Ciclos Bioquímicos: Ciclos da Água, Hidrológico Global, Oxigênio, Carbono e Nitrogênio


CICLOS BIOQUÍMICOS

O planeta Terra recebe constantemente energia so­lar, que utiliza para manter uma temperatura controlada, e depois a devolve ao espaço. A existência e a perma­nência dos organismos vivos na Terra dependem da dis­persão da energia capturada pelos produtores e distribu­ída entre os consumidores. Os seres vivos precisam tam­bém dos nutrientes (matéria) que circulam entre os meios abiótico e biótico e os devolvem às partes não-vivas do ecossistema.

Ciclos Bioquímicos

A diferença entre energia e matéria é que a primeira flui em direção aos decompositores por meio da cadeia alimentar e dispersa-se sob a forma de calor, e a matéria é reciclada, isto é, seus componentes são reordenados e passam a fazer parte de outros compostos e, por isso, está sempre disponível.

O planeta Terra apresenta três quartos de sua super­fície cobertos de água, substância que faz parte da com­posição dos seres vivos e desempenha importante papel no seu metabolismo. A água é encontrada nos três estados físicos da ma­téria: sólido, líquido e gasoso. Grande parte da água do planeta (97%) corresponde à água salgada, que constitui mares e oceanos, os principais responsáveis pela evapo­ração. Apenas 3% correspondem à chamada água doce. Desses, 2% encontram-se nas geleiras e calotas polares e apenas 1% corresponde à água disponível nos rios, la­gos, lagoas, lençóis freáticos e vapor de água da atmos­fera.

Esses ciclos de nutrientes são chamados de ciclos bioquímicos e têm como agentes:
•         plantas clorofiladas – transformam substâncias inorgânicas em orgânicas para serem utilizadas pelos organismos vivos;
•         organismos decompositores – realizam o pro­cesso inverso, transformando substâncias orgâ­nicas em inorgânicas;
•         ar e água – fazem circular os nutrientes pelos meios biótico e abiótico.

Cerca de 0,001% da água encontra-se na atmosfera em forma de vapor. Os vapores de água podem ser pro­duzidos por transpiração dos seres vivos (ciclo longo da água) e pela evaporação direta da água salgada ou doce (ciclo curto). O conjunto desses dois processos denomi­na-se evapotranspiração.
Os mesmos fatores que determinam o clima de uma região – temperatura, pressão, umidade e ventilação -atuam sobre a evapotranspiração.

No chamado ciclo longo, a água que os seres vivos incorporam por meio da dieta alimentar pode permane­cer por longos períodos no interior do organismo, parti­cipando de várias reações, ou ser liberada na forma de excreção, transpiração e defecação. No caso dos vege­tais, ela pode ser liberada por meio da transpiração, rea­lizada principalmente pelos estômatos, e na forma líqui­da, por meio da gutação (eliminação de gotículas de água), realizada pelos hidatódios das folhas.

No ciclo curto, a água dos mares, rios e lagos é aque­cida pela energia solar e sofre evaporação. Ao ser resfri­ada nas camadas mais altas da atmosfera, condensa-se, formando as nuvens. Em seguida, volta à crosta terrestre em forma de chuva, escoa superficialmente ou infiltra-se no solo (fenômeno denominado de percolação), rei­niciando o processo. Os números indicam as quantidades relativas de água (expressas como unidades de 10l8g) contidas ou trocadas.

O mais importante processo de produção de oxigé­nio é a fotossíntese, realizada pelos seres vivos autotróficos encontrados sobre a superfície terrestre (plantas) ou na água (algas). Como a respiração e a fotossíntese são processos cíclicos, a concentração de oxigênio pre­sente na atmosfera permanece constante.

Durante o processo fotossintético, a molécula de água é quebrada e ocorre a liberação do oxigênio, que é utili­zado na respiração dos próprios produtores e dos outros organismos vivos que compõem o ecossistema (animais, fungos, etc.).

Ciclo hidrológico global

Embora as rochas contenham grandes quantidades de água, esta água “presa” exerce um papel muito pequeno no ciclo hidrológico. A evapotranspiração e a precipitação são processos equivalentes, isto é, existe um certo grau de reciprocida­de entre os dois fenômenos. Nos oceanos, a evapotrans­piração é superior à precipitação. Na superfície terres­tre, entretanto, a precipitação supera em muito a evapo­transpiração, mas o lançamento das águas dos rios nos mares compensa essa diferença.

Ciclo do oxigênio

O oxigênio, gás de vital importância para os seres vivos, representa cerca de 21% do ar atmosférico e é usado tanto nos processos energéticos como nos respi­ratórios. O oxigênio é um gás comburente utilizado na quei­ma dos nutrientes no nível celular pela maioria dos seres vivos. As principais fontes de oxigênio são CO2 (dióxido de carbono), H2O (água) e O2 (oxigênio molecular). Ou­tras fontes são os íons nitratos e sulfates que liberam oxigênio durante a decomposição dos organismos e o fornecem aos seres vivos.

Ciclo do carbono

O carbono, presente em todas as substâncias orgâni­cas dos seres vivos (celulose e proteínas) e nas substân­cias inorgânicas (esqueleto ósseo, conchas, carapaças dos animais), é utilizado na natureza como matéria-prima na fotossíntese. No meio líquido, o carbono pode ser en­contrado na forma de carbonato (CO32~) e bicarbonato (HCO3~); no interior da crosta terrestre, armazenado sob a forma de combustíveis fósseis e na atmosfera, como CO2 (dióxido de carbono).

A concentração de gás carbônico na atmosfera é de aproximadamente 0,03%, proporção semelhante a que é encontrada na hidrosfera. Tal como o ciclo do oxigênio, o ciclo do carbono está vinculado à respiração e à fo­tossíntese, que sequestra o carbono atmosférico e o con­verte em carboidratos na presença da energia luminosa e da água.

As substâncias orgânicas sintetizadas são utilizadas pelas plantas, pelas algas e pelos seres heterotróficos que, por meio da respiração, devolvem o CO2 ao meio físico. Na quimiossíntese, as bactérias também utilizam o gás carbônico para produzir substâncias orgânicas, que são utilizadas para a sua sobrevivência. A decomposição da matéria orgânica também participa do processo de libe­ração de CO2.

Ciclo do nitrogênio

A concentração de nitrogênio na atmosfera é de 78%. Embora seja o gás mais abundante e faça parte da com­posição das proteínas, ácidos nucléicos e vitaminas, ele não é aproveitado diretamente pelos seres vivos, por isso deve ser obtido por meio da dieta alimentar. Os únicos seres capazes de fixar o nitrogênio são as bactérias e as cianobactérias (algas azuis).

Os relâmpagos podem provocar a oxidação do nitrogênio que se encontra livre na atmosfera, transforman­do-o em nitritos (NO2-) e nitratos (NO3-). Os nitratos e os nitritos dissolvidos na água são absorvidos pelas plan­tas e utilizados na síntese de proteínas. A biofixação, processo mais eficiente, é executada pelas bactérias em relação mutualística com plantas su­periores e pela associação de cianobactérias com fungos e vegetais.

Nessa relação, o benefício é mútuo: as plan­tas fornecem nutrientes para que as bactérias produzam energia e fiquem protegidas do excesso de oxigênio, que inibe a fixação do nitrogênio. Em troca, as plantas rece­bem amônia (NH3), que é utilizada diretamente para a produção de seus aminoácidos. Um exemplo dessa rela­ção é o das bactérias do gênero Rhizobium com as plan­tas leguminosas. Quando as leguminosas completam seu ciclo vital, envelhecem, morrem e se desagregam, dei­xando o solo rico em componentes nitrogenados. Na cha­mada adubação verde, a leguminosa é plantada e culti­vada até a fase de floração, quando é gradeada e entra em decomposição, fornecendo nitrogênio para o solo. Algumas bactérias realizam a denitrificação ou desnitrificação, ou seja, sintetizam, a partir dos nitratos, o nitrogênio livre, que retorna ao meio.