Ciclos Biogeoquímicos

Água Carbono Nitrogênio Oxigênio Ciclo em escala global, de elementos ou substâncias químicas que necessariamente contam com a participação de seres vivos. Principais ciclos: Água Carbono Nitrogênio Oxigênio

Ciclo da Água

PORQUE A ÁGUA É TÃO IMPORTANTE? Alta capacidade de absorver e reter calor É fundamental no metabolismo dos seres vivos (dissolve compostos e reage para formar moléculas complexas) Alta tensão superficial: movimentação e retenção da água em pequenos poros Solidificação: molécula que se expande ao congelar Caso contrário: gelo afundaria e congelaria reservatórios de água líquida de baixo para cima, modificaria drasticamente os ecossistemas (células vivas se romperiam com a contração da água congelada).

RESERVATÓRIOS GLOBAIS Onde se localiza, qual a quantidade, e o tempo de residência nos reservatórios da Biosfera? Fonte: Botkin & Keller (2005)

IMPACTO HUMANO Poluição da água de rios e aquíferos por efluentes agrícolas, industriais e domésticos Resíduos (fezes, urina) de humanos e de animais Uso de fertilizantes e agrotóxicos no campo Efluentes da agroindústria

Ciclo do Carbono

IMPORTÂNCIA DO CARBONO Porque o carbono é importante? Base de construção de moléculas orgânicas Vida: membranas, DNA, tecidos, etc. Estoque de energia: açúcares, lipídeos, proteínas, petróleo, carvão, gás, etc. etc. Regulação do clima: CO2 e CH4

Importante para manutenção da temperatura: aquecimento da Biosfera Efeito estufa Aumento da poluição (CO2) = aumento da temperatura Importante para manutenção da temperatura: aquecimento da Biosfera

Ciclo do Nitrogênio

Nitrogênio atmosférico Ciclo do Nitrogênio N2 NH3 NO2 NO3 Rhizobium Nitrosomonas Nitrobacter Nitrogênio atmosférico Amônia Nitrito Nitrato NITROSAÇÃO NITRATAÇÃO NITRIFICAÇÃO Pseudomonas DESNITRIFICAÇÃO

IMPORTÂNCIA DO NITROGÊNIO N2: 78% da composição da atmosfera Compostos de nitrogênio: fundamentais para a vida (aminoácidos, proteínas em geral: tecidos musculares, hormônios, DNA, etc.) N: Macro-nutriente essencial para os seres vivos Aquecimento global: ênfase ao ciclo do carbono (CO2 e CH4) N2O: óxido nitroso : gás de efeito estufa Contaminação da água, eutrofização, chuva ácida, formação de ozônio na troposfera (fertilizantes humanos).

Rodízio de culturas Leguminosas Cereais Rhizobium nas raízes de leguminosas (fixação de nitrogênio atmosférico) Alternância

Ciclo do oxigênio

Chuva ácida Chuvas ácidas são chuvas, ou qualquer outra forma de precipitação que, ao contrário do normal, têm características ácidas. Estas são prejudiciais para as plantas, animais e edifícios. Isto é maioritariamente causado por emissões humanas de azoto (N2) e enxofre (S), compostos que reagem na atmosfera produzindo ácidos.

Influência do CO2 na acidez da água da chuva O termo “chuva ácida” é normalmente usado com o significado de deposição de componentes ácidos na chuva, neve, nevoeiro e orvalho. A água destilada, que não contém CO2, tem um pH de 7, enquanto que a chuva não poluída é ligeiramente ácida (pH de 5.0) devido à presença de CO2 que juntamente com a água na atmosfera, reagem formando ácido carbónico. H2O (l) + CO2 (g) → H2CO3 (aq)   Depois o ácido carbónico ioniza-se na água originando pequenas concentrações de iões Hidrónio: 2H2O (l) + H2CO3 (aq) ⇌ CO32- (aq) + 2H3O+ (aq)

  O acréscimo de acidez da chuva provém da reacção dos poluentes atmosféricos primários, tais como os óxidos de enxofre (SOx) e óxidos de azoto/nitrogénio (NOx), que juntamente com a água formam no ar ácidos fortes – ácidos sulfúrico e nítrico. As principais fontes destes poluentes são os transportes, indústrias e centrais eléctricas (principalmente as de carvão). Figura 1 – Processos que intervêm na formação das chuvas ácidas

EMISSÕES DE ELEMENTOS QUÍMICOS QUE CONTRIBUEM PARA A ACIDIFICAÇÃO     O gás mais influente na acidificação da chuva é o dióxido de enxofre (SO2). No entanto as emissões dos óxidos de azoto (NOx) que oxidam formando ácido nítrico são de importância maior devido aos controlos rígidos nas emissões de compostos contendo enxofre. 70 Tg(S) por ano na forma de SO2 são provenientes da queima de combustíveis fósseis e da indústria, 2.8 Tg(S) de fogos florestais e 7-8 Tg (S) de vulcões. Figura 2 - Central eléctrica de carvão em Cheshire, Ohio

FORMAÇÃO DOS ÀCIDOS – PROCESSOS QUIMICOS     O dióxido de enxofre (SO2) oxida ao reagir com o hidróxido (OH): SO2 + OH → HOSO2 O novo componente formado reage com oxigénio (O2) formando trióxido de enxofre (SO3) e HO2: HOSO2 + O2 → HO2 + SO3 O trióxido de enxofre reage então com a água convertendo-se em ácido sulfúrico: SO3 (g) + H2O (l) → H2SO4 (l) Relativamente ao ácido nítrico, este é formado pela reacção entre o Hidróxido (OH) com o dióxido de azoto (NO2): NO2 + OH → HNO3

Efeitos ÁGUAS SUPERFICIAIS E ANIMAIS AQUÁTICOS Tanto as concentrações de baixo pH, como as maiores concentrações de alumínio na superfície da água que ocorrem como resultado das chuvas ácidas, são prejudiciais aos peixes e outros animais aquáticos. A níveis de pH abaixo de 5, a maioria dos ovos de peixe não conseguem incubar e o plâncton também pode não conseguir desenvolver-se com esse grau de acidez. A níveis mais baixos até peixes adultos podem morrer. Figura 3 – Gráfico que representa o nível mínimo de pH suportado por alguns animais aquáticos

SOLOS Os solos podem ficar bastante danificados pelas chuvas ácidas. Alguns micróbios tropicais conseguem consumir ácidos rapidamente, mas o mesmo não acontece com outros, que não tem a capacidade de tolerar baixos níveis de pH. Estes últimos morrem e as suas enzimas deixam de funcionar correctamente. Os iões hidróxidos também mobilizam as toxinas, removendo nutrientes e minerais essenciais. Figura 4 – Solo pobre em nutrientes e mineiras com consequente enfraquecimento da vegetação.

FLORESTAS E OUTRAS VEGETAÇÕES Figura 5 – Efeitos da chuva ácida numa floresta. Montanhas de Jizera, República de Czech FLORESTAS E OUTRAS VEGETAÇÕES As chuvas ácidas podem retardar o crescimento das florestas vulneráveis eliminando os sais minerais do solo, comprometendo assim as plantações e a renovação da vegetação. As florestas situadas em grandes altitudes são especialmente vulneráveis pois estão situadas entre nuvens e nevoeiro – zonas de maior acidez. Outras plantas podem ficar também danificadas, no entanto o efeito das chuvas nas colheitas de alimento é minimizado pela aplicação de fertilizantes que substituem nutrientes que se poderiam eventualmente perder. Nas áreas cultivadas, a pedra calcária pode também ser adicionada para aumentar a capacidade do solo em manter o pH estável.

SAÚDE HUMANA As chuvas ácidas têm-se mostrado associadas a algumas doenças que põem em causa a saúde humana: Nariz e Garganta: Maior tendência para asma e sinusite Olhos: Maior probabilidade de conjuntivite Brônquios: Maior predisposição à broncopneumonia Pulmões: Riscos de enfisema Coração: Mais doenças cardiovasculares

EDIFÍCIOS E MONUMENTOS As chuvas ácidas também podem danificar certos materiais de edifícios e de monumentos históricos. Isto deve-se à capacidade do ácido sulfúrico em reagir quimicamente com os compostos de cálcio presentes nas rochas para criar um sulfato de cálcio hidratado, deteriorando o material. Um outro caso conhecido é o das pedras com inscrições gravadas, que devido à acção das chuvas ácidas, chegam a tornar-se completamente ilegíveis. Além disto, as chuvas ácidas também aumentam a taxa de oxidação do ferro. Figura 6 – Desgaste ocasionado pela chuva ácida num período de 60 anos. Estátua de mármore localizada no castelo de Herten, na Alemanha.