Ciclos Biogeoquímicos

Ciclos Biogeoquímicos
Rodolfo Augusto Bressan Barboza
Atente-se para a lei de Lavoisier, interpretada, que diz: “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. Pois é dessa idéia que surge os ciclos biogeoquímicos, como os elementos “circulam” na natureza participando da composição de diversas moléculas e outros compostos no ambiente, ou até na forma iônica.
A morte dos seres vivos leva à decomposição dos seus corpos. A decomposição transforma as complexas moléculas orgânicas em substâncias inorgânicas que voltarão ao meio ambiente. Do meio ambiente aos seres vivos através dos autótrofos, reiniciando o ciclo.
“Ciclo biogeoquímico é a passagem dos elementos químicos do meio físico para os seres vivos e destes de volta para o meio físico”.

1 – Ciclo do Carbono
O carbono é importante, pois participa de todos os compostos orgânicos, participa da construção de todos os seres vivos. Uma cadeia simplificada mostraria um ciclo em que o carbono nas formas de CO2 (dióxido de carbono), bicarbonato (HCO3-) e carbonato (CO32-) disperso no ar, ou na água, são assimilados, “fixados” por organismos autótrofos.
Organismos como os vegetais, algas e bactérias clorofiladas fixam carbono através da fotossíntese, Usam o CO2 e o transformam em carboidratos (glicose, geralmente), outros como bactérias não clorofiladas realizam quimiossíntese e fabricam outras substâncias através do CO2, HCO3- e CO32-.

Obs. As plantas também são capazes de produzir, alem dos carboidratos, proteínas, lipídios, vitaminas, ceras, etc.

Animais e outros heterótrofos ao alimentarem-se de produtores (autótrofos – plantas, algas cianofíceas e até bactérias) assimilam carbono (presente em carboidratos, proteínas, lipídios, etc.) e o usam tanto com função energética, como plástica (estrutural).
A devolução do carbono à atmosfera se dá pela respiração (todos os organismos vivos respiram) na forma de CO2, pelas fezes, excreções (que não é a mesma coisa que fezes – defecação) e pela decomposição da matéria orgânica (animais mortos, plantas mortas, etc.) liberando CO2, metano (CH­4) e outros.

Obs. A combustão da matéria orgânica também devolve carbono para a atmosfera na forma de CO2, agravante do Efeito Estufa!

“Dois fenômenos são importantes no ciclo do carbono: a fotossíntese e a respiração”.

2 – Ciclo do Oxigênio
O oxigênio constitui cerca de 1/5 (20%) da atmosfera terrestre e aparece dissolvido na água dos rios, oceanos, etc., em proporções variadas, dependendo de fatores como pressão e temperatura. O gás oxigênio, O2­, é comburente, isto é, permite a combustão das substâncias.
O Oxigênio molecular, O2, é produzido pelas plantas durante o fenômeno da fotossíntese, incorporado nos seres vivos durante a mesma (fotossíntese), usados na respiração (aceptor final de hidrogênio, vide cadeia respiratória na respiração aeróbia), e pode ser encontrado em diversos compostos.
O oxigênio é devolvido ao meio sob a forma de CO2 e H2O durante a respiração de plantas e animais, e sob a forma de CO2 e outros compostos, nos processos fermentativos.

3 – Ciclo do Nitrogênio
O nitrogênio é indispensável a vida, uma vez que entra na composição das proteínas e ácidos nucléicos. Admite-se que 16% do corpo humano é constituído por proteínas (a maior parte é água).
A mais importante fonte de nitrogênio é a atmosfera, na sua forma molecular (N2) ou azoto, porém a maioria dos seres vivos não é capaz de assimilá-lo nessa forma, assim alguns organismos, ou ate efeitos naturais precisam transformá-lo nas formas possíveis de metabolismo, como amônia (NH3), nitrato (NO3-) e nitrito (NO2-).
A fixação do nitrogênio pode acontecer naturalmente, de forma industrial através de fertilizantes (os famosos NPKs, Nitrogênio, Fósforo e Potássio) e biológica, através de organismos fixadores, bactérias. Naturalmente, o nitrogênio molecular, N2, atmosférico pode reagir com o hidrogênio molecular, H2, e formar a amônia, mas tal reação precisa de muita energia, que pode ser conseguida com descargas faíscas elétrica, mas acontece muito pouco na natureza.
- A fixação biológica do Nitrogênio.
Ocorre que alguns organismos, bactérias e cianofíceas são capazes de transformar N2 atmosférico em amônia, tais organismos são chamados “fixadores”. Outros conseguem transformar amônia em outros produtos, como nitratos e nitritos (organismos nitrificantes). Esses organismos, devido a essa característica, passaram a manter mais próxima relação com as plantas, que precisam desses produtos nitrogenados para realizarem funções vitais, constituir enzimas que podem atuar até na fotossíntese. Essa relação entre bactérias e plantas dá-se o nome amplo de simbiose e mais especifico de protocooperação (quando a relação não é vital, ou seja, os organismos separados sobrevivem) e mutualismo (os organismos precisam estar juntos para sobreviver).

Obs. Exemplo. Mutualismo: algas e fungos (liquens), em que as algas fornecem matéria orgânica para a nutrição do fungo, e os fungos mantém, através de suas redes de hifas, umidade elevada e sustentação para as algas.
Protocooperação: bactérias e plantas leguminosas, em que as bactérias fixam nitrogênio para a planta, e essa fornece matéria orgânica (glicose oriunda da fotossíntese) para sua nutrição.

Uma das simbioses mais importantes é a associação entre as bactérias do gênero Rhizobium (bacilo radicícola) e as raízes de plantas leguminosas (feijão, soja, ervilha, amendoim, etc.). Essa simbiose, chamada bacteriorriza, provoca o aparecimento nas raízes leguminosas, de regiões mais espessas, ricas em matéria nitrogenada, chamados nódulos, ou nodosidades.
Quando as nodosidades produzidas pelas bactérias Rhizobium nas plantas leguminosas envelhecem, morrem e se desagregam, enriquecem o solo com material nitrogenado. No processo chamado de Adubação Verde, a leguminosa é plantada e, quando está na fase de florescimento, faz-se a gradeação (pergunta para o pai o que é) e incorpora-se o vegetal ao solo. A decomposição da plantinha provoca um considerável aumento de nitrogênio no solo.
“A fixação do N2 da atmosfera é realizada por algumas espécies de bactérias e cianofíceas”.
- A formação do húmus
O nitrogênio das plantas passa para o reio animal através da cadeia alimentar. Portanto, o nitrogênio penetra no organismo animal na forma orgânica.
Quando os vegetais e animais morrem, a decomposição da matéria protéica, que constitui os corpos, da origem ao húmus. Essa decomposição ocorre por ação de fungos e bactérias, levando à formação de compostos orgânicos nitrogenados mal cheirosos como a cadaverina, escatol, e outros.
O nitrogênio do húmus é transformado em nitrogênio mineral por ação das bactérias nitrificantes. O fenômeno ocorre em três etapas:
A – Amonificação: Os compostos orgânicos, ou o próprio N2 atmosférico são transformados em amônia. O nitrogênio orgânico por ação de decompositores é transformado em amônia, e pode ser assimilado por alguns seres vivos.
B – Nitrosação: As bactérias do gênero Nitrossomonas oxidam a amônia (NH3) em acido nitroso (HNO2) que ioniza em nitrito (NO2-) e pode ser assimilado por alguns seres vivos.
C – Nitratação: As bactérias do gênero Nitrobacter oxidam o acido nitroso a acido nítrico (HNO3) que ioniza produzindo nitrato (NO3-) e pode ser absorvido.
Em todas essa reações há liberação de energia. Essa energia é utilizada pelas bactérias para a síntese de suas substâncias orgânicas (quimiossíntese), ou acha que as bactérias têm todo esse trabalho por amor à raça humana?
Os nitratos, nitritos e amônia são absorvidos pelas raízes dos vegetais e transformados em matéria orgânica nitrogenada.
- Oxidação do N2 na atmosfera
Por ocasião de tempestades, as descargas elétricas podem provocar a oxidação do nitrogênio livre da atmosfera (N2) em nitritos e nitratos. Esses íons (NO2- e NO3-), solúveis em água, podem ser utilizados pelos vegetais na síntese de substâncias orgânicas.
- Desnitrificação
Também já vi chamarem de denitrificação. É o processo em que bactérias existentes no solo, águas, são capazes de produzir, a partir de nitratos, o nitrogênio livre que volta para a atmosfera. Bactérias desnitrificantes. Note que esse é o processo inverso da fixação e nitratação.

O nitrogênio é assimilado pelos animais através da nutrição de compostos orgânicos nitrogenados (plantas, animais) e sai do reino animal (o nitrogênio) quando os animais morrem e são decompostos, e através de suas excretas nitrogenadas:
* Os peixes ósseos eliminam amônia (amoniotélicos)
*Os peixes cartilaginosos e os mamíferos eliminam uréia (ureotélicos)
* Aves e répteis eliminam acido úrico (uricotélicos)

4 – Ciclo da Água
A superfície do nosso planeta é constituído de ¾ de água. Desse total 97% correspondem à água salgada, formando os mares e oceanos. Os restantes 3% são água doce e formam os rios, lagos, lagoas, água subterrânea, vapor de aguada atmosfera e o gelo das geleiras e calotas polares.
Na natureza, observa-se, diariamente, uma grande evaporação da água a partir de oceanos, lagos, rios, seres vivos, etc. O vapor de água eleva-se na atmosfera e, em contato com os ventos frios das grandes alturas, condensa-se em gotinhas, formando as nuvens e neblinas.
O movimento da água no ciclo hidrológico é mantido pela energia solar e pela gravidade.
Qaundo a temperatura baixa , ou quando as nuvens se tornam muito espessas, ocorre a chuva. Se o frio for intenso, as nuvens caem em forma de flocos de minúsculas gotas feladas, constituindo a neve. Por ocasião de tempestades, as gotas podem transformar-se em blocos arredondados de gelo, formando o granizo ou chuva de pedra.
A água que cai sobre a crosta terrestre escorre pelo solo impermeável ou, se este for permeável, infiltra-se nele, fenômeno denominado percolação.Essa água pode, eventualmente, formar o lençol freático (lençol subterrâneo). O orvalho é derivado principalmente da água evaporada do solo durante o início do periodo noturno e posteriormente condensada sobre superficies frias que perderam calor por radiação.
- Fluido da vida
A vida na Terra está intimamente ligada à presença da água, que é o mais importante componente do corpo dos seres vivos. O corpo humano, por exemplo, apresenta 65% de água; a água-viva 95%.
No interior das células, a água hidrata as proteínas dando estabilidade aos organóides, às membranas e às enzimas, sendo indispensável para as reações químicas que mantém a vida, pois participa diretamente da maioria das reações (principalmente a fotossíntese). Já vi cair em varias provas sobre o movimento de nutriente e organóides no citoplasma pelo fluxo de água do hialoplasma que s chama Ciclose.
- A Água nos vegetais
A água serve como elemento de sustentação para as plantas. Esse fato evidencia-se quando a perda de água é excessiva. Vê-se logo o murchamento dos vegetais.

Obs. Célula vegetal cheia de água: célula túrgida
Célula vegetal com pouquíssima água: célula plasmolizada

A água penetra no corpo vegetal através dos pêlos absorventes da raiz. Os pêlos são projeções das células epidérmicas da raiz e têm a função de aumentar a superfície de absorção. Com isso, a raiz retira a água do solo, mas também absorve deste os sais minerais indispensáveis para a nutrição da planta.
A água que chega às folhas é, em parte, utilizada pela fotossíntese, e dessa maneira é integrada na constituição química dos elementos orgânicos produzidos. Grande parte dessa água é perdida para a atmosfera por transpiração e mais raramente por gutação ou sudação.
A Transpiração é a eliminação de água no estado de vapor. O vapor de água forma-se no interior das folhas, pela evaporação da água contida nas células do parênquima clorofiliano. O vapor circula pelos espaços existentes entre as células e são para o meio ambiente através dos estômatos.
A Gutação, também chamada de sudação, é a eliminação de água no estado líquido através de estruturas chamadas hidatódios, nas folhas. Em madrugadas frias, com o ar atmosférico saturado de vapor de água, a transpiração ostiolar, estomática (a transpiração cuticular nunca para) das plantas fica paralisada, ou então muito diminuída. Se as raízes continuam a absorção de água no solo úmido, cria-se no interior da planta uma espécie de pressão que impulsiona a seiva para cima. O excesso de água sai então pelos hidatódios, no estado líquido.
- A água nos animais
A água penetra nos animais quando estes ingerem os alimentos e quando a bebem, e é eliminada do corpo animal através da transpiração (evaporação), pela superfície do corpo. A evaporação da água dos pulmões é muito importante. Todos nos sabemos que o ar que sai dos pulmões (ar expirado) esta saturado com vapor de água. A água também é eliminada através dos rins durante a excreção e durante a egestão (fezes)

- Um pouco mais
- A água pura (H2O) é um líquido formado por dois átomos de hidrogénio e um de oxigénio. Quando na atmosfera, pode reagir com determinados gases - como dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NO, NO2, NO2O5) e dióxido de carbono (CO2) – ocasionando chuvas acidas.
- O volume total da água na Terra mantém-se constante, variando ao longo do tempo a sua distribuição por fases.
- Os oceanos constituem cerca de 97% de toda a água do planeta. Dos 3,6 % restantes, aproximadamente 2,25% estão localizados nas calotas polares e nas geleiras, enquanto apenas 0,75 % é encontrado na forma de água subterrânea, em lagos, rios e também na atmosfera, como vapor de água.
- 84% da água que evapora para a atmosfera tem origem nos oceanos, enquanto que apenas 16% são oriundos dos continentes.
- A água que usamos para beber, que é a que está nos rios, lagos e águas subterrâneas, é menos de 1% da água existente no planeta.
- A quantidade total de vapor de água na atmosfera é equivalente a cerca de uma semana de precipitação em todo o globo.
- Num ano, a atmosfera produz uma quantidade de precipitação na Terra 32 vezes maior em volume do que a sua capacidade total de armazenamento de água. Em média, cada molécula de água evaporada fica apenas uns 10 dias em suspensão na atmosfera antes de voltar a cair no solo.
- De acordo com a Organização das Nações Unidas, no último meio século, a disponibilidade de água por ser humano diminuiu 60%, enquanto que a população aumentou 50%.
- Devido às forças tectónicas, que agem no sentido de criar montanhas, a Terra não é hoje um planeta uniformemente coberto por uma camada de 3km de água salgada.
- A água é o mais importante dos constituintes dos organismos vivos, pois cerca de 50 a 90 % da biomassa é constituída por água. O seu papel nas funções biológicas é extremamente importante e diversificado, sendo necessária, por exemplo, para o transporte de nutrientes e dos produtos da respiração celular e para a decomposição da matéria orgânica, que liberta a energia necessária para o metabolismo.