INTRODUÇÃO
Na natureza, nada se cria, nada se perde: tudo se transforma...
Antoine Lavousier, 1789
A conhecida expressão de Lavousier nos remete a ideia de que o transporte de matéria nos ecossistemas consiste na existência de circuitos nos quais os diversos elementos são constantemente reciclados.
Os nutrientes, ao contrário da energia, permanecem dentro do ecossistema, onde circulam continuamente entre os organismos e o meio físico. A maioria desses nutrientes origina-se nas rochas da crosta ou na atmosfera terrestre, mas dentro do ecossistema eles são reutilizados várias vezes pelas plantas e pelos animais antes que se dispersem nos sedimentos, águas correntes, lençóis de água ou atmosfera.
Apesar de toda a energia assimilada pelas plantas ser “nova”, a solar, recebida de fora do ecossistema, a maioria dos nutrientes assimilados pelas plantas já foi usada antes. Por exemplo, a amônia absorvida do solo pelas raízes poderia ter sido lixiviada pela serrapilheira no solo da floresta naquele mesmo dia. O CO2 assimilado por todas os seres autotróficos teve origem na respiração animal, vegetal ou microbiana.
Cada elemento segue uma trajetória única, determinada por suas transformações bioquímicas particulares, no seu ciclo através do ecossistema. Sistemas vivos transformam elementos nos seus compostos para fornecer nutrientes que vão construir as estruturas e transportar a energia requerida por todos os processos vitais. A longo prazo, os processos que transformam elementos de uma forma em outra devem equilibrar esses processos que restauram a forma inicial.
Os elementos percorrem ciclos pelo ambiente, e pela biomassa, e esses ciclos são chamados geoquímicos e biogeoquímicos.
A ÁGUA NO NOSSO PLANETA
Os primeiros passos da atmosfera terrestre:
O sistema solar, o Sol, a Terra e os outros planetas, apareceram há 4,8 bilhões de anos. Em torno da Terra, ainda quente, a atmosfera era constituída por vapor d'água (H2O), ácido clorídrico (HCl), gás carbônico (CO2), metano (CH4), hidrogênio (H2), nitrogênio (N2), amoníaco (NH3) e ácido sulfídrico (H2S). A atmosfera é ácida e redutora.
A terra, em processo de resfriamento, era destituída de vida e radicalmente diferente de quase todos os aspectos do planeta em que vivemos. As nuvens de vapor que a circundavam se condensavam e formavam mares de água fervente. A massa terrestre estava distribuída de modo bem diferente da atual distribuição dos continentes. Os vulcões ativos eram abundantes. A atmosfera rarefeita se compunha de nuvens de hidrogênio, monóxido de carbono, amônia e metano. O oxigênio livre estava ausente. Essa mistura de gases permitia a penetração de radiações ultravioletas, banhando a terra com calor muito intenso. Tempestades magnéticas de extrema violência varriam as nuvens e bombardeavam a terra e o mar com faíscas elétricas.
Texto adaptado de VERDOLIN, Cleber Paulo. Unidade II . A reciclagem nos ecossistemas. Capítulo III. Pág.42, 7ª versão. 2007
Primeiros ciclos da água
Considera-se, com os primeiros ciclos da água, suas alterações, a hidrólise e a formação dos primeiros solos, bem como a neutralização da atmosfera.
A Terra resfria-se; o vapor d'água condensa-se; o primeiro oceano se forma; o ciclo da água coloca-se em funcionamento: evaporação, transporte, chuva, escoamento superficial em direção ao oceano e, novamente, evaporação.
A Terra torna-se animada; as coisas se repetem. Com o ciclo da água, começam a funcionar, igualmente, os ciclos geoquímicos (ainda não biogeoquímicos) de superfície: alteração e formação dos primeiros solos; erosão, transporte, depósitos marinhos ou lacustres e formação dos primeiros sedimentos. A Terra se anima enquanto se instalam os ciclos geodinâmicos. No seu aspecto físico, as coisas parecem reproduzir-se. No seu aspecto químico, elas modificam-se.
Com a condensação do vapor d'água, forma-se a hidrosfera. A atmosfera, a hidrosfera e a litosfera interagem. Transferências químicas são produzidas. Simultaneamente à verdadeira redistribuição da matéria, diferenciam-se os ciclos geoquímicos dos elementos: carbono, enxofre, fósforo, silício, cálcio, magnésio, sódio, alumínio, ferro etc. Os processos geoquímicos dominantes são a dissolução e a alteração.
A dissolução dos gases atmosféricos nas águas conduz à formação dos ácidos clorídrico (HCl), sulfídrico (H2S) e carbônico (H2CO3).
A alteração, resultado da interação entre atmosfera, hidrosfera e litosfera é, antes de tudo, química. Progressivamente, o oceano e a atmosfera têm sua composição modificada. Os ácidos clorídrico, sulfídrico e carbônico são neutralizados. O ácido clorídrico transforma-se em cloreto de sódio (NaCl), acumulado em solução no oceano (Cl vem da atmosfera; Na da litosfera); o ácido sulfídrico (hidrogênio sulfurado) é fixado nos solos ou nos sedimentos sob forma de sulfeto de ferro (FeS) (S vem da atmosfera e Feda litosfera); o gás carbônico é também fixado sob a forma de carbonato de cálcio ou de magnésio (CaCO3, MgCO3) (C vem da atmosfera ou do oceano; Ca e Mg da litosfera).
A alteração dos silicatos da crosta terrestre fornece sílica e cátions básicos que, uma vez em solução, chegam ao oceano. Fornece também argilas que permanecem temporariamente nos solos. Os materiais argilosos formados nos solos são mais tarde erodidos, depois transportados na água dos rios em direção aos oceanos para formar os sedimentos.
O resultado da alteração é duplo: neutralização do oceano e da atmosfera e formação das argilas nos solos e nos sedimentos.
O oceano e a atmosfera tornam-se neutros ou pouco ácidos. A temperatura na superfície da Terra suaviza-se. O oxigênio continua ausente do ar atmosférico. Não se sabe se estes fatores foram determinantes, mas é interessante sublinhar ter sido aproximadamente no mesmo momento no qual se formaram os primeiros sedimentos que os primeiros traços de Vida apareceram e nasceram as primeiras bactérias e, posteriormente, os primeiros vírus. As argilas, os sulfetos de ferro, os carbonatos de cálcio e de magnésio, se não são os ninhos da Vida, são os primeiros testemunhos de seu nascimento!
Texto adaptado de Yves Tardy, 1995.
Desenvolvimento da Vida e primeira revolução química no ambiente terrestre
Há 3,5 bilhões de anos, as primeiras bactérias fotossintéticas aparecem. A reação de fotossíntese de uma molécula de matéria orgânica simples (CH2O) consome gás carbônico (CO2) e libera oxigênio (O2): CO2 + H2O = CH2O + O2
Cada vez que uma molécula de matéria orgânica formada é conservada nos solos, cada vez que, por erosão e por soterramento nos sedimentos, uma molécula de matéria orgânica, preservada da oxidação, se conserva sob a forma de carvão, uma molécula de gás carbônico é retirada da atmosfera, enquanto uma molécula de oxigênio é liberada na atmosfera. Oxigênio é assim produzido por fotossíntese; mas, ele não está ainda livre, pois, assim que é liberado, ele é imediatamente consumido pela oxidação de compostos redutores como metano, amoníaco, hidrogênio e ácido sulfídrico da atmosfera e os sulfetos de ferro ferroso da litosfera expostos à alteração.
O metano da atmosfera oxida-se em gás carbônico. O hidrogênio se oxida em água. Os sulfetos da litosfera, expostos à alteração, e o anidrido sulfurado da atmosfera se oxidam em sulfatos. O ferro ferroso se oxida em ferro férrico. Todos os compostos redutores da hidrosfera, da atmosfera e da litosfera primitivas, captadores de oxigênio, progressivamente oxidam-se. O oxigênio assim capturado está presente, como reserva, nos compostos oxidados (Garrels & Mackenzie, 1971).
Os primeiros sulfatos sedimentares aparecem ao mesmo tempo que os primeiros organismos. São provas geoquímicas do aparecimento, sobre a Terra, da vida bacteriana fotossintética. O oxigênio dos sulfatos do oceano, gipso ou anidrita (CaSO4), hematita (Fe2O3) dos solos lateríticos, assim como uma parte do oxigênio ligado ao ferro férrico dos granitos da crosta terrestre reciclada, provêm do desenvolvimento da Vida. O oxigênio é fruto da Vida e, dito de outra forma, o resíduo (o excremento) natural da vida fotossintética, enquanto que o gás carbônico é seu alimento.
Há dois bilhões de anos, ou seja, 1,5 bilhões de anos após o início da fotossíntese, quando a taxa de produção pôde equilibrar a taxa de consumo sempre regulada pelo ritmo da erosão, o oxigênio livre fez sua aparição na atmosfera.
Texto adaptado de Yves Tardy, 1995.
As nuvens são compostas por gotas de água de diferentes tamanhos, e não de vapor d’água como algumas pessoas pensam. O vapor se condensa na forma de gotas em torno de partículas de poeira, fumaça e sal, suficientemente leves para permanecerem suspensas no ar. A grande maioria das gotas tem dimensões microscópicas (na ordem de um milésimo de milímetro). Como há uma grande diversidade de tamanhos, cada gota espalha a luz proveniente do Sol de uma maneira diferente. A luz solar é composta por todas as frequências do chamado espectro visível (que vai do vermelho ao violeta). Dependendo do seu tamanho, a gota de água espalha uma determinada frequência. As gotas maiores espalham as baixas frequências (vermelho, amarelo etc) enquanto as gotas menores espalham as de altas frequências (azul, violeta etc). A combinação do espalhamento de todas as cores tem como resultado a cor branca. Pode-se verificar isso, quando misturamos tintas com todas as cores do arco-íris.
A “espuma” que aparece na crista das as ondas no mar também é branca devido ao efeito do espalhamento da luz por partículas de água com diferentes tamanhos.
A nuvem fica escura quando as gotas de água se tornam maiores. Neste caso ocorre a absorção da luz incidente e o espalhamento é menor. Quanto mais escura for a nuvem, maiores são as gotas e, portanto, maior a chance de chover.
