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Um ciclo de nutrientes refere-se ao movimento e troca de matéria orgânica e inorgânica de volta à produção de matéria viva. O processo é regulado pelas vias da teia alimentar que decompõem a matéria orgânica em nutrientes inorgânicos. Os ciclos de nutrientes ocorrem dentro dos ecossistemas.
Os ciclos de nutrientes na natureza são chamados de ciclos biogeoquímicos porque os elementos se movem ciclicamente do meio ambiente para os organismos vivos e de volta ao meio ambiente.
Ecossistemas ilustram a reciclagem em circuito fechado onde a demanda por nutrientes adicionados ao crescimento da biomassa excede a oferta naquele sistema. Existem diferenças regionais e espaciais nas taxas de crescimento e câmbio de materiais, onde alguns ecossistemas podem estar em dívida de nutrientes (sumidouros) e outros terão um suprimento extra (fontes). Essas diferenças são provocadas pela história geológica e topografia.
Em uma teia alimentar, um loop ou ciclo é definido como uma sequência direcionada de um ou mais links que começa e termina na mesma espécie. Por exemplo, no oceano, as bactérias são exploradas por protozoários como microflagelados heterotróficos que são então explorados pelos ciliados. Esta atividade de pastoreio é seguida pela excreção de substâncias que são então utilizadas pelas bactérias para que o funcionamento do sistema seja um circuito fechado.
A digestão enzimática da celulose é um exemplo de reciclagem ecológica. A celulose, que está entre os compostos orgânicos mais abundantes na Terra, é o principal polissacarídeo nas plantas onde forma as paredes celulares. As enzimas que degradam a celulose participam da reciclagem ecológica dos materiais vegetais naturais. Diferentes ecossistemas podem ter diferentes taxas de reciclagem de lixo.
Os elementos químicos são constantemente reciclados após serem usados da seguinte forma:
Cada elemento tem seu ciclo de nutrientes e cada ciclo tem um caminho único que inclui reservatórios, piscinas de troca e tempos de residência.
Reservatório – Uma região onde o elemento está em sua maior concentração e é retido e armazenado por algum tempo. Por exemplo, carvão ou combustíveis fósseis são reservatórios de carbono.
Pools de troca – quando os elementos são mantidos por curtos períodos de tempo. Por exemplo, plantas e animais usam esses elementos em seus sistemas temporariamente e os liberam de volta ao meio ambiente.
Tempo de residência – A quantidade de tempo que um elemento é mantido em um local.
A energia flui direcionalmente através dos ecossistemas da Terra, normalmente entrando na forma de luz solar e saindo na forma de calor. No entanto, os componentes químicos que compõem os organismos vivos são diferentes: eles são reciclados.
O dióxido de carbono e o metano são exemplos de compostos de carbono que circulam na atmosfera e influenciam os climas globais. Através dos processos de fotossíntese e respiração, o carbono também circula entre organismos vivos e componentes não vivos do ecossistema.
O ciclo 'rápido' do carbono é o movimento do carbono através de componentes bióticos no ambiente. Plantas e outros organismos que são capazes de fotossíntese obtêm dióxido de carbono de seu ambiente e o usam para construir substâncias biológicas. Plantas, animais e decompositores, como bactérias e fungos, devolvem o dióxido de carbono à atmosfera pela respiração.
O movimento do carbono através dos elementos abióticos no ambiente, como rochas, solo e oceanos, forma o ciclo lento do carbono. A movimentação do carbono através desses elementos abióticos pode levar até 200 milhões de anos.
Como organismos como bactérias fixadoras de nitrogênio usam nitrogênio para sintetizar as moléculas biológicas necessárias para a sobrevivência, o nitrogênio atmosférico tem que ser primeiro convertido em amônia por bactérias fixadoras de nitrogênio em ambientes aquáticos e do solo. A amônia é então convertida em nitrito e nitrato pelas bactérias. As plantas obtêm nitrogênio do solo absorvendo amônio (NH4-) e nitrato através de suas raízes. Nitrato e amônio são então usados para produzir compostos orgânicos. Os animais então consomem as plantas e, assim, obtêm o nitrogênio nos compostos orgânicos. O nitrogênio na forma orgânica é então passado pela cadeia alimentar quando outros animais comem esses animais. Os decompositores então devolvem a amônia ao solo pela decomposição de resíduos sólidos e matéria morta ou em decomposição. Bactérias nitrificantes convertem amônia em nitrito e nitrato. Bactérias desnitrificantes então convertem nitrito e nitrato em nitrogênio, liberando nitrogênio de volta para a atmosfera.
O fósforo é um nutriente essencial necessário para o crescimento de plantas e animais também. Tem um papel vital no desenvolvimento celular e é um componente chave de moléculas que armazenam energia, como Adenosina Trifosfato (ATP), Ácido Desoxirribonucleico (DNA) e lipídios.
As rochas quando em contato com a água da chuva liberam íons de fosfato e outros minerais ao longo do tempo. Este fosfato inorgânico é então distribuído nos solos e na água. As plantas então absorvem fosfato inorgânico do solo, e essas plantas podem então ser consumidas por animais. O fosfato é então incorporado em moléculas orgânicas, como o DNA, e quando plantas ou animais morrem e se decompõem, o fosfato orgânico é devolvido ao solo. As bactérias no solo decompõem a matéria orgânica em formas de fosfato que são absorvíveis pelas plantas. É também um processo chamado mineralização. O fósforo no solo pode então acabar em cursos de água e oceanos e pode ser incorporado em sedimentos ao longo do tempo.
O enxofre é um sólido em sua forma natural e nesta forma; está restrito ao ciclo sedimentar. Ele pode ser transportado por processos físicos como vento, erosão pela água e eventos geológicos como erupções vulcânicas. Também pode ser transportado pelo oceano e para a atmosfera, terra e de volta aos oceanos através de seus compostos como dióxido de enxofre, ácido sulfúrico, sais de sulfato ou enxofre orgânico por chuvas e rios.
Plantas e animais desempenham um papel no ciclo de oxigênio através da atmosfera. Como você sabe, o oxigênio é crucial para muitos animais, incluindo humanos. Nós respiramos oxigênio e nossos corpos o usam para produzir energia durante um processo chamado respiração celular. Esse processo libera dióxido de carbono como um produto residual, que é o que expiramos. As plantas absorvem dióxido de carbono durante a fotossíntese, na qual produzem alimento e oxigênio. O oxigênio é liberado e o ciclo recomeça.
O critério mais importante para a vida é a água. Assim como o ciclo do carbono, o ciclo da água é o processo de movimentação da água entre os seres vivos, a Terra e a atmosfera. A água evapora de corpos de água na Terra, como lagos, rios e oceanos. O vapor de água condensa nas nuvens e forma precipitação que devolve a água à Terra. Na Terra, parte da água retorna aos lagos e oceanos de onde se originou e parte penetra no solo, formando águas subterrâneas. Organismos vivos, como plantas e animais, consomem água. A água evapora novamente, continuando o ciclo.
Alguns cientistas argumentam que o ecossistema é capaz de reciclagem completa. A reciclagem completa significa que 100% do material residual pode ser reconstituído indefinidamente. Outros cientistas contestam essa ideia, alegando que a reciclagem completa não é possível para resíduos tecnológicos.
A reciclagem ecológica é muito comum na agricultura orgânica. Fazendas orgânicas que realizam reciclagem ecossistêmica suportam mais espécies, portanto, possuem uma estrutura de teia alimentar diferente. O modelo de agricultura de reciclagem ecológica segue os princípios abaixo:
1. Transformação da matéria de uma forma para outra – Os ciclos de nutrientes permitem a transformação da matéria em diferentes formas específicas que possibilitam a utilização desse elemento em diferentes organismos.
2. Transferência de elementos de um local para outro – Os ciclos de nutrientes permitem a transferência de elementos de um local para outro. Alguns elementos estão altamente concentrados em áreas inacessíveis à maioria dos organismos vivos, como o nitrogênio na atmosfera. Os ciclos de nutrientes permitem que esses elementos sejam transferidos para locais mais acessíveis, como o solo.
3. Funcionamento dos ecossistemas – Os ciclos de nutrientes auxiliam o funcionamento dos ecossistemas. O ecossistema, que requer o estado de equilíbrio para funcionar adequadamente, restaura o estado de equilíbrio através dos ciclos de nutrientes.
4. Armazenamento de elementos – Os ciclos de nutrientes facilitam o armazenamento de elementos. Os elementos que são transportados pelos ciclos de nutrientes são armazenados em seus reservatórios naturais e são liberados para os organismos em pequenas quantidades que são consumíveis.
5. Ligar organismos, vivos e não vivos – Os ciclos de nutrientes ligam organismos vivos a organismos vivos, organismos vivos a organismos não vivos e organismos não vivos a organismos não vivos. Isso é essencial porque todos os organismos dependem uns dos outros e são vitais para a sobrevivência dos organismos vivos. Esses organismos estão ligados pelo fluxo de nutrientes que é projetado pelos ciclos de nutrientes.
6. Regular o fluxo de substâncias – Os ciclos de nutrientes regulam o fluxo de substâncias. À medida que os ciclos de nutrientes passam por diferentes esferas, o fluxo de elementos é regulado, pois cada esfera tem um meio e uma taxa particulares na qual o fluxo de elementos é determinado pela viscosidade e densidade do meio. Portanto, os elementos nos ciclos de nutrientes fluem em taxas diferentes dentro do ciclo e isso regula o fluxo de elementos nesses ciclos.
