Ciclos Biogeoquímicos

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CIÊNCIAS AGRONÔMICAS E AMBIENTAIS
CESNORS – CENTRO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR NORTE
ENGENHARIA AMBIENTAL
INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
TRABALHO DE PESQUISA
Tatiane Cristina Kuyven 
Frederico Westphalen
Setembro de 2013
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO										3
DELIMITAÇÃO DO PROJETO							4
Tema											4
Objetivos										4
Justificativa										4
DESCRIÇÃO DA METODOLOGIA							5
Delineamento de Pesquisa								5
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS							6
Ciclo do Carbono									6
Ciclo do Nitrogênio									7
Ciclo do Fósforo									9
Ciclo do Enxofre									10
Ciclo da Água										10
REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO							13
INTRODUÇÃO
Os cursos de graduação atuais de Engenharia Ambiental envolvem, logo no primeiro semestre, uma introdução ao mundo da Engenharia, com enfoque na área a ser concluída pelo curso. Através disso, descobre-se um pouco mais sobre o que está incluso no plano de ensino e quais os assuntos de conhecimento fundamental que são necessários na área escolhida. O Programa de Disciplina disponibilizado pela UFSM diz que, o objetivo ao término do semestre é que o aluno seja capaz de:
Conhecer as áreas de formação e de atuação do Engenheiro Ambiental. Conhecer o perfil do profissional de Engenharia Ambiental, quais as atribuições a ele delegadas e as possibilidades de atuação em diversas áreas. Identificar, ler, analisar, pesquisar, compreender, questionar e se posicionar sobre os diferentes aspectos que envolvem as questões ambientais. Ter uma atitude responsável e ética na atuação profissional em relação ao meio ambiente através do desenvolvimento da consciência ecológica.
Diante disso, torna-se necessário estudar diversos assuntos relacionados à matéria. Por conta dessa necessidade foram estabelecidos padrões de avaliação, que incluem provas e trabalhos. Este projeto é o primeiro trabalho da disciplina, que trata de um assunto de conhecimento vital para o futuro engenheiro ambiental. A temática envolvida são os ciclos biogeoquímicos. 
Os ciclos biogeoquímicos são, resumidamente, a movimentação natural de compostos e elementos químicos no ecossistema entre os seres vivos e o meio ambiente, que se dá através da passagem de determinados elementos químicos por variados níveis tróficos que compõe as cadeias alimentares. A nomenclatura biogeoquímico engloba todos os aspectos envolvidos nestes ciclos, que abrange ora componentes bióticos, ora abióticos. Água, oxigênio, carbono, nitrogênio, enxofre e tantos outros elementos percorrem estes ciclos, unindo os componentes vivos e não vivos do planeta. 
Neste trabalho serão abordados os ciclos do Carbono, do Nitrogênio, do Fósforo, do Enxofre e, especialmente, o ciclo Hidrológico.
DELIMITAÇÃO DO PROJETO
Tema
O tema do presente Projeto são os Ciclos Biogeoquímicos, com enfoque no Ciclo Hidrológico. 
Objetivos
Os objetivos da pesquisa são conhecer os fundamentos básicos dos ciclos biogeoquímicos, bem como aprofundar o estudo em determinados ciclos: do carbono, do nitrogênio, do fósforo e do enxofre. Além disso, estudar e conhecer o ciclo hidrológico. 
Justificativa
Como proposta de projeto da disciplina de Introdução à Engenharia Ambiental, foi discutida a ideia de realizar uma pesquisa individual sobre o tema dos Ciclos Biogeoquímicos, parte integrante do Plano Curricular do curso, visando um melhor entendimento do assunto e possíveis discussões posteriores em aula. 
DESCRIÇÃO DA METODOLOGIA 
Delineamento de Pesquisa
O presente trabalho pode ser classificado como uma Pesquisa Exploratória, a qual Gil (2010) se refere: 
...estas pesquisas têm como objetivo proporcionar maior familiaridade com o problema, com vistas a tomá-lo mais explícito ou a constituir hipóteses. Pode-se dizer que estas pesquisas têm como objetivo principal o aprimoramento de ideias ou a descoberta de intuições. Seu planejamento é portanto, bastante flexível, de modo que possibilite a consideração dos mais variados aspectos relativos ao fato estudado. Na maioria dos casos, essas pesquisas envolvem levantamento bibliográfico.
Trata-se também de uma pesquisa qualitativa, à qual Coutinho (2005) diz: “o objeto de estudo não são os comportamentos, mas as intenções e situações; trata-se de investigar ideias, descobrir significados nas ações e nas interações a partir da perspectiva dos atores intervenientes no processo”.
As razões para a adoção destes métodos de pesquisa são a necessidade de conhecer e estudar o assunto em foco, através de pesquisas bibliográficas referentes ao tema, sejam elas feitas em livros didáticos, artigos científicos ou reportagens de sítios eletrônicos. 
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Ciclo do Carbono
	O carbono (C) é o quarto elemento mais abundante da Terra. Muitas vezes visto como vilão e associado à poluição do planeta, o carbono é um elemento essencial à vida, e todos os organismos são compostos por ele. Na natureza, a maior fonte de carbono existente é o dióxido de carbono, CO2, presente na atmosfera. 
	O CO2 está intimamente ligado à fotossíntese feita pelas plantas, que absorvem o gás da atmosfera e incorporam este carbono dentro delas, principalmente na forma de carboidratos, como a glicose. Esse processo acontece com as plantas terrestres e aquáticas. Contudo, os animais não fazem fotossíntese, e, portanto, precisam de outro meio para absorver o carbono. Para tanto, basta que se alimentem de alguma planta qualquer, o que dá origem à cadeia alimentar. Para os animais carnívoros absorverem o carbono, é necessário que se alimentem de um animal herbívoro, que já adquiriu o carbono através da alimentação de plantas (vide Figura 1).
	O homem pode absorver o carbono de diversas maneiras, seja comendo verduras e plantas ou mesmo animais que tenham ingerido, em algum momento, o elemento. Para completar o círculo, é necessário que o carbono volte à atmosfera. As maneiras com que ele é devolvido são variadas: o desmatamento é uma forma de retornar o gás carbônico ao ar, através de queimadas, que liberam grandes quantidades de CO2. Outro jeito é através da respiração, que absorve oxigênio e libera gás carbônico. 
	Outra maneira de o gás retornar ao ar é através da queima de combustíveis fósseis. Isso acontece quando certos animais ou organismos morrem em locais com pouca quantidade de oxigênio; eles então se fossilizam, e permanecem embaixo da terra, sem liberar o CO2 presente em seu organismo. O maior exemplo está no petróleo. Através desta matéria fossilizada é possível gerar energia. Entretanto, ao queimar estes organismos fossilizados, o carbono retido é devolvido à atmosfera na forma de CO2, gás estufa que retém calor, ou seja, se uma quantidade excessiva do composto for lançada na atmosfera, haverá uma maior retenção de calor, grande causador do aquecimento global. 
	Vale ressaltar também um tema que tem sido recorrente na mídia nos últimos meses, o termo chamado “sequestro de carbono”. Consiste em plantar árvores com altos índices de fotossíntese, para que elas “sequestrem” o CO2 da atmosfera e devolvam mais oxigênio ao ar. Esse processo tem sido adotado por diversas empresas que se intitulam “ecológicas” e preocupadas com o meio ambiente, e tem como objetivo reduzir as consequências do aquecimento global. 
Figura 1: Ciclo do Carbono. Fonte: editora Saraiva
Ciclo do Nitrogênio
	Ao estudar o Ciclo do Nitrogênio é importante ter em mente os principais pontos atuantes deste gás. O nitrogênio (N) está presente nas proteínas, nos ácidos nucleicos, nas vitaminas, etc. Por isso o Ciclo do Nitrogênio torna-se tão importante, visto que compõem partes fundamentais do corpo humano. O maior reservatório do gás é a atmosfera. Como acontece com o Ciclo do Carbono, o nitrogênio também precisa ser fixado em plantas e no solo. Contudo, as plantas não são capazes de captar este gás com a mesma facilidade com queo fazem com o Carbono. O processo de reter o gás no solo e plantas é chamado de Fixação do Nitrogênio, que se dá de duas maneiras: ou através de fenômenos naturais, como relâmpagos, ou através de bactérias presentes no solo, principalmente as do gênero rhizobium, encontradas nas raízes de leguminosas. Estas bactérias realizam a fixação do nitrogênio no solo, na forma de amônia (NH3), um composto tóxico dificilmente assimilado pela planta. Portanto, ele deve ser convertido em Nitrato (NO-3), passando primeiro a Nitrito (NO-2). Este processo é chamado de Nitrificação, dividido em duas partes: NH3 <-nitrozação-> NO-2 <-nitratação-> NO-3. 
	Depois deste processo, as plantas passam a ter em sua composição o nitrogênio, através do nitrato, que é passado então aos animais e outros seres vivos, assim como no ciclo do carbono, através da cadeia alimentar. Para completar o ciclo e o nitrogênio voltar à atmosfera, são necessárias as bactérias pseudômonas, que convertem o nitrato em nitrogênio gás, possibilitando assim o fechamento do ciclo. Este processo é chamado de Desnitrificação.
Figura 2: Ciclo do Nitrogênio. Fonte: faqbio.blogspot.com
Ciclo do Fósforo
	O fósforo (P) é um não-metal extremamente reativo, e é um dos principais elementos que constituem os seres vivos, estando presente na composição dos ossos, dos dentes e de certas moléculas, como ATP, DNA RNA e enzimas.
	O ciclo biogeoquímico do fósforo, diferentemente dos ciclos do carbono e do nitrogênio, é sedimentar, e não atmosférico, encontrado principalmente nas rochas, onde permanecem por um longo período. Devido ao intemperismo – transformação a que são sujeitas as rochas, que se transformam em solo – o íon fosfato (PO43-) é liberado, voltando ao ecossistema. Por ser um composto solúvel, esse íon é facilmente carregado pelas chuvas até as águas dos mares e dos rios. 
	Através disso, o íon fosfato é absorvido através do solo ou de soluções aquosas, passando de fosfato inorgânico a fosfato orgânico. Através da cadeia alimentar, os animais e plantas absorvem o PO43-. As aves desempenham um papel importante na distribuição do fosfato e no fechamento do ciclo, pois, ao se alimentarem de peixes e consumirem a água com PO43-, o elemento é digerido em seu organismo e volta ao solo na forma inorgânica, reiniciando o ciclo. 
Figura 3: Ciclo do Fósforo. Fonte: editora Saraiva
	Ciclo do Enxofre
	O enxofre (S) também é um elemento vital para o ser humano, estando presente nas moléculas de proteína, por exemplo. O ciclo do enxofre é basicamente sedimentar, embora possua uma fase gasosa. É encontrado em rochas, no carvão e no gás natural. Cada ser humano possui cerca de 140g de enxofre em seu corpo, e animais e plantas também possuem o elemento em sua composição, que é reciclado pela natureza após a morte. Esse enxofre reciclado volta para o solo e é adquirido novamente através da cadeia alimentar. 
	O processo de queima de carvão e óleo combustível em indústrias e usinas interfere no ciclo, liberando dióxidos de enxofre, que tem potenciais danosos ao organismo, além de provocar, em certas situações, o que se denomina de “chuva ácida”. 
				Figura 4: Ciclo do enxofre. Fonte: faqbio.blogspot.com
	Ciclo da Água
	Um dos mais importantes ciclos biogeoquímicos é o Ciclo Hidrológico. A água é conhecida como solvente natural, ou seja, a maioria das reações químicas só acontece com a presença da água. A maior parte da água que vai para a atmosfera sai do oceano, através da evaporação. Ela então é condensada nas nuvens, e depois ocorre a precipitação, na qual a água volta para a terra em forma de chuva ou neve. 
	Embora a maior parte da evaporação aconteça por meio da água do mar, as nuvens que se formam através desse processo são muitas vezes levadas pelo vento até o continente, onde se precipitam. Essa precipitação é a responsável pela criação dos lagos, rios e lençóis freáticos. Outra maneira de a água ser mandada para a atmosfera é através da respiração e transpiração dos organismos vivos. Além dessas formas, pode ocorrer ainda a sublimação, que é a passagem direta da água na fase sólida (geleiras, por exemplo), para a de vapor. A seguir serão descritos os processos:
Evaporação: este é o primeiro passo do ciclo da água. Inicia com a radiação solar que incide sobre a Terra. O calor provoca a evaporação da água dos oceanos, dos rios e dos lagos. Também há evaporação de parte da água presente no solo. A evaporação é a passagem da fase líquida para a gasosa, que ocorre lentamente na superfície dos líquidos. Ela é mais forte nos períodos mais quentes do dia. Cerca de 84% da água evaporada tem origem nos oceanos; os 16% restantes vem dos continentes. Nos oceanos, a evaporação máxima ocorre nas zonas de alta pressão localizadas em torno de 30 graus de latitude norte ou sul. Em terra firme, a evaporação é maior na zona equatorial, onde a radiação solar é maior.
Transpiração e Sublimação: A transferência da água da superfície terrestre para a atmosfera também ocorre por meio da transpiração das plantas e dos animais. Outra maneira é através da passagem da água em seu estado sólido diretamente para o de vapor. Esse fenômeno chamado de Sublimação é exclusivo das geleiras existentes no alto das montanhas, como no Himalaia ou na Cordilheira dos Andes, e dos Polos Norte e Sul. 
Condensação: Depois que evapora, a água, em forma de vapor, é transportada pelas massas de ar para regiões mais altas da atmosfera. Lá em cima, ao ser submetido a baixas temperaturas, o vapor se condensa e se liquefaz. É assim que surgem as nuvens. 
Precipitação: Quando a nuvem fica carregada de pequenas gotas, estas se reúnem formando gotas maiores que se tornam pesadas e caem sobre a superfície terrestre. Dependendo das condições do clima, a água pode chegar ao solo em forma de chuva, granizo ou neve. As chuvas são mais fortes e frequentes na zona equatorial, especialmente sobre as florestas tropicais e o Oceano Pacífico. Por outro lado, 	são mais raras nos desertos e nas regiões polares. 
Escoamento: A água que precipita sobre o planeta tem diferentes destinos. Uma parte cai diretamente nos reservatórios de água, como rios, lagos e oceanos. Outra parte cai sobre o solo e nesse caso a água percorre dois cursos diferentes: uma quantidade escoa sobre a superfície, alimentando lagos, rios e riachos que, por sua vez, desaguam no mar. Outra parte infiltra-se no solo e nas rochas, através de seus poros e fissuras, alimentando as reservas subterrâneas de água, conhecidas como lençóis freáticos. Assim completa-se o ciclo hidrológico.
Figura 5: Ciclo da Água. Fonte: editora Saraiva
	
4 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
ANDERSON, Liana Oighenstein; LATORRE, Marcelo Lopes; SHIMABUKURO, Yosio Edemir; ARAI, Egídio; CARVALHO, Osmar Abílio de. Sensor Modis: uma abordagem geral. São José dos Campos, 2003. 
BRAGA, B.; Hespanhol, I.; CONEJO, J. G; Barros, M. T. L. de; VERAS, M. S. J.; PORTO, M. F. do A.; NUCCI, N. L. R; JULIANO, N. M. de A; EIGER, S. Introdução à Engenharia Ambiental. O desafio do Desenvolvimento Sustentável. 2da ed., São Paulo; Prentice Hall; 2002. 
COUTINHO, Clara. Estudo qualitativo: definição. São Paulo, 2005.
FORTI, Maria Cristina. Ciclos biogeoquímicos e transferências de espécies químicas nas interfaces de ecossistemas terrestres de mata atlântica: estudo de duas áreas contrastantes. São José dos Campos, 2003. 
GIL, Antônio Carlos. Como classificar as pesquisas? São Paulo, Atlas, 2010.
HOBUSS, Cristiane; VENZKE, Dalila; GOUVEIA, Daniela; GOBEL, Letícia; KROLOW, Matheus; DEVANTIER, Patrícia; ALVES, Rui; JACONDINO, Vanessa. Ciclo do Enxofre. Pelotas, 2007.
MOTA, S. Introdução à Engenharia Ambiental. 3ed. Rio de Janeiro; ABES; 2005. 
ZILBERMAN, I. Introdução à Engenharia Ambiental. ULBRA. 1997.