Segue a matéria pela atmosfera, hidrosfera, biosfera e litosfera. Relaciona o ciclo das rochas e a tectónica de placas com os ciclos oceânicos do carbono, fósforo, azoto e sílica.
Pergunta orientadora: Como fazem os processos oceânicos e os organismos marinhos circular a matéria e construir ou transformar materiais terrestres?
Nível de escolaridade NMEA: Anos 9–12
Os guias para outros níveis de escolaridade estão em preparação.
Segue a matéria entre os reservatórios terrestres, distingue reciclagem de armazenamento a longo prazo e explica como a vida marinha e as atividades humanas alteram estes percursos.
Objetivos de aprendizagem
Explica como a meteorização, a subducção, a sedimentação, a acreção e o vulcanismo ligam oceano e terra.
Distingue os percursos do carbono orgânico e inorgânico, incluindo a formação de carbonatos e os combustíveis fósseis.
Compara a absorção, regeneração, soterramento e entradas humanas de fósforo e azoto.
Explica como as estruturas de sílica podem dissolver-se ou integrar o registo sedimentar.
Ensine este princípio
Por que isto é importante
O CFD liga geologia e biologia através do movimento e transformação da matéria. Os alunos podem comparar a reciclagem rápida na água do mar e nas teias alimentares com o soterramento, a formação de rochas, o levantamento e a meteorização, mais lentos.
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Segue um percurso do ciclo das rochas
Tarefa dos alunos
Usa o ramo A do CFD e o mapa de características oceânicas para desenhar um percurso desde rocha continental meteorizada até sedimento oceânico, subducção ou acreção e levantamento. Identifica cada processo.
Pergunta à turma
Como difere a sedimentação da subducção ou da acreção?
O que ouvir nas respostas
A deposição e o transporte redistribuem sedimentos; a subducção recicla a litosfera, enquanto a acreção acrescenta material a uma placa.
Usa CFD B2–B11 para seguir carbono orgânico pela biomassa e respiração, depois carbono inorgânico por uma concha, dissolução ou soterramento e formação de rochas.
Pergunta à turma
Que percursos reciclam carbono rapidamente e quais o podem armazenar por mais tempo?
O que ouvir nas respostas
A respiração e a dissolução devolvem carbono a reservatórios inorgânicos; algum fica soterrado em rochas ou combustíveis fósseis. A queima destes devolve dióxido de carbono à atmosfera.
Usa CFD B12–B18 para ligar meteorização das rochas, fósforo dissolvido, produtores, consumidores, regeneração, afloramento e soterramento. Acrescenta uma entrada de fertilizante ou águas residuais.
Pergunta à turma
Porque se torna problemático um nutriente essencial quando o seu fornecimento aumenta demasiado?
O que ouvir nas respostas
O fósforo sustenta o crescimento, mas entradas excessivas podem provocar eutrofização e alterar as teias alimentares; algum segue o percurso sedimentar mais lento.
Usa CFD B19–B25 para explicar porque o azoto atmosférico precisa de transformação antes de a maioria dos organismos o utilizar. Compara este ciclo com o do fósforo.
Pergunta à turma
Qual é o papel dos microrganismos fixadores de azoto?
O que ouvir nas respostas
Disponibilizam azoto para os percursos biológicos. O azoto muda de forma química, circula pelas teias alimentares e pode ficar soterrado ou ser acrescentado por atividades humanas.
Usa CFD B26–B32 para seguir sílica desde a meteorização até uma diatomácea ou esponja e depois comparar dissolução e soterramento. Acrescenta o percurso que volta a expor a rocha em terra.
Pergunta à turma
Todos os esqueletos de sílica se transformam em rocha?
O que ouvir nas respostas
A maior parte da sílica biogénica dissolve-se; uma fração menor entra nos sedimentos e materiais sedimentares. O afloramento, o levantamento e a meteorização voltam a ligar diferentes partes do ciclo.
Segue um elemento desde uma fonte terrestre até à vida oceânica, depois até uma rocha sedimentar e de novo em direção ao oceano. Identifica uma via de reciclagem mais curta e uma influência humana no ciclo.
Explorar os conceitos
Ciclo das rochas e tectónica de placasA meteorização, a erosão, a sedimentação, a acreção e o vulcanismo ligam terra e oceano.
As rochas degradam-se e os materiais deslocam-se para o oceano.
A meteorização e a erosão degradam as rochas; os rios e a deposição atmosférica transportam muitos dos produtos para o oceano. Os materiais permanecem aí durante períodos diferentes, chamados tempos de residência. A degradação, formação, subducção e levantamento das rochas fazem parte de um ciclo contínuo.
As placas oceânicas mais densas podem mergulhar sob as continentais. A subducção pode elevar as margens continentais e acrescentar-lhes rochas e sedimentos oceânicos raspados da placa descendente. Fossas, arcos insulares, estratovulcões e algumas cadeias montanhosas estão associados à subducção; estes limites são frequentes em redor do Pacífico.
Algumas rochas e sedimentos oceânicos são transportados para o manto superior com uma placa em subducção; outros materiais são raspados e acrescentados à margem continental. São destinos diferentes dentro do ciclo das rochas.
A sedimentação, a acreção e o vulcanismo formam novas rochas.
A sedimentação inclui partículas que assentam por ação da gravidade e materiais deslocados no fundo pelas correntes ou ondas. A acreção acrescenta material a uma placa tectónica. Com o levantamento, as alterações do nível do mar e a ação das ondas, estes processos reorganizam materiais terrestres. O vulcanismo nos limites e no interior das placas forma novas rochas através de processos ígneos.
O soerguimento e a erosão podem expor rochas ígneas e sedimentares. A exposição revela material existente; o vulcanismo forma novas rochas ígneas pelo arrefecimento do magma ou da lava.
Ciclo do carbonoSegue o carbono rapidamente reciclado e os percursos mais longos através de sedimentos, rochas e combustíveis fósseis.
O oceano liga os reservatórios químicos da Terra.
A matéria circula pela atmosfera, hidrosfera, biosfera e litosfera. O oceano tem um papel fundamental em ciclos essenciais à vida. A água do mar contém elementos em diferentes concentrações, incluindo carbono, fósforo, azoto, enxofre, oxigénio, ferro, zinco, cálcio, sódio e potássio; alguns organismos também necessitam de silício ou estrôncio.
O carbono passa entre formas inorgânicas e orgânicas.
O oceano é o maior reservatório de carbono orgânico e inorgânico de reciclagem rápida. O dióxido de carbono atmosférico entra por difusão, mistura e arrastamento de bolhas. O carbono ocorre em formas inorgânicas dissolvidas, como dióxido de carbono, bicarbonato e carbonato; em compostos orgânicos, como hidratos de carbono, lípidos e aminoácidos; e em partículas, incluindo organismos vivos e mortos. A fotossíntese e a quimiossíntese transformam carbono inorgânico em matéria orgânica; a respiração devolve grande parte a formas inorgânicas. Algum carbono orgânico afunda, acumula-se e pode vir a transformar-se em combustível fóssil.
A mistura inclui a convecção quando diferenças de densidade provocam movimentos de renovação vertical da água, trocando materiais dissolvidos entre camadas.
As conchas carbonatadas ligam a vida ao ciclo das rochas.
Os corais e outros organismos utilizam carbono inorgânico dissolvido para formar conchas e esqueletos de carbonato de cálcio. Grande parte dissolve-se em águas profundas; outra acumula-se em calcário, cré e bancos carbonatados. O levantamento, a acreção e as alterações do nível do mar podem expor rochas sedimentares marinhas em terra, onde a meteorização e a erosão devolvem material ao oceano. A queima de combustíveis fósseis liberta dióxido de carbono para a atmosfera, afetando o clima e o pH oceânico.
Tanto os sedimentos com carbono orgânico como os sedimentos de carbonatos inorgânicos podem entrar em percursos geológicos longos que envolvem soterramento, formação de rochas, soerguimento e exposição. A meteorização e a erosão devolvem material ao ciclo ativo do carbono; a oxidação do carbono orgânico exposto pode devolver dióxido de carbono. Este retorno geológico distingue-se da combustão de combustíveis fósseis pelo ser humano.
Ciclo do fósforoSegue o fósforo desde rochas meteorizadas através dos organismos, da água do mar e dos sedimentos.
O fósforo integra compostos celulares essenciais.
Toda a vida necessita de fósforo para compostos como ATP, ADN e fosfolípidos. A meteorização de rochas terrestres é a sua principal fonte oceânica. O fósforo ocorre em formas inorgânicas dissolvidas, como fosfato, em formas orgânicas, em partículas como minerais de apatite e em organismos vivos e mortos.
A reciclagem biológica e o soterramento criam percursos diferentes.
O fitoplâncton e outros produtores primários absorvem fósforo dissolvido, que depois circula nas teias alimentares. A respiração e a regeneração devolvem fósforo orgânico a formas inorgânicas dissolvidas; o afloramento devolve fósforo à superfície. Algum fósforo orgânico e inorgânico acumula-se em sedimentos e integra rochas sedimentares. O levantamento, a acreção, as alterações do nível do mar, a meteorização e a erosão voltam a ligar este armazenamento duradouro ao oceano. Fertilizantes e águas residuais podem acrescentar fósforo pelas vias aquáticas, promovendo a eutrofização e alterando as teias alimentares.
Ciclo do azotoDistingue o abundante azoto atmosférico das formas utilizáveis pelos organismos.
Os microrganismos transformam o azoto em formas utilizáveis.
A vida necessita de azoto para aminoácidos e proteínas. A maioria dos organismos não utiliza diretamente o azoto gasoso atmosférico. Algumas bactérias, incluindo cianobactérias, fixam azoto em formas que podem integrar a biomassa e sustentar outros organismos. O azoto circula entre nitrato, nitrito, amónio e compostos orgânicos por fixação, nitrificação, desnitrificação, assimilação, amonificação e oxidação anaeróbia do amónio.
Os compostos de azoto têm diferentes estados de oxidação: nitrato, nitrito e amónio participam em transformações químicas e biológicas distintas. Os compostos orgânicos de azoto incluem a ureia; uma lista das formas de azoto deve distinguir o estado químico do papel biológico.
O azoto circula pelas teias alimentares, sedimentos e entradas humanas.
Os produtores primários absorvem azoto dissolvido; os consumidores obtêm-no pelas teias alimentares. A respiração e a regeneração devolvem azoto orgânico a formas inorgânicas dissolvidas, e o afloramento traz azoto para a superfície. Algum azoto orgânico fica soterrado em rochas sedimentares, que o levantamento, a acreção e as alterações do nível do mar podem expor à meteorização e erosão. Fertilizantes, águas residuais e a combustão de combustíveis fósseis acrescentam azoto pela água ou atmosfera; entradas excessivas podem promover a eutrofização e alterar as teias alimentares.
Ciclo da sílicaRelaciona a meteorização mineral com as partes duras dos organismos e o seu registo sedimentar.
Alguns organismos constroem partes duras com sílica.
Diatomáceas, radiolários e algumas esponjas constroem estruturas de sílica, incluindo frústulas, carapaças, espinhos e espículas. A meteorização terrestre e a atividade vulcânica fornecem silício ao oceano; os rios transportam produtos de meteorização para o mar. O silício ocorre em formas dissolvidas e em partículas, incluindo minerais e material esquelético biológico.
A dissolução, o soterramento e a meteorização completam o ciclo.
A maior parte da sílica biogénica dissolve-se após a morte dos organismos; o afloramento devolve silício dissolvido às águas superficiais. Uma fração menor fica soterrada e transforma-se em materiais sedimentares como cherte, diatomito e minerais argilosos. O levantamento, a acreção e as alterações do nível do mar podem expor estes materiais em terra, onde a meteorização e a erosão os devolvem ao oceano. Alterações humanas da meteorização continental, incluindo chuva ácida, e do ciclo da água podem modificar o fornecimento de silício ao oceano.
Adaptado do CFD da NMEA do princípio 2 para os anos 9–12 (2021, página 61 do manual). O guia segue o ramo do ciclo das rochas e os quatro ciclos biogeoquímicos. As tarefas de aula e as ligações à plataforma são sugestões pedagógicas da Blue Biome, não atividades fornecidas pela NMEA.
Conceitos e ligações da fonte
As notas abaixo, em inglês, parafraseiam a fonte da NMEA. Explicam também as adaptações com ressalvas e as referências corrigidas.
A · As rochas degradam-se e os materiais deslocam-se para o oceano.
Weathering and erosion move land-derived rock material into the ocean as rocks continually form and break down.
Notas sobre a adaptação (em inglês)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Ler a explicaçãoA1 · As rochas degradam-se e os materiais deslocam-se para o oceano.
Weathering, erosion, subduction, and uplift break down and recycle rocks.
Ler a explicaçãoA2 · As rochas degradam-se e os materiais deslocam-se para o oceano.
Rivers and atmospheric deposition deliver weathering products.
ocean materials have different residence times.
Ler a explicaçãoA3 · A subducção remodela os limites das placas.
Dense oceanic plates subduct beneath continental plates and can cause continental uplift.
Notas sobre a adaptação (em inglês)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Ler a explicaçãoA4 · A subducção remodela os limites das placas.
Subduction can add scraped-off oceanic rocks and sediments to continental margins.
Subduction carries some rocks and sediments into the upper mantle while other material joins the continental edge.
Ler a explicaçãoA5 · A subducção remodela os limites das placas.
Trenches, island arcs, stratovolcanoes, and some mountain ranges are associated with subduction.
Ler a explicaçãoA6 · A subducção remodela os limites das placas.
Subducted plate boundaries characterize parts of the ocean such as the Pacific Rim.
Ler a explicaçãoA7 · A sedimentação, a acreção e o vulcanismo formam novas rochas.
Accretion, sedimentation, volcanism, and igneous processes continually form rocks.
Ler a explicaçãoA8 · A sedimentação, a acreção e o vulcanismo formam novas rochas.
Accretion adds material to a tectonic plate.
the diagram connects this with subduction, uplift, sea-level change, and waves.
Notas sobre a adaptação (em inglês)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Ler a explicaçãoA9 · A sedimentação, a acreção e o vulcanismo formam novas rochas.
Sedimentation includes gravity settling and material moved along the seafloor by waves or currents.
Ler a explicaçãoA10 · A sedimentação, a acreção e o vulcanismo formam novas rochas.
Volcanism at plate boundaries and within plates and other igneous processes create rock formations.
Uplift and erosion expose igneous and sedimentary rocks.
Ler a explicaçãoB · O oceano liga os reservatórios químicos da Terra.
The ocean is central to biogeochemical cycles essential for life.
Ler a explicaçãoB1 · O oceano liga os reservatórios químicos da Terra.
Elements occur in seawater at different concentrations.
many are essential to life, while silicon and strontium are needed by some organisms.
Ler a explicaçãoB2 · O carbono passa entre formas inorgânicas e orgânicas.
The ocean is the largest reservoir of rapidly cycling organic and inorganic carbon.
Ler a explicaçãoB3 · O carbono passa entre formas inorgânicas e orgânicas.
Atmospheric carbon dioxide enters through diffusion, mixing, and bubbles.
ocean carbon occurs in dissolved organic and inorganic forms and in particles and organisms.
Convective mixing exchanges carbon-containing materials between water layers.
Notas sobre a adaptação (em inglês)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Ler a explicaçãoB4 · O carbono passa entre formas inorgânicas e orgânicas.
Photoautotrophs and chemoautotrophs fix inorganic carbon into organic matter.
Ler a explicaçãoB5 · O carbono passa entre formas inorgânicas e orgânicas.
Respiration converts much organic carbon back to inorganic carbon.
Ler a explicaçãoB6 · O carbono passa entre formas inorgânicas e orgânicas.
Some organic carbon sinks, accumulates on the seafloor, and may become fossil fuel.
Ler a explicaçãoB7 · As conchas carbonatadas ligam a vida ao ciclo das rochas.
Organisms use dissolved inorganic carbon to form calcium carbonate shells and skeletal parts.
Ler a explicaçãoB8 · As conchas carbonatadas ligam a vida ao ciclo das rochas.
Much shell-derived calcium carbonate dissolves in the deep ocean.
Ler a explicaçãoB9 · As conchas carbonatadas ligam a vida ao ciclo das rochas.
Some shell and coral carbonate accumulates in limestone, chalk, and carbonate banks.
Ler a explicaçãoB10 · As conchas carbonatadas ligam a vida ao ciclo das rochas.
Uplift, accretion, and sea-level change can expose carbon-bearing marine rocks to weathering and erosion on land.
Organic and inorganic sedimentary carbon both have geological return pathways through uplift, exposure and weathering.
Ler a explicaçãoB11 · As conchas carbonatadas ligam a vida ao ciclo das rochas.
Fossil-fuel combustion transfers organic carbon to atmospheric carbon dioxide and affects climate and ocean pH.
Ler a explicaçãoB12 · O fósforo integra compostos celulares essenciais.
Life needs phosphorus for ATP, DNA, and phospholipids.
Ler a explicaçãoB13 · O fósforo integra compostos celulares essenciais.
Weathering of terrestrial rocks is the main ocean phosphorus source.
Ler a explicaçãoB14 · O fósforo integra compostos celulares essenciais.
Ocean phosphorus occurs in dissolved inorganic and organic forms, particles including apatite, and organisms.
Notas sobre a adaptação (em inglês)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Ler a explicaçãoB15 · A reciclagem biológica e o soterramento criam percursos diferentes.
Producers take up phosphorus, food webs transfer it, regeneration returns inorganic forms, and upwelling returns phosphorus to the surface.
Ler a explicaçãoB16 · A reciclagem biológica e o soterramento criam percursos diferentes.
Some organic and inorganic phosphorus enters sediments and later sedimentary rocks.
Notas sobre a adaptação (em inglês)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Ler a explicaçãoB19 · Os microrganismos transformam o azoto em formas utilizáveis.
Life needs nitrogen for amino acids and proteins.
most organisms cannot directly use atmospheric nitrogen gas.
Ler a explicaçãoB20 · Os microrganismos transformam o azoto em formas utilizáveis.
Nitrogen-fixing bacteria including cyanobacteria make nitrogen available to marine life.
Ler a explicaçãoB21 · Os microrganismos transformam o azoto em formas utilizáveis.
Biological transformations cycle nitrogen among inorganic and organic forms through fixation, nitrification, denitrification, assimilation, ammonification, and anaerobic ammonium oxidation.
Nitrogen forms have different oxidation states; urea is an organic nitrogen compound.
Ler a explicaçãoB22 · O azoto circula pelas teias alimentares, sedimentos e entradas humanas.
Producers take up nitrogen, food webs transfer it, regeneration returns inorganic forms, and upwelling returns nitrogen to the surface.
Ler a explicaçãoB23 · O azoto circula pelas teias alimentares, sedimentos e entradas humanas.
Some organic nitrogen enters sediments and becomes organic matter in sedimentary rocks.
Notas sobre a adaptação (em inglês)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Ler a explicaçãoB24 · O azoto circula pelas teias alimentares, sedimentos e entradas humanas.
Uplift, accretion, and sea-level changes expose nitrogen-bearing marine rocks to weathering and erosion.
Ler a explicaçãoB25 · O azoto circula pelas teias alimentares, sedimentos e entradas humanas.
Nitrogen from fertilizers, wastewater, and fossil-fuel combustion reaches the ocean through water or air and can fuel eutrophication and alter food webs.
Notas sobre a adaptação (em inglês)
Treat eutrophication as nutrient enrichment that can promote blooms and alter food webs, not as a synonym for harmful algal blooms.
Ler a explicaçãoB26 · Alguns organismos constroem partes duras com sílica.
Diatoms, radiolarians, and sponges use silica for hard parts such as tests, frustules, spines, and spicules.
Ler a explicaçãoB27 · Alguns organismos constroem partes duras com sílica.
Weathering and volcanic activity supply ocean silica.
rivers transport land-weathering products.
Ler a explicaçãoB28 · Alguns organismos constroem partes duras com sílica.
Ocean silicon occurs in dissolved forms and in particulate minerals and biogenic skeletons.
Notas sobre a adaptação (em inglês)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.