Aula_Ciclos

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<p>Aula 01</p><p>Ciclos Biogeoquímicos</p><p>Prof. Rafael Arromba de Sousa</p><p>Departamento de Química – UFJF</p><p>www.ufjf.br/baccan</p><p>rafael.arromba@ufjf.edu.br</p><p>QUI 163 - QUÍMICA AMBIENTAL</p><p>1Juiz de Fora, agosto de 2018</p><p>Prof. Demetrius</p><p>Coordenação</p><p>DELL</p><p>Retângulo</p><p>DELL</p><p>Máquina de escrever</p><p>Prof. Demetrius P. Morilla</p><p>Coordenação de Química</p><p>DELL</p><p>Retângulo</p><p>DELL</p><p>Máquina de escrever</p><p>Aula 02</p><p>o A Biogeoquímica é a ciência que estuda a troca ou a circulação de</p><p>matéria entre os componentes vivos e físico-químicos da Biosfera</p><p>(Odum, 1971).</p><p>Bio</p><p>• Porque os</p><p>organismos</p><p>vivos</p><p>interagem no</p><p>processo de</p><p>síntese</p><p>orgânica e</p><p>decomposição</p><p>dos</p><p>elementos.</p><p>Geo</p><p>• Porque o</p><p>meio</p><p>terrestre é a</p><p>fonte dos</p><p>elementos.</p><p>Químico</p><p>• Porque são</p><p>ciclos de</p><p>elementos</p><p>químicos.</p><p>Ciclos Biogeoquímicos</p><p> Trata-se de movimentos cíclicos de</p><p>elementos químicos entre o meio biológico</p><p>e o ambiente geológico.</p><p> Características:</p><p> Existência de um depósito geológico;</p><p> Presença de seres vivos;</p><p> Câmbios químicos;</p><p> Movimento do elemento químico.</p><p>Ciclos Biogeoquímicos</p><p>o Os elementos necessários à vida - água, carbono, oxigênio,</p><p>nitrogênio, etc. - passam por ciclos biogeoquímicos que mantêm</p><p>sua pureza e a capacidade de serem aproveitados pelos seres</p><p>vivos.</p><p>Ciclos Biogeoquímicos</p><p>Elemento Homem</p><p>O 65,0</p><p>C 18,0</p><p>H 10,0</p><p>N 3,3</p><p>Ca 1,5</p><p>P 1,0</p><p>S 0,25</p><p>Fe 0,005</p><p>% elementos mais presentes nos seres</p><p>vivos</p><p>Elementos essenciais à vida</p><p> Nutrientes – elementos químicos e sais dissolvidos necessários ao</p><p>crescimento e a reprodução dos seres vivos.</p><p> Macronutrientes –quantidades superiores à 0,2 por cento do</p><p>peso orgânico seco do ser vivo (C, H, O, N, Ca, P, S, K, Cl, Na,</p><p>Mg e Fe);</p><p> Micronutrientes – quantidades inferiores à 0,2 por cento do</p><p>peso orgânico seco do ser vivo (Al, Bo, Cr, Zn, Mo, V e Co).</p><p>Classificação dos ciclos</p><p>biogeoquímicos</p><p>o Ciclos Gasosos - o depósito está na atmosfera ou hidrosfera,</p><p>composto dos seguintes nutrientes:</p><p>Oxigênio Reservatório é a atmosfera</p><p>Carbono</p><p>Grande reservatório está na hidrosfera, na forma de gás carbônico.</p><p>Embora também esteja presente na atmosfera</p><p>Nitrogênio Reservatório é a atmosfera</p><p>Fósforo</p><p>Os reservatórios são as rochas formadas em remotas eras</p><p>geológicas</p><p>Enxofre O maior reservatório são as rochas e sedimentos</p><p>o Ciclos Sedimentares - o depósito está na crosta terrestre,</p><p>composto dos seguintes nutrientes:</p><p>o Ciclo da água - Os depósitos são o mar, rios, lagos e os lençóis</p><p>subterrâneos.</p><p>Ciclo do Carbono</p><p>o O carbono é um elemento químico de grande importância para</p><p>os seres vivos, pois participa da composição química de todos os</p><p>componentes orgânicos e de uma grande parcela dos inorgânicos</p><p>também.</p><p>o O gás carbônico se encontra na atmosfera numa concentração</p><p>bem baixa, aproximadamente 0,03% e, em proporções</p><p>semelhantes, dissolvido na parte superficial dos mares, oceanos,</p><p>rios e lagos.</p><p>Ciclo do carbono</p><p>CICLO DO CARBONO</p><p>o Parte dos restos de animais e vegetais pode não sofrer decomposição e</p><p>transformar-se em combustíveis fósseis (carvão e petróleo). Boa parte</p><p>do carbono que estava preso durante milhões de anos nessas</p><p>substâncias, está sendo devolvido à atmosfera, através da queima de</p><p>combustíveis.</p><p>o Em conseqüência destas queimas, a concentração de CO2 na atmosfera</p><p>aumentou nos últimos anos.</p><p>Ciclo do Carbono</p><p>O efeito estufa é hoje uma das principais preocupações de governos e de</p><p>instituições internacionais ligadas ao problema ambiental.</p><p>Ciclo do Carbono</p><p>EFEITO ESTUFA -</p><p>CONSEQÜÊNCIAS</p><p>o Alterações nos Ecossistemas – extinção de espécies</p><p>o Derretimento das Geleiras</p><p>o Perdas na Produção Agrícola</p><p>o Alterações nas Correntes Marinhas</p><p>Fonte: Ferreira. em http://ecen.com/eee26/emis_omar.htm.</p><p>Resultados de medições de</p><p>concentração a partir de 1820,</p><p>obtidos pela análise de ar contido</p><p>em camada de gelo polar, e</p><p>informações sobre o estoque</p><p>florestal, obtidos do exame de</p><p>anéis de crescimento de árvores,</p><p>permitiram estabelecer uma base</p><p>de informações da qual se pode</p><p>deduzir a contribuição dos</p><p>combustíveis fósseis para o</p><p>carbono atmosférico.</p><p>Ciclo do Carbono</p><p>O carbono emitido pelas fontes</p><p>bióticas e pelo uso da energia é</p><p>parcialmente absorvido nos</p><p>sumidouros naturais (biomassa e</p><p>oceanos), ficando o restante na</p><p>atmosfera. Esta última parte é a</p><p>causa das preocupações a curto</p><p>prazo. Naturalmente é impossível</p><p>“carimbar” o carbono conforme sua</p><p>origem, de forma que um confronto</p><p>entre a emissão e a retenção na</p><p>atmosfera referir-se-á ao carbono</p><p>total em circulação.</p><p>Fonte: Ferreira. em http://ecen.com/eee26/emis_omar.htm.</p><p>Ciclo do Carbono</p><p>Ciclo do Oxigênio</p><p>o O oxigênio se distribui em três reservatórios: a atmosfera (os gases</p><p>que rodeiam a superfície da terra), a biosfera (os organismos vivos e o</p><p>seu ambiente próximo) e a litosfera (a parte sólida exterior da terra).</p><p>o O oxigênio é o elemento mais abundante na crosta terrestre e nos</p><p>oceanos, e o segundo na atmosfera.</p><p>o Na atmosfera encontra-se como oxigênio diatômico/oxigênio</p><p>molecular (O2), dióxido de carbono (CO2), ozônio (O3), dióxido de</p><p>nitrogênio (NO2), monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de enxofre</p><p>(SO2), etc.</p><p>Ciclo do Oxigênio</p><p>o O oxigênio molecular (O2)</p><p>representa 20% da atmosfera</p><p>terrestre. Este oxigênio satisfaz as</p><p>necessidades de todos os</p><p>organismos terrestres que o</p><p>respiram no seu metabolismo</p><p>o O principal fator na produção</p><p>de oxigênio é a fotossíntese, que</p><p>é responsável pela atual</p><p>atmosfera terrestre e pela</p><p>existência da vida</p><p>Ciclo do Oxigênio</p><p>Ciclo do Oxigênio</p><p>o O fator mais recente que afeta o ciclo do oxigênio na biosfera e o</p><p>balanço de oxigênio na terra, é o próprio homem.</p><p>o Além de inalar oxigênio e de exalar dióxido de carbono, o homem</p><p>contribui para diminuir o nível de oxigênio e aumentar o de dióxido de</p><p>carbono</p><p>o pela queima de combustíveis;</p><p>o pelo desmatamento e</p><p>o pela pavimentação de terras anteriormente verdes.</p><p>Alterações no ciclo do Oxigênio</p><p>Ciclo do Nitrogênio</p><p>O ciclo do nitrogênio, assim como o do carbono, é um</p><p>ciclo gasoso. Apesar dessa similaridade, existem algumas</p><p>diferenças notáveis entre os dois ciclos:</p><p>o a atmosfera é rica em nitrogênio (78%) e pobre em Carbono</p><p>(0,032%);</p><p>o apesar da abundância de nitrogênio na atmosfera, somente um</p><p>grupo seleto de organismos consegue utilizar o nitrogênio</p><p>gasoso;</p><p>o o envolvimento biológico no ciclo do nitrogênio é muito mais</p><p>extenso do que no ciclo do carbono.</p><p>Ciclo do Nitrogênio</p><p>Ciclo do Nitrogênio</p><p>FIXAÇÃO</p><p>•O nitrogênio utilizável pelos seres vivos é o combinado com o hidrogênio</p><p>na forma de amônia (NH3). A transformação do N2 em NH3 é chamada</p><p>fixação.</p><p>Ciclo do Nitrogênio</p><p>o Fenômenos físicos, como os</p><p>relâmpagos e faíscas elétricas, são</p><p>processos fixadores de nitrogênio. A</p><p>produção de amônia por esses</p><p>fenômenos atmosféricos é</p><p>pequeníssima, sendo praticamente</p><p>negligenciável em face às</p><p>necessidades dos seres vivos. A</p><p>fixação do nitrogênio por esses</p><p>meios é denominada fixação física.</p><p>Ciclo do Nitrogênio</p><p>o Outra forma de fixação de nitrogênio é a</p><p>fixação industrial, realizada por indústrias de</p><p>fertilizantes, onde se consegue uma elevada</p><p>taxa de fixação de nitrogênio.</p><p>o A fixação do nitrogênio realizada pelas</p><p>bactérias, algas azuis e fungos que vivem</p><p>livres no solo ou associados às raízes de</p><p>plantas é denominada de fixação biológica</p><p>ou biofixação.</p><p>AMONIZAÇÃOAMONIZAÇÃO</p><p>o Quando os decompositores</p><p>começam a atuar sobre a matéria</p><p>orgânica nitrogenada (proteínas do</p><p>húmus, por exemplo), liberam</p><p>diversos resíduos para o ambiente,</p><p>entre eles a amônia (NH3).</p><p>Combinando-se com a água do solo,</p><p>a amônia forma hidróxido de amônio</p><p>que ionizando-se produz o íon</p><p>amônio (NH4</p><p>+) e hidroxila. Esse</p><p>processo é denominado de</p><p>amonização.</p><p>Ciclo do Nitrogênio</p><p>Ciclo do Nitrogênio</p><p> NITRIFICAÇÃO</p><p>o A oxidação dos íons amônio produz nitritos como</p><p>resíduos nitrogenados, que por sua vez são liberados</p><p>para o ambiente ou oxidados a nitrato. A conversão</p><p>dos íons amônio em nitrito e nitrato é conhecida</p><p>por nitrificação, que ocorre pela ação de bactérias</p><p>nitrificantes (Nitrosomas,</p><p>Nitrosococus, Nitrobacter).</p><p>O processo de nitrificação pode ser dividido em duas</p><p>etapas:</p><p>• Nitrosação: A amônia é transformada em nitrito</p><p>• Nitratação: Ocorre a transformação do íon nitrito em íon</p><p>nitrato</p><p>DESNITRIFICAÇÃO</p><p>o A amônia produzida pelos fixadores ou pela</p><p>amonização pode ser aproveitada pelas bactérias</p><p>nitrificantes ou ser transformada em N2 livre,</p><p>desprendendo-se para a atmosfera. Essa devolução de</p><p>nitrogênio para a atmosfera é conhecida por</p><p>desnitrificação e é comumente realizada pelas bactérias</p><p>desnitrificantes (Pseudomonas denitificans).</p><p>Aparentemente indesejável, a desnitrificação é</p><p>necessária porque, se não ocorresse, a concentração de</p><p>nitratos no solo aumentaria de maneira desastrosa.</p><p>Ciclo do Nitrogênio</p><p>Ciclo do Fósforo e do Enxofre</p><p>o O ciclo do fósforo é mais simples do que os ciclos do</p><p>carbono e do nitrogênio, pois não existem muitos</p><p>compostos gasosos de fósforo, apenas um composto de</p><p>fósforo realmente importante para os seres vivos que é o</p><p>íon fosfato.</p><p>o O fósforo é um elemento químico que participa</p><p>estruturalmente de moléculas fundamentais do</p><p>metabolismo celular, como fosfolipídios, coenzimas e</p><p>ácidos nucléicos. Além disso, é um nutriente limitante do</p><p>crescimento de plantas, especialmente as de ambientes</p><p>Ciclo do Fósforo</p><p>Fosfato</p><p>na Rocha</p><p>Decompositor</p><p>Rochas</p><p>Fosfato</p><p>no Solo</p><p>Vegetais Animais</p><p>Fosfato</p><p>nos Mares</p><p>Cadeia Alimentar</p><p>Algas → Peixes →</p><p>Aves</p><p>Excrementos</p><p>de Aves</p><p>Marinhas</p><p>Ciclo do Fósforo</p><p>o Os grandes reservatórios de fósforo são as rochas. Esses reservatórios,</p><p>devido ao intemperismo, pouco a pouco fornecem o fósforo para os</p><p>ecossistemas, onde é absorvido pelos vegetais e posteriormente</p><p>transferido aos animais superiores e, por conseqüência, ao Homem, via</p><p>cadeia alimentar.</p><p>o O retorno do fósforo ao meio ocorre pela ação de bactérias fosfolizantes,</p><p>atuando nas carcaças de animais mortos. O fósforo retorna ao meio na</p><p>forma de composto solúvel, sendo portanto facilmente carregado pela</p><p>chuva para os lagos e rios e destes para os mares, de forma que o fundo</p><p>do mar passa a ser um grande depósito de fósforo solúvel.</p><p>Ciclo do Fósforo</p><p>Ciclo do Fósforo</p><p> As aves marinhas</p><p>desempenham um papel</p><p>importante na restituição</p><p>do fósforo marinho para o</p><p>ambiente terrestre, pois ao</p><p>se alimentarem de peixes</p><p>marinhos e excretarem em</p><p>terra firme, trazem o</p><p>fósforo de volta ao</p><p>ambiente terrestre.</p><p>•As proteínas dependem basicamente do enxofre. O enxofre é encontrado</p><p>no solo em combinações de sais de sulfato, sulfetos e minério. Nas</p><p>proximidades de vulcões, o enxofre é encontrado na sua forma original,</p><p>razão pela qual há muitas unidades de exploração nestas regiões.</p><p>Ciclo do Enxofre</p><p> O ciclo do enxofre compreende 6 etapas básicas:</p><p> a) As plantas absorvem compostos contendo enxofre além dos</p><p>sulfatos;</p><p>b) Na produção de aminoácidos das plantas o hidrogênio substitui o</p><p>oxigênio na composição dos sulfatos;</p><p>c) Os seres vivos se alimentam das plantas;</p><p>d) microorganismos decompõe os aminoácidos que contêm enxofre</p><p>nos restos de animais e plantas, criando sulfito de hidrogênio;</p><p>e) o enxofre é extraído do sulfito por bactérias e microorganismos;</p><p>f) sulfatos são produzidos pela ação de microorganismos na</p><p>combinação do enxofre com o oxigênio.</p><p>Ciclo do Enxofre</p><p>o O ciclo do enxofre é complicado pelo grande número de estados de</p><p>oxidação que este elemento pode assumir, incluindo o sulfeto de</p><p>hidrogênio (H2S), dióxido de enxofre (SO2), sulfato (SO4</p><p>2–) e ácido</p><p>sulfúrico (H2SO4), entre outros;</p><p>o Os processos inorgânicos são responsáveis por muitas destas</p><p>transformações;</p><p>o Bactérias, que seqüestram o enxofre e/ou o liberam para o meio</p><p>ambiente;</p><p>o Apresenta um ciclo com dois reservatórios: um maior, nos sedimentos</p><p>da crosta terrestre outro, menor, na atmosfera.</p><p>Ciclo do Enxofre</p><p>Ciclo da Água</p><p>o Pode definir-se ciclo hidrológico como a seqüência fechada de</p><p>fenômenos pelos quais a água passa.</p><p>Ciclo da Água</p><p>EvaporaçãoEvaporação</p><p>PrecipitaçãoPrecipitação</p><p>EscoamentoEscoamento</p><p>InfiltraçãoInfiltração</p><p>Quantidade de Água</p><p>Recursos Hídricos</p><p>Distribuição da Água no Brasil</p><p>Ciclo Hidrológico</p><p>Etapas do Ciclo Hidrológico</p><p>O desmatamento e a</p><p>retirada da cobertura</p><p>vegetal deixa o solo</p><p>desprotegido, facilitando a</p><p>erosão e o assoreamento</p><p>dos rios, lagos e lagoas.</p><p>Alterações no Ciclo da água</p><p>o A erosão do solo deixa-o impróprio para a agricultura e</p><p>atividades pastoris e o assoreamento dos rios pode provocar</p><p>enchentes catastróficas.</p><p>Alterações no Ciclo hidrológico</p><p>o O ciclo da água é um dos reguladores de todos os outros</p><p>ciclos, de tal sorte que caso ele seja quebrado ou mesmo</p><p>tenha seu equilíbrio alterado de alguma forma, todos os</p><p>outros ciclos sofrerão abalos em sua forma de atuação.</p><p>Uma alteração no ciclo da água leva, por exemplo, a uma</p><p>alteração no ciclo do fósforo. É pela ação da água que</p><p>parte do fósforo é retirado das rochas e absorvido pelas</p><p>plantas e em seguida incorporado aos organismos</p><p>superiores via alimentação.</p><p>Vamos Exercitar!!!</p><p> Comente como as atividades antrópica</p><p>alteram os ciclos biogeoquímicos.</p><p>Respostas</p><p>Até a próxima aula!!!</p>