Módulo 3 - Ecologia de Processos (Ciclos)



Aula 10 - Ciclos Biogeoquímicos (Parte I)



1) Introdução

Dos 103 elementos químicos conhecidos, sabe-se que 30 a 40 são necessários à vida. Eles podem ser classificados em micro, meso e macronutrientes de acordo com as quantidades requeridas pelo seres vivos (vide capítulo sobre produção primária).Os elementos circulam na biosfera entre os compartimentos (pools) abióticos e a biomassa animal e vegetal (Figura 1).

Os nutrientes normalmente acham-se presentes na rocha matriz que é o depósito abiótico de renovação lenta. Graças ao intemperismo, eles podem ser realocados para o depósito abiótico de renovação rápida que pode ser tanto na forma de íons dissolvidos na água, sob a forma de gases na atmosfera e ainda em sedimentos rasos de rios e lagos. Os nutrientes são, a seguir, absorvidos pelas plantas e dessa maneira entram na cadeia trófica, passando sucessivamente pelos herbívoros, carnívoros, etc. Eles são, em algum momento, liberados de volta ao meio abiótico via excretas ou então após a morte da planta ou animal, via cadeia de detritos, onde é muito importante a ação de microorganimos sejam eles bactérias, leveduras e fungos.

Todos os ciclos possuem reservatórios (pools) abióticos que podem ser dos seguintes tipos:

a) reservatório atmosférico (ciclo do N);

b) reservatório rochoso (ciclo do fósforo);

c) reservatórios misto (ciclo da água).

O pool biológico pode ser de natureza muito variada e pode englobar substâncias orgânicas não-vivas. Húmus, excretas, sedimentos orgânicos, turfeiras, etc. constituem importantes exemplos de sub-compartimentos deste pool nos diversos ecossitemas. O pool biológico normalmente é muito mais restrito que o abiótico, porém é muito dinâmico (a taxa de renovação dele é muito alta).

O controle e monitoramento de poluição ou o estabelecimento de técnicas de manejo sustentado de ecossitemas são exemplos práticos do uso aplicado do estudo quantitativo dos ciclos biogeoquímicos. Outros campos interessantes de aplicação deste enfoque referem-se à determinação e controle da perda de fertilizantes na agricultura, uso racional de recursos hídricos e de minerais não renováveis, agricultura 'biológica', controle do aumento de CO2 na atmosfera e aquicultura.

2) Tipos de Ciclos

Os ciclos podem ser classificados em três tipos básicos dependendo da natureza do reservatório abiótico (Odum, 1972):

- ciclos gasosos: possuem o depósito abiótico na atmosfera. Graças à grande dinâmica deste meio, possuem eficazes mecanismos de autoregulação; exemplos:ciclo do nitrogênio e ciclo do oxigênio;

- ciclos sedimentares: o depósito abiótico está na crosta terrestre em rochas; estes ciclos são mais vulneráveis a pertubações externas, pelo fato deste depósito ter um tempo muito elevado de recirculação; exemplos: ciclo do cálcio e ciclo do fósforo;

- ciclos mistos: possuem ambos os depósitos (sedimentares e atmosféricos).

Exemplos: ciclo da água, ciclo do carbono e ciclo do enxôfre..

3) Ciclo da água

A água é uma substância vital para a biosfera. É solvente universal graças a sua estrutura atômica com elevada constante dielétrica. Ela forma soluções iônicas e colóides com miscelas de carga eletrostática com grande facilidade. Além disso, suas pontes de hidrogênio permitem a estabilidade da fase líquida numa amplitude térmica muito grande (0 a 100 C). A estrutura química da água também possibilita a formação de soluções não eletrolíticas. A água ainda apresenta grande capacidade em dissolver gases tais como o oxigênio e o gás carbônico. Esta capacidade é no entanto muito influenciável pela temperatura, pressão e tipo do gás. Outra característica fundamental à vida da água refere-se ao seu comportamento anômalo em relação à densidade. Ela expande quando é resfriada de 4 C a 0 C. A densidade da água a 4 C é 1,0 e a O C é de 0.92. Assim a água congela-se de cima para baixo. Este fato explica porque é possível a vida aquática (aliás intensa) nas zonas polares. A água apresenta maiores variações de densidade a um mesmo delta t a maiores temperaturas. Este fato explica porque pequenas variações térmicas em mares e lagos tropicais podem causar estratificação térmicas relativamente resistentes à ação do vento (Figura 2). Cerca de 70% da superfície da Terra é coberta por água.



As grandes massas de água estão nos oceanos onde acham-se em contínuo movimento. As correntes marítimas são cruciais para o estabelecimento dos padrões globais de circulação atmosférica e do clima (Figura 3).

A estratificação térmica em lagos e mares é muito importante pois implica numa estratificação química e muitas vezes numa estratificação biológica. Naturalemte, tal característica implica em importantes consequências para todos os demais ciclos biogeoquímicos em ambiente aquático.



A água está em contínuo movimento nos continentes. As fontes de água nos continentes são alimentadas pela água das chuvas que volta ao mar via escoamento superficial ou subterrâneo. Os rios exercem considerável influência sobre a paisagem terrestre. A foto, a seguir, ilustra o Córrego Carioca, município de Itabirito, onde pode-se ver claramente a formação vegetal mais densa junto à uma das margens. Na outra margem (lado esquerdo), vê-se a influência antrópica, através de pastos destinados a pecuária.



A água tem ainda uma alta viscosidade, que decresce com o aumento da temperatura. Esta viscosidade possibilita a existência de uma comunidade biológica que vive acima e abaixo da zona ar-água. Os detergentes ateram drasticamente a tensão superficial da água.

Outra importante característica da água são os seus elevados calores latentes de evaporação (Lv = 590 cal.g-1) e fusão (Lf = 80 cal.g-1). Deste modo a água 'exige' o aporte de grandes quantidades de energia para trocar o seu estado físico, conferindo-lhe uma elevada inércia térmica que resulta numa 'demora' em aquecimento e resfriamento. Estas propriedades são extremamente importantes no estabelecimento das características climáticas. Diferenças de temperaturas causam diferenças na densidade da água que aliada à ação dos ventos geram as correntes oceânicas (Figura 3). Existem tanto correntes frias quanto correntes quentes. As correntes frias trazem águas ricas de nutrientes incrementando a produção biológica nas áreas sob a sua influência. No entanto, essas correntes causam também grande aridez nas faixas continentais que são por elas banhadas, graças a pouca evaporação associada às correntes frias. As correntes quentes, ao contrário, mantém a estratificação da coluna d'água e, com isto, impede a fertilização continuada das águas superficiais. Deste modo, suas águas são pobres em termos de produção biológica. As correntes quentes, por outro lado, amenizam o clima na faixa continental sob sua influência trazendo chuvas e amenizando o inverno nas altas latitudes. O clima da Inglaterra, por exemplo, é muito amenizado pela corrente quente Gulf Stream (Corrente do Golfo).

A água pura exibe uma absorção diferencial da luz. Ondas menos energéticas de comprimento longo (vermelho) são absorvidas nos primeiros metros abaixo da superfície. Outros fatores que intervém no processo são a turbidez (sol. em suspensão) e a cor (subst. dissolvidas) que também diminuem a penetração de luz. Ver detalhes na primeira aula do módulo 3, aula sobre o ambiente energético da biosfera

Segundo Leonardo da Vinci "a água é o condutor da natureza". A Biosfera pode ser definida em termos de disponibilidade de água: é a região do planeta onde há um suprimento de energia externa e água no estado líquido. O ciclo da água é caracterizado por um depósito atmosférico pequeno porém extremamente dinâmico, sendo inclusive responsável pela caracterização dos diversos climas terrestrres. As reservas de água nos continentes são alimentadas pela precipitação atmosférica (chuvas, neves e granizos), uma vez que chove proporcionalmente mais nos continentes se comparados às áreas oceânicas. Grandes regiões do planeta tais como o vale do Mississipi (USA), Europa e Amazônia oriental recebem a maior parte de precipitações através de massas de ar oriundas dos oceânos.

O volume total de água da biosfera é de cerca de 1,5 bilhões de quilômetros cúbicos. Esta água está distribuída de modo muito desigual pela superfície da Terra cuja superfície total é de 512 milhões de Kmē . A maior parte da água está no mar (97%). Os 3% restantes são constituídos por água doce (a maior parte em geleiras). O depósito de águas subterrâneas é muito maior do que o de águas superficiais. Rios e lagos contribuem muito pouco para o total de água doce existente (Figura 4) mas eles são essenciais para a renovação do ciclo já que o tempo de renovação médio das águas superficiais é pequeno (ao redor de 1 ano). Outro fator que influencia a distribuição mundial das águas é a latitude principalmente alterando os totais pluviométricos.

Segundo o esquema acima, os oceanos estão exportando água para os continentes. Isso se dá pela penetração de ar úmido a partir dos oceanos. Esse fenômeno pode ser observado na animação abaixo, de sucessivas imagens do satélite meteorolóligico GOES, processadas pelo INPE em Cachoeira Paulista, SP. As imagens referem-se ao período 6-7 de outubro de 2001.





4) Leitura Sugerida

Odum, E.P. 1985. Ecologia. Ed. Interamericana. Trad.



Maiores informações sobre

o tema dessa aula podem ser encontradas no livro