Ciclo do carbono
Você já imaginou como seria sua vida sem o carbono? Não? Exato, porque isso não seria possível. Sem eles não poderíamos existir da forma como existimos! Acompanhe esta aula sobre o ciclo do carbono para entender mais sobre a sua importância.
O ciclo do carbono é um dos processos biogeoquímicos mais importantes do planeta, fundamental para a manutenção da vida e para o equilíbrio climático global. Entender como o carbono circula entre a atmosfera, os seres vivos, os oceanos e o solo é essencial para compreender temas frequentes nas provas como mudanças climáticas, efeito estufa, fotossíntese, combustíveis fósseis e impactos ambientais humanos.
O QUE É O CARBONO E POR QUE ELE É TÃO IMPORTANTE?
O carbono é um elemento químico presente em todas as formas de vida conhecidas. Ele está em cada parte dos seres vivos, compondo a estrutura das moléculas orgânicas tais como proteínas, lipídios, carboidratos e DNA. Além disso, o carbono está presente em rochas, oceanos, combustíveis fósseis (como petróleo, carvão mineral e gás natural), na atmosfera e até no interior da Terra.
Por ser um elemento extremamente versátil, o carbono pode facilmente se unir a outros elementos e formar uma grande diversidade de compostos. Essa versatilidade o faz participar de diversos processos naturais, especialmente dos ciclos ecológicos que mantêm o funcionamento dos ecossistemas.
O CICLO DO CARBONO
O ciclo do carbono descreve a sua movimentação contínua pelos diversos compartimentos da Terra, os quais podem ser divididos em:
- ATMOSFERA: o carbono pode ser encontrado principalmente na forma de dióxido de carbono (CO₂) e metano (CH₄), gases que participam do efeito estufa.
- BIOSFERA: presente nos seres vivos como parte das moléculas orgânicas que formam tecidos, como carboidratos, lipídios, proteínas e DNA.
- HIDROSFERA: está dissolvido na água como CO₂, bicarbonato e carbonato, além de compor organismos marinhos.
- GEOSFERA: armazenado em rochas, solos, minerais e combustíveis fósseis, como carvão, petróleo e gás natural.
A seguir, veremos como o carbono se desloca entre eles e como as atividades humanas influenciam esse ciclo. Vem comigo!
ETAPAS DO CICLO DO CARBONO
As principais etapas do ciclo do carbono incluem a fotossíntese, respiração, decomposição, combustão, trocas entre oceano e atmosfera, sedimentação e formação de rochas, vulcanismo e liberação geológica, além de ações humanas que aceleram o ciclo.
Ilustração esquematizando o ciclo do carbono com suas principais etapas.
(Imagem adaptada de OpenStax College, Biologia, Figura 3, CC BY 4.0; e de John M. Evans e Howard Perlman, USGS. Disponível em: khanacademy.org)
1) FOTOSSÍNTESE:
A fotossíntese é um dos mecanismos mais importantes do ciclo do carbono. Nela, plantas, algas e algumas bactérias captam o dióxido de carbono (CO₂) da atmosfera e o transformam em glicose (um tipo de açúcar) a partir da energia da luz solar.
É importante que você saiba e compreenda a equação geral simplificada da fotossíntese. Por mais que para algumas pessoas ela possa parecer intimidadora, ela pode aparecer nas suas provas. Que tal olharmos juntos para ela?
| 6CO₂ + 6H₂O + luz → C₆H₁₂O₆ (glicose) + 6O₂ |
Para entender a equação, vamos do início. As plantas precisam de três ingredientes básicos:
- DIÓXIDO DE CARBONO (CO₂): vem do ar e entra pelas folhas;
- ÁGUA(H₂O): vem do solo e sobe até as folhas pelas raízes; e
- LUZ: é a fonte de energia que permite que a reação aconteça.
Com esses ingredientes e usando energia luminosa, a planta produz:
- GLICOSE(C₆H₁₂O₆): um açúcar que serve de alimento e energia para a planta; e
- OXIGÊNIO(O₂): é liberado no ar pelas folhas.
A planta não “cria” matéria do nada, ela reorganiza as moléculas. Então a partir dos átomos de CO₂ e H₂O, a planta rearranja tudo para conseguir formar glicose, liberando oxigênio como subproduto.
Então quando olhamos para a equação (6CO₂ + 6H₂O + luz → C₆H₁₂O₆ + 6O₂), fica um pouco mais fácil de entender ao saber disso, visto que:
- 6 CO₂: A planta utiliza seis moléculas de dióxido de carbono (lembrando que cada CO₂ tem 1 carbono e 2 oxigênios).
- 6 H₂O: Ela também usa seis moléculas de água (lembrando que cada H₂O tem 2 hidrogênios e 1 oxigênio).
- LUZ: Apesar de não aparecer como “molécula”, porque ela não é matéria, mas é como se a luz fosse a “força” necessária para fornecer energia ao processo.
Vale relembrarmos que a fotossíntese ocorre em duas etapas principais:
- FASE CLARA OU LUMINOSA:
- LOCAL: nos tilacóides (nas folhas, dentro dos cloroplastos);
- LUZ: precisa de luz diretamente para quebrar as moléculas de água (fotólise da água);
- RESULTADO: formação e liberação de O₂ para a atmosfera e produção de energia química (ATP e NADPH).
- CICLO DE CALVIN (OU FASE ESCURA):
- LOCAL: no estroma dos cloroplastos;
- LUZ: não requer luz diretamente, já que usa o CO₂ e a energia formada na fase clara;
- RESULTADO: formação da molécula de glicose (C₆H₁₂O₆) e incorporação do carbono do CO₂ aos açúcares.
A: Esquema de um cloroplasto mostrando a sua matriz (estroma) e um conjunto de membranas chamadas de tilacóides. Estes podem se empilhar e formar os tilacóides do grânulo (granum) ou percorrer o estroma interligando os grânulos (grana). B: Fotomicrografia eletrônica de um cloroplasto e os tilacóides.
(Imagem de Rodrigues, A. C.; Amano, E.; Almeida, S. L. Anatomia Vegetal, 2015).
Cada glicose tem 6 carbonos, e é por isso que a planta precisa de 6 moléculas de CO₂. É 1 carbono de cada molécula de CO₂, totalizando 6 carbonos, formando a estrutura da glicose. Os hidrogênios da glicose são provenientes da água e o oxigênio liberado vem principalmente da água, não do CO₂, fato importante para a sua prova!
Depois de reorganizar todas as moléculas, os carbonos viram açúcar, os oxigênios da água saem como gás O₂, e a energia luminosa vira energia química armazenada na glicose. Por isso, o processo é simultaneamente energético e estrutural.
- IMPORTÂNCIA DA FOTOSSÍNTESE
A fotossíntese é apenas a base da cadeia alimentar, pois produz os compostos orgânicos que sustentam todos os seres vivos. Ela também gera o oxigênio que respiramos e remove CO₂ da atmosfera, contribuindo para o equilíbrio climático do planeta. Além disso, esse processo sustenta ecossistemas inteiros, como a Amazônia, mantendo sua produtividade e diversidade biológica.
A Floresta Amazônica é uma das áreas com maior taxa de fotossíntese do mundo, funcionando como um grande “sumidouro de carbono”. Apesar disso, é importante lembrar que ela não é o “pulmão do mundo”, como se diz popularmente, pois a maior parte do oxigênio produzido é consumida pela própria floresta. O verdadeiro pulmão do mundo é o fitoplâncton, produzindo a maior parte do oxigênio que respiramos.
- QUIMIOSSÍNTESE: Não podemos deixar de abordar sobre a quimiossíntese, pois ela também faz parte do ciclo do carbono e pode aparecer em sua prova. Nada mais é do que um processo em que alguns organismos, principalmente bactérias, produzem seu próprio alimento sem utilizar luz solar.
Em vez disso, eles obtêm energia a partir de reações químicas envolvendo substâncias inorgânicas, como enxofre, ferro ou amônia. Esse processo é fundamental em ambientes onde a luz não alcança, como nas profundezas do oceano, sustentando ecossistemas inteiros próximos a fontes hidrotermais.
Na realizada por bactérias quimiossintéticas que oxidam sulfeto de hidrogênio (H₂S) em vez de usar luz solar, como ocorre na fotossíntese, a equação geral da reação é similar a da fotossíntese, veja só:
| 12H2S+6CO2 → C6H12O6 + 6H2O + 12S |
Assim como na fotossíntese, o CO₂ é convertido em glicose). Porém, em vez de usar água e luz para obter elétrons, as bactérias usam sulfeto de hidrogênio, liberando enxofre elementar (S) no final.
2) RESPIRAÇÃO
A respiração é o processo pelo qual todos os seres vivos liberam a energia contida nas moléculas orgânicas, como a glicose. Durante esse processo, o carbono retorna à atmosfera na forma de CO₂. Plantas, animais, fungos, bactérias e outros seres vivos realizam respiração, cada um à sua maneira.
Na respiração celular, a glicose (C₆H₁₂O₆) reage com o oxigênio (O₂), produzindo energia, dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O). Todo o CO₂ absorvido pelas plantas, durante a fotossíntese, retorna à atmosfera pela respiração dos organismos vivos. É uma das formas mais rápidas e contínuas de circulação do carbono.
3) DECOMPOSIÇÃO
Quando um ser vivo morre, o carbono presente em seu corpo passa por processos de decomposição. Organismos como fungos e bactérias são os principais agentes desse processo. Eles degradam a matéria orgânica, produzindo CO₂ (em ambientes aeróbios) ou metano (CH₄), em ambientes anaeróbios, como solos encharcados dos manguezais.
GIF mostrando parte do processo de decomposição de um rato. (GIF de Tenor)
4) COMBUSTÃO
A combustão é a queima de materiais orgânicos como madeira, carvão, combustíveis fósseis, biomassa, liberando carbono acumulado. É uma reação de oxidação rápida de combustível contendo:
| C+O₂ → CO₂+H₂O + calor |
Quando a queima é incompleta, além de dióxido de carbono, podem ser liberados monóxido de carbono (CO), fuligem (que é carbono sólido) e pequenas quantidades de metano (CH₄). Na natureza, esse processo ocorre de forma espontânea através de raios que podem iniciar incêndios florestais e vulcões liberando CO₂ ao queimar materiais carbonáticos presentes no interior da Terra.
Esses mecanismos naturais fazem parte do ciclo do carbono desde muito antes da intervenção humana. No entanto, com nossas ações, a intensidade desse processo aumentou significativamente. A queima de combustíveis fósseis tornou-se uma das principais fontes de emissão de CO₂ e incêndios provocados para abertura de áreas agrícolas ampliam ainda mais a liberação de carbono.
Além disso, máquinas, transportes, indústrias e termelétricas contribuem para acelerar a devolução à atmosfera de carbono que estava armazenado há milhões de anos nos combustíveis fósseis.
Fotografia de um entardecer dominado por fumaça sendo liberada de chaminés de indústrias de combustíveis fósseis. (Imagem de Freepik).
5) TROCAS ENTRE OCEANOS E ATMOSFERA
Os oceanos absorvem grandes quantidades de CO₂ da atmosfera, que se dissolve na água e se transforma em ácido carbônico, bicarbonato e carbonato. A partir disso, a vida marinha passa a desempenhar um papel essencial no ciclo do carbono.
O fitoplâncton utiliza o CO₂ dissolvido para realizar fotossíntese, enquanto organismos como corais e moluscos empregam os carbonatos para formar suas conchas e esqueletos. Quando esses seres morrem, parte desse carbono incorporado pode se depositar no fundo do mar, originando sedimentos ao longo do tempo.
Um exemplo prático desse processo é o cultivo de ostras em Santa Catarina, no qual o carbono é fixado em estruturas calcárias, evidenciando uma conexão direta entre atividade econômica e dinâmica ambiental do ciclo do carbono.
Fotografia de um prato de ostras, prato que faz de Florianópolis em Santa Catarina ser considerada a capital nacional das ostras. No Costão do Santinho, um dos bairros da ilha, cerca de 450.000 ostras são consumidas por ano. (Imagem de Bruno Ropelato).
6) SEDIMENTAÇÃO E FORMAÇÃO DE ROCHAS
Parte do carbono orgânico e dos carbonatos afunda no fundo dos oceanos, onde pode ser transformada emrochas carbonáticas ou combustíveis fósseis ao longo de milhões de anos. Essa etapa é extremamente lenta, ocorrendo ao longo de milhares a milhões de anos, e representa um dos maiores estoques de carbono do planeta. Ela envolve dois processos principais:
- SEDIMENTAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA: Organismos mortos, fezes, restos vegetais e animais marinhos afundam para o fundo dos oceanos. Parte desse material é decomposta por microrganismos, liberando CO₂. A fração que não é decomposta se acumula como sedimento. Esse carbono fica preso por milhões de anos, tornando-se um reservatório geológico. Com o passar do tempo, pressão e temperatura transformam esse material em:
- Carvão a partir de restos vegetais em ambientes continentais; ou
- Petróleo e gás natural de matéria orgânica marinha.
- FORMAÇÃO DE ROCHAS CARBONÁTICAS: O oceano contém bicarbonato (HCO₃⁻) e carbonato (CO₃²⁻), derivados da dissolução de CO₂ na água. Muitos organismos marinhos, como corais, moluscos e algas calcárias, usam esses íons para formar conchas e esqueletos de carbonato de cálcio (CaCO₃). Após a morte, essas estruturas se acumulam no fundo marinho. Com o tempo, camadas e mais camadas são compactadas, formando rochas calcárias, como o calcário (CaCO₃) e o dolomito.
Fotografia de duas pessoas dividindo um balde cheio de petróleo.
(Imagem de CPG – Click Petróleo e Gás).
7) VULCANISMO E LIBERAÇÃO GEOLÓGICA
Embora lento, o processo geológico é essencial para reintroduzir o carbono no sistema terrestre. As rochas carbonáticas e sedimentos ricos em carbono podem ser arrastados para o interior da crosta terrestre por meio de subducção tectônica. No manto, essas rochas sofrem aquecimento extremo e liberam CO₂. Esse CO₂ retorna à superfície por:
- Erupções vulcânicas;
- Gêiseres e fontes termais; ou
- Liberação difusa por fissuras e rochas quentes.
Antes da ação humana, essa era a principal forma de reposição de CO₂ atmosférico. O CO₂ emitido por vulcões é natural e muito menor que o liberado por atividades humanas atualmente.
Vista aérea do vulcão Fagradalsfjall, na Península de Reykjanes, na Islândia
(Imagem de Cat Gundry-Beck/Reuters)
8) AÇÃO HUMANA
A interferência humana é hoje a etapa mais acelerada e desequilibradora do ciclo do carbono. Entre as principais ações:
- QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS: Petróleo, carvão e gás natural são queimados para gerar energia. Isso libera carbono que estava preso há milhões de anos. Representa a maior fonte de CO₂ antropogênico atualmente.
- DESMATAMENTO: Árvores e plantas absorvem CO₂ para crescer. Quando são cortadas ou queimadas:
- O CO₂ que estava armazenado na biomassa volta para a atmosfera.
- A capacidade de absorção de CO₂ reduz drasticamente.
- AGROPECUÁRIA: Ruminantes (como vacas) liberam metano (CH₄) devido à fermentação entérica. Fertilizantes e manejo do solo aumentam a liberação de CO₂ e N₂O. O metano é um gás de efeito estufa mais potente que o CO₂ (cerca de 28 vezes mais no longo prazo).
- INDÚSTRIA E PROCESSOS QUÍMICOS: Produção de cimento libera CO₂ pela calcinação do calcário. Diversos processos industriais liberam CO₂, CH₄ e outros gases.
Como consequências temos o aumento da concentração atmosférica de CO₂ e CH₄, Intensificação do efeito estufa, aquecimento global e acidificação dos oceanos devido ao excesso de CO₂ dissolvido.
Fotografia de uma grande área agrícola sendo colhida por diversas colheitadeiras alinhadas lado a lado, avançando simultaneamente pelo campo. (Imagem de Getty Images via BBC).
VIDEOAULA:
Para finalizar sua revisão, veja a videoaula da professora Cláudia Aguiar sobre o Ciclo do Carbono. E, depois, faça os exercícios que selecionei para testar seus conhecimentos:
EXERCÍCIOS:
- (Fuvest SP/2018) Analise as três afirmações seguintes sobre ciclos biogeoquímicos.
I. A respiração dos seres vivos e a queima de combustíveis fósseis e de vegetação restituem carbono à atmosfera.
II. Diferentes tipos de bactérias participam da ciclagem do nitrogênio: as fixadoras, que transformam o gás nitrogênio em amônia, as nitrificantes, que produzem nitrito e nitrato, e as desnitrificantes, que devolvem o nitrogênio gasoso à atmosfera.
III. Pelo processo da transpiração, as plantas bombeiam, continuamente, água do solo para a atmosfera, e esse vapor de água se condensa e contribui para a formação de nuvens, voltando à terra como chuva.
Está correto o que se afirma em:
a) I, apenas.
b) I e II, apenas.
c) II e III, apenas.
d) III, apenas.
e) I, II e III.
- (UEG GO/2024) “[…] Depois de estudar o que se conhece sobre a fotossíntese natural, ele conseguiu sintetizar em laboratório moléculas mais robustas chamadas de perfluoro porfirina, cujo comportamento é semelhante ao do cofator P680, que ocorre naturalmente nas plantas. Para imitar a estrutura protéica do sistema natural diretamente envolvido no processo de quebra das moléculas de água, foi também necessário acrescentar um grupo fenólico à porfirina.”
Disponível em: https://revistapesquisa.fapesp.br/artificial-2.
Acesso em: 21 fev. 2024.
Pesquisas científicas, como a descrita acima, têm sido desenvolvidas, fazendo com que moléculas sintetizadas em laboratório mimetizem o mecanismo de produção de energia das plantas, conhecido como:
a) Fotossíntese, pois ocorre a captura de luz e a fase de fixação de carbono em que a energia capturada será utilizada na produção de compostos orgânicos.
b) Fotoassimilação, pois a fixação do carbono ocorre pela ação da enzima rubisco no complexo antena-captura no ciclo de Calvin.
c) Quimiossíntese, pois a molécula de clorofila recobre os tilacoides para produção de C6H12O6, durante o ciclo de Krebs.
d) Fotoquimiossíntese, pois a molécula de clorofila P680 é ativada pelo complexo antena no fotossistema 2 que ocorre no estroma.
e) Respiração aeróbia, pois o aceptor final dos elétrons é uma proteína chamada ferredoxina, que vai transferir os elétrons para o NADP+, reduzindo-os a NADPH.
- (UFSC/2025) Sobre os processos de fotossíntese e quimiossíntese, é correto afirmar que:
01. A principal substância química disponível para fornecer a energia necessária para a realização das atividades nos seres vivos é o ATP (trifosfato de adenosina).
02. Nas células eucarióticas, o processo de fotossíntese ocorre nos cloroplastos, uma organela que contém clorofila e pigmentos acessórios que captam a energia da luz.
04. As bactérias quimiossintetizantes conseguem viver em ambientes desprovidos de luz obtendo a energia por meio de oxidações inorgânicas.
08. Na fotossíntese, a formação do gás oxigênio ocorre com a quebra da molécula do gás carbônico, em um processo denominado “fotólise”.
16. Bactérias quimiossintetizantes são importantes para o ciclo do nitrogênio no solo e têm como representantes as bactérias dos gêneros Nitrosomonas e Nitrobacter.
32. Na cadeia transportadora de elétrons, o gás carbônico reage com os íons hidrogênio liberados na fotólise da água, formando a molécula de glicose.
64. A fotossíntese é um processo realizado pelas plantas vasculares e ausente nas avasculares.
GABARITO:
- E
- A
- 23
ASSINATURA:
Eneli Gomes de Lima é licenciada em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Santa Catarina (2024) e atua na produção de materiais didáticos para o Curso Enem Gratuito desde 2021, desenvolvendo conteúdos acessíveis e contextualizados para estudantes de diferentes níveis de ensino.
REFERÊNCIAS:
BRANCO, Samuel M. Ecologia. 3. ed. São Paulo: Atheneu, 2019.
ODUM, Eugene P.; BARRETT, Gary W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2021.
RAVEN, Peter H.; JOHNSON, George B. Biologia. 12. ed. Porto Alegre: Artmed, 2020.
REIS, Mauricio; DIAS, João Carlos. Ciclos Biogeoquímicos e Sustentabilidade. 2. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2018.
SILVA, Rosana; MARTINS, Cleiton. Mudanças Climáticas: bases científicas e impactos no Brasil. Brasília: MMA, 2022.
TUKEY, James et al. Carbon Cycle and Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2020.
Sobre o(a) autor(a):
Eneli Gomes de Lima - Eneli Gomes de Lima é graduanda na Universidade Federal de Santa Catarina desde 2018. Atualmente faz parte do laboratório de Biologia de Formigas e também do Programa de Educação Tutorial (PET) - Biologia, no qual atua na extensão Miolhe sobre gênero e sexualidade.
