Ciclo do carbono: características, etapas, importância

Ciclo do carbono: características, etapas, importância

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 do tipo gasoso 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 através da fotossíntese. 

Os fotossintetizadores (plantas, fitoplâncton e cianobactérias) absorvem o carbono do CO2 atmosférico e, em seguida, os herbívoros o extraem 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 levam o CO2 dissolvido na água para realizar a fotossíntese.

O CO2 é reintegrado na atmosfera ou na água pela respiração dos seres vivos terrestres e aquáticos, respectivamente. Quando 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 de grande importância, pois cumpre diferentes funções, como fazer parte dos seres vivos, ajudando a regular a temperatura do planeta e a acidez da água. Da mesma forma, contribui para os processos erosivos das rochas sedimentares e serve como fonte de energia para os seres humanos.

Caracteristicas

Carbono

Este elemento ocupa o sexto lugar em abundância no Universo e sua estrutura permite formar vínculos com outros elementos, como oxigênio e hidrogênio. É constituído 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) na proporção de 0,04% da composição do ar. Embora a concentração de carbono atmosférico tenha variado 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, há muito menos metano (CH4) e pequenas quantidades de monóxido de carbono (CO).

CO2 e metano (CH4)

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

Desses 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 feita de carbono, essencial na formação de proteínas, carboidratos, gorduras e vitaminas.

A litosfera

O carbono faz parte da matéria orgânica e do ar no solo, também é encontrado em forma elementar, como carbono, grafite e diamante. Da mesma forma, é uma parte fundamental dos hidrocarbonetos (petróleo, betumes) encontrados em depósitos profundos.

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Formação de carvão

Quando a vegetação morre em bacias de lagos, pântanos ou mares rasos, a planta permanece acumulada em camadas cobertas pela água. Um lento processo de decomposição anaeróbica causado por bactérias é então gerado.

Os sedimentos cobrem as camadas de material orgânico em decomposição que passam por um processo progressivo de enriquecimento de carbono ao longo de milhões de anos. Essa etapa passa por uma etapa de turfa (50% de carbono), linhita (55-75%), carvão (75-90%) e, finalmente, antracite (90% ou mais).

Formação de óleo

Começa com uma lenta decomposição aeróbica, depois há uma fase anaeróbica, de plâncton, restos de animais e plantas marinhos e lagos. Essa matéria orgânica foi enterrada por camadas sedimentares e sujeita a altas temperaturas e pressões no interior da Terra.

No entanto, dada a sua menor densidade, o petróleo sobe através dos poros das rochas sedimentares. Eventualmente, 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, especialmente 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, no fundo do mar, existem grandes quantidades de metano retido na forma de hidrato de metano.

Chuva ácida

O carbono também entra no meio gasoso e no líquido, pois o CO2 reage com o vapor de água atmosférico e forma H2CO3. Este ácido precipita com água da chuva e acidifica solos e águas.

Etapas 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

Os insumos de carbono para este estágio vêm em menor grau da atmosfera, devido à chuva ácida e ao ar filtrado no solo. No entanto, a maior contribuição são as contribuições dos organismos vivos, tanto para seus excrementos quanto para seus corpos quando eles 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 de rochas carbonáticas, aprisionadas no permafrost (camada de solo congelado em latitudes polares) e é dissolvido em água e ar dos 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 sobre rochas calcárias as destrói e o cálcio é liberado junto com outros elementos. O cálcio da erosão dessas rochas carbonáticas é transportado para os rios e de lá para os oceanos. 

Da mesma forma, o CO é liberado pelo degelo do permafrost ou pela lavoura excessiva do solo. No entanto, a saída principal é alimentada por humanos, extraindo carvão, petróleo e gás da litosfera, para queimá-los como combustíveis.

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– Estágio hidrológico

Ingressos

O CO 2 atmosférico ao entrar em contato com a superfície da água se dissolve, formando ácido carbônico e metano do fundo do mar, que entra na litosfera como foi detectado no Ártico. Além disso, os íons HCO entram nos rios e oceanos  através da erosão das rochas carbonáticas na litosfera e da lavagem do solo.

Armazenamento e circulação

O CO2 se dissolve na água formando ácido carbônico (H2CO3), dissolve o carbonato de cálcio nas conchas, 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 constante troca de carbono com seu ambiente aquático via fotossíntese e respiração. Da mesma forma, grandes estoques 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 desse último é liberada na atmosfera. Recentemente, um aumento nos vazamentos oceânicos de metano foi detectado em profundidades abaixo de 400 m, como na costa da Noruega.

O aumento da temperatura global está aquecendo a água a profundidades não superiores a 400 me liberando esses hidratos de metano. Um processo semelhante ocorreu no Pleistoceno, liberando grandes quantidades de metano, aquecendo ainda mais a Terra e trazendo o fim da Era do Gelo.

– Fase atmosférica

Ingressos

O carbono entra na atmosfera pela respiração dos seres vivos e pela atividade metanogênica bacteriana. Da mesma forma, por incêndios na vegetação (biosfera), trocas 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 saídas de carbono do estágio atmosférico são o CO2 que se dissolve na água do oceano e o usado na fotossíntese.

– estágio biológico

Ingressos

O carbono entra no estágio biológico como CO2 através do processo fotossintético realizado pelas plantas e bactérias fotossintéticas. Da mesma forma, os íons Ca2 + e HCO3- que atingem o mar por erosão e são utilizados por vários organismos na produção 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. Esse carbono orgânico circula pela biosfera através das redes tróficas dos produtores primários.

Angiospermas, samambaias, hepáticas, musgos, algas e cianobactérias o incorporam por fotossíntese. Então esses organismos são consumidos por herbívoros, que serão alimento para carnívoros.

Partidas

A principal produção de carbono dessa etapa para outras pessoas no ciclo do carbono é a morte de seres vivos que a reintegram no solo, na água e na atmosfera. Uma forma maciça e drástica de morte e liberação de carbono são os incêndios florestais que produzem grandes quantidades de CO2.

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Além disso, a fonte mais importante de metano na atmosfera são os gases expelidos pelo gado em seus processos digestivos. Da mesma forma, a atividade de bactérias anaeróbias 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 esse elemento desempenha no planeta Terra. Sua circulação equilibrada permite regular todas essas funções relevantes para a manutenção das condições planetárias em função da vida.

Nos seres vivos

O carbono é o elemento principal na estrutura das células, pois faz parte de 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.

Regulação da temperatura terrestre

O CO2 é o principal gás de efeito estufa, o que permite manter uma temperatura adequada para a vida na Terra. Sem gases atmosféricos como CO2, vapor de 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 atualmente causado pelo ser humano quebra o equilíbrio natural. Isso causa superaquecimento do planeta, o que altera o clima global e afeta negativamente a biodiversidade.

Regulação do pH oceânico

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

Fonte de energia

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

Valor Econômico

O carvão é um mineral que gera fontes de trabalho e ganhos econômicos a partir de seu uso como combustível, e o desenvolvimento econômico da Humanidade baseia-se no uso dessa matéria-prima. Por outro lado, em sua forma muito mais escassa de diamante cristalizado, é de grande valor econômico para seu uso como pedra preciosa.

Referências

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