ciclos biogeoquimicos

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Dinâmica da Terra 
Professor Marcos Salomão 
LCA/CBB/UENF 
Sala 208 – P5 
Ciclos 
Biogeoquímicos 
Movimento de elementos químicos 
entre os reservatórios vivos e não 
vivos da terra 
 
• Reservatório vivo: 
– Biosfera 
 
• Reservatório não vivo: 
– Atmosfera 
– Litosfera 
– pedosfera 
– hidrosfera 
Ciclos Biogeoquímicos 
• Um ciclo biogeoquímico é o caminho completo de 
um produto químico leva através dos principais 
componentes da Terra. 
– atmosfera 
– hidrosfera 
– litosfera 
– Pedosfera 
– biosfera 
Ciclos Biogeoquímicos 
• A maneira mais simples de pensar em ciclos 
biogeoquímicos é um diagrama de "caixas e 
setas" 
– Às vezes útil para se pensar em uma 
perspectiva global. 
• A mudança climática global 
 
– Outras vezes, pode ser utilizada em uma escala 
local 
• Rio Paraíba do Sul 
• Mata do Imbé 
• Lagoa do Vigário 
Ciclo Hidrológico 
O Ciclo Hidrológico 
• Sequência de transferências de águas dos 
oceanos para a atmosfera, desta para os 
continentes e destes de volta para os 
oceanos. 
– Envolve a evaporação de água dos oceanos. 
– Precipitação nos continentes. 
– Escoamento para ribeirões, rios, escoamento 
subsurficial para o lençol freático e destes para 
os oceanos. 
O Ciclo Hidrológico 
• Impulsionado pela energia solar 
 
• 1.3 bilhões de km3 de água no planeta 
– 97% nos oceanos 
– 2% em glaciares e calotas polares 
– 0.001% na atmosfera 
– O resto nos ecossistemas de água doce 
O Ciclo Hidrológico 
• A nível regional e local, a unidade fundamental da 
paisagem é a bacia de drenagem. 
 
– A área que contribui para o escoamento superficial de 
um córrego ou rio em particular 
– Variam muito em tamanho 
– Normalmente, nomeado para o córrego ou rio principal 
 
OCEANO 
EVAPORAÇÃO 
NEVE E GELO 
ATMOSFERA 
PRECIPITAÇÃO 
E
V
A
P
O
T
R
A
N
S
P
IR
A
Ç
Ã
O
 
ÁGUA SUBTERRÁNEA 
INFILTRAÇÃO 
 
Ciclo Hidrológico - continente 
Lençol 
freático 
evaporação evapotranspiração 
precipitação 
infiltração 
percolação Escoamento 
superficial 
Escoamento 
superficial 
zona 
saturada 
zona não 
saturada 
rio 
Fluxo via lençol 
freático para os rios 
Escoamento 
de base 
Velocidade na Ciclagem 
• Produtos químicos nos quatros principais 
reservatórios (sistemas) têm diferentes 
tempos de armazenagem média: 
 
– Longo em rochas 
– Curto na atmosfera 
– Intermediário na hidrosfera e biosfera 
Ciclos biogeoquímicos e a Vida 
• Dos 103 elementos conhecidos apenas 24 
necessários para a vida. 
 
– Macronutrientes - necessárias em grandes quantidades 
• Nove grandes = C, H , N , O, P , S , K, Ca e Mg 
 
– Micronutrientes – necessários em quantidades pequenas 
/ moderadas. 
ELEMENTO PLANTAS 
C 45 
O 45 
H 6 
N 1,5 
K 1,0 
Ca 0,5 
P 0,2 
Mg 0,2 
S 0,1 
Cl 0,01 
Fe 0,01 
Mn 0,005 
Zn 0,002 
Cu 0,006 
ELEMENTO CROSTA 
TERRESTRE 
O 46 
Si 28 
Al 8 
Fe 6 
Mg 4 
Ca 2,4 
K 2,3 
Na 2,1 
ATMOSFERA 
Nitrogênio N2 78 
Oxigênio O2 21 
Carbono CO2 0,036 
Argônio Argônio 0,9 
Ciclos biogeoquímicos e a Vida 
• Para a vida a persistir elementos devem estar 
disponíveis na hora certa, quantidade certa e as 
concentrações corretas uns em relação aos outros. 
 
– Quando isso não acontece o elemento químico 
pode se tornar um fator limitante 
Ciclos biogeoquímicos: Conceitos gerais 
• Alguns elementos químicos ciclam rapidamente e 
são facilmente regenerados para a atividade 
biológica. 
– Eles normalmente têm uma fase gasosa , formam 
compostos solúveis e são transportados pelo ciclo 
hidrológico. 
 
• Outros elementos químicos são relativamente 
imóveis e ciclam devido a processos geológicos. 
– Tipicamente carecem de uma fase gasosa e forma 
muitos compostos insolúveis. 
Ciclos biogeoquímicos: Conceitos gerais 
• Elementos químicos que apresentam uma fase gasosa e são 
estocados/armazenados na atmosfera apresentam ciclo 
rápido. 
• Aqueles sem fase gasosa terminam nos sedimentos do oceano 
profundo e apresentam um ciclo lento. 
• Desde que existe vida a biota tem alterado os ciclos 
biogeoquímicos. 
• A manutenção dos processos que controlam os ciclos é 
essencial para a preservação da vida. 
Ciclos biogeoquímicos e a Humanidade 
• As tecnologias modernas alteram as taxas 
de transferências dos elementos entre o ar, 
a água, o solo e as rochas. 
– Pode melhorar a produção agrícola e o bem 
estar humano, mas representam perigo para o 
ambiente 
– Devemos reconhecer as consequências (+ e –) 
dessas alterações nos ciclos. 
Ciclos biogeoquímicos nos Ecossistemas 
• Um ecossistema é uma comunidade de diferentes 
espécies e seu ambiente não vivo no qual a energia 
flui e os elementos químicos ciclam. 
 
• Os ciclos dos elementos químicos em um 
ecossistema possuem entradas externas. 
– chuva 
– poeira 
– cinza vulcânica 
Ciclos biogeoquímicos nos Ecossistemas 
• Produtos químicos ciclam internamente dentro do 
ecossistema através do: 
– Ar, água, rochas, solo e cadeias alimentares 
– Por meio de transporte físico e reações químicas 
 
• Ecossistema pode perder elementos químicos para 
outros ecossistemas 
– Ex.: transporte fluvial da terra para o mar 
• CICLO DO CARBONO 
O Ciclo do Carbono 
• O carbono é o elemento formador de todas as 
substâncias orgânicas. 
 
• O carbono tem uma fase gasosa: 
 
– Entra na atmosfera (CO2 and CH4) através da 
respiração, incêndios e difusão. 
– Removido da atmosfera pela fotossíntese e difusão. 
O Ciclo do Carbono 
• O Carbono esta presente nos oceanos sob 
diferentes formas 
– Dissolvido: CO2, carbonato (HCO3
-) e bicarbonato 
(CO3
-2) 
– Sólido: Em partes de organismos marinhos e seus 
produtos, CaCO3 
• Entra nos oceanos por: 
– Difusão de gases 
– Transferência dos continentes através dos rios sob as 
formas particulada e dissolvida 
– Vento 
 
O Ciclo do Carbono 
• Carbono é incorporado na biota através da 
fotossíntese e então retorna pela respiração ou 
incêndio. 
– Quando organismos mortos entram em decomposição 
há liberação de carbono. 
– Se enterrado sob certas condições, o carbono não é 
liberado. 
• Transformado em combustíveis fósseis 
 
FOTOSSÍNTESE 
CARBONO 
ORGÂNICO 
RESPIRAÇÃO 
ANIMAL 
RESPIRAÇÃO 
VEGETAL 
 
EMISSÕES DE 
CARROS E 
INDÚSTRIAS 
MINERALIZAÇÃO DA MATÉRIA 
ORGÂNICA 
CO2 
MATÉRIA 
ORGÂNICA DO 
SOLO 
DEBRIS 
ORGÂNICOS 
RESPIRAÇÃO 
DAS RAÍZES 
 
 
Ciclo do Carbono 
• O ciclo do carbono é diretamente ligado a 
ciclagem de silício. 
 
• O Ácido carbônico fraco cai como chuva e 
intemperiza rochas ricas em silicato 
 
– Liberando Ca2+ e HCO3- 
– Transferidos para os oceanos e usado por animais 
marinhos para construir conchas. 
– Conchas depositadas no fundo do mar se tornam parte 
da camada de rocha sedimentar e retornam à superfície 
em zonas de subdução 
CICLO DO NITROGÊNIO 
 
CICLO DO NITROGÊNIO 
 
• N é essencial para a vida. 
• 80% da atmosfera na forma de N2 
• Constituinte das proteínas e do DNA 
• N2 é praticamente inerte 
– tripla ligação entre os átomos de N 
 
• Como é fixado? 
– Bactérias fixadoras de N – leguminosas 
– cianobactérias 
– Raios na atmosfera 
O Ciclo do Nitrogênio 
• Fixação do Nitrogênio – processo de 
conversão doN2 atmosférico em NO3
- ou 
NH4
+ 
• Denitrificação – processo no qual o N é 
transformado para forma de N2 molecular 
• Quase todos os organismos utilizam o N na 
forma convertida pelas bactérias. 
– Algumas espécies formaram relações 
simbióticas (ex.: nas raízes de plantas). 
N2 + 3H2 + Energia 2NH3 
N2 
NH3 
Fixação Biológica de N 
(leguminosas) 
 
O Ciclo do Nitrogênio 
• Processos industriais convertem N 
molecular em formas disponíveis para a 
biota. 
– Principalmente utilizado em fertilizantes. 
– Parte do N é transportado pelo escoamento da 
água podendo causar a poluição dos 
ecossistemas aquáticos 
• N combina com O sob altas temperaturas 
– Óxidos de N causam poluição da atmosfera. 
Queima de 
combustíveis 
Perdas de 
gases 
Estoque 
 da 
atmosfera 
desnitrificação 
Matéria Orgânica 
fertilizantes 
Absorção 
pelas plantas 
lixiviação 
mineralização 
 
Nitrificação 
 
lixiviação 
Fixação 
bactérias 
nas raízes 
Fixação 
 por raios 
rios e oceanos 
Precipitação 
O Ciclo do Fósforo 
• P : um dos macronutrientes necessários para a vida. 
– Muitas vezes, um fator limitante para o crescimento das 
plantas e algas 
 
• Não tem uma fase gasosa importante 
– Taxa de transferência lenta 
O Ciclo do Fósforo 
• Incorporado a biota através da absorção sob a 
forma de fosfato pelas plantas, algas e algumas 
bactérias. 
 
– Retorna ao solo quando as plantas morrem ou são 
exportados para oceanos pelo escoamento dos rios. 
 
– Retorna aos continentes através das fezes de aves que 
se alimentam no oceano (guano). 
 
• Depósitos de guano são importantes fontes de P 
para fertilizantes 
 
Questões ambientais relacionadas aos 
ciclos biogeoquímicos 
• Perguntas relacionadas a Biologia 
– Quais fatores colocam limites sobre a abundância e 
crescimento de organismos e seu ecossistema ? 
– Quais produtos químicos tóxicos podem estar presentes 
... ? 
– Como as pessoas podem melhorar a produção de um 
recurso biológico de interesse? 
– Quais são as fontes de elementos e compostos 
químicos necessários para a vida? 
– Que problemas ocorrem quando uma substância 
química é muito abundante ? 
Questões ambientais relacionadas aos 
ciclos biogeoquímicos 
• Perguntas relacionadas a Geologia 
 
– Quais processos físicos e químicos controlam a 
movimentação e armazenagem de elementos químicos 
no meio ambiente? 
– Como os elementos químicos são transferidos dos solos 
e rochas para à água , atmosfera e formas de vida ? 
– Como é que o armazenamento a longo prazo de 
elementos em rochas e solos afetam os ecossistemas em 
escala local e global ? 
Questões ambientais relacionadas aos 
ciclos biogeoquímicos 
• Questões relacionas a Atmosfera 
 
– O que determina as concentrações de elementos 
e compostos na atmosfera ? 
 
– Onde o ambiente é poluído, como podemos 
alterar um ciclo biogeoquímico para reduzir a 
poluição ? 
Questões ambientais relacionadas aos 
ciclos biogeoquímicos 
• Questões relacionadas a Hidrologia 
 
– O que determina se um sistema aquático será 
biologicamente produtivo? 
 
– Quando um sistema aquático se torna poluído, 
como podemos reduzir a poluição e seus 
efeitos? 
COMPOSIÇÃO DA ÁGUA DE UM RIO 
química das águas continentais 
 
 
– Intemperismo das rochas 
 
– erosão dos solos 
 
– deposição atmosférica 
 
– mineralização da matéria 
orgânica 
 
clima 
vegetação 
geomorfologia 
das bacias de 
drenagem 
litologia 
Como o homem altera os ciclos? 
 
Agricultura 
Pecuária 
Sequência até a imagem anterior 
 
 
 
 
Urbanização 
 
 
Urbanização 
Urbanização 
Geração de energia 
Urbanização 
agricultura 
Vegetação nativa? 
Fontes antrópicas 
• Pontuais : 
– Esgotos domésticos e industriais 
 
• Difusas : 
– Fertilizantes (agricultura) 
– Deposição atmosférica 
Figura fonte pontual 
Foto: Bruno Radicchi 
http://www.americovespucio.com.br/reportagens/rep0912.html 
http://www.webcentral.com.br/pirapora/ 
Fontes antrópicas 
• Pontuais : 
– Esgotos domésticos e industriais 
 
• Difusas : 
– Fertilizantes (agricultura) 
– Deposição atmosférica 
Atlas Ambiental do Município de São Paulo 
Temático - Biota 
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