Discuta o ciclo do nitrogênio na biosfera e justifique por que o ar atmosférico encerra um teor tão elevado (78%) de N2.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado pede para a gente “discutir o ciclo do nitrogênio na biosfera” e ainda justificar por que o ar tem tanto N2 (cerca de 78%). Essa é uma questão de Ecologia/Bioquímica, mais focada em processos biogeoquímicos e na química do nitrogênio. Para resolver, vamos precisar entender cada etapa do ciclo do nitrogênio (fixação, nitrificação, assimilação, mineralização e desnitrificação) e saber por que a molécula N2 é tão estável.

Passo 2

Vamos primeiro descrever, de forma geral, o ciclo do nitrogênio na biosfera:
  1. Fixação do N2 atmosférico em formas utilizáveis (amônia NH3 ou amônio NH4^+).
  2. Nitrificação: oxidação de amônia/amônio a nitrito ( NO2^-) e depois a nitrato ( NO3^-).
  3. Assimilação: plantas e micro-organismos incorporam nitrato/amônio em moléculas orgânicas (aminoácidos).
  4. Mineralização (ou amonificação): decomposição de proteínas e aminos liberando NH4^+.
  5. Desnitrificação: bactérias reduzem nitrato de volta a N2 e outros gases, fechando o ciclo.

Passo 3

Fixação biológica do nitrogênio
– Teoria: A molécula de N2 tem uma tripla ligação muito forte (energia de ligação altíssima). Poucos organismos (bactérias diazotróficas) têm a enzima nitrogenase que quebra essa ligação.
– Processo:
a) N2 (gás) + 8 e ^- + 8 H ^+ + 16 ATP → 2 NH3 + H 2 + 16 ADP + 16 P i
b) Parte da NH3 se protona e vira NH4^+ (amônio), que é solúvel e usado por plantas e bactérias.

Passo 4

Nitrificação, assimilação e mineralização
  1. Nitrificação (bactérias quimioautotróficas):
    NH4^+ xrightarrowNitrosomonas NO2^-
    NO2^- xrightarrowNitrobacter NO3^-
  2. Assimilação: plantas absorvem NO3^- ou NH4^+ e convertem em aminoácidos, nucleotídeos etc.
  3. Mineralização (amonificação): quando animais e plantas morrem ou excretam, proteínas e ácidos nucleicos são degradados, liberando de volta NH4^+ no solo.

Passo 5

Desnitrificação
– Teoria: Em solos anaeróbicos (pouco oxigênio), certas bactérias usam nitrato como aceptor de elétrons, transformando-o em gases:
NO3^- to NO2^- to NO to N2O to N2
– Isso devolve nitrogênio gasoso ( N2 e óxidos) para a atmosfera, fechando o ciclo.

Passo 6

Por que o ar tem 78% de N2?
  1. Estabilidade química: N2 tem ligação tripla muito forte, então não reage fácil.
  2. Rota principal do nitrogênio: a maior parte do nitrogênio fica “presa” como N2 porque só poucas bactérias conseguem fixá-lo.
  3. Balanço dinâmico: as taxas de fixação e desnitrificação ao longo de milhões de anos levaram a acumular uma grande reserva de N2 na atmosfera.

Resposta

O ciclo do nitrogênio envolve:
  1. Fixação do N2 em amônia/amônio por bactérias diazotróficas;
  2. Nitrificação da amônia a nitrato;
  3. Assimilação do nitrato/amônio em moléculas orgânicas;
  4. Mineralização de compostos nitrogenados de volta a amônio;
  5. Desnitrificação que gera N2 novamente.
O ar contém ~78% de N2 porque essa molécula é extremamente estável (três ligações fortes) e, embora bactérias fixem e depois reintegrem parte dele, a maior fração permanece como gás inerte, acumulado ao longo de eras.

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