Ciclos biogeoquímicos

Um átomo de carbono pode integrar uma folha, passar para um herbívoro e retornar ao ambiente na respiração ou na decomposição. Ciclos biogeoquímicos descrevem essas transferências entre organismos e compartimentos como atmosfera, água, solo e rochas. Para entendê-los, identifique o reservatório, a substância transportada e o processo responsável pela seta.

Matéria circula, energia flui

Os elementos químicos podem ser reutilizados; a energia disponível para trabalho biológico diminui nas transferências, com dissipação de calor. Portanto, reciclar nutrientes não significa reciclar indefinidamente energia. Um ecossistema depende de entradas energéticas, geralmente solares.

Estoque é a quantidade presente num compartimento; fluxo é a quantidade transferida por unidade de tempo. Uma floresta pode ter grande estoque de carbono e pequeno saldo anual de incorporação. Uma pequena população de algas pode apresentar rápida renovação. Compare estoques com estoques e fluxos medidos no mesmo período, sem confundir tamanho do reservatório com velocidade do processo.

Água: caminhos conectados

Evaporação transfere água líquida para a atmosfera; condensação forma gotículas; cristais de gelo podem se formar por deposição de vapor ou congelamento; precipitação devolve água à superfície. Parte escoa, parte infiltra, parte fica temporariamente armazenada. A água subterrânea também se desloca e pode alimentar rios: infiltrar não significa sair definitivamente do ciclo.

Plantas absorvem água e devolvem parte dela pela transpiração. Evapotranspiração reúne evaporação e transpiração. A distinção escolar entre pequeno ciclo, sem passagem por seres vivos, e grande ciclo, com participação biológica, representa trajetos dentro de uma rede conectada, não dois sistemas isolados. O diagrama do USGS sobre o ciclo da água inclui compartimentos, fluxos e intervenções humanas.

A retirada de vegetação pode alterar interceptação, infiltração, escoamento e reciclagem de umidade. O resultado depende do solo, relevo, clima e uso posterior: uma área desmatada não perde toda infiltração nem toda evaporação.

Um balanço hídrico resolvido

Em uma bacia hipotética, chovem 1 500 mm por ano. O enunciado informa que 60% retornam por evapotranspiração e que, do restante, um terço corresponde à recarga subterrânea. A evapotranspiração é $1500\times0{,}60=900$ mm. Restam 600 mm; a recarga especificada é $600/3=200$ mm, e, nessa alocação simplificada, os outros 400 mm correspondem ao escoamento superficial. A recarga poderá posteriormente alimentar rios; não deve ser somada novamente como uma saída independente no mesmo balanço.

Conferimos $900+200+400=1500$. Os valores são lâminas equivalentes sobre a mesma área e período. Não se deve calcular um terço da precipitação inicial. O modelo também supõe que os componentes indicados fecham o balanço; em estudos reais, variação do armazenamento, captações e fluxos entre bacias podem precisar entrar na conta.

Carbono: fixação, respiração e tempo geológico

Na fotossíntese, carbono inorgânico é incorporado em moléculas orgânicas. Organismos quimioautotróficos também fixam carbono utilizando energia química. Alimentação transfere matéria orgânica pela teia; respiração de produtores, consumidores e decompositores devolve carbono ao ambiente, frequentemente como CO₂. A decomposição envolve diferentes vias e não deve ser resumida a um único gás em qualquer condição.

O ciclo inclui trocas entre oceano e atmosfera, dissolução, sedimentação e processos geológicos. Assim, a fotossíntese não é o único mecanismo que pode retirar CO₂ atmosférico. Soterramento e transformação de parte da matéria orgânica produziram reservatórios fósseis em escalas geológicas. Sua combustão mobiliza rapidamente carbono armazenado por muito tempo.

Uma floresta em crescimento pode atuar como sumidouro líquido; para demonstrá-lo, é necessário comparar entradas e saídas. Preservar estoque existente também importa, mesmo quando sua taxa de crescimento é pequena.

Se uma área hipotética de 45 hectares apresentar remoção líquida constante de 8 toneladas de CO₂ por hectare por ano durante dois anos, o total será $45\times8\times2=720$ toneladas de CO₂. A unidade é CO₂, não carbono elementar; a taxa foi fornecida pelo problema e não vale automaticamente para qualquer restauração.

Nitrogênio: acompanhe a forma química

O N₂ atmosférico é abundante, mas as plantas não o utilizam diretamente como fonte usual de nitrogênio. Elas assimilam formas como amônio e nitrato. Na fixação biológica, certos procariontes convertem N₂ em amônia, presente em equilíbrio com amônio. Bactérias associadas a leguminosas são exemplos, mas não representam todos os fixadores.

Na amonificação, nitrogênio orgânico de restos e excretas retorna a formas amoniacais pela ação de decompositores. Na nitrificação, ocorre oxidação de amônia/amônio a nitrito e depois a nitrato, em processos microbianos. Na desnitrificação, nitrato pode ser reduzido a formas gasosas, incluindo N₂, sobretudo quando há pouco oxigênio. São processos interligados, não uma sequência obrigatória percorrida inteira por cada átomo.

Relâmpagos também originam compostos nitrogenados reativos, e a indústria fixa N₂ na produção de amônia; as duas vias não são quimicamente idênticas. Tampouco toda transformação do ciclo é trabalho exclusivo de bactérias: arqueias participam, e assimilação ocorre em outros organismos. Estudos experimentais documentaram arqueias oxidantes de amônia em solos.

Agricultura e erros comuns

Leguminosas com simbiose eficiente podem incorporar nitrogênio ao sistema. Quando resíduos são devolvidos ao solo, decomposição e transformações microbianas favorecem o aproveitamento por culturas seguintes. O benefício depende do manejo, da associação e da retirada de biomassa; não equivale a adubação ilimitada.

Excesso de nutrientes transportado para águas pode favorecer eutrofização, aprofundada em impactos ambientais e biodiversidade. Evite inverter fixação e desnitrificação, considerar nitrato a única forma absorvida ou chamar combustíveis fósseis de recurso rapidamente renovável. Para cada afirmação, redesenhe a seta com origem, destino e processo.