CICLO DO OXIGÊNIO: CARACTERÍSTICAS, RESERVATÓRIOS E ETAPAS - MEIO AMBIENTE - 2025

O ciclo do oxigênio se refere ao movimento circulatório do oxigênio na Terra. É um ciclo biogeoquímico gasoso. O oxigênio é o segundo elemento mais abundante na atmosfera depois do nitrogênio e o segundo mais abundante na hidrosfera depois do hidrogênio. Nesse sentido, o ciclo do oxigênio está conectado ao ciclo da água.

O movimento circulatório de oxigênio inclui a produção de dioxigênio ou oxigênio molecular de dois átomos (O ₂). Isso ocorre devido à hidrólise durante a fotossíntese realizada pelos diferentes organismos fotossintéticos.

Reservatório de oxigênio: floresta nublada, Parque Nacional Waraira Repano, Venezuela. Arnaldo Noguera Sifontes, do Wikimedia Commons

O O ₂ é utilizado pelos organismos vivos na respiração celular, gerando a produção de dióxido de carbono (CO ₂), sendo este último uma das matérias-primas para o processo de fotossíntese.

Por outro lado, na alta atmosfera ocorre a fotólise (hidrólise ativada pela energia solar) do vapor d'água, causada pela radiação ultravioleta do sol. A água se decompõe liberando hidrogênio que é perdido na estratosfera e o oxigênio é integrado à atmosfera.

Quando uma molécula de O ₂ interage com um átomo de oxigênio, o ozônio (O ₃) é produzido. O ozônio constitui a chamada camada de ozônio.

Caracteristicas

O oxigênio é um elemento químico não metálico. Seu número atômico é 8, ou seja, possui 8 prótons e 8 elétrons em seu estado natural. Em condições normais de temperatura e pressão, está presente na forma de gás dioxigênio, incolor e inodoro. Sua fórmula molecular é O ₂.

O ₂ inclui três isótopos estáveis: ¹⁶ O, ¹⁷ O e ¹⁸ O. A forma predominante no universo é ¹⁶ O. Na Terra, representa 99,76% do oxigênio total. O ¹⁸ O representa 0,2%. A forma ¹⁷ O é muito rara (~ 0,04%).

Origem

O oxigênio é o terceiro elemento mais abundante no universo. A produção do isótopo ¹⁶ O começou na primeira geração de queima de hélio solar que ocorreu após o Big Bang.

O estabelecimento do ciclo de nucleossíntese carbono-nitrogênio-oxigênio em gerações posteriores de estrelas forneceu a fonte predominante de oxigênio nos planetas.

Altas temperaturas e pressões produzem água (H ₂ O) no Universo, gerando a reação do hidrogênio com o oxigênio. A água faz parte da composição do núcleo da Terra.

Afloramentos de magma emitem água na forma de vapor e isso entra no ciclo da água. A água é decomposta por fotólise em oxigênio e hidrogênio por meio da fotossíntese e por radiação ultravioleta nos níveis superiores da atmosfera.

Atmosfera primitiva

A atmosfera primitiva antes da evolução da fotossíntese por cianobactérias era anaeróbia. Para organismos vivos adaptados àquela atmosfera, o oxigênio era um gás tóxico. Ainda hoje, uma atmosfera de oxigênio puro causa danos irreparáveis ​​às células.

A fotossíntese originou-se na linha evolutiva das cianobactérias de hoje. Isso começou a mudar a composição da atmosfera da Terra há aproximadamente 2,3-2,7 bilhões de anos.

A proliferação de organismos fotossintetizantes mudou a composição da atmosfera. A vida evoluiu para a adaptação a uma atmosfera aeróbia.

Energias que conduzem o ciclo

As forças e energias que atuam para impulsionar o ciclo do oxigênio podem ser geotérmicas, quando o magma expele vapor de água, ou pode vir da energia solar.

Este último fornece a energia fundamental para o processo de fotossíntese. A energia química na forma de carboidratos resultante da fotossíntese, por sua vez, conduz todos os processos vivos pela cadeia alimentar. Da mesma forma, o Sol produz aquecimento planetário diferencial e provoca correntes atmosféricas e marinhas.

Relação com outros ciclos biogeoquímicos

Devido à sua abundância e alta reatividade, o ciclo do oxigênio está conectado a outros ciclos como o CO ₂, o nitrogênio (N ₂) e o ciclo da água (H ₂ O). Isso confere um caráter multicíclico.

Os reservatórios de O ₂ e CO ₂ estão ligados por processos que envolvem a criação (fotossíntese) e a destruição (respiração e combustão) de matéria orgânica. No curto prazo, essas reações de oxidação-redução são a principal fonte de variabilidade na concentração de O ₂ na atmosfera.

As bactérias desnitrificantes obtêm oxigênio para sua respiração dos nitratos do solo, liberando nitrogênio.

Reservatórios

Geosfera

O oxigênio é um dos principais componentes dos silicatos. Portanto, constitui uma fração significativa do manto e da crosta terrestre.

• Núcleo da Terra: no manto líquido externo do núcleo da Terra existem, além do ferro, outros elementos, incluindo o oxigênio.
• O solo: nos espaços entre partículas ou poros do solo, o ar é difundido. Esse oxigênio é utilizado pela microbiota do solo.

Atmosfera

21% da atmosfera é composta de oxigênio na forma de dioxigênio (O ₂). As outras formas de presença de oxigênio atmosférico são o vapor d'água (H ₂ O), o dióxido de carbono (CO ₂) e o ozônio (O ₃).

• Vapor de água: a concentração de vapor de água é variável, dependendo da temperatura, pressão atmosférica e correntes de circulação atmosférica (ciclo da água).
• Dióxido de carbono: CO ₂ representa aproximadamente 0,03% do volume de ar. Desde o início da Revolução Industrial, a concentração de CO ₂ na atmosfera aumentou 145%.
• Ozônio: é uma molécula que está presente na estratosfera em pequena quantidade (0,03 - 0,02 partes por milhão em volume).

Hidrosfera

71% da superfície da Terra é coberta por água. Mais de 96% da água presente na superfície da Terra está concentrada nos oceanos. 89% da massa dos oceanos é composta de oxigênio. O CO ₂ também _é dissolvido na água e está sujeito a um processo de troca com a atmosfera.

Criosfera

A criosfera se refere à massa de água congelada que cobre certas áreas da Terra. Essas massas de gelo contêm aproximadamente 1,74% da água da crosta terrestre. Por outro lado, o gelo contém quantidades variáveis ​​de oxigênio molecular aprisionado.

OU

A maioria das moléculas que constituem a estrutura dos seres vivos contém oxigênio. Por outro lado, uma grande proporção de seres vivos é água. Portanto, a biomassa terrestre também é uma reserva de oxigênio.

Estágios

Em termos gerais, o ciclo que o oxigênio segue como agente químico compreende duas grandes áreas que configuram seu caráter de ciclo biogeoquímico. Essas áreas são representadas em quatro etapas.

A área geoambiental engloba os deslocamentos e contenções na atmosfera, hidrosfera, criosfera e geosfera de oxigênio. Isso inclui a fase ambiental do reservatório e fonte, e a fase de retorno ao meio ambiente.

Ciclo do oxigênio. Eme Chicano, do Wikimedia Commons

Duas etapas também estão incluídas na área biológica. Eles estão associados à fotossíntese e respiração.

-Estágio ambiental do reservatório e fonte: atmosfera-hidrosfera-criosfera-geosfera

Atmosfera

A principal fonte de oxigênio atmosférico é a fotossíntese. Mas existem outras fontes pelas quais o oxigênio pode entrar na atmosfera.

Um deles é o manto externo líquido do núcleo da Terra. O oxigênio chega à atmosfera como vapor d'água por meio de erupções vulcânicas. O vapor de água sobe para a estratosfera onde sofre fotólise como resultado da radiação de alta energia do sol e oxigênio livre é produzido.

Por outro lado, a respiração emite oxigênio na forma de CO ₂. Os processos de combustão, especialmente os processos industriais, também consomem oxigênio molecular e contribuem com CO ₂ para a atmosfera.

Na troca entre a atmosfera e a hidrosfera, o oxigênio dissolvido nas massas de água passa para a atmosfera. Por sua vez, o CO ₂ atmosférico é dissolvido em água como ácido carbônico. O oxigênio dissolvido na água vem principalmente da fotossíntese de algas e cianobactérias.

Estratosfera

Nos níveis superiores da atmosfera, a radiação de alta energia hidrolisa o vapor de água. A radiação de ondas curtas ativa as moléculas de O ₂. Estes são divididos em átomos de oxigênio livres (O).

Esses átomos de O livres reagem com as moléculas de O ₂ e produzem ozônio (O ₃). Esta reação é reversível. Devido ao efeito da radiação ultravioleta, o O _{3 se} decompõe em átomos de oxigênio livres novamente.

O oxigênio como componente do ar atmosférico faz parte de várias reações de oxidação, integrando vários compostos terrestres. Um grande sumidouro de oxigênio é a oxidação de gases de erupções vulcânicas.

Hidrosfera

A maior concentração de água na Terra são os oceanos, onde existe uma concentração uniforme de isótopos de oxigênio. Isso se deve à troca constante desse elemento com a crosta terrestre por meio de processos de circulação hidrotérmica.

Nos limites das placas tectônicas e dorsais oceânicas, um processo constante de troca gasosa é gerado.

Criosfera

As massas de gelo terrestre, incluindo as massas de gelo polares, geleiras e permafrost, constituem um importante sumidouro de oxigênio na forma de água em estado sólido.

Geosfera

Da mesma forma, o oxigênio participa das trocas gasosas com o solo. Aí constitui o elemento vital para os processos respiratórios dos microrganismos do solo.

Um importante sumidouro no solo são os processos de oxidação mineral e a queima de combustível fóssil.

O oxigênio que faz parte da molécula de água (H ₂ O) segue o ciclo da água nos processos de evaporação-transpiração e condensação-precipitação.

- Estágio fotossintético

A fotossíntese ocorre em cloroplastos. Durante a fase leve da fotossíntese, é necessário um agente redutor, ou seja, uma fonte de elétrons. Agente disse, neste caso, é a água (H ₂ O).

Ao retirar o hidrogênio (H) da água, o oxigênio (O ₂) é liberado como um produto residual. A água entra na planta do solo pelas raízes. No caso das algas e cianobactérias, é proveniente do meio aquático.

Todo o oxigênio molecular (O ₂) produzido durante a fotossíntese vem da água usada no processo. Na fotossíntese, CO ₂, energia solar e água (H ₂ O) são consumidos e oxigênio (O ₂) é liberado.

- Estágio de retorno atmosférico

O O ₂ gerado na fotossíntese é expelido para a atmosfera através dos estômatos no caso das plantas. Algas e cianobactérias o devolvem ao meio ambiente por difusão por membrana. Da mesma forma, os processos respiratórios devolvem o oxigênio ao meio ambiente na forma de dióxido de carbono (CO ₂).

- Estágio respiratório

Para desempenhar suas funções vitais, os organismos vivos precisam tornar efetiva a energia química gerada pela fotossíntese. Essa energia é armazenada na forma de moléculas complexas de carboidratos (açúcares) no caso das plantas. O resto dos organismos obtêm-no da dieta

O processo pelo qual os seres vivos desdobram compostos químicos para liberar a energia necessária é chamado de respiração. Esse processo ocorre em células e tem duas fases; um aeróbio e um anaeróbio.

A respiração aeróbica ocorre na mitocôndria em plantas e animais. Nas bactérias, é realizado no citoplasma, uma vez que não possuem mitocôndrias.

O elemento fundamental para a respiração é o oxigênio como agente oxidante. Na respiração, o oxigênio (O ₂) é consumido e o CO ₂ e a água (H ₂ O) são liberados, produzindo energia útil.

O CO ₂ e a água (vapor d'água) são liberados pelos estômatos das plantas. Em animais, o CO ₂ é liberado pelas narinas e / ou boca e a água pela transpiração. Em algas e bactérias, o CO ₂ é liberado por difusão por membrana.

Fotorrespiração

Nas plantas, na presença de luz, desenvolve-se um processo que consome oxigênio e energia denominado fotorrespiração. A fotorrespiração aumenta com o aumento da temperatura, devido ao aumento da concentração de CO ₂ em relação à concentração de O ₂.

A fotorrespiração estabelece um balanço energético negativo para a planta. Consome O ₂ e energia química (produzida pela fotossíntese) e libera CO ₂. Por esta razão, eles desenvolveram mecanismos evolutivos para neutralizá-lo (metabolismos C4 e CAN).

Importância

Hoje, a grande maioria da vida é aeróbica. Sem a circulação de O ₂ no sistema planetário, a vida como a conhecemos hoje seria impossível.

Além disso, o oxigênio constitui uma proporção significativa das massas de ar da Terra. Portanto, contribui para os fenômenos atmosféricos a ela vinculados e suas consequências: efeitos erosivos, regulação do clima, entre outros.

Diretamente, gera processos de oxidação no solo, de gases vulcânicos e em estruturas metálicas artificiais.

O oxigênio é um elemento com alta capacidade oxidativa. Embora as moléculas de oxigênio sejam muito estáveis ​​devido ao fato de formarem uma ligação dupla, como o oxigênio tem uma alta eletronegatividade (capacidade de atrair elétrons), ele tem uma alta capacidade reativa. Devido a essa alta eletronegatividade, o oxigênio participa de muitas reações de oxidação.

Alterações

A grande maioria dos processos de combustão que ocorrem na natureza requerem a participação de oxigênio. Da mesma forma naqueles gerados por humanos. Esses processos cumprem funções positivas e negativas em termos antrópicos.

A combustão de combustíveis fósseis (carvão, petróleo, gás) contribui para o desenvolvimento econômico, mas ao mesmo tempo representa um sério problema devido à sua contribuição para o aquecimento global.

Grandes incêndios florestais afetam a biodiversidade, embora em alguns casos sejam parte de processos naturais em certos ecossistemas.

Efeito estufa

A camada de ozônio (O ₃) na estratosfera é o escudo protetor da atmosfera contra a entrada do excesso de radiação ultravioleta. Esta radiação altamente energética aumenta o aquecimento da Terra.

Por outro lado, é altamente mutagênico e prejudicial aos tecidos vivos. Em humanos e outros animais, é cancerígeno.

A emissão de diversos gases provoca a destruição da camada de ozônio e, portanto, facilita a entrada da radiação ultravioleta. Alguns desses gases são clorofluorocarbonos, hidroclorofluorocarbonos, brometo de etila, óxidos de nitrogênio de fertilizantes e halons.

Referências

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