CICLOS BIOGEOQUÍMICOS E SEUS IMPACTOS AMBIENTAIS
Profª. MSc. Mary Ann Saraiva
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Estoque de reserva – componente grande, relativamente estático e não biológico. Ex: fósforo na rocha.
Estoque lábil ou de ciclagem – componente menor, dinâmico e que faz a conexão entre os seres vivos e o ambiente físico. Ex: fósforo no solo para ser absorvido pela planta e fósforo do corpo da planta, que ao morrer, é decomposta e devolve fósforo para o solo.
OS CICLOS MAIS IMPORTANTES SÃO: • CICLO DA ÁGUA • CICLO DO CARBONO
GASOSOS
• CICLO DO OXIGÊNIO
• CICLO DO NITROGÊNIO •
CICLO DO FÓSFORO
•
CICLO DO ENXOFRE
•
CICLO DO CÁLCIO
SEDIMENTARES
CICLO DO CARBONO
CICLO DO CARBONO
ESTOQUE DE CARBONO 1º: 2º: 3º: 4º:
solo oceanos ser vivo ar
Carbonato (litosfera) C fóssil (combustíveis fósseis) Ácido Carbônico (H2CO3, no mar): forma H+ e CO3Ciclagem: C orgânico (ser vivo) ↔ C inorgânico (meio)
CICLO DE CARBONO NO SOLO SEQUESTRA CARBONO PARA O SOLO
PERDA DE CARBONO DO SOLO
HUMIFICAÇÃO NATURAL E ARTIFICIAL
EROSÃO
AGREGAÇÃO DO SOLO
DECOMPOSIÇÃO
SEDIMENTAÇÃO
LIXIVIAÇÃO
O QUE PROVOCA DESEQUILÍBRIOS NO CICLO DO CARBONO • Queimadas de florestas (reduz a fotossíntese e aumenta o CO2 atmosférico) • Desmatamento (a maior parte do carbono está na estrutura das plantas). • Poluição dos mares (morte de algas com consequente redução da fotossíntese e da absorção de CO2 pelo oceano) • Queima do carvão e derivados de petróleo (liberação do CO2 que estava armazenado desde o Período Carbonífero) • Agricultura convencional
CONSEQUÊNCIAS DOS DESEQUILÍBRIOS NO CC
AQUECIMENTO GLOBAL
transparente opaca
O CO2, assim como outros gases (metano, óxido nitroso – N20, CFC), é considerado um “gás- estufa”. Isso porque a atmosfera rica em CO2 é “transparente” às radiações solares que incidem em nosso planeta, mas “opaca” à radiação infravermelha (calor) irradiada da superfície terrestre. Logo, essas ondas de calor ficam impedidas de se dissipar, causando a elevação da temperatura média da Terra.
GASES QUE AUMENTAM O EFEITO ESTUFA
PROTOCOLO DE KYOTO • O segundo Relatório de Avaliação do IPCC sobre a mudança do clima , divulgado em 1995 , desencadeia as negociações que conduziram ao Protocolo de Kyoto em 1997. • Artigo 3 - Metas de Redução
• 5% concentrações medidas em 1990 - 2008/2012 • Artigo 12 – Mecanismo Desenvolvimento Limpo MDL - Governos ou empresas de países desenvolvidos, que tem metas de redução a serem atingidas em 2008/2012, investem em empresas de países em desenvolvimento. - Com a nova tecnologia desenvolvida, as reduções das emissões obtidas atuam como uma compensação para as emissões em excesso da empresa do país desenvolvido, fazendo com que ele alcance sua meta de redução.
Análise Geral do Protocolo de Kyoto em 2015: 10 anos de vigência O IPCC(Painel intergovernamental sobre mudança climática): Não há mais tempo para reduzir a concentração de GEE para que o aumento médio da temperatura da Terra até 2.100 seja inferior a 2ºC. • Para evitar esse cenário, seria preciso estabilizar as emissões até 2020, cumprir as novas metas estabelecidas para o período 2013-2010 (apenas 23 países aderiram). • O IPCC anunciou que entre 1880 – 2012, a temperatura média da Terra já aumentou 0,85ºC. Entre 2005 – 2012 as emissões mundiais de GEE aumentaram em 16,2%. • Cenário atual> perspectiva: até 2.100 a temperatura planetária aumente, em média, 4,5ºC.
Análise Geral do Protocolo de Kyoto em 2015: 10 anos de vigência • A União Europeia é o único bloco mundial que cumpriu o protocolo e superou as metas de redução do período 2008-2012. E a Alemanha tem provado que é possível reduzir os GEE sem ter redução no PIB.
PAÍSES E PROTOCOLO DE KYOTO:
- União Europeia e Austrália redução dos GEE em 20%. - Japão, Rússia e Canadá: são contrários às metas obrigatórias de redução de GEE; Japão e Rússia cumpriram Canadá aumentou em quase 30% de 1990 para 2009. - China e EUA: são os maiores poluidores do mundo atual: 45% das emissões globais de GEE. - Brasil: ratificou, mas não cumpre metas de redução de GEE por ser um país em desenvolvimento e ter contribuído pouco para os atuais níveis de GEE.
- O Brasil reduziu o desmatamento em 64% (entre 2005-2013), mas aumentou emissões na agropecuária e cresceu 42% o consumo de energia.
CONSEQUÊNCIAS DOS DESEQUILÍBRIOS NO CC Perturbação do ciclo hidrológico pela mudança climática global, que inclui: - aquecimento da superfície terrestre. - derretimento de geleiras; - alteração nos padrões de precipitação - alteração nos padrões de transpiração e evapotranspiração de plantas.
PE/BA, 1979 SP, 2014
RELAÇÃO ENTRE AUMENTO DE CO2 ATMOSFÉRICO E AQUECIMENTO GLOBAL
Curva de Charles Keeling: Concentrações de CO2 atmosférico
Variação de temperatura na Terra de 1860 até 2000
EMISSﾃグ GLOBAL GEE: 1975 - 2014
CO2
CH4
N2O
AQUECIMENTO GLOBAL E AEROSSÓIS Carlo Rubbia (físico, Nobel de 1984) há dois fenômenos
coexistindo ao mesmo tempo: aquecimento global, que causa a elevação de temperaturas, e os aerossóis, que reduzem a transparência do ar e portanto reduzem a temperatura. Cidade de Ji-Paraná (Rondônia) em duas situações: em um dia com céu limpo (no alto) e com a atmosfera carregada de aerossóis de fumaça que bloqueiam a radiação solar. A seta indica a posição do Sol.
CICLO DO OXIGÊNIO
CICLO DO OXIGÊNIO Consumo de O2: Respiração aeróbica Degradação UV-A e UV-B: O3 Solo: óxidos metálicos. Ex: Óxido de ferro.
IMPACTO AMBIENTAL NO CICLO DO OXIGÊNIO:
BURACO NA CAMADA DE OZÔNIO
Essa camada situa-se na estratosfera – 10 e 50 Km acima da superfície terrestre. O gás ozônio (O3) filtra os raios ultravioleta. CONSEQUÊNCIAS Câncer de pele no homem e outros animais Aumento na taxa de mutações nos seres vivos Interferir em cadeias alimentares.
COMO O CFC DESTROI A CAMADA DE OZÔNIO?
TAMBÉM DESTROEM A CAMADA DE OZÔNIO
CTC – tetracloreto de carbono HCFC – hidrofluorcarbono Brometo de metila Hálons
BURACO NA CAMADA DE OZﾃ年IO
PROTOCOLO DE MONTREAL • A partir de 1987 com o Protocolo de Montreal passou-se a reduzir o uso de CFC (150 países) • Entrou em vigor em 1989: não uso até 1999 • Substitutos: HCFC, HFC, PFC (são SDOs) • HCFC: uso eliminado até 2.030. • Melhor substituto: GLP (gás liquefeito de petróleo) (tem butano e propano, são pesados, não sobem) • Propõe-se usar amônia • Brasil: uso eliminado entre 1990 - 2010 Estudos de computação gráfica sugerem que o maior buraco sobre a Antártida deverá ser restaurado até 2040.
CICLO DA ÁGUA
CICLO DA ÁGUA
CICLO DA ÁGUA O ciclo da água pode ser considerado sob dois aspectos: o pequeno ciclo, ou ciclo curto, e o grande ciclo, ou ciclo longo. São os principais formadores de nuvens: - DMS (dimetil sulfeto) – liberado por algas. - Terpenos – liberados por plantas. Nos CONTINENTES E ILHAS, a evapotranspiração é menor do que a precipitação, o que possibilita a formação de rios, lagos e lençóis freáticos. O processo inverso ocorre nos OCEANOS E MARES, onde a precipitação é menor que a evapotranspiração. Isso poderia sugerir que um dia os oceanos iriam secar, mas, então, por que isso não ocorre?
PROBLEMAS NO CICLO DA ÁGUA
- Mudanças climáticas: alterações no padrão global de precipitação - Pegada Hídrica: Brasil tem 14% da água doce mundial, porém mal distribuída
CICLO DO NITROGÊNIO
CICLO DO NITROGÊNIO
N2 atmosférico
NH3
NO2-
NO3-
amônia
nitrito
nitrato
N2 atmosférico
CICLO DO NITROGÊNIO
FIXAÇÃO BIOLÓGICA (N Ξ N) (N2 - FORMA AMÔNIA) Bactérias Rhizobium (bacteriorriza), Azotobacter - A enzima nitrogenase é inibida pelo O2. - No interior de um nódulo de raiz tem pouco O2 . - Nódulos de Rhizobium tem leg-hemoglobina (LHb): proteína vegetal do citoplasma das células do nódulo. - A LHb absorve O2 para bactéria usar na respiração e não deixa que o oxigênio chegue à região da célula em que o nitrogênio está sendo convertido em amônia.
FIXAÇÃO DE N2 POR BACTÉRIAS NÓDULOS DE RAIZ – plantas leguminosas
Bactéria Rhizobium
CICLO DO NITROGÊNIO FIXAÇÃO BIOLÓGICA (N Ξ N) (N2 - FORMA AMÔNIA) • Cianobactérias: tem nódulos (heterocistos) • Fungos fixadores: actinomicetos/alguns micorrízicos • Bactérias diazotróficas: Rhizobium, Azotobacter
AMONIFICAÇÃO: realizada por bactérias e fungos
NH3 + H2O AMÔNIA
NH4OH HIDRÓXIDO DE OMÔNIO
Podem ser usados por bactérias na quimiossíntese, gerando nitritos
NH4+ + OHAMÔNIO
HIDROXILA
Um pouco pode ser absorvido pelas plantas legumisosas/cloroplasto: será usada para síntese de aminoácidos, etc.
CICLO DO NITROGÊNIO: NITRIFICAÇÃO NITROSAÇÃO 2NH3 + 3O
nitrosação
2HNO2 + 2H2O + Energia (Q)
ácido nitroso: ioniza-se no solo> H+ + NO2-
NITRAÇÃO 2HNO2 + O2
nitração
2HNO3 + Energia (Q)
ácido nítrico: ioniza-se no solo >H+ + NO-3 PSIU: DESNITRIFICAÇÃO, FIXAÇÃO INDUSTRIAL (Ciclo de Haber-Bosch) e FIXAÇÃO ATMOSFÉRICA
PROBLEMAS NO CICLO DO NITROGÊNIO CHUVA ÁCIDA Chuva contaminada por poluentes atmosféricos, como os óxidos sulfúricos (de enxofre) e nítricos (de nitrogênio), emitidos por exemplo pelas chaminés das indústrias e escapamentos de automóveis. As gotas contaminadas (Ph mais baixo) penetram no solo, envenenando-o, o que causa a morte de florestas. Também contaminam rios, lagos e corroem elementos como mármore, ameaçando patrimônios artísticos e arquitetônicos.
PROBLEMAS NO CICLO DO N2 •EUTROFIZAÇÃO: o desmatamento, e a abertura de clareiras em geral, levam a um aumento no fluxo de nitrato nos cursos d’água. Além disso, a produção de fertilizantes nitrogenados (mais de 50 x 106 toneladas por ano!) que depois de adicionada à terra, encontra seu caminho final em rios e lagos. Todo esse nitrogênio gera a eutrofização. •ADUBAÇÃO ARTIFICIAL: perturbação de comunidades naturais através da fertilização. Muitas comunidades vegetais estão adaptadas à condições de pouca disponibilidade nutricional, e o aumento desta por fertilização, altera a composição florística destas comunidades.
CICLO DO FÓSFORO
PROBLEMAS NO CICLO DO FÓSFORO Eutrofização: Fosfatos e nitratos Escassez das reservas Apenas 4 países – Marrocos, China, África do Sul e Jordânia – controlam 80% das reservas de fosfato utilizável do mundo. Marrocos (37%). Brasil tem (0,04%) Fósforo é um mineral finito e insubstituível.
CICLO DO ENXOFRE
PROBLEMAS NO CICLO DO ENXOFRE • Três processos naturais liberam enxofre para a atmosfera: - a formação de aerossóis marinhos, - a atividade vulcânica , - a respiração de bactérias redutoras de sulfato. • A principal perturbação humana no ciclo do enxofre é a QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS SO2 oxidado > H2SO4 (ácido sulfúrico) CHUVA ÁCIDA
CICLO DE CÁLCIO
O intemperismo pode ser entendido como o conjunto de processos mecânicos, químicos e biológicos que ocasionam a destruição física e química das rochas, formando os solos. No Cerrado usam-se ton. de calcário p/ corrigir acidez do solo
DETALHANDO O CICLO DE CÁLCIO • CO2 + H2O = H2CO3 erosão das rochas silicatadas libera Ca2+ e HCO3lixiviado para o mar e absorvidos por animais p/ exoesqueleto QUANDO ANIMAIS MORREM LIBERAM CARBONATO E VÃO COMPOR A ROCHA SEDIMENTAR. LENTA E GRADUALMENTE AS ROCHAS SEDIMENTARES ALCANÇAM A SUPERFÍCIE E OS VEGETAIS ABSORVEM OS SAIS DE CÁLCIO DO SOLO