Ecologia-Interações bióticas e abióticas-Ciclos biogeoquímicos

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Ecologia 
Interações Bióticas e Abióticas 
Ciclos Biogeoquímicos 
Universidade Federal do Piauí 
Centro de Tecnologia 
Departamento de Recursos Hídricos , Geotecnia e Saneamento Ambiental 
Profa. Dra. Elaine Aparecida da Silva 
• Ernest Haeckel (1866) 
 “o conhecimento biológico nunca é completo quando o 
organismo é estudado isoladamente”. 
 
• Nova ciência: Ecologia 
 
 Oikos - lugar onde se vive - casa 
Logos - estudo 
 
Ecologia 
Profissional (pesquisador, cientista) que trabalha no 
campo da Ecologia 
Militante de organização em defesa do meio 
ambiente 
Ecológo 
Ecologista 
 
– Ecologia é a área do conhecimento que estuda a 
relação dos seres vivos entre si e deles com seu meio 
ambiente (HAECKEL, 1866). 
 
– Ecologia é o ramo da ciência que estuda a estrutura e 
função da natureza, considerando que a humanidade 
é parte dela (ODUM, 1972). 
 
– Estudo da economia da natureza. Ela estuda o modo 
como é organizado o aproveitamento e a distribuição 
da energia e matéria na biosfera (BRANCO, 1978). 
Definições de Ecologia 
• Conforme a Lei nº 6.938/1981 (Política Nacional do Meio 
Ambiente): 
 
– Conjunto de leis, influências e interações de ordem física 
(luz, temperatura, pressão...), química (salinidade, 
oxigênio dissolvido...) e biológica (relações com outros 
seres vivos) que permite, abriga e rege a vida em todas 
as suas formas. 
Definição de meio ambiente 
 
• Hábitat ‘endereço’ de um organismo é o local onde ele 
vive; ou ainda, é o ambiente que oferece um conjunto de 
condições favoráveis ao desenvolvimento de suas 
necessidades básicas - nutrição, proteção e reprodução. 
 
• Nicho ecológico ‘profissão’ - é o papel de uma espécie 
numa comunidade - como ela faz para satisfazer as suas 
necessidades. 
Conceitos básicos da Ecologia 
Nicho ecológico 
Conceitos básicos da Ecologia 
 
• Conjunto de condições dentro das quais uma espécie pode 
manter uma população viável no ecossistema; 
 
• Essas condições podem mudar de acordo com o ciclo de vida do 
animal (indivíduos jovens ou adultos, épocas de reprodução ou 
hibernação) e a geografia onde ele se encontra (áreas mais 
secas ou chuvosas, montanhosas ou planícies). 
• Como todo sistema complexo, qualquer mudança pode 
acarretar problemas. 
 
• As espécies exóticas podem trazer problemas para esse 
sistema, se as duas espécies (a nativa e a exótica) com o 
mesmo nicho coexistem no mesmo local, uma será extinta da 
área devido a competição. 
 
• Quanto maior a proporção de sobreposição dos ninhos, maior 
a competição entre as espécies e a mais generalista, na maioria 
das vezes, representada pela exótica ganha a competição. 
 
 
Conceitos básicos da Ecologia 
 
• Em um ecossistema equilibrado, cada espécie possui um 
nicho diferente do nicho de outras espécies. 
 
• Espécies que ocupam nichos semelhantes, em regiões 
distintas, são denominadas de equivalentes ecológicos. 
 
 
Conceitos básicos da Ecologia 
 
Homeostase 
 
• O termo foi criado em 1932 por Walter Bradford Cannon - 
do grego homeo similar ou igual, stasis estático; 
 
• Os ecossistemas são abertos e se mantém através do fluxo 
de energia solar; 
 
• Os ecossistemas resistem às mudanças, pois são auto-
reguladores; 
 
Conceitos básicos da Ecologia 
Homeostase 
 
• Entre a mudança e o acionamento dos mecanismos de auto-
regulação - tempo de resposta; 
 
• Modificações naturais (erupção vulcânica) e artificiais (poluição 
do rio); 
 
• Reversibilidade??? 
 
• Impacto ambiental – restauração X recuperação. 
Conceitos básicos da Ecologia 
 
• Na sua hipótese de Gaia, James Lovelock afirma que toda a 
massa de matéria viva da Terra, ou de qualquer 
outro planeta com vida, funciona como um vasto 
organismo que ativamente modifica o seu planeta para 
produzir o ambiente que melhor serve as suas 
necessidades. 
 
• Por exemplo, quando os níveis atmosféricos CO2 sobem, as 
plantas crescem mais e removem CO2 da atmosfera. 
Hipótese Gaia 
 
 
• Ecótono - região de transição entre dois biomas diferentes. 
 
 
• Apresenta uma biodiversidade maior; pois nele se 
encontram espécies de ambos os biomas. 
 
Conceitos básicos da Ecologia 
Níveis de organização da matéria na natureza 
Partes do ar, água e solo da Terra, onde há 
vida. 
Biosfera 
Uma comunidade de espécies diferentes que 
interagem entre si e com o ambiente não vivo 
de matéria e energia. 
Ecossistema 
População de diferentes espécies v que vivem 
em um local específico, potencialmente 
interagindo entre si. 
Comunidade 
População Grupo de organismos individuais da mesma 
espécie que vivem em uma área específica. 
Organismo Um ser vivo individual. 
A unidade fundamental estrutural e funcional 
da vida. 
Célula 
Combinação química de dois ou mais átomos 
de elementos iguais ou diferentes. 
Molécula 
A menor unidade de um elemento químico 
que exibe suas propriedades químicas. 
Átomo 
Fo
n
te
: M
ill
er
 e
 S
p
o
o
lm
an
 (
2
0
1
2
).
 
 
• Componentes bióticos são os seres vivos: animais 
(inclusive o homem), vegetais, fungos, protozoários e 
bactérias. Os seres vivos organizam-se em três grupos 
distintos: produtores, consumidores e decompositores. 
 
• Componentes abióticos são aqueles que não têm vida e 
interferem no desenvolvimento e sobrevivência dos seres 
vivos: água, gases atmosféricos, sais minerais, 
temperatura, umidade, solo e todos os tipos de radiação. 
Componentes bióticos e abióticos do ecossistema 
• No hábitat, a espécie atinge o ponto ótimo - desenvolve o seu potencial 
biótico - e a resistência ambiental para a espécie é mínima; 
Interações bióticas e abióticas 
Potencial 
biótico 
Resistência 
ambiental 
Abióticos X Bióticos 
 
Clima 
Nutrientes 
Competição 
Predatismo 
Parasitismo 
Favoráveis Desfavoráveis 
Interações bióticas e abióticas 
Fonte: iStock.com/mariaflaya 
Disponível em: http://www.fragmaq.com.br/blog/sao-fatores-bioticos-abioticos-diferenca/ 
A interação entre os fatores 
bióticos e abióticos forma os 
diferentes ecossistemas. 
• Os ecólogos estudam as interações dentro e entre cinco 
níveis: organismos, populações, comunidades, ecossistemas e 
biosfera; 
 
 
• Ecossistemas: conjunto resultante da interação entre a 
comunidade e o ambiente. 
biocenose (conjunto de seres vivos) 
+ 
biótopo (lugar que abriga uma biocenose) 
 
 
Conceitos básicos da Ecologia 
 
• Ecossistema Naturais 
 A formação/transformação do ambiente depende dos fatores 
bióticos e abióticos, das interações entre os organismos e fluxos de 
energia pelos ecossistemas; 
 Nenhuma interferência humana nessa formação/transformação; 
 
• Ecossistemas Artificiais 
 Teve interferência humana a fim de replicar um ecossistema que 
existiu em determinado local; 
 Exemplo: áreas reflorestadas. 
Ecossistemas 
 
• Ecossistema Naturais 
 
 Aquáticos – marinho e de água doce; 
 
 
 Terrestres – biomas, como: florestas, desertos, etc; 
Ecossistemas 
 
• Ecossistema 
 - Captar energia luminosa; 
 - Sintetizar compostos orgânicos; 
 - Estabelecer economia de energia e matéria. 
 
• Cadeias alimentares ou tróficas 
 - Transferência de energia alimentar, a partir dos vegetais, 
por uma série de organismos. 
 
• Níveis tróficos 
 - São os diversos estágios da cadeia alimentar. 
Como funcionam os ecossistemas? 
Leis da Termodinâmica 
• Todos os processos energéticos da biosfera obedecem às duas 
leis da termodinâmica: 
 
• A primeira lei estabelece que “a energia do universo é 
constante”ou seja a energia não pode ser criada nem destruída, 
apenas transformada. 
 
• As diversas formas de energia podem ser enquadradas 
genericamente em energia cinética (energia que a matéria 
adquire em decorrência da sua movimentação e em função da 
sua massa e velocidade) e energia potencial (energia 
armazenada na matéria em virtude da sua posição ou 
composição). 
Leis da Termodinâmica 
• A aplicação mais importante da primeira lei da termodinâmica 
está relacionada à maneira como os seres vivos obtêm sua 
energia para viver: 
 
 
 A energia luminosa, incidente na superfície da Terra, é absorvida 
pelos vegetais fotossintetizantes, que a transformam em energia 
potencial, nas ligações químicas de moléculas orgânicas 
complexas. No processo respiratório, essas moléculas são 
quebradas em moléculas menores, liberando a energia que é 
utilizada nas funções vitais dos seres vivos. 
Leis da Termodinâmica 
• Conforme a segunda lei, “a entropia no universo tende ao 
máximo” ou seja a cada transformação a energia passa de uma 
forma mais organizada e concentrada (energia de alta qualidade) 
a outra menos organizada e mais dispersa (energia de baixa 
qualidade - calor). 
 
 
• Consequentemente, é impossível obter energia de melhor 
qualidade do que aquela disponível inicialmente, ou seja, não 
existe a reciclagem completa de energia. 
Leis da Termodinâmica 
• As lâmpadas são muito ineficientes: produzem calor que é 
desperdiçado. 
 
Em uma lâmpada incandescente (à direita), 
cerca de 95% da energia elétrica que flui 
para dentro dela se transforma em calor, e 
apenas 5% se converte em luz. Em 
comparação, em uma lâmpada fluorescente 
compacta (à esquerda) com o mesmo brilho, 
cerca de 20% da entrada de energia se 
transforma em luz. 
 
Fonte: U.S. Department of Energy e Amory Lovins. 
Fonte: Miller e Spoolman (2012). 
Primeiro 
Nível Trófico 
Segundo 
Nível Trófico 
Terceiro 
Nível Trófico 
Quarto 
Nível Trófico 
Produtores 
(plantas) 
Consumidores 
primários 
(herbívoros) 
Consumidores 
secundários 
(carnívoros) 
Consumidores 
terciários 
(carnívoros 
superiores) 
Decompositores e 
detritívoros 
Energia 
solar 
Calor Calor Calor Calor 
Calor Calor 
Calor 
Cadeia Alimentar 
Organização de um 
ecossistema 
 
TEIA ALIMENTAR 
Complexa rede de 
cadeias alimentares 
interagindo. 
Fonte: Miller e Spoolman (2012). 
Pirâmide de Fluxo de Energia 
Calor 
Consumidores terciários 
(humanos) 
10 
Calor 
Consumidores 
secundários (perda) 
Calor 
Decompositores Calor 
100 
Consumidores 
primários 
(zooplâncton) 
Calor 
1.000 
10.000 
Produtores 
(fitoplâncton) 
Fonte: Miller e Spoolman (2012). 
Produtividade nos ecossistemas 
• Transferência para os consumidores ao longo das sequências 
alimentares. 
 
 
Produção Primária (PP) – produtor 
 
Produção Secundária (PS) – consumidor 1 
 
Produção Terciária (PT) – consumidor 2 
Produtividade nos ecossistemas 
• Produção Primária Bruta (PPB) – quantidade de energia fixada 
pelas plantas no processo de fotossíntese. 
 
• Respiração (R) – energia dissipada no processo de respiração 
do autótrofo. 
 
• Produção Primária Líquida (PPL) – energia incorporada à 
biomassa vegetal e transferida para os consumidores. 
 
PPB= PPL + R 
Energia perdida e não 
disponível para os 
consumidores 
Respiração 
Crescimento e reprodução 
Sol 
Produção Primária 
Bruta 
Produção Primária 
Líquida 
(Energia disponível 
para os consumidores) 
Produtividade nos ecossistemas 
Fonte: Miller Jr. (2013). 
Produtividade nos ecossistemas 
• PPB/R – indicador da comunidade clímax ou da sucessão ecológica. 
 
• Sucessão ecológica – desenvolvimento de um ecossistema desde 
sua fase inicial até a obtenção de sua estabilidade e do equilíbrio 
entre seus componentes. 
 
• O ecossistema adquire auto-suficiência, tornando-se um sistema 
fechado por meio do desenvolvimento de processos de reciclagem 
de matéria orgânica. 
 
• A primeira comunidade que se instala é denominada comunidade 
pioneira e a última comunidade da sucessão é denominada 
comunidade clímax. 
Produtividade nos ecossistemas 
 
• PPB/R = 1 (Ecossistema maduro) – toda a produção primária 
líquida de um certo intervalo de tempo é consumida pela 
fauna em intervalo de tempo igual (PPL = 0). 
 
• PPB/R > 1 (Ecossistema sucessional) – apenas parte da 
produção primária líquida é consumida, ou seja, fica saldo de 
energia para manter novos consumidores (PPL > 0). 
Estágios da sucessão ecológica 
Diferenças entre o ecossistema sucessional e maduro 
Características Ecossistema sucessional Ecossistema maduro 
Diversidade biológica Baixa Alta 
Biomassa total Pequena Grande 
Número de relações Pequeno Grande 
Teia alimentar Simples Complexa 
Relação produção/consumo Maior que 1 Menor que 1 
Estabilidade Instável Estável 
Resistência aos distúrbios 
externos 
Baixa Alta 
Sucessão Ecológica 
 
• Sucessão primária – quando a sucessão de inicia em uma área nunca 
antes povoada. 
 
– Sem solo em um sistema terrestre; 
– Sem sedimentos de fundo no sistema aquático; 
– Demora milhares a milhões de anos; 
– Necessário criar solos/sedimentos para prover os nutrientes 
necessários. 
 
Comunidades de 
florestas de 
bálsamos, 
bétulas e abetos 
brancos 
Pinheiros, 
abetos e 
álamos Vegetação 
rasteira 
Ervas e 
arbustos Líquens e 
musgos Rochas 
expostas 
Sucessão Ecológica Primária 
Fonte: Miller e Spoolman (2012). 
Sucessão Ecológica 
• Sucessão secundária – a sucessão se inicia em área já anteriormente 
povoada e cuja comunidade tenha sido quase extinta: 
 
– Algum solo permanece em um sistema terrestre; 
– Alguns sedimentos de fundo permanecem em um sistema 
aquático; 
– O ecossistema foi: perturbado, removido e/ou destruído. 
 
• A sucessão secundária se processa mais rápido do que a primária, 
pois alguns organismos ou mesmo sementes da povoação anterior 
permanecem no local. 
Stepped Art 
Floresta madura de 
carvalhos e nogueiras 
Arbustos e 
pequenas 
mudas de 
pinheiros 
Floresta de pinheiros jovens 
com desenvolvimento de 
sub-bosques de carvalhos e 
nogueiras 
Ervas 
daninhas e 
gramíneas 
perenes 
Ervas 
daninhas 
anuais 
Sucessão Ecológica Secundária 
Fonte: Miller e Spoolman (2012). 
Desequilíbrio nos ecossistemas 
• Biomagnificação – alterações provocadas pela ação de 
poluentes químicos. 
• Os últimos níveis tróficos são os mais prejudicados. 
Pirâmide de biomassa do Lago Clear, na Califórnia (concentração em ppm) 
Fonte: Charbonneau, et al. (1979). 
 
Mergulhão (2500) 
Peixes carnívoros (22 a 221) 
Peixes planctófagos (7 a 9) 
Zooplâncton (3,0) 
Fitoplâncton (0,5) 
Inseticida 
transferido 
por via 
alimentar 
Água (0,014) 
Desequilíbrio nos ecossistemas 
• Os desequilíbrios também podem ocorrer devido: 
 
– Às alterações do ambiente que impedem a camuflagem de 
determinadas espécies, expondo-as aos seus inimigos; 
 
– Uso de inseticidas que diminuem ou eliminam espécies 
polinizadoras, levando ao desaparecimento de vegetais e, 
consequentemente, animais; 
 
– Ao lançamento de efluentes, ricos em matéria orgânica, 
nos corpos d’água, favorecendo as bactérias aeróbias em 
detrimento dos peixes. 
Conceitos básicos da Ecologia 
 
 
• Biosfera ou ecosfera - sistema que inclui todos os organismos 
vivos da Terra, interagindo com o ambiente físico, como um todo. 
 
– Litosfera - camada superficial sólida da Terra, constituída de 
rochas e solos, acima do nível das águas. Apresentavariações de temperatura, umidade, luz, etc. e possui 
enorme variedade de flora e de fauna. 
 
Conceitos básicos da Ecologia 
 
 
• Biosfera ou ecosfera - sistema que inclui todos os organismos 
vivos da Terra, interagindo com o ambiente físico, como um todo. 
 
– Hidrosfera - representada pelo ambiente líquido: rios, lagos 
e oceanos. Apresenta condições climáticas bem mais 
constantes do que na litosfera, salinidade variável (nos 
oceanos chega a 35 gramas/litro) e possui menor variedade 
de plantas e de animais que a litosfera. 
 
Conceitos básicos da Ecologia 
 
 
 
• Biosfera ou ecosfera - sistema que inclui todos os organismos 
vivos da Terra, interagindo com o ambiente físico, como um todo. 
 
 
– Atmosfera - camada gasosa que circunda toda a superfície 
da Terra, envolvendo portanto, os dois ambientes acima 
citados. 
Solo 
Biosfera 
(organismos vivos) 
Atmosfera 
Rocha 
Crosta 
Manto 
Geosfera 
(crosta, 
manto, 
núcleo) 
Manto 
Núcleo Atmosfera 
(ar) 
Hidrosfera 
(água) 
Fonte: Miller e Spoolman (2012). 
Es
tr
u
tu
ra
 g
e
ra
l d
a 
Te
rr
a 
• A biosfera está em constante modificação: 
– As atividades de nutrição e de respiração das plantas, dos 
animais e dos microrganismos, que habitam o solo e as águas, 
alteram quimicamente a composição do ar atmosférico, por 
consumirem alguns gases que o compõem e produzirem outros; 
 
– Modificam a estrutura do solo, por cavarem buracos e galerias 
ou por produzirem alterações químicas do meio; 
 
– Modificam, ainda, a composição da água em virtude das trocas 
de alimentos e compostos químicos que realizam no seu 
interior. 
 
Conceitos básicos da Ecologia 
Atividades humanas e desequilíbrios na biosfera 
• As indústrias com suas chaminés e o uso dos veículos 
movidos a gasolina ou a óleo alteram a composição da 
atmosfera; 
 
• Os resíduos lançados pelos esgotos das fábricas e das casas 
alteram a composição da hidrosfera; 
 
• A disposição inadequado dos resíduos, dos entulhos de 
construção, dos rejeitos da mineração, dos inseticidas, dos 
adubos, etc., alteram a composição da litosfera. 
 
Atividade de Classe 
• Relacione três atividades que contribuem para alterar a 
biosfera, relacionando-as com os benefícios esperados e os 
prejuízos observados. 
 
Exemplo 
 Hidrelétricas 
Vantagens Desvantagens 
Geração de energia Desmatamento 
Fonte de energia renovável Assoreamento dos rios 
Custo de produção é baixo Extinção de espécies 
Ciclos Biogeoquímicos 
• Fluxos de energia e matéria: 
 
– A transferência de energia, a partir da captação realizada pelos 
organismos que fazem fotossíntese, percorre de forma unidirecional 
uma cadeia formada por diversos níveis (compostas de seres vivos), 
mantida por essa energia - cadeia alimentar, constituindo uma 
estrutura trófica. 
 
– O fluxo da matéria segue por meio da mesma estrutura trófica (as 
comunidades de seres vivos), contudo, esse fluxo é cíclico, 
diferentemente do fluxo de energia. 
 
Ciclos Biogeoquímicos 
O meio 
terrestre/litosfera é a 
principal fonte dos 
elementos. 
Representam 
ciclos de 
elementos 
químicos. 
Seres vivos interagem 
nos processos de 
síntese e decomposição 
dos elementos. 
A biogeoquímica é a ciência que estuda a troca ou a circulação da 
matéria entre os componentes vivos e físico-químicos da biosfera 
(ODUM, 1971). 
Ciclos Biogeoquímicos 
 
Classificação: 
 
• Ciclos locais: envolve elementos que não apresentam 
mecanismos de transferência à longa distância (P). 
 
• Ciclos globais: envolve trocas entre a atmosfera e o 
ecossistema – na biosfera (N, C, O e H2O). 
 
Ciclos Biogeoquímicos 
 
Classificação: 
 
• Ciclos gasosos: o depósito está na atmosfera ou hidrosfera. 
 
• Carbono - grande reservatório está na hidrosfera, na forma de gás carbônico, 
embora também esteja presente na atmosfera; 
• Nitrogênio - reservatório é a atmosfera. 
 
• Ciclos sedimentares: depósito está na crosta terrestre. 
• Fósforo - reservatórios são as rochas formadas em remotas eras geológicas; 
• Enxofre - o maior reservatório são as rochas e sedimentos. 
 
Ciclos Biogeoquímicos 
 
• Em decorrência do tamanho do reservatório atmosférico, os ciclos 
gasosos tendem a ser mais auto-reguláveis que os sedimentares; 
 
• Nos ciclos sedimentares, a imobilidade relativa da grande maioria 
dos elementos na crosta terrestre faz com que o ciclo esteja muito 
mais sujeito à alteração, por causa das intempéries e da ação do 
homem; 
 
• A participação antrópica nos ciclos biogeoquímicos dá-se pela 
utilização do ar, da água e do solo como sumidouro de seus 
despejos. 
 
Ciclos Biogeoquímicos 
 
• Principais características: 
 
- Um depósito ou reservatório (litosfera, atmosfera ou hidrosfera); 
- Inclusão dos seres vivos (vegetais, animais e microrganismos); 
- Câmbios químicos; 
- Movimento do elemento químico desde o meio físico até os 
organismos e seu retorno a este; 
- Os componentes bióticos e abióticos aparecem intimamente 
entrelaçados. 
 
 
Ciclo da Água 
 
 
• Renovação natural da qualidade da água - três processos principais: 
– Evaporação 
– Precipitação 
– Transpiração 
 
 
 
 
Condensação Condensação 
Gelo e 
neve 
Transpiração 
das plantas 
Precipitação à 
terra Evaporação da 
água de superfície Evaporação 
do oceano 
Escoamento 
Lagos e 
reservatórios 
Precipitação 
sobre o oceano 
Escoamento 
Aumento do escoamento 
em terrenos cobertos 
com culturas, edifícios e 
pavimentação 
Infiltração e 
percolação 
no aquífero 
Aumento do 
escoamento do 
desmatamento de 
florestas e uso das 
zonas úmidas 
Escoamento 
Águas 
subterrâneas 
em aquíferos 
Extração 
excessiva dos 
aquíferos Escoamento 
Poluição da água 
Oceano 
Processo natural 
Reservatório natural 
Impactos humanos 
Caminho natural 
Caminho afetado por atividades humanas 
Ciclo da água 
Fonte: Miller e Spoolman (2012). 
Alterações Antrópicas Ciclo da Água 
• Retirada de grandes quantidades de água doce de rios, lagos e 
aquíferos, por vezes de maneira mais rápida do que a natureza 
pode substituí-la; 
 
• Desmatamento para agricultura, mineração, construção de 
estradas, entre outras atividades; 
 
• Impermeabilização (aumento do escoamento e diminuição da 
infiltração que reabastece as águas subterrâneas); 
 
• Poluição das águas da superfície e do subsolo, como por 
nutrientes (fosfatos e nitratos presentes nos fertilizantes). 
 
 
Ciclo do Carbono 
 
• O CO2 é um componente-chave do termostato da natureza: se o ciclo 
remove muito CO2 da atmosfera, ela esfria; se o ciclo gera um excesso 
de CO2, a atmosfera esquenta; 
 
• Esse ciclo tem início a partir do momento em que as plantas, ou 
outros organismos autótrofos, absorvem o CO2 da atmosfera e o 
utilizam na fotossíntese (ou quimiossíntese no caso de alguns 
organismos) incorporando-o às suas moléculas; 
 
• As plantas utilizam CO2 e o vapor de água da atmosfera para, na 
presença de luz solar, sintetizar compostos orgânicos de carbono, 
hidrogênio e oxigênio, tais como a glicose (C6H12O6). 
 
 
Ciclo do Carbono 
6CO2 + 6H2O + Energia Solar C6H12O6 + 6O2 
(Reação da Fotossíntese) 
 
• A fixação do carbono em sua forma orgânica indica que a fotossíntese 
é a base da vida na Terra; 
• A energia solar é armazenada como energia química nas moléculas 
orgânicas da glicose; 
• A energia armazenada nas moléculas orgânicas é liberada no processo 
inverso ao da fotossíntese: a respiração; 
• Na respiração,acontece a quebra das moléculas com a consequente 
liberação de energia para a realização das atividades vitais dos 
organismos. 
 
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 640 Kcal/mol de glicose 
(Reação da Respiração) 
 
Ciclo do Carbono 
 
• Por meio da fotossíntese e da respiração o carbono passa de sua fase 
inorgânica à fase orgânica e volta para a fase inorgânica, 
completando, assim, seu ciclo biogeoquímico; 
 
• Fotossíntese e respiração são processos de reciclagem do carbono e 
do oxigênio em várias formas químicas e todos os ecossistemas; 
 
• A interação entre o CO2 atmosférico e o aquático ocorre por meio de 
uma reação química de difusão, cuja direção depende da maior ou 
menor concentração do gás; 
 
 
 
Ciclo do Carbono 
CO2 atmosférico 
 
CO2 + H2O H2CO3 H
+ + HCO3
- 2H+ + CO3
- 
 
 
 
 
 
• A reação é reversível e realiza-se no sentido da maior para a menor 
concentração; 
Ácido carbônico Bicarbonato Carbonato 
Ciclo do Carbono 
• Ciclo Principal 
• Produtores, consumidores e decompositores participam, 
respectivamente, dos processos de fotossíntese e respiração; 
 
• Ciclo Secundário (mais lento) 
• Decaimento de plantas e animais que foram incorporados por 
processos geológicos na crosta terrestre. Nesses processos, os 
organismos foram transformados em combustíveis fósseis; 
 
• Esse carbono não é liberado em forma de CO2 para a reciclagem 
até que os combustíveis sejam extraídos e queimados, ou até que 
longos processos geológicos exponham esses depósitos ao ar. 
 
 
 
Dióxido de carbono 
na atmosfera Respiração 
Fotossíntese 
Animais 
(consumidores) Queima de 
combustíveis 
fósseis Difusão 
Incêndios 
florestais 
Plantas 
(produtores) Desmatamento 
Transporte Respiração 
Carbono em 
plantas 
(produtores) 
Dióxido de carbono 
dissolvido no oceano 
Carbono em 
animais 
(consumidores) 
Decomposição 
Teias alimentares marinhas 
Produtores, consumidores, 
decompositores 
Carbono em 
combustíveis 
fósseis 
Carbono em 
sedimentos de 
calcário ou dolomita 
Compactação 
Processo 
Reservatório 
Via afetada por humanos 
Via natural 
C
ic
lo
 d
o
 C
ar
b
o
n
o
 
Fonte: Miller e Spoolman (2012). 
Alterações Antrópicas no Ciclo do Carbono 
 
• Desmatamento (remoção de plantas que absorvem CO2 pela 
fotossintese antes que elas possam crescer novamente); 
 
• Queimadas; 
 
• Uso de combustíveis fósseis (adição de grandes quantidade de CO2); 
 
• Urbanização e industrialização. 
 
 
 
Ciclo do Nitrogênio 
 
Aumento da população humana 
 
 
Aumento da produtividade agrícola 
 
 
• Tanto o nitrogênio como o fósforo são fatores limitantes do crescimento 
dos vegetais e, por isso, tornaram-se alguns dos principais fertilizantes 
utilizados na agricultura; 
 
 
 
 
 
 
Ciclo do Nitrogênio 
 
• A atmosfera é rica em nitrogênio (78% do volume da troposfera); 
 
• Contudo, poucos organismos conseguem utilizar o nitrogênio gasoso; 
 
• Neste ciclo, há um grande envolvimento biológico; 
 
• Principal forma de nutriente para os produtores são os nitratos (NO3
-); 
 
• Os nitratos podem ser obtidos por meio da fixação de bactérias fixadoras 
de nitrogênio e das descargas elétricas (na forma de relâmpagos) que 
ocorrem na atmosfera. 
 
 
 
 
 
Ciclo do Nitrogênio 
• Quatro mecanismos: 
 
 
1) Fixação do nitrogênio atmosférico em nitratos: 
- Ocorre por meio dos organismos simbióticos fixadores de nitrogênio. 
Exemplo: espécie Rhizobium, que vive em associação simbiótica 
(mutualismo) com raízes vegetais leguminosas (ervilha, soja, feijão, 
etc.); 
- O nitrogênio fixado é rapidamente dissolvido na água do solo e fica 
disponível para as plantas na forma de nitrato; 
- As plantas transformam os nitratos em grandes moléculas que contém 
nitrogênio e outras moléculas orgânicas nitrogenadas, necessárias á 
vida; 
 
 
 
 
 
Ciclo do Nitrogênio 
2) Amonificação 
 - Bactérias mineralizam o nitrogênio produzindo gás amônia (NH3) e 
sais de amônio (NH4
+). 
 
3) Nitrificação 
 - NH4
+ e NH3 são convertidos em nitritos no processo de nitrificação. 
 
4) Desnitrificação 
 - Nitritos são transformados em nitratos por um grupo de bactérias 
quimiossintetizantes. 
 
 
 
Ciclo do Nitrogênio 
N2 NH3 NO2 NO3 
Rhizobium Nitrosomonas Nitrobacter 
NITRIFICAÇÃO 
NITROSAÇÃO NITRATAÇÃO 
DESNITRIFICAÇÃO 
Nitrogênio 
atmosférico 
Amônia Nitrito Nitrato 
Pseudomonas 
As bactérias do solo alteram os íons 
de amônia e de amônio para íons 
nitrato (NO3). 
Os íons de nitrato voltam 
a ser gás nitrogênio. 
Processo 
Nitrogênio na 
atmosfera 
Desnitrificação por bactérias 
Reservatório 
Nitrificação por bactérias 
Via afetada por humanos 
Caminho natural 
Nitrogênio em 
animais 
(consumidores) O nitrogênio oxida na 
queima de combustíveis 
e na utilização de 
fertilizantes inorgânicos 
Atividade 
vulcânica 
Tempestades elétricas 
Nitrogênio 
em plantas 
(produtores) 
Decomposição 
Nitratos de 
fertilizantes 
escoamento e 
decomposição 
Absorção pelas plantas 
Nitrato no solo 
Perda de nitrogênio 
para sedimentos do 
oceano profundo 
Nitrogênio 
em sedimentos 
oceânicos 
Bactérias 
Amônia no solo 
Fonte: Miller e Spoolman (2012). 
C
ic
lo
 d
o
 N
it
ro
gê
n
io
 
Alterações Antrópicas no Ciclo do Nitrogênio 
• Adição de grandes quantidades de óxido nítrico (NO) na 
atmosfera quando ocorre a combinação de N2 e O2 ao 
queimarmos qualquer combustível fóssil a altas temperaturas; 
 
• Na atmosfera, esse gás pode ser convertido em dióxido de 
nitrogênio (NO2) e em ácido nítrico (HNO3), os quais retornam à 
superfície da Terra na forma prejudicial de deposição ácida, 
conhecida como chuva ácida; 
 
• Destruição de florestas, campos e áreas alagadiças em que são 
liberados na atmosfera grandes quantidades de nitrogênio 
armazenado no solo e nas plantas em forma de compostos 
gasosos. 
Alterações Antrópicas no Ciclo do Nitrogênio 
 
 
• Adição de nitratos em excesso nos ecossistemas aquáticos 
através dos escoamentos agrícolas e das descargas dos sistemas 
de esgotos sanitários; 
 
• Retirada de nitrogênio da camada superficial do solo ao colher 
safras ricas em nitrogênio, irrigar as plantações, queimar ou 
remover a vegetação de campos e florestas antes de efetuar o 
plantio. 
Ciclo do Fósforo 
• Percorre a água, a crosta terrestre e organismos vivos; 
 
• O fósforo é um elemento de ciclo fundamentalmente sedimentar; 
 
• Por meio de processos erosivos, ocorre a liberação do fósforo na forma 
de fosfatos, que serão utilizados pelos produtores; 
 
• Parte é carregada para os oceanos, onde fica depositado a grandes 
profundidades ou é consumida pelo fitoplâncton; 
 
• Os meios de retorno são insuficientes do fosfato para os ecossistemas 
a partir dos oceanos são insuficientes para compensar a parcela que se 
perde; 
 
 
 
 
 
Processo 
Reservatório 
Via afetada pelos seres humanos 
Via natural 
Fosfatos em 
esgoto 
Fosfatos em 
fertilizantes Placas 
tectônicas Fosfatos em 
resíduos de 
mineração 
Escoamento Escoamento 
Aves 
marinhas 
Escoamento 
Fosfato em 
rochas (ossos 
fósseis, 
guano) 
Erosão 
Teias 
alimentares 
oceânicas 
Animais 
(consumidores) Fosfato 
dissolvido 
na água 
Fosfato em 
sedimentos 
oceânicos rasos 
Fosfato em 
sedimentos 
oceânicos 
profundos 
Plantas 
(produtores) 
Bactérias 
Ciclo do FósforoFonte: Miller e Spoolman (2012). 
Alterações Antrópicas no Ciclo do Fósforo 
• Extração de grandes quantidades de rochas de fosfatos para 
fabricar detergentes e fertilizantes inorgânicos; 
 
• Redução de fosfato disponível nos solos tropicais ao 
devastarmos as florestas; 
 
• Destruição de ecossistemas aquáticos com fosfatos 
provenientes do escoamento de resíduos de animais e 
fertilizantes e descargas do sistema de esgotamento sanitário. 
 
 
 
 
Ciclo do Enxofre 
 
• Muito do enxofre da Terra está armazenado no subsolo , em rochas 
e minerais, na forma de sais de sulfato enterrados sob sedimentos 
oceânicos; 
 
• O enxofre também entra na atmosfera por várias fontes naturais: 
 
– O sufeto de hidrogênio é liberado por vulcões ativos e por matéria orgânica 
em decomposição por decompositores anaeróbios em áreas alagadas, 
pântanos e planícies de maré; 
 
– O dióxido de enxofre também é proveniente dos vulcões; 
 
 
Ciclo do Enxofre 
 
 
• O enxofre também entra na atmosfera por várias fontes naturais: 
 
– Partículas de sais de sulfato, entram na atmosfera a partir da água do mar, 
tempestades de poeira e incêndios florestais; 
 
– As raízes de plantas absorve os íons de sulfato e incorporam o enxofre como 
um componente essencial de muitas proteínas. 
 
 
Processo 
Reservatório 
Caminho afetado por humanos 
Caminho natural 
Dióxido de 
enxofre na 
atmosfera 
Ácido sulfúrico e 
Sulfato 
depositados 
como chuva ácida 
Fundições 
Queima do 
carvão 
Refino de 
combustíveis 
fósseis 
Dimetil 
sulfeto o 
subproduto 
de uma 
bactéria 
Enxofre em 
animais 
(consumidores) 
Enxofre em 
plantas 
(produtores) Mineração e 
extração Absorção 
pelas 
plantas 
Enxofre 
em 
sedimentos 
oceânicos 
Decomposição 
Enxofre 
no solo, rocha 
e combustíveis fósseis 
Decomposição 
Fonte: Miller e Spoolman (2012). 
Ciclo de Enxofre 
Alterações Antrópicas no Ciclo do Enxofre 
 
• Queima de carvão e petróleo contendo enxofre; 
 
• Refinar petróleo contendo enxofre para fabricar gasolina; 
 
• Converter minérios de minerais metálicos contendo enxofre em 
metais livres , como o cobre, o chumbo e o zinco – atividade 
que libera grandes quantidades de dióxido de enxofre no meio 
ambiente. 
 
 
 
Atividade de Classe 
1) Indique e explique três maneiras em que seu estilo de vida/atuação como 
engenheiro/arquiteto afeta direta ou indiretamente o ciclo hidrológico? 
 
2) Indique e explique três formas em que seu estilo de vida/atuação como 
engenheiro/arquiteto afeta direta ou indiretamente o ciclo do carbono? 
 
3) Indique e explique três formas em que seu estilo de vida/atuação como 
engenheiro/arquiteto afeta direta ou indiretamente o ciclo de nitrogênio? 
 
4) Indique e explique três formas em que seu estilo de vida/atuação como 
engenheiro/arquiteto afeta direta ou indiretamente o ciclo do fósforo? 
 
5) Indique e explique três maneiras em que seu estilo de vida/atuação como 
engenheiro/arquiteto afeta direta ou indiretamente o ciclo de enxofre? 
 
Bibliografia Consultada 
 
• BRAGA, B., HESPANHOL, I., CONEJO, J. G. L., MIERZWA, J. C., BARROS, 
M. T. L., SPENCER, M., PORTO, M., NUCCI, N., JULIANO, N., EIGER, S. 
Introdução à engenharia ambiental. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 
2005. 
 
 
• MILLER, G. T., SPOOLMAN, S. E. Ecologia e sustentabilidade. São Paulo: 
Cengage Learning, 2012. 
 
• MILLER JR., G.T. Ciência Ambiental. São Paulo: Cengage Learning, 2013.