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segunda-feira, 14 de fevereiro de 2011

O ciclo do carbono

O carbono está presente nos compostos orgânicos (aqueles presentes ou formados pelos organismos vivos) e nos inorgânicos, como grafite e diamante. C combina-se e é química e biologicamente ligado aos ciclos do O e H para formar os compostos da vida. CO2 é o composto orgânico de C mais abundante na atmosfera, mas compostos orgânicos como CH4 ocorrem em menor quantidade. Parte do ciclo do C é inorgânica, e, os compostos não dependem das atividades biológicas. O CO2 é solúvel em água, sendo trocado entre a atmosfera e a hidrosfera por processo de difusão. Na ausência de outras fontes, a difusão de CO2 continua em um outro sentido até o estabelecimento de um equilíbrio entre a quantidade de CO2 na atmosfera acima da água e a quantidade de CO2 na água. Co2 entra nos ciclos biológicos por meio da fotossíntese, e, a síntese de compostos orgânicos constituídos de C, H, O, a partir de CO2 e água, e energia proveniente da luz.

Abaixo segue um texto elaborado por Claudia Rocha Martins, Pedro Afonso de Paula Pereira, Wilson Araújo Lopes e Jailson B. de Andrade e publicado na revista Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n° 5, em novembro de 2003:

A importância do carbono e de seus compostos é indiscutível. Este é onipresente na natureza e seus compostos (e.g. proteínas, carboidratos e gorduras) são constituintes essenciais de toda a matéria viva, e fundamentais na respiração, fotossíntese e regulação do clima. Existe uma grande variedade de compostos de carbono envolvidos no seu ciclo global, dos quais serão abordados os principais compostos presentes na atmosfera: dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), hidrocarbonetos não metânicos (HCNM) e monóxido de carbono (CO).

Figura 2: Ciclo global do carbono



Os reservatórios de CO2 na atmosfera, litosfera e oceanos são extremamente grandes. Os fluxos entre estes compartimentos são bidirecionais e quase em balanço, o que faz com que as estimativas de troca sejam difíceis.

A Figura 2 ilustra as principais rotas de troca estabelecidas para o CO2, em processos biogeoquímicos envolvendo os três compartimentos, enquanto a Figura 3 ilustra estimativas de quantidades aproximadas contidas em cada ambiente e os fluxos anuais (GtC/ ano) entre os mesmos.

Figura 3: Fluxos e quantidades de Dióxido de Carbono nos compartimentos

Figura 3: Fluxos e quantidades de Dióxido de Carbono nos compartimentos
As trocas de CO2 entre a atmosfera e a biosfera terrestre ocorrem principalmente através da fotossíntese e a respiração por plantas. Estes dois processos podem ser resumidos pelas seguintes equações:

Fotossíntese:

H2O + CO2 + hν → (CH2O)n + O2 (1)

Respiração:

(CH2O)n + O2 → CO2 + H2O + Energia (2)

Dessa maneira, parte do CO2 fixado segundo a equação 1, é reemitido segundo a equação 2. O restante será armazenado, na forma de biomassa, pelas folhas, caules, raízes, etc, no que é chamado de Produção Primária Líquida (PPL). Essa biomassa, ao ser consumida, como alimento, por organismos heterotróficos, é parcialmente reconvertida de forma imediata a CO2 pela respiração e, posteriormente, por processos de decomposição da matéria orgânica, através da morte de animais e plantas e ataque por microrganismos. No decorrer de um tempo suficientemente longo, a respiração e a decomposição dos organismos heterotróficos tende a balancear a PPL.

A fixação do CO2 pelos oceanos se dá através da dissolução do gás na água e por fotossíntese. A dissolução do CO2 pode ser expressa pelas seguintes equações:

CO2(g) ⇌ CO2(aq) (3)

H = 3,4 x 10-2 mol L-1 atm-1

CO2(aq) + H2O(l) ⇌ H2CO3 (aq) (4)

K = 2,0 x 10-3

H2CO3(aq) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + HCO3-(aq) (5)

K = 4,3 x 10-7 mol L-1

HCO3-(aq) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + CO32- (aq) (6)

K = 4,7 x 10-11 mol L-1

A espécie predominante irá depender do pH da água e das respectivas constantes de equilíbrio das reações. De modo aproximado, a 15 0C e valores de pH abaixo de 5,0, prevalece o CO2(aq), enquanto para pH acima de 10,5 prevalece o CO32-(aq). Para pH próximos a 8,0 praticamente só existe o íon HCO3-. No caso de oceanos, em que o pH da água está próximo a 8,0, a espécie solúvel predominante será, portanto, o íon bicarbonato, HCO3-.

A principal rota de transferência do CO2 para o fundo dos oceanos é pela sedimentação de carbonato de cálcio insolúvel, CaCO3, na forma de organismos formadores de exoesqueletos, como conchas, moluscos, etc. Sua decomposição ao longo de milhões de anos leva à formação de depósitos ricos em hidrocarbonetos (e.g. petróleo) e carvão. Outra parte é re-dissolvida por processos químicos e biológicos, permanecendo como fração solúvel.

O CO2 é também fixado na forma de carbono orgânico, pela fotossíntese de algas na superfície ensolarada das águas e pelo crescimento resultante do fitoplancton. Esse CO2 retorna à atmosfera através da respiração e decomposição da biomassa assim formada.

O balanço de massa no fluxo de CO2 entre a atmosfera e o oceano é resultado de um desequilíbrio nas concentrações desse gás entre os dois compartimentos, de acordo com a localização. Assim, em regiões próximas ao equador, as águas quentes favorecem uma transferência maior do oceano para a atmosfera, enquanto em médias e altas latitudes predomina o processo inverso, em que CO2 da atmosfera é dissolvido nas águas frias. Alguns modelos globais sugerem que há uma transferência líquida de CO2 da atmosfera para os oceanos na faixa de 2,0 ± 0,8 GtC/ano.

De acordo com medições efetuadas em camadas de gelo na Antártica, a quantidade de CO2 no ar, nos últimos 200.000 anos, variou entre 200 e 280 g/t, denotando uma grande estabilidade nos processos de formação e remoção e, assim, mantendo-se até o século 19, no limiar da revolução industrial. Nos últimos 130 anos, contudo, sua concentração aumentou dos originais 280 g/t a cerca de 360 g/t em meados da década de 1990, num aumento de quase 30%. Atualmente, esse aumento é de cerca de 0,5% anuais, o qual, caso mantido, dobrará a quantidade no tempo aproximado de um século e meio. Esse acréscimo é atribuído, principalmente, à queima de combustíveis fósseis e, em certo grau, aos processos de desflorestamento e queimadas. É interessante notar que a emissão total de carbono decorrente dessas atividades vem crescendo a taxas de 4,3% ao ano desde a revolução industrial, portanto cerca de oito vezes maiores do que as taxas de crescimento da concentração de CO2. Caso todo o CO2 emitido por estes processos permanecesse na atmosfera, seria esperada uma quantidade bem maior do que a atual. Existem, portanto, importantes mecanismos de remoção dessa produção excedente, sendo os oceanos um deles, através da absorção, enquanto a retirada de CO2 através de processos de replantio seria outro. Não obstante, é importante frisar que cerca de 3,3 GtC, líquidas, como CO2, estão sendo introduzidos na atmosfera do planeta a cada ano, com conseqüências globais sobre o clima, as quais vem sendo amplamente discutidas em diversos foros.

Revista Banas Qualidade

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