Caderno de Estudos - Química Ambiental UNIASSELVI/2017

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QUÍMICA AMBIENTAL
Caderno de Estudos
Prof. Edson Torres
UNIASSELVI
2014
NEAD
Educação a Distância
GRUPO
Copyright  UNIASSELVI 2014
Elaboração:
Prof. Edson Torres
Revisão, Diagramação e Produção:
Centro Universitário Leonardo da Vinci - UNIASSELVI
Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri 
UNIASSELVI – Indaial.
577.14
T693q Torres, Edson
 Química Ambiental / Edson Torres. Indaial : Uniasselvi, 2014.
 
 207 p. : il 
 
 ISBN 978-85-7830-827-8
 1. Qúimica ambiental. 2. Química. 3. Atmosfera.
 I. Centro Universitário Leonardo da Vinci.
QUÍMICAAMBIENTAL
APRESENTAÇÃO
Prezado(a) acadêmico(a)!
A Química Ambiental, atualmente, é reconhecida como o maior exemplo da 
multidisciplinaridade da Química dentro das ciências exatas. Assim, tanto nos projetos de 
pesquisa, na extensão, quanto no ensino, deve-se adotar uma visão holística, integrada e 
sistêmica. Todas as temáticas ligadas aos processos naturais, os processos afetados por 
ações antrópicas, tanto da atmosfera, da hidrosfera e da geosfera, devem ser abordadas 
de forma sistêmica e integradas. Em última análise a química ambiental está intimamente 
ligada aos ecossistemas, aos seus compartimentos abióticos e bióticos. Devido a estes 
aspectos sistêmicos, a conceituação e o conhecimento sobre os significados biogeoquímicos e 
ecológicos da Química Ambiental são fundamentais para a realização dos cálculos, simulações 
computacionais, pesquisas de campo e laboratoriais. 
A Química Ambiental avança nos conceitos da química convencional, trazendo uma 
dimensão socioeconômica e propicia a integração e necessidade com outras áreas do 
conhecimento como a toxicologia, a engenharia sanitária e ambiental, a biologia e a geologia. 
Assim, revive a química como uma ciência natural, atuando como impulsionadora da Química 
Verde e certamente pode ser encarada como a ferramenta mais poderosa no resgate da 
importância da Química como uma das ciências que mais benefícios tem trazido ao homem. 
Quando pensamos em meio ambiente, vivemos em uma crescente conscientização das 
pessoas e empresas sobre os danos causados por uma gama de atividades humanas. Estas 
atividades antrópicas geram enormes volumes de resíduos sólidos, líquidos e gasosos que acabam 
contaminando toda a biosfera, desencadeando uma série de problemas ambientais que podem 
culminar em perda da biodiversidade, assim como doenças e morte para os seres humanos.
Para que possamos compreender estes aspectos se faz necessário estudarmos os conceitos 
básicos da química do solo, do ar e da água, os ciclos biogeoquímicos, assim como os fenômenos 
físico-químicos relacionados e interligados a estes processos naturais e antrópicos.
Nos tópicos a seguir, veremos cada processo natural e antrópico relacionado à Química 
Ambiental, permitindo assim, que vocês tenham o preparo para utilizá-los com os seus alunos.
Para enriquecer o seu conhecimento apresentaremos algumas bibliografias que atuarão 
como auxílio e atualização dos conhecimentos; bem como atividades de estudo que contribuirão 
na fixação e aplicação dos conteúdos abordados.
Esperamos que por meio deste estudo, você, acadêmico(a), possa entender os 
principais conceitos da disciplina e proporcionar maior compreensão nas relações e importância 
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UNI
Oi!! Eu sou o UNI, você já me conhece das outras disciplinas. 
Estarei com você ao longo deste caderno. Acompanharei os seus 
estudos e, sempre que precisar, farei algumas observações. 
Desejo a você excelentes estudos! 
 UNI
da Química Ambiental para a atenuação das consequências relacionadas à degradação e 
contaminação ambiental, assim como indicar um caminho para ajudar nas decisões na busca 
pela sustentabilidade. 
Desejamos a você um ótimo aprendizado, e que ao final consiga aplicar os conceitos 
no meio profissional, quando a cada dia se torna mais competitiva e necessária a busca do 
conhecimento.
Bons estudos! 
Prof.: Edson Torres
SUMÁRIO
UNIDADE 1 – OS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS E A QUÍMICA DO SOLO ..................... 1
TÓPICO 1 – O MEIO AMBIENTE E CICLOS BIOGEOQUÍMICOS ................................. 3
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 3
2 INTRODUÇÃO À QUÍMICA AMBIENTAL ..................................................................... 3
3 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS ........................................................................................ 6
3.1 O QUE SÃO OS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS? ........................................................ 6 
3.2 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO NITROGÊNIO .......................................................... 12
3.2.1 Fixação do nitrogênio atmosférico .......................................................................... 14
3.2.1.1 Descargas elétricas ............................................................................................. 14
3.2.1.2 Combustão .......................................................................................................... 15
3.2.1.3 Indústria ................................................................................................................ 15
3.2.1.4 Fixação simbiótica e assimbiótica ....................................................................... 16
3.2.2 Amonificação e nitrificação ..................................................................................... 17
3.2.3 Desnitrificação ........................................................................................................ 18
3.2.3.1 Desnitrificação biológica ...................................................................................... 18
3.2.3.2 Desnitrificação não biológica ............................................................................... 19
3.2.4 Efeitos prejudiciais do excesso de nitrogênio ........................................................ 21 
3.3 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO FÓSFORO ............................................................... 22
3.4 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO ENXOFRE ................................................................ 23
3.5 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO CARBONO ............................................................... 27
3.5.1 Origem do gás carbônico na atmosfera ................................................................. 30
3.5.1.1 Primeiro momento ............................................................................................... 30
3.5.1.2 Segundo momento .............................................................................................. 31
3.5.1.3 Processos biogênicos de liberação do carbono para a atmosfera ...................... 31
3.5.1.4 Processos antropogênicos de liberação de carbono para a atmosfera .............. 32
3.5.1.5 Fixação do CO2 ................................................................................................... 33
LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................... 34
RESUMO DO TÓPICO 1 ................................................................................................. 36
AUTOATIVIDADE ........................................................................................................... 38
TÓPICO 2 – A QUÍMICA DO SOLO ............................................................................... 39
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 39
2 ORIGEM E FORMAÇÃO DA LITOSFERA .................................................................. 39
3 FORMAÇÃO DO SOLO ...............................................................................................41
4 INTEMPERISMO .......................................................................................................... 43
4.1 INTEMPERISMO FÍSICO .......................................................................................... 44
4.2 INTEMPERISMO QUÍMICO ...................................................................................... 46
4.2.1 Hidrólise .................................................................................................................. 46
4.2.2 Acidólise ................................................................................................................. 48
4.2.3 Hidratação .............................................................................................................. 48
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4.2.4 Dissolução .............................................................................................................. 48
4.2.5 Oxidação ................................................................................................................ 49
5 COMPOSIÇÃO DO SOLO ........................................................................................... 49
5.1 FASE SÓLIDA ........................................................................................................... 50
5.1.1 Os minerais ............................................................................................................ 50
5.1.2 Matéria orgânica ..................................................................................................... 51
5.2 FASE LÍQUIDA .......................................................................................................... 53
5.2.1 Solo encharcado ..................................................................................................... 54
5.2.2 Solo úmido .............................................................................................................. 54
5.2.3 Solo seco ................................................................................................................ 54
5.3 FASE GASOSA ......................................................................................................... 55
LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................... 55
RESUMO DO TÓPICO 2 ................................................................................................. 58
AUTOATIVIDADE ........................................................................................................... 59
TÓPICO 3 – PROPRIEDADES FÍSICAS, CONTAMINAÇÃO E REMEDIAÇÃO DO 
SOLO .............................................................................................................................. 61
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 61
2 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DO SOLO ....................................................... 61
2.1 CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA DO SOLO ................................................... 62
2.2 ACIDEZ DO SOLO .................................................................................................... 62
2.3 PROCESSOS DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO DO SOLO .......................................... 63
2.4 ADSORÇÃO DE METAIS NO SOLO ......................................................................... 64
3 FONTES DE CONTAMINAÇÃO DOS SOLOS ............................................................ 65
3.1 PESTICIDAS ............................................................................................................ 66
3.2 METAIS PESADOS ................................................................................................... 67
3.3 O LIXO URBANO ...................................................................................................... 69
4 REMEDIAÇÃO DO SOLO CONTAMINADO ............................................................... 70
4.1 BIORREMEDIAÇÃO .................................................................................................. 71
4.2 FITORREMEDIAÇÃO ................................................................................................ 73
LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................... 76
RESUMO DO TÓPICO 3 ................................................................................................. 79
AUTOATIVIDADE ........................................................................................................... 80
AVALIAÇÃO .................................................................................................................... 82
UNIDADE 2 – A QUÍMICA DA ATMOSFERA ................................................................. 83
TÓPICO 1 A QUÍMICA DO AR ...................................................................................... 85
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 85
2 COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA ............................................................................... 85
3 ESTRATIFICAÇÃO DA ATMOSFERA ......................................................................... 87
4 IMPORTÂNCIA DA ATMOSFERA ............................................................................... 89
5 AS PARTÍCULAS NA ATMOSFERA ........................................................................... 90
5.1 FONTE DE PARTICULADOS NA ATMOSFERA ....................................................... 91
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5.1.1 Processos físicos naturais de formação de particulados ....................................... 92
5.1.2 Processos físicos antrópicos de formação de particulados ................................... 92
5.1.3 Processos químicos de formação de particulados ................................................. 92
5.2 PROPRIEDADES DOS PARTICULADOS NA ATMOSFERA .................................... 93
6 COMPOSTOS INORGÂNICOS DA ATMOSFERA ...................................................... 94
6.1 MONÓXIDO DE CARBONO ..................................................................................... 94
6.2 ÓXIDO DE ENXOFRE ............................................................................................... 95
6.3 ÓXIDO DE NITROGÊNIO ......................................................................................... 96
6.4 AMÔNIA ..................................................................................................................... 97
6.5 O CICLO BIOGEOQUÍMICO DO OXIGÊNIO ............................................................ 98
6.5.1 Reações de reposição do oxigênio da atmosfera ................................................ 100
6.5.2 Reações de retirada do oxigênio da atmosfera .................................................... 100
6.5.2.1 Respiração dos seres aeróbicos ....................................................................... 100
6.5.2.2 Reações de combustão ..................................................................................... 101
6.5.2.3 Reações de oxidação de materiais ................................................................... 101
7 COMPOSTOS ORGÂNICOS DA ATMOSFERA ........................................................ 102
7.1 COMPOSTOS ORGÂNICOS BIOGÊNICOS .......................................................... 102
7.2 COMPOSTOS ORGÂNICOS DE ORIGEM ANTRÓPICA ....................................... 102
LEITURA COMPLEMENTAR ........................................................................................ 103
RESUMO DO TÓPICO 1 ............................................................................................... 106
AUTOATIVIDADE .........................................................................................................107
TÓPICO 2 – A QUÍMICA DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA .......................................... 109
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 109
2 A CHUVA ÁCIDA ........................................................................................................ 109
2.1 DEFINIÇÃO DE CHUVA ÁCIDA ............................................................................... 110
2.2 PROCESSO DE FORMAÇÃO DA CHUVA ÁCIDA ................................................... 111
2.3 FONTES DOS COMPOSTOS DE ENXOFRE ......................................................... 112
2.4 CONSEQUÊNCIAS DA CHUVA ÁCIDA ................................................................... 113
2.4.1 Consequências na pesca ...................................................................................... 113
2.4.2 Consequências na cadeia alimentar ..................................................................... 113
2.4.3 Consequências nos micro-organismos ................................................................. 113
2.4.4 Efeito nas vegetações terrestres ........................................................................... 114
2.4.5 Efeito em saúde humana ....................................................................................... 114
3 SMOG FOTOQUÍMICO ............................................................................................... 114
3.1 O QUE É O SMOG FOTOQUÍMICO ........................................................................ 115
3.2 EMISSÕES FORMADORAS DO SMOG FOTOQUÍMICO ....................................... 116
3.3 CONDIÇÕES PARA FORMAÇÃO DO SMOG FOTOQUÍMICO .............................. 117
3.4 REAÇÕES NA FORMAÇÃO DO SMOG FOTOQUÍMICO ....................................... 119
3.4.1 Primeira etapa ...................................................................................................... 120
3.4.2 Segunda etapa ..................................................................................................... 121
3.4.3 Terceira etapa ....................................................................................................... 122
3.5 EFEITOS DO SMOG FOTOQUÍMICO .................................................................... 123
3.5.1 Efeitos físicos ....................................................................................................... 123
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3.5.2 Efeitos biológicos .................................................................................................. 124
3.5.3 Efeitos químicos ................................................................................................... 124
4 COMPOSTOS ORGÂNICOS TÓXICOS .................................................................... 124
4.1 PESTICIDAS ........................................................................................................... 125
4.1.1 Inseticidas organoclorados ................................................................................... 126
4.1.2 Herbicidas ............................................................................................................. 126
LEITURA COMPLEMENTAR ........................................................................................ 127
RESUMO DO TÓPICO 2 ............................................................................................... 129
AUTOATIVIDADE ......................................................................................................... 130
TÓPICO 3 – A CAMADA DE OZÔNIO E OS GASES DE EFEITO ESTUFA ............... 131
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 131
2 A QUÍMICA DA CAMADA DE OZÔNIO ..................................................................... 131
2.1 A CAMADA DE OZÔNIO ......................................................................................... 131
2.2 FORMAÇÃO DO OZÔNIO NA ESTRATOSFERA ................................................... 133
2.3 O EFEITO PROTETOR DA CAMADA DE OZÔNIO ................................................ 134
2.4 DESTRUIÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO .............................................................. 135
2.5 CONSEQUÊNCIAS DA DESTRUIÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO ....................... 137
3 O EFEITO ESTUFA .................................................................................................... 138
3.1 EFEITO ESTUFA INTENSIFICADO E O AUMENTO DOS GASES ESTUFA ......... 140
3.1.1 Protocolo de Kyoto ............................................................................................... 141
3.2 AQUECIMENTO GLOBAL E AS MUDANÇAS CLIMÁTICAS .................................. 142
LEITURA COMPLEMENTAR ........................................................................................ 144
RESUMO DO TÓPICO 3 ............................................................................................... 147
AUTOATIVIDADE ......................................................................................................... 149
AVALIAÇÃO .................................................................................................................. 150
UNIDADE 3 – A QUÍMICA DA ÁGUA ........................................................................... 151
TÓPICO 1 – IMPORTÂNCIA E PROPRIEDADES DAS ÁGUAS E CICLO 
HIDROLÓGICO ............................................................................................................. 153
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 153
2 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA ......................................................................................... 153
2.1 A ORIGEM DA ÁGUA .............................................................................................. 156
3 CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADE DAS ÁGUAS ............................................ 156
4 CICLO HIDROLÓGICO .............................................................................................. 160
LEITURA COMPLEMENTAR ........................................................................................ 164
RESUMO DO TÓPICO 1 ............................................................................................... 167
AUTOATIVIDADE ......................................................................................................... 168
TÓPICO 2 – A QUÍMICA DA ÁGUA ............................................................................. 169
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 169
2 O OXIGÊNIO NA ÁGUA ............................................................................................ 171
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2.1 DECOMPOSIÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA EM ÁGUA ....................................... 172
3 A ACIDEZ E O DIÓXIDO DE CARBONO NA ÁGUA ................................................ 174
3.1 O DIÓXIDO DE CARBONO NA ÁGUA .................................................................... 175
4 A ALCALINIDADE DA ÁGUA .................................................................................... 177
5 COMPLEXAÇÃO E QUELAÇÃO .............................................................................. 178
6 INTERAÇÕES QUÍMICAS ENVOLVENDO SÓLIDOS, GASES E ÁGUA ................ 179
7 COLOIDES NA ÁGUA ............................................................................................... 180
LEITURA COMPLEMENTAR ........................................................................................ 180
RESUMO DO TÓPICO 2 ............................................................................................... 183
AUTOATIVIDADE .........................................................................................................185
TÓPICO 3 – POLUIÇÃO E TRATAMENTO DAS ÁGUAS ........................................... 186
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 186
2 NATUREZA E TIPOS DE POLUENTES DA ÁGUA .................................................. 186
3 INDICADORES DE POLUIÇÃO DA ÁGUA ............................................................... 190
3.1 INDICADORES FÍSICOS ........................................................................................ 190
3.2 INDICADORES QUÍMICOS .................................................................................... 191
3.3 INDICADORES BIOLÓGICOS ................................................................................ 192
4 OS METAIS ................................................................................................................ 192
4.1 CÁDMIO .................................................................................................................. 193
4.2 CHUMBO ................................................................................................................. 193
4.3 MERCÚRIO ............................................................................................................. 194
5 POLUENTES ORGÂNICOS ...................................................................................... 195
5.1 BIOACUMULAÇÃO ................................................................................................. 195
5.2 BIOMAGNIFICAÇÃO ............................................................................................... 195
6 PROCESSO DE TRATAMENTO DAS ÁGUAS ......................................................... 197
LEITURA COMPLEMENTAR ........................................................................................ 199
RESUMO DO TÓPICO 3 ............................................................................................... 202
AUTOATIVIDADE ......................................................................................................... 203
AVALIAÇÃO .................................................................................................................. 204
REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 205
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UNIDADE 1
OS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS E A QUÍMICA DO 
SOLO
OBjEtIvOS DE AprENDIzAGEM
 Os objetivos desta unidade são:
	apresentar os conceitos e a importância da química ambiental;
	entender a dinâmica dos ciclos biogeoquímicos e a importância 
do equilíbrio entre o meio ambiente e as atividades antrópicas;
	compreender as principais características e interações com o meio 
ambiente com a química do solo;
	identificar os principais contaminantes do solo e suas fontes;
	verificar os processos de remediação do solo.
TÓPICO 1 – O MEIO AMBIENTE E CICLOS 
BIOGEOQUÍMICOS
TÓPICO 2 – A QUÍMICA DO SOLO
TÓPICO 3 – PROPRIEDADES FÍSICAS, 
CONTAMINAÇÃO E REMEDIAÇÃO DO 
SOLO
pLANO DE EStUDOS
A Unidade 1 está dividida em três tópicos. Ao final de cada um 
deles, leituras complementares e atividades estarão à sua disposição 
para a melhor compreensão dos conteúdos abordados.
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O MEIO AMBIENTE E CICLOS 
BIOGEOQUÍMICOS
2 INTRODUÇÃO À QUÍMICA AMBIENTAL
TÓPICO 1
Para a maior parte das pessoas, a química ambiental é uma área do conhecimento que 
surgiu dentro da química recentemente, devido à conscientização dos cidadãos e empresas 
sobre os danos causados pelas atividades antrópicas, tanto em seus lares, como nas indústrias. 
Estas atividades antrópicas geram efluentes e resíduos, sólidos, líquidos e gasosos que, de 
uma maneira ou outra, têm seu destino final na atmosfera, nos solos e nos corpos d’água, 
naturais e artificiais, continentais, costeiros ou nos oceanos. A maioria desses efluentes e 
resíduos constituem-se em materiais ricos em nutrientes, como o carbono, nitrogênio e fósforo, 
e contaminantes orgânicos e inorgânicos, que são os responsáveis pela degradação ambiental 
crescente que nossos ecossistemas vêm sofrendo e as próprias consequências negativas para 
o homem (MOZETO; JARDIM, 2002).
No entanto, essa preocupação não é recente, pois já no século XVII, no Reino Unido, 
havia preocupação com a devastação do meio ambiente em regiões onde se fazia a extração 
do carvão. Em um periódico da Nature de 1872, encontra-se uma meticulosa análise da 
qualidade do ar nas cidades de Londres e Manchester, inclusive apontando para o perigo das 
altas concentrações de SO2 observadas naquelas atmosferas urbanas (THORPE, 1872 apud 
JARDIM, 2001). 
UNIDADE 1
1 INTRODUÇÃO
No primeiro tópico desta unidade apresentaremos uma introdução à química ambiental. 
Para iniciarmos nossos estudos, abordaremos os ciclos biogeoquímicos, buscando explanar 
o que são os ciclos biogeoquímicos. A partir disso, adentraremos nos diferentes ciclos 
biogeoquímicos: nitrogênio, fósforo, enxofre e carbono. 
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FONTE: Adaptado de: <http://www.engenhariaambiental.unir.br/admin/prof/arq/apostila-
especialicacao-2.pdf>. Acesso em: 20 dez. 2013.
Já na década de 70 é possível observar alguns resultados diante da organização 
e mobilização da sociedade, agora protegida por uma legislação ambiental cada vez mais 
restritiva, preocupada com o destino dos compostos químicos no meio ambiente, com a 
avaliação de risco ambiental e com o risco de exposição às novas moléculas sintéticas. A 
partir dos anos 80, a questão ambiental ganhou amplitude. É um tema de discussão em 
todos os segmentos da sociedade. Porém, a democratização da discussão sobre as questões 
ambientais tem sido um dos principais fatores para um maior conhecimento dos processos de 
degradação ambiental e para o aprimoramento de uma legislação pertinente. Os problemas 
de poluição/degradação ambiental ainda sofrem com a desinformação, dificultando a escolha 
da melhor opção preventiva ou corretiva para o problema. Parte dessa desinformação se deve 
às questões econômicas e políticas conduzidas por determinados setores econômicos, assim, 
como por um erro histórico que os químicos cometeram, por deixar a sociedade sem respostas 
quando questionaram os riscos relacionados à produção, uso e descarte de vários compostos 
sintéticos, como, por exemplo, os agrotóxicos (JARDIM, 2001). Estes são alguns dos fatos que 
demonstram que a química ambiental já era praticada há muito tempo.
 
Porém, no Brasil, somente em 1994 é que foi criada a Divisão de Química Ambiental 
na Sociedade Brasileira de Química (SBQ), com o propósito de abrigar a produtividade técnica 
e científica dos técnicos e pesquisadores que já, há alguns anos, trabalhavam nesta área de 
concentração (MOZETO; JARDIM, 2002).
 
Chega-se a uma definição da Química Ambiental: é uma ciência que “estuda as fontes, 
as reações, o transporte, os efeitos e o destino de espécies na hidrosfera, na atmosfera, na 
geosfera, na biosfera e na antroposfera, além dos efeitos das atividades humanas” (MANAHAN, 
2013, p. 28). Assim, a Química Ambiental não é a divisão da química que faz o monitoramento 
ambiental, mas, sim, desvenda os mecanismos que definem e controlam a concentração das 
espécies químicas que serão monitoradas. Com isso, as iniciativas dos projetos de pesquisa 
no âmbito da Química Ambiental adquirem um caráter multidisciplinar e interdisciplinar e 
são integrados com outras áreas da ciência como a biologia, ecologia, geologia, engenharia 
ambiental, física, meteorologia, entre outras. Portanto, todas as questões abordadas que 
A partir da década de 60, a sociedade foitomada por uma nova ordem, quando a 
informação transformou nosso planeta em um sistema único e interligado. Ficamos cientes 
que o uso dos pesticidas estava colocando em risco a nossa saúde (contaminando alimentos 
e as águas), que o lixo urbano e industrial era descartado inadequadamente e que o ar estava 
se tornando irrespirável. O modelo econômico já se apresentava obsoleto, tratando o planeta 
Terra como finito e limitado, como se fosse algo infinitamente rico e capaz de prover recursos 
naturais ilimitados a uma população que crescia assustadoramente. Este sistema via a indústria 
química como um mero transformador desses recursos naturais em bens de consumo, sem 
se importar com os rejeitos impactantes gerados nessas transformações (JARDIM, 2001).
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FIGURA 1 – RELAÇÃO SISTÊMICA DA QUÍMICA AMBIENTAL COM OS ECOSSISTEMAS
FONTE: Adaptado de: Lenzi e Favero (2011, p. 81)
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TA! �
Caro(a) acadêmico(a)! Você sabia que o conceito de visão 
sistêmica foi desenvolvido por Karl Ludwig von Bertalanffy, na 
década de 50, quando se criou a chamada Teoria Geral dos 
Sistemas? Esta teoria aborda que os sistemas podem ser definidos 
como um conjunto de elementos em inter-relação entre si e com 
o ambiente, denotando interdisciplinaridade, multidisciplinaridade 
e transdisciplinaridade.
Para os processos de ensino, elaboração de projetos e aplicação da Química Ambiental de 
forma sistêmica, há a necessidade de se contemplar alguns quesitos, conforme a figura a seguir. 
digam respeito a processos naturais e ou afetados por ações antrópicas, tanto da atmosfera, 
da hidrosfera e da litosfera, precisam ser tratadas de forma sistêmica e integrada. A Química 
Ambiental vai além dos horizontes da química convencional, agregando uma dimensão social e 
econômica, propiciando integração com as outras ciências, sendo uma das principais ciências 
que compõem a dimensão da sustentabilidade (MOZETO; JARDIM, 2002). 
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FIGURA 2 – QUESITOS PARA ADEQUAÇÃO SISTÊMICA NO ÂMBITO DA QUÍMICA AMBIENTAL
FONTE: Adaptado de: Mozeto e Jardim (2002, p. 8-9)
3 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Caro(a) acadêmico(a), neste momento estudaremos o que são os ciclos biogeoquímicos, 
bem como o ciclo biogeoquímico do nitrogênio, do fósforo, do enxofre e do carbono. 
3.1 O QUE SÃO OS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS?
A natureza apresenta-se de forma dinâmica e nos seus mais variados aspectos encontra-
se em permanentes transformações. Os promotores destas transformações são diversos, onde 
alguns dependem de fatores internos (estrutura própria), entre eles: desequilíbrios físicos, 
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químicos e biológicos, que tendem sempre a um estado de equilíbrio. Outros são de ordem 
externa, como a radiação solar, interações gravitacionais, entre outros. E o terceiro fator a 
promover tais transformações é a atividade antrópica (LENZI; FAVERO, 2011).
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Devemos nos lembrar de que Lavoisier, que foi considerado o pai 
da química moderna, concluiu por meio de seus experimentos 
e observações, que “na natureza nada se cria, nada se perde, 
tudo se transforma” (LENZI; FAVERO, 2011, p. 79).
Todos os elementos químicos, inclusive aqueles elementos essenciais para a vida, 
tendem a circular na biosfera em caminhos característicos, que vão do ambiente para o 
organismo e de volta para o ambiente. Assim, podemos considerar a atmosfera, hidrosfera, 
litosfera e biosfera como componentes do sistema Terra, tendo a função de reservatórios 
biogeoquímicos que armazenam elementos químicos terrestres, associados a processos que 
os transportam de um componente a outro, conforme a figura a seguir. Portanto, os ciclos 
biogeoquímicos promovem o fluxo dos elementos químicos de um reservatório a outro (PRESS 
et al., 2006). Esses caminhos ou movimentos mais ou menos cíclicos são conhecidos como ciclos 
biogeoquímicos (ODUM; BARRETT, 2011, BRAGA et al., 2005, DERISIO, 2012). Bio, porque 
está relacionado com os organismos vivos que interagem no processo de síntese orgânica e 
decomposição dos elementos. Geo, porque está relacionado com o meio terrestre, é a fonte 
dos elementos. E químicos, porque faz relação com os ciclos de elementos químicos. Assim, 
a biogeoquímica é a ciência que estuda a troca ou o fluxo de matéria entre os componentes 
vivos e físico-químicos da biosfera (BRAGA et al., 2005; ODUM; BARRETT, 2011).
FIGURA 3 – PROCESSOS DE TRANSPORTE ENTRE OS COMPONENTES DO SISTEMA TERRA
FONTE: Press et al. (2006, p. 599)
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As relações entre espécies e ambiente físico caracterizam-se por uma constante troca 
de elementos em uma atividade cíclica, que, por compreender aspectos de etapas biológicas, 
físicas e químicas alternantes, é conhecido como ciclo biogeoquímico. Este fenômeno, porém, 
é estritamente cíclico apenas em relação ao aspecto químico, pois estes compostos químicos 
alterados se reconstituem ao final de cada ciclo, enquanto que o aspecto físico das rochas não 
se regenera, necessariamente. Com isso, existe uma espécie de intercâmbio contínuo entre o 
meio físico (abiótico) e com o conjunto de seres vivos (biótico), sendo esse intercâmbio de tal 
forma equilibrado, em relação à troca de elementos entre os dois meios, que estes se mantêm 
praticamente constantes (DERISIO, 2012).
 
Mesmo que a fonte primária de energia (radiação solar) seja inesgotável, a matéria-prima 
necessária à síntese orgânica e a sucessivas transformações energéticas existe em quantidade 
limitada no meio, devendo, ser recirculado, tornando obrigatória a troca recíproca e contínua 
de elementos químicos entre o meio biótico e abiótico. O intercâmbio de elementos químicos 
é acompanhado de ganhos e perdas de energia, que geram um ciclo entre o meio biológico e 
o meio geofísico. Com a existência dos ciclos biogeoquímicos é atribuído à biosfera um poder 
importante de autorregulação, assegurando a sustentabilidade dos ecossistemas. Em cada 
um dos ciclos biogeoquímicos, existe um compartimento que funciona como reservatório do 
nutriente, constituindo um componente muito grande em relação aos demais, de modo a garantir 
o escoamento lento e regularizado do elemento em questão (DERISIO, 2012).
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Caro(a) acadêmico(a)! Não podemos esquecer que o ECOSSISTEMA 
é uma unidade que inclui todos os organismos de uma determinada 
área interagindo com o meio físico, de forma a originar um fluxo 
de matéria e energia (DERISIO, 2012).
O movimento dos elementos e compostos inorgânicos essenciais para a vida pode ser 
convenientemente designado de ciclagem dos nutrientes. Esses elementos, entre 30 e 40, são 
incorporados aos organismos na forma de compostos orgânicos complexos ou ainda participam 
de uma série de reações químicas essenciais às atividades dos seres vivos. Portanto, um 
elemento essencial disponível para os produtores, em forma molecular ou iônica, receberá 
o nome de nutriente (BRAGA, et al., 2005). Alguns elementos essenciais, como o carbono, 
o hidrogênio, o oxigênio e o nitrogênio, são necessários em grandes quantidades. Já outros, 
são necessários em pequenas ou até minúsculas quantidades. Desta forma, qualquer que 
seja o volume necessário, os elementos essenciais exibem ciclos biogeoquímicos definidos. 
Os elementos não essenciais, ou seja, aqueles elementos que não são exigidos para a vida, 
também circulam e frequentemente fluem com os elementos essenciais, pelo ciclo hidrológico, 
ou por afinidade química (ODUM; BARRETT, 2011).
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Os nutrientes são divididos em dois grandes grupos conforme apresentado na figura 
a seguir. 
FIGURA 4 – CLASSIFICAÇÃODOS NUTRIENTES
FONTE: Adaptado de: Braga et al.(2005)
Assim, também cada ciclo de nutriente pode ser convenientemente dividido em dois 
compartimentos ou estoques, conforme a figura a seguir. Muitos elementos têm múltiplos 
estoques reservatórios e alguns podem ter múltiplos estoques de ciclagem ou lábeis (ODUM; 
BARRETT, 2011). 
FIGURA 5 – DIVISÃO DOS CICLOS DE NUTRIENTES
FONTE: Adaptado de: Odum e Barrett (2011)
Em termos de ecossistema, os ciclos bioquímicos são caracterizados em dois grupos 
básicos conforme a figura a seguir. 
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FIGURA 6 – CARACTERIZAÇÃO DOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS EM RELAÇÃO AO 
ECOSSISTEMA
FONTE: Adaptado de: Odum e Barrett (2011) e Braga et al.(2005)
Nos ciclos sedimentares (fósforo, enxofre, cálcio, magnésio, potássio, entre outros), 
o reservatório que supre os elementos e os recebe de volta é a litosfera. Nos ciclos gasosos 
(carbono, nitrogênio, oxigênio, entre outros), o reservatório é a atmosfera. A dissipação de 
alguma forma de energia é sempre necessária para acionar os ciclos biogeoquímicos (BRAGA 
et al., 2005, ODUM; BARRETT, 2011).
Na tabela a seguir podemos observar o tamanho dos reservatórios e os tempos de 
renovação de quatro elementos biologicamente ativos. 
TABELA 1 – TAMANHO DE RESERVATÓRIOS E TEMPOS DE RENOVAÇÃO DE ELEMENTOS 
BIOLOGICAMENTE ATIVOS
Reservatório Quantidade Tempo de renovação*
Nitrogênio (1012 g N)
Atmosfera (N2) 4 x 10
9 107
Sedimentos 5 x 108 107
Oceano (N2 dissolvido) 2,2 x 10
7 1000
Oceano (inorgânico) 6 x 105
Solo 3 x 105 2000
Biomassa terrestre 1,3 x 104 50
Atmosfera (N2O) 1,4 x 10
4 100
Biomassa marinha 4,7 x 102
Enxofre (1012 g S)
Litosfera 2 x 1010 108
Oceano 3 x 109 106
Sedimentos 3 x 108 106
Solos 3 x 105 103
Lagos 300 3
Biota marinha 30 1
Atmosfera 4,8 8 – 25 dias
Fósforo (1012 g P)
Sedimentos 4 x 109 2 x 108
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Continente 2 x 105 2000
Oceano profundo 8,7 x 104 1500
Biota terrestre 3000 ~50
Oceano superficial 2700 2,6
Atmosfera 0,028 dias
Carbono (1012 g C)
Sedimentos, rochas 77 x 106 >106
Oceano profundo (CID, carbono orgânico dissolvido) 38000 2000
Solos 1500 <10-105
Oceano superficial décadas 1000 Décadas
Atmosfera 750 5
Oceano profundo (COD, carbônico orgânico dissolvido) 700 5000
Biomassa terrestre 550-680 50
Sedimentos superficiais 150 0,1-1000
Biomassa marinha 2 0,1-1
*Tempo de renovação em anos, a menos que citado de outra forma.
FONTE: Adaptado de: Odum; Barrett (2011, p. 144)
Os elementos químicos quase nunca estão distribuídos de forma homogênea na 
natureza, nem estão presentes na mesma composição química em todo o ecossistema. 
Muitas vezes, a porção reservatório é chamada de estoque indisponível, e o estoque ativo 
em circulação, de estoque disponível. Para exemplificar podemos citar as análises que os 
agrônomos fazem, quantificando a fertilidade do solo estimando a concentração de nutrientes 
trocáveis – a parte pequena do conteúdo de nutrientes total do solo que logo se torna disponível 
para as plantas. Porém, estas afirmações são admissíveis desde que seja compreendido de 
que estes termos são relativos. Um átomo no estoque reservatório não está, necessariamente, 
indisponível para os organismos, porque existem fluxos lentos entre os componentes disponíveis 
e indisponíveis. Os métodos usados para quantificar nutrientes trocáveis em testes de solo são 
apenas indicadores aproximados. O tamanho relativo dos estoques reservatório é importante 
quando se avaliam os efeitos antrópicos sobre os ciclos biogeoquímicos. Assim, temos que, 
geralmente, os menores estoques reservatório serão os primeiros afetados pelas mudanças 
nos fluxos dos elementos. Exemplificando, a quantidade de carbono na atmosfera é uma parte 
muito pequena do total de carbono na biosfera, contudo uma mudança nesse estoque tem 
um grande efeito na temperatura da Terra. Atualmente, o ser humano exibe os 40 elementos 
essenciais e também todos os outros elementos, incluindo os sintéticos, acelerando de tal forma 
a circulação de muitos materiais que os processos autorreguladores que tendem a manter a 
homeorese são suprimidos, ao passo que os ciclos de nutrientes tendem a se tornar imperfeitos 
ou acíclicos. Assim, o objetivo da conservação dos recursos naturais em um sentido mais amplo 
é fazer com que os processos acíclicos se tornem mais cíclicos (ODUM; BARRETT, 2011).
Portanto, agora iremos estudar mais profundamente os ciclos biogeoquímicos de alguns 
elementos químicos, como o nitrogênio, fósforo, enxofre e o carbono. O ciclo biogeoquímico 
do oxigênio será abordado com mais detalhes na Unidade 2 e o ciclo biogeoquímico da água 
será abordado na Unidade 3. 
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3.2 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO NITROGÊNIO
Caro(a) acadêmico(a)! O ciclo biogeoquímico do nitrogênio é uma dos ciclos biogeoquímicos 
mais importantes, por isso será estudado com mais aprofundamento. Então vamos lá!
O nitrogênio (N2) é o gás mais abundante na atmosfera, contribuindo com aproximadamente 
78% de sua composição, porém, ele não é reativo, com isso, não pode ser usado diretamente 
por muitos organismos. A atmosfera é o principal reservatório de nitrogênio, sob a forma de N2 
(MANAHAN, 2013). A molécula de N2 é extremamente estável, reagindo quimicamente com 
mais intensidade na termosfera (altitude maior que 90 km) onde pode ser fotolizada ou ionizada 
(DERISIO, 2012, MARTINS et al., 2003, ROCHA; ROSA; CARDOSO, 2009).
O nitrogênio é um constituinte de muitos compostos encontrados na natureza, pois 
este elemento químico possui grande capacidade de fazer ligações químicas, com números 
de oxidação variando de (–3) a (+5). 
Os constituintes minoritários, como o óxido nitroso (N2O), óxido nítrico (NO), dióxido 
de nitrogênio (NO2), ácido nítrico (HNO3) e amônia (NH3) são quimicamente reativos e têm 
importância significativa nos impactos ambientais da atualidade, como a chuva ácida, poluição 
atmosférica, aerossóis atmosféricos e a depleção da camada de ozônio. 
FONTE: Disponível em: <http://pt.slideshare.net/carooolmarques/ciclo-do-nitrognio-26436093>. 
Acesso em: 20 dez. 2013.
O óxido nítrico e o dióxido de nitrogênio são rapidamente interconversíveis e coexistindo 
em equilíbrio dinâmico. Assim, a soma das duas espécies químicas geralmente é referida como 
óxidos de nitrogênio (NOx) onde NOx= NO + NO2 (MARTINS et al., 2003).
O nitrogênio é um elemento químico essencial à vida, como, por exemplo, é constituinte 
dos aminoácidos, que formarão as proteínas e, portanto, fazem parte do DNA. Os animais 
utilizam-se do nitrogênio incorporado em compostos orgânicos (aminoácidos e proteínas), 
enquanto que plantas e algas utilizam-se do nitrogênio sob a forma de íons nitrato (NO3
-) ou 
íons amônio (NH4
+) (MARTINS et al., 2003; ROCHA; ROSA; CARDOSO, 2009).
O ciclo biogeoquímico do nitrogênio, apresentado na figura a seguir, é um dos mais 
importantes e complexos ciclos globais. Este ciclo descreve um processo dinâmico de 
intercâmbio de nitrogênio entre a atmosfera, a matéria orgânica e compostos inorgânicos.
FONTE: Adaptado de: <http://qnint.sbq.org.br/qni/visualizarTema.php?idTema=7>. Acesso em: 20 
dez.2013.
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FIGURA 7 – CICLO BIOGEOQUÍMICO DO NITROGÊNIO
FONTE: Martins et al.(2003, p. 34)
Ao analisarmos a figura anterior, podemos verificar que no ciclo do nitrogênio existem 
quatro mecanismos reacionais básicos: fixação do nitrogênio atmosférico em nitratos, 
amonificação, nitrificação e desnitrificação (BRAGA et al., 2005).
FIGURA 8 – PRINCIPAIS REAÇÕES QUÍMICAS DO CICLO DO NITROGÊNIO
FONTE: O autor
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3.2.1 Fixação do nitrogênio atmosférico 
A fixação do nitrogênio atmosférico é o processo pelo qual o N2 (gasoso ou simplesmente 
“g”) atmosférico reage para formar outro composto nitrogenado. Assim, o nitrogênio transforma-
se em outra forma de composto que contém o nitrogênio da atmosfera. Este processo acontece 
de formas variadas, entre elas as descargas elétricas, combustão, indústria e por fixação 
simbiótica e assimbiótica (LENZI; FAVERO, 2011). 
3.2.1.1 Descargas elétricas
As descargas elétricas podem acontecer de forma natural, como os raios, relâmpagos, 
eflúvios elétricos, ou de forma artificial, como por meio do arco voltaico (processo de soldagem, 
por exemplo). Uma descarga elétrica na atmosfera, ou em mistura de N2 e O2, inicialmente 
dissocia as moléculas de N2 e de O2, conforme podemos observar nas reações R-1 e R-2, e 
depois acontece a síntese do NO e NO2 (NOx), conforme apresentado nas reações R-3 e R-4 
(LENZI; FAVERO, 2011). 
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3.2.1.2 Combustão
A combustão (R-5) está presente nos processos energéticos das indústrias, na queima 
dos combustíveis fósseis dos veículos e na queimada das florestas, por consequente estes 
processos químicos são geradores de óxido nitroso (N2O (g)) e óxido nítrico (NO2 (g)). Observe 
a reação R-9. Quando a matéria orgânica (lenha, óleo diesel, gasolina, mato etc.) entra em 
combustão na presença do oxigênio do ar, significa que o nitrogênio do ar (78%) reage com o 
oxigênio, conforme apresentado na reação R-8. Ainda neste processo, por exemplo, o carvão 
aceso (brasa) ou as paredes do cilindro do motor, funcionam como um catalisador da reação 
(R-6 e R-7) (LENZI; FAVERO, 2011).
Cilindros do motor, brasa
3.2.1.3 Indústria
A exportação dos nutrientes e as deficiências do solo (devido à agricultura intensiva) 
levaram o homem a sintetizar uma enorme quantidade de fertilizantes, entre eles os nitrogenados. 
Com isto, milhares de toneladas de nitrogênio atmosférico são retirados da atmosfera e 
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devolvidos ao solo. A principal molécula para a produção dos fertilizantes nitrogenados é o gás 
amônia, NH3(g), que é sintetizado por diversas rotas metabólicas. A seguir vejamos a reação de 
síntese da amônia (R-10) conhecida como rota sintética de Claude (LENZI; FAVERO, 2011).
3.2.1.4 Fixação simbiótica e assimbiótica
A fixação do nitrogênio é um processo que utiliza muita energia para quebrar a tripla 
ligação molecular de N2 de forma que possa ser convertida em duas moléculas de amônia (NH3). 
Somente os procariontes podem converter biologicamente o N2 inútil em nitrogênio utilizável 
para construir e manter as células vivas. Quando esses microrganismos (como o exemplo 
do Rhizobium leguminosarum) vivem em simbiose com algumas espécies de leguminosas, 
aumenta muito a fixação de nitrogênio. A planta fornece uma residência nos nódulos da raiz 
ou na cavidade da folha, protegendo os micróbios do excesso de O2 (que inibe a fixação de 
N2) e os supre com energia. Em troca, a planta obtém um suprimento de nitrogênio fixado 
prontamente assimilável (LENZI; FAVERO, 2011, ODUM; BARRETT, 2011). 
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A simbiose é o processo de vida em comum entre dois seres 
de raças distintas, em que cada um tem seus benefícios desta 
convivência. 
Existe também a fixação assimbiótica do nitrogênio, realizada pelos microrganismos 
heterotróficos. Por exemplo, as bactérias quimiossintetizantes Nitrosomonas (converte amônia 
em nitrito) e Nitrobacter (converte nitrito em nitrato) obtêm energia da degradação da matéria 
orgânica, ao passo que as bactérias desnitrificantes e fixadoras de nitrogênio requerem energia 
de outras fontes para completar as suas respectivas transformações. Existe também um ciclo 
curto do nitrogênio na biosfera viva, onde os organismos heterotróficos degradam as proteínas 
por meio de enzimas e excretam o nitrogênio excedente sob a forma de ureia, ácido úrico ou 
amônio. O fator determinante para a biofixação é a enzima nitrogenase, que catalisa a quebra 
de N2 (ODUM; BARRETT, 2011). 
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3.2.2 Amonificação e nitrificação
A transformação do nitrogênio orgânico (N-orgânico) na forma mineral de amônio 
(NH4
+), é denominada amonificação e a transformação do amônio em nitrito (NO2
-) e nitrato 
(NO3
-), é chamada de nitrificação (ver reação R-11). Estas reações são promovidas pela ação 
de microrganismos, como o Rhizobium leguminosarum (LENZI; FAVERO, 2011).
O nitrogênio total que está presente na fase sólida e líquida dos componentes da 
hidrosfera, geosfera e biosfera pode ser agrupado nas formas apresentadas na figura a seguir. 
FIGURA 9 – FORMAS EM QUE SE PODE ENCONTRAR O NITROGÊNIO 
NAS FASES SÓLIDA E LÍQUIDA DOS COMPOSTOS DA 
HIDROSFERA, GEOSFERA E BIOSFERA
FONTE: Adaptado de: Lenzi e Favero (2011, p. 85)
O N-orgânico representa 85% a 95% do nitrogênio total existente nas fases sólida e 
líquida dos materiais terrestres. O maior percentual do nitrogênio do solo está nas proteínas, 
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derivado dos vegetais e animais mortos. A decomposição destes materiais orgânicos em 
seus componentes inorgânicos (minerais) e componentes orgânicos (aminoácidos) por 
organismos vivos denomina-se mineralização. O nitrogênio é transformado em parte a amônio 
(NH4
+) em ambiente anaeróbico e em nitrato (NO3
-) em ambiente aeróbico, correspondendo 
ao N-inorgânico. A outra parte permanece na forma de aminoácidos que continua reagindo, 
formando os materiais húmicos, etapa esta conhecida como humificação (LENZI; FAVERO, 
2011).
 
O nitrogênio na forma de NH4
+ e NO3
- pode seguir caminhos diferentes, como:
a) Reabsorvido pelas plantas: dentro do ciclo do nitrogênio as formas NH4
+ e NO3
- são as 
formas assimiláveis pelas plantas, como um dos macronutrientes utilizados na formação de 
aminoácidos, proteínas, enzimas, entre outros. 
b) Lixiviado e percolado: as formas iônicas de NH4
+ e NO3
- são hidratadas, formando com a 
água uma unidade do tipo NH4
+
(aq) e NO3
-
(aq) que são solúveis na solução do solo e na água 
da chuva, sendo lixiviadas e/ou percoladas, alcançando algum fluxo d'água bem distante do 
local de formação. 
c) Trocado e fixado: as micelas coloidais dispersas na solução do solo contém cargas elétricas 
negativas criadas por substituições isomórficas (no caso das argilas – micelas minerais) ou 
por mudança de pH (micelas orgânicas e também minerais). Estas cargas elétricas negativas 
(podendo ser positivas) atraem o íon NH4
+ fixando-o à micela. 
d) Desnitrificação: a desnitrificação é um conjunto de processos biológicos e abiológicos que 
promovem a redução de nitratos, como a N2(g) e a consequente perda de nitrogênio do solo 
(LENZI; FAVERO, 2011). 
3.2.3 Desnitrificação
Caro(a) acadêmico(a)! Agora estudaremos a desnitrificação biológica e a desnitrificação 
não biológica.
3.2.3.1 Desnitrificação biológica
A desnitrificação é realizada por muitos microrganismos, entre eles os de natureza 
heterotrófica (Pseudomonas sp; Xanthomonas sp, Bacillus sp, entre outros) e os de natureza 
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autotrófica (Micrococcus denitrificans e Thiobaccillus denitrificans). A maioria é de natureza 
anaeróbica. Seguem as etapas da reação de desnitrificação (LENZI; FAVERO, 2011): 
A partir dessa etapa o processo pode seguir dois caminhos:
Quando o pH > 7,0:
Quando o pH < 7,0:
3.2.3.2 Desnitrificação não biológica
Esta reação é resultante de uma sequência de reações químicas entre os diferentes 
compostosnitrogenados presentes no solo natural ou adicionados como fertilizantes. Portanto, 
dependendo das condições do solo ou do composto, o nitrogênio pode ser perdido na forma 
de NH3(g), NO(g), NO2(g) e N2(g) (LENZI; FAVERO, 2011). 
a) Os fertilizantes que contêm amônio NH4
+, num ambiente básico e temperatura adequada 
(25- 35°C), sofre a reação R-16: 
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b) Em situações em que se forma o ácido nitroso (HNO2) este pode se decomposto e liberar 
os NOx, conforme reações de R-17 a R-18.
c) O nitrogênio (N2(g)) pode ser volatilizado a partir de nitritos do solo conforme as reações R-19 
até R-21. 
d) Em condições adequadas de acidez e temperatura pode-se perder o N2(g) conforme a reação 
R-22. 
e) A ureia aplicada ao solo, dependendo das condições pode provocar a perda de nitrogênio, 
conforme a reação R-23. 
Onde, o carbonato de amônio, pode seguir dois caminhos. 
1. De compor-se nas condições ambientes e perder NH3(g) para a atmosfera: 
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2. Ou encontrar o ácido nitroso e perder N2(g): 
3.2.4 Efeitos prejudiciais do excesso de nitrogênio
A produção e utilização de fertilizantes, os cultivos de leguminosas e a queima de 
combustíveis fósseis depositam mundialmente, aproximadamente 140 Tg/ano (teragramas por 
ano) de nitrogênio novo no solo, na água e no ar. Este incremento antrópico quase equivale 
às estimativas de nitrogênio fixado de forma natural. Só o esgoto humano e os excrementos 
de animais domésticos contribuem com, quase a metade desse valor e a maior parte destas 
entradas escapam para o solo ou cursos de água ou são misturadas a metais pesados e outras 
toxinas, não participando do processo de reciclagem (ODUM e BARRETT, 2011).
 
A maioria dos ecossistemas naturais e das espécies nativas está adaptada aos 
ambientes com teores de nutrientes reduzidos. O problema se inicia com o enriquecimento 
com nitrogênio e outros nutrientes, favorecendo o desenvolvimento de espécies oportunistas 
chamadas ervas daninhas, adaptadas aos altos teores de nutrientes. 
Todo evento que prejudica os ecossistemas naturais também se torna prejudicial 
para os seres humanos. Assim, o excesso de componentes a base de nitrogênio na água 
de abastecimento, na comida, e no ar põe em risco a saúde humana. O enriquecimento por 
nitrogênio vem reduzindo a biodiversidade e aumentando o número de pragas e doenças em 
nível mundial, afetando de maneira adversa a saúde humana (ODUM e BARRETT, 2011).
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Caro(a) acadêmico(a)! Você sabia que o excesso de nitrato 
na água de abastecimento também pode ser causado por 
leguminosas exóticas? A introdução da leguminosa acácia-
negra (Leucaena leucocephala), proveniente das Filipinas, após 
a Segunda Guerra Mundial, envenenou as águas subterrâneas 
de boa parte da ilha de Guam (USA) (ODUM e BARRETT, 2011).
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3.3 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO FÓSFORO
O fósforo é um elemento químico que constitui as moléculas dos ácidos ribonucleico 
(RNA) e desoxirribonucleico (DNA) e componente dos ossos e dentes. O fósforo aparece nos 
organismos em proporção muito maior aos outros elementos químicos quando comparado com 
sua participação nas fontes primárias. Por isso, o fósforo tem grande importância ecológica e 
provavelmente é o fator mais limitante à produtividade primária (BRAGA et al., 2005).
Conforme exemplificado na figura a seguir, o fósforo tende a circular com componentes 
orgânicos na forma de fosfato (PO4), elemento que é novamente disponibilizado para as plantas. 
Porém, o maior depósito do elemento fósforo não é a atmosfera, mas os depósitos minerais de apatita 
(sal de fósforo) formados em épocas geológicas passadas, constituído assim o maior reservatório 
de fosfato ambiental (ODUM; BARRETT, 2011, MANAHAN, 2013). Assim por meio dos processos 
erosivos, ocorre a liberação do elemento fósforo na forma de fosfatos, que serão utilizados pelos 
produtores. Porém, parte desses fosfatos é carregada para os oceanos, onde se perde em depósitos 
a grandes profundidades, ou é consumida pelo fitoplâncton (BRAGA et al., 2005).
FIGURA 10 – CICLO BIOGEOQUÍMICO DO FÓSFORO
FONTE: Braga et al. (2005, p. 32)
Cerca de 5 x 1012 g de fósforo são devolvidas anualmente pela poeira atmosférica e 
aerossóis ao ambiente terrestre, mas o fosfato volta sempre para o mar, onde parte dele é 
depositada nos sedimentos rasos e parte se perde nos sedimentos profundos (ODUM; BARRETT, 
2011). Porém, os meios de retorno do fósforo para os ecossistemas a partir dos oceanos são 
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insuficientes para compensar a parcela que se perde, tendo como principais agentes de retorno 
os peixes e as aves marinhas. Um exemplo deste processo pode ser observado nos depósitos 
de guano (fosfato de cálcio originário dos excrementos das aves marinhas) existentes nas costas 
do Peru e do Chile. Porém, a ação predatória dos seres humanos sobre esses pássaros faz 
com que a taxa de retorno se reduza ainda mais. Ao mesmo tempo em que reduzem a taxa de 
retorno, a ação antrópica, avança na exploração da mineração, na ocupação desordenada do 
solo, no desmatamento e na agricultura, acelerando o processo de perda de fósforo do ciclo. 
Estima-se que, atualmente, de um a dois milhões de toneladas de fosfato são produzidas a 
partir da mineração, só que apenas 60 mil toneladas retornam ao ecossistema (BRAGA et al., 
2005). O que se observa é que as atividades humanas parecem acelerar a taxa de perda de 
fósforo, diminuindo esse ciclo. Porém, segundo Odum e Barrett (2011), não existe razão para 
preocupação imediata com o suprimento para uso do homem, pois as reservas de fosfato são 
abundantes. No entanto, a mineração e o processamento do fosfato para fertilizantes geram 
graves problemas de poluição local. 
Como já estudamos, uma parte significativa do fósforo se perde nos depósitos de 
sedimentos profundos no oceano. Porém, devido aos movimentos tectônicos, existe a 
possibilidade de levantamentos geológicos que tragam novamente o fósforo perdido. Também, 
por meio da reciclagem, o fósforo presente nos compostos orgânicos, é metabolizado pelos 
decompositores e transformado em fosfatos, sendo novamente utilizado pelos produtores. 
Contudo, este processo apresenta perdas, uma vez que os ossos (ricos em fósforo) oferecem 
resistência aos decompositores e à erosão (BRAGA et al., 2005).
O fósforo terá um papel importante no futuro, pois, de todos os macronutrientes, ele é 
o mais escasso em termos de abundância relativa nos depósitos disponíveis na superfície da 
Terra (ODUM; BARRETT, 2011). 
3.4 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO ENXOFRE
Na natureza existem muitos compostos contendo enxofre, pois este elemento possui 
grande capacidade de fazer ligações químicas, apresentando números de oxidação variando 
de (–2) a (+6) (ROCHA; ROSA; CARDOSO, 2009). 
O enxofre é um elemento químico essencial à vida na Terra, onde organismos vivos, 
incluindo plantas, assimilam espécies de enxofre, enquanto que várias formas de enxofre são 
emitidas como produto final de seus metabolismos. 
FONTE: Adaptado de: <http://www.quimica.seed.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.
php?conteudo=1245>. Acesso em: 8 jan. 2014.
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O enxofre representa aproximadamente 0,5% da massa seca de plantas e microrganismos 
e 1,3% do tecido animal (MARTINS et al., 2003). Apesar disso, o ciclo do enxofre é uma das 
peças-chave nos padrões gerais de produção e decomposição (ODUM; BARRETT, 2011).
O ciclo biogeoquímico do enxofre possui um conjunto de transformações entre as 
espécies de enxofre presentes na litosfera, hidrosfera, atmosfera, biosfera eantroposfera, 
conforme apresentado na figura a seguir. 
O elemento enxofre possui um ciclo basicamente sedimentar, embora possuindo uma 
fase gasosa de pouca importância. A principal forma de assimilação do enxofre pelos seres 
produtores é como sulfato inorgânico, sendo produzido por uma série de microrganismos 
com funções específicas de redução e oxidação. A maioria do enxofre que é assimilado é 
mineralizado em processo de decomposição. Porém, sob condições anaeróbias, o enxofre é 
reduzido a sulfetos, dos quais o sulfeto de hidrogênio (H2S) é um composto letal à maioria dos 
seres vivos, principalmente aos ecossistemas aquáticos em grandes profundidades.
FONTE: Adaptado de: <http://pt.slideshare.net/bikengineer/ciclos-biogeoqumico-1s-anos-alterado>. 
Acesso em: 8 jan. 2014.
FIGURA 11 – CICLO BIOGEOQUÍMICO DO ENXOFRE
FONTE: Martins et al. (2003, p. 37)
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Os compostos reduzidos de enxofre, como o H2S, são formados por atividade bacteriana 
anaeróbica no processo de oxidação de carbono orgânico a dióxido de carbono e na redução 
do sulfato (SO4
2-) a sulfeto (S2-). Uma parte destes compostos reage com íons metálicos e são 
fixados na litosfera, como rochas e sedimentos (MARTINS et al., 2003). Ainda sob condições 
anaeróbias e na presença de ferro, o enxofre é precipitado, formando sulfetos férricos e ferrosos. 
Com isso, a produção destes compostos, permite que o fósforo converta-se de insolúvel a 
solúvel, tornando-se utilizável. Esse é um exemplo da inter-relação entre diferentes ciclos de 
minerais ocorrendo em um ecossistema (BRAGA et al., 2005). A relação do fósforo com o ciclo 
do enxofre é mais evidenciada nos sedimentos anaeróbicos das zonas alagadas, sendo locais 
importantes para a reciclagem do nitrogênio e carbono também (ODUM; BARRETT, 2011).
Os processos realizados por microrganismos nas zonas anaeróbicas profundas de 
solos e sedimentos resultam dos movimentos ascendentes de gases de H2S em ecossistemas 
terrestres e pantanosos. A decomposição das proteínas também leva à produção de sulfeto de 
hidrogênio. Quando o H2S chega à atmosfera, é convertido em dióxido de enxofre (SO2), sulfato 
(SO4), dióxido de carbono (CO2) e em minúsculas partículas flutuantes de SO4 (aerossóis de 
enxofre) (ODUM; BARRETT, 2011).
Já em ambientes com oxigênio, bactérias aeróbicas também produzem sulfeto, pela 
decomposição de matéria orgânica contendo enxofre. Os compostos reduzidos de enxofre 
como o sulfeto de hidrogênio (H2S), o dimetilsulfeto (CH3SCH3 ou DMS), o sulfeto de carbonila 
(COS) e o dissulfeto de carbono (CS2) são voláteis e rapidamente escapam para a atmosfera. 
O principal composto biogênico do enxofre é o dimetilsulfeto (CH3SCH3), sendo emitido 
predominantemente por determinadas algas marinhas, como a alga vermelha Polysiphonia 
fastigiata. Uma parte do enxofre deste organismo está na forma de ácido dimetilssulfopropiônico, 
sofrendo decomposição para produzir o dimetilsulfeto, formando um grande reservatório nos 
oceanos (MARTINS et al., 2003).
O DMS presente no oceano é transferido para a atmosfera na ordem de 3% a 10%, porém 
os oceanos são responsáveis por 99% do fluxo global de DMS. A outra parte está relacionada 
com emissões terrestres a partir da vegetação e solos. Na atmosfera, o DMS reage com o 
radical hidroxila OH*, que é o principal responsável pela sua remoção. 
O sulfeto de carbonila (COS) é fornecido ao ecossistema principalmente pelas árvores e 
outras espécies de plantas, onde a queima da biomassa constitui a maior fonte direta antrópica 
do COS. Por apresentar baixa reatividade química, o COS é o gás que contém enxofre, mais 
abundante na atmosfera, possuindo um tempo de vida médio de um ano e meio, permitindo 
que atinja a alta atmosfera, sendo uma importante fonte de SO2 e de sulfato particulado para 
a estratosfera (MARTINS et al., 2003).
Já o sulfeto de hidrogênio (H2S) é um gás mal cheiroso, sendo produzido por bactérias 
específicas. As principais fontes de H2S para a atmosfera são as atividades vulcânicas, 
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oceânicas, a partir de solos e vegetação, a queima da biomassa e as emissões industriais. 
Uma vez presente na atmosfera, o H2S é rapidamente oxidado pelo radical OH*
 (MARTINS et 
al., 2003).
O dissulfeto de carbono (CS2) é um gás que contém enxofre produzido na atmosfera 
pelo ataque de radicais OH* ao sulfeto de carbonila (COS), podendo ser encontrado em fontes 
como as atividades industriais, principalmente na indústria de celulose.
O dióxido de enxofre (SO2) é um dos principais poluentes atmosféricos, sendo emitido 
pela queima dos combustíveis fósseis e pelas atividades industriais como, o refino de petróleo, 
a metalurgia e o cimento, enquanto que a atividade vulcânica é a sua principal fonte natural 
(MARTINS et al., 2003). 
A atmosfera atua como um meio oxidante, fazendo com que os compostos reduzidos 
de enxofre reajam principalmente com radicais OH* e NO3*, sendo oxidados principalmente a 
SO2. Uma vez na atmosfera, o SO2 é oxidado, tanto na fase gasosa, quanto na fase aquosa 
(chuva, neblina, nevoeiro), produzindo o ácido sulfúrico (H2SO4) ou partículas neutralizadas sob 
forma de sulfato. A sequência das reações R-27 até R-31 representa o processo de conversão 
do H2S a SO2 (MARTINS et al., 2003).
Os outros compostos reduzidos de enxofre, também sofrem reação com o radical OH*, 
apresentando-se como o principal processo de oxidação na fase gasosa da atmosfera. Já o 
DMS reage com radical NO3*, em que este processo se torna importante na remoção deste 
gás, em atmosferas poluídas por óxidos de nitrogênio (NOx) (MARTINS et al., 2003).
A oxidação por radical OH* também é responsável pela conversão do SO2 na fase 
gasosa da atmosfera, conforme apresentado nas reações R-32 e R-33.
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Já o trióxido de enxofre (SO3) formado reage rapidamente com a água, produzindo o 
ácido sulfúrico (H2SO4), conforme apresentado na reação R-34.
O dióxido de enxofre possui boa solubilidade em água, logo, a fase aquosa da atmosfera 
contém SO2 dissolvido, ou ainda moléculas de enxofre no estado de oxidação +4, sulfito (SO3
2-) 
e bissulfito (HSO3
-), conforme apresentado nas reações R-35 à R-37 (MARTINS et al., 2003).
A ação antrópica vem contribuindo na interferência do ciclo biogeoquímico do enxofre 
por meio de grandes quantidades de dióxido de enxofre liberadas nos processos de queima 
de carvão e óleo combustível em indústrias e usinas termoelétricas e outros. O dióxido de 
enxofre possui efeitos danosos ao organismo, além de provocar, efeitos danosos também nos 
ecossistemas por meio da chuva ácida e do smog fotoquímico (BRAGA et al., 2005). 
Caro(a) acadêmico(a)! Estes processos de poluição provocados pelo SO2 serão 
estudados mais profundamente na Unidade 2.
3.5 CICLO BIOGEOQUÍMICO DO CARBONO
É indiscutível a importância do carbono e de seus compostos, fazendo parte de toda a 
matéria orgânica e de tudo o que tem vida, fundamentais na respiração, fotossíntese e regulação 
do clima (MARTINS et al., 2003). Existe uma grande variedade de compostos de carbono 
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envolvidos no seu ciclo global, os quais podem ser sólidos, líquidos e gasosos, e muitos deles 
são produzidos por organismos vivos (ROCHA; ROSA; CARDOSO, 2009). 
Podemos observar no ciclo biogeoquímico do carbono (conforme figura a seguir) que 
o depósito atmosférico de carbono é pequeno se comparado com a quantidade de carbono 
presente no oceano, em combustíveis fósseis e outros depósitos na litosfera. A queima de 
combustíveis fósseis, juntamente com a agricultura e ao desmatamento estão contribuindo 
para o aumento contínuo de CO2na atmosfera, sendo que em 1850 a concentração era de 
270 ppm (partes por milhão), passando para uma concentração de 395 ppm em 2013. A perda 
líquida de CO2 na agricultura é muito grande. Isto ocorre porque o CO2 fixado por cultivos não 
compensa o CO2 liberado do solo, especialmente em consequência das frequentes aragens. 
O desmatamento pode liberar o carbono armazenado nas matas por meio das queimadas, 
seguindo com liberação de carbono por meio da oxidação de húmus. Já as florestas jovens de 
crescimento rápido são sumidouros de carbono, portanto, o reflorestamento em larga escala 
tende a reduzir os efeitos do aquecimento global e está intimamente ligado ao aumento da 
concentração de CO2 na atmosfera (ODUM; BARRETT, 2011).
FIGURA 12 – CICLO BIOGEOQUÍMICO DO CARBONO
FONTE: Martins et al. (2003, p. 31)
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Assim, o carbono pode ser encontrado na atmosfera sob diferentes formas, tais como 
o monóxido de carbono (CO), o gás carbônico (CO2), o gás metano (CH4), os derivados 
clorofluorcarbonos (CFCs), os hidrocarbonetos (HC), os derivados orgânicos, entre outros 
(LENZI; FAVERO, 2011). Foi a partir do último século (início da Revolução Industrial), que a 
emissão antrópica destes gases começou a ser significativa na atmosfera, consequentemente, 
provocando fenômenos ambientais de natureza regional e global, como o efeito estufa, a 
depleção do ozônio, o smog fotoquímico, entre outros (BRAGA et al., 2005).
No ciclo biogeoquímico do carbono estão envolvidos quatro reservatórios principais, que 
são: a atmosfera, o oceano (incluindo organismos marinhos), a superfície continental (incluindo 
plantas terrestres e solos) e a litosfera (conforme figura a seguir). 
FIGURA 13 – O CICLO DO CARBONO MOSTRANDO OS RESERVATÓRIOS EM Gt (109 
TONELADAS) E OS FLUXOS PARA OS QUATRO SUBCICLOS EM EQUILÍBRIO
FONTE: Press et al. (2006, p. 601)
 
O fluxo de carbono entre esses reservatórios são separados em quatro subciclos básicos 
conforme apresentado na figura a seguir. Durante as épocas em que o clima da Terra está 
estável, cada subciclo está em equilíbrio, podendo ser caracterizado por um fluxo constante 
(PRESS et al., 2006). 
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FIGURA 14 – OS SUBCICLOS DO CICLO BIOGEOQUÍMICO DO CARBONO
FONTE: Adaptado de: Press et al.(2006, p. 600)
3.5.1 Origem do gás carbônico na atmosfera
O gás carbônico da atmosfera teve origem em dois momentos distintos identificados 
ao longo da existência da Terra. O primeiro momento foi antes do aparecimento da vida e o 
segundo após o aparecimento da vida sobre o planeta Terra (LENZI; FAVERO, 2011). 
3.5.1.1 Primeiro momento
Antes do surgimento da vida na Terra, o CO2 atmosférico se originou da litosfera, assim 
como das reações plutônicas. Assim, o carbono atmosférico restringia-se apenas ao ciclo 
geoquímico do carbono, até que as condições ambientes fossem favoráveis para a vida no 
planeta. Com um pH muito ácido proveniente dos ambientes aquáticos iniciais da Terra, não 
havia formação das rochas calcárias. Assim, o gás carbônico era liberado diretamente para a 
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atmosfera, conforme a reação R-38 (LENZI; FAVERO, 2011). 
3.5.1.2 Segundo momento
Conforme as condições foram permitindo, surgiram os organismos autotróficos e 
heterotróficos, apresentando as características aeróbias e anaeróbias, iniciando então o segundo 
momento com o ciclo do carbono na atmosfera. Com isso, os organismos autotróficos, retiram o 
gás carbônico da atmosfera e auxiliados pela radiação solar, nutrientes e pela clorofila sintetizam 
a biomassa, fixando o CO2 da atmosfera. Este processo é chamado de fotossíntese. O carbono 
de estado de oxidação 4+ passa para carbono no estado de oxidação zero, sofrendo assim, uma 
redução e o oxigênio sofre oxidação, liberando o gás O2 (ver R-39) (LENZI; FAVERO, 2011). 
O carbono que foi fixado na biomassa poderá ser novamente liberado para a atmosfera 
na forma de CO2, ou sendo fixado na forma de matéria orgânica do solo, ou ainda como 
material mineral da crosta terrestre. Todos estes processos podem ser de origem biogênica, 
não biogênica ou antrópica. O ciclo do carbono é um ciclo perfeito, pois o carbono é devolvido 
ao meio à mesma taxa a que é sintetizado pelos produtores (BRAGA et al., 2005, LENZI; 
FAVERO, 2011). 
3.5.1.3 Processos biogênicos de
 liberação do carbono para a atmosfera
Os seres vivos para sobreviver buscam a energia degradando a matéria orgânica 
resultante da biomassa mediante o que se chama respiração para os aeróbicos e fermentação 
para os anaeróbicos. 
a) Respiração: os organismos aeróbicos processam bioquimicamente o oxigênio do ar nas 
células, oxidando a matéria orgânica. É uma reação de combustão controlada em nível 
celular ou ainda uma reação em sentido contrário da fotossíntese, liberando a energia solar 
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que foi armazenada e os componentes iniciais H2O e CO2 (verificar a reação R-40) (LENZI; 
FAVERO, 2011) 
b) Fermentação: ocorre nos ambientes isentos ou quase isentos de oxigênio como, por exemplo, 
um lamaçal ou o interior do intestino de um animal. Neste ambiente encontram-se as espécies 
químicas em suas formas reduzidas, significando um ambiente com disponibilidade de elétrons 
(ambiente redutor). A biota que habita neste ambiente, realiza a fermentação da matéria 
orgânica para produzir energia. Esta reação é denominada de reação redutora, conforme 
apresentado na reação R-41. Nesta reação o CH4 e o CO2 são devolvidos para a atmosfera, 
fazendo retornar o carbono retirado por meio da fotossíntese (LENZI; FAVERO, 2011). 
3.5.1.4 Processos antropogênicos de liberação 
 de carbono para a atmosfera
O ser humano não somente adquire a energia básica para a sobrevivência (respiração), 
mas precisa suprir as necessidades de alimentos, moradia, conforto, entre outros. Portanto, 
precisa de mais energia, que na maior parte das vezes busca na forma de energia calorífica 
mediante a combustão de material fóssil ou de material. Porém, estes processos de combustão 
transformam o carbono em CO2 e na ausência de oxigênio produz o CO, conforme apresentado 
nas reações R-42 e R-43. Só na combustão de materiais fósseis, como a queimada das florestas 
e modificações do uso da terra são lançados na atmosfera anualmente 7,1 Gt de carbono na 
forma de CO2 (LENZI; FAVERO, 2011). 
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3.5.1.5 Fixação do CO2 
A fotossíntese é um dos mais importantes processos de fixação do carbono da atmosfera, 
conforme abordado no item anterior, porém temos ainda outro processo chamado de dissolução 
na água líquida. 
O CO2 é um importante ácido fraco das águas naturais, não importando sua origem, 
onde, este formará com a água um sistema de duas fases, pois o CO2 é gás e a água é líquido. 
Assim, o CO2, na fase líquida, é distribuído conforme apresentado na sequência:
a) Uma fração do CO2 apresenta-se na forma molecular, regida pela lei de Henry que é igual 
à soma dos dois componentes:
b) Uma fração do CO2 dissolvido se encontra na forma ionizada de bicarbonato (HCO3
-
(aq)) e 
carbonato (CO3
2-
(aq)). 
c) Uma terceira fração encontra-se associada à reação de decomposição de rochas conforme 
as reações R-44 e R-45. 
d) E a quarta fração, na forma de CO3
2-
(aq) encontra-se em equilíbrio com os próprios carbonatos 
que se dissolveram no corpo de água dando o efeito do íon comum, conforme a reação R-46. 
O My+ é um cátion metálico proveniente da dissolução de minerais por onde a água passa 
(LENZI; FAVERO, 2011).
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