Ciclos biogeoquímicos, já falamos doCiclo da Hidrológico e do Ciclo do Carbono (duas vezes Ciclo do carbono II) agora vamos falar de mais um ciclo que compõe os principais ciclos biogeoquímicos, o ciclo do Nitrogênio.
Primeiramente, incorporar nitrogênio nos organismos vivos é desafiador. Assim, tanto as plantas quanto o fitoplâncton não possuem mecanismos para assimilar o nitrogênio da atmosfera, onde se encontra predominantemente na forma de N2 covalente triplo, fortemente ligado e constituindo cerca de 78% da composição atmosférica. Dessa maneira, o ingresso do nitrogênio no mundo biológico ocorre por meio de bactérias, tanto simbióticas quanto de vida livre, que incorporam esse elemento em suas moléculas orgânicas por meio de processos bioquímicos especializados.
Algumas espécies bacterianas têm a capacidade de realizar a fixação de nitrogênio, um processo que converte o gás nitrogênio em amônia (NH3), a qual espontaneamente se transforma em amônio (NH4+). As bactérias, posteriormente, convertem o amônio em nitritos (NO2−) e, em seguida, em nitratos (NO3−). Nesse estágio, as moléculas contendo nitrogênio tornam-se disponíveis para as plantas e outros produtores, sendo essenciais na síntese de moléculas orgânicas, como DNA e proteínas.
A presença de nitrogênio orgânico assume relevância destacada dentro dos ciclos biogeoquímicos, além de analisar a dinâmica dos ecossistemas, uma vez que diversos processos ecossistêmicos, incluindo a produção primária, limitados pela oferta disponível de nitrogênio.
O nitrogênio que ingressa nos sistemas vivos, eventualmente convertido de volta em nitrogênio gasoso por meio de bactérias. Assim, o processo de desnitrificação ocorre quando essas bactérias convertem os nitratos em gás nitrogênio, possibilitando que ele retorne à atmosfera. Esse ciclo complexo de assimilação, utilização e reciclagem do nitrogênio desempenha um papel fundamental na sustentabilidade e na interconexão dos ecossistemas.
A atividade humana pode alterar o ciclo do nitrogênio por dois meios principais:
A queima de combustíveis fósseis, que libera diferentes óxidos de nitrogênio, e pelo uso de fertilizantes artificiais na agricultura, que contêm compostos de nitrogênio e fósforo, sendo levados para lagos, riachos e rios pelo escoamento superficial. O nitrogênio atmosférico, além do N2, está associado a vários efeitos nos ecossistemas da Terra, incluindo a produção de chuva ácida (como ácido nítrico, HNO3) e efeitos de gases com efeito estufa (como óxido nitroso, N2O), potencialmente causando alterações climáticas.
Um dos principais efeitos do escoamento de fertilizantes é a eutrofização da água salgada e da água doce, um processo pelo qual o escoamento de nutrientes provoca o crescimento excessivo de algas, o esgotamento do oxigênio e a morte da fauna aquática. Nos ecossistemas marinhos, os compostos de nitrogênio criados pelas bactérias, ou através da decomposição, acumulam-se nos sedimentos do fundo do oceano.
Ao longo do tempo geológico, a elevação da crosta terrestre pode movê-los para a terra, incorporando-os à rocha terrestre. Embora o movimento do nitrogênio das rochas diretamente para os sistemas vivos tenha sido tradicionalmente visto como insignificante em comparação com o nitrogênio fixado na atmosfera, um estudo recente mostrou que este processo pode de fato ser significativo e deve ser incluído em qualquer estudo do ciclo global do nitrogênio.
Processos de fixação
Primeiramente, três processos desempenham papéis significativos na fixação de nitrogênio na biosfera. Assim, primeiro envolve a fixação atmosférica por meio de raios. Dessa maneira, imensa energia dos relâmpagos quebra as moléculas de nitrogênio, permitindo que seus átomos se combinem com o oxigênio do ar, formando óxidos de nitrogênio.. Estima-se que a fixação atmosférica de nitrogênio contribua com aproximadamente 5-8% do total fixado.
O segundo processo é a fixação industrial. Sob alta pressão, a uma temperatura de 600°C, e com o auxílio de um catalisador que facilita as reações químicas, o nitrogênio atmosférico e o hidrogênio podem combinar-se para formar amônia (NH3). A amônia pode ser utilizada diretamente como fertilizante, mas a maior parte é processada posteriormente para produzir ureia e nitrato de amônio (NH4NO3).
O terceiro processo é a fixação biológica, conduzida por certas bactérias de vida livre ou simbióticas. Algumas estabelecem uma relação simbiótica com plantas da família das leguminosas, como feijão, ervilha, soja, alfafa e trevo. Outras bactérias fixadoras de nitrogênio estabelecem relações simbióticas com animais, como cupins e “vermes” (bivalves comedores de madeira). As cianobactérias fixadoras de nitrogênio são fundamentais para manter a fertilidade de ambientes semi-aquáticos, como os arrozais.
O amônio passa por um processo de nitrificação conduzido por bactérias e arquéias, convertendo-se em nitritos (NO2−) e, posteriormente, em nitratos (NO3−).
Estes últimos, assim como o amônio, são presentes na água e no solo.
Bactérias realizam o processo de desnitrificação, transformando alguns nitratos de volta em gás nitrogênio, que é liberado na atmosfera. Plantas e outros produtores utilizam diretamente amônio e nitratos por meio da assimilação para produzir moléculas orgânicas. Esse nitrogênio agora está disponível para os consumidores.
Os consumidores excretam compostos orgânicos de nitrogênio, que retornam ao meio ambiente.
Além disso, organismos mortos em cada nível trófico contêm nitrogênio orgânico. Microrganismos, como bactérias e fungos, decompondo esses resíduos e tecidos mortos, produzem amônio por meio do processo de amonificação. Nos ecossistemas marinhos, os compostos de nitrogênio gerados por bactérias ou pela decomposição acumulam-se nos sedimentos oceânicos.
Ao longo do tempo geológico, esses compostos podem ser transportados para a terra pelo levantamento da crosta terrestre, sendo incorporados às rochas. Embora o movimento do nitrogênio das rochas diretamente para os sistemas vivos tenha sido tradicionalmente considerado insignificante em comparação com o nitrogênio fixado na atmosfera, estudos recentes indicam sua significância e a necessidade de inclusão em análises do ciclo global do nitrogênio.
Como já vimos, a atividade humana pode interferir no ciclo do nitrogênio de duas maneiras principais:
Primeiro por meio da combustão de combustíveis fósseis, que libera diversos óxidos de nitrogênio na atmosfera, e pelo uso de fertilizantes artificiais na agricultura. O nitrogênio atmosférico (exceto N2) está associado a diversos efeitos nos ecossistemas terrestres. Os óxidos de nitrogênio (HNO3) podem reagir na atmosfera, formando ácido nítrico, uma forma de deposição ácida, conhecida como chuva ácida.
Com efeito, esse fenômeno prejudica árvores, sistemas aquáticos e materiais de construção, como mármore e calcário. Assim como o dióxido de carbono, o óxido nitroso (N2O) contribui para o aquecimento global, resultando em alterações climáticas.
Os seres humanos dependem predominantemente do ciclo do nitrogênio como um serviço ecossistêmico crucial para a produtividade de culturas e florestas. O uso intensivo de fertilizantes na agricultura foi uma característica marcante da Revolução Verde, impulsionando o rendimento global das colheitas na década de 1970.
A produção industrial de fertilizantes ricos em nitrogênio aumentou consideravelmente ao longo do tempo, representando agora mais da metade da entrada terrestre proveniente da fixação biológica de nitrogênio (90 megatons = 1 milhão de toneladas de nitrogênio por ano). Se incluirmos a fixação de nitrogênio pelas culturas leguminosas, o fluxo antropogênico de nitrogênio da atmosfera para a terra excede os fluxos naturais.
Os fertilizantes são transportados para lagos, riachos e rios por meio do escoamento superficial, resultando na eutrofização da água salgada e doce, um processo no qual o excesso de nutrientes provoca o crescimento descontrolado de algas, esgotamento de oxigênio e morte da fauna aquática.
Referências sobre os ciclos biogeoquímicos:</h2&gt;
- https://openoregon.pressbooks.pub/envirobiology/chapter/3-2-biogeochemical-cycles/
- https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Ecology/Environmental_Science_(Ha_and_Schleiger)/02%3A_Ecology/2.04%3A_Ecosystems/2.4.03%3A_Biogeochemical_Cycles
- https://repository.library.noaa.gov/view/noaa/16258/noaa_16258_DS1.pdf
