Ciclos biogeoquímicos

O planeta Terra pode ser comparado, guardando as devidas proporções, com um sistema biológico fechado, como um ser vivo. Isso é possível diante de características basais compartilhadas por eles. Por exemplo, um ser humano é formado por sistemas integrados capazes de trocar informações e responder a estímulos provenientes do meio externo a ele. De forma análoga, o planeta Terra também possui sistemas integrados, como os ciclos biogeoquímicos, capazes de trocar informações e responder aos estímulos vindos de fora, como a radiação solar. Logo, o entendimento desses sistemas e da correlação existente entre eles é de fundamental importância para o seu desenvolvimento.

Ciclos biogeoquímicos e fluxo de energia

Ciclo biogeoquímico é a relação que existe entre as condições ambientais de fornecimento e distribuição de fontes de matéria prima ou moléculas químicas para o desenvolvimento da vida, como a energia solar e os compostos inorgânicos, bem como a capacidade dos seres vivos em absorvê-las e metabolizá-las. Alguns dos mais importantes são os ciclos da água, do carbono e do nitrogênio.

O fluxo ou distribuição da energia entre os seres vivos que pertencem aos ciclos biogeoquímicos ocorrem através de teias alimentares. Teia alimentar é um entrelaçado de interações interespecíficas presentes num ecossistema nomeadas de cadeia alimentar. As cadeias alimentares organizam essas interações interespecíficas de acordo com o nível trófico ou lugar que cada ser vivo pode ser representado, correlacionando as características dos seres de sintetizar matéria orgânica, como os autotróficos, ou de não sintetizar matéria orgânica, heterotrófico.

O nível trófico representa o lugar que um ser vivo ocupa no encadeamento de alimentação de um ciclo, como produtores, consumidores e decompositores. Os seres vivos produtores são os responsáveis por sintetizar matéria orgânica, através de matéria inorgânica, e passar adiante. Os consumidores se utilizam da matéria orgânica produzida pelos produtores e são divididos de acordo com a sua condição, sendo primário aquele que se alimenta diretamente de um produtor, secundário o que se alimenta de um consumidor primário, terciário o que se alimenta de um consumidor secundário, e assim de forma subsequente. Já os decompositores são os seres responsáveis por metabolizar matéria orgânica e devolver a matéria inorgânica para a atmosfera, sendo essa matéria orgânica proveniente de consumidores ou de produtores.

As cadeias alimentares são configuradas de acordo com a interação dos seres vivos no ecossistema. Através da análise das diferentes cadeias alimentares é possível organizar essas interações também por massa e energia, identificando padrões mostrados pelas pirâmides ecológicas.

Ciclo da Água

O ciclo da água, conhecido também como ciclo hidrológico, estuda a relação da água presente no meio ambiente e nos seres vivos, uma vez que ela é essencial para a vida. A água está presente no planeta Terra em três estados físicos, sólida (2,2%), nas geleiras ou grandes cadeias montanhosas, líquida (97%), nos rios, mares e oceanos, e vapor (0,8%), em suspensão na atmosfera. A porção líquida é representada praticamente pelos oceanos, a qual possui concentrações de sais inadequadas para o consumo humano diretamente. As águas que possuem índices de sais adequados para o consumo humano (água doce) são as dos rios e geleiras, sendo quase 70% dela encontrada na forma sólida.

O ciclo da água pode ser representado pelo caminho que ela percorre até que retorne ao ponto de partida. Inicia pelo processo de evaporação, que é a mudança do estado físico líquido para o vapor, de forma natural e espontânea diante da diferença de concentração entre os dois ambientes. Esse processo ocorre a partir de fontes de água líquida em contato direto com o ar atmosférico e eleva a concentração de água no estado de vapor. Outro processo que também aumenta a quantidade de água na atmosfera é a transpiração. Mas, diferente da evaporação, a transpiração é um fenômeno ligado a perda de água dos seres vivos, plantas, animais e microrganismos, para a atmosfera.

Quando a quantidade de água no estado de vapor é alta, ocorre a condensação, que é a transformação da água do estado gasoso para o líquido. A água pode também se transformar diretamente para o estado sólido, e o que irá determinar o estado físico final da água será a pressão. Após a precipitação, essa água pode se estabelecer na superfície terrestre, no caso de estar sólida, infiltrar e criar bolças subterrâneas ou ainda escorrer e se reter em locais geograficamente propícios para o armazenamento, como crateras ou grandes fossas, no caso de estar no estado líquido.

Ciclo do Carbono

O ciclo do carbono é responsável por integrar densos e complexos sistemas biológicos e tem capacidade de interação e captação de energia e moléculas inorgânicas disponíveis no meio ambiente. Esse ciclo passa necessariamente por duas moléculas, uma orgânica e outra inorgânica, que retroalimentam o ciclo, a glicose e o gás carbônico.

A glicose é sintetizada através da captação do gás carbônico e estimulação por energia luminosa em vias anabólicas, como a fotossíntese, realizada pelos organismos produtores. Esses organismos utilizam as moléculas de glicose para a produção de energia e para a sua composição estrutural. Por exemplo a celulose que é um componente básico dos tecidos vegetais. Essa celulose ou fonte de carbono orgânico será utilizada como alimento por consumidores primários e transferida para os demais animais da cadeia alimentar, os quais vão devolvendo para a atmosfera o gás carbônico, principalmente, através da respiração aeróbica.

O gás carbônico pode retornar para a atmosfera não só através da respiração aeróbica, realizada por seres vivos, mas também por meio da combustão de combustíveis fósseis ou mesmo de biomassa. Essa combustão envolve a queima completa de fontes de carbono provenientes de organismos que viveram no mesozoico ou de madeira de grandes árvores lenhosas.

Ciclo do Nitrogênio

O nitrogênio é um componente básico de moléculas estruturais e energéticas essenciais para os vivos. Ele é encontrado na forma orgânica, como aminoácidos e bases nitrogenadas, e na forma inorgânica, como amônia, gás nitrogênio e nitrato. O sistema de retroalimentação do nitrogênio pelos seres vivos agrega ambas as formas de nitrogênio, orgânica e inorgânica, e relaciona as características que cada ser vivo tem de captação e eliminação delas.

O gás nitrogênio, embora seja o gás mais abundante na atmosfera, não é inserido diretamente no metabolismo de biossíntese de moléculas orgânicas. Para que isso ocorra, antes tem que ser retido e transformado em amônia, nitrito ou nitrato, sendo alguns microrganismos fixadores de nitrogênio responsáveis por essa etapa. Por exemplo bactérias do gênero Rhizobium, que se associam principalmente às raízes de plantas leguminosas, criam espécies de nódulos nessa região do vegetal, enriquecendo o solo de compostos nitrogenados inorgânicos que não são o gás nitrogênio, favorecendo a absorção pelas plantas.

Após a fixação do gás nitrogênio e conversão em compostos nitrogenados, as fontes de nitrogênio são utilizadas para a síntese de aminoácidos e bases nitrogenadas, tanto pelos microrganismos quanto pelas plantas ou organismos produtores. Os organismos produtores passam essas fontes de nitrogênio orgânico adiante na cadeia alimentar até que seja metabolizado por uma bactéria desnitrificante, responsável por catabolizar as fontes orgânicas e eliminar o gás nitrogênio na atmosfera. Essas bactérias desnitificantes são encontradas em ambientes com pouca disponibilidade de oxigênio.