Ciclo biogeoquímico é a permuta cíclica de elementos químicos que ocorre entre os seres vivos e o ambiente. Tais ciclos envolvem etapas biológicas, físicas e químicas, alternadamente: daí a denominação usada.
Os principais ciclos biogeoquímicos são:
1. Ciclo da água;
2. Ciclo do carbono;
3. Ciclo do oxigênio;
4. Ciclo do nitrogênio.
A água passa do meio físico para os organismos vivos e destes, novamente, para o meio físico, constituindo um ciclo.
A água existe no meio ambiente em três estados: sólido (gelo), líquido e gasoso (vapor d’água). Esses três estados físicos são reversíveis.
Assim, a água no estado líquido passa para o de vapor com o aquecimento (100°C) e o fenômeno é chamado ebulição, ou pode passar lentamente para o estado de vapor, constituindo a evaporação. O vapor d’água passa para o estado líquido (líquefação) e desse para o sólido (solidificação ou congelação) a 0°C. O gelo derrete (fusão) a 0°C, passando novamente para o estado líquido.
A água apresenta densidade máxima ao redor de 4°C (d = 1g/cm3). É por esse motivo que o gelo se forma na superfície, e não no fundo, e acaba constituindo um anteparo protetor.
Também apresenta alto calor especifico e por esse motivo funciona como um verdadeiro regulador térmico na natureza.
A água na natureza
O nosso planeta é constituído de ¾ de água, o que equivaleria a mais de 1 bilhão de km3. Desses, 98% correspondem à água salgada, formando os mares e oceanos. Os restantes 2% formam os rios, lagos, lagoas, lençóis freáticos, vapor d’água da atmosfera e o gelo das geleiras e calotas polares.
A maior parte dessa água esta retida nas calotas polares ou lençóis subterrâneos. Sabe-se hoje que apenas 0,014% da água doce do planeta esta disponível em rios, riachos, lagos, lagoas etc.
Antes de chegar à torneira de nossas casas, sofre a intervenção do homem, especialmente sob a forma de poluição. O investimento público para captação, tratamento e transporte de água até as casas é muito grande, mas geralmente os indivíduos só percebem o seu valor quando falta na torneira, provocando uma série de transtornos.
A preservação desse recurso natural é imprescindível para todos os indivíduos de nossa sociedade.
Na natureza, observa-se, diariamente, uma grande evaporação da água dos oceanos, lagos, rios, seres vivos etc. o vapor d’água eleva-se na atmosfera e, em contato com os ventos frios das grandes alturas, condensa-se em gotinhas, formando as nuvens e neblina.
Quando 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 geladas, 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 sobre o solo impermeável ou, se este for permeável, infiltra-se no solo, fenômeno denominado percolação. Essa água pode, eventualmente, formar o lençol freático (lençol subterrâneo).
O desmatamento e a retirada da cobertura vegetal deixam o solo nu, facilitando a erosão e o assoreamento dos rios, lagos e lagoas. A erosão do solo deixa-o impróprio para a agricultura e atividades pastoris e o assoreamento dos rios pode provocar enchentes catastróficas.
Finalmente, vamos considerar a formação do orvalho. Ele é derivado principalmente da água evaporada do solo durante o inicio do período noturno e posteriormente condensada sobre superfícies frias que perderam calor por radiação.
A água nos seres vivos
A água está intimamente ligada à vida na terra e é o mais importante componente do corpo dos seres vivos. O corpo humano, por exemplo, apresenta 65% de água; uma salada de alface e tomate, 95%; a água-viva (medusa), 95%.
Ela serve como elemento de sustentação para as plantas. Esse fato evidencia-se quando a perda de água é excessiva, pois os vegetais murcham rapidamente.
No interior das células, a água incha as proteínas, dando estabilidade aos organóides, às membranas e às enzimas, indispensáveis para as reações químicas que mantêm a vida. Além disse, a água participa diretamente da maioria dessas reações. Também já vimos que a água é indispensável para a fotossíntese.
a) A água nos vegetais
A água penetra no corpo do vegetal principalmente através dos pêlos absorventes da raiz, que são projeções das células epidérmicas da raiz e produzidos com a finalidade de aumentar a superfície de absorção. Com isso, a raiz retira a água do solo, mas também absorve dele os sais minerais indispensáveis para a nutrição da planta.
A água que chega às folhas, em parte, é utilizada para a fotossíntese e, dessa maneira, é integrada nos alimentos orgânicos produzidos. Esses alimentos podem passar para os animais (consumidores) e voltar a formar água novamente, quando são decompostos na respiração para a liberação de energia.
É em grande parte perdida para a atmosfera por transpiração (estado de vapor) e mais raramente por gutação ou sudação (estado liquido).
b) A água nos animais
A água entra no corpo dos animais quando estes a bebem ou ingerem os alimentos e é eliminada através da transpiração (evaporação).
A evaporação da água dos pulmões é muito importante; assim, o ar que sai dos pulmões (ar respirado) está saturado com vapor d’água.
A água também é eliminada através dos rins durante a excreção e durante a egestão (fezes).
O carbono é um elemento químico importante porque participa da composição química de todos os compostos orgânicos.
Os seres vivos só conseguem aproveitar o carbono da natureza sob a forma de dióxido de carbono (CO2), encontrado na atmosfera, ou sob a forma de bicarbonato (HCO3) e carbonato (CO3), dissolvidos na água.
O carbono entra nos seres vivos quando os vegetais, utilizando o CO2 do ar ou os carbonatos e os bicarbonatos dissolvidos na água, realizam fotossíntese. Dessa maneira, o carbono é utilizado na síntese dos compostos orgânicos. Da mesma maneira, as bactérias que realizam a quimiossíntese fabricam as suas substancias orgânicas a partir do carbono do CO2.
Como já foi visto, os compostos orgânicos formados são os açúcares (carboidratos). Mas as plantas são capazes de produzir, além dos carboidratos, proteínas, lipídios, vitaminas, ceras etc.
O carbono das plantas pode seguir três caminhos:
a) Pela respiração é devolvido sob a forma de CO2;
b) Passa para os animais quando estes se alimentam de plantas;
c) Pela morte e decomposição volta a ser CO2.
Nos animais, é adquirido direta ou indiretamente do Reino Vegetal durante a sua nutrição. Assim, os animais herbívoros recebem dos vegetais os compostos orgânicos e, através do seu metabolismo, são capazes de transformá-los e sintetizar novos tipos de substâncias orgânicas.
O mesmo ocorre com os carnívoros, que se alimentam dos herbívoros, e assim sucessivamente.
O carbono nos animais, como nos vegetais, pode seguir três caminhos:
a) Pela respiração é devolvido à natureza sob a forma de CO2;
b) Passa para os outros animais através da nutrição;
c) Pela morte e decomposição volta ao estado de CO2.
É importante lembrar que a queima (combustão) geralmente provocada pelo homem, de materiais orgânicos (petróleo, carvão, lenha etc.) é um mecanismo de retorno do carbono ao meio ambiente, na forma de CO2, CO e outros gases.
4. Ciclo do oxigênio
O oxigênio ocupa cerca de 1/5 da atmosfera terrestre (20%) e aparece dissolvido na água dos rios, oceanos, lagos e etc. em proporções variadas, dependendo de fatores como pressão e temperatura.
Esse gás é extremamente importante por ser comburente, isto é, por permitir combustão das substâncias.
Ele é produzido pelas plantas durante o fenômeno da fotossíntese, é incorporado nos seres vivos e passa a ser encontrado em inúmeros 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.
Os ciclos do oxigênio e do carbono estão associados a dois fenômenos biológicos importantes, a fotossíntese e a respiração.
5. Ciclo do nitrogênio
O nitrogênio é indispensável à vida, uma vez que entra na constituição das proteínas e ácidos nucléicos. Admite-se que, no corpo humano, 16% está constituído por proteínas .
A mais importante fonte de nitrogênio é a atmosfera. Cerca de 78% do ar é formado por nitrogênio livre (N2), mas a maioria dos seres vivos é incapaz de aproveitá-lo no seu metabolismo.
Fixação biológica do nitrogênio
A fixação do nitrogênio gasoso da atmosfera é um fenômeno complexo e ocorre quando certos organismos reduzem o N2 em amônia (NH3). A energia para esta fixação vem direta ou indiretamente da fotossíntese. A maioria, posteriormente, será convertida em nitratos (NO3). Estes, por sua vez, serão transformados em matéria orgânica nitrogenada.
O fenômeno foi constatado em certas bactérias e nas algas azuis (cianofíceas). Também foi observado nas simbioses de bactérias com plantas superiores e de algas azuis com fungos, briófitas, pteridófitas, gimnospermas e angiospermas.
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.).
Esta simbiose provoca o aparecimento, nas raízes das leguminosas, de regiões mais espessas, ricas em matéria nitrogenada, chamadas nódulos ou nodosidades.
Quando essas nodosidades envelhecem, morrem e desagregam, enrriquecem o solo com material nitrogenado. No processo chamado adubação verde, a leguminosa é plantada e, quando estiver na fase de florescimento, faz-se a gradeação e incorpora-se o vegetal ao solo. A decomposição desta provoca um aumento considerável de nitrogênio no solo.
Formação do húmus
O nitrogênio das plantas passa para o reino animal através da cadeia alimentar. Quando os animais e vegetais morrem, a decomposição da matéria protéica, que constitui os corpos, dá origem ao húmus. Essa decomposição ocorre por ação de fungos e bactérias, levando à formação de compostos orgânicos nitrogenados malcheirosos, como é o caso da cadaverina, escatol, indol etc.
O nitrogênio do húmus será transformado em nitrogênio mineral por ação das bactérias nitrificantes.
Oxidação do N2 da atmosfera
Por ocasião de tempestades, as descargas elétricas podem provocar a oxidação do nitrogênio livre da atmosfera (N2) em nitritos e nitratos. Esses íons, solúveis em água, podem ser utilizados pelos vegetais na síntese de substancias orgânicas.
Aproveitamento do nitrogênio pelos animais
O nitrogênio entra no reino animal quando esses seres comem direta ou indiretamente um vegetal. Portanto, o nitrogênio penetra na forma orgânica.
Eliminação do nitrogênio pelos animais
O nitrogênio sai do reino animal quando esses seres morrem e são decompostos através da excreção. Dependendo do animal, a matéria orgânica nitrogenada eliminada varia. Assim, os peixes ósseos eliminam amônia, os peixes cartilaginosos e mamíferos excretam uréia, enquanto aves e repteis eliminam ácido úrico.
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