Ciclo Hidrológico e Elementos Químicos

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<p>BIOGEOQUÍMICA AMBIENTAL</p><p>AULA 2</p><p>Profª Ellen Caroline Baettker de Faria</p><p>2</p><p>CONVERSA INICIAL</p><p>O principal objetivo desta etapa é conhecer os ciclos biogeoquímicos</p><p>globais e os efeitos da ação humana sobre eles. Portanto, vamos analisar os</p><p>seguintes tópicos: ciclo hidrológico, ciclo do carbono, ciclo do oxigênio, ciclo do</p><p>nitrogênio, ciclo do enxofre e ciclo do fósforo.</p><p>Esses ciclos descrevem o movimento da matéria entre os principais</p><p>reservatórios da Terra, ou seja, a atmosfera, a geosfera, a hidrosfera e a</p><p>biosfera. Os seis elementos mais comuns que compõem as moléculas orgânicas</p><p>são: carbono, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre. Esses</p><p>elementos residem nos diferentes reservatórios em diferentes graus, em uma</p><p>variedade de formas químicas, tanto orgânicas quanto inorgânicas.</p><p>TEMA 1 – CICLO HIDROLÓGICO</p><p>O ciclo hidrológico é um dos ciclos naturais mais importantes da Terra.</p><p>Ele pode ser definido como caminhos da água da através da atmosfera, da terra</p><p>e dos oceanos.</p><p>Odum e Barret (2019) definem esse ciclo como o movimento das águas</p><p>do oceano (maior reservatório) para a atmosfera (menor reservatório), por</p><p>evaporação. Posteriormente, a água retorna à superfície da Terra pelas chuvas.</p><p>Também pode retornar aos oceanos, por infiltração e escoamento nos</p><p>continentes, e pelo ar por evaporação e transpiração da vegetação.</p><p>Os principais reservatórios de água estão nos oceanos (97,3% do total</p><p>para a biosfera), no gelo das calotas polares e glaciais (2,06%), na forma de</p><p>água subterrânea (0,67%) e em rios e lagos (0,01%). A proporção flutuante, ou</p><p>seja, as águas que são drenadas através do solo, que flui ao longo dos rios,</p><p>estando presente como nuvens e vapor na atmosfera, representa apenas 0,08%</p><p>do total. É dessa pequena porcentagem que dependemos para a sobrevivência</p><p>dos organismos vivos, para a produtividade das comunidades e para o transporte</p><p>de elementos químicos.</p><p>O ciclo da água é composto basicamente por evaporação, transpiração e</p><p>precipitação, mas também fazem parte do processo a percolação, a infiltração e</p><p>a drenagem. Esses processos são mostrados esquematicamente na Figura 1.</p><p>3</p><p>Figura 1 – Processos do ciclo do hidrológico</p><p>Crédto: Noko Cloud / Shutterstock.</p><p>O ciclo hidrológico é um ciclo de circulação fechada da água entre a</p><p>superfície terrestre e a atmosfera, incitado pela energia solar associada à</p><p>gravidade e à rotação terrestre. Portanto, para entender esse processo,</p><p>podemos iniciar com a evaporação da água dos oceanos, lagos e outros corpos</p><p>hídricos, além da transpiração, que é a liberação de água, principalmente pelas</p><p>plantas. A combinação de evaporação e transpiração é chamada de</p><p>evapotranspiração, que é a perda conjunta de água para a atmosfera na forma</p><p>de vapor d’água.</p><p>O vapor d’água é transportado através do movimento atmosférico. Ele se</p><p>condensa até formar as nuvens, que resultam em chuva, isto é, precipitação,</p><p>fenômeno pode ocorrer na forma de granizo, neve ou chuva congelada.</p><p>A água que cai na superfície da terra pode seguir vários caminhos,</p><p>podendo ficar retida no solo e retornar à atmosfera através da</p><p>evapotranspiração. Mas também segue caminhos como o escoamento</p><p>superficial e caminhos subsuperficiais, com águas que escoam na horizontal</p><p>pela parte superior do solo, ou logo na primeira camada para os corpos hídricos,</p><p>sem sofrer infiltração ou evaporação. Existem ainda os fluxos de infiltração e</p><p>4</p><p>percolação, em que a água penetra no solo profundamente para alimentar as</p><p>águas subterrâneas.</p><p>Esse ciclo ocorre naturalmente há milhares de anos, garantindo a</p><p>distribuição de água na terra. Por ano, aproximadamente 47 mil km3 retornam</p><p>aos oceanos, a partir de rios, represas, lagos e águas subterrâneas. Se a</p><p>drenagem fosse distribuída igualmente em todos os continentes, não faltaria</p><p>água para ninguém, mas acontece que a distribuição é desigual, causando</p><p>problemas de disponibilidade em continentes, países e regiões (Tundisi, 2003).</p><p>O ciclo hidrológico é central para entender os processos que impulsionam</p><p>os padrões climáticos, os desequilíbrios nos volumes e as vazões dos rios dentre</p><p>outros problemas tidos como naturais, que são fundamentais para a</p><p>determinação dos padrões de uso e do gerenciamento dos recursos hídricos.</p><p>De acordo com Davis e Masten (2016), a disponibilidade de água tem</p><p>papel essencial na manutenção de ecossistemas, no abastecimento de</p><p>populações e nas atividades industriais, comerciais e agrícolas. Portanto, é</p><p>importante entender quais ações naturais ou antrópicas afetam a disponibilidade</p><p>e a sustentabilidade da vida de forma significativa.</p><p>1.1 Mudanças climáticas e atividades humanas no ciclo hidrológico</p><p>O crescimento acelerado das atividades humanas influencia o equilíbrio</p><p>natural da terra. As principais mudanças climáticas estão associadas com o</p><p>aumento da poluição, das queimadas, dos desmatamentos e da exploração</p><p>intensiva do solo.</p><p>Dados do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC)</p><p>de 2019 indicam que a emissão dos gases do efeito estufa, como o metano (CH4)</p><p>e o dióxido de carbono (CO2), oriundo das atividades humanas, elevou a</p><p>temperatura do planeta em cerca de 1,0°C, valor acima dos níveis pré-industriais.</p><p>O painel alerta que é provável que o aquecimento global atinja 1,5°C entre 2030</p><p>e 2052, caso o ritmo atual continue.</p><p>Esse aquecimento acarreta maior dinâmica atmosférica, acelerando os</p><p>ciclos hidrológicos e de energia na atmosfera. Consequentemente, eles podem</p><p>afetar a frequência e a intensidade de eventos climáticos extremos, como fortes</p><p>ondas de calor, secas severas e chuvas intensas. Além disso, o aumento de</p><p>temperatura, associado com os eventos extremos, pode influenciar a</p><p>5</p><p>estabilidade dos ecossistemas, acelerando as taxas naturais de extinção de</p><p>espécies (Marengo, 2008).</p><p>Os projetos em obras de infraestrutura hidráulicas, como barragens,</p><p>reservatórios e drenagens, precisam considerar o estudo do ciclo hidrológico, ou</p><p>seja, as séries temporais de variáveis hidrológicas históricas, que recentemente</p><p>vem sendo alteradas rapidamente, com a demanda de verificações mais</p><p>apuradas.</p><p>As atividades humanas para garantir a urbanização envolvem ações</p><p>como: remoção de vegetação, impermeabilização do solo, lançamento de</p><p>resíduos, queimadas e emissões de gases. Essas modificações afetam o clima</p><p>e aumentam a temperatura das cidades, o que afeta a dinâmica da evaporação</p><p>e a ocorrência de chuvas (Pimentel, 2015).</p><p>O quadro a seguir apresenta os impactos da urbanização no ciclo</p><p>hidrológico.</p><p>Quadro 1 – Efeito da urbanização no ciclo hidrológico</p><p>Dois fatores são analisados conjuntamente nesse esquema. Com o</p><p>aumento da população, há um aumento no número de construções, o que</p><p>acarreta um aporte maior de água para consumo, com consequente aumento do</p><p>volume de esgoto e efluentes. Outro ponto é que, com o aumento de áreas</p><p>impermeabilizadas pelas construções, aumentam os volumes de escoamento</p><p>superficial e as velocidades de escoamento. Observa-se, assim, o aumento e a</p><p>antecipação da ocorrência de vazão de pico do hidrograma.</p><p>Urbanização</p><p>Aumenta a densidade</p><p>populacional</p><p>Aumenta a</p><p>demanda hídrica</p><p>Aumenta o lançamento</p><p>de efluentes e esgoto</p><p>Problema de</p><p>recursos hídricos</p><p>Aumenta a densidade de</p><p>contruções</p><p>Modificaçõesno</p><p>sistemade drenagem</p><p>Aumenta das áreas</p><p>impermeáveis</p><p>Redução das águas</p><p>subterrâneas</p><p>Deterioração da qualidade</p><p>das águas pluviais</p><p>Aumento da velocidade</p><p>de escoamentoAumento do runoff</p><p>Redução do</p><p>escoamento básico</p><p>Qualidade da água nos</p><p>corpos hídricos receptores</p><p>ruins</p><p>Mudança no</p><p>clima urbano</p><p>Tempos de ascensão e de</p><p>base no hidrograma são</p><p>reduzidos</p><p>Aumenta a vazão de</p><p>pico no hidrograma</p><p>Problema de controle de</p><p>poluição</p><p>Problema de controle</p><p>de enchentes</p><p>6</p><p>Com essas mudanças, os sistemas de drenagem apresentam maior</p><p>risco</p><p>de ocorrência de enchentes urbanas. Ocorre redução das taxas de infiltração, de</p><p>percolação e de recarga para os sistemas de águas subterrâneas e do solo. Com</p><p>a deterioração da qualidade das águas superficiais e dos corpos receptores, por</p><p>conta do aumento de efluentes e esgotos, surgem problemas de controle de</p><p>poluição e disponibilidade hídrica.</p><p>TEMA 2 – CICLO DO CARBONO E CICLO DO OXIGÊNIO</p><p>O ciclo do carbono e o ciclo do oxigênio apresentam como principais</p><p>etapas a fotossíntese e a respiração. A respiração é o termo dissipador no ciclo</p><p>do oxigênio, sendo responsável pela conversão do carbono orgânico em dióxido</p><p>de carbono no ciclo do carbono. A fotossíntese é realizada pelas plantas e por</p><p>algumas bactérias, enquanto a respiração é feita por todos os organismos,</p><p>incluindo os que realizam fotossíntese. A interação da fotossíntese com a</p><p>respiração exerce um papel crucial na regulação dos balanços de energia do</p><p>ecossistema e na manutenção dos níveis de oxigênio necessários para a vida</p><p>nos ambientes aquáticos (Mihelcic; Zimmerman, 2017).</p><p>2.1 Ciclo do carbono</p><p>O carbono é um elemento dinâmico, fundamental para a biogeoquímica.</p><p>Esse elemento passa por atmosfera, oceano, plantas e terra por meio de</p><p>processos como fotossíntese, decomposição, respiração e mineralização. A</p><p>forma de CO2 gasoso, presente na atmosfera, constitui uma pequena fração,</p><p>ainda que muito importante, do carbono total terrestre.</p><p>O ciclo do carbono tem dois componentes: o ciclo rápido, também</p><p>chamado de ciclo biológico, e o ciclo lento, conhecido como ciclo geológico. O</p><p>ciclo rápido envolve processos biológicos, como fotossíntese e decomposição,</p><p>enquanto o ciclo lento envolve transições de carbono inorgânico, como</p><p>intemperismo de rochas e solos. A Figura 2 apresenta os processos que fazem</p><p>parte desses ciclos.</p><p>O ciclo biológico ocorre tanto no meio terrestre quanto no meio aquático,</p><p>no qual os organismos fotossintetizantes retiram (utilizam) gás carbônico (CO2)</p><p>da atmosfera, liberando oxigênio (O2). Nesse processo, o carbono presente no</p><p>CO2 é usado para sintetizar moléculas orgânicas, que ficam disponíveis para</p><p>7</p><p>produtores, consumidores e decompositores, passando pelas cadeias e teias</p><p>alimentares.</p><p>Os seres vivos também retornam o CO2 para o meio através dos</p><p>processos de respiração e decomposição. O ser humano também tem</p><p>contribuído de forma não sustentável para o aumento do CO2 na atmosfera,</p><p>através da queima de combustíveis fósseis (carvão mineral e derivados de</p><p>petróleo) e do desmatamento, situação que agrava o efeito estufa.</p><p>Figura 2 – Processos do ciclo do carbono</p><p>Crédito: VectorMine / Shutterstock.</p><p>O ciclo geológico é o mais demorado de todos, com possibilidade de</p><p>deposição por milhões de anos. No oceano, há uma troca contínua do CO2</p><p>presente na atmosfera com a água, que o dissolve e o ventila para fora do</p><p>8</p><p>oceano, até chegar na atmosfera, ou ainda em contato com a chuva. Essa</p><p>dissolução produz uma solução ácida (H2CO3) que auxilia na erosão das rochas</p><p>silicatadas.</p><p>O intemperismo é um processo químico em que os minerais primários são</p><p>transformados em minerais secundários, em uma reação na qual o CO2 é</p><p>consumido e transformado em HCO3 (bicarbonato de cálcio), que é transportado</p><p>para o oceano através dos rios (Martinelli; Augusto, 2022).</p><p>No oceano, o bicarbonato é transformado, química ou biologicamente, em</p><p>carbonato de cálcio, que é resistente à decomposição, ficando no fundo do</p><p>oceano. A partir daí, o carbonato de cálcio é transferido para o interior da Terra</p><p>pelo processo de subsidência. Sob alta temperatura e pressão no interior da</p><p>Terra, o carbonato de cálcio reage com SiO2 (sílica), formando um novo mineral</p><p>primário. Nessa reação, é produzido o CO2, que volta para a atmosfera pela</p><p>atividade vulcânica, fechando o ciclo geológico do carbono (Martinelli; Augusto,</p><p>2022).</p><p>2.1.1 Efeito estufa e atividade humanas no ciclo do carbono</p><p>As atividades humanas contribuem para a acumulação de CO2 de duas</p><p>formas principais: através da combustão de combustíveis fósseis (carvão,</p><p>petróleo, gás natural) e através do desmatamento, especialmente de florestas</p><p>tropicais. A biomassa oriunda das florestas e os combustíveis fósseis queimados</p><p>atendem a crescente demanda de energia para a humanidade, liberando CO2 na</p><p>atmosfera desenfreadamente.</p><p>Essa entrada causa uma perturbação significativa no equilíbrio da</p><p>biosfera, especialmente porque os combustíveis fósseis estão sendo queimados</p><p>em um tempo infinitesimal maior em comparação com o tempo de</p><p>desenvolvimento dos processos necessários para formar esse recurso.</p><p>Segundo Odum e Barret (2019), outro fator que vem agravando o</p><p>equilíbrio de CO2 é a agricultura, por conta da perda líquida de CO2 (adição de</p><p>mais CO2 na atmosfera em comparação à quantidade removida). Pode parecer</p><p>surpreendente, mas isso ocorre porque o CO2 fixado por cultivos (muitos deles</p><p>ativos apenas em uma parte do ano) não compensa o CO2 liberado do solo,</p><p>especialmente por conta das frequentes aragens. Assim, a monocultura, aliada</p><p>ao desmatamento, libera muito carbono para a atmosfera.</p><p>9</p><p>O Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA)</p><p>apresenta dados da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica dos</p><p>Estados Unidos (NOAA), alertando que a concentração de CO2 global na</p><p>atmosfera bateu recordes mesmo no período da pandemia de covid-19. Em abril</p><p>de 2020, a concentração média de CO2 na atmosfera era de 416 ppm, aumento</p><p>de mais de 100 ppm desde março de 1958 (Atmospheric..., 2022).</p><p>Gráfico 1 – Aumento na concentração atmosférica de CO2 nos últimos 60 anos</p><p>Fonte: Atmospheric Carbon Dioxide, 2022.</p><p>Os primeiros registros de dióxido de carbono atmosférico foram feitos no</p><p>Observatório Mauna Loa, no Havaí. O Gráfico 1 mostra as medições mensais</p><p>médias de dióxido de carbono da estação desde 1960, em partes por milhão</p><p>(ppm). O ciclo sazonal de altos e baixos (pequenos picos e vales) é impulsionado</p><p>pelo crescimento do verão e pelo declínio do inverno da vegetação do hemisfério</p><p>norte. Essa tendência de aumento vem sendo impulsionada pelas atividades</p><p>humanas.</p><p>De acordo com o PNUMA, o que mais preocupa é que, durante a</p><p>pandemia da covid-19, as atividades industriais diminuíram as suas atividades.</p><p>O fluxo de tráfego aéreo também diminuiu, mas mesmo assim os valores de CO2</p><p>aumentaram, de diversas fontes de energia, pois 64% das fontes globais de</p><p>10</p><p>energia elétrica provêm de combustíveis fósseis (carvão: 38%, gás: 23%,</p><p>petróleo: 3%).</p><p>Isso demostra a importância das energias renováveis, do uso de</p><p>transporte público e do fim do desmatamento. Os incêndios florestais mais</p><p>frequentes e severos, ligados à mudança climática, continuam afetando países</p><p>como Brasil, Honduras, Mianmar, Tailândia e Venezuela, com grandes emissões</p><p>de CO2.</p><p>Nesse contexto, aumenta a preocupação com o efeito estufa, que é o</p><p>aquecimento do clima na Terra atribuído ao aumento da concentração de CO2 e</p><p>de outros poluentes gasosos na atmosfera. Os gases de efeito estufa (metano,</p><p>ozônio, óxido nitroso e clorofluorcarbonos) absorvem a radiação infravermelha</p><p>emitida pelo aquecimento solar da Terra, refletindo a maior parte dessa energia</p><p>térmica de volta para a Terra, o que acarreta o aquecimento global.</p><p>2.2 Ciclo do oxigênio</p><p>A atmosfera é composta de 21% de oxigênio. Portanto, esse é um</p><p>elemento abundante, que faz parte dos ciclos dos demais elemento, também por</p><p>conta de sua forma reativa. Assim, é importante manter uma concentração</p><p>relativamente constante de oxigênio molecular livre na atmosfera (O2). A</p><p>concentração desse gás na atmosfera depende de processos biológicos e</p><p>geoquímicos.</p><p>A principal fonte de oxigênio da atmosfera é o processo de fotossíntese,</p><p>iniciado há aproximadamente 2,4 bilhões de anos pelas cianobactérias. Em</p><p>termos simples, a fotossíntese é a transformação da energia radiante do</p><p>Sol em</p><p>energia química capturada em uma molécula de carboidratos, como a glicose.</p><p>Em outras palavras, implica a redução do CO2 atmosférico. A divisão da molécula</p><p>de água fornece o hidrogênio, enquanto o O2 é o aceptor final dos elétrons</p><p>(Martinelli; Augusto, 2022).</p><p>O oxigênio liberado pela fotossíntese pode ser utilizado em diferentes</p><p>processos, como respiração celular, decomposição e combustão. A respiração</p><p>celular é a principal via de consumo de oxigênio para a produção de energia e a</p><p>liberação de CO2 e H2O. A fotossíntese e a respiração são processos</p><p>fundamentais para a estrutura e o bom funcionamento do ecossistema. Tanto a</p><p>respiração quanto a fotossíntese são afetadas pela disponibilidade de água e</p><p>11</p><p>temperatura, mas a respiração produz CO2, enquanto a fotossíntese requer CO2.</p><p>A fotossíntese também é afetada pela quantidade de luz incidente (Figura 7).</p><p>Figura 3 – Ilustração da fotossíntese e da respiração celular</p><p>Créditos: Macrovector / Shutterstock.</p><p>A respiração das plantas é importante para a manutenção e a produção</p><p>da biomassa. A respiração do solo inclui a respiração dos autótrofos por</p><p>microrganismos, como as plantas, além da quebra de material orgânico morto</p><p>por heterótrofos. O oxigênio é consumido nesse processo, mas o CO2 é liberado</p><p>de volta para a atmosfera (Martinelli; Augusto, 2022).</p><p>A decomposição e a combustão também utilizam O2, liberando água e gás</p><p>carbônico. Na decomposição, os seres decompositores transformam a matéria</p><p>orgânica. Trata-se de um processo fundamental para a ciclagem e para os</p><p>nutrientes. Na combustão, a queima (na presença de O2) transforma o material</p><p>em cinza, CO2 e água.</p><p>O processo geológico de consumo de O2 acontece com a oxidação de</p><p>gases vulcânicos na atmosfera por organismos quimiolitotróficos, que oxidam</p><p>compostos inorgânicos em vez de compostos orgânicos, buscando produzir</p><p>energia; e por foto oxidação, quando os organismos não estão envolvidos</p><p>(Martinelli; Augusto, 2022).</p><p>O oxigênio também é responsável pela formação da camada de ozônio,</p><p>que é responsável por filtrar os raios ultravioleta emitidos pelo Sol, funcionando</p><p>12</p><p>como uma espécie de filtro, o que diminui a incidência dos raios que chegam até</p><p>a superfície terrestre. O oxigênio atua nesse processo quando sofre a ação dos</p><p>raios ultravioletas do Sol na atmosfera, dando origem ao ozônio, que irá formar</p><p>a camada de ozônio.</p><p>Segundo Barsano, Barbosa e Viana (2014), essa camada foi degradada</p><p>pela influência do gás clorofluorcarbono (CFC) e de outras substâncias químicas</p><p>halogenadas artificiais, que em reação com as moléculas de ozônio destroem</p><p>essa barreira natural. Esses compostos eram utilizados na fabricação de</p><p>propelentes de aerossóis e extintores de incêndio, além de gases de refrigeração</p><p>e solventes orgânicos.</p><p>A destruição da camada de ozônio reduz a capacidade de fotossíntese</p><p>das plantas, aumentando consideravelmente doenças como como câncer de</p><p>pele, cataratas, alergias e problemas no sistema imunológico. Devido ao</p><p>aumento da preocupação mundial, em 1987 a ONU (Organização Mundial das</p><p>Nações Unidas) uniu 47 países comprometidos a reduzir mais de 80% desses</p><p>gases nocivos, firmando assim o Protocolo de Montreal.</p><p>TEMA 3 – CICLO DO NITROGÊNIO</p><p>O ciclo do nitrogênio é um dos mais importantes ciclos de nutrientes dos</p><p>ecossistemas terrestres. É o ciclo de movimento do nitrogênio através de</p><p>diferentes reservatórios, incluindo organismos vivos, em diferentes formas, por</p><p>meio de processos químicos.</p><p>O nitrogênio é constituído de aminoácidos, que formam as proteínas.</p><p>Portanto, faz parte do DNA e RNA. Os animais utilizam-se do nitrogênio</p><p>incorporado em compostos orgânicos (aminoácidos e proteínas), enquanto as</p><p>plantas e algas utilizam o nitrogênio sob a forma de íons nitrato (𝑁𝑁𝑁𝑁3−) ou íons</p><p>amônio (𝑁𝑁𝑁𝑁4+).</p><p>As etapas do ciclo do nitrogênio são impulsionadas por microrganismos.</p><p>As plantas obtêm nitrogênio do solo ou da água onde crescem, enquanto os</p><p>animas obtém o composto pelo consumo dessas plantas. Quando as plantas e</p><p>os animas morrem, os corpos se decompõem, e assim o nitrogênio volta à terra</p><p>e à água. Os seres humanos influenciam o ciclo global do nitrogênio pela injeção</p><p>de mais de 75% de nitrogênio reativo, com consequências significativas para a</p><p>saúde humana e ambiental, principalmente por meio da agricultura e do aumento</p><p>do consumo de combustíveis fósseis, buscando atender à demanda por</p><p>13</p><p>alimentos e energia para a população mundial, atualmente em rápido</p><p>crescimento.</p><p>A Figura 4 apresentar o ciclo do nitrogênio e as diversas formas com que</p><p>ele se encontra disposto. As setas azuis apresentam o percurso natural e as</p><p>setas vermelhas os impactos das ações humanas.</p><p>Figura 4 – Ciclo do nitrogênio e disposição no meio ambiente</p><p>Créditos: VectorMine / Shutterstock.</p><p>Na Figura 4, podemos identificar os processos de transformação, que</p><p>podem ser divididos em etapas.</p><p>• Amonificação: esse processo fixa nitrogênio inorgânico no solo e o</p><p>transforma em amônia (NH3), que logo que entra em contato com a água</p><p>do solo, transformando-se em amônio (𝑁𝑁𝑁𝑁4+), que tende a ser absorvido</p><p>pelas bacteriorrizas, isto é, baterias que apresentam associação com</p><p>raízes.</p><p>• Fixação: o nitrogênio presente no ar entra no processo através da ação</p><p>dos raios, por bactérias especializadas presentes na superfície do solo,</p><p>14</p><p>transformando N2 em NH3 (amônia). Essas bactérias são chamadas de</p><p>nitrificantes no processo de fixação biológica, ou biofixação. É possível</p><p>fazer a fixação industrial por meio de adição de fertilizantes, método muito</p><p>comum na agricultura.</p><p>• Nitrificação: quando o amônio fica disponível, isto é, no caso de produção</p><p>por bactérias de vida livre, ele é utilizado pelas nitrobactérias, que são</p><p>quimiossintetizantes e autotróficas. Portanto, oxidam o amônio em íons</p><p>nitrito (𝑁𝑁𝑁𝑁2−) e nitrato (𝑁𝑁𝑁𝑁3−), processo conhecido como nitrificação. Os</p><p>íons são absorvidos pelas raízes das plantas.</p><p>• Desnitrificação: ocorre por conta das bactérias desnitrificantes, que</p><p>transformam nitrato em N2, processo que nem sempre é bom para o meio</p><p>ambiente.</p><p>• Assimilação: os elementos presentes na solução do solo são absorvidos</p><p>pelas plantas através das raízes, principalmente pelas formas minerais de</p><p>𝑁𝑁𝑁𝑁4+ (amônio) e 𝑁𝑁𝑁𝑁3− (nitrato).</p><p>O gás nitrogênio, que constitui quase a totalidade do nitrogênio no ar, não</p><p>é reativo. Outros compostos inorgânicos de N, presentes em traços, como</p><p>amônia, íon amônio, óxido nitroso, ácido nítrico, óxidos de nitrogênio, íons nitrato</p><p>e compostos orgânicos (como ureia, aminas, amidas e proteínas), constituem a</p><p>forma reativa, desempenhando um papel importante nos ciclos biogeoquímicos</p><p>globais. Ao longo das décadas, houve um acúmulo gradual de nitrogênio reativo,</p><p>por conta das atividades humanas, com consequências para a qualidade do ar</p><p>e da água, levando ao surgimento de várias doenças em humanos, incluindo</p><p>problemas respiratórios.</p><p>As atividades de cultivo e de lida com animais estão associadas ao</p><p>aumento da concentração de amônia e N2O, que tem aproximadamente 300</p><p>vezes o potencial de aquecimento global do dióxido de carbono, sendo um dos</p><p>importantes gases de efeito estufa na atmosfera terrestre, além de responsável</p><p>pela redução da camada de ozônio.</p><p>3.1 Efeitos do acúmulo de nitrogênio</p><p>O ciclo do nitrogênio é fortemente influenciado por atividades antrópicas.</p><p>Durante o século XX, mudanças no uso da terra, como agricultura intensiva,</p><p>fertilização excessiva, desmatamento, queima de biomassa, combustão de</p><p>15</p><p>combustíveis fósseis, atividades industriais e produção de energia, perturbaram</p><p>significativamente o ciclo biogeoquímico “natural” do nitrogênio. Em</p><p>ecossistemas naturais, as taxas de crescimento das plantas são baixas,</p><p>enquanto a absorção anual de nitrogênio é relativamente pequena.</p><p>Já as culturas</p><p>cultivadas são muito exigentes. A absorção de nutrientes e</p><p>a capacidade de mineralização dos solos é quase sempre insuficiente para</p><p>manter o crescimento ótimo. Portanto, fertilizantes químicos e adubos são</p><p>necessários para fornecer N para a agricultura intensiva. Essa prática resulta em</p><p>mudanças nas tendências de longo prazo dentro do ciclo N, em escalas global,</p><p>regional e local.</p><p>Odum e Barret (2019) afirmam ainda que os esgotos humanos e os</p><p>excrementos de animais domésticos também contribuem para a entrada direta</p><p>do nitrogênio, pois escapam para o solo ou para cursos de água. Podem ainda</p><p>ser misturadas a metais pesados e outras toxinas.</p><p>A maioria dos ecossistemas naturais e a maioria das espécies nativas</p><p>estão adaptadas a ambientes com baixos teores de nutrientes. O enriquecimento</p><p>com nitrogênio e outros nutrientes abre as portas para espécies oportunistas do</p><p>tipo “daninhas”, que estão adaptadas às condições de altos teores de nutrientes</p><p>(Odum; Barret, 2019).</p><p>Ao longo das últimas cinco décadas, certos ecossistemas aquáticos</p><p>tornaram-se os ambientes mais fertilizados do planeta, o que acaba causando</p><p>eutrofização, um processo de enriquecimento de nutrientes e matéria orgânica</p><p>em corpos aquáticos, que favorece a produção primária e perturba os sistemas</p><p>aquáticos. O excesso de componentes nitrogenados na água de abastecimento,</p><p>na comida e no ar acaba colocando a saúde humana em risco (Galloway et al.,</p><p>2008).</p><p>Em resumo, o enriquecimento por nitrogênio vem reduzindo a</p><p>biodiversidade e aumentando o número de pragas e doenças no mundo, além</p><p>de afetar a saúde humana de maneira adversa.</p><p>TEMA 4 – CICLO DO ENXOFRE</p><p>O enxofre (S) está depositado basicamente na crosta terrestre, isto é, em</p><p>subsolo, rocha e minerais, como sais de sulfato (𝑆𝑆𝑁𝑁42−). Uma pequena parte pode</p><p>ser encontrada na atmosfera, proveniente de sulfeto de hidrogênio (H2S), gás</p><p>tóxicos para os seres vivos, que é liberado pelos vulcões ativos e pela matéria</p><p>16</p><p>orgânica em decomposição encontrada em brejos, pântanos e mangues. Outro</p><p>gás que pode ser liberado pelos vulcões, pela queima de carvão e pelo óleo</p><p>combustível é o dióxido de enxofre (SO2), gás que, na presença de O2, forma</p><p>SO3 e chuva ácida (H2SO4) (Calijuri; Cunha, 2019).</p><p>O ciclo do enxofre se assemelha em muitos aspectos ao ciclo do</p><p>nitrogênio, exceto quanto à entrada desse elemento proveniente da litosfera, por</p><p>meio da atividade vulcânica, e à ausência do processo biológico de fixação do</p><p>enxofre da atmosfera, na terra ou na água. A Figura 5 resume o ciclo do enxofre.</p><p>Figura 5 – Ilustração das etapas do ciclo de enxofre</p><p>Créditos: VectorMine / Adobestock.</p><p>O enxofre entra na atmosfera através dos vulcões, que liberam grande</p><p>quantidade de ácido sulfúrico (H2O4) retornado ao solo através da chuva. Assim,</p><p>ele pode ser alocado nas rochas abaixo do solo e nas rochas abaixo dos</p><p>17</p><p>ambientes aquáticos. Sob condições aeróbicas, no solo e na água, o sulfeto de</p><p>hidrogênio (H2S) é convertido, pela ação de bactérias, à forma de enxofre</p><p>elementar (S), chegando a sais de sulfato (𝑆𝑆𝑁𝑁42−). Os animais adquirem o enxofre</p><p>absorvido pelas plantas, como sulfato, após a morte dos animais e das próprias</p><p>plantas. As bactérias responsáveis pela decomposição metabolizam o sulfato,</p><p>retornando-o ao solo.</p><p>Os rios transportam os sedimentos e o enxofre dissolvido para a</p><p>hidrosfera, ou as plantas absorvem compostos com enxofre. Além disso, o</p><p>enxofre lixiviado do solo é depositado sob a forma de sulfatos e sulfuretos,</p><p>podendo também ser lixiviado do solo e transportado para o ambiente aquático.</p><p>Acontece ainda de os seres vivos alimentarem-se das plantas (Stein, 2018).</p><p>Nos sedimentos com presença de ferro, o enxofre origina sulfetos férricos</p><p>e ferrosos, promovendo a conversão do fósforo da forma insolúvel para a solúvel.</p><p>Ou seja, esse elemento acaba ficando mais disponível. Odum e Barret (2019)</p><p>afirmam que a recuperação do fósforo como pare do ciclo do enxofre é mais</p><p>evidenciada nos sedimentos anaeróbicos das zonas alagadas, que também são</p><p>locais importantes para a reciclagem do nitrogênio e do carbono. Esses</p><p>processos evidenciam como o ciclo de um nutriente regula o outro.</p><p>4.1 Efeitos do enxofre na poluição do ar</p><p>O ciclo do enxofre transfere todos os anos enormes quantidades desse</p><p>elemento, biologicamente tão importante, através da atmosfera. Apesar do</p><p>tamanho dos reservatórios naturais, as atividades humanas tiveram um efeito</p><p>notável no ciclo do enxofre, principalmente por conta da queima de combustíveis</p><p>fósseis (carvão e óleo), situação que aumenta a concentração dos gases voláteis</p><p>no ar, em especial nas áreas urbanas e nos arredores de usinas termelétricas.</p><p>Esse quadro chega a afetar, de modo prejudicial, importantes componentes</p><p>bióticos e processos naturais, contribuindo com o aumento das chuvas ácidas e</p><p>do smog industrial.</p><p>Os principais gases responsáveis pelas chuvas ácidas são os óxidos</p><p>gasoso de nitrogênio (N2O E NO2) e enxofre (SO2). Esses gases também podem</p><p>ser encontrados naturalmente, mas em concentrações muito baixas, de modo</p><p>que não afetam o meio ambiente. Na atmosfera, as emissões são quimicamente</p><p>convertidas em ácido sulfúrico (H2SO4) e ácido nítrico (HNO3), que se acumulam</p><p>18</p><p>na forma de gotículas d’água nas nuvens, precipitando na Terra em forma de</p><p>chuva, nevoeiro, granizo e partículas finas (Figura 6).</p><p>Figura 6 – Rota dos principais gases responsáveis pelas chuvas ácidas</p><p>Créditos: BlueRingMedia / Adobestock.</p><p>A chuva ácida tem maior impacto sobre lagos ou córregos, pois acidificam</p><p>as águas, e também sobre solos já ácidos, que carecem de tamponadores de</p><p>pH, como carbonatos, cálcio, sais e outras bases, causando danos a plantações</p><p>e a florestas. Além disso, esses processos corroem edifícios, podendo ser</p><p>perigosos para a saúde dos seres humanos.</p><p>As chuvas podem modificar o pH de rios e lagos. Segundo Davis e Masten</p><p>(2016), valores reduzidos de pH podem afetar a vida dos peixes, interferindo</p><p>diretamente nos ciclos reprodutivos desses animais, ou ainda promovendo a</p><p>liberação de alumínio insolúvel, um componente tóxico. A vegetação também é</p><p>afetada, pois a chuva ácida lixivia o cálcio e o magnésio do solo. Essa condição</p><p>reduz a fração molar do cálcio para o alumínio, favorecendo a sua absorção</p><p>pelas raízes capilares, que deterioram essas importantes estruturas vegetais.</p><p>Os óxidos de nitrogênio também ameaçam a qualidade da vida humana,</p><p>pois altas concentrações irritam as membranas respiratórias de animais</p><p>superiores e seres humanos. Esses gases, misturados aos diversos particulados</p><p>19</p><p>liberados pelas indústrias e por carros, podem causar smog fotoquímico ou smog</p><p>industrial.</p><p>O smog fotoquímicos é a combinação de NO2 na presença de radiação</p><p>ultravioleta na luz do Sol. O NO2 reage com hidrocarbonetos não queimados</p><p>(emitidos em grande quantidade pelos automóveis), que fazem os olhos</p><p>lacrimejaram, podendo ainda provocar lesões pulmonares (Odum; Barret, 2019).</p><p>O smog industrial é uma mistura de cinzas volantes, fuligem, SO2 e</p><p>carbono orgânico volátil. Era formado durante o inverno, normalmente em</p><p>cidades de clima frio e úmido, reduzindo muito a visibilidade, que muitas vezes</p><p>fica limitada a uns poucos metros, além da presença de nuvens de fumaça preta</p><p>(Girard, 2013).</p><p>Os altos níveis de SO2 podem causar, por si só, dificuldades respiratória</p><p>e sérios problemas pulmonares e cardiovasculares. Já os óxidos de enxofre</p><p>(SOx) reagem com outros compostos presentes na atmosfera, formando</p><p>partículas minúsculas que adentram os pulmões, podendo causar ou até mesmo</p><p>agravar doenças respiratórias, como enfisema e bronquite. Podem ainda agravar</p><p>doenças do coração preexistentes, levando à internação e morte prematura.</p><p>TEMA 5 – CICLO DO FÓSFORO</p><p>O fósforo é um elemento fundamental para todos os organismos.</p><p>Portanto, a sua disponibilidade no ambiente</p><p>é um fator determinante da estrutura</p><p>e da função do ecossistema. Além disso, é um componente bioquímico</p><p>fundamental para a estrutura do material genético (DNA e RNA) e as moléculas</p><p>de transferência de energia.</p><p>Os organismos fotossintéticos da base da cadeia alimentar, em</p><p>ecossistemas terrestres e aquáticos, demandam fósforo dissolvido, juntamente</p><p>com carbono e outros nutrientes essenciais, para a construção de seus tecidos,</p><p>usando a energia do sol. A produtividade biológica depende da disponibilidade</p><p>de fósforo para esses organismos.</p><p>O ciclo do fósforo é chamado de sedimentar. À medida que as rochas</p><p>sofrem intemperismo, os fosfatos (𝑃𝑃𝑁𝑁43−) vão sendo lentamente dissolvidos e</p><p>liberados para o solo, para as plantas e os animais (Girard, 2013). A Figura 7</p><p>ilustra os principais reservatórios e fluxos de fósforo.</p><p>20</p><p>Figura 7 – Ciclo do Fósforo e os fluxos percorridos</p><p>Créditos: Designua / Adobestock.</p><p>O ciclo apresenta vários processos para a captação do fósforo. As rochas</p><p>são o principal reservatório. Por intemperismo, o fosfato é liberado e as plantas</p><p>o absorvem do solo, diretamente pelas suas raízes, transportando-o para as</p><p>suas folhas, onde ele é incorporado em moléculas biológicas grandes. Depois,</p><p>os animais se alimentam dessas plantas e também obtêm fósforo.</p><p>Através do processo de erosão do solo, o fosfato é lixiviado para corpos</p><p>d’água, chegando nos oceanos. Na água, a solubilidade de fósforo é largamente</p><p>controlada pelo pH, podendo assumir três formas: 𝑁𝑁2𝑃𝑃𝑁𝑁4−, 𝑁𝑁𝑃𝑃𝑁𝑁4−2, e 𝑃𝑃𝑁𝑁4−3.</p><p>O fósforo se renova no meio por processos lentos, como ciclagem das</p><p>rochas ou decomposição. Outra contribuição significativa vem das aves, que se</p><p>alimentam de peixes marinhos e os excretam em terra firme. O nome dessa</p><p>excreta é guano. Ela fica depositada em lugares que não sofrem lixiviação,</p><p>tornando-se um depósito de fosfato.</p><p>21</p><p>5.1 Ações antropogênicas no ciclo do fósforo</p><p>As atividades humanas alteram consideravelmente o ciclo do fósforo,</p><p>principalmente por conta da produção e da utilização de fertilizantes, processos</p><p>que dobram a quantidade de fósforo que flui pelo meio ambiente. Esse fósforo</p><p>adicional traz impactos significativos para o funcionamento dos ecossistemas,</p><p>principalmente a eutrofização de lagos de água doce, contribuindo</p><p>potencialmente para a formação de zonas anóxicas no oceano.</p><p>Além da agricultura, as práticas humanas modernas, como a urbanização</p><p>e a industrialização, também modificam o ciclo do fósforo. As fontes de poluição</p><p>pontuais são meios de contaminação, como estações de tratamento de águas</p><p>residuais e estabelecimentos industriais. Os detergentes são a principal fonte de</p><p>P nas águas residuais municipais, embora em muitos países o teor de fósforo</p><p>dos detergentes tenha sido reduzido, com a substituição por outras substâncias.</p><p>As indústrias produtoras de fertilizantes podem emitir quantidades de</p><p>fósforo iguais às emissões totais de países pequenos, embora tais emissões</p><p>tenham diminuído significativamente, por conta do avanço da tecnologia e do</p><p>tratamento de águas residuais.</p><p>Não existe alarme para a preocupação com o suprimento de fósforo para</p><p>o homem, pois estimativas indicam que as reservas de fósforo em minérios com</p><p>alto grau de fosfato são suficientes para várias centenas de anos. Ainda não</p><p>temos um problema imediato, mas seria prudente conservar as reservas de</p><p>fósforo que ainda existem, buscando reduzir ao máximo possível as suas perdas.</p><p>FINALIZANDO</p><p>Os ciclos biogeoquímicos se constituem de caminhos percorridos pelos</p><p>elementos químicos, principalmente aqueles que são essenciais para a vida.</p><p>Assim, é preciso reconhecer a importância desses elementos, em vista do</p><p>volume que eles representam na terra e da energia que movimentam dentro dos</p><p>ciclos, buscando manter condições ideias para a biosfera. Sabemos que as</p><p>ações antrópicas interferem em todos os ciclos, podendo transformar o fluxo e o</p><p>balanço desses elementos, causando desequilíbrios.</p><p>Apesar de ser difícil que a humanidade mantenha o seu atual estilo de</p><p>vida sem provocar desequilíbrios ao meio ambiente, é possível que essas ações</p><p>sejam minimizadas e racionalizadas, evitando tantos danos e impactos negativos</p><p>no meio em que vivemos.</p><p>22</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>ATMOSPHERIC Carbon Dioxide (1960-2021). Climate.gov, 2022. Disponível</p><p>em: <https://www.climate.gov/media/13611>. Acesso em: 31 out. 2022.</p><p>BARSANO, P. R.; BARBOSA, R. P.; VIANA, V. J. Poluição Ambiental e Saúde</p><p>Pública. São Paulo: Saraiva, 2014. Disponível em:</p><p><https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536521695/>. Acesso</p><p>em: 31 out. 2022.</p><p>CALIJURI, M. do C.; CUNHA, D. G. F. Engenharia Ambiental: Conceitos,</p><p>Tecnologias e Gestão. Porto Alegre: Grupo GEN, 2019. Disponível em:</p><p><https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595157446/>. Acesso</p><p>em: 31 out. 2022.</p><p>DAVIS, M. L.; MASTEN, S. J. Princípios de engenharia ambiental. São Paulo:</p><p>McGraw Hill, 2016. Disponível em:</p><p><https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580555912/>. Acesso</p><p>em: 31 out. 2022.</p><p>GALLOWAY, J. N. et al. Transformation of the nitrogen cycle: recent trends,</p><p>questions, and potential solutions. Science, v. 320, n. 5878, p. 889-892, 2008.</p><p>GIRARD, J. E. Princípios de Química Ambiental. Porto Alegre: Grupo GEN,</p><p>2013. Disponível em:</p><p><https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521635291/>. Acesso</p><p>em: 31 out. 2022.</p><p>MARENGO, J. A. Água e mudanças climáticas. Estudos Avançados v. 22, n.</p><p>63, p. 83-96, 2008.</p><p>MARTINELLI, L. A.; AUGUSTO, F. G. A coevolução da vida e os ciclos</p><p>biogeoquímicos em nosso planeta. Biota Neotropica, v. 22, 2022. Disponível</p><p>em: <https://doi.org/10.1590/1676-0611-BN-2022-1402>. Acesso em: 31 out.</p><p>2022.</p><p>MIHELCIC, J. R.; ZIMMERMAN, J. B. Engenharia Ambiental: Fundamentos,</p><p>Sustentabilidade e Projeto. 2. ed. Porto Alegre: Grupo GEN, 2017. Disponível</p><p>em: <https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634881/>.</p><p>Acesso em: 31 out. 2022.</p><p>23</p><p>ODUM, E. P.; BARRET, G. W. Fundamentos de Ecologia: estudos de casos</p><p>nacionais na internet. São Paulo: Cengage Learning, 2019. Disponível em:</p><p><https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522126125/>. Acesso</p><p>em: 31 out. 2022.</p><p>PIMENTEL, L. Hidrologia: Engenharia e Meio Ambiente. Porto Alegre: Grupo</p><p>GEN, 2015. Disponível em:</p><p><https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595155510/>. Acesso</p><p>em: 31 out. 2022.</p><p>STEIN, R. T. Ecologia geral. Porto Alegre: Sagah, 2018. Disponível em:</p><p><https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595026674/>. Acesso</p><p>em: 31 out. 2022.</p><p>TUNDISI, J. G. Ciclo hidrológico e gerenciamento integrado. Cienc. Cult., v. 55,</p><p>n. 4, p. 31-33, 2003.</p><p>Conversa inicial</p><p>FINALIZANDO</p><p>REFERÊNCIAS</p>