Ciclo do carbono: características, etapas, importância - Ciência - 2023

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Ciclo do carbono: características, etapas, importância - Ciência
Ciclo do carbono: características, etapas, importância - Ciência

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o ciclo do carbono É o processo de circulação desse elemento químico no ar, na água, no solo e nos seres vivos. É um ciclo biogeoquímico semelhante ao gás e a forma mais abundante de carbono na atmosfera é o dióxido de carbono (CO2).

As maiores reservas de carbono estão nos oceanos, combustíveis fósseis, matéria orgânica e rochas sedimentares. Da mesma forma, é essencial na estrutura corporal dos organismos vivos e entra nas cadeias tróficas como CO2 por meio da fotossíntese.

Os fotossintetizadores (plantas, fitoplâncton e cianobactérias) absorvem o carbono do CO2 atmosférico e, em seguida, os herbívoros o retiram desses organismos. Estes são consumidos por carnívoros e, finalmente, todos os organismos mortos são processados ​​por decompositores.


Além da atmosfera e dos seres vivos, o carbono é encontrado no solo (edafosfera) e na água (hidrosfera). Nos oceanos, o fitoplâncton, as macroalgas e as angiospermas aquáticas retiram o CO2 dissolvido na água para realizar a fotossíntese.

O CO2 é reintegrado na atmosfera ou na água por meio da respiração dos seres vivos terrestres e aquáticos, respectivamente. Uma vez que os seres vivos morrem, o carbono é reintegrado ao ambiente físico como CO2 ou como parte de rochas sedimentares, carvão ou petróleo.

O ciclo do carbono é muito importante porque cumpre diversas funções como ser parte de seres vivos, ajudando a regular a temperatura planetária e a acidez da água. Da mesma forma, contribui para os processos erosivos das rochas sedimentares e serve como fonte de energia para o ser humano.

Caracteristicas

Carbono

Este elemento ocupa o sexto lugar em abundância no Universo e sua estrutura permite formar ligações com outros elementos, como oxigênio e hidrogênio. É formado por quatro elétrons (tetravalentes) que formam ligações químicas covalentes capazes de constituir polímeros com formas estruturais complexas.


A atmosfera

O carbono é encontrado na atmosfera principalmente como dióxido de carbono (CO2) em uma proporção de 0,04% da composição do ar. Embora a concentração de carbono atmosférico tenha mudado substancialmente nos últimos 170 anos devido ao desenvolvimento industrial humano.

Antes do período industrial, a concentração variava de 180 a 280 ppm (partes por milhão) e hoje ultrapassa 400 ppm. Além disso, existe o metano (CH4) em proporção bem menor e o monóxido de carbono (CO) em pequenos traços.

CO2 e metano (CH4)

Esses gases à base de carbono têm a propriedade de absorver e irradiar energia de ondas longas (calor). Por isso, sua presença na atmosfera regula a temperatura planetária, impedindo a fuga para o espaço do calor irradiado pela Terra.

Destes dois gases, o metano captura mais calor, mas o CO2 desempenha o papel mais determinante devido à sua abundância relativa.

O mundo biológico

A maior parte da estrutura dos organismos vivos é composta por carbono, essencial na formação de proteínas, carboidratos, gorduras e vitaminas.


A litosfera

O carbono faz parte da matéria orgânica e do ar do solo, também é encontrado na forma elementar como carbono, grafite e diamante. Da mesma forma, é parte fundamental dos hidrocarbonetos (petróleo, betumes) encontrados em depósitos profundos.

Formação de carbono

Conforme a vegetação morre nas bacias dos lagos, pântanos ou mares rasos, os restos das plantas se acumulam em camadas cobertas pela água. Um lento processo de decomposição anaeróbia causado por bactérias é então gerado.

Os sedimentos cobrem as camadas de matéria orgânica em decomposição que passa por um processo progressivo de enriquecimento de carbono ao longo de milhões de anos. Este passa por um estágio de turfa (50% de carbono), linhita (55-75%), carvão (75-90%) e finalmente antracita (90% ou mais).

Formação de óleo

Começa com uma lenta decomposição aeróbia, depois passa-se para a fase anaeróbia, com restos de plâncton, animais e plantas marinhas ou lacustres. Esta matéria orgânica foi soterrada por camadas sedimentares e submetida a altas temperaturas e pressões no interior da Terra.

No entanto, devido à sua densidade mais baixa, o óleo sobe pelos poros das rochas sedimentares. Eventualmente, ele fica preso em áreas impermeáveis ​​ou forma afloramentos betuminosos rasos.

A hidrosfera

A hidrosfera mantém uma troca gasosa com a atmosfera, principalmente oxigênio e carbono na forma de CO2 (solúvel em água). O carbono é encontrado na água, principalmente nos oceanos, principalmente na forma de íons bicarbonato.

Os íons bicarbonato desempenham um papel importante na regulação do pH do ambiente marinho. Por outro lado, grandes quantidades de metano ficam presas no fundo do mar como hidratos de metano.

Chuva ácida

O carbono também penetra entre o meio gasoso e o líquido, quando o CO2 reage com o vapor d'água atmosférico e forma H2CO3. Este ácido precipita com a água da chuva e acidifica solos e águas.

Estágios do ciclo do carbono

Como qualquer ciclo biogeoquímico, o ciclo do carbono é um processo complexo formado por uma rede de relacionamentos. Sua separação em estágios definidos é apenas um meio para sua análise e compreensão.

- Estágio geológico

Ingressos

As entradas de carbono neste estágio vêm em menor grau da atmosfera, por meio da chuva ácida e do ar filtrado para o solo. No entanto, o principal insumo são as contribuições dos organismos vivos, tanto por seus excrementos quanto por seus corpos quando morrem.

Armazenamento e circulação

Nesta fase, o carbono é armazenado e se move em camadas profundas da litosfera, como carvão, petróleo, gás, grafite e diamantes. Também faz parte das rochas carbonáticas, presas no permafrost (camada de solo congelada em latitudes polares) e dissolvidas na água e no ar nos poros do solo.

Na dinâmica das placas tectônicas, o carbono também atinge as camadas mais profundas do manto e faz parte do magma.

Partidas

A ação da chuva nas rochas calcárias as erode e o cálcio é liberado junto com outros elementos. O cálcio da erosão dessas rochas carbonáticas é levado para os rios e de lá para os oceanos.

Da mesma forma, o CO é liberado2 como degelo do permafrost ou aragem excessiva do solo. No entanto, a principal produção é impulsionada pelo homem, extraindo carvão, petróleo e gás da litosfera, para queimá-los como combustível.

- Estágio hidrológico

Ingressos

O CO2 Quando a atmosfera entra em contato com a superfície da água, ela se dissolve formando ácido carbônico e o metano do fundo do mar entra na litosfera, como foi detectado no Ártico. Além disso, os íons HCO entram nos rios e oceanos3 pela erosão das rochas carbonáticas da litosfera e pela lavagem dos solos.

Armazenamento e circulação

O CO2 se dissolve em água formando ácido carbônico (H2CO3), dissolvendo o carbonato de cálcio das cascas, formando carbonato ácido de cálcio (Ca (HCO3) 2). Portanto, o carbono é encontrado e circula na água principalmente como CO2, H2CO3 e Ca (HCO3) 2.

Por outro lado, os organismos marinhos mantêm uma troca constante de carbono com seu ambiente aquático por meio da fotossíntese e da respiração. Além disso, grandes reservas de carbono estão na forma de hidratos de metano no fundo do mar, congelados por baixas temperaturas e altas pressões.

Partidas

O oceano troca gases com a atmosfera, incluindo CO2 e metano, e parte deste é liberado na atmosfera. Recentemente, um aumento no vazamento oceânico de metano foi detectado em profundidades abaixo de 400 m, como na costa da Noruega.

O aumento da temperatura global está aquecendo a água em profundidades não superiores a 400 me liberando esses hidratos de metano. Processo semelhante ocorreu no Pleistoceno, liberando grandes quantidades de metano, aquecendo mais a Terra e provocando o fim da Idade do Gelo.

- Estágio atmosférico

Ingressos

O carbono entra na atmosfera pela respiração dos seres vivos e pela atividade metanogênica bacteriana. Da mesma forma, por incêndios na vegetação (biosfera), troca com a hidrosfera, queima de combustíveis fósseis, atividade vulcânica e liberação do solo (geológico).

Armazenamento e circulação

Na atmosfera, o carbono é encontrado principalmente na forma gasosa, como CO2, metano (CH4) e monóxido de carbono (CO). Da mesma forma, você pode encontrar partículas de carbono suspensas no ar.

Partidas

As principais emissões de carbono do estágio atmosférico são o CO2 que se dissolve na água oceânica e aquele usado na fotossíntese.

- Estágio biológico

Ingressos

O carbono entra no estágio biológico como CO2 por meio do processo de fotossíntese realizado por plantas e bactérias fotossintéticas. Da mesma forma, os íons Ca2 + e HCO3- que chegam ao mar pela erosão e são usados ​​por vários organismos na fabricação de conchas.

Armazenamento e circulação

Cada célula e, portanto, os corpos dos seres vivos são constituídos por uma alta proporção de carbono, constituindo proteínas, carboidratos e gorduras. Este carbono orgânico circula na biosfera por meio de teias alimentares de produtores primários.

Angiospermas, samambaias, hepáticas, musgos, algas e cianobactérias o incorporam por fotossíntese. Esses organismos são consumidos pelos herbívoros, que servirão de alimento para os carnívoros.

Partidas

O principal vazamento de carbono deste estágio para outros no ciclo do carbono é a morte de seres vivos que o reintegra no solo, na água e na atmosfera. Uma forma massiva e drástica de morte e liberação de carbono são os incêndios florestais que produzem grandes quantidades de CO2.

Por outro lado, a fonte mais importante de metano para a atmosfera são os gases expelidos pelo gado em seus processos digestivos. Da mesma forma, a atividade de bactérias anaeróbicas metanogênicas que decompõem matéria orgânica em pântanos e plantações de arroz é uma fonte de metano.

Importância

O ciclo do carbono é importante devido às funções relevantes que este elemento desempenha no planeta Terra. Sua circulação equilibrada permite regular todas essas funções relevantes para a manutenção das condições planetárias em função da vida.

Em seres vivos

O carbono é o principal elemento da estrutura das células, pois faz parte dos carboidratos, proteínas e gorduras. Este elemento é a base de toda a química da vida, do DNA às membranas celulares e organelas, tecidos e órgãos.

A regulação da temperatura da terra

O CO2 é o principal gás de efeito estufa, o que permite manter uma temperatura adequada para a vida na Terra. Sem os gases atmosféricos como CO2, vapor d'água e outros, o calor emitido pela Terra escaparia completamente para o espaço e o planeta seria uma massa congelada.

Aquecimento global

Por outro lado, um excesso de CO2 emitido na atmosfera, como o que atualmente é causado pelo homem, quebra o equilíbrio natural. Isso faz com que o planeta superaqueça, o que altera o clima global e afeta negativamente a biodiversidade.

Regulação do pH oceânico

O CO2 e o metano dissolvidos na água fazem parte do complexo mecanismo de regulação do pH da água nos oceanos. Quanto maior o teor desses gases na água, mais ácido se torna o pH, o que é negativo para a vida aquática.

Fonte de energia

O carvão é uma parte essencial dos combustíveis fósseis, tanto o carvão mineral, quanto o petróleo e o gás natural. Embora seu uso seja questionado pelos efeitos ambientais negativos que produz, como o superaquecimento global e a liberação de metais pesados.

Valor Econômico

O carvão é um mineral que gera fontes de trabalho e lucros econômicos pela sua utilização como combustível e o desenvolvimento econômico da Humanidade está baseado na utilização desta matéria-prima. Por outro lado, em sua forma cristalizada de diamante, muito mais rara, apresenta grande valor econômico pelo seu uso como pedra preciosa.

Referências

  1. Calow, P. (Ed.) (1998). A enciclopédia da ecologia e gestão ambiental.
  2. Christopher R. e Fielding, C.R. (1993). Uma revisão das pesquisas recentes em sedimentologia fluvial. Geologia Sedimentar.
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  4. Margalef, R. (1974). Ecologia. Edições Omega.
  5. Miller, G. e TYLER, J.R. (1992). Ecologia e meio ambiente. Grupo Editorial Iberoamérica S.A. de C.V.
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