CICLOS BIOGEOQUÍMICOS ODUM AZUL

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Ciclos Biogeoquímicos 
 Os elementos químicos circulam na biosfera em vias características (ambiente  
organismo), estas vias são os ciclos biogeoquímicos. 
Tipos de ciclos: são classificados de acordo com o reservatório abiótico. 
- Ciclos gasosos: o reservatório está na atmosfera. Apresentam mecanismos 
eficazes de auto-regulação. Ex: ciclo do nitrogênio e ciclo do oxigênio. 
- Ciclos sedimentares: o depósito abiótico está na crosta terrestre. São mais 
vulneráveis a perturbação pelo fato deste depósito ter um tempo muito elevado 
de recirculação. Ex: ciclo do cálcio e ciclo do fósforo. 
- Ciclos mistos: possuem ambos os depósitos (sedimentares e atmosféricos). Ex: 
ciclo da água, ciclo do carbono e ciclo do enxofre. 
 Dos 103 elementos conhecidos 30 a 40 são essenciais à vida. Alguns são necessários 
em grandes quantidades (macronutrientes) outros em menor quantidade 
(micronutrientes). 
Figura 4-1. Um ciclo biogeoquímico superposto num diagrama de fluxo energético. 
 Aceleramos tanto o movimento de muitos materiais que os ciclos tendem a se 
tornarem imperfeitos (acíclicos) resultando na situação paradoxal de haver carências 
em um lugar e excesso em outro. 
Ciclo do Nitrogênio: 
- O nitrogênio é absorvido pelos vegetais sob a forma de nitrato (NO3). 
- Agricultura: rotação de cultura; engenharia genética quer induzir a formação de 
nódulos em milho, trigo, arroz, etc... 
- Nos USA (1950 a 1978) o uso dos fertilizantes nitrogenados aumentou doze vezes, 
porém a produção não aumentou mais do que duas vezes indicando que grande parte 
dos fertilizantes foi jogado fora. 
Ciclo do Fósforo: 
Figura 4-4. O ciclo do fósforo (ciclo sedimentar). 
- O fósforo é absorvido pelos vegetais sob a forma de ortofosfato (PO4
3 -
). 
- As quantidades disponíveis de ortofosfato, seja no solo, seja na água, são muito 
baixas e esse elemento é o fator limitante da produção biológica. 
- Temos grandes reservas de rochas fosfatadas o problema é a eutrofização resultante 
do uso descontrolado desse nutriente. 
- 60.000 toneladas de fósforo são devolvidos anualmente e 1.000.000 a 2.000.000 
toneladas de rocha fosfatada é mineralizada e utilizada nos fertilizantes sendo 
grande parte levada pela chuva. 
 
 Efeito da poluição atmosférica: 
- Óxidos de nitrogênio (NO2 e N2O) (combustão industrial e carros) e de enxofre 
(SO2) (queima de carvão mineral) são tóxicos. 
- Chuva ácida (SO2 + H2O  H2SO4) 
- Smog fotoquímico (NO2 + Hidrocarbonetos  Smog) 
- Estes óxidos são etapas transitórias em seus ciclos, estando em baixas 
concentrações. Porém, constituem 1/3 dos poluentes atmosféricos nos USA. 
Estudo quantitativo dos ciclos biogeoquímicos 
 As taxas de troca ou de transferência de um lugar para outro são tão importantes 
quanto às quantidades presentes num dado momento e num dado lugar para 
entendermos e controlarmos o papel humano nos ciclos de materiais. 
 Velocidade de ciclagem do fósforo: 
- Não desloca de forma uniforme e constante do organismo para o ambiente e 
novamente deste para o organismo 
- Num dado momento a maior parte do fósforo está presa ou nos organismos 
ou no material sólido (nos lagos será encontrado no máximo 10% na forma 
solúvel). 
- Na primavera (período de crescimento rápido) todo o fósforo disponível 
pode ficar preso nos produtores e consumidores. Assim, baixo nível de 
fósforo dissolvido pode significar: 
- Que o sistema é pobre. 
- Que o sistema é muito ativo metabolicamente. 
Trocas de fósforo em um pântano costeiro da Geórgia. 
- Pulsos sazonais: o movimento dos materiais não é contínuo e nem função linear do 
tempo. 
- Pulso no crescimento da Spartina nos meses quentes 
- Dois pulsos de decomposição liberam fósforo na água (verão e outono) 
quando grandes quantidades de gramínea morta são removidas pelas marés. 
- Detritívoros filtradores (molusco = Modiolus demissus) reciclam da água a 
cada dois dias e meio uma quantidade de partículas de fósforo equivalente à 
quantidade presente na água. 
- Este molusco é mais importante para o ecossistema como agente 
biogeoquímico do que como transformador de energia. 
A biogeoquímica das bacias hidrográficas 
 A bacia hidrográfica é um tipo de unidade mínima de ecossistema em relação ao 
gerenciamento prático. 
Figura 4-10A. Modelo quantitativo do ciclo do cálcio em uma bacia de floresta. 
Figura 4-10B. Efeito do desmatamento e reflorestamento natural sobre a exportação de 
nitrogênio e cálcio. 
- Com o desmatamento a perda de nutrientes aumentou sensivelmente. 
- A retenção dos nutrientes iniciou-se imediatamente após o período de 
desmatamento. 
Nutrientes na água de um riacho é função da domesticação da paisagem. 
 
A ciclagem global do carbono e da água 
 A ação antrópica sobre estes ciclos vem mudando o clima da Terra. 
Figura 4-6A. Ciclo do carbono. 
- Até o início da idade industrial o fluxo de carbono estava em equilíbrio 
O conteúdo de CO2 tem se elevado devido: queima de combustíveis fósseis, construção 
de reservatórios e agricultura em várzeas (arrozais), desmatamento e queima da 
madeira. 
- Em 1800 a concentração de CO2 na atmosfera era de 290ppm. Em 2050 a 
concentração será de 580ppm. O efeito estufa poderá resultar em um 
aumento de temperatura da Terra de 1,5 a 4,5
o
C com conseqüente elevação 
do nível do mar. Os países baixos serão os mais afetados (Holanda, Letônia, 
Estônia, Lituânia). 
 No próximo século existirá um equilíbrio novo, porém incerto: 
- O aumento do CO2 e CH4 tende a aquecer a terra. 
- O excesso de CO2 tende a ser assimilado pela vegetação. 
- A poeira ou poluição particulada reflete a energia radiante entrante, resfriando a 
terra. 
Figura 4-7A. Ciclo hidrológico. 
- A água está distribuída de modo desigual na Terra: 97% está no mar; 3% é 
água doce ( a maior parte em geleiras). 
- O depósito de água subterrânea é muito maior do que o de águas superficiais. 
- As águas superficiais (rios e lagos) são essenciais para a renovação do ciclo, 
já que o tempo de renovação neste compartimento é pequeno. 
 Atividades humanas tendem a aumentar a taxa de escoamento (pavimentação, 
compactação do solo, desmatamento) reduzindo o recarregamento do 
compartimento de água subterrânea. 
 Nos USA metade da água potável e a maior parte da água de irrigação provêm da 
água subterrânea. 
Figura 4-9. O gradiente fluvial (Vannote et al., 1980) 
 Os organismos não apenas se adaptam ao ambiente, mas também o modifica: 
- "Material spiralling" (retromovimentação material): a ação em conjunto dos 
animais de um riacho funciona de forma a reciclar e reduzir a perda de 
nutrientes que vão para o oceano (insetos aquáticos, peixes migradores). 
A ciclagem de elementos não essenciais 
- Estes elementos transitam nos ciclos biogeoquímicos de outros elementos 
pela similaridade química. 
- O homem tem aumentado a concentração destes elementos: 
- Fissão do urânio  estrôncio 90  chuvas radioativas  cálcio  ossos 
- Césio 137 radioativo (produto da fissão)  K 
- Mercúrio, cádmio, cobre, zinco causava pouco impacto antes da idade 
industrial, devido a baixa concentração e mobilidade. 
A ciclagem de nutrientes nos trópicos 
Figura 4-12. Distribuição do carbono acumulado no compartimento abiótico e biótico. 
- Floresta temperada: mais da metade do carbono está no abiótico. 
- Floresta tropical: mais de 75% está na vegetação. 
 Grande parte das florestas tropicais situam-se em solos altamente lixiviados ou 
sobre depósitos arenosos pobres em nutrientes. 
 A chave do sucesso são os mecanismos conservadores de nutrientes: 
1) Emaranhado de raízes superficiais absorventes. 
2) Micorrizas (fungos + raiz) associadas com o sistema radicular. 
3) Folhas perenes com cutícula grossa e cerosa. 
4) Pontas foliares longas e pontudas. 
5) Cortiça grossa. 
 Há uma "ciclagem direta" de planta a planta mais ou menos sem passar pelo solo. 
Vias de reciclagem 
1) Decomposição microbiana e o complexo de detrito. 
2) Excreção animal 
- Na colunad'água o N e P se regeneram principalmente por causa da excreção 
animal. 
- O zooplâncton libera durante sua vida uma quantidade de nutrientes 
muito maior do que seria liberado pela decomposição microbiana de seus 
restos depois da morte. 
3) Reciclagem direta de planta em planta através de simbiontes microbianos. 
4) Meios físicos envolvendo a ação direta da energia solar: 
- A água é reciclada em grande parte pela ação direta da energia solar. 
5) Pela utilização de combustíveis. 
6) Os nutrientes podem ser liberados dos restos mortos e das fezes antes de serem 
atacadas por microorganismos (autólise). 
- Em ambientes aquáticos e úmidos pode ser liberado de 25 a 75% dos 
nutrientes por autólise antes que comece o ataque microbiano.