ECOLOGIA

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ECOLOGIA
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Alunos Wellington e Crislaine - 3 BIM - BIOLOGIA
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CICLOS BIOGEOQUÍMICOS     Ciclos
representam a troca e a circulação de matéria
entre os componentes vivos e físico-químicos da
biosfera.   Bio os organismos interagem no
processo de síntese orgânica e na decomposição
dos elementos.   Geo o meio terrestre (solo) é
o reservatório dos elementos.   Químico ciclo
dos elementos e processos químicos de síntese e
decomposição.
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(No Transcript)
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• Ciclo em escala global, de elementos ou
  substâncias químicas que necessariamente contam
  com a participação de seres vivos.
• Principais ciclos
• Água
• Carbono
• Nitrogênio
• Oxigênio
• Fósforo

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CICLO DA ÁGUA

• - Trajeto cíclico que a água faz na natureza,
  passando ora pelo meio abiótico, ora pelas
  estruturas dos seres vivos.

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• CICLO HIDROLÓGICO
• Mais abundante componente da matéria viva, a
  água precisa ser necessariamente reciclada para a
  garantia de vida no planeta. A superfície
  terrestre é recoberta por cerca de 75 de água.
  De toda a água que recobre a Terra, cerca de 97
  pertencem ao talassociclo (do grego thalassos
  mar), isto é, ao conjunto que abrange todos os
  ecossistemas marinhos. O restante pertence ao
  limnociclo (do grego limne lago), ou seja, o
  conjunto de todos os ecossistemas dulcícolas.
• Aspectos quantitativos
• evaporação
• infiltração
• escoamento superficial.
• Aspectos qualitativos
• parâmetros de qualidade - físico-químicos
• - biológicos.

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CICLO HIDROLÓGICO A água é o principal
componente dos organismos vivos e o grande
regulador do ambiente. A presença de água é
fundamental para a existência de vida no planeta,
uma vez que ela atua como regulador térmico do
ambiente, fazendo com que as diferenças de
temperatura entre a noite e o dia sejam
minimizadas graças a seu alto calor
específico. A maior parte da água doce
encontra-se em locais de difícil extração (calota
polar e subsolo). A água na atmosfera mostra-se
em porcentagem ínfima. Porém, ao longo de um ano,
muita água circula pela ecosfera.
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DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA NA BIOSFERA   97,2
água salgada 99,34 2,14 calotas e
geleiras polares 0,633 águas
subterrâneas 0,66 0,022 águas
superficiais 0,005 águas do solo evaporação
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CICLO HIDROLÓGICO   O ciclo hidrológico pode
ser resumido por meio dos seguintes
processos   DETENÇÃO parte da precipitação
fica retida na vegetação, depressões do terreno e
construções. Essa massa de água retorna à
atmosfera pela ação da evaporação ou penetra no
solo pela infiltração. ESCOAMENTO SUPERFICIAL
constituído pela água que escoa sobre o solo,
fluindo para locais de altitudes inferiores, até
atingir um corpo dágua como um rio, lago ou
oceano. A água que compõe escoamento superficial
pode também sofrer infiltração para as camadas
superiores do solo, ficar retida ou sofrer
evaporação.
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CICLO HIDROLÓGICO   INFILTRAÇÃO a água
infiltrada pode sofrer evaporação, ser utilizada
pela vegetação, escoar ao longo da camada
superior do solo ou alimentar o lençol de água
subterrâneo. ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO
constituído por parte da água infiltrada na
camada superior do solo, sendo bem mais lento que
o escoamento superficial. Parte desse escoamento
alimenta os rios e os lagos, além de ser
responsável pela manutenção desses corpos durante
épocas de estiagem.
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CICLO HIDROLÓGICO   EVAPOTRANSPIRAÇÃO
parte da água existente no solo que é utilizada
pela vegetação e eliminada pelas folhas na forma
de vapor. EVAPORAÇÃO em qualquer das fases
descritas anteriormente, a água pode voltar à
atmosfera na forma de vapor, reiniciando o ciclo
hidrológico. PRECIPITAÇÃO água que cai sobre
o solo ou sobre um corpo dágua. Nos oceanos,
a evaporação excede a precipitação, e nos
continentes ocorre o oposto.
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CICLO HIDROLÓGICO

• - Mecanismo
• Evaporação da água dos rios, lagos e mares.
  Formação de nuvens. Condensação do vapor de água
  ao nível das altas montanhas. Chuvas.
• Retorno da água aos mares pelos rios. Seres vivos
  ingerem a água pura ou integrando alimentos.
  Eliminam-na pela transpiração, pela respiração e
  pelas excreções.
• Essa água também se evapora e retorna ao meio
  abiótico.

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(No Transcript)
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CICLO HIDROLÓGICO Nesse ciclo, a presença do
homem pode ser notada por meio do desmatamento e
da impermeabilização via pavimentação do solo.
Isso acelera a evaporação e reduz a recarga dos
aqüíferos subterrâneos, gerando, assim, maiores
enchentes nos cursos de água que cortam centros
urbanos, causando uma série de danos físicos,
econômicos e transtornos aos habitantes da
cidade. Nas regiões de clima frio, deve-se
considerar, ainda, a água armazenada na formas de
geleiras, formadas pela precipitação de neve, e o
fluxo correspondente ao degelo dessas geleiras.
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• INTERVENÇÕES DO HOMEM
• Desmatamento.
• Pavimentação taxa de impermeabilização.
• Utilização de defensivos agrícolas.
• Despejos de esgotos e efluentes industriais.
• Eutrofização (causada pelo excesso de nutrientes
  num corpo dágua, que leva a proliferação
  excessiva de algas).
• Diminuição do teor de oxigênio dissolvido nos
  rios.
• Lançamento de substâncias tóxicas perigosas.
• Poluição atmosférica.
• Resíduos sólidos.
• Represamento das águas.

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CICLO DO CARBONO

• - Circulação dos átomos de carbono, ora pelo meio
  abiótico, na composição de substâncias
  inorgânicas do meio, notadamente o CO2, ora pelas
  estruturas celulares dos seres vivos, como
  matéria orgânica.

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CICLO DO CARBONO O reservatório de carbono é a
atmosfera, onde o nutriente das plantas
encontra-se na forma de dióxido de carbono (CO2),
um gás que, nas condições naturais de temperatura
e pressão é inodoro e incolor. O carbono é o
principal constituinte da matéria orgânica (49
do peso seco). O ciclo do carbono é perfeito,
pois o elemento é devolvido ao meio à mesma taxa
a que é sintetizado pelos produtores. As
plantas utilizam o CO2 e o vapor de água da
atmosfera para, na presença de luz solar,
sintetizar compostos orgânicos de carbono,
hidrogênio e oxigênio, tais como a glicose
(C6H12O6). Reação da fotossíntese 6CO2 6 H2O
energia solar C6H12O6 6O2
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• CICLO DO CARBONO
• A fixação do carbono em sua forma orgânica
  indica que a fotossíntese é a base da vida na
  Terra.
• A energia solar é armazenada como energia
  química nas moléculas orgânicas da glicose.
• A energia armazenada nas moléculas orgânicas é
  liberada no processo inverso ao da fotossíntese
  a respiração. Nesta, ocorre a quebra das
  moléculas com a conseqüente liberação de energia
  para a realização das atividades vitais dos
  organismos.
• Reação da respiração
• C6H12O6 6O2 6CO2 6 H2O 640 kcal / molde
  glicose

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Continuação

• - Mecanismo
• Pela respiração dos seres vivos e pelas
  combustões, o carbono é lançado na atmosfera como
  CO2
• Assim, ele é recolhido pelas plantas, que o
  reprocessam no mecanismo da fotossíntese,
  restaurando as cadeias de carbono dos componentes
  orgânicos.

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(No Transcript)
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CICLO DO CARBONO Os decompositores atuam
sobre os detritos orgânicos liberando CO2, que
retorna à atmosfera, reintegrando-se a seu
reservatório natural. Detritos orgânicos ainda
podem originar os combustíveis fósseis que,
através da combustão, eliminarão CO2 de volta
para a atmosfera. Obs. Fotossíntese CO2
H2O gt C6H12O6 H20 O2 Respiração C6H12O6
O2 gt CO2 H2O energia Combustão
combustível energia O2 gt CO2
...(detritos)
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CICLO DO CARBONO
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• CICLO DO CARBONO
• Aspectos relevantes
• O ciclo do carbono e o ciclo hidrológico são,
  provavelmente, os dois ciclos biogeoquímicos mais
  importantes com relação à humanidade.
• Durante os últimos anos, o conteúdo de CO2 tem-se
  elevado por causa de novas entradas
  antropogênicas. A queima de combustível fóssil
  parece ser a principal fonte de novas entradas,
  mas a agricultura e o desmatamento também
  contribuem.

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• CICLO DO CARBONO
• Perda líquida de CO2 na agricultura, ou seja, um
  acréscimo de CO2 na atmosfera maior do que sua
  retirada, pois suas culturas são ativas durante
  apenas uma parte do ano, não compensando o CO2
  liberado do solo (lavouras freqüentes) .
• O desmatamento poderá liberar carbono armazenado
  na madeira, principalmente se a madeira for
  queimada imediatamente e o uso se segue à
  oxidação do húmus, se a terra for usada para
  agricultura ou para desenvolvimento urbano
  (rápida oxidação do húmus e liberação de CO2
  gasoso que está retido no solo).

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• CICLO DO CARBONO
• Desmatamento
• Aumento do CO2 emitido em função da emissão no
  momento da queima.
• Redução da taxa fotossintética.
• Queimadas de florestas.
• Efeito estufa intervenções antropogênicas no
  ciclo do carbono.

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• CICLO DO CARBONO
• Efeito estufa
• Utilização excessiva de combustíveis fósseis
  (falta de incentivos para a geração de energia
  alternativa).
• Desmatamento.
• Poluição ambiental.
• Intensificação do efeito estufa.
• Mudanças climáticas.
• Aquecimento global.
• Mudança nos níveis dos oceanos.

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(No Transcript)
28
(No Transcript)
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CICLO DO OXIGÊNIO

• Circulação dos átomos de oxigênio pelos meios
  abióticos e bióticos.
• Mecanismo
• O oxigênio do ar é recolhido pelos seres
• vivos. Ao final da respiração, os
• organismos lançam na atmosfera o CO2,
• que é assimilado pelas plantas. Estas, ao
• final da fotossíntese, descarregam oxigênio
• novamente no ar.

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CICLO DO OXIGÊNIO O oxigênio molecular (O2),
indispensável à respiração aeróbica, é o segundo
componente mais abundante da atmosfera, onde
existe na proporção de cerca de 21. O
oxigênio teria desaparecido da atmosfera, não
fosse o contínuo reabastecimento promovido pela
fotossíntese, principalmente do fitoplâncton
marinho, considerado o verdadeiro "pulmão" do
mundo.
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• CICLO DO OXIGÊNIO
• O oxigênio pode ser consumido da atmosfera
  através das seguintes vias
• atividade respiratória de plantas e animais
• combustão
• degradação, principalmente pela ação de raios
  ultravioleta, com formação de ozônio (O3)
• combinação com metais do solo (principalmente o
  ferro), formando óxidos metálicos.

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(No Transcript)
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CICLO DO OXIGÊNIO
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CICLO DO NITROGÊNIO

• IMPORTÂNCIA
• - ácidos nucléicos DNA e RNA
• proteínas
• vitaminas

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CICLO DO NITROGÊNIO O aumento acentuado da
população humana e, principalmente, da taxa de
crescimento populacional após a Revolução
Industrial, na segunda metade do século XIX,
implicou um aumento da produtividade agrícola
para fazer frente à demanda crescente de
alimentos. O nitrogênio, assim como o fósforo,
são fatores limitantes do crescimento dos
vegetais e tornaram-se, por isso, alguns dos
principais fertilizantes utilizados hoje na
agricultura. O nitrogênio desempenha um
importante papel na constituição das moléculas de
proteínas, ácidos nucléicos, vitaminas, enzimas e
hormônios, elementos vitais aos seres vivos.
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• CICLO DO NITROGÊNIO
• O ciclo do nitrogênio, assim como o do carbono,
  é um ciclo gasoso. Apesar dessa similaridade,
  existem algumas diferenças notáveis entre os dois
  ciclos
• a atmosfera é rica em nitrogênio (78) e pobre
  em Carbono (0,032)
• apesar da abundância de nitrogênio na atmosfera,
  somente um grupo seleto de organismos consegue
  utilizar o nitrogênio gasoso
• o envolvimento biológico no ciclo do nitrogênio
  é muito mais extenso do que no ciclo do carbono.

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CICLO DO NITROGÊNIO A fixação do nitrogênio
ocorre por meio dos organismos simbióticos
fixadores de nitrogênio, dentre os quais
destaca-se o Rhizobium, que vive em associação
simbiótica (mutualismo) com raízes vegetais
leguminosas (ervilha, soja, feijão, etc.). A
fixação do nitrato por via biológica é a mais
importante. O nitrogênio fixado é rapidamente
dissolvido na água do solo e fica disponível para
as plantas na forma de nitrato. Essas plantas
transformam os nitratos em grande moléculas que
contêm nitrogênio e outras moléculas orgânicas
nitrogenadas, necessárias à vida. Inicia-se,
assim, o processo de amonificação.
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CICLO DO NITROGÊNIO Quando o nitrogênio
orgânico entra na cadeia alimentar, passa a
constituir moléculas orgânicas dos consumidores
primários, secundários, etc ... Atuando sobre os
produtos de eliminação desses consumidores e do
protoplasma de organismos mortos, as bactérias
mineralizam o nitrogênio produzindo gás amônia
(NH3) e sais de amônio (NH4), completando a fase
de amonificação do ciclo. NH4 e NH3 são
convertidos em nitritos (NO2-) e, posteriormente,
no processo de nitrificação, de nitritos em
nitratos (NO3-) por um grupo de bactérias
quimiossintetizantes.
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CICLO DO NITROGÊNIO A síntese industrial da
amônia (NH3) a partir do nitrogênio atmosférico
(N2), desenvolvida durante a Primeira Guerra
Mundial, possibilitou o aparecimento dos
fertilizantes sintéticos, com um conseqüente
aumento da eficiência da agricultura. Entretanto,
o ciclo equilibrado do nitrogênio depende de um
conjunto de fatores bióticos e abióticos
determinados e, portanto, nem sempre está apto a
assimilar o excesso sintetizado artificialmente.
Esse excesso, carregado para os rios, lagos e
lençóis de água subterrâneos tem provocado o
fenômeno da eutrofização, comprometendo a
qualidade das águas.
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CICLO DO NITROGÊNIO O Nitrogênio (N2) é um
elemento químico que participa da constituição de
ácidos nucléicos, proteínas e clorofilas.
Compreende-se, portanto, a importância do estudo
do ciclo desse elemento na natureza, cujo
reservatório natural é a atmosfera, onde perfaz
cerca de 78 do ar. Entretanto, o N2 é uma
molécula que não constitui fonte adequada do
elemento para a grande maioria dos seres vivos.
De fato, com raras exceções, os seres vivos não
conseguem fixar e, portanto, incorporar à matéria
viva o N2 atmosférico.
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• CICLO DO NITROGÊNIO
• Ciclo gasoso do tipo complexo.
• Interação dinâmica entre os fluxos e diferentes
  grupos de microorganismos.
• Ciclo importante, pois limita ou controla a
  abundância dos organismos.
• A atmosfera contém 80 do nitrogênio disponível
  na biosfera sendo, dessa forma, o maior
  reservatório do composto e a válvula de escape do
  sistema.

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• CICLO DO NITROGÊNIO
• O nitrogênio entra constantemente na atmosfera
  pela ação das bactérias desnitrificantes, e
  continuamente retorna ao ciclo pela ação das
  bactérias ou algas fixadoras de nitrogênio
  (biofixação).
• A degradação do nitrogênio presente na célula
  (formas orgânicas ou inorgânicas) acontece pelas
  ação de espécies bacterianas especializadas
  presentes no solo, as quais disponibilizam amônia
  e nitrato. Essas duas formas de nitrogênio são os
  compostos facilmente utilizáveis pelas plantas
  verdes.

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Bactérias que vivem diretamente no
solo Azobacter e Clostridium. Bactérias Raízes
leguminosas Rhizobium Algas azuis Cianofíceas
e Nostoc
Devolvem N2 à atmosfera
1
Incorporam diretamente
N2 Atmosférico 78 atmosfera
6
Vegetais morrem Animais excretam Devolvem amônia
para atmosfera
Vegetais aa.proteínas, clorofila
2
Amonização
Animais se alimentam das plantas
São incorporados por Bactérias desnitrificantes
5
H2 se combina com N2 e forma NH3
Se a amonização ocorrer pela presença de
leguminosas, a amônia é incorporada diretamente
pelas plantas.
Solo e Plantas aproveitam
5
Bactérias Nitrificantes Pseudomonas convertem
NO2 em NO3 (Nitrato) Bactéria Nitrobacter
Bactérias Nitrificantes transformam NH3 em
Nitrito (NO2) Bactérias Nitrossomonas e
Nitrossococus
Nitrozação
Nitratação
4
3
44
CICLO DO NITROGÊNIO Resumindo Nitrosação
conversão de íons amônio (ou amônia) em nitritos.
Nitratação conversão de nitritos em nitratos.
Nitrificação conversão de íons amônio em
nitratos. Bactérias nitrificantes compreendem
as bactérias nitrosas (Nitrosomonas e
Nitrosococcus) e nítricas (Nitrobacter). No solo
existem muitas bactérias (Pseudomonas, por
exemplo) que, em condições anaeróbicas, utilizam
nitratos em vez de oxigênio no processo
respiratório. Ocorre, então, a conversão de
nitrato em N2, que retorna à atmosfera, fechando
o ciclo. À transformação dos nitratos em N2 dá-se
o nome de desnitrificação, e as bactérias que
realizam essa transformação são chamadas de
desnitrificantes.
45
Resumo dos processos no ciclo do Nitrogênio
46
CICLO DO NITROGÊNIO
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• PROCESSO DE EUTROFIZAÇÃO
• Enriquecimento das águas com nutrientes
  essenciais, como o nitrogênio e o fósforo, e
  desenvolvimento excessivo do fitoplâncton,
  provocando problemas de consumo de oxigênio e
  baixa diversidade.
• Consumo de oxigênio pelos processos de
  biodegradação.
• Processos de biodegradação sem oxigênio
  liberação de H2S e CH4.

48
(No Transcript)
49
(No Transcript)
50
NÓDULOS DE BACTÉRIAS EM LEGUMINOSAS
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CICLO DO ENXOFRE (S) O enxofre apresenta um
ciclo basicamente sedimentar, embora possua uma
fase gasosa, de pouca importância. A principal
forma de assimilação do enxofre pelos seres
produtores é como sulfato inorgânico. O processo
biológico envolvido nesse ciclo compreende uma
série de microorganismos com funções específicas
de redução e oxidação. A maior parte do enxofre
que é assimilado é mineralizado em processos de
decomposição. Sob condições anaeróbias, ele é
reduzido a sulfetos, entre os quais o sulfeto de
hidrogênio (H2S), composto letal à maioria dos
seres vivos, principalmente aos ecossistemas
aquáticos em grandes profundidades. Esse gás,
tanto no solo como na água, sobe a camadas mais
aeradas, onde então é oxidado, passando à forma
de enxofre elementar, quando mais oxidado ele se
transforma em sulfato.
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CICLO DO ENXOFRE Sob condições anaeróbias e
na presença de ferro, o enxofre precipita-se,
formando sulfetos férricos e ferrosos. Esses
compostos, por sua vez, permitem que o fósforo
converta-se de insolúvel a solúvel, tornando-se,
assim, utilizável. Esse exemplo mostra a
inter-relação que ocorre em um ecossistema entre
diferentes ciclos de minerais. As ação do homem
também interfere nesse ciclo por meio de grandes
quantidades de dióxido de enxofre liberados nos
processos de queima de carvão e óleo combustível
em indústrias e usinas termoelétricas. O dióxido
de enxofre tem potenciais efeitos danosos ao
organismo, além de provocar, em certas situações,
a chuva ácida e o smog industrial.
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• CICLO DO ENXOFRE
• O grande reservatório de enxofre é no solo e nos
  sedimentos.
• É um ciclo que caracteriza-se pela participação
  efetiva e rápida dos microorganismos.
• Recuperação de compostos de enxofre a partir da
  ação microbiana sobre o sedimentos profundos.
• Interação nos processos geoquímicos,
  meteorológicos e biológicos.
• Interdependência do ar, da água e do solo na
  regulação do ciclo global.
• A principal forma disponível é o sulfato (SO4),
  que será reduzido pelos seres autótrofos e
  incorporado às proteínas.
• É um ciclo menos limitante do que o do nitrogênio
  e o do fósforo.

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• CICLO DO ENXOFRE
• INTERVENÇÕES ANTRÓPICAS
• O dióxido de enxofre (SO2) é liberado na
  atmosfera pela queima de combustíveis fósseis.
• O SO2 interage com o vapor dágua produzindo
  gotículas de ácido sulfúrico (H2SO4) diluído, o
  que acarretará a precipitação de chuva ácida.
• O excremento animal representa um fonte de
  sulfato reciclado.
• A produção primária é responsável pela
  incorporação do sulfato à matéria orgânica.

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CICLO DO FÓSFORO (P) O fósforo é o material
genético constituinte das moléculas de DNA e
RNA e componente dos ossos e dentes. É, portanto,
elemento fundamental na transferência de
caracteres no processo de reprodução dos seres
humanos. O fósforo aparece nos organismos em
proporção muito superior aos outros elementos,
quando comparado com sua participação nas fontes
primárias. Esse fato justifica a importância
ecológica do fósforo, sugerindo ser o fator mais
limitante à produtividade primária. O fósforo é
um elemento de ciclo fundamentalmente sedimentar
seu principal reservatório é a litosfera, mais
precisamente as rochas fosfatadas e alguns
depósitos formados ao longo de milênios.
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CICLO DO FÓSFORO Por meio de processos
erosivos, ocorre a liberação do fósforo na forma
de fosfatos (PO4), que serão utilizados pelos
produtores. Entretanto, parte desses fosfatos
liberados é carreada para os oceanos, onde se
perde em depósitos a grande profundidades, ou é
consumida pelo fitoplâncton. Os meio de retorno
do fósforo para os ecossistemas a partir do
oceanos são insuficientes para compensar a
parcela que se perde. Ao mesmo tempo em que
reduzem a taxa de retorno, os seres humanos,
agindo sobre a natureza com a exploração da
mineração, ocupação desordenada do solo,
desmatamentos e agricultura, entre outras
atividades, aceleram o processo de perda de
fósforo do ciclo.
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CICLO DO FÓSFORO O ciclo do fósforo é lento,
passando da litosfera para a hidrosfera por meio
da erosão. Parte do fósforo é perdida para os
depósitos de sedimentos profundos no oceano.
Devido a movimentos tectônicos, existe a
possibilidade de levantamentos geológicos que
tragam de volta o fósforo perdido. Por meio da
reciclagem, o fósforo, em compostos orgânicos, é
quebrado pelos decompositores e transformado em
fosfatos, sendo novamente utilizado pelos
produtores. Nesse processo também há perdas, uma
vez que os ossos, ricos em fósforo, oferecem
resistência aos decompositores e à erosão.
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• CICLO DO FÓSFORO
• Rochas sedimentares são o reservatório natural do
  fósforo.
• O fósforo é um elemento essencial para a
  constituição de ATP, DNA e RNA.
• A forma mais comum para a absorção dos vegetais é
  o PO4.
• Assim como o nitrogênio, é um elemento limitante,
  controlando a abundância dos organismos.

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• CICLO DO FÓSFORO
• INTERVENÇÕES ANTRÓPICAS
• - EUTROFIZAÇÃO -
• Despejos de efluentes ricos em fosfatos. Ex.
  detergentes.
• Utilização de fertilizantes químicos, ricos em
  fosfatos.