Ciclos Biogeoquímicos

Os elementos químicos que constituem a vida ciclam incessantemente entre organismos, solo, água e atmosfera, e o rastreamento desses ciclos revela como os ecossistemas e o sistema terrestre estão interligados.

Definition

Ciclos biogeoquímicos são os caminhos pelos quais os elementos químicos se movem e são transformados entre os compartimentos vivos, do solo, aquáticos e atmosféricos dos ecossistemas e do sistema terrestre.

Scope

Este tópico abrange o ciclo global e em escala de ecossistema dos elementos essenciais à vida: o ciclo do carbono e sua troca entre biosfera, atmosfera e oceanos; o ciclo do nitrogênio com fixação, nitrificação e desnitrificação; o ciclo do fósforo; o ciclo do enxofre; e o ciclo hidrológico como transportador de nutrientes dissolvidos. Ele trata de reservatórios e fluxos, tempos de residência e como a atividade humana alterou esses ciclos.

Core questions

• Como o carbono, o nitrogênio e o fósforo se movem entre os organismos e o ambiente?
• Que transformações cada elemento sofre em seu ciclo?
• Como os reservatórios e fluxos são quantificados e o que determina os tempos de residência?
• Como as atividades humanas alteraram os ciclos biogeoquímicos globais?

Key theories

Reservatórios, fluxos e tempos de residência

Cada ciclo é descrito por reservatórios de um elemento e os fluxos entre eles, com a razão entre o tamanho do reservatório e o fluxo definindo o tempo de residência e revelando quais compartimentos respondem rápida ou lentamente à perturbação.

Alteração humana dos ciclos de elementos

A fixação industrial de nitrogênio, a combustão de combustíveis fósseis e o uso de fertilizantes praticamente dobraram as entradas de nitrogênio reativo e perturbaram substancialmente os ciclos do carbono e do fósforo, com amplas consequências ecológicas.

Mechanisms

Os elementos se movem entre reservatórios por meio de transformações biológicas e transporte físico. O carbono é fixado pela fotossíntese, retornado pela respiração e decomposição, e trocado com a atmosfera e os oceanos; o nitrogênio é fixado da atmosfera por microrganismos especializados, convertido por nitrificação e assimilação, e retornado ao ar por desnitrificação; o fósforo, sem uma fase gasosa, cicla lentamente através do intemperismo das rochas, absorção e sedimentação. O tamanho de cada reservatório em relação aos fluxos de entrada e saída determina a rapidez com que ele se renova e sua sensibilidade a distúrbios.

Clinical relevance

A compreensão biogeoquímica fundamenta a ciência das mudanças climáticas, a gestão da eutrofização decorrente da poluição por nutrientes, a fertilidade do solo e o uso de fertilizantes, e o desenho de políticas para limitar a perturbação dos ciclos globais de elementos. Este é um contexto educacional, não uma prescrição de manejo.

History

Vernadsky enquadrou a biosfera como uma força geoquímica na década de 1920, e Hutchinson avançou a biogeoquímica quantitativa em meados do século XX. A preocupação com a perturbação humana cresceu com estudos sobre chuva ácida, a cascata de nitrogênio descrita por Galloway e o papel do ciclo global do carbono nas mudanças climáticas.

Key figures

• Vladimir Vernadsky
• G. Evelyn Hutchinson
• William Schlesinger
• James Galloway

Seminal works

• schlesinger2013
• chapin2011
• galloway2004

Frequently asked questions

Por que o fósforo cicla de forma diferente do carbono e do nitrogênio?

O fósforo não possui uma forma gasosa significativa, portanto não pode ciclar pela atmosfera; em vez disso, ele entra nos ecossistemas lentamente através do intemperismo das rochas e é eventualmente perdido para os sedimentos, tornando-o um nutriente limitante comum.

O que é a cascata de nitrogênio?

A cascata de nitrogênio é a sequência de efeitos ambientais que um único átomo de nitrogênio reativo pode causar ao se mover pelo ar, água e solo, contribuindo, por sua vez, para a poluição atmosférica, chuva ácida, eutrofização e aquecimento por efeito estufa antes de ser desnitrificado.