Aula - Ciclos Biogeoquímicos

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A Figura 2 apresenta um esquema geral sobre o ciclo do carbono, exemplificando o CO2 como principal composto responsável pelo transporte de carbono para a atmosfera.

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Figura 2. Esquema geral do ciclo do carbono. Unidades de massa em Tg (teragrama = 1012g).

Ciclo do nitrogênio

O nitrogênio é um macroelemento essencial para a vida por se tratar de um dos principais componentes dos aminoácidos formadores de proteínas. Apesar de ele ser um dos mais abundantes elementos da Terra, a maior parte está agregada a rochas ou na forma de nitrogênio molecular (N2), e apenas 0,02% dele se encontra disponível para ser utilizado pelas plantas. A forma de N2 é considerada composto inerte porque a maior parte dos seres vivos não pode utilizá-la para satisfazer suas necessidades. Somente algumas bactérias têm a capacidade de retirar nitrogênio da atmosfera e transformá-lo em espécie reativa. É considerado reativo o nitrogênio que está disponível e que se encontra ligado a hidrogênio, carbono ou oxigênio. Outra forma natural de transformar N2 em uma espécie reativa se dá quando relâmpagos são formados na atmosfera. A elevada temperatura produzida na faísca faz com que o nitrogênio e o oxigênio se combinem e formem óxidos de nitrogênio na atmosfera, os quais podem chegar ao solo transportados pela água da chuva. A Figura 3 exibe as principais rotas do nitrogênio no ciclo.

[pic 12]Figura 3. Principais rotas do nitrogênio no seu ciclo. Unidades de massa Tg.

O ser humano moderno alterou o ciclo do nitrogênio pela introdução de grande quantidade de nitrogênio reativo. Esse nitrogênio é essencial para a agricultura porque é um dos principais componentes dos adubos (NPK), isto é, aquele contendo nitrogênio, fósforo e potássio. Hoje, existe tecnologia para a produção industrial de nitrogênio reativo a partir do nitrogênio atmosférico como matéria-prima. O processo é conhecido como Haber-Bosh e produz amônia através da reação de nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2):

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A amônia apresenta vasta aplicação e pode-se destacar seu uso como fonte de nitrogênio na fabricação de fertilizantes, como agente neutralizador na indústria do petróleo e como gás de refrigeração em sistemas industriais. Seu alto poder refrigerante e seu baixo potencial de destruição do ozônio estratosférico tornam este gás adequado para ser usado em grandes máquinas de refrigeração industrial, evitando, assim, os usuais compostos orgânicos conhecidos como clorofluorcarbono (CFC).

A produção industrial de nitrogênio tem sido muito maior que a taxa de crescimento da população. De 1950 até 1990, o uso de nitrogênio reativo cresceu de 1,3 quilo (N) habitante/ano para 15 quilos (N) habitante/ano. A produção de nitrogênio para uso como fertilizante é da ordem de 80 Tg/ano, e a amônia emitida naturalmente é de cerca de 8 Tg/ano, pelos continentes, e de 15 Tg/ano, pelos oceanos. Em paralelo, a humanidade também produz nitrogênio reativo de forma não-intencional durante processos de combustão, principalmente na forma de óxidos de nitrogênio. Em 1990, a humanidade produziu cerca de 140 Tg/ano de nitrogênio reativo, de forma intencional ou não. Esses valores mostram quanto o ser humano está interferindo no ciclo natural do nitrogênio. As consequências desse desequilíbrio ainda estão longe de serem entendidas pela comunidade científica. Devido à complexidade do tema, ainda não existem estudos confiáveis que possam mensurar as consequências desses efeitos no ambiente. Todavia, as previsões sugerem consequências ambientais desastrosas, inclusive com mudanças na biodiversidade das espécies. Possivelmente, em um futuro próximo, o ciclo do nitrogênio e seu desequilíbrio serão motivos de debates ambientais, tal como atualmente é o ciclo do carbono, provocado pela emissão de CO2, cuja consequência ambiental é o aumento do efeito estufa e as mudanças climáticas.

Ciclo do enxofre

O enxofre, outro nutriente essencial, possui um ciclo também complexo. Em parte, isso ocorre devido aos diferentes números de oxidação que o átomo de enxofre pode assumir (-2 até +6). As principais espécies gasosas que chegam à atmosfera são o SO2 (dióxido de enxofre), produto principalmente de combustão, H2S (sulfeto de hidrogênio), emitido por águas ou regiões úmidas do continente que contêm pouco oxigênio (condições anaeróbicas), e (CH3)2S (dimetilsulfeto), emitido por fitoplânctons existentes na superfície dos oceanos. Na água, geralmente a forma dissolvida do enxofre mais comum é o SO42- (íon sulfato). Depois do íon cloreto, ele é o principal ânion presente em águas marinhas. Existe grandes quantidade de sulfato agregados às partículas na atmosfera. Muitas destas são provenientes de gotículas de água formadas nas ondas e levadas pelo vento. Essa forma de emissão é conhecida como spray marinho, e tais partículas podem ser levadas para o interior do continente sendo depositadas a centenas de quilômetros do litoral.

As atividades humanas são responsáveis pela emissão de grandes quantidades de enxofre para atmosfera, na forma do gás SO2, um subproduto da combustão de materiais que possuem enxofre em sua estrutura, como os combustíveis fósseis e biomassa (restos de vegetais e madeira). Por ser a queima de combustível fóssil muito mais intensa nos países ricos, e o tempo de residência do dióxido de enxofre de alguns dias, as quantidades de enxofre encontradas no Hemisfério Norte, onde estão localizados os países ricos, é maior que no Hemisfério Sul. Grande parte do enxofre é transformada em partículas de sulfato na atmosfera ou sofre outras transformações, formando ácido sulfúrico e aumento a acidez da chuva. As emissões resultantes das atividades humanas globais são da ordem de 73-80 Tg (S)/ano, e as emissões naturais, da ordem de 40-85 Tg (S)/ano, não considerando a poeira do solo e o sulfato proveniente do spray marinho. A Figura 4 mostra o esquema geral do ciclo do enxofre, com as principais rotas do elemento no ambiente.

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Figura 4. Esquema geral do ciclo do enxofre. Unidades em massa Tg.

Outros ciclos de elementos na natureza

Existem vários outros ciclos de elementos no ambiente, como os do fósforo, do mercúrio e do oxigênio. Conhecer os ciclos, suas rotas e quantidades envolvidas é de fundamental importância em qualquer estudo ambiental.