Ciclos de Material: Ciclo de Nutrientes, Carbono, Nitrogênio e Enxofre

Ciclos de Material: Ciclo de Nutrientes, Carbono, Nitrogênio e Enxofre!

Ciclo de Nutrientes:

O fornecimento de nutrientes que não o dióxido de carbono, para um ecossistema, provém principalmente do solo, mas também, em menor medida, do ar, da chuva e da neve e como poeira.

O fornecimento de muitos nutrientes é bastante limitado, porque eles são escassos no solo e em outras fontes. Nutrientes são ciclados de tal forma que ambos são incorporados em plantas e animais, ou então são disponibilizados para absorção de plantas pela decomposição de restos de plantas e animais mortos.

Os caminhos de fontes para pias e de volta para fontes são denominados ciclos elementares e diferem entre os vários elementos. Consideramos brevemente os três ciclos mais importantes, os de carbono, nitrogênio e enxofre.

Ciclo de Carbono:

O carbono é a base de todas as moléculas orgânicas. Compõe nosso material genético (DNA e RNA) e proteínas, essenciais para a vida. O carbono é tão especial devido à sua capacidade de se ligar a quase qualquer outra molécula. O principal elemento dentro de nossos corpos é o carbono.

O ciclo do carbono é o processo pelo qual o carbono é ciclado através do ar, solo, plantas, animais e combustíveis fósseis. Grandes quantidades de carbono existem na atmosfera como dióxido de carbono (CO ₂ ). O dióxido de carbono é ciclado por plantas verdes durante o processo conhecido como fotossíntese para fazer moléculas orgânicas (glicose, que é comida).

É daí que vem o alimento de todo organismo heterotrófico. Os animais fazem o oposto das plantas - eles liberam dióxido de carbono de volta ao ar como um produto residual da respiração. (Nota: As plantas também passam por respiração para fazer comida, mas a maioria do dióxido de carbono no ar vem da respiração heterotrófica). Decompositores, quando quebram matéria orgânica morta, liberam dióxido de carbono no ar também.

Os decompositores são essenciais porque, sem eles, todo o carbono do planeta acabaria por ficar preso em cadáveres mortos e outro lixo. A deterioração permite que o carbono seja liberado de volta para a cadeia alimentar. O carbono também é armazenado em combustíveis fósseis, como carvão, petróleo e gás natural.

Quando estes são queimados, o dióxido de carbono também é liberado de volta ao ar. Vulcões e incêndios também liberam grandes quantidades de CO2 na atmosfera. O dióxido de carbono pode se dissolver na água, onde um pouco é devolvido de volta à atmosfera. O restante pode ser usado para formar carbonato de cálcio, que acumula conchas, rochas e esqueletos de protozoários e corais.

O Ciclo de Carbono é uma série complexa de processos através dos quais todos os átomos de carbono existentes giram. Os mesmos átomos de carbono em seu corpo hoje têm sido usados ​​em inúmeras outras moléculas desde o início do tempo. 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. Infelizmente, a extensão de sua importância raramente é enfatizada o suficiente. Sem o funcionamento adequado do ciclo do carbono, todos os aspectos da vida poderiam ser alterados dramaticamente.

Usando energia do sol, o ciclo de carbono da natureza gira em torno da atmosfera para a floresta e vice-versa. Aqui está como isso funciona. As árvores absorvem dióxido de carbono do ar enquanto crescem. De fato, cerca de metade do seu peso seco é este carbono absorvido. Como árvores velhas morrem e decaem, ou são consumidas em um incêndio florestal, seu carbono é novamente liberado no ar como dióxido de carbono. Este é o ciclo de carbono da natureza.

Quando a lenha é usada como fonte de energia, parte do ciclo natural do carbono é trazido para nossas casas para aquecê-las. Um incêndio na lareira libera a energia solar armazenada pela árvore conforme ela cresce. Se todo o ciclo de combustível for considerado, uma lareira limpa queimará sua casa de forma mais eficiente e com menor impacto ambiental do que qualquer outra opção de combustível.

As outras opções de combustível - petróleo, gás e carvão - são combustíveis fósseis, e quando são queimados, o carbono antigo que foi enterrado profundamente na terra é liberado para a atmosfera. A crescente concentração de dióxido de carbono proveniente do uso de combustíveis fósseis está ligada ao aquecimento global, às mudanças climáticas e ao clima incomum que vimos nos últimos anos.

Um incêndio florestal não contribui para o aquecimento global porque não é liberado mais dióxido de carbono do que a floresta natural liberaria se não fosse tocado. Usar madeira para o calor significa menos queima de combustíveis fósseis, menos emissões de gases de efeito estufa e um ambiente mais saudável.

Ciclo de nitrogênio:

Outro ciclo importante de nutrientes é o do nitrogênio. O nitrogênio é um elemento criticamente importante para toda a vida. As proteínas, que são constituintes de todas as células vivas, contêm uma média de 16% de nitrogênio em peso. Outras substâncias nitrogenadas complexas importantes para a vida são os ácidos nucleicos e os amino-açúcares. Sem um suprimento contínuo de nitrogênio, a vida na terra cessaria.

O ciclo do nitrogênio é um pouco parecido com o ciclo do carbono, mas com várias diferenças críticas. Mesmo que 79% da atmosfera terrestre seja composta de nitrogênio elementar (N ₂ ), esse gás inerte é totalmente indisponível para absorção pela maioria das plantas e animais. Isto está em contraste com a pequena quantidade de dióxido de carbono (0, 03%) na atmosfera, que está prontamente disponível para absorção de plantas.

Um relativamente poucos micróbios são capazes de fixar o nitrogênio atmosférico da forma inorgânica à orgânica. Tal fixação microbiológica tem uma média de 140 a 700 mg / m ² ano. Em áreas agrícolas muito férteis, pode exceder 20000 mg / m ² ano.

Sabe-se que várias bactérias, fungos e algas verde-azuladas são capazes de fixar nitrogênio. A fixação de nitrogênio envolve a incorporação direta de nitrogênio atmosférico no corpo orgânico dos organismos fixadores. Os fixadores de nitrogênio, constituem apenas uma porção muito pequena desses grupos em geral.

Eles podem ser divididos em:

1. fixadores de nitrogênio simbiótico, que são em grande parte bactérias, e que estão associados a raízes de leguminosas (membros da família da ervilha e do feijão) e algumas outras plantas com flores, e

2. Fixadores de nitrogênio de vida livre. O gênero Rhizobium inclui aquelas bactérias que habitam os nódulos que se desenvolvem nas raízes dos membros da família da ervilha e do feijão. Eles estão presentes no solo e infectam as raízes finas conforme as mudas crescem. As raízes produzem um nódulo especial que abriga a rizóbia, na qual as bactérias convertem o nitrogênio atmosférico em constituintes nitrogenados orgânicos de suas próprias células.

Como as células bacterianas morrem muito rapidamente, esse nitrogênio se torna disponível para as plantas superiores. Culturas de trevo e feijão realmente adicionam nitrogênio aos solos em que crescem e eliminam a necessidade de fertilizantes caros. Um grande esforço científico está em andamento em muitos países para encontrar bactérias que possam formar uma associação semelhante com as culturas de grãos de cereais.

Os fixadores de nitrogênio simbiótico parecem estar confinados a ecossistemas terrestres e não foram encontrados em habitats aquáticos, a única exceção é um verme marinho que ataca a madeira submersa. Entre os fixadores de nitrogênio não simbióticos estão bactérias aeróbias e anaeróbias de vida livre, assim como cianobactérias.

Estes ocorrem em solos e em águas marinhas e frescas e podem adicionar substancialmente ao conteúdo de nitrogênio desses ambientes. Uma fonte adicional, mas geralmente menor, de nitrogênio atmosférico para solos e águas são as tempestades elétricas nas quais ocorrem conversões eletroquímicas de nitrogênio.

O nitrogênio entra na cadeia alimentar produtor - consumidor quando as plantas absorvem a solução do solo como nitratos ou como íon amônio. O nitrato também pode ser convertido em amônia por bactérias desnitrificantes no solo, especialmente por bactérias e fungos em solos com registro de água. Essa conversão também ocorre em condições de baixo oxigênio em lagos. O processo é chamado de desnitrificação. As bactérias nitrificantes, por sua vez, podem usar nitrogênio amoniacal como fonte de energia para sintetizar seu próprio protoplasma.

Este processo ocorre apenas lentamente, se for o caso, sob condições ácidas. Primeiro, a amônia é convertida em nitrito pelo gênero bacteriano Nitrosomonas, e o nitrito é então convertido em nitrato por outro gênero, o Nitrobacter. Este processo de duas etapas é chamado de nitrificação. Ambos os grupos bacterianos obtêm sua energia a partir desse processo de oxidação e, em seguida, utilizam parte da energia para converter o dióxido de carbono em carbono celular.

Finalmente, após o nitrato ter sido absorvido e convertido por plantas e micróbios superiores em proteínas e ácidos nucléicos, ele é metabolizado e retornado à maior parte do ciclo como produtos residuais desse metabolismo (nitrogênio orgânico inanimado).

Muitas bactérias e fungos heterotróficos, tanto no solo como na água, utilizam este material rico em nitrogênio orgânico, convertendo-o e liberando-o como amônia inorgânica em um processo chamado amonificação. Outras partes do ciclo envolvem a liberação de nitrogênio e óxidos nítricos gasosos, de volta à atmosfera, embora estes sejam de significância limitada.

Ciclo de Enxofre:

O enxofre é um importante nutriente para os organismos, sendo um componente chave de certos aminoácidos, proteínas e outros bioquímicos. As plantas satisfazem suas necessidades nutricionais de enxofre, assimilando compostos minerais simples do ambiente.

Isso ocorre principalmente como sulfato dissolvido na água do solo que é absorvido pelas raízes, ou como dióxido de enxofre gasoso que é absorvido pela folhagem em ambientes onde a atmosfera é um pouco poluída com esse gás. Os animais obtêm o enxofre de que necessitam comendo vegetais ou outros animais e digerindo e assimilando suas formas orgânicas de enxofre, que são então usadas para sintetizar bioquímicos necessários contendo enxofre.

Em certas situações, particularmente na agricultura intensivamente manejada, a disponibilidade de formas biologicamente úteis de enxofre pode ser um fator limitante para a produtividade das plantas, e a aplicação de um fertilizante contendo sulfato pode revelar-se benéfica. Os compostos de enxofre também podem estar associados a importantes danos ambientais, como quando o dióxido de enxofre danifica a vegetação ou quando drenagens ácidas associadas a minerais de sulfeto degradam os ecossistemas.

Enxofre (S) pode ocorrer em muitas formas químicas no ambiente. Estes incluem formas orgânicas e minerais, que podem ser quimicamente transformadas por processos biológicos e inorgânicos. O dióxido de enxofre é um gás que pode ser tóxico para as plantas em concentrações muito menores do que uma parte por milhão na atmosfera e para animais em concentrações maiores.

Existem muitas fontes naturais de emissão de SO2 para a atmosfera, como erupções vulcânicas e incêndios florestais. Grandes emissões de SO2 também estão associadas às atividades humanas, especialmente a queima de carvão e o processamento de certos minérios metálicos.

Na atmosfera, o SO2 é oxidado em sulfato, um ânion que ocorre como uma minúscula partícula na qual as cargas negativas são equilibradas eletroquimicamente pelas cargas positivas de cátions, como amônio (NH ⁺ 4), cálcio (Ca ²⁺ ) ou ião hidrogénio (H ⁺ ). Essas partículas finas podem servir como núcleos de condensação para a formação de cristais de gelo, que podem se depositar na atmosfera

O material básico mais importante da vida é a água, um dos panchabltutas jive. Isso está em oferta limitada. Formas vivas em áreas terrestres são dependentes de água livre de água doce. Devido ao calor solar, a água evapora dos oceanos e sobe como vapor de água e, ao atravessar as regiões terrestres, ganhando considerável altura, o vapor esfria para precipitar-se como água ou neve. Do total estimado de água na terra e sua atmosfera.