Tema 4- ciclos bioquimicos

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DEFINIÇÃO 
Apresentação dos ciclos biogeoquímicos e dos elementos provenientes dessas reações 
na natureza. 
PROPÓSITO 
Identificar as matérias coexistentes na biosfera, suas afinidades, propriedades e 
modificações, estabelecendo relações entre seus aspectos biológicos, geológicos e 
químicos. 
OBJETIVOS 
MÓDULO 1 
Identificar os ciclos 
biogeoquímicos e 
seu impacto no 
planeta 
MÓDULO 2 
Reconhecer o ciclo 
biogeoquímico da 
água 
 
MÓDULO 3 
Reconhecer o ciclo 
biogeoquímico do 
carbono 
 
MÓDULO 4 
Reconhecer o ciclo 
biogeoquímico do 
nitrogênio 
 
 
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INTRODUÇÃO 
Você já se perguntou o que acontece quando os organismos morrem? Eles 
desaparecem? 
É comum ouvir respostas como: “Somos poeira estelar.”, “Do pó viemos e ao pó 
voltaremos.” ou “A energia não é produzida nem destruída, apenas se transforma.”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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OS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS, OS SERES HUMANOS E O 
PLANETA 
Vamos entender melhor essa relação! 
Para responder a esses questionamentos, é preciso saber que 99% das células vivas são 
constituídas por nitrogênio, carbono, fósforo, enxofre, oxigênio e hidrogênio. Essas 
substâncias interagem entre si e com o meio ambiente através de processos e trocas de 
energias dos diferentes elementos da natureza no planeta Terra. 
 
Os chamados ciclos biogeoquímicos* permitem que esses elementos sejam reciclados: 
circulem do ambiente físico para o corpo dos organismos e retornem para o meio 
ambiente, garantindo a continuidade da vida. 
*Biogeoquímicos: O termo biogeoquímico refere-se aos principais componentes desses 
ciclos: o ambiente geológico (atmosfera, oceanos, lagos, crosta terrestre), o biológico 
(produtores, consumidores e decompositores) e o químico, com todas as reações que o 
envolvem. Todos desempenham um papel nos ciclos e estão conectados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Para conservar o ambiente natural, precisamos modificar as ideias de benefício a todo 
custo e de crescimento ilimitado que caracterizam nossa sociedade de consumo. Em 
resposta aos efeitos negativos que o ser humano gera ao meio ambiente, são 
desenvolvidas políticas ambientais mundiais com diferentes objetivos e mecanismos de 
ação. 
Em termos gerais, podemos identificar as seguintes: 
Políticas de proteção e conservação 
Preservam espaços naturais de alto valor ecológico por meio da criação de zonas de 
proteção, como parques, reservas nacionais e monumentos naturais. 
Políticas de correção 
Agem em espaços deteriorados e propõem a purificação da água, a reciclagem de 
resíduos, entre outras medidas. 
Políticas de prevenção 
Estabelecem controles para atividades prejudiciais ao meio ambiente e realizam 
estudos de avaliação de impacto ambiental. 
Essas medidas têm o objetivo de contribuir para o desenvolvimento sustentável, ou seja, 
para o crescimento econômico e social, baseado na conservação e proteção ambiental a 
fim de atender às necessidades do presente, sem comprometer o abastecimento das 
gerações futuras. 
Agora vamos tratar dos ciclos biogeoquímicos, seu conceito, principais características, 
tipos e importância para a continuidade da vida. 
AS TROCAS DE ENERGIA NO PLANETA TERRA 
Em nosso planeta, ocorre uma série de processos e trocas de energia mediados por ciclos 
biogeoquímicos, responsáveis pela renovação de diferentes elementos da natureza. 
Porém, para entender melhor como isso acontece, é preciso conhecer os compartimentos 
bióticos e abióticos que compõem o meio em que vivemos. 
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O compartimento biótico, chamado de biocenose ou comunidade biótica, é constituído 
por seres vivos reciprocamente ligados por cadeias tróficas em um ecossistema. É 
formado por três grupos: 
 
Produtores primários 
São seres autotróficos, que 
produzem substâncias 
orgânicas a partir 
de substâncias 
inorgânicas* (sais, minerais 
e cloretos), ou seja, 
sintetizam seus próprios 
alimentos. São exemplos 
as plantas verdes (no 
ecossistema terrestre) e as 
algas microscópicas ou 
fitoplâncton (no 
ecossistema aquático). 
Consumidores 
Vivem, direta ou 
indiretamente, das 
substâncias geradas pelos 
produtores e, por isso, são 
chamados heterotróficos. 
Animais, bactérias e fungos 
pertencem a esse grupo. 
Decompositores ou 
desintegradores 
São organismos 
heterotróficos que 
consomem matéria 
orgânica morta (plantas, 
animais e seus resíduos) e 
a decompõem em 
componentes inorgânicos. 
Pertencem a esse grupo os 
carniçais, que se alimentam 
de cadáveres; os 
coprófagos, que se 
alimentam de fezes; os 
saprofágicos, que se 
alimentam de matéria 
podre; os detritívoros, que 
se alimentam de detritos; e 
mineralizadores ou 
redutores, que reduzem os 
compostos às formas mais 
simples, como bactérias e 
fungos. 
*Substâncias inorgânicas: As substâncias inorgânicas não são feitas de carbono (salvo 
raras exceções, como o carbonato de cálcio – CaCO3) e não são fabricadas por seres 
vivos, mas pela natureza, por meio de reações químicas. 
O compartimento abiótico, chamado de biótopo, é composto por substâncias inorgânicas 
e inclui os materiais que formam a base da vida, como oxigênio, dióxido de carbono, água, 
carbono, nitrogênio, fósforo, enxofre, potássio, cálcio e vários sais minerais, além da 
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energia do Sol, especialmente. Sua estrutura espacial pode variar de acordo com os 
ecossistemas (cavernas, lagos, praia, praia pedregosa etc.). 
Existem cerca de quarenta elementos químicos essenciais para a vida na Terra. Eles 
são convertidos, por meio dos seres vivos, em compostos orgânicos (biomassa) 
que participam de reações fundamentais às atividades metabólicas dos 
organismos. Esse processo de transformação e sua transferência entre os 
diferentes compartimentos bióticos e abióticos do planeta é o que se denomina 
de ciclos biogeoquímicos. 
Por se tratar de um ciclo, os elementos 
químicos inorgânicos podem se transformar e 
ser incorporados novamente pela biota*. Essas 
substâncias são provenientes de 
minerais das rochas, da água, de gases 
ou de compostos orgânicos - como 
proteínas, gorduras ou açúcares - 
produzidos, geralmente, por seres 
vivos. 
Os processos cíclicos baseados na 
transformação de elementos 
inorgânicos em orgânicos e vice-versa, 
mediados pela atividade biológica de síntese e 
degradação de matéria orgânica, são a base 
das atividades biogeoquímicas da Terra. 
*Biota: Trata-se do conjunto de espécies de plantas, animais e outros organismos que 
habitam uma determinada área. 
 
Os ciclos biogeoquímicos estão intimamente 
relacionados aos processos geológicos, 
hidrológicos e biológicos que ocorrem nos 
diferentes compartimentos da crosta terrestre, a 
exemplo da atmosfera (compartimento gasoso 
acima do solo), da hidrosfera (águas interiores e 
marinhas), da litosfera (rochas e solos) e da 
biosfera (seres vivos e suas relações). 
 
Principais esferas terrestres 
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Excluindo eventos aleatórios (como a queda de meteoritos), que podem incorporar novos 
elementos, nosso planeta é um sistema químico praticamente fechado, em que as 
reações que sustentam a biosfera são alimentadas pela energia solar e, em menor grau, 
pela energia dos processos geológicos internos, como vulcanismo, tectônica superficial e 
profunda, convecção do manto e outros. 
Devido à grande variedade de ecossistemas terrestres (continentais) e aquáticos 
(marinhos), desde baixas latitudes quentes até altas latitudes frias, os processos 
biogeoquímicos são muito diversos dadas as características geológicas e biogeográficas. 
 
O termo ciclo biogeoquímico deriva do movimento cíclico dos elementos químicos que 
formam os organismos biológicos (bio) e o ambiente geológico (geo). 
 
O termo ciclo biogeoquímico deriva do movimento cíclico dos elementos químicos que 
formam os organismos biológicos (bio) e o ambiente geológico (geo). 
Veja as principais características desses ciclos: 
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Podemos classificaresses ciclos e dividi-los em: 
Ciclos biogeoquímicos sedimentares 
Os nutrientes circulam na crosta terrestre (solo, rochas, sedimentos etc.), na hidrosfera 
e em organismos vivos, e os elementos costumam ser reciclados mais lentamente do 
que no ciclo do gás. Além disso, são transformados quimicamente com contribuição 
biológica na mesma localização geográfica e retidos em rochas sedimentares por um 
período que varia de milhares a milhões de anos. Exemplo: ciclos do fósforo e enxofre. 
Ciclos biogeoquímicos gasosos 
Os nutrientes circulam, sobretudo, entre a atmosfera e os organismos vivos. Em sua 
maioria, os elementos são reciclados rapidamente no período de horas ou dias. A 
transformação da substância envolvida altera sua localização geográfica e é fixada a 
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partir de matéria-prima gasosa. Exemplo: ciclos de gás carbônico, 
nitrogênio e oxigênio. 
Ciclo biogeoquímico hidrológico 
Trata-se do próprio ciclo da água (seres vivos, oceanos e atmosfera). Ao evaporar dos 
oceanos em função da energia do sol, a água se condensa, forma nuvens e volta para a 
terra na forma de chuva. 
Você deve estar se perguntando a razão de estudar os ciclos biogeoquímicos, certo? O 
que eles têm de importante? 
Podemos dizer que: 
• Tornam a vida possível; 
• Permitem a circulação de matéria entre organismos; 
• Regulam os elementos vitais para a Terra, que são usados repetidamente pelos seres 
vivos; 
• Fornecem os nutrientes necessários para a vida; 
• Regulam o clima atmosférico. 
A fim de estabelecer uma definição, podemos dizer que: 
Os ciclos biogeoquímicos são o conjunto de mecanismos, circuitos, movimentos ou 
deslocamentos de materiais ou substâncias químicas de um lugar para outro a fim 
de garantir a reciclagem de nutrientes na biosfera, na litosfera, na atmosfera e na 
hidrosfera. 
 
 
 
 
 
 
 
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Verificando o Aprendizado 
1. (FUVEST) Uma das consequências do efeito estufa é o aquecimento dos oceanos. Esse 
aumento de temperatura provoca: 
a) Menor dissolução de CO2 nas águas oceânicas, o que leva ao consumo de menor 
quantidade desse gás pelo fitoplâncton, contribuindo, assim, para o aumento do efeito 
estufa global. 
b) Menor dissolução de O2 nas águas oceânicas, o que leva ao consumo de maior 
quantidade de CO2 pelo fitoplâncton, contribuindo, assim, para a redução do efeito estufa 
global. 
c) Menor dissolução de CO2 e O2 nas águas oceânicas, o que leva ao consumo de maior 
quantidade de O2 pelo fitoplâncton, contribuindo, assim, para a redução do efeito estufa 
global. 
d) Maior dissolução de CO2 nas águas oceânicas, o que leva ao consumo de maior 
quantidade desse gás pelo fitoplâncton, contribuindo, assim, para a redução do efeito 
estufa global. 
 
Comentário 
Parabéns! A alternativa A está correta. 
O aumento da absorção de carbono pelas águas afeta diretamente a fauna e a flora dos 
biomas aquáticos, pois altera não apenas sua temperatura, mas também a acidificação 
da água e os níveis de oxigênio e nutrientes essenciais para a manutenção de um 
ecossistema equilibrado. 
 
 
 
 
 
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2. (UDESC) Com relação aos ciclos biogeoquímicos, analise as seguintes afirmativas: 
 
I. No ciclo do carbono: as cadeias de carbono formam as moléculas orgânicas através 
dos seres autotróficos que fazem fotossíntese. A seguir, o gás carbônico é absorvido, 
fixado e transformado em matéria orgânica pelos produtores. Depois, o carbono volta ao 
ambiente através do gás carbônico por meio da respiração. 
 
II. No ciclo do oxigênio: o gás oxigênio é produzido durante a construção de moléculas 
orgânicas pela respiração e consumido quando essas moléculas são oxidadas na 
fotossíntese. 
 
III. No ciclo da água: a energia solar possui um papel importante, pois permite que a água 
em estado líquido sofra evaporação. O vapor de água, nas camadas mais altas e frias, 
condensa-se e forma nuvens que, posteriormente, precipitam-se na forma de chuva, 
retornando ao solo para formar rios, lagos, oceanos ou, ainda, infiltrando-se no solo para 
formar os lençóis freáticos. 
 
IV. No ciclo do nitrogênio: uma das etapas é a de fixação do nitrogênio, quando algumas 
bactérias utilizam o nitrogênio atmosférico e fazem-no reagir com oxigênio para produzir 
nitrito, que será transformado em amônia no processo de nitrificação. 
 
Assinale a alternativa correta. 
a) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. 
b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. 
c) Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. 
d) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. 
 
Comentário 
Parabéns! A alternativa D está correta. 
No ciclo do oxigênio, os processos de fotossíntese liberam oxigênio para a atmosfera, 
enquanto os processos de respiração e de combustão o consomem. 
 
 
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O CICLO DA ÁGUA 
A Terra possui aproximadamente 1,386 bilhão de km3 de recursos hídricos, dos quais 
97,5% são compostos por água salgada. Dos 2,5% restantes de água doce, 69% estão 
dispostos nas geleiras e 30% em aquíferos, demandando energia para sua retirada. 
Apenas 1% é encontrado em lagos e rios, bem como cerca de 13.000 km3 estão na 
atmosfera. 
Por que é importante saber disso? 
Porque a utilização desse bem precisa ser planejada e pensada para não prejudicar a vida 
no planeta. 
 
Nos últimos anos, muito ouvimos falar sobre a necessidade de economizar energia 
e de reduzir as emissões de carbono. E isso tem feito com que a questão 
água versus energia esteja se tornando uma das maiores preocupações 
mundiais. (ROCHA, 2013). 
Água e energia estão inteiramente conectadas, já que, para produzirmos eletricidade, uma 
quantidade expressiva de água é consumida. Por outro lado, é indispensável a utilização 
de energia para o tratamento e abastecimento de água. Além disso, a água é necessária 
para a geração, exploração, processamento e transporte dos combustíveis fósseis. 
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Outros usos estão relacionados à exploração de petróleo e gás, sistemas de refrigeração 
em usinas termelétricas, produção de eletricidade em usinas hidrelétricas e no cultivo das 
matérias-primas utilizadas na produção de biocombustíveis. Tudo isso necessita de 
quantidades assombrosamente altas de água para sua obtenção. 
 
Segundo o site da Agência Nacional de Águas - ANA, o Brasil possui, em comparação a 
outros países do mundo, uma boa quantidade de água. Avalia-se que o nosso país possui 
aproximadamente 12% da água doce existente, porém, a sua distribuição natural não é 
equilibrada: 
 
A região Norte concentra 
aproximadamente 80% da quantidade de 
água disponível, mas apenas 5% da 
população brasileira. 
As regiões próximas do Oceano Atlântico, 
onde estão mais de 45% dos habitantes, 
possuem menos de 3% dos recursos 
hídricos do país. 
 
 
 
 
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OS COMPONENTES DO CICLO HIDROLÓGICO 
O ciclo hidrológico é definido como o processo integral dos fluxos de água, energia e 
algumas substâncias químicas. A seguir, você pode observar os principais componentes 
desse ciclo: 
 
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CICLO BIOGEOQUÍMICO DA ÁGUA 
Vamos conhecer o ciclo da água! 
Como vimos, é possível dizer que temos um ciclo hidrológico externo e um interno. 
CICLO HIDROLÓGICO EXTERNO 
É caracterizado pelo vapor de água que evapora da superfície do mar, condensa-se e, 
sob a forma de precipitação, cai nos continentes. 
CICLO HIDROLÓGICO INTERNO 
É limitado a uma determinada superfície continental, pois o vapor de água evaporado 
dessa área se condensa e, sob a forma de precipitação, cai dentro dos limites da 
mesma região. 
 
 
 
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A fração de água que se infiltra na crosta terrestre pode seguir três rotas bem definidas: 
1 Ser absorvida pelas raízes das plantas e tornar-se parte ativa de seus tecidos ou ser transpirada de volta para a atmosfera. 
2 Mover-se paralelamente à superfície terrestre através da área não saturada, como um fluxo subterrâneo, até surgir nas nascentes. 
3 Infiltrar-se até a áreasaturada, onde recarregará o armazenamento hídrico subterrâneo. 
 
As águas subterrâneas, limitadas em sua parte inferior por depósitos impermeáveis de 
argilas, formações rochosas etc., não permanecem estáticas, mas se movem entre dois 
locais com diferença de potencial. 
Não podemos esquecer que a evaporação é um processo contínuo quase 
estacionário, presente em todos os pontos da bacia, que varia desde a 
evapotranspiração nos vegetais até a proveniente da superfície da Terra, dos corpos 
abertos de água, dos principais fluxos e áreas secundárias, insaturadas e saturadas. 
Vimos que o ciclo hidrológico compreende uma série de interações contínuas bastante 
complexas e não lineares. Então, podemos defini-lo como a sucessão de estados pelos 
quais a água passa no caminho da atmosfera para a Terra e no retorno à atmosfera. São 
eles: 
Evaporação do solo, mar ou superfície da água continental 
 
Condensação 
 
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Precipitação 
 
Acumulação no solo e nas superfícies aquáticas 
 
Evaporação 
A GESTÃO DOS RECURSOS HÍDRICOS 
A água é um fator determinante para o desenvolvimento econômico e social e, ao mesmo 
tempo, cumpre a função básica de manter a integridade do ambiente natural. Apesar 
disso, ela é apenas um dos recursos naturais vitais e, portanto, é imperativo que essas 
questões não sejam tratadas isoladamente. 
Setores do governo e do setor privado precisam tomar decisões sobre a disponibilidade e 
a alocação de água. Frequentemente, eles enfrentam uma oferta que diminui diante da 
demanda crescente. Fatores como mudanças demográficas e climáticas também 
aumentam a pressão sobre os recursos hídricos. 
 
A abordagem fragmentada tradicional não é mais válida e uma abordagem holística do 
gerenciamento da água se torna essencial. Essa é a base da Gestão Integrada de 
Recursos Hídricos (GIRH), aceita internacionalmente como o caminho para o 
desenvolvimento e gerenciamento eficiente, equitativo e sustentável de recursos hídricos 
cada vez mais limitados a fim de atender às demandas concorrentes. 
 
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Gestão Integrada de Recursos Hídricos (GIRH) 
A GIRH é um conceito que decorre da própria experiência de campo de seus 
profissionais. Embora muitos dos elementos desse conceito já estivessem presentes há 
décadas — desde a primeira conferência global em Mar del Plata, em 1977 — somente 
durante a Agenda 21 e a Cúpula Mundial sobre Desenvolvimento Sustentável, em 1992 
no Rio de Janeiro, o GIRH foi objeto de debates profundos que incluíram suas 
implicações na prática. 
 
A definição dada pela Associação Mundial para a Água (GWP) da GIRH é hoje a mais 
aceita: “A GIRH é um processo que promove o gerenciamento e desenvolvimento 
coordenados da água, do solo e de outros recursos relacionados a fim de maximizar os 
resultados econômicos e o bem-estar social de maneira equitativa, sem comprometer a 
sustentabilidade dos ecossistemas vitais.” 
Existem grandes diferenças entre regiões em termos de disponibilidade de água, desde a 
extrema escassez nos desertos até a abundância nas florestas tropicais. Além disso, há 
também oscilação em termos de fornecimento ao longo do tempo, como resultado de 
variações sazonais. 
Com muita frequência, o grau de variabilidade, o tempo e a duração dos períodos de 
fornecimento, altos ou baixos, são imprevisíveis demais. Isso implica a falta de 
confiabilidade do recurso, o que representa um desafio importante para a gestão 
desse bem, seja de modo particular, seja para a sociedade como um todo. 
Os países mais desenvolvidos superaram amplamente a variabilidade natural 
com infraestrutura para gerenciar o fornecimento, o que garante um suprimento confiável 
e reduz riscos, embora a um preço alto e, frequentemente, com um impacto negativo no 
meio ambiente. 
Muitos dos países menos desenvolvidos, e alguns dos desenvolvidos, perceberam que 
considerar apenas a gestão da oferta não é adequado para atender a uma demanda cada 
vez maior — causada por pressões demográficas, econômicas e climáticas. Em vista 
disso, foram implementadas medidas de tratamento de águas residuais, reciclagem dos 
recursos hídricos e gerenciamento de demanda. 
 
 
 
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VERIFICANDO O APRENDIZADO 
3. No ciclo da água, usado para produzir eletricidade, a água de lagos e oceanos, irradiada 
pelo Sol, evapora-se dando origem a nuvens e se precipita como chuva. É então 
represada, corre de alto a baixo e move turbinas de uma usina, acionando geradores. A 
eletricidade produzida é transmitida através de cabos e fios e é utilizada em motores e 
outros aparelhos elétricos. Assim, para que o ciclo seja aproveitado na geração de energia 
elétrica, constrói-se uma barragem para represar a água. Entre os possíveis impactos 
ambientais causados por essa construção, devem ser destacados: 
a) Aumento do nível dos oceanos e chuva ácida. 
b) Chuva ácida e efeito estufa. 
c) Alagamentos e intensificação do efeito estufa. 
d) Alagamentos e desequilíbrio da fauna e da flora. 
 
Comentário 
Parabéns! A alternativa D está correta. 
Apesar das usinas hidrelétricas utilizarem um recurso natural renovável e de custo zero, 
como a água, e não poluírem o ambiente, elas alteram a paisagem, pois ocorrem grandes 
desmatamentos, que provocam prejuízos à fauna e à flora. Além disso, para a construção 
dessa fonte energética, muitas áreas verdes são inundadas e famílias são deslocadas de 
suas residências. 
Existem, ainda, problemas 
relacionados à quantidade e 
qualidade de água disponível, visto 
que a contaminação das fontes é 
um dos principais problemas 
enfrentados e representa uma 
ameaça à manutenção dos 
ecossistemas naturais. 
 
A demanda por esse bem também é 
aumentada em virtude do crescimento 
populacional e de outras mudanças 
demográficas, como a urbanização, e 
expansão agrícola e industrial 
resultante da modificação dos 
padrões de consumo e produção. 
Como consequência, algumas regiões 
estão em estado permanente de níveis 
de demanda excedidos e muitas 
outras sofrem com isso em épocas 
críticas ou em anos de escassez de 
água. 
 
Em muitas regiões, a 
disponibilidade de água, tanto em 
quantidade quanto em qualidade, 
está sendo severamente afetada 
pela variabilidade e mudança 
climática, com mais ou menos 
chuvas, de acordo com as 
diferentes regiões e maior 
frequência de eventos climáticos 
extremos. 
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4. As plantas têm uma espécie de poros em suas folhas, chamados estômatos, que 
permitem a transferência de gases, como vapor de água, de dentro para fora da planta. 
Que função as plantas desempenham no ciclo da água? 
a) Ajudam a circulação da água à medida que muda de um estado líquido para um estado 
gasoso. 
b) Transporte de água do solo para a atmosfera. 
c) Transporte de água da atmosfera para o solo. 
d) Produção de gotas sob a forma de chuva. 
 
Comentário 
Parabéns! A alternativa B está correta. 
Um dos principais processos envolvidos no ciclo da água é a evaporação, dada pelos 
efeitos do sol na superfície oceânica e terrestre, produzindo transpiração nas plantas e 
nos animais. Durante esse processo, a água é transportada das raízes para as partes 
aéreas das plantas através de tecidos especializados, representando, aproximadamente, 
10% de toda a água evaporada que sobe para a atmosfera até se condensar, ser absorvida 
e iniciar o ciclo novamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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O CICLO DO CARBONO 
O carbono é um elemento integrante de todos os componentes orgânicos, o que o torna 
essencial para todas as formas de vida conhecidas. Ele também é o elemento básico na 
formação de moléculas de carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos, uma vez 
que todas as moléculas orgânicas são formadas por cadeias de carbono ligadas entre si. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Desequilíbrios nos ciclos de C, N e P causados por eventos naturais catastróficos 
(impactos meteorológicos, vulcanismo) ou por atividades dos seres humanos 
podem ter consequências importantessobre a dinâmica e o funcionamento dos 
ecossistemas. 
Desde a Revolução Industrial (1760-1840), houve um crescimento exponencial do uso de 
combustíveis fósseis e da agricultura intensiva, causando um desequilíbrio nos ciclos 
biogeoquímicos de quase todos os elementos. O resultado disso se manifesta por meio 
de fenômenos, como a deposição de N e o aumento da concentração do CO2 atmosférico 
— o principal responsável pelo aquecimento global —, além das contribuições de P em 
vários ecossistemas mundiais, afetando sua produtividade e biodiversidade. 
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Estudos sobre os efeitos das mudanças globais na biogeoquímica do planeta têm se 
tornado cruciais para qualquer planejamento de uso de recursos do ecossistema. 
ETAPAS DO CICLO DO CARBONO 
Na biosfera, o carbono pode ser encontrado como parte de matéria inorgânica, na forma 
de carbonatos ou bicarbonatos, ou como componente de compostos produzidos pelo 
metabolismo de organismos (matéria orgânica). 
Para que você compreenda o ciclo do carbono, é preciso entender o conceito essencial 
de biomassa. 
A biomassa é um tipo de energia renovável proveniente do uso de matéria orgânica e 
inorgânica formada em algum processo biológico ou mecânico das substâncias que 
constituem seres vivos ou de seus restos. Podemos classificar a biomassa a partir do 
material usado como fonte de energia: 
 
 
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Biomassa Natural 
Abrange florestas, árvores, arbustos, 
plantas cultivadas etc. Por exemplo, uma 
série de resíduos ou subprodutos de 
fazendas florestais não são utilizados na 
fabricação de móveis ou papel, como 
pequenas folhas e galhos, podendo servir 
como fonte de energia. 
Biomassa Residual 
É o subproduto ou desperdício gerado em 
atividades agrícolas, como poda ou 
desbaste (lenha), silvicultura e pecuária, 
bem como resíduos da indústria 
agroalimentar (como casca de amêndoa e 
caroço de azeitona) e de processamento 
de madeira (serragem). 
Seja na forma de compostos estruturais ou de substratos de armazenamento de 
energia, o carbono é o constituinte essencial da biomassa de todos os organismos 
vivos conhecidos, uma vez que eles obtêm sua energia quebrando as ligações 
químicas dos compostos orgânicos. A circulação dessas diferentes formas de C 
entre os variados compartimentos da Terra é conhecido como ciclo do carbono. 
Do ponto de vista metabólico, existem dois tipos de organismos: aqueles que produzem 
sua própria biomassa para formar sua estrutura corporal e fabricar reservas de energia 
(produtores primários ou seres autotróficos) e aqueles que obtêm biomassa de outros 
organismos (seres heterotróficos). 
As vias metabólicas mais importantes do planeta são a produção e a decomposição de 
matéria orgânica por fotossíntese e por respiração, respectivamente. 
 
 
 
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Fotossíntese 
É a via que captura o dióxido de carbono (CO2) e libera oxigênio livre (O2), produzindo a 
biomassa de organismos verdes, ou seja, daqueles que possuem clorofila (algas, 
musgos e plantas) a partir do consumo de energia solar. 
Respiração 
É o caminho da degradação da biomassa e produz CO2 a partir do consumo de O2. Além 
da fotossíntese, possível graças à energia solar, existem outras rotas de produção 
primária mais comuns em áreas sem luz, como o fundo dos oceanos, chamadas vias 
quimiossintéticas, realizadas por organismos que produzem biomassa a partir de 
energia gerada por reações químicas e não pela radiação solar. 
 
Esquema da fotossíntese 
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A reação geral do processo de fotossíntese pode ser expressa da seguinte forma: 
 
Existem vias metabólicas de degradação orgânica que não precisam de O2 (anaeróbicas) 
e podem produzir não apenas CO2, mas também metano (CH4). Elas adquirem grande 
relevância em áreas sem O2, como no fundo dos ecossistemas aquáticos, a exemplo de 
oceanos e lagos. 
A produção de CO2 por degradação orgânica pode ocorrer tanto por vias aeróbicas (mais 
eficientes), na presença de O2 (respiração), quanto por vias anaeróbicas, que não 
precisam de O2; enquanto a produção de CH4 é estritamente anaeróbica. 
 
A matéria orgânica se acumula nos organismos vivos e nos ecossistemas, formando 
grandes reservas de C no solo e sedimentos nas bacias dos lagos e oceanos. 
Outra importante reserva de C da biosfera não é encontrada na biomassa, mas em 
compostos carbonatados nas águas alcalinas dos mares e oceanos. O CO2 é uma 
molécula altamente reativa que tende a reagir com a água e produzir ácido carbônico 
(H2CO3), que pode ser convertido fisicamente e quimicamente (sem mediação biológica) 
em bicarbonato (HCO3-) e carbonato (CO3-2). 
 
 
 
 
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A contribuição dos ácidos orgânicos terrestres transportados pelas águas interiores, 
como lençol freático e rios, e o aumento da atmosfera de CO2, resultante da atividade 
metabólica e dos vulcões, podem se tornar ácidos ao reagir com a água, contribuindo para 
o processo natural de acidificação dos oceanos. 
 
A acidificação reduz o pH e aumenta as concentrações de H2CO3 (a forma ácida do 
carbono inorgânico) na água, que pode ser convertida em CO2 na interface água-ar e 
atingir a atmosfera. Esse processo não ocorre com reservas inorgânicas de carbono na 
forma de bases dissolvidas no ambiente aquático (HCO3- e CO3-2). 
O CO2 é a principal moeda da biogeoquímica global de carbono, movendo-se entre 
sua forma livre e a que constitui as reservas de carbono orgânico e inorgânico. 
Devido à sua capacidade de absorver o calor, alguns gases de carbono presentes 
na atmosfera, especialmente CO2 e CH4, produzidos em ecossistemas terrestres e 
aquáticos de diferentes vias metabólicas, contribuem para o efeito estufa, processo 
fundamental para a manutenção da temperatura. 
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CICLO BIOGEOQUÍMICO DO CARBONO 
Vamos conhecer o ciclo do carbono! 
Em resumo, as etapas mais importantes do ciclo do carbono são: 
 
O carbono também é trocado entre os oceanos e a atmosfera. Isso acontece nos dois 
sentidos da interação entre ar e água. Além disso, o ciclo do carbono possui processos 
que variam de muito rápidos até muito lentos. 
O CO2 vem de várias fontes. Por exemplo, as plantas absorvem dióxido de carbono para 
madeira, galhos e folhas e o liberam para a atmosfera quando as folhas caem ou a árvore 
morre. 
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Atualmente, há uma preocupação relacionada aos combustíveis fósseis, que têm sido 
responsáveis pelas grandes concentrações de CO2 liberadas na atmosfera a uma taxa 
maior do que a capacidade do sistema climático de tolerar ou se adaptar. 
 
Fontes de dióxido de carbono (Fonte: CIIFEN) 
 
Segundo um estudo realizado pelo 
Observatório Mauna Loa, o planeta 
alcançou seu patamar mais crítico de 
concentração de fontes poluidoras em 
2019. A concentração de dióxido de 
carbono (CO2) encontrada, então, na 
atmosfera foi de 415 miligramas por litro 
(mg/L). Veja a evolução no gráfico: 
 
 
Segundo a National Oceanic Atmospheric Administration - NOAA, esse valor 
representa a maior concentração dessa substância química no planeta desde os 
primeiros apontamentos de vivência humana. A emissão de CO2 está relacionada à 
queima de combustíveis fósseis e ao desmatamento. 
 
 
Concentração de dióxido de carbono 
atmosférico. (Fonte: NOAA) 
 
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O que fazer? 
 
 
 
 
 
 
 
VERIFICANDO O APRENDIZADO 
5. Entre os processos listados abaixo, marque aquele em que não ocorre devolução do 
dióxido de carbono à atmosfera. 
a) Fotossíntese 
b) Combustão 
c) Respiração 
d) Decomposição 
 
Comentário 
Parabéns! A alternativa A está correta. 
A reação de fotossíntese produz açúcar, oxigênio e água. 6 CO2 + 12 H2O + energia 
luminosa → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 
 
 
As evidências científicas indicam 
que, para reduzir significativamente 
as emissões de carbono na 
atmosfera, é essencial substituir o 
uso de combustíveis fósseis por 
fontes alternativas de energia, 
como a solar, a eólica, o biogás ou 
o hidrogênio. 
A perda de coberturavegetal, mesmo 
que seja motivada pela geração de 
hidrelétrica ou por criação de 
plantações para biocombustíveis, deve 
ser analisada com muito cuidado 
devido às consequências 
potencialmente negativas dos 
processos de desmatamento. 
Além de todos os valores materiais e 
intangíveis de biodiversidade, as taxas 
de produção primárias da vegetação 
são essenciais para regular o ciclo do 
carbono e o clima do nosso planeta. 
A regulação climática mediada 
pelo ciclo do carbono está 
diretamente ligada à manutenção 
da biodiversidade, questão que 
deveria estar presente em qualquer 
planejamento sobre o uso de 
recursos naturais a médio e longo 
prazo. 
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6. (ENEM 2015) Na natureza, a matéria é constantemente transformada por meio dos 
ciclos biogeoquímicos. Além do ciclo da água, existem os ciclos do carbono, do enxofre, 
do fósforo, do nitrogênio e do oxigênio. O elemento que está presente em todos os ciclos 
nomeados é o: 
a) Fósforo 
b) Enxofre 
c) Carbono 
d) Oxigênio 
 
Comentário 
Parabéns! A alternativa D está correta. 
O elemento que está presente em todos os ciclos citados é o oxigênio. No ciclo da água, 
por exemplo, o oxigênio aparece constituindo essa molécula. No ciclo do carbono, por sua 
vez, o oxigênio está formando, juntamente ao carbono, o gás carbônico. Também 
podemos citar o ciclo do nitrogênio, em que o oxigênio aparece na composição dos 
nitritos e nitratos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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O CICLO DO NITROGÊNIO 
A atmosfera é o principal reservatório 
de nitrogênio (N), concentrando até 
78% dos gases, mas a maioria dos 
seres vivos não conseguem utilizá-lo. 
A produção de aminoácidos e outros 
compostos nitrogenados dependem 
do nitrogênio presente nos minerais do 
solo. Portanto, apesar da grande 
quantidade desse elemento na 
atmosfera, a escassez dele no solo é 
um fator limitante para o crescimento 
das plantas. 
O processo pelo qual o nitrogênio circula pelo mundo orgânico e pelo mundo físico é 
chamado de ciclo do nitrogênio. 
O N é um elemento essencial para a vida em nosso planeta, uma vez que faz parte das 
moléculas que constituem as proteínas (aminoácidos) e o código genético (ácidos 
nucleicos) e é um componente basilar das enzimas, proteínas que permitem a maioria das 
reações metabólicas de síntese e degradação da matéria orgânica. 
A forma molecular de N (N2) constitui 78,1% da atmosfera da Terra e é o tipo de nitrogênio 
mais abundante na Terra. Porém, é uma molécula praticamente inerte e não disponível 
para a maioria dos organismos vivos. 
Como N está ausente na maioria dos substratos primários (rochas da crosta terrestre), o 
nitrogênio disponível para a biota deriva do processo conhecido como fixação de N, que é 
basicamente a transformação de N2 atmosférico em nitrogênio reativo (Nr), o qual é 
utilizável pelos seres vivos. 
32 / 47 
 
Esse processo é realizado de forma natural, principalmente, por algumas espécies de 
micro-organismos, tanto os de vida livre (em lagos, solos e sedimentos) como os 
associados às raízes das plantas simbioticamente e, em menor medida, por relâmpagos. 
 
O N2 da atmosfera acabaria gradualmente, 
mas alguns micro-organismos são 
capazes de executar a desnitrificação. 
Nesse processo, utilizam-se formas 
reativas de N nas vias metabólicas que, 
em última análise, produzem como 
subproduto o N2 que retorna à atmosfera, 
fechando o ciclo biogeoquímico nitrogênio 
global. 
Os incêndios florestais também podem 
produzir uma saída importante de N para a 
atmosfera, uma vez que cerca de 30% de 
todo o conteúdo de N contido na biomassa 
afetada se volatiliza na forma de 
N2 através de um processo 
chamado pirodesnitrificação. 
AS FASES DO CICLO DO NITROGÊNIO 
O ciclo do nitrogênio, como os outros ciclos biogeoquímicos, tem um histórico definido, 
mas talvez ainda mais complicado do que os demais, visto que deve seguir uma série de 
processos físicos, químicos e biológicos. 
O nitrogênio é considerado o elemento mais abundante na atmosfera. Porém, dada sua 
estabilidade, é muito difícil que reaja com outros elementos e, portanto, há um baixo 
aproveitamento, motivo pelo qual a abundância passa para o segundo plano. É necessária 
muita energia para desdobrar ou combinar o nitrogênio com outros elementos como 
carbono ou oxigênio, por exemplo. Dois mecanismos podem desenvolver esses 
processos e fornecer energia suficiente para formar nitratos (NO3): 
 
 
 
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Descargas elétricas 
 
Fixação fotoquímica (reproduzido nas plantas produtoras fertilizantes). 
 
 
34 / 47 
 
Existe uma terceira forma de fixação de 
nitrogênio que é realizada por bactérias que 
usam enzimas em vez de luz solar ou 
descargas elétricas. Essas bactérias podem 
ser as que vivem livres no solo ou aquelas que, 
em simbiose, formam nódulos com as raízes 
de certas plantas (leguminosas) para fixar 
nitrogênio, destacando os 
gêneros Rhizobium ou Azotbacter, os quais 
também atuam livremente. 
 
Outro grupo importante são 
os cianobactérias aquáticas (algas verde-
azuladas) e bactérias quimiossintéticas, 
como o gênero Nitrosomas e Nitrosococus, 
que desempenham um papel significativo no 
ciclo de nitrogênio ao transformar amônio 
em nitrito. 
Já o gênero Nitrobacter continua com a 
oxidação de nitrito (NO2-) em nitrato (NO3-), 
que pode ser absorvido ou dissolvido em 
água, passando assim para outros 
ecossistemas. Todas as bactérias 
pertencentes a esses gêneros fixam 
nitrogênio, nitratos (NO3-) ou amônio (NH3). 
 
 
Os animais herbívoros também sintetizam 
suas proteínas a partir dos vegetais, ao 
passo que os carnívoros a obtêm a partir 
dos herbívoros. 
 
Todos os seres vivos armazenam grandes quantidades de nitrogênio orgânico na 
forma de proteínas, que retornam ao solo nos excrementos ou na decomposição 
dos cadáveres. 
35 / 47 
 
No metabolismo de compostos nitrogenados, os animais acabam formando íons amônio, 
que são muito tóxicos e devem ser removidos para serem, posteriormente, transformados 
por bactérias nitrificantes. Sua eliminação é feita na forma de: 
 
 
 
 
 
A fixação de nitrogênio tem um papel muito importante na agronomia, já que os 
agricultores dão um descanso a suas terras depois de um certo número de cultivos. Essa 
prática antiga dá oportunidade às bactérias nitrificantes de transformar nitrogênio 
atmosférico em compostos de nitrogênio utilizáveis para as plantas. 
 
Ciclo do nitrogênio (Fonte: Khan Academy) 
 
AMÔNIA 
(alguns peixes e 
organismos aquáticos) 
UREIA 
(humanos e outros 
mamíferos) 
 
ÁCIDO ÚRICO 
(aves e outros animais de 
áreas secas) 
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CICLO BIOGEOQUÍMICO DO NITROGÊNIO 
Vamos conhecer o ciclo do nitrogênio! 
Nesse ciclo existem seis fases importantes, dentre as quais a assimilação não é realizada 
por bactérias. 
Fixação 
A fase do ciclo em que o nitrogênio presente na atmosfera da Terra é integrado à 
vegetação por meio de micro-organismos presentes no solo e em ambientes aquáticos 
é chamada de fixação. Esse processo, no qual o N2 é convertido em amônio, é 
representado da seguinte forma: N2 → NH4+ 
 
Essa fase é essencial porque é a única maneira de os organismos obterem nitrogênio 
diretamente da atmosfera. Algumas bactérias, como as do gênero Rhizobium, são os 
únicos organismos que fixam nitrogênio através de processos metabólicos. Essa 
simbiose ocorre de uma maneira bem conhecida na família das leguminosas, como 
feijão, ervilha e trevo. 
Nitrificação 
A nitrificação é a oxidação biológica de amônio com oxigênio, resultando em nitrito, 
seguida pela oxidação desses nitritos em nitratos. Essa é uma etapa importante no 
ciclo do nitrogênio nos solos. 
 
A oxidação do amônio a nitrito e a subsequente oxidação a nitrato são feitas por duas 
espécies de bactérias nitrificantes. A primeira etapa é realizada por bactérias dos 
gêneros microbiológicos Nitrosomonas e Nitrosococcus, entre outras. O segundo 
estágio (oxidação do nitrito em nitrato) é formado principalmente por bactériasdo 
gênero Nitrobacter e, em ambos os estágios, é produzida energia destinada à síntese de 
ATP. 
 
Esses micro-organismos nitrificantes são autotróficos e usam o dióxido de carbono 
como fonte de carbono para crescer. Outro fator importante é a temperatura do solo e 
seu PH. Ainda nessa fase, há a oxidação de bactérias nitrogenadas por outras que as 
oxidam, transformando-as em amônio e outras em nitratos, sendo o segundo passo 
representado da seguinte forma: 
 
2 NH3 + O2 → 2 HNO2 + 2 H2O + Energia 
2 HNO2 + 2 O2 → 2 HNO3 + Energia 
37 / 47 
 
Assimilação 
Na fase de assimilação, as plantas, através das raízes, absorvem nitrato ou amônia, 
processam-nos e geram proteínas importantes para o consumo animal, visto que 
aceitam o nitrogênio em seus corpos sem prejudicá-las. 
Amonificação 
A decomposição dos materiais orgânicos ocorre durante a amonificação. O desperdício 
de alguns ajuda outros a absorverem indiretamente o nitrogênio na forma de amônia 
processada em combinação com o ácido úrico e os organismos mortos que estão no 
solo. 
Imobilização 
Nesta fase, o que não é inorgânico é incorporado ao nitrogênio para formar nitrogênio 
orgânico, ocorrendo o oposto da nitrificação. As plantas não o absorvem porque não há 
decomposição anterior e, portanto, não podem usá-lo. 
Desnitrificação 
Por último, temos a desnitrificação, que é a transformação biológica do nitrato em gás 
nitrogênio, óxido nítrico e óxido nitroso. Esses são compostos gasosos e não são 
facilmente acessíveis ao crescimento microbiano, logo, são normalmente liberados na 
atmosfera. A desnitrificação biológica é uma reação respiratória anaeróbica, em que o 
nitrato é removido pela conversão nos compostos citados. 
Observe a seguir uma representação do ciclo do nitrogênio: 
38 / 47 
 
 
Outra representação do ciclo do nitrogênio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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VERIFICANDO O APRENDIZADO 
7. (ENEM 2015) O nitrogênio é essencial para a vida, e o maior reservatório global desse 
elemento, na forma de N2, é a atmosfera. Os principais responsáveis por sua 
incorporação na matéria orgânica são micro-organismos fixadores de N2, que ocorrem de 
forma livre ou simbiontes com plantas. 
Adaptado de: Os grandes ciclos biogeoquímicos do planeta, de R. E. ADUAN et al. 
 
Animais garantem suas necessidades metabólicas desse elemento pela: 
a) Absorção do gás nitrogênio pela respiração. 
b) Ingestão de moléculas de carboidratos vegetais. 
c) Incorporação de nitritos dissolvidos na água consumida. 
d) Transferência da matéria orgânica pelas cadeias. 
 
Comentário 
Parabéns! A alternativa D está correta. 
Como o nitrogênio gasoso não pode ser absorvido pelos animais diretamente da 
atmosfera, eles conseguem esse importante nutriente por meio da alimentação. 
 
 
 
 
 
 
 
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8. (Fuvest-SP) No ciclo do nitrogênio, os seres que devolvem N2 à atmosfera são as 
bactérias: 
a) Que transformam nitritos em nitratos. 
b) Desnitrificantes. 
c) Que transformam resíduos orgânicos em amônia. 
d) Decompositoras. 
 
Comentário 
Parabéns! A alternativa B está correta. 
Nessa questão, observamos que foi abordada a desnitrificação, uma das etapas do ciclo 
do nitrogênio. Nessa etapa, as bactérias conhecidas como desnitrificantes utilizam 
nitratos para formar gás nitrogênio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CONCLUSÃO 
Através de ciclos biogeoquímicos, a matéria circula pelos ecossistemas, ou seja, do meio 
ambiente para os seres vivos e de volta ao meio ambiente. Os organismos vivos 
selecionam elementos químicos com base em suas necessidades fisiológicas e a 
captação desses elementos leva a transformações químicas lideradas por esses 
organismos. 
Por outro lado, os ciclos biogeoquímicos mantêm dinâmica a composição da matéria viva 
e os demais componentes da biosfera. Assim, quando os organismos morrem, seus 
componentes são renovados por processos químicos e geológicos para serem usados 
por outros organismos vivos. 
A Terra é um sistema fechado, onde não entra nem sai matéria. As substâncias usadas 
não são perdidas, embora possam chegar a lugares onde são inacessíveis aos 
organismos por um longo período. No entanto, a matéria quase sempre é reutilizada e 
circula muitas vezes, dentro e fora dos ecossistemas. 
CONTEUDISTA 
Luciana Barreiros de Lima 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
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EXPLORE + 
• El derecho humano al agua y al saneamento: notas para los medios, do Programa 
da ONU – Agua 
para la Promoción y la Comunicación en el marco del Decenio y Consejo de Colabor
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• El derecho humano al agua, do Programa da ONU – Agua 
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• Agua y Ciudades Hechos y Cifras, do Programa da ONU – Agua 
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• Decenio Internacional para la Acción ‘El agua fuente de vida’ 2005-2015, do 
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• Crédito de carbono pode ser ‘pior do que não fazer nada' contra desmatamento, 
aponta ProPublica, da BBC News Brasil, 2019. 
• Créditos de carbono: como neutralizar quando emitido em eventos, do SEBRAE, 
2019. 
• Solo, de INPE/ELAT - Grupo de Eletricidade Atmosférica. 
• Química da baixa atmosfera, de INPE/ELAT - Grupo de Eletricidade Atmosférica. 
• Ciclos globais de carbono, nitrogênio e enxofre, de Química Nova Interativa, 2011. 
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• Fotossíntese, de Félix H. D. González, UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande 
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• Níveis de CO2 na atmosfera aumentaram de forma nunca vista antes, de Maria E. 
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