Os 8 ciclos biogeoquímicos mais importantes (descrição)

O Ciclos biogeoquímicos Eles entendem a trajetória de que diferentes nutrientes ou elementos que fazem parte dos seres orgânicos seguem. Este trânsito ocorre dentro de comunidades biológicas, tanto em entidades bióticas quanto nos abióticos que o compõem.

Os nutrientes são os blocos estruturais que compõem as macromoléculas e são classificadas de acordo com a quantidade que os vivos precisam em macro nutrientes e micronutrelhos.

Fonte: Pixabay.com

No planeta Terra, a vida data de cerca de 3000 milhões de anos, onde a mesma reserva de nutrientes foi reciclada repetidamente. A reserva de nutrientes está localizada nos componentes abióticos do ecossistema, como atmosfera, pedras, combustíveis fósseis, oceanos, entre outros. Os ciclos descrevem as rotas de nutrientes desses reservatórios, através de seres vivos e retornando aos reservatórios.

A influência dos seres humanos não passou despercebida no trânsito de nutrientes, uma vez que as atividades antropogênicas - particularmente a industrialização e as culturas - têm concentrações alteradas e, portanto, o equilíbrio de ciclos. Esses tumultos têm consequências ecológicas importantes.

Em seguida, descreveremos a passagem e reciclagem do micro e os macronutrientes mais proeminentes do planeta, a saber: água, carbono, oxigênio, fósforo, enxofre, nitrogênio, cálcio, sódio, potássio, enxofre.

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O que é um ciclo biogeoquímico?

Fluxo de energia e nutriente

A tabela periódica é formada por 111 elementos, dos quais apenas 20 são essenciais para a vida e, devido ao seu papel biológico, eles são chamados de elementos biogenéticos. Dessa forma, os organismos exigem esses elementos e energia para apoiar.

Há um fluxo desses dois componentes (nutrientes e energia) que é gradualmente transferido por todos os níveis da cadeia trófica.

No entanto, há uma diferença crucial entre os dois fluxos: a energia flui apenas em uma direção e entra inesgotivamente no ecossistema; enquanto os nutrientes são encontrados na limitação de quantidades e se movem ciclos - que, além dos organismos vivos, eles envolvem fontes abióticas. Esses ciclos são biogeoquímicos.

Esquema geral de um ciclo biogeoquímico

O fim biogeoquímico É formado pela União das Raízes Gregas Bio O que a vida significa e Geo O que significa terra. Portanto, os ciclos biogeoquímicos descrevem as trajetórias desses elementos que fazem parte da vida, entre os componentes bióticos e abióticos dos ecossistemas.

Como esses ciclos são extremamente complexos, os biólogos geralmente descrevem seus estágios mais importantes, resumidos: a localização ou o reservatório do elemento em questão, sua entrada em organismos vivos - geralmente para produtores primários, seguidos por sua continuidade pelo trophic, e finalmente a reintegração do elemento no reservatório graças aos organismos decompositores.

Este esquema será usado para descrever a rota de cada elemento para cada estágio mencionado. Na natureza, essas etapas precisam de modificações relevantes, dependendo de cada elemento e da estrutura trófica do sistema.

Os microorganismos têm um papel vital

É importante destacar o papel dos microorganismos nesses processos, pois, graças às reações de redução e oxidação, eles recebem nutrientes para entrar nos ciclos novamente.

Estudo e aplicações

Estudar um ciclo é um desafio para os ecologistas. Embora seja um ecossistema cujo perímetro é delimitado (como um lago, por exemplo), há uma troca constante de material com o ambiente circundante. Isto é, além de ser complexo, esses ciclos estão conectados entre si.

Uma metodologia usada é a marcação com isótopos radioativos e o monitoramento do elemento pelos componentes abióticos e bióticos do sistema de estudo.

Estude como funciona e em que estado é a reciclagem de nutrientes é um marcador de relevância ecológica, que nos diz sobre a produtividade do sistema.

Classificações de ciclos biogeoquímicos

Não existe uma maneira única de classificar ciclos biogeoquímicos. Cada autor sugere uma classificação adequada após critérios diferentes. Em seguida, apresentaremos três dos usados ​​classificados:

Micro e macronutriente

O ciclo pode ser classificado de acordo com o elemento que é mobilizado. Os macronutrientes são elementos usados ​​em quantidades apreciáveis ​​por seres orgânicos, a saber: carbono, nitrogênio, oxigênio, fósforo, enxofre e água.

Outros elementos são necessários apenas em pequenas quantidades, como fósforo, enxofre, potássio, entre outros. Além disso, os micronutrientes são caracterizados por ter uma mobilidade bastante reduzida em sistemas.

Embora esses elementos sejam usados ​​em quantidades reduzidas, eles permanecem vitais para organismos. Em caso de qualquer nutriente, isso limitará o crescimento dos seres vivos que habitam o ecossistema em questão. Portanto, os componentes biológicos do habitat são um bom marcador para determinar a eficiência do movimento dos elementos.

Sedimentar e atmosférico

Nem todos os nutrientes estão na mesma quantidade ou são facilmente à disposição de organismos. E isso depende - principalmente - do que é sua fonte ou reservatório abiótico.

Alguns autores os classificam em duas categorias, dependendo da capacidade de movimento do elemento e reservatório em: ciclos sedimentares e atmosféricos.

No primeiro, o elemento não pode se mover para a atmosfera e se acumula no solo (fósforo, cálcio, potássio); Enquanto este último entende os ciclos gasosos (carbono, nitrogênio, etc.)

Nos ciclos atmosféricos, os elementos estão alojados na camada inferior da troposfera e estão disponíveis para indivíduos que compõem a biosfera. No caso de ciclos sedimentares, a liberação do elemento de seu reservatório requer a ação de fatores ambientais, como a radiação solar, a ação das raízes das plantas, a chuva, entre outros.

Em casos específicos, um único ecossistema pode não ter todos os elementos necessários para o ciclo completo a ser realizado. Nesses casos, outro ecossistema vizinho pode ser o fornecedor do elemento ausente, conectando assim várias regiões.

Local e global

Uma terceira classificação usada é a escala na qual o site é estudado, que pode estar em um habitat local ou global.

Esta classificação está intimamente ligada ao anterior.

Ciclo de água

Papel de água

A água é um componente vital para a vida na terra. Os seres orgânicos são compostos de altas proporções de água.

Esta substância é particularmente estável, o que permite manter uma temperatura adequada dentro dos organismos. Além disso, é o meio onde ocorrem a imensa quantidade de reações químicas que dentro dos organismos ocorrem.

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Finalmente, é um solvente quase Universal (as moléculas apolares não se dissolvem na água), o que permite formar infinidades de soluções com solventes polares.

Reservatório

Logicamente, o maior reservatório de água da Terra são oceanos, onde encontramos quase 97% do planeta e abrange mais de três quartos do planeta em que vivemos. A porcentagem restante é representada por rios, lagos e gelo.

Motores de ciclo hidrológico

Existem várias forças físicas que impulsionam o movimento do fluido vital pelo planeta e permite que ele cumpra o ciclo hidrológico. Essa força inclui: energia solar, que permite que a passagem do estado líquido para o estado gasoso e a gravidade que leva as moléculas de água a retornar à Terra na forma de chuva, neve ou orvalho.

Em seguida, descreveremos mais minuciosamente cada uma das etapas mencionadas:

(i) Evaporação: A mudança do status da água é impulsionada pela energia do sol e ocorre principalmente no oceano.

(ii) precipitação: Retorna a água aos reservatórios graças à precipitação de diferentes formas (neve, chuva, etc.) e levando rotas diferentes, para os oceanos, os lagos, para o chão, para depósitos subterrâneos, entre outros.

No componente oceânico do ciclo, o processo de evaporação excede a precipitação, o que resulta em um ganho líquido de água que vai para a atmosfera. O fechamento do ciclo ocorre com o movimento da água através das estradas subterrâneas.

Incorporação de água nos seres vivos

Uma porcentagem significativa do corpo dos seres vivos é composta de água. Em nós, humanos, esse valor varia em torno de 70%. Por esse motivo, parte do ciclo da água ocorre dentro dos organismos.

As plantas usam suas raízes para obter água através da absorção, enquanto os organismos heterotróficos e de ativos podem consumi -la diretamente do ecossistema ou em alimentos.

Ao contrário do ciclo da água, o ciclo de outros nutrientes inclui modificações importantes nas moléculas ao longo de suas trajetórias, enquanto a água permanece praticamente inalterada (apenas mudanças no estado ocorrem.)

Mudanças no ciclo da água graças à presença humana

A água é um dos recursos mais valiosos para as populações humanas. Hoje, a escassez de fluido vital cresce para níveis exponenciais e representa um problema de interesse mundial. Embora haja muita água, apenas uma pequena porção corresponde à água fresca.

Um dos inconvenientes é a redução na disponibilidade de água para irrigação. A presença de superfícies pavimentadas e de concreto diminui a superfície em que a água pode penetrar.

Os extensos campos de cultivo também representam uma diminuição no sistema radicular que mantém uma quantidade adequada de água. Além disso, os sistemas de irrigação removem grandes quantidades de água.

Por outro lado, o tratamento da água salgada para Dulce é um procedimento realizado em plantas especializadas. No entanto, o tratamento é caro e representa um aumento nos níveis gerais de poluição.

Finalmente, o consumo contaminado de água é um problema importante para os países em desenvolvimento.

Ciclo de carbono

Papel-carbono

A vida é formada com base em carbono. Este átomo é a estrutura estrutural de todas as moléculas orgânicas que fazem parte dos seres vivos.

O carbono permite a formação de estruturas altamente variáveis ​​e muito estáveis, graças à sua formação de ligações covalentes simples, duplas e triplas com outros átomos e com o mesmo.

Graças a isso, você pode formar um número quase infinito de moléculas. Hoje quase 7 milhões de compostos químicos são conhecidos. Desse número alto, aproximadamente 90% são substâncias orgânicas, cuja base estrutural é o átomo de carbono. A grande versatilidade molecular do elemento parece ser a causa de sua abundância.

Reservatórios

O ciclo do carbono envolve vários ecossistemas, a saber: regiões terrestres, corpos de água e atmosfera. Desses três reservatórios de carbono, o que se destaca por ser o mais importante é o oceano. A atmosfera também é um reservatório importante, embora seja relativamente menor.

Da mesma forma, toda a biomassa dos organismos vivos representa um reservatório importante para este nutriente.

Fotossíntese e respiração: processos centrais

Nas regiões aquáticas e terrestres, o ponto central da reciclagem de carbono é a fotossíntese. Esse processo é realizado por ambas as plantas e uma série de algas que possuem a maquinaria enzimática necessária para o processo.

Ou seja, o carbono entra nos seres vivos quando os capturam na forma de dióxido de carbono e o usam como substrato para fotossíntese.

No caso de organismos aquáticos fotossintéticos, o dióxido de carbono toma diretamente pela integração do elemento dissolvido no corpo de água - que está em uma quantidade muito maior do que na atmosfera.

Durante a fotossíntese, o carbono do meio ambiente é incorporado aos tecidos do organismo. Ao contrário, as reações pelas quais a respiração celular ocorre executam o processo oposto: liberar carbono que foi incorporado aos seres vivos da atmosfera.

Incorporação de carbono nos seres vivos

Consumidores primários ou herbívoros se alimentam de produtores e carbono apropriado armazenado em seus tecidos. Neste ponto, o carbono leva duas maneiras: é armazenado nos tecidos desses animais e outra parte é liberada para a atmosfera por meio da respiração, na forma de dióxido de carbono.

Assim, o carbono continua seu curso ao longo de toda a cadeia trófica da comunidade em questão. Em algum momento, o animal morrerá e seu corpo será quebrado por microorganismos. Assim, o dióxido de carbono retorna à atmosfera e o ciclo pode continuar.

Caminhos de ciclo alternativos

Em todos os ecossistemas - e dependendo dos organismos que vivem lá - o ritmo do ciclo varia. Por exemplo, moluscos e outros organismos microscópicos que tornam a vida no mar têm a capacidade de extrair dióxido de carbono dissolvido na água e combiná -lo com cálcio para realizar uma molécula chamada carbonato de cálcio.

Este composto fará parte das conchas do organismo. Depois que esses organismos morrem, suas conchas estão gradualmente se acumulando em depósitos que, à medida que o tempo ocorre em calcário.

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Dependendo do contexto geológico ao qual o corpo da água é exposto, o calcário pode ser exposto e começar a se dissolver, o que se traduz na exaustão do dióxido de carbono.

Outra estrada de longo prazo no ciclo de carbono está relacionada à produção de combustível fóssil. Na próxima seção, veremos como a queima desses recursos afeta o curso normal ou natural do ciclo.

Mudanças no ciclo de carbono graças à presença humana

Os seres humanos têm influenciado o curso natural do ciclo de carbono há milhares de anos. Todas as nossas atividades - como industriais e desmatamento - afetam a libertação e as fontes deste elemento vital.

Particularmente, o uso de combustíveis fósseis afetou o ciclo. Quando queimamos combustível, estamos movendo imensas quantidades de carbono que estavam em um reservatório geológico parado em direção à atmosfera, que é um reservatório ativo. Desde o século passado, o aumento da liberação de carbono foi dramático.

A libertação do dióxido de carbono para a atmosfera é um fato que nos afeta diretamente, pois aumenta as temperaturas do planeta e é um dos gases conhecidos como estufa.

Ciclo de nitrogênio

Ciclo de nitrogênio. Recebido por Yanlebre de uma imagem da Agência de Proteção Ambiental: http: // www.EPA.Gov/maia/html/nitrogênio.HTML [CC0], via Wikimedia Commons

Papel de nitrogênio

Nos seres orgânicos, encontramos nitrogênio em dois de seus macromoléculas fundamentais: proteínas e ácidos nucleicos.

Os primeiros são responsáveis ​​por uma ampla variedade de funções, do estrutural ao transporte; Enquanto os últimos são as moléculas responsáveis ​​por armazenar informações genéticas e traduzi -las em proteínas.

Além disso, é um componente de algumas vitaminas que são elementos vitais para vias metabólicas.

Reservatórios

A principal reserva de nitrogênio é a atmosfera. Neste espaço, descobrimos que 78% dos gases presentes no ar são nitrogênio gasoso (n₂.)

Embora seja um elemento indispensável para seres vivos, nem plantas nem animais têm a capacidade de extrair esse gás diretamente da atmosfera - como é o caso de dióxido de carbono, por exemplo.

Fontes de nitrogênio assimiláveis

Por esse motivo, o nitrogênio deve ser apresentado como uma molécula assimilável. Isto é, está em sua forma reduzida ou "fixa". Exemplo disso são nitratos (não₃^-) ou amônia (NH₃.)

Existem bactérias que estabelecem uma relação simbiótica com algumas plantas (como leguminosas) e em troca de proteção e alimentos que compartilham esses compostos de nitrogênio.

Outros tipos de bactérias também produzem amônia usando como substrato os aminoácidos e outros compostos de nitrogênio que são armazenados em corpos e resíduos biológicos.

Organismos de fixação de nitrogênio

Existem dois grupos principais de fixadores. Algumas algas verdes azuis, os fungos actinomycetes podem tomar a molécula de gás nitrogênio e incluí -lo diretamente como parte de suas proteínas, liberando o excesso na forma de amônia. Este processo é chamado de amonificação.

Outro grupo de bactérias que habitam solos é capaz de tomar amônia ou íon amônio em nitrito. Este segundo processo é chamado de nitrificação.

Processos não -biológicos de fixação de nitrogênio

Também existem processos não biológicos capazes de produzir óxidos de nitrogênio, como trovoadas ou incêndios. Nesses eventos, o nitrogênio é combinado com oxigênio, pagando um composto assimilável.

O processo de fixação de nitrogênio é caracterizado por ser lento, sendo um passo limitante para a produtividade dos ecossistemas, tanto terrestres quanto aquáticos.

Incorporação de nitrogênio nos seres vivos

Uma vez que as plantas encontraram o reservatório de nitrogênio na forma assimilável (amônia e nitrato), elas as incorporam em diferentes moléculas biológicas, a saber: aminoácidos, os blocos estruturais de proteínas; ácidos nucleicos; vitaminas; etc.

Quando o nitrato é incorporado às células vegetais, ocorre uma reação e é reduzida novamente à sua forma de amônio.

As moléculas nitrogenadas seguem o ciclo quando um consumidor primário se alimenta de plantas e incorpora nitrogênio em seus próprios tecidos. Eles também podem ser consumidos por debradores ou organismos decompostos.

Assim, o nitrogênio avança em toda a cadeia alimentar. Uma parte importante do nitrogênio é liberada junto com cadáveres de resíduos e decomposição.

Bactérias que tornam a vida no solo e os corpos d'água são capazes de pegar esse nitrogênio e transformá -lo novamente em substâncias assimiláveis.

Não é um ciclo fechado

Após essa descrição, parece que o ciclo de nitrogênio é fechado e auto -perpetuado. No entanto, isso é apenas à primeira vista. Existem vários processos que causam perda de nitrogênio, como culturas, erosão, presença de fogo, infiltração de água, etc.

Outra causa é chamada de desnitrificação e é causada por bactérias que lideram o processo. Quando estão em um ambiente livre de oxigênio, essas bactérias tomam nitratos e as reduzem, liberando -o para a atmosfera novamente na forma de gás. Este evento é comum em solos cuja drenagem não é eficiente.

Mudanças no ciclo de nitrogênio graças à presença humana

Compostos de nitrogênio usados ​​pelo homem dominam o ciclo de nitrogênio. Esses compostos incluem fertilizantes sintéticos ricos em amônia e nitratos.

Esse excesso de nitrogênio causou um desequilíbrio na trajetória normal do composto, particularmente na alteração das comunidades de plantas, pois agora sofrem de excesso de fertilização. Este fenômeno é chamado de eutrofização. Uma das mensagens deste evento é que o aumento de nutrientes nem sempre é.

Uma das conseqüências mais graves desse fato é a destruição das comunidades de florestas, lagos e rios. Como não há equilíbrio adequado, algumas espécies, chamadas espécies dominantes, crescem em excesso e dominam o ecossistema, diminuindo a diversidade.

Ciclo de fósforo

Papel de fósforo

Nos sistemas biológicos, o fósforo está presente nas moléculas chamadas de "moedas" de energia da célula, como o ATP e em outras moléculas de transferência de energia, como o NADP. Também está presente nas moléculas de herança, tanto no DNA quanto no RNA, e nas moléculas que compõem as membranas lipídicas.

Ele também interpreta papéis estruturais, pois está presente nas estruturas ósseas da linhagem de vertebrados, incluindo ossos e dentes.

Reservatórios

Ao contrário de nitrogênio e carbono, o fósforo não é encontrado como um gás livre na atmosfera. Seu principal reservatório é as rochas, juntamente com oxigênio na forma de moléculas chamadas fosfatos.

Como esperado, esse processo de destacamento é lento. Portanto, o fósforo é considerado um nutriente escasso na natureza.

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Incorporação de fósforo em seres vivos

Quando as condições geográficas e climáticas são adequadas, as rochas começam um processo de erosão ou desgaste. Graças à chuva, os fosfatos começam a ser diluídos e podem ser tomados pelas raízes das plantas ou por outra série de organismos primários produtores.

Esta série de organismos fotossintéticos é responsável por incorporar fósforo em seus tecidos. A partir desses organismos basais, o fósforo inicia seu trânsito através de níveis tróficos.

Em cada ligação na parte da corrente do fósforo é excretada pelos indivíduos que a compõem. Quando os animais morrem, uma série de bactérias especiais toma fósforo e a incorporam novamente em solos de fosfato.

Os fosfatos podem seguir dois caminhos: ser absorvido novamente por autotróficos ou iniciar seu acúmulo em sedimentos para retomar seu estado rochoso.

O fósforo presente nos ecossistemas oceânicos também termina nos sedimentos desses corpos de água, e parte dela pode ser absorvida por seus habitantes.

Mudanças no ciclo de fósforo graças à presença humana

A presença das técnicas humanas e de sua agricultura afeta o ciclo de fósforo muito semelhante à maneira como o ciclo de nitrogênio afeta. A aplicação de fertilizantes produz um aumento desproporcional no nutriente, levando à eutrofização da área, causando desequilíbrios na diversidade de suas comunidades.

Estima -se que nos últimos 75 anos, a indústria de fertilizantes tenha causado o aumento de quase quatro vezes as concentrações de fósforo.

Ciclo de enxofre

Papel de enxofre

Alguns aminoácidos, aminas, NADPH e coenzima A são moléculas biológicas que cumprem diferentes funções no metabolismo. Todos contêm enxofre em sua estrutura.

Reservatórios

Os reservatórios de enxofre são muito variados, incluindo corpos de água (doces e salgados), ambientes terrestres, atmosfera, rochas e sedimentos. É principalmente como dióxido de enxofre (então₂.)

Incorporação de enxofre em seres vivos

Dos reservatórios, o sulfato começa a se dissolver e os primeiros vínculos da cadeia alimentar podem capturá -lo na forma de íon. Posteriormente às reações de redução, o enxofre está pronto para ser incorporado em proteínas.

Uma vez incorporado, o elemento pode seguir sua passagem pela cadeia trófica, até a morte dos organismos. As bactérias são responsáveis ​​por liberar enxofre que está preso em cadáveres e resíduos, devolvendo -o ao meio ambiente.

Ciclo de oxigênio

Ciclo de oxigênio. EME Chicano [CC0], da Wikimedia Commons

Papel de oxigênio

Para organismos com respiração aeróbica e opcional, o oxigênio representa o aceitador de elétrons nas reações metabólicas envolvidas no referido processo. Portanto, é vital manter energia.

Reservatórios

O reservatório de oxigênio mais importante no planeta é representado pela atmosfera. A presença desta molécula dá a esta região um caráter oxidante.

Incorporação de oxigênio nos seres vivos

Como no ciclo do carbono, a respiração celular e a fotossíntese são duas vias metabólicas cruciais que orquestram a trajetória de oxigênio no planeta Terra.

No processo de respiração, os animais tomam oxigênio e produzem como um resíduo de dióxido de carbono. O oxigênio vem do metabolismo das plantas, que por sua vez podem incorporar dióxido de carbono e usá -lo como substratos para reações futuras.

Ciclo de cálcio

Reservatórios

O cálcio é encontrado na litosfera, incorporado em sedimentos e rochas. Essas rochas podem ser o produto da fossilização de animais marinhos cujas estruturas externas eram ricas em cálcio. Também é encontrado nas cavernas.

Incorporação de cálcio nos seres vivos

As chuvas e outros eventos climáticos causam a erosão das pedras que contêm cálcio, fazendo com que a liberação e permitindo que os organismos vivos os absorvam em qualquer ponto da cadeia trófica.

Esse nutriente será incorporado ao ser vivo e, no momento de sua morte, as bactérias realizarão as reações de decomposição relevantes que alcançam a liberação desse elemento e a continuidade do ciclo.

Se o cálcio for liberado em um corpo de água, isso pode ser preservado em segundo plano e iniciar a formação de rochas novamente. O deslocamento das águas subterrâneas também desempenha um papel importante na mobilização de cálcio.

A mesma lógica se aplica ao ciclo de íons de potássio, que está fazendo parte de solos de argila.

Ciclo de sódio

Papel de sódio

O sódio é um íon que desempenha várias funções no corpo de animais, como impulso nervoso e contrações musculares.

Reservatório

O maior reservatório de sódio é encontrado na água do mal, onde é dissolvido em forma de íons. Lembre -se de que o sal comum é formado pela união entre sódio e cloro.

Incorporação de sódio em seres vivos

O sódio é incorporado principalmente por organismos que tornam a vida no mar, que os absorve e pode transportá -lo para a Terra, seja por água ou comida. O íon pode viajar dissolvido na água, seguindo o caminho descrito no ciclo hidrológico.

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