Notas curtas sobre ciclo de carbono, ciclo de nitrogênio e ciclo de enxofre (2158 palavras)

Notas curtas sobre Ciclo de Carbono, Ciclo de Nitrogênio e Ciclo de Enxofre!

Vários materiais, incluindo diferentes nutrientes e metais, se movem no ecossistema de maneira cíclica. As principais reservas ou compartimento de armazenamento dos materiais são conhecidos como reservatórios. Quando o principal reservatório de um nutriente está na atmosfera, ele é conhecido como ciclo gasoso, por exemplo, ciclo do nitrogênio, que tem seu reservatório na forma de gás nitrogênio (N2) constituindo cerca de 78% da atmosfera.

Quando o reservatório está na crosta terrestre ou sedimentos, é conhecido como um ciclo sedimentar, por exemplo, ciclo de fósforo - que tem sua reserva como rochas fosfáticas. O ciclo do enxofre é um exemplo de um tipo intermediário, que tem reservatório tanto no solo quanto na atmosfera.

O movimento dos materiais de um reservatório para outro pode ser impulsionado por agentes físicos como vento ou energia gravitacional. Também pode ser devido à energia química, por exemplo, quando a massa de água atinge a saturação, o reservatório está quimicamente cheio e, portanto, não pode mais segurá-la como tal.

Então o material geralmente é precipitado. O tempo médio pelo qual um material (molécula de uma substância) permanece em um reservatório é conhecido como seu tempo de permanência.

Nutrientes como carbono, nitrogênio, enxofre, oxigênio, hidrogênio, fósforo etc. se movem em trajetos circulares através de componentes bióticos e abióticos e são conhecidos como ciclos biogeoquímicos.

A água também se move em um ciclo, conhecido como ciclo hidrológico. Os nutrientes para mover-se através da cadeia alimentar e, finalmente, atingir o compartimento detrito (contendo matéria orgânica morta), onde vários microrganismos realizam a decomposição.

Vários nutrientes organicamente ligados de plantas e animais mortos são convertidos em substâncias inorgânicas por decomposição microbiana que são prontamente usados ​​pelas plantas (produtores primários) e o ciclo recomeça.

1. Ciclo de Carbono:

O ciclo do carbono é o ciclo biogeoquímico pelo qual o carbono é trocado entre a biosfera, a pedosfera, a geosfera, a hidrosfera e a atmosfera da Terra. É um dos ciclos mais importantes da Terra e permite que o carbono seja reciclado e reutilizado em toda a biosfera e em todos os seus organismos.

O Ciclo de Carbono é uma série complexa de processos através dos quais todos os átomos de carbono existentes giram. A madeira queimada há apenas algumas décadas poderia ter produzido dióxido de carbono que, através da fotossíntese, se tornou parte de uma planta. Quando você come essa planta, o mesmo carbono da madeira que foi queimada pode se tornar parte de você. O ciclo do carbono é o grande reciclador natural dos átomos de carbono.

Sem o funcionamento adequado do ciclo do carbono, todos os aspectos da vida poderiam ser alterados dramaticamente. Plantas, animais e solo interagem para compor os ciclos básicos da natureza. No ciclo do carbono, as plantas absorvem dióxido de carbono da atmosfera e o utilizam, combinado com a água que recebem do solo, para produzir as substâncias de que necessitam para o crescimento. O processo de fotossíntese incorpora os átomos de carbono do dióxido de carbono em açúcares.

Animais, como o coelho, comem as plantas e usam o carbono para construir seus próprios tecidos. Outros animais, como a raposa, comem o coelho e depois usam o carbono para suas próprias necessidades. Esses animais retornam dióxido de carbono para o ar quando respiram e quando morrem, uma vez que o carbono é devolvido ao solo durante a decomposição. Os átomos de carbono no solo podem então ser usados ​​em uma nova planta ou pequenos microorganismos. Os seguintes grandes reservatórios de carbono interconectados por vias de troca:

Eu. A atmosfera.

ii. A biosfera terrestre, geralmente definida como incluindo sistemas de água doce e material orgânico não vivo, como o carbono do solo.

iii. Os oceanos, incluindo carbono inorgânico dissolvido e biota marinha viva e não viva.

iv. Os sedimentos incluindo combustíveis fósseis

v. O interior da Terra, o carbono do manto e da crosta da Terra é liberado para a atmosfera e a hidrosfera por vulcões e sistemas geotérmicos.

Os movimentos anuais de carbono, as trocas de carbono entre reservatórios, ocorrem devido a vários processos químicos, físicos, geológicos e biológicos. O oceano contém o maior reservatório ativo de carbono perto da superfície da Terra, mas a parte oceânica profunda dessa piscina não troca rapidamente com a atmosfera na ausência de uma influência externa, como vazamento descontrolado de poços de petróleo em águas profundas.

O orçamento global de carbono é o saldo das trocas (rendas e perdas) de carbono entre os reservatórios de carbono ou entre um loop específico do ciclo de carbono.

O carbono é liberado na atmosfera de várias maneiras:

Eu. Através da respiração realizada por plantas e animais. Esta é uma reação exotérmica e envolve a quebra de glicose (ou outras moléculas orgânicas) em dióxido de carbono e água.

ii. Através da decadência da matéria animal e vegetal. Fungos e bactérias quebram os compostos de carbono em animais mortos e plantas e convertem o carbono em dióxido de carbono se o oxigênio estiver presente, ou o metano, se não estiver.

iii. Através da combustão de material orgânico que oxida o carbono que contém, produzindo dióxido de carbono (e outras coisas, como o vapor de água). A queima de combustíveis fósseis, como carvão, produtos de petróleo libera dióxido de carbono. A queima de agro-combustíveis também libera dióxido de carbono

iv. Erupções vulcânicas e metamorfismo liberam gases para a atmosfera. Os gases vulcânicos são principalmente vapor de água, dióxido de carbono e dióxido de enxofre.

v. O carbono é transferido dentro da biosfera, pois os heterotróficos se alimentam de outros organismos ou de suas partes (por exemplo, frutas). Isso inclui a absorção de material orgânico morto (detrito) por fungos e bactérias para fermentação ou decadência.

vi. A maior parte do carbono deixa a biosfera através da respiração. Quando o oxigênio está presente, ocorre a respiração aeróbica, que libera dióxido de carbono no ar ou água circundante, seguindo a reação C ₆ H ₁₂ O ₆ + 60 ₂ -> 6CO ₂ + 6H ₂ O. Caso contrário, ocorre respiração anaeróbica e libera metano o ambiente circundante, que eventualmente entra na atmosfera ou na hidrosfera (por exemplo, como gás de marisma ou flatulência).

Circulação de dióxido de carbono:

Eu. As plantas absorvem o dióxido de carbono da atmosfera.

ii. Durante o processo de fotossíntese, as plantas incorporam os átomos de carbono do dióxido de carbono em açúcares.

iii. Animais, como o coelho, comem as plantas e usam o carbono para construir seus próprios tecidos, encadear o conteúdo de carbono

iv. Através da cadeia alimentar, o carbono é transferido para raposas, leões, etc.

v. Os animais retornam dióxido de carbono para o ar quando respiram e quando morrem, uma vez que o carbono é devolvido ao solo durante a decomposição

Em caso de oceano:

Nas regiões de ressurgência oceânica, o carbono é liberado para a atmosfera. Por outro lado, as regiões de down welling transferem carbono (CO ₂ ) da atmosfera para o oceano. Quando o CO ₂ entra no oceano, ele participa de uma série de reações que estão localmente em equilíbrio:

Eu. Conversão de CO ₂ (atmosférico) em CO ₂ (dissolvido).

ii. Conversão de CO ₂ (dissolvido) em ácido carbônico (H ₂ CO ₃ ).

iii. Conversão de ácido carbônico (H ₂ CO ₃ ) em íon bicarbonato.

iv. Conversão do íon bicarbonato em íon carbonato.

Nos oceanos, o carbonato dissolvido pode combinar-se com o cálcio dissolvido para precipitar o carbonato de cálcio sólido, CaCO3, principalmente como as conchas de organismos microscópicos. Quando esses organismos morrem, suas conchas se afundam e se acumulam no fundo do oceano. Com o tempo, esses sedimentos de carbonato formam o calcário, que é o maior reservatório de carbono no ciclo do carbono.

O cálcio dissolvido nos oceanos vem do intemperismo químico das rochas de silicato de cálcio, durante as quais os ácidos carbônicos e outros na água subterrânea reagem com minerais portadores de cálcio liberando íons de cálcio em solução e deixando um resíduo de minerais de argila recém-formados e minerais insolúveis como o quartzo.

O fluxo ou absorção de dióxido de carbono nos oceanos do mundo é influenciado pela presença de vírus disseminados nas águas oceânicas que infectam muitas espécies de bactérias. As mortes bacterianas resultantes geram uma sequência de eventos que levam a uma respiração muito aumentada do dióxido de carbono, reforçando o papel dos oceanos como sumidouro de carbono.

2. Ciclo de Nitrogênio :

O ciclo do nitrogênio é o conjunto de processos biogeoquímicos pelos quais o nitrogênio sofre reações químicas, muda de forma e se move através de reservatórios de diferença na Terra, incluindo organismos vivos.

O nitrogênio é necessário para todos os organismos viverem e crescerem porque é o componente essencial do DNA, RNA e proteína. No entanto, a maioria dos organismos não pode usar o nitrogênio atmosférico, o maior reservatório. Os cinco processos no ciclo do nitrogênio

Eu. Fixação de nitrogênio

ii. Absorção de nitrogênio

iii. Mineralização de nitrogênio

iv. Nitrificação

v. De-nitrificação

Os seres humanos influenciam o ciclo global do nitrogênio principalmente através do uso de fertilizantes à base de nitrogênio.

I. Fixação de nitrogênio: N ₂ -> NH ₄ ⁺

A fixação de nitrogênio é o processo em que o N ₂ é convertido em amônio, essencial porque é a única maneira pela qual os organismos podem obter nitrogênio diretamente da atmosfera. Certas bactérias, por exemplo, aquelas do gênero Rhizobium, são os únicos organismos que fixam nitrogênio através de processos metabólicos.

Bactérias fixadoras de nitrogênio freqüentemente formam relações simbióticas com plantas hospedeiras. Esta simbiose é bem conhecida por ocorrer na família das leguminosas vegetais (por exemplo, feijão, ervilha e trevo). Nessa relação, as bactérias fixadoras de nitrogênio habitam nódulos de raízes de leguminosas e recebem carboidratos e um ambiente favorável de suas plantas hospedeiras em troca de um pouco do nitrogênio que fixam. Há também bactérias fixadoras de nitrogênio que existem sem hospedeiros de plantas, conhecidas como fixadores de nitrogênio de vida livre. Em ambientes aquáticos, algas azuis-verdes (na verdade, uma bactéria chamada cianobactéria) é um importante fixador de nitrogênio de vida livre.

II. Absorção de nitrogênio: NH ₄ ⁺ -> N orgânico

A amônia produzida por bactérias fixadoras de nitrogênio é geralmente incorporada rapidamente às proteínas e outros compostos nitrogenados orgânicos, seja por uma planta hospedeira, pela própria bactéria ou por outro organismo do solo.

III Mineralização de nitrogênio: orgânico N -> NH ₄ ⁺

Depois que o nitrogênio é incorporado na matéria orgânica, é freqüentemente convertido de volta em nitrogênio inorgânico por um processo chamado mineralização de nitrogênio, também conhecido como decaimento. Quando os organismos morrem, os decompositores (como bactérias e fungos) consomem a matéria orgânica e levam ao processo de decomposição.

Durante este processo, uma quantidade significativa do nitrogênio contido no organismo morto é convertido em amônio. Uma vez na forma de amônio, o nitrogênio está disponível para uso por plantas ou para posterior transformação em nitrato (NO ₃ ^- ) através do processo chamado nitrificação.

IV. Nitrificação: NH ₄ ⁺ -> NO ₃ ^-

Parte do amônio produzido pela decomposição é convertido em nitrato através de um processo chamado nitrificação. As bactérias que realizam essa reação ganham energia com isso. A nitrificação requer a presença de oxigênio, de modo que a nitrificação pode ocorrer apenas em ambientes ricos em oxigênio, como as águas que circulam ou fluem e as camadas muito superficiais dos solos e sedimentos. O processo de nitrificação tem algumas conseqüências importantes.

Íons de amônio são carregados positivamente e, portanto, ficam aderidos (são sorvidos) a partículas de argila negativamente carregadas e à matéria orgânica do solo. A carga positiva impede que o nitrogênio amoniacal seja lavado do solo (ou lixiviado) pela chuva.

Em contraste, o íon nitrato carregado negativamente não é retido pelas partículas do solo e, portanto, pode ser lavado pelo perfil do solo, levando à diminuição da fertilidade do solo e ao enriquecimento de nitrato de águas superficiais e subterrâneas a jusante.

V. De-nitrificação: NO ₃ ^- -> N ₂ + N ₂ O

Através da desnitrificação, as formas oxidadas de nitrogênio, como nitrato e nitrito (NO ₂ ), são convertidas em gás de nitrogênio (N ₂ ) e, em menor escala, óxido nitroso. A desnitrificação é um processo anaeróbico que é realizado pelas bactérias desnitrificantes, que convertem nitrato em nitrogênio na seguinte seqüência:

NÃO ₃ ^- -> NÃO ₂ ^- -> NÃO -> N ₂ O -> N ₂

O óxido nítrico e o óxido nitroso são ambos gases importantes para o meio ambiente. O óxido nítrico (NO) contribui para a poluição, e o óxido nitroso (N2O) é um importante gás de efeito estufa, contribuindo para a mudança climática global.

3. Ciclo de Enxofre:

O enxofre é um dos componentes que compõem proteínas e vitaminas. Proteínas consistem em aminoácidos que contêm átomos de enxofre. O enxofre é importante para o funcionamento de proteínas e enzimas em plantas e em animais que dependem de plantas para enxofre.

Ele entra na atmosfera através de fontes naturais e humanas. Recursos naturais podem ser, por exemplo, erupções vulcânicas, processos bacterianos, evaporação da água ou organismos em decomposição. Quando o enxofre entra na atmosfera através da atividade humana, isto é principalmente uma conseqüência de processos industriais onde os gases de dióxido de enxofre (SO ₂ ) e sulfeto de hidrogênio (H ₂ S) são emitidos em larga escala.

Quando o dióxido de enxofre entra na atmosfera, ele reage com o oxigênio para produzir gás trióxido de enxofre (SO ₃ ), ou com outros produtos químicos na atmosfera, para produzir sais de enxofre. O dióxido de enxofre também pode reagir com a água para produzir ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄ ). O ácido sulfúrico também pode ser produzido a partir do sulfeto de metilo, que é emitido para a atmosfera por espécies de plâncton.

Todas essas partículas se acomodarão na terra, ou reagirão com a chuva e cairão de volta à terra como deposição ácida. As partículas serão então absorvidas pelas plantas novamente e são liberadas de volta à atmosfera, para que o ciclo de enxofre comece novamente.

Eu. Combustíveis fósseis como carvão e petróleo são recursos energéticos extremamente importantes que estão se esgotando.

ii. Recursos baseados em combustível de hidrocarbonetos criam níveis de poluição e gases de efeito estufa. Sua gestão está relacionada à melhoria tecnológica e à busca de fontes alternativas de energia, levando isso em consideração.

iii. Um uso geral prudente e sustentável dos recursos, tanto a nível individual como coletivo, pode beneficiar um amplo setor da sociedade, bem como atender às gerações futuras.