46.3: Ciclos biogeoquímicos

Habilidades para desenvolver

• Discuta os ciclos biogeoquímicos da água, carbono, nitrogênio, fósforo e enxofre
• Explique como as atividades humanas impactaram esses ciclos e as possíveis consequências para a Terra

A energia flui direcionalmente pelos ecossistemas, entrando como luz solar (ou moléculas inorgânicas para quimioautotróficos) e saindo como calor durante as muitas transferências entre os níveis tróficos. No entanto, a matéria que compõe os organismos vivos é conservada e reciclada. Os seis elementos mais comuns associados às moléculas orgânicas - carbono, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre - assumem uma variedade de formas químicas e podem existir por longos períodos na atmosfera, na terra, na água ou abaixo da superfície da Terra. Processos geológicos, como intemperismo, erosão, drenagem de água e subducção das placas continentais, todos desempenham um papel nessa reciclagem de materiais. Como a geologia e a química têm papéis importantes no estudo desse processo, a reciclagem de matéria inorgânica entre organismos vivos e seu ambiente é chamada de ciclo biogeoquímico.

A água contém hidrogênio e oxigênio, que são essenciais para todos os processos vivos. A hidrosfera é a área da Terra onde ocorre o movimento e o armazenamento da água: como água líquida na superfície e abaixo da superfície ou congelada (rios, lagos, oceanos, águas subterrâneas, calotas polares e geleiras) e como vapor de água na atmosfera. O carbono é encontrado em todas as macromoléculas orgânicas e é um importante constituinte dos combustíveis fósseis. O nitrogênio é um componente importante de nossos ácidos nucléicos e proteínas e é fundamental para a agricultura humana. O fósforo, um componente importante do ácido nucléico (junto com o nitrogênio), é um dos principais ingredientes dos fertilizantes artificiais usados na agricultura e seus impactos ambientais associados em nossas águas superficiais. O enxofre, fundamental para o dobramento 3-D das proteínas (como na ligação ao dissulfeto), é liberado na atmosfera pela queima de combustíveis fósseis, como o carvão.

O ciclo desses elementos está interconectado. Por exemplo, o movimento da água é fundamental para a lixiviação de nitrogênio e fosfato em rios, lagos e oceanos. Além disso, o oceano em si é um grande reservatório de carbono. Assim, os nutrientes minerais são circulados, rápida ou lentamente, por toda a biosfera, de um organismo vivo para outro e entre o mundo biótico e abiótico.

O ciclo da água (hidrológico)

A água é a base de todos os processos vivos. O corpo humano tem mais de 1/2 água e as células humanas são mais de 70% de água. Assim, a maioria dos animais terrestres precisa de um suprimento de água doce para sobreviver. No entanto, ao examinar os estoques de água na Terra, 97,5 por cento dela é água salgada não potável (Figura\(\PageIndex{1}\)). Of the remaining water, 99 percent is locked underground as water or as ice. Thus, less than 1 percent of fresh water is easily accessible from lakes and rivers. Many living things, such as plants, animals, and fungi, are dependent on the small amount of fresh surface water supply, a lack of which can have massive effects on ecosystem dynamics. Humans, of course, have developed technologies to increase water availability, such as digging wells to harvest groundwater, storing rainwater, and using desalination to obtain drinkable water from the ocean. Although this pursuit of drinkable water has been ongoing throughout human history, the supply of fresh water is still a major issue in modern times.

Figure \(\PageIndex{1}\): Only 2.5 percent of water on Earth is fresh water, and less than 1 percent of fresh water is easily accessible to living things.

Water cycling is extremely important to ecosystem dynamics. Water has a major influence on climate and, thus, on the environments of ecosystems, some located on distant parts of the Earth. Most of the water on Earth is stored for long periods in the oceans, underground, and as ice. Figure \(\PageIndex{2}\) illustrates the average time that an individual water molecule may spend in the Earth’s major water reservoirs. Residence time is a measure of the average time an individual water molecule stays in a particular reservoir. A large amount of the Earth’s water is locked in place in these reservoirs as ice, beneath the ground, and in the ocean, and, thus, is unavailable for short-term cycling (only surface water can evaporate).

Figure \(\PageIndex{2}\): This graph shows the average residence time for water molecules in the Earth’s water reservoirs.

There are various processes that occur during the cycling of water, shown in Figure \(\PageIndex{3}\). These processes include the following:

• evaporation/sublimation
• condensation/precipitation
• subsurface water flow
• surface runoff/snowmelt
• streamflow

The water cycle is driven by the sun’s energy as it warms the oceans and other surface waters. This leads to the evaporation (water to water vapor) of liquid surface water and the sublimation (ice to water vapor) of frozen water, which deposits large amounts of water vapor into the atmosphere. Over time, this water vapor condenses into clouds as liquid or frozen droplets and is eventually followed by precipitation (rain or snow), which returns water to the Earth’s surface. Rain eventually permeates into the ground, where it may evaporate again if it is near the surface, flow beneath the surface, or be stored for long periods. More easily observed is surface runoff: the flow of fresh water either from rain or melting ice. Runoff can then make its way through streams and lakes to the oceans or flow directly to the oceans themselves.

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Head to this website to learn more about the world’s fresh water supply.

Rain and surface runoff are major ways in which minerals, including carbon, nitrogen, phosphorus, and sulfur, are cycled from land to water. The environmental effects of runoff will be discussed later as these cycles are described.

Figure \(\PageIndex{3}\): Water from the land and oceans enters the atmosphere by evaporation or sublimation, where it condenses into clouds and falls as rain or snow. Precipitated water may enter freshwater bodies or infiltrate the soil. The cycle is complete when surface or groundwater reenters the ocean. (credit: modification of work by John M. Evans and Howard Perlman, USGS)

The Carbon Cycle

Carbon is the second most abundant element in living organisms. Carbon is present in all organic molecules, and its role in the structure of macromolecules is of primary importance to living organisms. Carbon compounds contain especially high energy, particularly those derived from fossilized organisms, mainly plants, which humans use as fuel. Since the 1800s, the number of countries using massive amounts of fossil fuels has increased. Since the beginning of the Industrial Revolution, global demand for the Earth’s limited fossil fuel supplies has risen; therefore, the amount of carbon dioxide in our atmosphere has increased. This increase in carbon dioxide has been associated with climate change and other disturbances of the Earth’s ecosystems and is a major environmental concern worldwide. Thus, the “carbon footprint” is based on how much carbon dioxide is produced and how much fossil fuel countries consume.

The carbon cycle is most easily studied as two interconnected sub-cycles: one dealing with rapid carbon exchange among living organisms and the other dealing with the long-term cycling of carbon through geologic processes. The entire carbon cycle is shown in Figure \(\PageIndex{4}\).

Figure \(\PageIndex{4}\): Carbon dioxide gas exists in the atmosphere and is dissolved in water. Photosynthesis converts carbon dioxide gas to organic carbon, and respiration cycles the organic carbon back into carbon dioxide gas. Long-term storage of organic carbon occurs when matter from living organisms is buried deep underground and becomes fossilized. Volcanic activity and, more recently, human emissions, bring this stored carbon back into the carbon cycle. (credit: modification of work by John M. Evans and Howard Perlman, USGS)

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Clique neste link para ler informações sobre o Programa de Ciência do Ciclo do Carbono dos Estados Unidos.

O ciclo biológico do carbono

Os organismos vivos estão conectados de várias maneiras, até mesmo entre ecossistemas. Um bom exemplo dessa conexão é a troca de carbono entre autótrofos e heterotróficos dentro e entre ecossistemas por meio do dióxido de carbono atmosférico. O dióxido de carbono é o alicerce básico que a maioria dos autótrofos usa para construir compostos multicarbonados e de alta energia, como a glicose. A energia aproveitada do sol é usada por esses organismos para formar as ligações covalentes que unem os átomos de carbono. Essas ligações químicas, portanto, armazenam essa energia para uso posterior no processo de respiração. A maioria dos autótrofos terrestres obtém seu dióxido de carbono diretamente da atmosfera, enquanto os autótrofos marinhos o adquirem na forma dissolvida (ácido carbônico, H ₂ CO ₃ ⁻). No entanto, o dióxido de carbono é adquirido, um subproduto do processo é o oxigênio. Os organismos fotossintéticos são responsáveis por depositar aproximadamente 21 por cento do conteúdo de oxigênio da atmosfera que observamos hoje.

Heterotróficos e autotróficos são parceiros na troca biológica de carbono (especialmente os consumidores primários, principalmente herbívoros). Os heterotróficos adquirem os compostos de carbono de alta energia dos autótrofos consumindo-os e decompondo-os pela respiração para obter energia celular, como o ATP. O tipo de respiração mais eficiente, a respiração aeróbica, requer oxigênio obtido da atmosfera ou dissolvido na água. Assim, há uma troca constante de oxigênio e dióxido de carbono entre os autotróficos (que precisam do carbono) e os heterotróficos (que precisam do oxigênio). A troca de gases pela atmosfera e pela água é uma forma pela qual o ciclo do carbono conecta todos os organismos vivos na Terra.

O ciclo biogeoquímico do carbono

O movimento do carbono através da terra, da água e do ar é complexo e, em muitos casos, ocorre muito mais lentamente geologicamente do que entre organismos vivos. O carbono é armazenado por longos períodos nos chamados reservatórios de carbono, que incluem a atmosfera, corpos de água líquida (principalmente oceanos), sedimentos oceânicos, solo, sedimentos terrestres (incluindo combustíveis fósseis) e o interior da Terra.

Como afirmado, a atmosfera é um grande reservatório de carbono na forma de dióxido de carbono e é essencial para o processo de fotossíntese. 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 local, e cada um afeta o outro reciprocamente. O dióxido de carbono (CO ₂) da atmosfera se dissolve na água e se combina com as moléculas de água para formar ácido carbônico e, em seguida, ioniza em íons carbonato e bicarbonato (Figura\(\PageIndex{5}\))

Figura\(\PageIndex{5}\): O dióxido de carbono reage com a água para formar íons bicarbonato e carbonato.

Os coeficientes de equilíbrio são tais que mais de 90 por cento do carbono no oceano é encontrado como íons bicarbonato. Alguns desses íons se combinam com o cálcio da água do mar para formar carbonato de cálcio (CaCO ₃), um componente importante das conchas de organismos marinhos. Esses organismos eventualmente 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.

Na terra, o carbono é armazenado no solo como resultado da decomposição de organismos vivos (por decompositores) ou do desgaste de rochas e minerais terrestres. Esse carbono pode ser lixiviado para os reservatórios de água pelo escoamento superficial. No subsolo, na terra e no mar, estão os combustíveis fósseis: os restos de plantas decompostos anaerobicamente que levam milhões de anos para se formarem. Os combustíveis fósseis são considerados um recurso não renovável porque seu uso excede em muito sua taxa de formação. Um recurso não renovável, como o combustível fóssil, ou é regenerado muito lentamente ou não é totalmente regenerado. Outra forma de o carbono entrar na atmosfera é da terra (incluindo a terra abaixo da superfície do oceano) pela erupção de vulcões e outros sistemas geotérmicos. Os sedimentos de carbono do fundo do oceano são absorvidos nas profundezas da Terra pelo processo de subducção: o movimento de uma placa tectônica abaixo da outra. O carbono é liberado como dióxido de carbono quando um vulcão entra em erupção ou por fontes hidrotermais vulcânicas.

O dióxido de carbono também é adicionado à atmosfera pelas práticas de criação de animais humanos. O grande número de animais terrestres criados para alimentar a crescente população da Terra resulta no aumento dos níveis de dióxido de carbono na atmosfera devido às práticas agrícolas e à produção de respiração e metano. Esse é outro exemplo de como a atividade humana afeta indiretamente os ciclos biogeoquímicos de forma significativa. Embora grande parte do debate sobre os efeitos futuros do aumento do carbono atmosférico nas mudanças climáticas se concentre nos combustíveis fósseis, os cientistas levam em consideração os processos naturais, como vulcões e respiração, ao modelar e prever o impacto futuro desse aumento.

O ciclo do nitrogênio

É difícil colocar nitrogênio no mundo dos vivos. As plantas e o fitoplâncton não estão equipados para incorporar nitrogênio da atmosfera (que existe como N ₂ triplo covalente e fortemente ligado), embora essa molécula compreenda aproximadamente 78 por cento da atmosfera. O nitrogênio entra no mundo vivo por meio de bactérias simbióticas e de vida livre, que incorporam nitrogênio em suas macromoléculas por meio da fixação de nitrogênio (conversão de N ₂). As cianobactérias vivem na maioria dos ecossistemas aquáticos onde a luz solar está presente; elas desempenham um papel fundamental na fixação do nitrogênio. As cianobactérias são capazes de usar fontes inorgânicas de nitrogênio para “fixar” o nitrogênio. A bactéria Rhizobium vive simbioticamente nos nódulos radiculares das leguminosas (como ervilha, feijão e amendoim) e fornece o nitrogênio orgânico de que precisam. Bactérias de vida livre, como a Azotobacter, também são importantes fixadores de nitrogênio.

O nitrogênio orgânico é especialmente importante para o estudo da dinâmica do ecossistema, pois muitos processos ecossistêmicos, como produção primária e decomposição, são limitados pelo suprimento disponível de nitrogênio. Conforme mostrado na Figura\(\PageIndex{6}\), o nitrogênio que entra nos sistemas vivos pela fixação de nitrogênio é sucessivamente convertido do nitrogênio orgânico de volta em gás nitrogênio pelas bactérias. Esse processo ocorre em três etapas em sistemas terrestres: amonificação, nitrificação e desnitrificação. Primeiro, o processo de amonificação converte resíduos nitrogenados de animais vivos ou de restos de animais mortos em amônio (NH ₄ ⁺) por certas bactérias e fungos. Em segundo lugar, o amônio é convertido em nitritos (NO ₂ ⁻) por bactérias nitrificantes, como Nitrosomonas, por meio da nitrificação. Posteriormente, os nitritos são convertidos em nitratos (NO ₃ ⁻) por organismos similares. Terceiro, ocorre o processo de desnitrificação, em que bactérias, como Pseudomonas e Clostridium, convertem os nitratos em gás nitrogênio, permitindo que eles reentrem na atmosfera.

Figura\(\PageIndex{6}\): O nitrogênio entra no mundo vivo a partir da atmosfera por meio de bactérias fixadoras de nitrogênio. Esses resíduos de nitrogênio e nitrogênio dos animais são então processados novamente em nitrogênio gasoso pelas bactérias do solo, que também fornecem às cadeias alimentares terrestres o nitrogênio orgânico de que precisam. (crédito: modificação do trabalho de John M. Evans e Howard Perlman, USGS)

Exercício

Qual das seguintes afirmações sobre o ciclo do nitrogênio é falsa?

1. A amonificação converte matéria nitrogenada orgânica de organismos vivos em amônio (NH ₄ ⁺).
2. A desnitrificação por bactérias converte nitratos (NO ₃ ⁻) em gás nitrogênio (N ₂).
3. A nitrificação por bactérias converte nitratos (NO ₃ ⁻) em nitritos (NO ₂ ⁻).
4. As bactérias fixadoras de nitrogênio convertem o gás nitrogênio (N ₂) em compostos orgânicos.

Resposta

C: A nitrificação por bactérias converte nitratos (NO ₃ ⁻) em nitritos (NO ₂ ⁻).

A atividade humana pode liberar nitrogênio no meio ambiente por dois meios principais: a combustão de combustíveis fósseis, que libera diferentes óxidos de nitrogênio, e pelo uso de fertilizantes artificiais na agricultura, que são então levados para lagos, riachos e rios pelo escoamento superficial. O nitrogênio atmosférico está associado a vários efeitos nos ecossistemas da Terra, incluindo a produção de chuva ácida (como ácido nítrico, HNO ₃) e gases de efeito estufa (como óxido nitroso, N ₂ O) potencialmente causando mudanças climáticas. Um dos principais efeitos do escoamento de fertilizantes é a eutrofização da água salgada e da água doce, um processo pelo qual o escoamento de nutrientes causa o crescimento excessivo de microrganismos, esgotando os níveis de oxigênio dissolvido e matando a fauna do ecossistema.

Um processo semelhante ocorre no ciclo do nitrogênio marinho, onde os processos de amonificação, nitrificação e desnitrificação são realizados por bactérias marinhas. Parte desse nitrogênio cai no fundo do oceano como sedimento, que pode então ser movido para a terra em tempo geológico pela elevação da superfície da Terra e, assim, incorporado às rochas terrestres. 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. ¹

O ciclo do fósforo

O fósforo é um nutriente essencial para os processos vivos; é um componente importante do ácido nucléico e dos fosfolipídios e, como fosfato de cálcio, constitui os componentes de suporte de nossos ossos. O fósforo é frequentemente o nutriente limitante (necessário para o crescimento) nos ecossistemas aquáticos (Figura\(\PageIndex{7}\)).

O fósforo ocorre na natureza como o íon fosfato (PO ₄ ³⁻). Além do escoamento de fosfato como resultado da atividade humana, o escoamento superficial natural ocorre quando ele é lixiviado de rochas contendo fosfato por intemperismo, enviando fosfatos para rios, lagos e oceanos. Essa rocha tem suas origens no oceano. Os sedimentos oceânicos que contêm fosfato se formam principalmente dos corpos dos organismos oceânicos e de suas excreções. No entanto, em regiões remotas, 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 de áreas da superfície da Terra.

O fósforo também é trocado reciprocamente entre fosfato dissolvido no oceano e nos ecossistemas marinhos. 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.

Figura\(\PageIndex{7}\): Na natureza, o fósforo existe como o íon fosfato (PO ₄ ³⁻). O desgaste das rochas e a atividade vulcânica liberam fosfato no solo, na água e no ar, onde ele se torna disponível para as cadeias alimentares terrestres. O fosfato entra nos oceanos por meio do escoamento superficial, do fluxo de água subterrânea e do fluxo do rio. Fosfato dissolvido nos ciclos da água do oceano em cadeias alimentares marinhas. Parte do fosfato das teias alimentares marinhas cai no fundo do oceano, onde forma sedimentos. (crédito: modificação do trabalho de John M. Evans e Howard Perlman, USGS)

O excesso de fósforo e nitrogênio que entra nesses ecossistemas pelo escoamento de fertilizantes e pelo esgoto causa crescimento excessivo de microrganismos e esgota o oxigênio dissolvido, o que leva à morte de muitos ecossistemas da fauna, como crustáceos e peixes finos. Esse processo é responsável por zonas mortas em lagos e na foz de muitos rios importantes (Figura\(\PageIndex{8}\)).

Figura\(\PageIndex{8}\): 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. Em todo o mundo, grandes zonas mortas são encontradas em áreas costeiras de alta densidade populacional. (crédito: Observatório da Terra da NASA)

Uma zona morta é uma área dentro de um ecossistema marinho ou de água doce onde grandes áreas estão esgotadas de sua flora e fauna normais; essas zonas podem ser causadas por eutrofização, derramamentos de óleo, despejo de produtos químicos tóxicos e outras atividades humanas. O número de zonas mortas vem aumentando há vários anos, e mais de 400 dessas zonas estavam presentes em 2008. Uma das piores zonas mortas está na costa dos Estados Unidos, no Golfo do México, onde o escoamento de fertilizantes da bacia do rio Mississippi criou uma zona morta de mais de 8463 milhas quadradas. 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.

Conexão diária: Baía de Chesapeake

Figura\(\PageIndex{9}\): 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)

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. 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.

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 colheita excessiva. 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 macromoléculas dos seres vivos. Como parte do aminoácido cisteína, está envolvida na formação de ligações dissulfeto dentro das proteínas, que ajudam a determinar seus padrões de dobramento 3-D e, portanto, suas funções. Conforme mostrado na Figura\(\PageIndex{10}\), o enxofre circula entre os oceanos, a terra e a atmosfera. O enxofre atmosférico é encontrado na forma de dióxido de enxofre (SO ₂) e entra na atmosfera de três maneiras: da decomposição de moléculas orgânicas, da atividade vulcânica e das fontes geotérmicas e da queima de combustíveis fósseis por humanos.

Figura\(\PageIndex{10}\): O dióxido de enxofre da atmosfera se torna disponível para os ecossistemas terrestres e marinhos quando é dissolvido na precipitação como ácido sulfúrico fraco ou quando cai diretamente na Terra como precipitação. O desgaste das rochas também disponibiliza sulfatos para os ecossistemas terrestres. A decomposição de organismos vivos devolve sulfatos ao oceano, solo e atmosfera. (crédito: modificação do trabalho de John M. Evans e Howard Perlman, USGS)

Em terra, o enxofre é depositado de quatro formas principais: precipitação, precipitação direta da atmosfera, intemperismo de rochas e fontes geotérmicas (Figura\(\PageIndex{11}\)). 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, o desgaste das rochas contendo enxofre libera enxofre 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 (\(\text{SO}_4^{2-}\)) e, após a morte e decomposição desses organismos, liberar o enxofre de volta à atmosfera como gás sulfeto de hidrogênio (H ₂ S).

Figura\(\PageIndex{11}\): Nesta abertura de enxofre no Parque Nacional Vulcânico Lassen, no nordeste da Califórnia, os depósitos de enxofre amarelado são visíveis perto da boca da abertura.

O enxofre entra no oceano por meio do escoamento da terra, da precipitação atmosférica e das fontes geotérmicas subaquáticas. Alguns ecossistemas dependem de quimioautotróficos usando enxofre como fonte de energia biológica. 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 maiores quantidades de gás sulfeto de hidrogênio na atmosfera. Quando a chuva cai através desse gás, ela cria o fenômeno conhecido como chuva ácida. A chuva ácida é uma chuva corrosiva causada pela queda da água da chuva no solo por meio do gás dióxido de enxofre, transformando-a em ácido sulfúrico fraco, que causa danos aos ecossistemas aquáticos. A chuva ácida prejudica o ambiente natural ao diminuir o pH dos lagos, o que mata grande parte da fauna residente; também afeta o ambiente artificial por meio da degradação química dos edifícios. Por exemplo, muitos monumentos de mármore, como o Lincoln Memorial em Washington, DC, sofreram danos significativos causados pela chuva ácida ao longo dos anos. Esses exemplos mostram os amplos efeitos das atividades humanas em nosso meio ambiente e os desafios que permanecem para nosso futuro.

Link para o aprendizado

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Resumo

Os nutrientes minerais são reciclados pelos ecossistemas e seu ambiente. De particular importância são a água, o carbono, o nitrogênio, o fósforo e o enxofre. Todos esses ciclos têm grandes impactos na estrutura e função do ecossistema. Como as atividades humanas causaram grandes distúrbios nesses ciclos, seu estudo e modelagem são especialmente importantes. Uma variedade de atividades humanas, como poluição, derramamentos de óleo e outros eventos, danificaram os ecossistemas, potencialmente causando mudanças climáticas globais. A saúde da Terra depende da compreensão desses ciclos e de como proteger o meio ambiente de danos irreversíveis.

Notas de pé

1. 1 Scott L. Morford, Benjamin Z. Houlton e Randy A. Dahlgren, “Aumento do armazenamento de carbono e nitrogênio do ecossistema florestal a partir da rocha rica em nitrogênio”, Nature 477, nº 7362 (2011): 78—81.

Glossário

chuva ácida

chuva corrosiva causada pela queda da água da chuva no solo através do gás dióxido de enxofre, transformando-a em ácido sulfúrico fraco; pode danificar estruturas e ecossistemas

ciclo biogeoquímico

ciclagem de nutrientes minerais pelos ecossistemas e pelo mundo não vivo

zona morta

área dentro de um ecossistema em lagos e perto da foz dos rios, onde grandes áreas de ecossistemas estão esgotadas de sua flora e fauna normais; essas zonas podem ser causadas por eutrofização, derramamentos de óleo, despejo de produtos químicos tóxicos e outras atividades humanas

eutrofização

processo pelo qual o escoamento de nutrientes causa o crescimento excessivo de microrganismos, esgotando os níveis de oxigênio dissolvido e matando a fauna do ecossistema

precipitação

depósito direto de minerais sólidos na terra ou no oceano a partir da atmosfera

hidrosfera

área da Terra onde ocorre o movimento e o armazenamento da água

recurso não renovável

recurso, como combustível fóssil, que é regenerado muito lentamente ou não é totalmente regenerado

tempo de residência

medida do tempo médio que uma molécula de água individual permanece em um reservatório específico

subducção

movimento de uma placa tectônica abaixo da outra