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CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: A MATÉRIA EM MOVIMENTO

A circulação de matéria, no ecossistema, possui uma diferença radical com a de energia. Enquanto que o fluxo de energia é unidirecional; o da matéria é cíclico, graças a ação dos decompositores que a torna disponível para os produtores. Tratam-se de substâncias químicas (nutrientes) indispensáveis à síntese de matéria orgânica e ao funcionamento do organismo. Como existem em quantidade limitada no ambiente, devem, portanto, ser reciclados; o que torna obrigatória a troca recíproca e permanente de elementos químicos entre os seres vivos (biocenose) e o meio ambiente (biótopo).

O movimento desses materiais pelo ecossistema é denominado ciclo biogeoquímico porque envolve compartimentos - que armazenam os materiais e o transferem para outros - de natureza biológica (seres vivos), e geológica (solo, atmosfera e mares), por onde passam substâncias químicas. São distinguidos em função do elemento (carbono, nitrogênio, oxigênio) ou substância (água) química que circula.

Entre os compartimentos que compõem o ciclo biogeoquímico, há um que armazena a maior quantidade de nutriente, sendo chamado de reservatório; que, via de regra, não é de natureza biológica.

Cada ciclo pode ser caracterizado pelo estoque (quantidade do nutriente existente em cada compartimento); pelo tipo de reservatório e pela taxa (velocidade) de movimento do nutriente entre dois compartimentos, chamada taxa de fluxo.

Há dois tipos de ciclos biogeoquímicos: sedimentar e gasoso. O sedimentar ou local, no qual o reservatório é a crosta terrestre e que ocorre dentro dos limites de um ecossistema, tendo âmbito local, como ocorre com o enxofre e o cálcio. O ciclo gasoso ou global tem como reservatório a atmosfera ou os mares e seu âmbito é amplo, envolvendo todo o planeta. Tal é o caso da água, carbono, nitrogênio e oxigênio.

O conhecimento da estrutura e dinâmica dos ciclos biogeoquímicos é de fundamental importância porque as atividades humanas introduzem nos ecossistemas, várias substâncias novas e com potencial efeito tóxico, que estabelecem padrões de ciclagem biogeoquímica, causando danos por onde passa. Outra conseqüência negativa da ação humana pode ser o bloqueio ou alteração dos ciclos biogeoquímicos naturais, tornando-os acíclicos. Com isso, há uma perda de recursos naturais deixando pobre os ecossistemas, ou mesmo, degenerando-os.

A recuperação de ciclos biogeoquímicos em processo de degeneração, que exige transformar processos acíclicos em cíclicos, é aspecto prático de capital importância na Ecologia moderna.

CICLO DA ÁGUA

A água é o constituinte orgânico mais abundante nos seres vivos e, por isso, o mais essencial para a manutenção da vida. A própria biomassa dos ecossistemas é proporcional ao índice pluviométrico.

Há muito mais água associada aos minerais das camadas geológicas mais profundas - e, portanto, indispensáveis aos seres vivos - do que no ciclo da água (ou ciclo hidrológico). Desta, 97% está no reservatório (os oceanos). O reservatório de água doce são as geleiras, que possuem 77% dela.

O ciclo da água consiste na evaporação, formação de nuvens e precipitação sob a forma líquida (chuva, orvalho, nevoeiro) ou sólida (neve, granizo). A presença da vegetação atua mantendo a umidade atmosférica, regulando as chuvas e protegendo o solo da erosão. Já nas cidades e áreas desmatadas ocorre o fenômeno inverso. Além disso, estando o solo impermeabilizado (pela cobertura de asfaltos e construções), a água da chuva é rapidamente escoada e perdida para os rios.

As atividades humanas são, agora, capazes de causar impactos significativos sobre o ciclo da água. O principal deles é a retirada da água dos rios e lagos para consumo humano - que seguiria para os oceanos. Estima-se que para o fim do século XX, 75% dessa água seja retirada, nos EUA. A conseqüência imediata disso seria uma maior taxa de evaporação continental e, em decorrência, um aumento sensível nas chuvas sobre áreas continentais.

Acidente nuclear de Chernobyl e chuva radiativa

25 de abril de 1986. Data prevista para o inicio de trabalhos rotineiros de manutenção na unidade 4 da usina nuclear de Chernobyl próximo a Kiev, no sudoeste da antiga União Soviética.

Houve, no entanto, uma pequena mudança no cronograma original, planejada com a antecedência de praxe nestes casos. Antes do desligamento da unidade, o engenheiro eletricista - que não dominava profundamente as peculiaridades deste tipo de reator - no comando da operação ordenou a execução de uma experiência, destinada a testar a melhor forma de reagir a uma queda na alimentação elétrica dos sistemas de controle e manutenção.

A realização da experiência exigiu o desligamento do sistema de resfriamento de emergência e o uso de controles manuais, no lugar dos mais seguros mecanismos automáticos. O engenheiro responsável sentia-se seguro de si. Então, uma impressionante sucessão de equívocos se deu, sequer detidos diante dos disparos dos alarmes, ignorados pelo confiante engenheiro.

O procedimento do teste continuou até a madrugada do dia seguinte. À 1:23 horas a potência do reator começou a subir lentamente, além do previsto. Foi dada a ordem de desligá-lo, introduzindo todas as barras de controle. Mas elas ficaram bloqueadas no meio do caminho pela enorme pressão de vapor que percorria os tubos de circulação. Ouviu-se um estrondo não muito forte. O operador desligou os motores, movendo as barras na esperança de que caíssem pela força da gravidade. Mas isso não ocorreu; já haveria danos irreparáveis no núcleo do reator.

À 1:24 horas ocorreram duas explosões em seqüência, espalhando no ar centelhas e pedaços de material incandescente. Peças foram lançadas até o telhado e a sala de operações. Iniciaram-se vários incêndios. A tampa de cimento do reator, de 700 toneladas, foi violentamente levantada e jogada fora. Com a força da explosão, a máquina de carga de combustível caiu sobre o reator, aumentando a destruição.

O aquecimento excessivo da água do reator e reações químicas com o bloco de grafite produziram uma nuvem de vapor radioativo (com partículas de iodo, criptônio, xenônio, terúlio e césio) que escapou para a atmosfera.

Até o final do dia, já haviam dois mortos e 132 hospitalizados, dos quais 29 faleceram dias depois.

A nuvem de material radioativo atingiu logo uma altura de 1200 metros e seguiu em direção a Europa Central e Escandinávia. Dez dias depois já havia alcançado 12.000 metros de altura e se espalhando, também, pela Ásia.

Esse vapor radioativo passou a integrar o ciclo hidrológico e desceu à terra por meio de precipitação, formando a chuva radiativa. Quando os produtores absorvem a água radiativa acumulam a radiação e passam-na para outros níveis tróficos, sendo máxima no último consumidor da cadeia alimentar, geralmente o ser humano.

Uma das unidades de medidas usada para quantificar a dose recebida de radiação é o rad, correspondente a absorção de energia na ordem de 100 ergs por grama de tecido corporal.

Efeitos de uma exposição aguda, alta dose em pouco tempo.

Dose (rads)

EFEITO CLÍNICO

< 100

Redução no número de leucócitos

100 - 470

Hemorragias pelo nariz, náuseas, febre

470 - 1200

Morte da metade das vítimas em uma semana

1200 - 1400

Morte de todas as vítimas em uma semana

1400 - 2500

Morte a partir do 3º dia com lesões no sistema nervoso central

Várias pessoas que estavam na usina no momento da explosão e bombeiros que acudiram o local para apagar os incêndios ficaram expostos a doses de 1200 a 1600 rads, vindo depois a falecer, como heróis nacionais. Num raio de dez quilômetros da usina, a radiação permaneceu no valor de 870 rads durante algumas semanas.

Depois do acidente, muitas pessoas na União Soviética apresentaram hipotiroidismo (queda na produção de hormônio da glândula tiróide) e câncer, principalmente na tiróide, órgão que acumula o iodo radioativo.

As populações da quase totalidade dos países europeus não devem ter recebido doses de radiação significativamente maiores do que aquelas a que estão submetidas as populações brasileiras de nossas áreas de alta radiatividade natural como Araxá, Poços de Caldas, Guarapari e Morro do Ferro (MG).

O mais grave acidente nuclear ocorrido no Brasil não teve as dimensões de Chernobyl. Tratou-se mais de uma tragédia familiar que serviu de lição a todos e de advertência às autoridades que precisam ser mais rigorosas no controle de material radiativo.

` Num ferro-velho de Goiânia, alguns sucateiros abriram uma velha e desativada bomba de Césio, retirada das ruínas do Instituto Goiano de Radioterapia. Sua cápsula possuía 19 gramas de cloreto de césio.

Ao ser arrombada, o brilho suave e semelhante a purpurina fascinou as vítimas, principalmente as crianças que chegaram a passar pelo corpo para que brilhasse no escuro.

Depois da festa, a tragédia. Dezenas de pessoas manifestaram os efeitos da radiação do césio-137: ulcerações, necroses, queimaduras na pele e perdas de dedos. Além de vários casos de invalidez, houveram muitos mortos.

Este infeliz episódio deve fazer as autoridades responsáveis pensarem em como estocar o "lixo atômico" - gerado em laboratórios, clínicas radioterápicas e usinas nucleares -, de modo a não permitir o escape de radiação ou o seu manejo acidental e inadvertido.

CICLO DO CARBONO

O carbono é um elemento fundamental na formação de compostos orgânicos, como proteínas, carboidratos e lipídeos que compõem 30% do corpo humano.

Na Terra, uma grande quantidade de carbono está armazenada nas rochas sedimentares, na forma de carbonato de cálcio e magnésio ou de combustível fóssil (petróleo e carvão). A atividade industrial humana, crescente desde o século XVIII, tem introduzido carbono destas fontes no ciclo, o que não ocorre naturalmente. Um aspecto importante dessa ação poluidora é a de que a queima de combustíveis fósseis e de matéria orgânica produz o gás monóxido de carbono (CO). Ele é extremamente perigoso pois além de ser dificilmente perceptível - é inodoro e incolor -, reage com a hemoglobina do sangue formando um composto estável. Deste modo, a hemoglobina não consegue mais transportar oxigênio e a vítima pode morrer lentamente, asfixiada.

Entre os compartimentos do ciclo do carbono, são os oceanos que estocam em maiores quantidades; uma pequena parte na forma de gás carbônico dissolvido na água e, a maior parcela, na forma de íons carbonato e bicarbonato.

Mas é na atmosfera, como gás carbônico, que o carbono se apresenta disponível para ser utilizado pelos vegetais, na fotossíntese, e assim transformar-se em alimento para o resto da cadeia alimentar. Ele retorna para a atmosfera pelos processos de respiração, bem como pela combustão de matéria orgânica.

As florestas são as grandes fixadoras terrestres do carbono existente na atmosfera. Somente as florestas tropicais contêm cerca de 350 bilhões de toneladas de carbono, quase a metade do que possui a atmosfera, sendo que cada hectare retira da atmosfera, em média, 9 quilos de carbono por ano. No ambiente marinho o papel das florestas é desempenhado pelo fitoplâncton que, ademais, é responsável pelo processo conhecido como bomba biológica, pelo qual uma imensa quantidade de CO2 (cerca de 15% do carbono assimilado pelo fitoplâncton) é armazenada no fundo dos oceanos, já que a temperatura mais baixa e a densidade maior da água profunda impedem que se misture com as águas mais quentes das camadas superiores.

Efeito estufa e as queimadas

A partir do século XVIII, com o advento da Revolução Industrial, o homem introduziu um novo caminho no ciclo de carbono. Trata-se de sua introdução na atmosfera, pela queima de combustíveis fósseis, para obtenção de energia. Isso não tem sido compensado completamente por um aumento na taxa de retirada de CO2 (gás carbônico) da atmosfera pela combustão de petróleo e carvão, lá permaneceram. Durante a década de 80 a taxa de emissão de carbono, pela atividade industrial, tem sido de, aproximadamente 6 bilhões de toneladas/ano.

Há vários anos especula-se sobre os efeitos desse aumento de estoque de carbono na atmosfera. Em agosto de 1979, o cientista e escritor Isaac Asimov escreveu um artigo - pioneiro - comentando informações recentes sobre a atmosfera do planeta Vênus, com 95% de CO2 e muito quente, e fazia uma advertência de que a poluição do ar estivesse provocando o aumento gradativo de temperatura terrestre, num processo semelhante ao que teria ocorrido, em condições naturais, em Vênus. Pela primeira vez, usou-se a expressão efeito estufa para definir o fenômeno.

O efeito estufa é a reprodução, em escala planetária, do fenômeno de aquecimento que ocorre quando se deixa um carro fechado sob o Sol. A luz atravessa os vidros fechados, aquece o interior do veículo e o calor não consegue escapar, porque os vidros retêm os raios infravermelhos. Disso resulta uma enorme elevação de temperatura.

Na atmosfera terrestre, o gás carbônico, o CFC, o óxido de nitrogênio (N2O) e o metano (CH4) cumprem o papel do vidro do automóvel. Assim, uma parte do calor retido volta a superfície e outra permanece na atmosfera, desregulando a balança térmica planetária. A concentração de gases causadores do efeito estufa tem aumentado nos últimos anos e tendem a continuar no mesmo ritmo. Esse crescimento será menor (linha tracejada) se severas medidas forem tomadas.

As conseqüências do efeito estufa tem sido motivo de debate - às vezes extremamente apaixonado e passional - entre cientistas e especialistas. Alguns garantem - os "catastróficos" - que o aumento da temperatura média, em apenas 2oC, seria suficiente para provocar o derretimento das geleiras. Isso provocaria uma elevação no nível do mar de até dois metros, inundando vastas áreas, além de grandes transtornos climáticos.

Por outro lado, os dados sobre elevação da temperatura terrestre são escassos e dúbios, já que foram tomados em poucos pontos do mundo - principalmente nas cidades, que são "ilhas de calor" - e por um período curto (nos últimos 120 anos). Mas há astrônomos que atribuem o aumento de 0,5oC, nos últimos cem anos, a mudanças na atividade solar (aumento no número de manchas solares).

Medidas sobre o nível do mar são contraditórias. Para alguns cientistas subiu 4 mm/ano entre 1920 e 1970; para outros abaixou, com o acúmulo de gelo na Groelândia.

Uma coisa é certa; houve um aumento significativo, no último século, da concentração atmosférica de gases causadores do efeito estufa.

Entretanto, isto não é um evento novo na história terrestre. Em eras geológicas remotas - como no Carbonífero (entre 255 e 50 milhões de anos atrás) - a atmosfera foi mais rica em gás carbônico do que atualmente, o que permitiu a existência de uma flora muito mais rica e abundante; bem como a formação de grandes depósitos de carbono fóssil (petróleo e carvão). A redução progressiva desse gás carbônico, pela própria atividade fotossintética, teria motivado o desaparecimento daqueles ecossistemas primitivos, dominados por samambaias gigantes.

Durante a década de 80, a fronteira agrícola brasileira - praticamente saturada na Região Sudeste e conquistada a Região Centro-Oeste - avançam sobre a Amazônia, principalmente na Rondônia e Pará. Nestes estados instalou-se a pecuária de corte; uma opção mais fácil e rendosa para se ocupar da terra, comprada a baixo preço. Conseqüentemente, os desmatamentos e as queimadas (método primitivo e barato para a retirada rápida da floresta) começaram a se espalhar pela Amazônia.

Em 29 de agosto de 1988, um editorial do jornal Norte-americano The New York Times acusou as queimadas brasileiras (descoberto pelo satélite NOAA devido ao seu grande número no inverno deste ano) de serem um dos principais responsáveis do efeito estufa, contribuindo com 10% do total de gás carbônico lançado na atmosfera. Estava aberta a temporada de caça aos poluidores do Terceiro Mundo, na qual jornais e entidades de todo o mundo nos culpavam pelo efeito estufa. Sendo resultado de uma herança cultural, a queimada é usada tanto pelo pequeno agricultor com pelo latifundiário. Com isso produz-se muito gás carbônico, agravando o efeito estufa, e destrói-se florestas tropicais.

A verdade é que esqueciam-se dos verdadeiros e reais responsáveis por isso: as nações industrializadas. Com a queima de combustíveis fósseis para geração de energia, movimento de veículos e aquecimento doméstico produzem muito mais gás carbônico do que as queimadas, estimado em 200 milhões de toneladas por ano, apenas 3% do total. Somente o gás carbônico aumentou em 9%.

Em termos de área destruída, a taxa média de desmatamento anual na Amazônia, entre 1978 e 1989, foi de 21.800 Km2. Até o inicio da década de 90, cerca de 8% da Amazônia legal havia sido desmatada, o que supõe uma área de 394.000 Km2, o equivalente aos Estados de São Paulo e Santa Catarina juntos. Entretanto, serve como um pequeno sinal de esperança a diminuição no ritmo de desmatamento, observado nos últimos anos. No período de 1978 a 1979 foram devastados 21.135 km2/ano; entre 1987 e 89 foi 17.871 km2/ano e, finalmente, para o biênio 1989-90 reduziu-se a 13.818 km2/ano.

Ainda que as queimadas amazônicas não contribuam muito para o efeito estufa, elas trazem conseqüências graves. A primeira delas é a perda de estabilidade no clima do Hemisfério Norte, pois 80 a 90% da energia solar que incide na Amazônia é utilizada para aquecimento do ar e produção de vapor d'água - graças a transpiração da imensa biomassa vegetal - que é transportado rumo ao norte, garantindo o aquecimento e as chuvas na América do Norte. Outro efeito negativo é a destruição do húmus, única fonte de nutrientes para as árvores. Sem ele o solo amazônico logo fica pobre e sem árvores, facilmente é arrastado pelas chuvas.

Finalmente, a queima das florestas acelera o empobrecimento do patrimônio genético amazônico.

Por estas razões as queimadas devem ser evitadas. Não só isso, convêm promover o reflorestamento das áreas destruídas como uma forma de absorver parte do excesso de gás carbônico, existente atualmente na atmosfera; o qual seria transformado em árvores reduzindo, assim, o perigo de um possível efeito estufa.

CICLO DE OXIGÊNIO

O oxigênio é importante para os seres vivos nos processos energéticos, uma vez que atua na respiração como comburente.

Seu ciclo é estreitamente ligado ao do carbono por se combinar facilmente com esse elemento e por ter surgido na Terra graças à fotossíntese, que utiliza CO2 como matéria prima. A principal evidência da origem biológica do O2 é a ausência de minerais oxidados (óxidos de ferro) nas rochas sedimentares primitivas. O oxigênio atmosférico (reservatório utilizável pelos seres vivos) reage com os minerais do solo, oxidando-os; desta forma, fica indisponível aos seres vivos.

A grande fonte de O2 atual não são os vegetais terrestres, mas as algas marinhas que produzem de 80 a 90% do oxigênio atmosférico.

Por ser muito reativo, o oxigênio encontra-se combinado com muitos elementos químicos. Além da oxidação, já comentada, ele reage consigo mesmo - na alta atmosfera, sob a ação dos raios ultravioleta - produzindo o ozônio (O3). Com o processo de combustão de matéria orgânica e vulcanismo, ele combina-se com o carbono, formando CO2.

A Camada de Ozônio

A camada de ozônio (O3) é uma das camadas da atmosfera terrestre, conhecida como estratosfera; que está entre 20 e 50 Km de altitude. A maior concentração de O3 dá-se entre 20 e 25 Km de altitude.

Essa camada surgiu há cerca de 400 milhões de anos, quando começou a se acumular na atmosfera uma quantidade suficiente de oxigênio (O2). Este reagia com oxigênio livre (O), estimulado e energizado pelas radiações ultravioleta (UV), logo abaixo da estratosfera, formando o O3.

O seu aparecimento permitiu a evolução dos vertebrados terrestres pois ele absorve radiações UV, na alta atmosfera (e rompe suas ligações formando oxigênio livre). Se estas radiações chegassem com grande intensidade no solo, provocariam feridas na pele, câncer e mutações degenerativas; o que prejudicaria muito e evolução de novos seres vivos, além de tornar inviável a vida na Terra.

O ozônio está, constantemente, sendo consumido e produzido - num permanente ciclo, associado ao ciclo de oxigênio -, num processo natural e com equilíbrio delicado.

A atividade humana pode alterar esse equilíbrio. É o que parece estar ocorrendo ultimamente e foi descoberto através de fotos obtidas pelo satélite norte-americano Nimbus-7, em outubro de 1987. O buraco na camada de ozônio está sobre a Antártida (mancha negra) e variou de tamanho nos últimos anos. Em 1986 chegou a ter o tamanho dos EUA e a altura do Monte Everest.

Poluentes, como o cloro, aumentam a velocidade de destruição de O3, alterando o equilíbrio do ciclo de ozônio. Átomos de cloro "roubam" átomos de oxigênio, liberando O2 e monóxido de cloro. Este último reage com o cloro formando O2 e cloro. Deste modo, o ciclo de destruição de O3 continua indefinidamente. Anualmente, de dezembro a março, a camada de ozônio sofre pequenas reduções, provavelmente relacionadas com a atividade solar e com as mudanças climáticas. Mas a partir de 1987, a perda de O3 foi mais drástica, principalmente na Antártida.

A redução na camada de ozônio permite a passagem de uma maior quantidade de raios UV. Isso pode provocar problemas no sistema imunológico humano (facilitando as doenças e o ataque de parasitas); deficiências genéticas e câncer de pele. Estima-se que a perda de 1% na camada de ozônio, levaria a 70.000 novos casos desse tipo de câncer. Culturas agrícolas, como ervilha, feijão e soja teriam a produtividade reduzida.

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