáticos artificiais, de forma mecânica.
A aeração é uma reação mais eficiente que a difusão direta. Contudo, de todas essas reações, a
fotossíntese realizada pelos produtores primários aquáticos é a mais importante.
Consumo do oxigênio dissolvido
A principal reação de consumo de oxigênio nos ambientes aquáticos é a respiração. Veja, a seguir, a
diferença entre a fotossíntese e a respiração:
Fotossíntese
Consome CO2 para produzir matéria orgânica, juntamente com a absorção de energia (isto é, energia
da luz solar).
Aeração !
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Respiração
É o processo contrário, no qual há a quebra da matéria orgânica, liberando energia e CO2.
Quando nos referimos à respiração, estamos nos referindo tanto à respiração celular quando à
decomposição – ou seja, a respiração representa a transformação metabólica da matéria orgânica em
energia. A decomposição é o processo ecossistêmico no qual bactérias, protozoários, fungos e
invertebrados são capazes de quebrar a matéria orgânica morta para obterem energia.
A foto-oxidação é a degradação fotoquímica de elementos na presença de oxigênio e luz solar. Em outras
palavras, na presença da luz, o oxigênio dissolvido atua como um agente oxidante de elementos presentes
na água. Por exemplo, em ambientes aquáticos de águas escuras, o ferro é comumente encontrado
associado à matéria orgânica (MO) em suspensão na coluna d'água. Na presença de luz e, ao reagir com o
oxigênio dissolvido, a seguinte reação química ocorre:
$$ F e^{2+}+M O+\frac{1}{4} O_{2} \rightarrow F e^{3+}-M O $$
Rotacione a tela. "
A dinâmica do oxigênio dissolvido
Fatores que influenciam a dinâmica do oxigênio dissolvido
As concentrações de oxigênio dissolvido no ecossistema aquático dependem, em parte, de fatores
químicos, físicos e bioquímicos que ocorrem na água. A seguir, veremos quais são esses principais fatores.
Momento do dia
Durante o dia, os organismos aquáticos fotossintetizantes produzem o oxigênio, aumentando a
concentração desse gás dissolvido. Quando a noite chega e a luz já não incide sobre o ambiente, os
organismos fotossintetizantes param de realizar a fotossíntese e passam a respirar, como os demais
organismos heterotróficos. Consequentemente, a concentração do oxigênio dissolvido no ambiente
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organismos heterotróficos. Consequentemente, a concentração do oxigênio dissolvido no ambiente
aquático costuma cair durante a noite. Esse padrão de variação na concentração do oxigênio ao longo de
um dia constitui a variação diária da concentração do oxigênio dissolvido.
Gráfico: Padrão geral da variação da concentração de oxigênio dissolvido, ao longo de um dia, em um ambiente aquático.
Adaptado de Correa-González et al. (2014), p. 222.
Aporte de matéria orgânica
A demanda por oxigênio dissolvido (ou seja, o consumo desse gás) aumenta nos ecossistemas aquáticos
sujeitos a grandes aportes de matéria e durante momentos em que esse aporte aumentado ocorre
naturalmente.
Os ecossistemas aquáticos que tendem a acumular matéria orgânica (como
manguezais e brejos, por exemplo) costumam estar associados a baixas
concentrações de oxigênio dissolvido. Porém, mesmo aqueles em que o grande
acúmulo de matéria orgânica não é uma característica constante, há momentos em
que tal acúmulo ocorre.
Podemos citar os seguintes exemplos desses aportes de matéria orgânica em ambientes aquáticos: uma
grande quantidade de folhas recém-caídas em riachos sombreados; a chegada de matéria orgânica lixiviada
dos solos, após eventos de chuvas torrenciais; o despejo de esgoto doméstico.
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Baía de Guanabara (Rio de Janeiro/RJ), um estuário que recebe grande volume de esgoto através dos rios que nela deságuam.
Rio com águas barrentas, característico da estação chuvosa, quando há grande aporte de material terrestre para o corpo d’água.
Independentemente da origem do aporte extra de matéria orgânica – seja ele natural ou causado pelo
homem –, a sua entrada no ambiente aquático provoca a queda da concentração de oxigênio dissolvido
devido ao aumento da demanda desse gás pelos microrganismos. Os microrganismos atuam no processo
de decomposição dessa matéria orgânica extra que chega ao ambiente aquático.
Pressão atmosférica
A pressão atmosférica é a pressão que o ar, presente na atmosfera, exerce sobre a superfície da Terra.
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Variação na concentração de oxigênio dissolvido em um ambiente aquático conforme a altitude do local.
Essa pressão é inversamente proporcional à altitude: quanto menor a altitude, maior a pressão exercida pelo
ar na superfície terrestre. Por sua vez, a solubilidade do oxigênio é diretamente proporcional à pressão
atmosférica. Em resumo, podemos dizer que quanto maior a altitude, menor a pressão atmosférica e,
consequentemente, espera-se uma menor concentração de oxigênio dissolvido. Se compararmos dois
riachos sujeitos a condições ambientais idênticas, sendo um deles situado em 0m de altitude e 1atm (isto é,
ao nível do mar) e outro situado no topo de uma serra, podemos esperar que o riacho na serra terá uma
menor concentração de oxigênio dissolvido.
Temperatura e salinidade
Variação na concentração de oxigênio dissolvido em ambientes marinho e dulcícola conforme a temperatura.
A concentração de oxigênio dissolvido no ambiente aquático é inversamente proporcional à temperatura e à
salinidade – ou seja, quanto maior a temperatura e/ou salinidade, menor a concentração de oxigênio
dissolvido.
Devido a esse efeito negativo da salinidade sobre as concentrações de oxigênio dissolvido, é que ambientes
de água salgada, situados em locais submetidos à mesma pressão atmosférica e temperatura, contém
cerca de 20% menos oxigênio dissolvido do que a concentração observada naqueles ambientes de água
doce (isto é, ambientes dulcícolas).
A saturação de oxigênio da água
Veja agora como a saturação de oxigênio dos ambientes aquáticos pode alcançar valores superiores a
100%.
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100%.
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
2:23 min.
Módulo 1 - Vem que eu te explico!
O papel dos organismos na ciclagem de nutrientes
3:01 min.
Módulo 1 - Vem que eu te explico!
O ciclo do oxigênio
Todos
%
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Módulo 1 - Video
A saturação de oxigênioda água
Módulo 2 - Video
A acidificação dos oceanos
Módulo 3 - Video
O papel das baleias no ciclo do nitrogênio
Módulo 4 - Video
A interligação entre os ciclos do fósforo e do enxofre
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Todos Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Módulo 4 &
Questão 1
Como as plantas aquáticas afetam os níveis de oxigênio dissolvido na água?
A
As plantas produzem oxigênio por meio da fotossíntese e reduzem a concentração de
oxigênio dissolvido.
B
As plantas produzem oxigênio por meio da fotossíntese e aumentam a concentração de
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B
oxigênio dissolvido.
C
A fotossíntese realizada pelas plantas aquáticas aumenta a temperatura da água e
aumenta a concentração de oxigênio dissolvido.
D
As plantas produzem oxigênio por meio da respiração e reduzem a concentração de
oxigênio dissolvido por meio da fotossíntese.
E
As plantas aquáticas não afetam a concentração de oxigênio dissolvido por meio da
fotossíntese.
Parabéns! A alternativa B está correta.
As plantas aquáticas são organismos autotróficos,
ou seja, são capazes de produzir seu próprio
alimento. Esses organismos são essenciais para a
manutenção da alta concentração de oxigênio
dissolvido nos corpos d’água, pois produzem
oxigênio como resultado da fotossíntese. Durante a
respiração, as plantas consomem oxigênio.
Questão 2
Um pesquisador acompanhou a concentração de oxigênio dissolvido em um lago raso ao longo do dia.
Considerando as principais reações de produção e consumo de oxigênio dissolvido nesses ecossistemas
aquáticos, podemos afirmar que
A
foi observada maior concentração de oxigênio dissolvido no meio do dia devido à
fotossíntese, enquanto a menor concentração ocorreu de noite devido à alta taxa de
respiração dos organismos e ausência da fotossíntese.
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B
foi observada maior concentração de oxigênio dissolvido no meio do dia devido à
respiração dos organismos, enquanto a menor concentração ocorreu de noite devido à
alta taxa de fotossíntese.
C
foi observada concentração similar de oxigênio dissolvido durante o dia e a noite devido à
difusão.
D
foi observada maior concentração de oxigênio dissolvido no meio da noite devido à
fotossíntese, enquanto a menor concentração ocorreu de dia devido à alta respiração dos
organismos e ausência de difusão.
E a concentração de oxigênio dissolvido não varia ao longo dia.
Parabéns! A alternativa A está correta.
A concentração de oxigênio dissolvido varia ao
longo do dia devido à fotossíntese, principal reação
de produção de oxigênio, e à respiração, principal
reação de consumo de oxigênio. A maior
concentração de oxigênio dissolvido ocorre no
meio do dia devido à maior disponibilidade de luz
solar, um dos principais recursos para ocorrência
da fotossíntese. Em contrapartida, a menor
concentração de oxigênio dissolvido ocorre de noite
devido à alta taxa de respiração dos organismos
aquáticos e ausência da fotossíntese.
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2 - Carbono
Ao final deste módulo, você será capaz de reconhecer os processos envolvidos no ciclo do
carbono nos ambientes aquáticos.
O ciclo do carbono
Fases orgânica e inorgânica
Nos ecossistemas aquáticos, o ciclo do carbono compreende diferentes processos, como a produção
primária, o fluxo de energia nas cadeias alimentares e a sucessão biológica. Por isso, esse ciclo se destaca
por sua abrangência e complexidade. Para facilitar o seu entendimento do ciclo do carbono, abordaremos,
primeiro, a sua fase orgânica e, em seguida, a inorgânica.
Fase orgânica
Nos ecossistemas aquáticos, há o carbono orgânico detrital (CO-detrital) e carbono orgânico particulado da
matéria orgânica viva dos animais, microrganismos e vegetais (e, por isso, chama-se COP-biota).
Atenção!
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Atenção!
O CO-detrital e o COP-biota constituem o carbono orgânico total (COT) e devido às dificuldades
metodológicas em separá-los, essas duas formas de carbono compõem o que é chamado de carbono
orgânico particulado total (COPT).
Por sua vez, o carbono orgânico detrital (CO-detrital) é composto pelo carbono orgânico particulado detrital
(COP-detrital) e pelo carbono orgânico dissolvido (COD). Existe ainda o carbono orgânico coloidal, que é
extremamente difícil de ser separado do COD e, por isso, eles costumam ser considerados juntos. A seguir,
segue a explicação detalhada.
O COP-detrital é composto pelas partículas de detrito (isto é, matéria orgânica de origem vegetal ou
animal em processo de decomposição) dispersas na coluna de água ou depositadas sobre o
sedimento.
O COP-detrital é de extrema importância para o funcionamento dos ecossistemas aquáticos. A
cadeia alimentar detritívora é aquela cujo fluxo de energia está baseado na matéria orgânica morta
(ou seja, no detrito). Nos ecossistemas aquáticos, a decomposição microbiana é responsável pelo
aumento do valor nutricional do COP-detrital e sabe-se que organismos bentônicos (como larvas de
insetos aquáticos e camarões) tendem a consumir, preferencialmente, a matéria orgânica mais rica
em proteína microbiana, que é mais nutritiva. Diversos estudos têm mostrado que o COP-detrital
(principalmente aquele oriundo da vegetação terrestre) é fundamental para o fluxo de energia nas
cadeias alimentares de rios e riachos.
Carbono orgânico particulado detrital (COP-detrital) !
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As folhas da vegetação terrestre que caem em um riacho passam a compor o COP-detrital desse ecossistema.
Enquanto algumas formas de COP podem ser visíveis aos nossos olhos (por exemplo, as folhas
mortas em um riacho), o COD não é.
O COD é composto por moléculas como carboidratos, compostos húmicos, lipídios e proteínas,
provenientes da decomposição da matéria orgânica e da excreção dos organismos vivos.
Geralmente, a concentração de COD em um ambiente aquático está relacionada ao seu estado
trófico e ao tipo de influência que ele sofre (por exemplo, muita entrada de componentes da
vegetação terrestre e do solo, lançamento de esgotos etc.).
Muitos rios e lagoas apresentam a água com uma cor escura devido às altas concentrações de substâncias húmicas (uma forma de
COD).
Assim como o COP-detrital, o COD também possui um papel relevante para as cadeias alimentares
aquáticas. O COD é uma importante fonte de energia para bactérias e algas cianofíceas. Observe a cor
escura da água do rio na foto referente e perceba que algumas formas de COD (como as substâncias
húmicas) podem afetar negativamente a fotossíntese dos organismos aquáticos devido a alterações
qualitativas e quantitativas da radiação de luz na coluna d’água.
Carbono orgânico dissolvido (COD) !
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O COD compreende, aproximadamente, 90% do carbono orgânico total (COT) nos
oceanos. No entanto, há uma variação espacial: as concentrações de COD no
oceano profundo são de 5 a 10 vezes menores do que os valores verificados na
superfície.
Fase inorgânica
A concentração de gás carbônico (CO2) dissolvido nos ambientes aquáticos depende de uma série de
fatores, como a atmosfera, a chuva, as águas subterrâneas, a decomposição e a respiração dos
organismos. Nos ambientes aquáticos, os processos de difusão são lentos – principalmente a difusão de
gases como o CO2. Para você ter uma ideia de quão lentos são os processos de difusão no meio aquático, a
velocidade desse processo no meio líquido é cerca de 1.000 vezes menor do que no ar. O CO2 é um gás que
reage muito rapidamente com a água. Logo que o CO2 se difunde no ambiente aquático, parte dele reage
com a água e forma o ácido carbônico (HCO3). Por ser um ácido fraco, o ácido carbônico (HCO3) logo se
dissocia, originando íons de hidrogênio e bicarbonato. Por sua vez, o bicarbonato também se dissocia,
formando íons de hidrogênio e carbonato.
Reações químicas sofridas pelo gás carbônico (CO2) no ambiente aquático.
Devido a essas reações químicas que já abordamos,o carbono inorgânico pode ocorrer no ambiente
aquático, principalmente, sob três formas: o carbono inorgânico “livre”, presente nas moléculas do CO2 e do
H2CO3; os íons bicarbonato (HCO); e o carbonato (CO~). Em conjunto, todas essas formas de ocorrência do
carbono inorgânico no ambiente aquático compreendem o carbono inorgânico total.
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A acidificação dos oceanos
Veja agora como a queima de combustíveis fósseis tem levado à acidificação dos oceanos, bem como
quais são as principais consequências dessa alteração no ambiente marinho.
A fotossíntese, o movimento da água e o transporte de
carbono
Fotossíntese integrando as fases orgânica e inorgânica
O carbono entra em todas as teias alimentares, tanto terrestres quanto aquáticas, por meio dos organismos
autótrofos que, em sua maioria, são fotossintetizantes como plantas ou algas. Veja a diferença entre os
organismos autótrofos e os heterótrofos:
Organismos autótrofos
Utilizam dióxido de carbono “livre” (isto é, moléculas do CO2 e do H2CO3) para produzirem compostos
orgânicos como a glicose.
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Organismos heterótrofos
Consomem as moléculas orgânicas, geradas pelos autótrofos, e o carbono orgânico é passado por
meio de cadeias e teias alimentares.
E como o carbono volta para a atmosfera ou para o próprio ambiente aquático?
Para liberar a energia armazenada em moléculas contendo carbono, como COD e COP (que inclui a
biomassa dos organismos mortos), estas são decompostas por meio de um processo chamado de
respiração celular. Sob consumo de oxigênio, nesse processo, os carbonos da molécula orgânica são
liberados como CO2. Os decompositores também liberam compostos orgânicos e dióxido de carbono
quando decompõem organismos mortos e detritos.
Exemplo de uma teia trófica aquática e de como a matéria orgânica é ciclada.
O movimento da água e o transporte de carbono
Para entender como o carbono se movimenta através dos ecossistemas de água doce (dulcícolas) e
salgada (marinhos), devemos nos concentrar na trajetória da água ao longo da bacia hidrográfica.
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Representação de uma bacia hidrográfica.
A bacia hidrográfica é a unidade que organiza a paisagem terrestre a partir do fluxo da água: todas as águas
fluem a partir de sua nascente, na parte mais alta do relevo, antes de escoar naturalmente para o mar, na
parte mais baixa do relevo. A interação da água com o carbono começa antes mesmo que a chuva caia
sobre a superfície da Terra.
Aerossóis e vapores orgânicos atuam como núcleos de condensação de nuvens, estimulando a produção
de nuvens. Esses aerossóis têm várias fontes, como transporte eólico de poeira, plantas terrestres, queima
de biomassa vegetal e combustíveis fósseis, atividades agrícolas e/ou industriais.
Atenção!
Por meio da ação da chuva, as partículas em suspensão na atmosfera precipitam sobre os solos. Quando a
gota da chuva precipita, a água incorpora a matéria orgânica dissolvida (MOD) dessas mesmas partículas e
vapores atmosféricos e, com isso, as concentrações de MOD verificadas nessa gota atingem valores com
ordens de magnitude superiores àquelas observadas em águas interiores e no oceano.
Além de ser solubilizada como MOD, a matéria orgânica particulada (MOP) também é “lavada” da atmosfera
pela chuva, atuando como um fluxo adicional de carbono para a superfície terrestre. A precipitação torna-se
cada vez mais enriquecida em MOD e MOP à medida que passa pelas copas das árvores e pela vegetação
em geral. A quantidade e o tipo de MOD transportadas nas gotas das chuvas são fortemente dependentes
do tipo de vegetação/paisagem a que a água é exposta bem como pelas características da superfície das
plantas (por exemplo, a composição das folhas e a textura da sua superfície).
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Gotas de chuva sobre a vegetação.
A chuva carrega as partículas que, antes, estavam em suspensão no ar, e a matéria orgânica depositada
sobre os solos, possibilitando que estas sejam transportadas verticalmente, para as águas subterrâneas, e
lateralmente, para os rios e riachos. A água da chuva escoa mais fortemente para os rios e riachos quando
o solo já está encharcado ou quando há um evento extremo de precipitação (isto é, muita chuva em um
curto intervalo de tempo).
Os processos que ocorrem nos solos, juntamente com as características de solubilidade, afetam
diretamente a quantidade e a composição dos constituintes orgânicos e inorgânicos que são armazenados
nos solos e mobilizados paras as águas subterrâneas, os rios e riachos. Em uma bacia hidrográfica,
conforme o curso dos rios se desloca em direção ao mar, materiais orgânicos e inorgânicos são
constantemente mobilizados para o ambiente aquático a partir do solo e da vegetação presentes nas bacias
hidrográficas em que se situam, de suas zonas ripárias e das planícies de inundação.
Conforme apontado originalmente pelo conceito rio contínuo, as propriedades do rio devem variar
sistematicamente a jusante (isto é, numa posição abaixo no curso do rio, mais próxima à foz) e a montante
(isto é, numa posição acima no curso do rio, mais próxima à nascente), à medida que os processos que
afetam principalmente as interações da água corrente com a paisagem dão lugar ao transporte e
processamento de matéria orgânica no rio.
Rios e riachos se situam nos locais mais baixos da paisagem, o que permite a entrada de materiais do ambiente terrestre (como os trazidos pela
água da chuva que percorre o solo).
Por isso, na bacia hidrográfica, os constituintes da água do rio fornecem um registro contínuo e integrado de
tais processos que podem ser:
Biológicos
A decomposição de matéria orgânica e a produção primária.
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Página 26 de 57
Físicos
A temperatura da água.
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
3:42 min.
Módulo 2 - Vem que eu te explico!
Fase orgânica do carbono
2:43 min.
Módulo 2 - Vem que eu te explico!
O movimento da água e o transporte de carbono
Todos
%
18/08/2022 00:44
Página 27 de 57
Módulo 1 - Video
A saturação de oxigênio da água
Módulo 2 - Video
A acidificação dos oceanos
Módulo 3 - Video
O papel das baleias no ciclo do nitrogênio
Módulo 4 - Video
A interligação entre os ciclos do fósforo e do enxofre
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Todos Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Módulo 4 &
Questão 1
A partir de qual processo o carbono inorgânico é incorporado na cadeia trófica dos ecossistemas
aquáticos?
A Fotossíntese
B Diferenciação
18/08/2022 00:44
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C Difusão
D Transporte ativo
E Aeração
Parabéns! A alternativa A está correta.
A fotossíntese é o processo responsável por
transformar o carbono inorgânico, que está livre no
sistema sob a forma de dióxido de carbono (CO2)
ou ácido carbônico (H2CO3), em carbono orgânico
que será incorporado ao tecido dos organismos
autotróficos (por exemplo, plantas aquáticas), que
por sua vez serão consumidos pelos organismos
heterotróficos.
Questão 2
As fontes de carbono orgânico dissolvido e particulado para os ecossistemas aquáticos podem ser internas
(autóctone) ou externas (alóctone) ao ecossistema. Assinale a opção que representa uma fonte interna de
carbono nesses ecossistemas.
A Animal terrestre em decomposição.
B Folhas de vegetação terrestre.
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C Excreção de organismos aquáticos vivos.
D Sedimentação do carbono orgânico presente na atmosfera.
E Despejo de esgoto doméstico.
Parabéns! A alternativa C está correta.
A decomposição da matéria orgânica proveniente
da excreção por organismos aquáticos é uma das
principais fontes internas de carbono orgânico
dissolvido em ecossistemas aquáticos. Além desta,
há a decomposição de animais e vegetação de
origem aquática. As demais opções, tais como
folhas e animais de origem terrestre e o despejo de
esgotodoméstico são exemplos de fontes externas
de carbono, pois vêm de fora do sistema aquático.
'''''
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3 - Nitrogênio
Ao final deste módulo, você será capaz de reconhecer os processos envolvidos no ciclo do
nitrogênio nos ambientes aquáticos.
Ciclo do nitrogênio
O nitrogênio e sua importância
O nitrogênio é um elemento fundamental para o funcionamento dos ecossistemas aquáticos. A importância
do nitrogênio é justificada pela necessidade desse elemento na síntese de aminoácidos, proteínas e ácidos
nucleicos (como o DNA e o RNA) – em outras palavras, o nitrogênio é um dos elementos que compõem a
biomassa dos organismos.
O ciclo do nitrogênio nos ambientes aquáticos é semelhante ao ambiente terrestre. A principal diferença do
ciclo do nitrogênio entre ecossistemas aquáticos e terrestres está no tamanho do reservatório de biomassa:
apesar dos ambientes aquáticos ocuparem uma área do nosso planeta muito superior àquela dos
ambientes terrestres, a biomassa presente nos ambientes terrestres é cerca de duas ordens de magnitude
maior do que a biomassa encontrada nos ecossistemas aquáticos.
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Exemplo de estoque de biomassa de produtores primários aquáticos.
Exemplo de estoque de biomassa de produtores primários terrestres.
Fontes e formas do nitrogênio
Nos ambientes aquáticos, a chuva, o transporte de material orgânico e inorgânico do ambiente terrestre e a
fixação de nitrogênio molecular dentro do próprio ecossistema aquático constituem as principais fontes
naturais do nitrogênio. As formas dominantes do nitrogênio nos ambientes aquáticos são as seguintes:
nitrogênio inorgânico dissolvido, nitrogênio orgânico dissolvido e nitrogênio orgânico particulado. Leia mais
sobre cada forma a seguir:
É composto por nitrato (NO3-), nitrito (NO2-), amônia (NH3), íon amônio (NH4+), óxido nitroso (N2O) e
nitrogênio molecular (N2). Dentre todas essas formas de nitrogênio inorgânico dissolvido, o nitrato e
o íon amônio são extremamente relevantes porque constituem os principais nutrientes nitrogenados
Nitrogênio inorgânico dissolvido !
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o íon amônio são extremamente relevantes porque constituem os principais nutrientes nitrogenados
que são assimilados pelos produtores primários aquáticos. Ainda, o nitrato é a principal forma de
nitrogênio inorgânico dissolvido com maior probabilidade de deixar o solo e entrar nos ambientes
dulcícolas (isto é, ambientes de água doce), por meio do escoamento superficial da água sobre o
solo ou por meio de recargas de águas subterrâneas.
É composto basicamente por moléculas orgânicas nitrogenadas, como ureia, peptídeos, purinas,
aminas e aminoácidos. As moléculas orgânicas nitrogenadas que compõem o nitrogênio orgânico
dissolvido são originadas a partir da morte e lise de células, da decomposição da matéria orgânica e
da excreção de algas e macrófitas aquáticas. Por mais que as formas do nitrogênio orgânico
dissolvido possam ser utilizadas pelos produtores primários como nutrientes nitrogenados, elas
constituem uma fonte secundária de nutrientes, sendo o nitrogênio inorgânico dissolvido a fonte
primária. Estima-se que cerca de 10% dos nutrientes nitrogenados assimilados pelo fitoplâncton (ou
seja, formas de nitrogênio inorgânico dissolvido) são devolvidas ao ambiente aquático por meio de
excreções, que passam a compor o estoque de nitrogênio orgânico dissolvido do ecossistema.
É composto pela matéria orgânica particulada que se dispersa na coluna de água ou é depositada
sobre o sedimento, tal como as bactérias, o fitoplâncton, o zooplâncton, os detritos etc.
Veja abaixo o zooplâncton, um componente do nitrogênio orgânico particulado dos ecossistemas aquáticos
dulcícolas e marinhos.
Nitrogênio orgânico dissolvido !
Nitrogênio orgânico particulado !
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Visão ao microscópio do zooplâncton.
Processos envolvendo o nitrogênio
Processos importantes no ciclo do nitrogênio
Fixação do nitrogênio
A maior parte do nitrogênio da Terra está na atmosfera, sob a forma de N2 molecular – que é
biologicamente indisponível para a maioria dos organismos, exceto para os procariontes que possuem a
enzima nitrogenase. Uma série de organismos procariontes, de vida livre e simbióticos, são capazes de
realizar a fixação do nitrogênio nos ambientes aquáticos, como cianobactérias fotoautotróficas, bactérias
anaeróbias fotoautotróficas, bactérias heterotróficas aeróbias e anaeróbias e bactérias quimioautotróficas.
Essa fixação biológica do nitrogênio pode ser representada pela seguinte reação, na qual ocorre uma
redução do nitrogênio molecular (N2) a NH3, NH4+ ou nitrogênio orgânico, catalisada pela enzima
nitrogenase:
Processo Reação
Fixação
$$ \mathrm{N}_{2}~(\mathrm{g})+8 \mathrm{H}^{+}+8 \mathrm{e}^{-}
\rightarrow 2 \mathrm{NH}_{3}~(\mathrm{g})+\mathrm{H}_{2}~(\mathrm{g})
$$
Reação química que ocorre no processo de fixação do nitrogênio.
Adaptado de Holivi5 / Wikimedia Commons.
A importância da fixação de nitrogênio para o funcionamento dos ecossistemas aquáticos é bastante
variável. No caso de lagos com concentrações de nutrientes mais baixas, por exemplo, estima-se que a
fixação de nitrogênio por organismos planctônicos tenha uma importância baixíssima. Já nos lagos ricos
em nutrientes (isto é, eutróficos), cientistas estimam que a fixação dos organismos planctônicos pode
contribuir para 6% a 82% da entrada de nitrogênio biologicamente assimilável no ecossistema. Já nos
ambientes marinhos, a fixação planctônica fornece cerca de 1% do aporte de nitrogênio para as águas
superficiais dos oceanos do mundo e provavelmente também é de pouca importância na maioria dos
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superficiais dos oceanos do mundo e provavelmente também é de pouca importância na maioria dos
estuários, incluindo estuários eutróficos.
A principal entrada de nitrogênio para os ambientes aquáticos é desse elemento já
fixado nos ambientes terrestres.
Como vimos, a posição de muitos ambientes aquáticos na paisagem, como lagos, estuários e alguns tipos
de áreas úmidas, facilita a entrada de matéria orgânica e inorgânica terrestre. Por isso, muitos ambientes
aquáticos situados no continente ou em áreas costeiras atuam como coletores não apenas das chuvas,
poeiras e materiais que caem diretamente em sua superfície, mas também daqueles que caem em toda
uma bacia hidrográfica.
Amonificação
Depois que o nitrogênio é fixado e, portanto, passa à forma biológica, o primeiro passo no ciclo do
nitrogênio é a amonificação. A amonificação é o processo do ciclo do nitrogênio no qual há a formação de
amônia (NH3) a partir do processo de decomposição, aeróbia ou anaeróbia, da parte nitrogenada da matéria
orgânica dissolvida e particulada. Essa decomposição é realizada por todos os organismos heterotróficos,
durante a quebra inicial dos aminoácidos. Como o sedimento dos ambientes aquáticos é uma área de
grande acúmulo de matéria orgânica, ele é o principal compartimento de ocorrência desse processo.
Processo Reação
Fixação
$$ \mathrm{N}_{2}(\mathrm{g})+8 \mathrm{H}^{+}+8 \mathrm{e}^{-}
\rightarrow 2 \mathrm{NH}_{3}(\mathrm{g})+\mathrm{H}_{2}(\mathrm{g}) $$
$$ \mathrm{NH}_{2}-\mathrm{CO}-\mathrm{NH}_{2}+\mathrm{H}_{2}
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Amonificação
$$ \mathrm{NH}_{2}-\mathrm{CO}-\mathrm{NH}_{2}+\mathrm{H}_{2}
\mathrm{O}~(\mathrm{I}) \rightarrow 2 \mathrm{NH}_{3}
(\mathrm{g})+\mathrm{CO}_{2}~(\mathrm{g}) $$
Reações químicas que ocorrem no processo de fixação e amonificação.
Adaptado de Holivi5 / Wikimedia Commons.
Assim que se forma no ambiente aquático, a amônia pode ter caminhos distintos, dependendo do pH da
água. Em águas ácidas ou neutras, a amônia formada é instável, sendo logo convertida em íon amônio (NH3
+ H2O → NH4++ OH-). Já em águas alcalinas, a chance de conversão da amônia em íon amônio é muito
baixa. Então, a parte da amônia formada pode difundir para a atmosfera.
Saiba maisAnimais aquáticos são amoniotélicos, isto é, excretam amônia. Devido a esse fato, intuitivamente, podemos
pensar que a excreção dos animais aquáticos pode ser a principal fonte de amônia para os ambientes onde
vivem. No entanto, em comparação com a amonificação, a excreção dos animais representa uma fonte
quantitativamente insignificante de amônia para os ambientes aquáticos.
Nitrificação
A nitrificação é um processo que envolve a oxidação do nitrogênio e se dá em duas etapas. Na primeira
etapa, ocorre a oxidação do íon amônio para nitrito. Os íons amônio (NH4+) são oxidados em poucos dias,
logo após a sua formação. Na segunda etapa, o nitrito é oxidado para nitrato.
Processo Reação
Fixação
$$ \mathrm{N}_{2}~(\mathrm{g})+8 \mathrm{H}^{+}+8 \mathrm{e}^{-}
\rightarrow 2 \mathrm{NH}_{3}~(\mathrm{g})+\mathrm{H}_{2}~(\mathrm{g})
$$
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Amonificação
$$ \mathrm{NH}_{2}-\mathrm{CO}-\mathrm{NH}_{2}+\mathrm{H}_{2}
\mathrm{O}~(\mathrm{I}) \rightarrow 2 \mathrm{NH}_{3}
(\mathrm{g})+\mathrm{CO}_{2}~(\mathrm{g}) $$
Nitrificação
(Duas etapas)
$$ \text { (1) } \mathrm{NH}_{4}{ }^{+}+1.5 \mathrm{O}_{2} \text { (g) }
\rightarrow \mathrm{NO}_{2}{ }^{-}+2 \mathrm{H}^{+}+\mathrm{H}_{2}
\mathrm{O} \text { (l) } $$ $$ \text { (2) } \mathrm{NO}_{2}^{-}+0.5
\mathrm{O}_{2} \text { (g) } \rightarrow \mathrm{NO}_{3}^{-} $$
Reações químicas que ocorrem nos processos de fixação, amonificação e nitrificação.
Adaptado de Holivi5 / Wikimedia Commons.
Como você deve ter notado, o oxigênio está presente entre os reagentes das reações químicas das duas
etapas do processo de nitrificação, e isso ocorre porque esse é um processo predominantemente aeróbio.
A nitrificação só pode ocorrer nas regiões dos ambientes aquáticos onde há
oxigênio disponível, como na coluna d’água e na superfície do sedimento.
O processo de nitrificação requer a mediação de dois grupos bacterianos distintos: bactérias que convertem
amônia em nitritos (Nitrosomonas sp., Nitrosospira sp., Nitrosococcus sp. e Nitrosolobus sp.) e bactérias que
convertem nitritos em nitratos (Nitrobacter sp., Nitrospina sp. e Nitrococcus sp.). A Nitrosomonas sp. e a
Nitrobacter sp. são dois dos representantes mais conhecidos dos dois grupos bacterianos. Todas essas
bactérias nitrificantes são autótrofas obrigatórias, que derivam sua única fonte de energia da oxidação da
amônia ou do nitrito e sua única fonte de carbono é o dióxido de carbono ou gás carbônico (CO2).
Desnitrificação
Como o próprio nome sugere, a desnitrificação é a reversão das reações de nitrificação. Durante a
nitrificação, a oxidação do nitrogênio requer a presença de oxigênio para atuar como um aceptor de
elétrons. Nas águas das regiões mais profundas, sem oxigênio, ou em sedimentos anóxicos, o nitrato pode
atuar como aceptor de elétrons (oxidante), resultando no processo de desnitrificação. A desnitrificação é
realizada por certas bactérias anaeróbias, como a Pseudomonas denitrificans, que têm a capacidade de usar
o íon nitrato como um aceptor de elétrons na respiração.
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Processo Reação
Fixação
$$ \mathrm{N}_{2}~(\mathrm{g})+8 \mathrm{H}^{+}+8 \mathrm{e}^{-}
\rightarrow 2 \mathrm{NH}_{3}~(\mathrm{g})+\mathrm{H}_{2}~(\mathrm{g})
$$
Amonificação
$$ \mathrm{NH}_{2}-\mathrm{CO}-\mathrm{NH}_{2}+\mathrm{H}_{2}
\mathrm{O}~(\mathrm{I}) \rightarrow 2 \mathrm{NH}_{3}
(\mathrm{g})+\mathrm{CO}_{2}~(\mathrm{g}) $$
Nitrificação
(Duas etapas)
$$ \text { (1) } \mathrm{NH}_{4}{ }^{+}+1.5 \mathrm{O}_{2} \text { (g) }
\rightarrow \mathrm{NO}_{2}{ }^{-}+2 \mathrm{H}^{+}+\mathrm{H}_{2}
\mathrm{O} \text { (l) } $$ $$ \text { (2) } \mathrm{NO}_{2}^{-}+0.5
\mathrm{O}_{2} \text { (g) } \rightarrow \mathrm{NO}_{3}^{-} $$
Desnitrificação
$$ \mathrm{NO}_{3}{ }^{-} \rightarrow \mathrm{NO}_{2}{ }^{-} \rightarrow
\mathrm{NO} \rightarrow \mathrm{N}_{2} \mathrm{O} \rightarrow
\mathrm{N}_{2} $$
Reações químicas que ocorrem nos processos de fixação, amonificação, nitrificação e desnitrificação.
Adaptado de Holivi5 / Wikimedia Commons.
Nos ecossistemas aquáticos, a desnitrificação costuma ser mais intensa nos sedimentos devido à sua
condição de anoxia e ao grande acúmulo de matéria orgânica.
Apesar de estudarmos a nitrificação e a desnitrificação separadamente, esses processos são acoplados.
Para exemplificar o acoplamento entre esses processos, vamos pensar em um ambiente aquático raso,
como uma poça, com o sedimento rico em matéria orgânica.
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Ambiente aquático dulcícola raso, uma poça.
Depois de uma forte chuva, o grande aporte de matéria orgânica pode gerar condições de anoxia no
sedimento dessa poça devido à alta atividade respiratória envolvida no processamento desse material
recém-chegado. Quando grande parte desse material estiver processado, haverá uma alta concentração de
nitrogênio amoniacal disponível. Após um período de ventos intensos, ocorre a oxigenação do ambiente e,
com isso, inicia-se o processo de nitrificação, fazendo com que parte da amônia acumulada seja
consumida. Após um novo episódio de chuvas intensas, o ambiente se torna anóxico novamente e, então, o
processo inverso ocorre: a concentração de nitrato passa a reduzir devido ao seu consumo no processo de
desnitrificação.
Nitrogênio como nutriente limitante
Aproximadamente 75% dos oceanos têm a sua produção primária limitada pela disponibilidade de
nitrogênio inorgânico. Nessas mesmas águas, também há baixíssimas concentrações de ferro e, muitas
vezes, de fósforo inorgânico e, no entanto, o nitrogênio é o principal nutriente limitante aos produtores
primários. Mas por quê?
Resposta
Os cientistas atribuem esse padrão à capacidade de muitos organismos marinhos de reciclar
eficientemente o ferro contido no interior de suas células ou por terem uma demanda mais baixa por esse
metal. O mesmo raciocínio se aplica ao fósforo: muitos organismos fitoplanctônicos podem substituir seus
fosfolipídios de membrana por lipídios à base de enxofre, enquanto alguns também têm a capacidade de
usar fontes de fósforo orgânico dissolvido.
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Página 39 de 57
Concentração de nitrato (em μmol/L) nos oceanos.
O papel das baleias no ciclo do nitrogênio
Veja agora o papel das baleias em aumentar a concentração de nitrogênio na superfície dos oceanos.
Vem que eu te explico!
O vídeo a seguir aborda assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
$
%
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Página 40 de 57
2:41 min.
Módulo 3 - Vem que eu te explico!
Fontes e formas do nitrogênio
Todos
Módulo 1 - Video
A saturação de oxigênio da água
Módulo 2 - Video
A acidificação dos oceanos
Módulo 3 - Video
O papel das baleias no ciclo do nitrogênio
Módulo 4 - Video
A interligação entre os ciclos do fósforo e do enxofre
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Todos Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Módulo 4 &
Questão 1
A fixação do nitrogênio disponível da atmosfera é a primeira etapa do ciclo do nitrogênio em ecossistemas
aquáticos e terrestres. Por meio desse processo o nitrogênio fica biologicamente disponível para que seja
incorporado na cadeia alimentar. Como ocorre a fixação do nitrogênio molecular atmosférico?
A Por meio de organismos procariontes.
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Página 41 de 57
B Por meio de organismos eucariontes.
C Por meio da fotossíntese.
D Por meio da respiração.
E Por meio da decomposição.
Parabéns! A alternativa A está correta.
Alguns organismos procariontes, bactérias e
cianobactérias são os únicos capazes de utilizar
nitrogênio molecular como fonte de nitrogênio para
seu metabolismo, transformando-o em
biomoléculas. Isso ocorre porque apenas esses
organismos possuem a enzima nitrogenase. Essa
enzima é responsável pela redução do oxigênio
molecular em amônia, em um processo conhecido
como fixação do nitrogênio.
Questão 2
A nitrificação é o processo que forma nitrito e nitrato, em duas etapas. Bactérias de gêneros diferentes são
responsáveispor essas etapas. Aponte a alternativa que preenche corretamente a afirmação a seguir.
“As etapas de transformação do processo de nitrificação podem ser descritas como: Na (I) as bactérias
responsáveis são as (II), enquanto na (III), as bactérias responsáveis são as (IV).”
A (I) oxidação da amônia; (II) Nitrobacter; (III) oxidação do nitrito; (IV) Nitrosomonas.
B (I) oxidação da amônia; (II) Nitrosomonas; (III) oxidação do nitrito; (IV) Nitrobacter.
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C (I) oxidação do nitrito; (II) Nitrosomonas; (III) oxidação da amônia; (IV) Nitrobacter.
D (I) oxidação da amônia; (II) nitrogenase; (III) oxidação do nitrito; (IV) Nitrobacter.
E (I) oxidação da amônia; (II) Nitrobacter; (III) oxidação do nitrito; (IV) nitrogenase.
Parabéns! A alternativa B está correta.
Os passos de transformação do processo de
nitrificação são a oxidação da amônia mediada
pelas bactérias do gênero Nitrosomonas, formando
nitrito que, por sua vez, é transformado em nitrato
mediante à oxidação do nitrato por meio de
bactérias do gênero Nitrobacter.
'''''
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4 - Fósforo e enxofre
Ao final deste módulo, você será capaz de reconhecer os processos envolvidos nos ciclos do
fósforo e do enxofre nos ambientes aquáticos.
Ciclo do fósforo
O fósforo e sua importância
O fósforo é um elemento essencial para o armazenamento de energia (ATP), para o suporte estrutural dos
organismos – através das membranas celulares (fosfolipídios) e dos ossos – e para a composição do
material genético (DNA, RNA) dos organismos vivos. Sendo assim, podemos dizer que o fósforo é o
elemento sobre o qual toda a biomassa é construída. Além desses motivos, o fósforo é fundamental para
que ocorra o crescimento de organismos fotossintéticos, como algas e macrófitas aquáticas, que compõem
a base de grande parte das cadeias alimentares aquáticas. Por isso, é tão importante que sejamos capazes
de compreender a ciclagem de fósforo nos ecossistemas aquáticos.
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Estrutura da molécula de adenosina trifosfato (ATP), ressaltando a participação dos átomos de fósforo (P).
Fontes e formas do fósforo
Os rios e riachos são os principais canais de transferência do fósforo para os lagos, lagoas e oceanos. O
fósforo encontrado nos ambientes lóticos (ou seja, ambientes de água corrente, como rios e riachos) se
origina a partir das rochas e dos solos, presentes no ambiente terrestre, que sofrem intemperismo. O
intemperismo se refere ao processo de quebra ou dissolução (ou seja, o desgaste) de rochas e minerais da
superfície da Terra, por meio da ação da água, gelo, ácidos, sais, plantas, animais e mudanças de
temperatura.
Esquema do processo de intemperismo por meio da ação das chuvas e do congelamento.
Além do intemperismo das rochas terrestres, a deposição de poeira e aerossóis atmosféricos bem como o
afloramento de águas subterrâneas, através das nascentes, também podem atuar como fontes de fósforo
para os ambientes aquáticos. No entanto, os cientistas reconhecem que essas são fontes de menor
importância, quando comparadas ao intemperismo. Durante o processo de intemperismo, as rochas liberam
gradualmente o fósforo como íons de fosfato, que são solúveis em água.
Nos ambientes aquáticos, todas as formas nas quais o fósforo é encontrado – seja na forma orgânica ou
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Nos ambientes aquáticos, todas as formas nas quais o fósforo é encontrado – seja na forma orgânica ou
inorgânica, dissolvida ou particulada – é sob a forma de fosfato (PO4-). Sendo assim, a forma correta de nos
referirmos ao fósforo no ambiente aquático é pelo nome de fosfato. Os fosfatos podem ser encontrados
sob cinco principais formas, que são as seguintes:
(
Fosfato particulado
(P-particulado)
(
Fosfato orgânico dissolvido
(P-orgânico dissolvido)
(
Fosfato inorgânico dissolvido ou ortofosfato ou fosfato reativo
(P-orto)
(
Fosfato total dissolvido
(P-total dissolvido)
(
Fosfato total
(P-total)
Dentre todas as formas de fosfato, o ortofosfato é de extrema importância por ser a principal fonte de
fósforo para os produtores primários aquáticos. Nos rios e riachos, a maior parte do fosfato está sob a
forma particulada e os cientistas estimam que mais de 90% do fósforo que chega aos oceanos, através dos
rios, é fosfato particulado. Os ambientes marinhos costeiros, que recebem nutrientes derivados do
continente, através dos rios, apresentam altas taxas de produtividade primária em relação a oceanos.
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Processos importantes no ciclo do fósforo
Em comparação aos ciclos dos demais nutrientes, o ciclo do fósforo é bem simples. De maneira geral, o
fosfato é assimilado pelos organismos – principalmente os autotróficos – e por meio das interações
tróficas (isto é, interações alimentares) é passado aos demais organismos heterotróficos, que, por sua vez,
passam a assimilar o fósforo contido no alimento, incorporando-o à sua biomassa. Ao morrerem, o fósforo
incorporado na biomassa dos organismos passa a ser liberado para o ambiente por meio do processo de
decomposição. Esse processo de liberação do fósforo ocorre antes mesmo que o organismo morto
sedimente, ou seja, deposite-se sobre o fundo do ambiente aquático.
Esquema simplificado do ciclo do fósforo nos ecossistemas aquáticos.
Ainda na coluna d’água, grande parte do fósforo presente na matéria orgânica morta ou no detrito é liberada,
principalmente, sob a forma de fosfato orgânico dissolvido no ambiente aquático. Por sua vez, o fosfato
orgânico dissolvido é prontamente decomposto pelos microrganismos, tornando-se disponível para a
reassimilação dos produtores primários. O fosfato associado à matéria orgânica morta que não foi liberado
na coluna d’água se deposita sobre o sedimento do ambiente aquático. É no sedimento que essa matéria
orgânica será decomposta e, dependendo das condições ambientais, o fosfato liberado poderá ser estocado
no sedimento ou ser liberado para a coluna d’água.
Fósforo como nutriente limitante
O fósforo é considerado o principal nutriente limitante da produção primária dos ecossistemas dulcícolas –
em outras palavras, isso significa que a concentração de fosfato nesses ambientes é determinante para a
produtividade de plantas aquáticas e algas. Em contrapartida, pequenos aumentos na concentração de
fosfato podem provocar enormes aumentos na produção primária dos ambientes dulcícolas, sendo este
elemento apontado como o principal responsável pela eutrofização artificial desses ecossistemas.
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Ciclo do enxofre
O enxofre e sua importância
O enxofre é um elemento químico que compõe cerca de 1% do peso seco dos organismos aquáticos. Esse
elemento ocorre em vitaminas, proteínas, aminoácidos (como a cisteína e a metionina), coenzimas (como a
coenzima A, biotina, tiamina), lipídeos etc. O enxofre está presente na composição das paredes celulares e
das membranas fotossintéticas.
Fontes e formas do enxofre
As principais fontes de enxofre para os ecossistemas aquáticos são o intemperismo das rochas e minerais,
as chuvas e, no caso dos oceanos, as fontes hidrotermais. Da mesma forma que ocorre no ciclo do fósforo,
o intemperismo de rochas que contêm enxofre provoca a liberação desse elemento no solo. Por sua vez, o
enxofre do solo é transportado, por meio da ação das chuvas, para os ecossistemas aquáticos continentais.
Os rios e riachos, por sua vez, atuam como canais de transferência do enxofre para os ambientes costeiros.
A chuva, além de atuar como carreadora do enxofre presente no solo para os ecossistemas aquáticos,
também promove a precipitação do enxofre atmosférico.
Na atmosfera, o enxofre é encontrado na forma de dióxido de enxofre (SO2). À medida que a chuva cai, o
enxofre presente na atmosfera é dissolvido, apresentando-se como um ácido sulfúrico fraco (H2SO4).
Nos oceanos, onde as placas tectônicas se encontram, há as fontes hidrotermais, de aspecto semelhante a
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Página 48 de 57
chaminés, que liberam um fluido quente e rico em minerais.
Fonte hidrotermal no fundo do Oceano Atlântico.
Nas fontes hidrotermais, os microrganismos a elas associados obtêm a sua energia a partir do gás
hidrogênio e dos compostos de enxofre, produzindo o gás sulfídrico (H2S). Dessa forma, esses
microrganismos mediam a transferência de energia da fonte hidrotermal para os níveis tróficos superiores.
O sulfeto de hidrogênio é altamente tóxico para a maioria dos animais, incluindo os
humanos. No entanto, os organismos associados às fontes hidrotermais têm
adaptações bioquímicas especiais que os protegem do sulfeto de hidrogênio.
Nos ecossistemas aquáticos, as principais formas do enxofre são as seguintes: íon sulfato (SO42-), íon
sulfito (SO32-), íon sulfeto (S2-), gás sulfídrico (H2S), dióxido de enxofre (SO2), ácido sulfúrico (H2SO4) e
enxofre molecular (S0). Dentre essas, o íon sulfato e o gás sulfídrico são as mais observadas. O íon sulfato
tem um papel de destaque porque representa a principal fonte de enxofre para os produtores primários
aquáticos.
Processos importantes no ciclo do enxofre
O ciclo do enxofre no ambiente aquático envolve tanto processos biológicos quanto químicos. Nos
processos biológicos, as bactérias e arqueias são de extrema importância. A decomposição da matéria
orgânica morta tem como produto o gás sulfídrico (H2S), originado a partir da quebra de compostos
orgânicos que contêm enxofre, como os aminoácidos, pela ação das bactérias saprofíticas. Essa
decomposição pode ocorrer em todas as partes do ecossistema, mas, por ser onde a matéria orgânica
tende a se acumular, a superfície do sedimento é onde ela acontece com maior frequência.
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As bactérias sulforosas roxas e verdes oxidam o gás sulfídrico (H2S), oriundo do processo de
decomposição da matéria orgânica morta, a enxofre molecular (S0).
Vista ao microscópio de bactérias sulfurosas dos gêneros Chromatium e Achromatium.
As bactérias sulfurosas incolores – atualmente esse nome é considerado impróprio porque esse grupo
também abrange muitas arqueias – oxidam o gás sulfídrico (H2S) e o enxofre molecular (S0) a íon sulfato
(SO42-). Apesar dessa separação entre os papéis de oxidação desempenhados pelos grupos de bactérias
sulfurosas, os cientistas sabem que ambos podem mediar a completa oxidação do gás sulfídrico (H2S) a
íon sulfato (SO42-).
Além desses grupos de bactérias e arqueias envolvidas em reações de oxidação do enxofre, há o grupo das
bactérias que atuam na redução do enxofre – mais especificamente, as bactérias redutoras de sulfato. As
bactérias redutoras de sulfato utilizam o íon sulfato (SO42-) e o enxofre molecular (S0) como receptores de
elétrons para a respiração, produzindo gás sulfídrico (H2S). Esse processo respiratório se dá como uma
respiração anaeróbica, análogo à desnitrificação. Como a respiração anaeróbica ocorre na ausência de
oxigênio (isto é, anoxia), a produção do gás sulfídrico pelas bactérias redutoras de sulfato ocorre,
obrigatoriamente, em ambientes anóxicos.
Curiosidade
Em brejos, alagados ou mesmo em ambientes aquáticos que recebem grandes quantidades de esgoto
doméstico, há um odor característico do gás sulfídrico (H2S), resultante da ação dessas bactérias.
Como já abordamos, o íon sulfato (SO42-) constitui a forma sob a qual o enxofre é assimilado por bactérias,
plantas e algas. Esses organismos são responsáveis por utilizar o sulfato e reduzi-lo a sulfeto. O enxofre
presente na biomassa viva das bactérias, plantas e algas é consumido pelos níveis tróficos superiores. Os
animais e bactérias, que compõem os níveis tróficos superiores, são capazes de remover o grupo sulfeto
das proteínas do “alimento” como fonte de enxofre, durante a digestão e a decomposição, respectivamente.
Toda a biomassa viva, eventualmente, morre, estando sujeita à ação das bactérias saprofíticas – e assim,
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completando o ciclo do enxofre.
Esquema simplificado do ciclo do enxofre.
A interligação entre os ciclos do fósforo e do enxofre
Veja agora em quais condições o enxofre pode mediar a liberação dos íons de fosfato nos ecossistemas
aquáticos.
Vem que eu te explico!
Os vídeos a seguir abordam os assuntos mais relevantes do conteúdo que você acabou de estudar.
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2:35 min.
Módulo 4 - Vem que eu te explico!
Fontes e formas do fósforo
2:27 min.
Módulo 4 - Vem que eu te explico!
Fontes e formas do enxofre
Todos
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Módulo 1 - Video
A saturação de oxigênio da água
Módulo 2 - Video
A acidificação dos oceanos
Módulo 3 - Video
O papel das baleias no ciclo do nitrogênio
Módulo 4 - Video
A interligação entre os ciclos do fósforo e do enxofre
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Todos Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Módulo 4 &
Questão 1
Qual a principal fonte de fósforo e enxofre para os ecossistemas aquáticos?
A Intemperismo de rochas
B Fotossíntese
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C Respiração
D Amonificação
E Combustível fóssil
Parabéns! A alternativa A está correta.
O fósforo e o enxofre são liberados gradualmente
por meio do intemperismo de rochas. O fósforo é
liberado como íons de fosfato que são solúveis em
água, já o enxofre é comumente encontrado como
gás sulfídrico. Intemperismo é o processo de
quebra ou dissolução de rochas e minerais da Terra
pela ação da água, gelo, ácidos, sais, plantas,
animais e até mudanças de temperatura.
Questão 2
O fósforo é um dos principais nutrientes limitantes nos ecossistemas aquáticos, sendo de difícil acesso
para plantas e animais na natureza. Por quê?
A Reage rapidamente com outros elementos, como o oxigênio.
B A maior parte do fósforo no ambiente está ligada ao carbono, nitrogênio e hidrogênio.
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Considerações finais
“Na Natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. Essa é uma frase bastante famosa do
químico, do século XVIII, Antoine-Laurent de Lavoisier. Ela reflete bem o que aprendemos aqui: a ciclagem
dos nutrientes nos ecossistemas aquáticos.
C É normalmente encontrado como um fosfato.
D A maior parte do fósforo no ambiente é armazenada em reservatórios, como as rochas.
E Reage rapidamente com enxofre.
Parabéns! A alternativa D está correta.
Ao contrário de muitos outros elementos
importantes, o fósforo não se torna parte da
atmosfera de maneira significativa. Em vez disso, a
maior parte do fósforo está ligada a reservatórios
de rochas sedimentares e depende do
intemperismo para se tornar disponível nos
ecossistemas aquáticos. Por essa razão, é difícil
para plantas e animais o acessarem na natureza.
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Os elementos químicos estão presentes no ambiente aquático, dissolvidos na água e na biomassa de todos
os organismos vivos que o habitam. Por meio de processos que interconectam os componentes vivos e não
vivos dos ambientes aquáticos, os nutrientes são usados, transformados, movimentados e reutilizados.
De forma abrangente, entendemos que os ciclos do oxigênio, do carbono, do nitrogênio, do fósforo e do
enxofre são de importância fundamental para o funcionamento e manutenção dos ecossistemas aquáticos,
assim como da Terra e da vida na Terra como um todo.
Podcast
Para encerrar, ouça sobre as principais similaridades e diferenças na ciclagem de nutrientes entre os
oceanos e os ecossistemas de água doce.
)
Referências
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dissolved oxygen pattern and temperature dependence. Ecological Modelling, v. 273, p. 220-227, 2014.
CORRELL, D. L. The role of phosphorus in the eutrophication of receiving waters: A review. Journal of
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DOLMAN, H. Biogeochemical cycles and climate. USA: Oxford University Press, 2019.
ESTEVES, F. A. Fundamentos de limnologia.Rio de Janeiro: Interciência, 1998.
HOWARTH, R. W.; MARINO, R.; COLE, J. J. Nitrogen fixation in freshwater, estuarine and marine ecosystems.
1. Rates and importance. Limnology and Oceanography, 1988.
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RUTTENBERG, K. C. The global phosphorus cycle. Treatise on Geochemistry, v. 8, p. 682, 2003.
TRICK, J. K.; STUART, M.; REEDER, S. Chapter 3- Contaminated groundwater sampling and quality control of
water analyses. Environmental Geochemistry, p. 25-45, 2018.
WARD, N. D. et al. Where carbon goes when water flows: carbon cycling across the aquatic continuum.
Frontiers in Marine Science, v. 4, p. 7, 2017.
WETZEL, R. G. Limnology: lake and river ecosystems. SL: Gulf Professional Publishing, 2001.
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Caso você tenha interesse em aprofundar os seus conhecimentos sobre o funcionamento dos
ecossistemas dulcícolas ou ecossistemas marinhos, leia os seguintes livros publicados por cientistas
brasileiros, que são referências na área.
ESTEVES, F. A. Fundamentos de limnologia. 3. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2011.
TUNDISI, J. G.; TUNDISI, T. M. Limnologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2016.
PEREIRA, R. C.; GOMES, A. S. Ecologia marinha. Rio de Janeiro: Interciência, 2021.
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