1.0 - O Ciclo do Carbono
Em termos globais, o ciclo do carbono ocorre entre
todos os principais reservatórios de carbono da Terra: a atmosfera, a
terra e os oceanos. Este ciclo é caracterizado por um pequeno
reservatório atmosférico, porém muito ativo, sendo vulnerável às
perturbações antropogênicas. Em virtude do aumento da carga de CO2
na atmosfera, decorrente das atividades dos seres humanos, o ciclo do
carbono tornou-se, recentemente um tema de interesse renovado..
O ciclo global do carbono é formado por dois ciclos que acontecem em diferentes velocidades: o ciclo biogeoquímico e o ciclo biológico.
O ciclo biológico envolve as atividades tanto de microrganismos como de
organismos macroscópicos, e está intimamente relacionado com o ciclo
do oxigênio, já que a fotossíntese oxigênica tanto remove o CO2 como produz O2, enquanto o processo respiratório produz CO2 e remove O2. Fig 1.
Fig. 1
O Ciclo do Carbono. Os ciclos
do carbono e do oxigênio são estreitamente associados, já que a
fotossíntese oxigênica tanto remove o CO2 como produz O2, enquanto o processo respiratório produz CO2 e remove O2.
Microbiologia de Brock, 2004
1.1 - Ciclo biogeoquímico do Carbono
Regula a transferência do carbono entre a atmosfera e a litosfera (oceanos, rioa e solos). O CO2
que é solúvel em água, é trocado entre a atmosfera e a hidrosfera pelo
processo de difusão, esta troca é contínua até o estabelecimento de um
equilíbrio entre a quantidade de CO2 na atmosfera acima da água e a quantidade de CO2
na água. Uma outra maneira de troca de carbono é encontrada no ciclo do
carbono-silicato que contribuir com aproximadamente 80% do total de CO2 trocado entre a parte sólida da litosfera e a atmosfera. O 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). O intemperismo e a erosão provocam a liberação dos íons Ca2+ e HCO3-, que podem ser lixiviados para os oceanos. Os organismos marinhos assimilam 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. Podendo se combinar novamente com a água da chuva, completando o ciclo.
1.2 - Ciclo biológico do Carbono
1.2.1 - Ciclo biológico em meio terrestre
O dióxido de carbono é removido da atmosfera principalmente pela fotossíntese das plantas terrestres, sendo devolvido à atmosfera por meio da respiração
de plantas, animais e microrganismos. Os animais realizam apenas a
respiração, liberando o CO2 na atmosfera, e obtêm o carbono de que
precisam de forma direta se herbívoros, ou de forma indireta se forem
carnívoros. Depois de mortos, tanto animais quanto vegetais, sofrem a
ação dos decompositores.Se a decomposição de sua matéria orgânica for
total, há liberação de gás carbônico, gás metano e água, e se for
parcial, há transformação em material combustível (petróleo e carvão). A matéria combustível, quando queimada, devolve o carbono à atmosfera na forma de CO2.
Ou seja, o carbono fixado por fotossíntese, mais cedo ou mais tarde
retorna à atmosfera pela decomposição da matéria orgânica morta.
As florestas do mundo não são apenas os principais consumidores de
dióxido de carbono em terra, mas também representam o principal
reservatório de carbono fixado biologicamente (formação de biomassa).
As florestas contêm entre 400 e 500 bilhões de toneladas de carbono, ou
aproximadamente, dois terços da quantidade presente como dióxido de
carbono na atmosfera (700 bilhões de toneladas).
O ciclo do carbono revela dados e quantidades verdadeiramente
surpreendentes. Está provado que uma determinada molécula de CO2
da atmosfera entra em uma certa estrutura vegetal uma vez a cada 200
anos e que todo o oxigênio do ar é renovado pelos vegetais de 2000 em
2000 anos.
Em épocas recentes, as atividades humanas, como o desmatamento e a
utilização de combustíveis fósseis, têm contribuído significativamente
para a alteração do reservatório de CO2 atmosférico, por exemplo, nos últimos 40 anos, os níveis de CO2 elevaram-se em 12%.
1.2.2 - Ciclo biológico em meio aquático
O ciclo do carbono tem uma renovação mais lenta e um
tempo de residência maior do que o ciclo da água. A maior parte do
carbono em meio aquático encontra-se sob a forma de carbonatos
dissolvidos na água dos mares profundos. Além dos carbonatos
dissolvidos, o carbono pode estar estocado em grandes quantidades nos
sedimentos marinhos que formam os precursores do petróleo. Existem ainda
consideráveis quantidades de carbono orgânico e particulado nas águas
dos mares. Todo esse carbono é continuamente reciclado dentro da cadeia
planctônica (fitoplâncton, zooplâncton) e também envolvendo o nécton que
o devolve ao compartimento inorgânico via respiração.
1.2.3 - Influência da concentração de carbono no fitoplâncton
A concentração de carbono nas águas é de grande
importância para a vida vegetal, podendo influenciar na existência de
várias espécies. Um grande número de espécies (musgos, faneróganos,
fontinalis) só utilizam o CO2 ou H2CO3, mesmo Scenedesmus, Kirchineriela, que são algas clorofíceas. Alguns musgos e faneróganos (Elodes), podem absorver íons de HCO3,
e suas membranas são permeáveis ao bicarbonato e tem mecanismo de
transporte específico; logo no interior da célula, pode separar-se o H2CO3.
É óbvio que os vegetais que têm esta capacidade gozam de vantagens em
sua competência com outras espécies nas águas de alta reserva alcalina. É
possível que a distribuição de muitos grupos de organismos
fotossintetizantes tenham a ver com esta diferença. A distribuição das
distintas espécies de faneróganos em água doce depende da alcalinidade
de água e da concentração de alguns íons; existe uma flora cosmopolita
própria de algas alcalinas, de pH alto (8 a 9) e ricos em sulfatos
(Potomogeton pectinatus, Zanichellia palustris, Najas marina, Ruppia
occidentalis, Typha angustifolia). Os vegetais, em geral, são muito
afetados pelas proporções relativas de bicarbonato e carbono não
dissociado. No mar, as cloroficeas, englenálias e critógamas se
desenvolvem especialmente nas proximidades da atmosfera, por uma
respiração intensa, há uma concentração suficiente de H2CO3 não dissociado.
Nas águas muito alcalinas, o CaCO3 pode dar origem, a aminoácidos até a complexos carboxílicos.
1.3 - Decomposição
O carbono fixado fotossinteticamente é eventualmente
degradado pelos microrganismos e resulta em dois principais estados de
oxidação: metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2). Esses dois produtos gasosos são formados a partir de atividades dos metanogênicos (CH4) ou de vários quimiorganotróficos, por meio da fermentação, respiração anaeróbia ou respiração aeróbia (CO2). Em habitats anóxicos (sem a presença de oxigênio), o CH4 é produzido tanto pela redução do CO2 utilizando H2,
como a partir de determinados compostos orgânicos como por exemplo o
acetato. O metano produzido em habitats anóxicos é altamente insolúvel,
sendo, portanto, facilmente transportado aos ambientes óxidos (presença
de oxigênio), onde é oxidado a C2 pelos metanotróficos. Assim, todo carbono orgânico eventualmente retorna à forma de CO2,
a partir do qual o metabolismo autotrófico reinicia o ciclo do
carbono.Fig. 2.
O equilíbrio entre as porções oxidativas e redutivas do ciclo do carbono
é crítico, os produtos do metabolismo de alguns organismos correspondem
aos substratos de outros. Logo, o ciclo deve manter-se em equilíbrio
para poder prosseguir, como ocorre há vários bilhões de anos. Quaisquer
alterações significantes das formas gasosas do carbono podem trazer
graves conseqüências globais. Em relação à decomposição, a liberação de
CO2 pelas atividades microbianas excede aquela dos
eucariotos; esse fato é especialmente verdadeiro em relação aos
ambientes anóxicos.
Fig. 2
Ciclo redox do carbono; observe, os contrastes entre os processos autotróficos (CO2
-> compostos orgânicos) e heterotrófico. As setas amarelas indicam
as oxidações, as setas vermelhas indicam as reduções. Em condições
anóxicas, além dos homoacetogênicos e metanogênicos, determinadas
bactérias redutoras de sulfato e redutoras de nitrato também são
autotróficas. Os metanogênicos produzem metano, enquanto os
metanotróficos o consomem.
Microbiologia de Brock,2004
1.4 - Destinos do Carbono orgânico
O carbono integrado às substâncias orgânicas pode ter como destino:
* Ficar incorporado aos tecidos vivos, constituindo estruturas ou participando de processos bioquímicos. O carbono pode, assim, passar de um nível trófico para o seguinte;
* Retornar ao meio físico na forma de CO2, quando a substância orgânica é utilizada como fonte de energia na respiração aeróbia de produtores, consumidores e decompositores.
Note que as duas possibilidades acima ocorrem, simultaneamente, em cada
ser vivo. Após sua morte, os tecidos serão lentamente decompostos,
liberando-se assim o carbono remanescente.
2.0 - Reservatórios de carbono
O maior reservatório de carbono encontra-se nos
sedimentos e nas rochas da crosta terrestre, contudo, o tempo necessário
à sua conversão é tão longo que é relativamente insignificante em uma
escala humana. Do ponto de vista dos seres vivos, uma grande parte do
carbono é encontrada em plantas terrestres, este é representado pelo
carbono de florestas e pastos, constituindo o principal sítio da fixação
fotossintética de CO2.(tabela1). Em contra partida há uma maior quantidade de carbono presente na matéria orgânica morta, denominada húmus, que nos seres vivos.
Tabela 1 - Reservatórios de Carbono
Dados adaptados de Science 290:291-295,2000. Microbiologia de Brock,2004
3.0 – Referências e links associados
Florestas como dissipadores de carbono http://www.iitap.iastate.edu/gcp/studentpapers/1997/grads/abramsj1.html
Ciclo do carbono: Metano http://www.iitap.iastate.edu/gcp/chem/carbon/carbon_lecture.html
Biomassa: Energia do ciclo da vida http://www.aondevamos.eng.br/textos/texto09.htm
Reportagem sobre seqüestro de carbono http://www.comciencia.br/reportagens/clima/clima05.htm
Reportagem sobre efeito estufa http://www.comciencia.br/reportagens/clima/clima08.htm
BURGER,D.M. Modelos alométricos para a estimativa da
fitomassa de Mata Atlântica na Serra do Mar,SP. 2005. Tese (Doutorado em
Ecologia) - Instituto de Biociências, Universidade de São Paulo, São
Paulo, 2005.
Pinto Coelho,R.M.,2000. Fundamentos da ecologia. Ed. Artmed.
KRAUSKOPF, K. B., 1972. Introdução a Geoquímica. Ed. da USP. v.1.
MADINGAN, M.T., MSRTINKO, J.M.,PARKER,J., 2004.Microbiologia de Brock. 10° Ed., Pearson Education do Brasil, São Paulo, Brasil.
ODUM, E. P., 1985. Ecologia. ed. Interamericana, São Paulo - SP.
STILING,P., 2002. Ecology,theories and applications. 4° Ed., Prentice-Hall, New Jersey.
