7.3: Ciclos biogeoquímicos

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Melissa Ha and Rachel Schleiger
Yuba College & Butte College via ASCCC Open Educational Resources Initiative

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Os ciclos biogeoquímicos, também conhecidos como ciclos de nutrientes, descrevem o movimento de elementos químicos através de diferentes meios, como atmosfera, solo, rochas, corpos d'água e organismos. Os ciclos biogeoquímicos mantêm os elementos essenciais disponíveis para as plantas e outros organismos.

A energia flui direcionalmente pelos ecossistemas, entrando como luz solar (ou moléculas inorgânicas para quimioautotróficos) e saindo como calor durante a transformação de energia entre os níveis tróficos. Em vez de fluir por um ecossistema, a matéria que compõe os organismos é conservada e reciclada. A lei de conservação da massa afirma que a matéria não é criada nem destruída. Por exemplo, após uma reação química, a massa dos produtos (moléculas finais) será a mesma que a massa dos reagentes (moléculas iniciais). O mesmo acontece em um ecossistema. A matéria se move por diferentes meios e os átomos podem reagir para formar novas moléculas, mas a quantidade de matéria permanece constante.

Os ciclos biogeoquímicos de quatro elementos — carbono, nitrogênio, fósforo e enxofre — são discutidos abaixo. O ciclo desses elementos está interligado com o ciclo da água. Por exemplo, o movimento da água é fundamental para a lixiviação de enxofre e fósforo em rios, lagos e oceanos. Hoje, as atividades antropogênicas (humanas) estão alterando todos os principais ecossistemas e os ciclos biogeoquímicos que eles conduzem.

O ciclo do carbono

O carbono é o alicerce básico de todos os materiais orgânicos e, portanto, dos organismos vivos. O ciclo do carbono é, na verdade, composto por vários ciclos interconectados: um que trata da rápida troca de carbono entre organismos vivos e o outro trata da ciclagem de longo prazo do carbono por meio de processos geológicos (figura$\PageIndex{a}$). O efeito geral é que o carbono é constantemente reciclado nos processos dinâmicos que ocorrem na atmosfera, na superfície e na crosta terrestre. A grande maioria do carbono reside como minerais inorgânicos nas rochas da crosta terrestre. Outros reservatórios de carbono, locais onde o carbono se acumula, incluem os oceanos e a atmosfera. Alguns dos átomos de carbono em seu corpo hoje podem ter residido há muito tempo no corpo de um dinossauro, ou talvez já tenham sido enterrados nas profundezas da crosta terrestre como minerais carbonáticos.

O carbono circula lentamente entre a terra e o oceano

Em terra, o carbono é armazenado no solo como carbono orgânico na forma de organismos em decomposição ou rochas terrestres. Às vezes, plantas e algas decompostas são enterradas e comprimidas entre camadas de sedimentos. Depois de milhões de anos, combustíveis fósseis, como carvão, petróleo e gás natural, são formados. O desgaste das rochas e minerais terrestres libera carbono no solo.

Compostos contendo carbono no solo podem ser levados para corpos d'água por meio de lixiviação. Essa água eventualmente entra no oceano. O dióxido de carbono atmosférico também se dissolve no oceano, reagindo com as moléculas de água para formar íons carbonato (CO ₃ ^2-). Alguns desses íons se combinam com íons de cálcio na água do mar para formar carbonato de cálcio (CaCO ₃), um componente importante das conchas dos organismos marinhos. Esses organismos eventualmente morrem e suas conchas formam sedimentos no fundo do oceano. Ao longo do tempo geológico, o carbonato de cálcio forma calcário, que compreende o maior reservatório de carbono da Terra.

O carbonato também precipita nos sedimentos, formando rochas carbonáticas, como o calcário. Os sedimentos de carbono do fundo do oceano são retirados das profundezas da Terra pelo processo de subducção: o movimento de uma placa tectônica abaixo da outra. Os sedimentos oceânicos são subduzidos pelas ações das placas tectônicas, derretidos e depois devolvidos à superfície durante a atividade vulcânica. As placas tectônicas também podem causar elevação, devolvendo sedimentos oceânicos à terra.

O carbono circula rapidamente entre os organismos e a atmosfera

O dióxido de carbono é convertido em glicose, uma molécula orgânica rica em energia por meio da fotossíntese de plantas, algas e algumas bactérias (figura$\PageIndex{b}$). Eles podem então produzir outras moléculas orgânicas, como carboidratos complexos (como amido), proteínas e lipídios, que os animais podem comer. A maioria dos autótrofos terrestres obtém seu dióxido de carbono diretamente da atmosfera, enquanto os autótrofos marinhos o adquirem na forma dissolvida (bicarbonato, HCO ₃ ^-).

Exemplos de organismos fotossintéticos. Uma folha de samambaia (a), algas cobrindo a superfície de um lago (b) e visão microscópica de bactérias fotossintéticas (c). — Figura$\PageIndex{b}$: (a) Plantas, (b) algas e (c) certas bactérias, chamadas cianobactérias, podem realizar a fotossíntese. As algas podem crescer em enormes áreas na água, às vezes cobrindo completamente a superfície. (crédito a: Steve Hillebrand, Serviço de Pesca e Vida Selvagem dos EUA; crédito b: “eutrofização e hipóxia” /Flickr; crédito c: NASA; dados da barra de escala de Matt Russell)

Plantas, animais e outros organismos decompõem essas moléculas orgânicas durante o processo de respiração celular aeróbica, que consome oxigênio e libera energia, água e dióxido de carbono. O dióxido de carbono é devolvido à atmosfera durante a troca gasosa. Outro processo pelo qual o material orgânico é reciclado é a decomposição de organismos mortos. Durante esse processo, bactérias e fungos decompõem os compostos orgânicos complexos. Os decompositores podem respirar, liberar dióxido de carbono ou outros processos que liberam metano (CH ₄).

A fotossíntese e a respiração são, na verdade, recíprocas no que diz respeito ao ciclo do carbono: a fotossíntese remove o dióxido de carbono da atmosfera e a respiração o devolve (figura$\PageIndex{c}$). Uma interrupção significativa de um processo pode, portanto, afetar a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera.

A fotossíntese converte dióxido de carbono e água em açúcar e oxigênio usando a energia do sol. — Figura$\PageIndex{c}$: Essa equação significa que seis moléculas de dióxido de carbono (CO ₂) se combinam com seis moléculas de água (H ₂ O) na presença de luz solar. Isso produz uma molécula de glicose (C ₆ H ₁₂ O ₆) e seis moléculas de oxigênio (O ₂).

A respiração celular é apenas um processo que libera dióxido de carbono. Processos físicos, como a erupção de vulcões e a liberação de fontes hidrotermais (aberturas no fundo do oceano) adicionam dióxido de carbono à atmosfera. Além disso, a combustão de madeira e combustíveis fósseis libera dióxido de carbono. O nível de dióxido de carbono na atmosfera é muito influenciado pelo reservatório de carbono nos oceanos. A troca de carbono entre a atmosfera e os reservatórios de água influencia a quantidade de carbono encontrada em cada um.

Importância do ciclo do carbono

O ciclo do carbono é crucialmente importante para a biosfera. Se não fosse pelos processos de reciclagem, o carbono poderia há muito tempo ter ficado completamente sequestrado em rochas e sedimentos da crosta terrestre, e a vida não existiria mais (figura$\PageIndex{e}$). A fotossíntese não apenas disponibiliza energia e carbono para níveis tróficos mais altos, mas também libera oxigênio gasoso (O ₂). O oxigênio gasoso é necessário para que a respiração celular ocorra. As bactérias fotossintéticas foram provavelmente os primeiros organismos a realizar a fotossíntese, datando de 2-3 bilhões de anos atrás. Graças à sua atividade e à diversidade de organismos fotossintetizadores atuais, a atmosfera da Terra é atualmente de cerca de 21% O ₂. Além disso, esse O ₂ é vital para a criação da camada de ozônio, que protege a vida da radiação ultravioleta nociva emitida pelo sol. O ozônio (O ₃) é criado a partir da decomposição e remontagem do O ₂.

Uma árvore caída no chão da floresta cercada por plantas herbáceas — Figura$\PageIndex{e}$: Os decompositores decompõem os compostos orgânicos desta árvore caída no Parque Estadual Cliffs of the Neuse, no Condado de Wayne, Carolina do Norte, liberando dióxido de carbono na atmosfera. A decomposição garante que o dióxido de carbono esteja disponível na atmosfera para organismos fotossintéticos, que então fornecem carbono para os consumidores. Imagem de Gerry Dincher (CC-BY-SA).

O ciclo global do carbono contribui substancialmente para o fornecimento de serviços ecossistêmicos dos quais os humanos dependem. Colhemos aproximadamente 25% da biomassa vegetal total produzida a cada ano na superfície terrestre para fornecer alimentos, abastecer madeira e fibras de terras cultiváveis, pastagens e florestas. Além disso, o ciclo global do carbono desempenha um papel fundamental na regulação dos serviços ecossistêmicos porque influencia significativamente o clima por meio de seus efeitos nas concentrações atmosféricas de CO ₂.

Alteração humana do ciclo do carbono

A concentração atmosférica de CO ₂ aumentou de 280 partes por milhão (ppm) para 413 ppm entre o início da revolução industrial no final do século XVIII e 2020. Isso refletiu um novo fluxo no ciclo global do carbono - emissões antropogênicas de CO ₂ - em que os humanos liberam CO ₂ na atmosfera queimando combustíveis fósseis e alterando o uso da terra. A queima de combustíveis fósseis retira carbono das reservas de carvão, gás e petróleo, onde de outra forma seria armazenado em escalas de tempo muito longas, e o introduz no ciclo do carbono ativo. A mudança no uso da terra libera carbono das piscinas de biomassa do solo e das plantas para a atmosfera, particularmente por meio do processo de desmatamento para extração de madeira ou conversão da terra em agricultura. Em 2018, o fluxo adicional de carbono para a atmosfera a partir de fontes antropogênicas foi estimado em 36,6 gigatoneladas de carbono (GtC = 1 bilhão de toneladas de carbono) — uma perturbação significativa no ciclo natural do carbono que estava em equilíbrio há vários milhares de anos. Altos níveis de dióxido de carbono na atmosfera causam aquecimento que resulta em mudanças climáticas. (Consulte Ameaças à biodiversidade e às mudanças climáticas para obter mais detalhes.)

O ciclo do nitrogênio

Todos os organismos precisam de nitrogênio porque é um componente importante dos ácidos nucléicos, proteínas e outras moléculas orgânicas. É difícil colocar nitrogênio nos organismos vivos. Plantas e algas não estão equipadas para incorporar nitrogênio da atmosfera (onde ele existe como N ₂ triplo covalente e fortemente ligado), embora essa molécula compreenda aproximadamente 78 por cento da atmosfera. Como a maior parte do nitrogênio é armazenada na atmosfera, a atmosfera é considerada um reservatório de nitrogênio.

A molécula de nitrogênio (N ₂) é bastante inerte. Separá-lo para que seus átomos possam se combinar com outros átomos requer a entrada de quantidades substanciais de energia. A fixação de nitrogênio é o processo de conversão do gás nitrogênio em amônia (NH ₃), que espontaneamente se torna amônio (NH ₄ ⁺). O amônio é encontrado em corpos d'água e no solo (figura$\PageIndex{f}$).

Uma seção do solo com plantas e animais na superfície mostra cada etapa do ciclo do nitrogênio. — Figura$\PageIndex{f}$: No ciclo do nitrogênio, bactérias fixadoras de nitrogênio no solo ou nos nódulos das raízes das leguminosas convertem o gás nitrogênio (N ₂) da atmosfera em amônio (NH ₄ ⁺). A nitrificação ocorre quando as bactérias convertem amônio em nitritos (NO ₂ ^-) e depois em nitratos (NO ₃ ^-). Os nitratos reentram na atmosfera como gás nitrogênio por meio da desnitrificação por bactérias. As plantas assimilam amônio e nitratos, produzindo nitrogênio orgânico, que está disponível para os consumidores. Os decompositores, incluindo bactérias e fungos aeróbicos e anaeróbicos, decompõem o nitrogênio orgânico e liberam amônio por meio da amonificação. (crédito: “Ciclo do nitrogênio” de Johann Dréo & Raeky está licenciado sob CC BY-SA 3.0)

Três processos são responsáveis pela maior parte da fixação de nitrogênio na biosfera. A primeira é a fixação atmosférica por raios. A enorme energia dos raios quebra as moléculas de nitrogênio e permite que seus átomos se combinem com o oxigênio do ar, formando óxidos de nitrogênio. Eles se dissolvem na chuva, formando nitratos, que são transportados para a terra. A fixação atmosférica de nitrogênio provavelmente contribui com cerca de 5-8% do total de nitrogênio fixado. O segundo processo é a fixação industrial. Sob grande pressão, a uma temperatura de 600° C (1112° F) e com o uso de um catalisador (que facilita as reações químicas), o nitrogênio atmosférico e o hidrogênio podem ser combinados para formar amônia (NH ₃). A amônia pode ser usada diretamente como fertilizante, mas a maior parte é posteriormente processada em uréia e nitrato de amônio (NH ₄ NO ₃).

O terceiro processo é a fixação biológica por certas bactérias simbióticas ou de vida livre. Alguns formam uma relação simbiótica com plantas da família das leguminosas, que inclui feijão, ervilha, soja, alfafa e trevo (figura$\PageIndex{g}$). Algumas bactérias fixadoras de nitrogênio até estabelecem relações simbióticas com animais, por exemplo, cupins e “minhocas” (bivalves que comem madeira). As cianobactérias fixadoras de nitrogênio são essenciais para manter a fertilidade de ambientes semiaquáticos, como os arrozais. Embora o primeiro produto estável do processo seja a amônia, ela é rapidamente incorporada às proteínas e outros compostos orgânicos de nitrogênio.

Uma raiz de soja suja com nódulos radiculares esféricos. As raízes secundárias se ramificam das raízes primárias. — Figura$\PageIndex{g}$: Bactérias fixadoras de nitrogênio vivem nos nódulos esféricos dessa raiz de soja. Imagem do United Soybean Board (CC-BY).

O amônio é convertido por bactérias e arquéias em nitritos (NO ₂ ⁻) e depois nitratos (NO ₃ ⁻) através do processo de nitrificação. Como o amônio, nitritos e nitratos são encontrados na água e no solo. Alguns nitratos são convertidos novamente em gás nitrogênio, que é liberado na atmosfera. O processo, chamado de desnitrificação, é conduzido por bactérias.

Plantas e outros produtores usam diretamente amônio e nitratos para produzir moléculas orgânicas por meio do processo de assimilação. Esse nitrogênio agora está disponível para os consumidores. O nitrogênio orgânico é especialmente importante para o estudo da dinâmica do ecossistema porque muitos processos, como a produção primária, são limitados pelo suprimento disponível de nitrogênio.

Os consumidores excretam compostos orgânicos de nitrogênio que retornam ao meio ambiente. Além disso, organismos mortos em cada nível trófico contêm nitrogênio orgânico. Microorganismos, como bactérias e fungos, decompõem esses resíduos e tecidos mortos, produzindo amônio por meio do processo de amonificação.

Nos ecossistemas marinhos, os compostos de nitrogênio criados por bactérias, ou por decomposição, se acumulam nos sedimentos do fundo do oceano. Ele pode então ser movido para a terra no tempo geológico por meio da elevação da crosta terrestre e, assim, incorporado à rocha terrestre. Embora o movimento do nitrogênio da rocha diretamente para os sistemas vivos tenha sido tradicionalmente visto como insignificante em comparação com o nitrogênio fixado na atmosfera, um estudo recente mostrou que esse processo pode realmente ser significativo e deve ser incluído em qualquer estudo do ciclo global do nitrogênio.

A atividade humana pode alterar o ciclo do nitrogênio por dois meios principais: a combustão de combustíveis fósseis, que libera diferentes óxidos de nitrogênio na atmosfera, e pelo uso de fertilizantes artificiais na agricultura. O nitrogênio atmosférico (diferente do N ₂) está associado a vários efeitos nos ecossistemas da Terra. Os óxidos de nitrogênio (HNO ₃) podem reagir na atmosfera para formar ácido nítrico, uma forma de deposição ácida, também conhecida como chuva ácida. A deposição ácida danifica árvores saudáveis, destrói sistemas aquáticos e erode materiais de construção, como mármore e calcário. Como o dióxido de carbono, o óxido nitroso (N ₂ O) causa aquecimento, resultando em mudanças climáticas.

Os seres humanos dependem principalmente do ciclo do nitrogênio como um serviço ecossistêmico de apoio à produtividade agrícola e florestal. Fertilizantes nitrogenados são adicionados para aumentar o crescimento de muitas safras e plantações (figura$\PageIndex{h}$). O uso aprimorado de fertilizantes na agricultura foi uma característica fundamental da revolução verde que impulsionou a produção agrícola global na década de 1970. A produção industrial de fertilizantes ricos em nitrogênio aumentou substancialmente ao longo do tempo e agora corresponde a mais da metade da entrada na terra proveniente da fixação biológica de nitrogênio (90 megatons = 1 milhão de toneladas de nitrogênio a cada ano). Se a fixação de nitrogênio das leguminosas for incluída, o fluxo antropogênico de nitrogênio da atmosfera para a terra excede os fluxos naturais para a terra. Os fertilizantes são levados para lagos, riachos e rios pelo escoamento superficial, resultando na eutrofização da água salgada e da água doce, um processo pelo qual o escoamento de nutrientes causa o crescimento excessivo de algas, o esgotamento do oxigênio e a morte da fauna aquática.

O equipamento agrícola pulveriza uma névoa fina sobre as plantações. — Figura$\PageIndex{h}$: O fertilizante contendo nitrogênio é convencionalmente aplicado em grande escala na agricultura. Imagem de Bob Nichols, Serviço de Conservação de Recursos Naturais do USDA (domínio público).

O ciclo do fósforo

Várias formas de nitrogênio (gás nitrogênio, amônio, nitratos, etc.) estavam envolvidas no ciclo do nitrogênio, mas o fósforo permanece principalmente na forma do íon fosfato (PO ₄ ^3-). Também em contraste com o ciclo do nitrogênio, não há nenhuma forma de fósforo na atmosfera. O fósforo é usado para produzir ácidos nucléicos e os fosfolipídios que compõem as membranas biológicas.

As rochas são um reservatório de fósforo, e essas rochas têm suas origens no oceano. Os sedimentos oceânicos que contêm fosfato se formam principalmente dos corpos dos organismos oceânicos e de suas excreções. No entanto, cinzas vulcânicas, aerossóis e poeira mineral também podem ser fontes significativas de fosfato. Esse sedimento então é movido para a terra ao longo do tempo geológico pela elevação da superfície da Terra (figura$\PageIndex{i}$). O movimento do fosfato do oceano para a terra e através do solo é extremamente lento, com o íon fosfato médio tendo um tempo de residência oceânica entre 20.000 e 100.000 anos.

O ciclo do fósforo envolve o movimento de fosfatos entre o solo, a água e as rochas. — Figura$\PageIndex{i}$: Na natureza, o fósforo existe como o íon fosfato (PO ₄ ^3-). O fosfato entra na atmosfera a partir de aerossóis vulcânicos, que precipitam na Terra. O desgaste das rochas também libera fosfato no solo e na água, onde ele se torna disponível para as cadeias alimentares terrestres. Parte do fosfato das teias alimentares terrestres se dissolve em riachos e lagos, e o restante entra no solo. O fosfato entra no oceano por meio do escoamento superficial, do fluxo da água subterrânea e do fluxo do rio, onde se dissolve na água do oceano ou entra em cadeias alimentares marinhas. Um pouco de fosfato cai no fundo do oceano, onde se torna sedimento. Se ocorrer elevação, esse sedimento pode retornar à terra. (crédito: modificação do trabalho de John M. Evans e Howard Perlman, USGS)

As aves marinhas desempenham um papel único no ciclo do fósforo. Essas aves absorvem fósforo dos peixes oceânicos. Seus excrementos na terra (guano) contêm altos níveis de fósforo e às vezes são extraídos para uso comercial. Um estudo de 2020 estimou que os serviços ecossistêmicos (processos e produtos naturais que beneficiam os humanos) fornecidos pelo guano valem $470 milhões por ano.

O desgaste das rochas libera fosfatos no solo e nos corpos d'água. As plantas podem assimilar fosfatos no solo e incorporá-los às moléculas orgânicas, disponibilizando fósforo aos consumidores em cadeias alimentares terrestres. Resíduos e organismos mortos são decompostos por fungos e bactérias, liberando fosfatos de volta ao solo. Parte do fosfato é lixiviada do solo, entrando nos rios, lagos e no oceano. Produtores primários de redes alimentares aquáticas, como algas e bactérias fotossintéticas, fosfato assimilado e fosfato orgânico, estão, portanto, disponíveis para consumidores em redes alimentares aquáticas. Semelhante às cadeias alimentares terrestres, o fósforo é trocado reciprocamente entre o fosfato dissolvido no oceano e o fósforo orgânico nos organismos marinhos.

O movimento do fósforo da rocha para os organismos vivos é normalmente um processo muito lento, mas algumas atividades humanas aceleram o processo. Rochas contendo fosfato são frequentemente extraídas para uso na fabricação de fertilizantes e detergentes. Essa produção comercial acelera muito o ciclo do fósforo. Além disso, o escoamento de terras agrícolas e a liberação de esgoto nos sistemas de água podem causar uma sobrecarga local de fosfato. O aumento da disponibilidade de fosfato pode causar crescimento excessivo de algas. Isso reduz o nível de oxigênio, causando eutrofização e destruição de outras espécies aquáticas.

Eutrofização e zonas mortas

A eutrofização ocorre quando o excesso de fósforo e nitrogênio do escoamento de fertilizantes ou esgoto causa crescimento excessivo de algas. Florescimento de algas que bloqueiam a luz e, portanto, matam plantas aquáticas em rios, lagos e mares. A morte e a decomposição subsequentes desses organismos esgotam o oxigênio dissolvido, o que leva à morte de organismos aquáticos, como mariscos e peixes. Esse processo é responsável por zonas mortas, grandes áreas em lagos e oceanos próximos à foz dos rios que se esgotam periodicamente de sua flora e fauna normais e pela morte massiva de peixes, que geralmente ocorrem durante os meses de verão (figura$\PageIndex{j}$). Existem mais de 500 zonas mortas em todo o mundo. Uma das piores zonas mortas está na costa dos Estados Unidos, no Golfo do México. O escoamento de fertilizantes da bacia do rio Mississippi criou uma zona morta, que atingiu seu tamanho máximo de 8.776 milhas quadradas em 2017. O escoamento de fosfato e nitrato dos fertilizantes também afeta negativamente vários ecossistemas de lagos e baías, incluindo a Baía de Chesapeake, no leste dos Estados Unidos.

Círculos vermelhos marcam zonas mortas ao longo da costa leste e sul dos EUA, oeste da Europa e arredores da Coreia do Sul e do Japão em um mapa mundial. — Figura$\PageIndex{j}$: As zonas mortas ocorrem quando o fósforo e o nitrogênio dos fertilizantes causam crescimento excessivo de microrganismos, o que esgota o oxigênio e mata a fauna. Este mapa mostra zonas mortas em todo o mundo em 2008. Em todo o mundo, grandes zonas mortas são encontradas em áreas costeiras de alta densidade populacional. (crédito: Observatório da Terra da NASA)

Conexão diária: Baía de Chesapeake

A Baía de Chesapeake há muito tempo é avaliada como uma das áreas mais belas da Terra; agora está em perigo e é reconhecida como um ecossistema em declínio. Na década de 1970, a Baía de Chesapeake foi um dos primeiros ecossistemas a identificar zonas mortas, que continuam matando muitos peixes e espécies que vivem no fundo, como amêijoas, ostras e vermes (figura$\PageIndex{k}$). Várias espécies diminuíram na Baía de Chesapeake devido ao escoamento superficial da água contendo nutrientes em excesso de fertilizantes artificiais usados na terra. A fonte dos fertilizantes (com alto teor de nitrogênio e fosfato) não se limita às práticas agrícolas. Existem muitas áreas urbanas próximas e mais de 150 rios e riachos desaguam na baía que transportam fertilizantes de gramados e jardins. Assim, o declínio da Baía de Chesapeake é uma questão complexa e requer a cooperação da indústria, da agricultura e dos proprietários de casas comuns.

Vista aérea da Baía de Chesapeake (a). Um homem segurando um monte de ostras (b). — Figura$\PageIndex{k}$: Esta (a) imagem de satélite mostra a Baía de Chesapeake, um ecossistema afetado pelo escoamento de fosfato e nitrato. Um (b) membro do Corpo de Engenheiros do Exército segura um grupo de ostras sendo usadas como parte do esforço de restauração de ostras na baía. (crédito a: modificação do trabalho pela NASA/MODIS; crédito b: modificação do trabalho pelo Exército dos EUA)

De particular interesse para os conservacionistas é a população de ostras; estima-se que mais de 200.000 acres de recifes de ostras existiam na baía em 1700, mas esse número agora diminuiu para apenas 36.000 acres. A colheita de ostras já foi uma grande indústria para a Baía de Chesapeake, mas diminuiu 88% entre 1982 e 2007. Esse declínio se deveu não apenas ao escoamento de fertilizantes e às zonas mortas, mas também à superexploração. As ostras requerem uma certa densidade populacional mínima porque devem estar próximas para se reproduzirem. A atividade humana alterou a população e a localização das ostras, perturbando consideravelmente o ecossistema.

A restauração da população de ostras na Baía de Chesapeake está em andamento há vários anos com sucesso misto. Muitas pessoas não só acham as ostras boas para comer, mas também limpam a baía. As ostras são filtrantes e, à medida que comem, limpam a água ao redor delas. Em 1700, estimou-se que foram necessários apenas alguns dias para que a população de ostras filtrasse todo o volume da baía. Hoje, com as mudanças nas condições da água, estima-se que a população atual levaria quase um ano para fazer o mesmo trabalho.

Os esforços de restauração estão em andamento há vários anos por organizações sem fins lucrativos, como a Chesapeake Bay Foundation. O objetivo da restauração é encontrar uma maneira de aumentar a densidade populacional para que as ostras possam se reproduzir com mais eficiência. Muitas variedades resistentes a doenças (desenvolvidas no Instituto de Ciências Marinhas da Virgínia para o College of William and Mary) estão agora disponíveis e foram usadas na construção de recifes de ostras experimentais. Os esforços para limpar e restaurar a baía pela Virgínia e Delaware foram prejudicados porque grande parte da poluição que entra na baía vem de outros estados, o que enfatiza a necessidade de cooperação interestadual para obter uma restauração bem-sucedida.

As novas e saudáveis variedades de ostras também geraram uma indústria nova e economicamente viável - a aquicultura de ostras - que não apenas fornece ostras para alimentação e lucro, mas também tem o benefício adicional de limpar a baía.

O ciclo do enxofre

O enxofre é um elemento essencial para as moléculas dos seres vivos. Como parte do aminoácido cisteína, é fundamental para a forma tridimensional das proteínas. Conforme mostrado na Figura$\PageIndex{l}$, o enxofre circula entre os oceanos, a terra e a atmosfera. O enxofre atmosférico é encontrado na forma de dióxido de enxofre (SO ₂), que entra na atmosfera de três maneiras: primeiro, da decomposição de moléculas orgânicas; segundo, da atividade vulcânica e fontes geotérmicas; e, terceiro, da queima de combustíveis fósseis por humanos.

Em terra, o enxofre é depositado de quatro formas principais: precipitação, precipitação direta da atmosfera, intemperismo de rochas e fontes geotérmicas. O enxofre atmosférico é encontrado na forma de dióxido de enxofre (SO ₂) e, à medida que a chuva cai na atmosfera, o enxofre é dissolvido na forma de ácido sulfúrico fraco (H ₂ SO ₄). O enxofre também pode cair diretamente da atmosfera em um processo chamado precipitação radioativa. Além disso, à medida que as rochas contendo enxofre resistem, o enxofre é liberado no solo. Essas rochas se originam de sedimentos oceânicos que são movidos para a terra pela elevação geológica dos sedimentos oceânicos. Os ecossistemas terrestres podem então fazer uso desses sulfatos do solo (SO ₄ ^2-), que entram na cadeia alimentar ao serem absorvidos pelas raízes das plantas. Quando essas plantas se decompõem e morrem, o enxofre é liberado de volta para a atmosfera como gás sulfeto de hidrogênio (H ₂ S).

O enxofre entra no oceano no escoamento da terra, da precipitação atmosférica e das fontes hidrotermais. Alguns ecossistemas dependem de microrganismos que usam enxofre como fonte de energia biológica (em contraste com ecossistemas com produtores fotossintéticos). Esse enxofre então sustenta os ecossistemas marinhos na forma de sulfatos.

As atividades humanas têm desempenhado um papel importante na alteração do equilíbrio do ciclo global do enxofre. A queima de grandes quantidades de combustíveis fósseis, especialmente do carvão, libera dióxido de enxofre, que reage com a atmosfera para formar ácido sulfúrico. Como o ácido nítrico, o ácido sulfúrico contribui para a deposição de ácido.

Leitura suplementar sugerida

Bruckner, M. 2018. A Zona Morta do Golfo do México. [Site]

Referências

Cell Press. (2020, 6 de agosto). Os pesquisadores esperam salvar as aves marinhas calculando o valor de seus excrementos. Recuperado em 7 de agosto de 2020 do ScienceDaily.

Atribuições

Modificado por Melissa Ha a partir das seguintes fontes:

Ciclos biogeoquímicos, energia e energia entram nos ecossistemas por meio da fotossíntese da biologia ambiental por Matthew R. Fisher (licenciado sob CC-BY)
Ciclo do carbono e ciclo do nitrogênio da Biologia por John W. Kimball (licenciado sob CC-BY)
Fluxo de energia através de ecossistemas da General Biology pela OpenStax (licenciado sob CC-BY)
Solo e sustentabilidade e ciclos biogeoquímicos e o fluxo de energia no sistema terrestre a partir da sustentabilidade: uma base abrangente de Tom Theis e Jonathan Tomkin, editores (licenciados sob CC-BY). Baixe gratuitamente no CNX.
Ciclismo da matéria da AP Environmental Science pela University of California College Prep, University of California (licenciada sob CC-BY). Baixe gratuitamente no CNX.
Ciclos de nutrientes do 10º grau de ciências da vida de Siyavula (CC-BY)