Antropoceno - Aula 6 - Fontes de nitrogênio reativo - 2023

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Fontes de nitrogênio reativo
Luiz Antonio Martinelli
CENA-USP
http://www.n-print.org/node/5
Smil, V. 2001, Enriching the Earth: Fritz Haber, Carl Bosch, and the Transformation of Food Production, MIT Press, Cambridge (MA).
N2
N2O
NH4+
NO3-
AA
FBN
MINERALIZAÇÃO
NITRIFICAÇÃO
DENITRIFICAÇÃO
Absorção
Lixiviação
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A verdade é que em várias regiões do mundo é quase ao mesmo tempo teve início a domesticação de várias plantas e o início do que hoje definimos agricultura, ou seja, a arte de cultivar o solo para a produção de vegetais. 
Nesse slides encontram-se destacados os locais de origem e a época aproximada de algumas das principais culturas atuais, sendo do trigo uma das mais antigas.
Çatal Hüyük 
Southern Anatolia, Turkey 
6500 to 5700 years BP 
Fonte: museum.agropolis.fr/english/pages/expos/fresque/carte_agriculture.htm
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Com a evolução da agricultura, houve a possibilidade de alimentar um número maior de pessoas, uma vez que a oferta de calorias por unidade de área é maior em um campo agrícola do que na naturez, uma vez que vc concentra várias plantas de uma única espécie em uma área menor. Começa então a surgir os primeiros aglomerados urbanos mais estáveis, na tela são dois exemplos desses aglomerados. 
É interessante notar que com o avanço da agricultura e decorrente mudança de hábito alimentar, concentrando-se a alimentação em algumas poucas espécies e com o decréscimo no consumo de carne, houve um declínio na saúde de nossos antepassados, agravados pela aglomeração agrava a transmissão de doenças, principalmente devido a poluição hídrica. 
De qualquer forma, com o aumento da oferta de alimentos e o aumento das populações, sobrava tempo e gente para outras funções. Ou seja, nem todos precisavam se dedicar à produção de alimentos. Surgiram então as especializações: como a pessoa dedicada a produzir utensílios agrícolas, outros especializados no transporte e assim por diante. Surgiram assim classes sociais, verdade que ainda incipientes, mas começou haver uma hierarquização da sociedade. Assim sobrou tempo e pessoas para assumirem outras atribuições tais como: general, plebeu, senador e imperador…
http://www.roman-empire.net/maps/empire/extent/severus.html
Marcus Aurelius
 161-180 
Trajano
98-117 
Julius Caesar
102 a.C. – 44 a.C. 
Augustus
63a.C. – 14 d.C.
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Sendo talvez o maior desses impérios o Romano, onde a base da alimentação de seus legionários era o trigo, comido na forma de pão ou sopa. 
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……e ao Império Romano seguiram-se outros impérios e nações poderosas que moldaram o nosso mundo. Mas, em última análise esse “salto” na humanidade foi possível ou teve início com a domesticação de algumas espécies animais e algumas espécies de plantas.
Mas, de onde essas plantas que alimentaram vastos impérios tiravam seu nitrogênio? E hora então de conversarmos um pouco sobre o ciclo do nitrogênio. 
“England and all civilized nations stand in deadly peril of not having enough to eat. As mouths multiply, food resources dwindle. Land is a limited quantity, and the land that will grow wheat is absolutely dependent on difficult and capricious natural phenomena... I hope to point a way out of the colossal dilemma. It is the chemist who must come to the rescue of the threatened communities. It is through the laboratory that starvation may ultimately be turned into plenty... The fixation of atmospheric nitrogen is one of the great discoveries, awaiting the genius of chemists.”
"A Inglaterra e todas as nações civilizadas estão em perigo de não ter o suficiente para comer. À medida que as bocas se multiplicam, os recursos alimentares diminuem. A terra é uma quantidade limitada, e a terra que cultivará trigo é absolutamente dependente de fenômenos naturais difíceis e caprichosos ... Espero apontar uma saída para o dilema colossal. É o químico que deve vir resgatar as populações ameaçadas. É através do laboratório que a fome pode finalmente ser transformada em abundância ... A fixação do nitrogênio atmosférico é uma das grandes descobertas, aguardando a genialidade dos químicos ".
Presidential Address to the British Association for the 
Advancement of Science 1898.
William Crookes
(1832-1919)
A corrente de Humboldt e a formação do El Niño
The Humboldt current
Guano – cagada de cormorão.....(1840-1860)
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=435138
Salitre: NaNO3
Deserto de Atacama (Chile)
Calicheros
Usina de nitrato
John Thomas North
Taltal – Chile (1912)
Laeisz Flying P
A costa do nitrato
Brown (1954)
Fim do guano
70% N-fertilizante do planeta
1834	1839	1849	1869	1879	1889	1900	360000	716000	2060592	2507000	10507000	20622000	31741293	
Salitre (quintal espanhol) 
 Universidade de Karlsruhe entre 1894 e 1911
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
Processo Haber-Bosch
Fritz Harber (1868-1934)
Nobel - 1919
Carl Bosch (1874 – 1940)
Nobel - 1931
Basf – Oppau plant, 1921
https://twitter.com/AlfHofstetter/status/1290807459200684033?ref_src=twsrc%5Etfw%7Ctwcamp%5Etweetembed%7Ctwterm%5E1290807459200684033%7Ctwgr%5E%7Ctwcon%5Es1_&ref_url=https%3A%2F%2Fwww.dw.com%2Fpt-br%2Fnitrato-de-amC3B4nio-provocou-tragC3A9dia-na-alemanha-hC3A1-100-anos%2Fa-54450011
Haber (1868-1934): herói ou vilão
Haber era judeu, converteu-se ao catolicismo
WWI - Gás Cl2 e gás mostrada (pai da guerra química)
1919: prêmio Nobel síntese amônia
Sua primeira esposa se matou
Perseguido pelo nazismo por ser judeu. Deixa a Alemanha (1932)
Zyklon A, precursor gás utilizados pelos nazistas nos campos de concentração
Carl Bosch (1874 – 1940)
Processo industrial síntese amonia e explosivos (WWI)
Gasolina a partir de carvão mineral
Borracha sintética
Diretor-president BASF
Diretor-president FABEN
Prêmio Nober - 1931
Procurou aproximação com os nazistas (FABEN)
Distanciou-se pela política anti-semita de Hitler
Queria produzir alimentos, mas produziu bombas
Consumo N-fert (Tg):
Brasil
China
US
Consumo N (Tg)
BRASIL	1961	1962	1963	1964	1965	1966	1967	1968	1969	1970	1971	1972	1973	1974	1975	1976	1977	1978	1979	1980	1981	1982	1983	1984	1985	1986	1987	1988	1989	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	5.5E-2	5.0900000000000001E-2	6.5200000000000008E-2	5.0799999999999998E-2	7.0599999999999996E-2	7.1099999999999997E-2	0.10640000000000001	0.14430000000000001	0.16440000000000002	0.27639999999999998	0.2782	9999999999999	0.41160000000000002	0.34760000000000002	0.38919999999999999	0.40629999999999999	0.49819999999999998	0.70050000000000001	0.70599999999999996	0.77939999999999998	0.88600000000000001	0.66759999999999997	0.64229999999999998	0.56479999999999997	0.81120000000000003	0.83410000000000006	0.98089999999999999	0.95789999999999997	0.81499999999999995	0.80249999999999999	0.79659999999999997	0.82950000000000002	0.83510000000000006	1.0708	1.2244999999999999	1.1505000000000001	1.2484000000000002	1.4380999999999999	1.5455000000000001	1.6712	1.9977	1.7295	1.8552	2.4403999999999999	2.4751999999999996	2.3045999999999998	2.2970999999999999	2.7509999999999999	2.5019999999999998	2.5539999999999998	2.855	3.3660000000000001	3.435000000000	0001	3.6985000000000001	3.871	3.5326999999999997	CHINA	1961	1962	1963	1964	1965	1966	1967	1968	1969	1970	1971	1972	1973	1974	1975	1976	1977	1978	1979	1980	1981	1982	1983	1984	1985	1986	1987	1988	1989	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	0.88	0.89800000000000002	0.91600000000000004	0.85699999999999998	1.329	1.85	1.6319999999999999	2.2309999999999999	2.4980000000000002	2.9870000000000001	3.2080000000000002	3.6920000000000002	4.2249999999999996	3.645	4.7850000000000001	5.7	7.6749999999999998	9	10.36	11.787000000000001	11.287000000000001	12.034000000000001	13.459	14.939	13.593999999999999	13.282999999999999	16.524000000000001	18.209099999999999	18.5425	19.233000000000001	19.629000000000001	20.01599999999999817.667999999999999	18.815999999999999	23.434999999999999	24.931000000000001	22.664999999999999	22.568999999999999	23.86	22.72	22.693999999999999	26.006	25.077999999999999	26.963999999999999	25.743299999999998	28.004200000000001	27.160499999999999	24.866599999999998	26.861999999999998	25.058400000000002	26.501999999999999	26.691599999999998	27.9604	25.154299999999999	27.340199999999999	US	1961	1962	1963	1964	1965	1966	1967	1968	1969	1970	1971	1972	1973	1974	1975	1976	1977	1978	1979	1980	1981	1982	1983	1984	1985	1986	1987	1988	1989	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	3.0571999999999999	3.564	4	3.9488000000000003	4.2080000000000002	4.8319999999999999	5.4676	6.0724999999999998	6.3118999999999996	6.7668999999999997	7.3630000000000004	7.2638999999999996	7.5513000000000003	8.2968999999999991	7.8087999999999997	9.4452000000000016	9.6591000000000005	9.0397999999999996	9.6557000000000013	10.342600000000001	10.818200000000001	9.968	8.3342000000000009	10.057799999999999	10.4259	9.2422999999999984	9.2620000000000005	9.5359999999999996	9.6095000000000006	10.048	10.2394	10.3851	10.3353	11.4694	10.632100000000001	11.1615	11.2057	11.1699	11.296299999999999	11.1891	10.466899999999999	10.8947	10.969799999999999	11.818700000000002	11.190799999999999	10.926	11.966100000000001	11.3955	10.3977	11.116899999999999	11.737	12.231399999999999	12.187899999999999	12.212	11.861000000000001	12.268000000000001	
Crescimento uso
N-fertilizante
Brasil
China
US
Crescimento em relação a 1961
BRASIL	1961	1962	1963	1964	1965	1966	1967	1968	1969	1970	1971	1972	1973	1974	1975	1976	1977	1978	1979	1980	1981	1982	1983	1984	1985	1986	1987	1988	1989	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	-7.454545454545454E-2	0.18545454545454559	-7.6363636363636411E-2	0.28363636363636358	0.29272727272727267	0.93454545454545468	1.623636363636364	1.	9890909090909095	4.0254545454545454	4.0599999999999996	6.4836363636363643	5.32	6.0763636363636362	6.3872727272727277	8.0581818181818186	11.736363636363636	11.836363636363634	13.17090909090909	15.109090909090908	11.138181818181817	10.678181818181818	9.2690909090909077	13.749090909090908	14.165454545454546	16.834545454545452	16.416363636363634	13.818181818181817	13.59090909090909	13.483636363636363	14.081818181818182	14.183636363636364	18.469090909090909	21.263636363636362	19.918181818181822	21.698181818181823	25.147272727272728	27.1	29.385454545454547	35.32181818181818	30.445454545454549	32.730909090909094	43.370909090909088	44.003636363636353	40.901818181818172	40.765454545454539	49.018181818181816	44.490909090909085	45.43636363636363	50.909090909090907	60.199999999999996	61.454545454545453	66.24545454545455	69.381818181818176	63.23090909090908	CHINA	1961	1962	1963	1964	1965	1966	1967	1968	1969	1970	1971	1972	1973	1974	1975	1976	1977	1978	1979	1980	1981	1982	1983	1984	1985	1986	1987	1988	1989	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2.0454545454545472E-2	4.0909090909090944E-2	-2.6136363636363659E-2	0.51022727272727264	1.1022727272727273	0.85454545454545439	1.5352272727272727	1.8386363636363641	2.394318181818182	2.6454545454545459	3.1954545454545458	3.8011363636363633	3.1420454545454546	4.4375	5.4772727272727275	7.7215909090909092	9.2272727272727266	10.772727272727272	12.394318181818182	11.826136363636364	12.675000000000001	14.294318181818181	15.976136363636362	14.447727272727271	14.09431818181818	17.777272727272727	19.69215909090909	20.07102272727273	20.855681818181822	21.305681818181821	21.745454545454546	19.077272727272728	20.381818181818183	25.630681818181817	27.330681818181819	24.755681818181817	24.646590909090911	26.113636363636363	24.818181818181817	24.788636363636364	28.552272727272729	27.497727272727275	29.640909090909091	28.25375	30.822954545454547	29.864204545454545	27.2575	29.524999999999999	27.47545454545455	29.115909090909092	29.331363636363633	30.773181818181818	27.58443181818182	30.068409090909093	US	1961	1962	1963	1964	1965	1966	1967	1968	1969	1970	1971	1972	1973	1974	1975	1976	1977	1978	1979	1980	1981	1982	1983	1984	1985	1986	1987	1988	1989	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	0.16590344105717653	0.29163940860918502	0.37642287060054963	0.58053120502420519	0.78843386104932622	0.9862946486981552	1.064601596231846	1.2134305900824283	1.4084129268611805	1.3759976449038336	1.4700052335470366	1.7138885254481222	1.5542326311657726	2.0894936543242189	2.159459636268481	1.9568886562867984	2.1583475075232244	2.3830302237341363	2.5385974093942174	2.2604998037419861	1.7260892319769727	2.289	8730864843642	2.410277377992935	2.0231257359675516	2.0295695407562477	2.1191940337563784	2.1432356404553188	2.2866675389245064	2.349273845348685	2.3969318330498495	2.380642417	8987311	2.7516027737799296	2.4777247154258806	2.650889702996206	2.6653473766845481	2.6536373151903705	2.6949823367787515	2.6599175716341752	2.4236883422739761	2.5636203061625018	2.588185267565092	2.8658576475206079	2.6604736360068033	2.5738584325526626	2.9140716995944005	2.7274303284050765	2.4010532513410965	2.6363011906319507	2.8391338479654586	3.0008504513934318	2.9866217453879367	2.9945047756116709	2.8796938374983649	3.0128221902394352	
Queima de combustíveis fósseis
a) Produção termal
N2 + O2 = 2NO
b) Pirólise do N-orgânico 
X-CH2NH2 + 3O2 = CO2 + 2 H20 + NO2 + X 
NOx = NO + NO2
30
Quando há queima de combustíveis fósseis acaba sendo gerado NO (óxido nítrico) e NO2 (nitrito). O óxido nítrico é formado por um processo termal na própria chama e o óxido nitroso na pirólise das moléculas orgânicas que contém nitrogênio. Geralmente, ambos são agrupados e recebem o nome de NO-X. 
Culturas fixadoras de nitrogênio atmosférico - Soja
https://gro-intelligence.com/insights/articles/brazil-heads-for-record-soybean-crop-amid-plans-for-further-expansion
Soja (milhões de toneladas)
N2
N2O
NH4+
NO3-
AA
FBN
MINERALIZAÇÃO
NITRIFICAÇÃO
DENITRIFICAÇÃO
Absorção
Lixiviação
N2
N2O
NH4+
NO3-
AA
FBN
MINERALIZAÇÃO
NITRIFICAÇÃO
DENITRIFICAÇÃO
Absorção
Lixiviação
Haber-Bosch
C-FBN
C. fóssil
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