Ciclos Biogeoquímicos

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS DAS ROCHAS, DA ÁGUA, DO
CARBONO.
A hipótese Gaia: a vida manipula o ambiente para
manutenção da vida. Idéia da Terra (do planeta) como um
organismo vivo. (Gaia é o nome de uma deusa grega, que
representava a mãe Terra).
A hipótese Gaia é de fato uma série de hipóteses, cuja
primeira afirma que a vida, desde seu início, influencia
grandemente o ambiente planetário. Alguns cientistas discordam.
A segunda considera que a vida altera o ambiente na Terra de
modo a permitir a manutenção da própria vida. Há evidências de
que a vida (no sentido fisiológico) afetou o clima da Terra. Uma
distorção da hipótese Gaia, que se tornou popular, é que a vida
deliberadamente,
conscientemente,
controla
globalmente
o
ambiente. Tal hipótese pode ser compreendida pela maneira como
o futuro status da humanidade pode depender das ações que
tomamos hoje. A população da Terra pode conscientemente
tomar decisões que afetam o futuro do planeta. As decisões que
tomamos dependem do quanto nós valorizamos o ambiente e do
conhecimento e compreensão acerca de como a Terra funciona.
É um fato de menor importância analisar a hipótese Gaia
como uma metáfora, ou afirmar que é pseudocientífica, ou tem
tons religiosos. Discuti-la leva-nos a tratar de questões
fundamentais sobre ciência e sobre a vida.
Se não por outras razões, pela última, a hipótese Gaia já
seria válida e valiosa.
A idéia de uniformitarianismo (1785) “o presente é a chance
do passado” pode ser muito útil do ponto de vista ambiental se se
pensar que essa idéia pode ser mais do que a chave do passado.
Pode significar que o estudo dos processos passados e presentes
seja a chave da compreensão do futuro. Para tanto, pode-se
considerar que no futuro operarão os mesmos processos físicos e
biológicos, embora com taxas diferentes, devido à influência
ambiental exercida pelas mudanças naturais e por aquelas ligadas
à atividade humana.
Sendo a Terra um sistema dinâmico, em evolução, o
movimento e a estocagem de seus matérias afetam todos os
processo físicos, químicos e biológicos.
Um ciclo biogeoquímico é o movimento ou o ciclo de um
determinado
elemento
ou
elementos
químicos
através
da
atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera da Terra.
Os ciclos estão intimamente relacionados com processos
geológicos, hidrológicos e biológicos. Como exemplo, pode-se
lembrar que um modesto conhecimento sobre o ciclo geológico
(aqui referido como o conjunto dos processos responsáveis pela
formação e destruição dos materiais da Terra, sub-dividido em:
ciclo tectônico, ciclo hidrológico e ciclo das rochas) é valioso para
o conhecimento e compreensão de nosso ambiente, que é
intimamente relacionado aos processos físicos, químicos e
biológicos. Por exemplo, para avaliar o impacto ambiental de um
material perigoso, como a gasolina, que vazou para o subsolo, as
propriedades químicas, físicas e biológicas do solo, rochas e água
deveriam ser entendidas. Essa compreensão ajudaria a responder
perguntas como: Quão séria foi a contaminação? Quanto o
contaminante poderá mover-se? Quanto o dano ambiental poderá
ser minimizado?
1) O CICLO GEOLÓGICO: TECTÔNICO, DA ÁGUA E DAS
ROCHAS
1.1. O Ciclo Tectônico
(Tectônico significa relativo à crosta terrestre).
O ciclo tectônico envolve a criação e destruição da camada
externa sólida da Terra: a litosfera. A litosfea tem cerca de 100
km de espessura e é quebrada em segmentos chamados pratos,
que se movem em relação uns aos outros. De acordo com a teoria
dos pratos tectônicos, os continentes movem-se juntamente com
os pratos, de 2 a 15 cm/ano. Há vários tipos de movimento, entre
os quais se destacam:
Divergente: os pratos afastam-se e produz-se nova litosfera;
Convergente: os pratos aproximam-se. Na fronteira da colisão
produzem-se sistemas lineares de montanhas. Ex: Andes, Alpes e
Himalaia.
Falha: Quando um prato escorrega sob o outro. Ex: Falha de San
Andreas. O prato do Pacífico move-se para o norte a
aproximadamente 5 cm/ano. Como resultado, Los Angeles a 500
km ao sul de São Francisco está se movendo em direção àquele
cidade. Se o movimento continuar, em aproximadamente 10
milhões de anos Los Angeles será subúrbio de São Francisco.
1.2. O Ciclo Hidrológico
O ciclo hidrológico é dirigido pela energia solar e
compreende o movimento da água dos oceanos para a atmosfera
por evaporação e de volta aos oceanos pela precipitação que leva
à lixiviação ou à infiltração.
Cerca de 97% do suprimento de água está nos oceanos, 2%
nas geleiras e muito menos que 1% na atmosfera (0,001%).
Aproximadamente 1% do total da água contida nos rios, lagos e
lençóis freáticos é adequada ao consumo humano.
A água contida na atmosfera provém todos os recursos de
água doce, através do processo da precipitação.
1.3. O Ciclo das Rochas
O ciclo das rochas consiste de vários processos que
produzem rochas e solos. Este ciclo é dependente do ciclo
tectônico para energia e do ciclo hidrológico para água. O calor
gerado pelo ciclo tectônico produz materiais fundidos, como lava
vulcânica, que, ao se cristalizarem na superfície ou em camadas
mais finas dão origem à rocha ígnea. Rochas na superfície ou
próximo à, ao se congelarem e descongelarem, quebram-se devido
à contração e expansão. Podem-se desagregar, também, devido a
processos químicos, pela ação de ácidos fracos formados na
presença de CO2, maatéria orgânica e água.
A
esses
processos
físicos
e
químicos
chama-se
intemperismo. O intemperismo produz sedimentos que são
transportados
pelo
depositam-se
em
transformados
profundidade
vento,
água
oceanos,
em
rochas
desses
ou
por
gelo.
exemplo,
sedimentares.
depósitos,
Os
as
sedimentos
podendo
Dependendo
rochas
ser
da
sedimentares
transformam-se pelo calor e pressão ou por fluidos químicos em
rochas metamórficas, que podem fundir-se reiniciando o ciclo.
A vida desepenha um papel fundamental nesse ciclo, por
meio
da
incorporação
biossedimentação
de
produzem
C
nas
rochas.
rochas
Processos
calcárias
principalmente) substâncias húmicas e petróleo.
de
(CaCO3,
2) O CICLO DO CARBONO
O C é o elemento básico da construção da vida. C está
presente nos
compostos
orgânicos
(aqueles
presentes ou
formados pelos organismos vivos) e nos inorgânicos, como grafite
e diamante. C combina-se e é química e biologicamente ligado aos
ciclos do O e H para formar os compostos da vida. CO2 é o
composto de C mais abundante da atmosfera, mas compostos
orgânicos como CH4 ocorrem em menor quantidade. Parte do ciclo
do C é inorgânica, i e, os compostos não dependem da atividades
biológicas. O CO2 é solúvel em água, sendo trocado entre a
atmosfera e a hidrosfera por processo de difusão. Na ausência
de outras fontes, a difusão de CO2 continua em um outro sentido
até o estabelecimento de um equilíbrio entre a quantidade de
CO2 na atmosfera acima da água e a quantidade de CO2 na água.
CO2 entra nos ciclos biológicos por meio da fotossíntese, ie, a
síntese.de compostos orgânicos constituídos de C, H e O, a partir
de CO2.e água, e energia proveniente da luz.
Carbono deixa a biota através da respiração. Processo no
qual os compostos orgânicos são quebrados, liberando CO2. Ou
seja, C inorgânico, CO2 e HCO3- são convertidos em C orgânico
pela fotossíntese, CO2 é retirado pelas plantas na terra e nos
processos com o auxílio da luz solar, através da fotossíntese. Os
organismos vivos usam esse C e o devolvem pelo processo inverso:
o da respiração, decomposição e oxidação dos organismos vivos.
Parte desse C é enterrado dando origem aos combustíveis
fósseis. Quando o carvão (ou petróleo) é retirado e queimado, o C
que está sendo liberado (na forma de CO2) pode ter sido parte
do DNA de um dinossauro, o qual em breve pode fazer parte de
uma célula animal ou vegetal.
Praticamente todo o C armazenado na crosta terrestre
está presente nas rochas sedimentares, particularmente como
carbonatos.
As
conchas
dos
organismos
marinhos
são
constituídas de CaCO3 que esses organismos retiram da água do
mar. Quando da morte desses, as conchas dissolvem-se ou
incorporam-se aos sedimentos marinhos, formando, por sua vez,
mais rochas sedimentares. O processo, de bilhões de anos,
retirou a maioria do CO2 da atmosfera primitiva da Terra,
armazenando-o
nas
rochas.
Os
oceanos,
segundo
maior
reservatório, em C dissolvido e sedimentado, têm cerca de 55
vezes mais quantidade de CO2 que a da atmosfera. Os solos têm
2 vezes mais que a atmosfera, as plantas terrestres têm
aproximadamente à da atmosfera.
Tempo médio de residência de CO2.
Solos - 25 a 30 anos;
Atmosfera - 3 anos
Oceanos - 1500 anos
A formação dos sedimentos contendo CO2 e a subseqüente
reciclagem e decomposição nos processos tectônicos têm um
tempo de residência de cerca de milhares de anos. A
transformação
do
C
presente
nos
organismos
vivos
por
sedimentação e intemperismo envolve uma escala de tempo
similar, embora as magnitudes sejam menores que para os
carbonatos. Contudo, tais fluxos naturais estão sendo superados
em muito pela quantidade de C que retorna à atmosfera pela
queima dos combustíveis fósseis. Esta é a maior perturbação ao
ambiente
global
causada
pelo
homem.
Há
ainda
o
desflorestamento e outras mudanças no uso da terra. Como
resultado dessas perturbações, a [CO2]atm foi de 288 ppm, em
1850, para além de 350 ppm, em 1990. O aumento representa
cerca de 50% do total de C que entra na atmosfera. A queima de
combustíveis fósseis libera para a atmosfera 5 - 6 bilhões de m3
de C/ano, mas só são medidos cerca de 3. De 2 - 3 unidades são
“perdidas”. Algumas plantas terrestres podem ter respondido ao
aumento do [CO2]atm, elevando sua capacidade de fotossíntese.
Cerca de 99,9% de todo o C da Terra está armazenado em
rochas, como CaCO3 insolúvel, ou proveniente da sedimentação da
matéria orgânica. Em última instância, o CO2 extra, proveniente
da queima dos combustíveis fósseis, precisa retornar à crosta. A
taxa de remoção de C dos oceanos e, em última instância, da
atmosfera depende do intemperismo das rochas da crosta para
liberar íons metálicos como Ca2+, que formam os carbonatos
insolúveis. O aumento do intemperismo deveria responder à
variação da temperatura global, pois a maioria das reações
químicas é acelerada com o aumento da temperatura. A presença
da vida pode, portanto, acelerar o intemperismo devido ao
aumento da acidez dos solos devido, por sua vez, ao aumento de
CO2 e aos ácidos húmicos produzidos quando da decomposição das
plantas. As raízes das plantas também facilitam a destruição
física das rochas. Assim, a temperatura global pode estar ligada
ao ciclo do C. Adeptos da hipótese Gaia sugerem que a vida na
Terra exerce controle deliberado sobre a composição da
atmosfera, mantendo a temperatura adequada.
Durante o verão, as florestas realizam mais fotossíntese,
reduzindo a concentração de CO2. No inverno, o metabolismo da
biota libera CO2.
2.1. O Ciclo do Carbonato - Silicato
Sua grande importância consiste no fato dele contribuir
com aproximadamente 80% do total de CO2 trocado entre a
parte sólida da Terra e a atmosfera. A troca ocorre há meio
bilhão de anos. CO2 atmosférico dissolve-se na água da chuva,
produzindo H2CO3. Essa solução ácida, nas águas superficiais ou
subterrâneas, facilita a erosão das rochas silicatadas (Si é o
elemento mais abundante da crosta terrestre). Entre outros
produtos, o intemperismo e a erosão provocam a liberação dos
íons Ca2+ e HCO3-, que podem ser lixiviados para os oceanos, pois
são os maiores constituintes da matéria dissolvida que os rios
despejam nos oceanos. Os organismos marinhos ingerem Ca2+ e
HCO3- e os usam para construção de suas conchas carbonatadas.
Quando esses organismos morrem, as conchas depositam-se,
acumulando-se como sedimentos ricos em carbonatos. Esse
sedimento de fundo, participando do ciclo tectônico, pode migrar
para uma zona cuja pressão e calor fundem parcialmente os
carbonatos. A formação desse magma libera CO2 que escapa para
a atmosfera pelos vulcões. Aí, pode combinar-se novamente com
a água da chuva, completando o ciclo.
O ciclo do carbonato-silicato contribui para a estabilidade
da temperatura atmosférica. Exemplo: se uma mudança climática
aumenta a temperatura do oceano, a taxa de evaporação de água
para a atmosfera aumenta e, conseqüentemente, a quantidade de
chuva.
Aumentando-se
as
precipitações,
aumenta-se
o
intemperismo, e assim, o fluxo de Ca2+ e HCO3- para o mar. Os
organismos marinhos retiram esses íons da água e quando
morrem contribuem para os grandes estoques de C dos
sedimentos marinhos. O resultado líquido é a remoção do CO2
atmosférico. Assim, uma menor quantidade da energia emitida
pela superfície terrestre é aprisionada e a atmosfera resfria-se,
completando o ciclo de contribuição negativa para o aumento da
temperatura da atmosfera.