Solo – Composição, porosidade, matéria orgânica e nutrientes inorgânicos

Mais alguns pontos de edafologia sempre presentes na vida agronômica

 

O estudo do solo tem várias divisões, mas todas intercaladas e formando um sistema complexo e maravilhoso, cujos recursos, bem administrados, resultam em produtividade e sucesso no agronegócio. Portanto continuo pontuando, de forma resumida, esses aspectos edafológicos.

 

Os solos são compostos de matéria sólida e espaços porosos

O espaço poroso é o espaço ao redor das partículas do solo. Diferentes proporções de ar e de água ocupam os espaços porosos, dependendo das condições de umidade prevalecentes. A água do solo está presente principalmente como um filme na superfície das partículas do solo. Os fragmentos de rocha e de minerais no solo variam em tamanho desde grãos de areia, os quais podem ser vistos facilmente a olho nu, até partículas de argila tão pequenas que não podem ser vistas mesmo com o auxílio de um microscópio de luz.

A classificação que se segue é um esquema para categorizar as partículas do solo de acordo com os seus tamanhos:

 

Partícula                        Diâmetro (em micrômetros)
Areia grossa                    200 a 2.000
Areia fina                         20 a 200
Silte                                  2 a 20
Argila                               Menor que 2

 

Os solos contêm uma mistura de partículas de diferentes tamanhos e são divididos em classes texturais de acordo com a proporção dessas partículas presentes na mistura. Por exemplo, solos que contêm 35% ou menos de argila e 45% ou mais de areia são arenosos; aqueles contendo 40% ou menos de argila e 40% ou mais de silte são siltosos. Os solos de textura média contêm areia, silte e argila em proporções que os tornam propícios para a agricultura. As partículas de solo maiores proporcionam melhor drenagem, enquanto as partículas de solo menores têm alta capacidade de retenção de nutrientes.

A matéria sólida dos solos consiste tanto em matéria orgânica quanto inorgânica, com a proporção diferenciando bastante nos diferentes solos. Os componentes orgânicos incluem restos de organismos em vários estágios de decomposição, uma grande fração de material decomposto conhecido como húmus e uma grande variedade de plantas e animais vivos. Estruturas grandes como raízes de árvores podem ser incluídas, mas a parte viva é dominada por fungos, bactérias e outros microrganismos.

 

O espaço poroso dos solos é ocupado por ar e água

Aproximadamente 50% do volume total do solo é formado por espaços porosos, os quais são preenchidos por proporções variadas de ar e de água, dependendo das condições de umidade.

Quando a água não ocupa mais que a metade dos espaços porosos, uma quantidade adequada de oxigênio fica disponível para o crescimento e outras atividades biológicas da raiz.

Depois de uma forte chuva ou irrigação, os solos retêm uma certa quantidade de água e permanecem úmidos inclusive após a remoção da água retida fracamente pela gravidade. Se o solo for constituído de grandes fragmentos, os poros e os espaços entre eles serão também grandes. A água irá escoar através desse solo rapidamente, sobrando relativamente pouco para o crescimento das plantas nos horizontes A e B. Graças aos seus poros pequenos e às forças de atração que existem entre as moléculas de água e as partículas de argila de tamanho pequeno, os solos argilosos são aptos a reter uma quantidade bem maior de água contra a ação da gravidade. Dessa maneira, os solos argilosos podem reter três a seis vezes mais água que um volume equivalente de areia, ou seja, os solos com mais argila podem conter mais água, a qual fica disponível para as plantas. A porcentagem de água que um solo pode reter contra a ação da gravidade é conhecida como sua capacidade de campo.

Se uma planta for colocada para crescer indefinidamente em uma amostra de solo sem que seja adicionada água, ela poderá, muitas vezes, não se tornar apta a absorver a água de forma rápida o suficiente para suprir suas necessidades e murchará. Quando o murchamento é grave, as plantas não conseguem se recuperar mesmo quando colocadas em uma câmara úmida. A porcentagem de água que resta em um solo quando ocorre tal murchamento irreversível é chamado ponto de murcha permanente desse solo.

As forças que retêm a água no solo podem ser expressas nos mesmos termos (no caso, potencial de água) que as forças de absorção de água pelas células e pelos tecidos. O potencial de água nos solos diminui gradualmente com o decréscimo da umidade do solo abaixo da capacidade de campo. Os cientistas que estudam o solo consideram que solos com potencial de –1,5 megapascal estão em porcentagem de murcha permanente.

 

Os solos retêm cátions, mas os ânions são lixiviados

Os nutrientes inorgânicos obtidos pela raiz das plantas estão presentes como íons, na solução de solo. A maior parte dos metais forma íons carregados positivamente, isto é, cátions como Ca²⁺, K⁺, Na⁺ e Mg²⁺. As partículas da argila e do húmus podem conter um excesso de cargas negativas sobre suas superfícies coloidais onde os cátions podem ligar-se e assim ser retidos, impedindo a ação de lavagem da água que se percola pelo solo.

Desse modo, os cátions fracamente ligados às partículas de argila podem ser trocados por outros cátions e depois liberados na solução do solo, tornando-se disponíveis para o crescimento vegetal.

Esse processo é chamado troca catiônica. Por exemplo, quando o CO₂ é liberado durante a respiração das raízes, ele se dissolve na solução do solo e forma o ácido carbônico (H₂CO₃). O ácido carbônico se ioniza e produz bicarbonato (HCO₃^–) e íons hidrogênio (H⁺). Esse H⁺ produzido pode ser trocado por cátions de nutrientes, que estão na argila ou no húmus.

Os principais íons carregados negativamente ou ânions encontrados nos solos são NO₃^–, SO₄^2–, HCO₃^– e OH^–. Os ânions são lixiviados dos solos mais rapidamente que os cátions, porque eles não se ligam às partículas de argila. Os íons nitrato lixiviados, em particular, têm poluído fontes superficiais e subterrâneas de água. Uma exceção é o fosfato, o qual é retido porque forma precipitados insolúveis. O fosfato é especificamente adsorvido ou retido na superfície de compostos contendo ferro, alumínio e cálcio.

Embora o ferro seja o quarto elemento mais abundante entre todos os elementos na superfície da Terra, ele normalmente é oxidado na forma férrica (Fe³⁺), que é insolúvel e, portanto, não disponível para as plantas. Dois mecanismos distintos ou estratégias evoluíram nas plantas para aumentar ao máximo a mobilização e a captação do ferro do solo. Todas as plantas, com exceção das gramíneas, utilizam a denominada Estratégia I. Essa estratégia inclui a indução de três atividades localizadas na membrana plasmática: (1) uma bomba de prótons acidifica a rizosfera, atraindo mais ferro em solução; (2) após a acidificação, o Fe³⁺ é reduzido a Fe²⁺; e (3) o Fe²⁺ é então transportado através da membrana plasmática por um transportador de Fe²⁺. Na Estratégia II as gramíneas produzem e liberam no solo compostos quelantes especiais, denominados fitossideróforos, que apresentam alta afinidade pelo Fe³⁺. Os complexos Fe³⁺ fitossideróforos são captados na raiz por transportadores na membrana plasmática.

A acidez ou a alcalinidade dos solos é correlacionada com a disponibilidade de nutrientes inorgânicos para o crescimento vegetal. Os solos variam bastante em pH, e muitas plantas têm uma estreita faixa de tolerância dentro dessa ampla variação. Nos solos alcalinos, alguns cátions são precipitados e elementos como o ferro, o manganês, o cobre e o zinco podem, assim, tornar-se indisponíveis para as plantas. As micorrizas são especialmente importantes na absorção e na transferência de fósforo para a maioria das plantas, e, além disso, essa simbiose também tem sido associada ao aumento da absorção de manganês, cobre e zinco.

Evolução das plantas – Origem da vida

A vida originou-se logo no início da história geológica da Terra

 

Como todos os outros organismos vivos, as plantas têm uma longa história durante a qual evoluíram, ou mudaram, com o passar do tempo. O próprio planeta Terra – um aglomerado de poeira e gases girando em órbita ao redor de uma estrela que é o nosso Sol – tem cerca de 4,6 bilhões de anos. Acredita-se que a Terra tenha sofrido um bombardeio fatal de meteoros que terminou entre 3,8 e 3,9 bilhões de anos atrás. Vastos pedaços de rocha colidiram com o planeta, ajudando a mantê-lo quente. À medida que a Terra derretida começou a esfriar, violentas tempestades apareceram acompanhadas de relâmpagos e descargas de energia elétrica, e um vulcanismo generalizado expeliu rocha derretida e água fervente vindos das camadas inferiores da crosta terrestre.

Vida na Terra: dos nove planetas em nosso sistema solar, apenas um, até onde sabemos, possui vida. Este planeta, a Terra, é visivelmente diferente dos outros. A distância, ele parece azul e verde, e brilha um pouco. O azul é a água, o verde é a clorofila, e o brilho é a luz do Sol refletida pela camada de gases que circundam a superfície do planeta. A vida, pelo que conhecemos, depende dessas características que são visíveis na Terra.

Os mais antigos fósseis conhecidos são encontrados nas rochas do oeste australiano com cerca de 3,5 bilhões de anos de idade. Esses microfósseis consistem em diversos tipos de pequenos, relativamente simples, microrganismos filamentosos que se assemelham a bactérias. Têm aproximadamente a mesma idade desses microfósseis, os estromatólitos – tapetes microbianos fossilizados constituídos por camadas de microrganismos filamentosos, além de outros presos no sedimento. Os estromatólitos continuam a se formar ainda hoje em alguns lugares, como nos mares quentes e pouco profundos nas costas da Austrália e Bahamas. Ao compararem os estromatólitos antigos com os modernos, que são formados por cianobactérias (bactérias filamentosas fotossintetizantes), os cientistas concluíram que os estromatólitos antigos foram formados por bactérias filamentosas similares.

Mais antigos fósseis conhecidos, obtidos de rochas antigas no noroeste australiano, são cerca de um bilhão de anos mais jovens do que a própria Terra, mas há poucas rochas mais velhas nas quais se possa procurar uma evidência mais antiga de vida. Os organismos mais complexos – aqueles com organização celular eucariótica – não evoluíram até cerca de 2,1 bilhões de anos atrás. Por aproximadamente 1,5 bilhão de anos, portanto, procariotos foram as únicas formas de vida na Terra.

Ainda há muitas dúvidas sobre se a vida se originou na Terra ou se chegou à Terra pelo espaço na forma de esporos – células reprodutivas resistentes – ou por outros meios. A vida pode ter se formado em Marte, por exemplo, cuja história é semelhante à da Terra. Fortes evidências, primeiro descobertas pelo veículo espacial Opportunity, em 2004, indicaram que a água um dia fluiu pelo planeta, levantando a possibilidade de que, em algum momento, Marte pode ter sustentado vida (Figura 1.3). Em 2008, a sonda espacial não tripulada Phoenix encontrou gelo em abundância próximo à superfície. Além disso, seus instrumentos monitoraram um ciclo diurno de água: o vapor d’água, oriundo do gelo logo abaixo da superfície e da água aderida aos grãos de terra, é liberado para a atmosfera de Marte durante a manhã e à noite condensa e cai graças à gravidade. A maioria dos cristais de gelo evapora enquanto caem através da camada limítrofe atmosférica, mas já foi observada queda de neve em Marte.

Não foram detectadas moléculas nem traços de atividade biológica atual ou prévia no local do pouso da Phoenix. Todavia, seria esperado o achado de moléculas orgânicas no solo de Marte, tendo em vista o influxo constante de determinados tipos de meteoritos que contêm quantidades consideráveis de material orgânico. Os meteoritos que caem na Terra contêm aminoácidos e moléculas de carbono orgânicas, como por exemplo, formaldeído. Não obstante, continuaremos acreditando que a vida na Terra surgiu aqui mesmo.
Em 2011, o satélite Mars Reconnaissance Orbiter da NASA encontrou evidências de água em estado líquido escorrendo pelas vertentes e paredes das cavernas durante o mês de tempo quente em Marte. Acredita-se que esse líquido seja extremamente salgado e é encontrado logo abaixo da
superfície, onde está protegido do congelamento  nas temperaturas extremamente frias encontradas em Marte e da evaporação em decorrência das baixas pressões atmosféricas do planeta. Esses achados aumentam ainda mais as possibilidades de encontrar vida em Marte.

Quarto estado da água? Entenda

Nem sólido, nem líquido, nem gasoso: neste estado, a água é capaz de estar em dois lugares ao mesmo tempo, sem respeitar as leis da física

A água não precisa estar em estado sólido, líquido ou gasoso, como aprendemos na escola. Basta ela se sentir pressionada o suficiente que surge uma quarta fase, que a física clássica não é capaz de explicar.

A descoberta bizarra foi feita por pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos, quando observaram moléculas de água aprisionadas em um mineral chamado berilo, que compõe as esmeraldas.

Dentro do berilo, se espalham canais minúsculos que formam pequenas “jaulas” – as dimensões delas são tão diminutas que são medidas em átomos. Cada jaula tem 5 átomos de tamanho e só é capaz de armazenar uma única molécula de água. Essa H2O é mantida em condições de extrema pressão, um baita aperto.

É nessas condições que os pesquisadores descobriram um fenômeno que não sabem explicar. A molécula de água não tinha propriedades de sólido, nem de gás, nem de líquido. Na verdade, seu comportamento não faz sentido de acordo com a física clássica.

O que os cientistas encontraram foi o efeito túnel – um fenômeno que só é observado em nível quântico, com partículas muito menores que uma molécula de água.

Normalmente, os elétrons param de se mover quando não têm energia para transpor uma barreira à sua frente. É como pensar em uma bola que precisa de um chute forte o suficiente para subir uma montanha. Mas, no reino da física quântica, há situações em que vemos que essa bola, sem tomar uma bica, atravessa a montanha sem ganho de energia. Na verdade, no mundo quântico, essa bola chega a estar dos dois lados da montanha ao mesmo tempo. Ou dentro da montanha.

O efeito túnel só se apresenta em situações específicas, em que os elétrons encontram uma barreira tão fina que há probabilidade de que eles simplesmente a ignorem e sigam em frente.

Mas essas leis da mecânica nunca antes foram aplicadas a moléculas de água. O que os pesquisadores do laboratório observaram é que, dentro das suas jaulas, as moléculas formavam anéis estranhos, e o hidrogênio dentro de cada uma assumia seis posições diferentes dentro da jaula – ao mesmo tempo.

Este quarto estado físico da água pode mudar a forma como pensamos no transporte desta substância dentro de ambientes pequenos e apertados, como nanotubos de carbono e até as membranas das nossas próprias células.

Não existe nenhum paralelo no dia a dia a que se possa comparar o fenômeno – e, para falar a verdade, nem os cientistas que participaram do estudo têm certeza de porque a água assume esse estranho comportamento quântico. Mas de uma coisa eles têm certeza: cada anel de esmeralda de alguém é testemunha deste quarto estado da água, com suas moléculas de H2O claustrofóbicas tamborilando em efeito túnel junto aos dedos de alguém.

Por hoje era isso. Nos vemos na próxima!

Sais Minerais – Noções básicas

Substâncias químicas contendo cátions e íons metálicos, eles são necessários ao corpo por serem responsáveis pelo bom funcionamento do metabolismo

 

Representando em média de 3 a 5% da massa dos seres vivos, os minerais podem ser encontrados na matéria viva sob a forma insolúvel, imobilizados em estruturas esqueléticas, como também sob a forma solúvel, dissolvidos na água e dissociados em íons.

Os animais normalmente os obtêm por meio da ingestão de alimentos e de água (que também apresenta certa taxa de minerais dissolvidos). Os vegetais normalmente os obtêm absorvendo-os do meio juntamente com a água.

Dentre os diversos minerais encontrados nos seres vivos, destacam-se:

 

Cálcio (Ca)

Sob a forma de sal insolúvel, é encontrado dando rigidez às estruturas esqueléticas (ossos, dentes, conchas de moluscos, casca de ovos, etc.). No corpo humano, o cálcio
é o mineral mais abundante, constituindo cerca de 1,5% do total da nossa massa corporal, e a maior parte dele é encontrada nos ossos sob a forma de fosfato de cálcio.
Por isso, a carência desse elemento na infância pode comprometer a formação normal os ossos, caracterizando um quadro conhecido por raquitismo (ossos tortuosos e fracos). Nos adultos, a sua carência pode causar osteoporose (ossos fracos).

Sob a forma iônica (Ca++), o cálcio participa de importantes reações do metabolismo, como as da coagulação sanguínea e contração muscular. Taxas reduzidas desse íon no plasma sanguíneo (hipocalcemia) podem trazer como consequência um retardamento da coagulação do sangue e um mau funcionamento dos músculos. Os íons Ca++ também são necessários para a transmissão de impulsos nervosos. Leite e derivados (queijo, iogurte, etc.), grãos de cereais, legumes, nozes e sardinha são exemplos de alimentos ricos em cálcio.

 

Fósforo (P)

Juntamente com o cálcio, sob a forma de fosfato de cálcio, participa da formação de estruturas esqueléticas. Na forma de íon fosfato, participa da formação das moléculas dos ácidos nucleicos (DNA e RNA) e do ATP. Leite e derivados, carnes, peixes e cereais são alimentos ricos em fósforo.

 

Ferro (Fe)

Os sais de ferro são importantes porque fornecem o íon Fe++, que entra na constituição de importantes moléculas proteicas, como os citocromos e a hemoglobina. Os citocromos atuam como transportadores de elétrons nas reações da cadeia respiratória da respiração celular aeróbia e nas reações de fotofosforilações da fotossíntese.

A hemoglobina, existente no sangue de muitos animais, tem como principal função transportar o oxigênio no organismo. A carência de ferro acarreta uma diminuição
da taxa normal de hemoglobina, caracterizando um tipo de anemia conhecida por anemia ferropriva. Carnes, vísceras (fígado, rim, coração, etc.), espinafre, couve, brócolis, feijão e ervilha são exemplos de alimentos ricos em sais de ferro.

 

Magnésio (Mg)

Sob a forma iônica (Mg++), participa das reações de fosforilação que sintetizam o ATP e da formação de algumas enzimas. Nas plantas, entra na constituição das moléculas
de clorofila, substância responsável pela absorção da luz necessária à realização da fotossíntese. Carnes, cereais e vegetais verdes, em geral, são importantes fontes de magnésio.

 

Sódio (Na)

Sob a forma de Na+, é essencial para a condução dos impulsos nervosos. Também exerce papel importante na manutenção do equilíbrio hídrico ou osmótico das células. O cloreto de sódio (NaCl), também conhecido por sal de cozinha, muito utilizado como tempero em nossa culinária, é uma das principais fontes desse elemento para o nosso organismo.

 

Potássio (K)

Assim como o sódio, os íons K+ têm importante papel na condução dos impulsos nervosos e na manutenção do equilíbrio hídrico. Ao contrário dos íons Na+, a concentração dos íons K+ é maior no meio intracelular. Carnes, leite e muitos tipos de frutas (banana, por exemplo) são importantes fontes de potássio.

 

Cloro (Cl)

O Cl– é outro íon que desempenha importante papel no equilíbrio hídrico. Além disso, no estômago de muitos animais, participa da formação do HCl (ácido clorídrico). O HCl é um dos componentes do suco gástrico, secreção que atua na digestão de determinados tipos de alimentos, em especial aqueles que são ricos em proteínas. O sal de cozinha é uma importante fonte de cloro para o nosso organismo.

 

Iodo (I)

Entra na constituição de hormônios tireoidianos, produzidos pela glândula tireoide. Essa glândula localiza-se na base do pescoço (na frente da traqueia) e produz os hormônios T3 (tri-iodotironina) e T4 (tetraiodotironina ou tiroxina), que estimulam as reações do metabolismo em todo o corpo (metabolismo geral). Para produzir esses hormônios, a tireoide necessita de iodo, o que torna imprescindível a utilização de sais de iodo na nossa alimentação. Os alimentos mais ricos em sais de iodo são aqueles vindos do mar (peixes, crustáceos, moluscos, algas), como também os vegetais terrestres, uma vez que
eles absorvem sais de iodo do solo, junto com a água.

Os solos mais ricos em iodo são os que estão localizados mais próximos do litoral. Solos mais afastados do litoral e os de regiões montanhosas são mais pobres em sais de iodo e, consequentemente, os vegetais que aí crescem também são pobres em iodo.
A falta de sais de iodo em nosso organismo ocasiona o mau funcionamento da tireoide, que passa, então, a produzir taxas menores de hormônios, caracterizando um quadro conhecido por hipotireoidismo. No hipotireoidismo, além de ocorrer uma redução das atividades metabólicas do organismo, pode ocorrer a formação do bócio (“papeira”,
“papo”), que consiste no aumento exagerado do volume da tireoide. Para evitar o bócio, que ocorria de forma endêmica (constante) em algumas áreas do nosso país, tornou-se
obrigatório, por lei, que as indústrias de sal de cozinha acrescentassem ao seu produto certo percentual de iodo.

 

Cobre (Cu)

Na forma iônica (Cu++), faz parte da molécula de hemocianina, pigmento respiratório de cor azul, encontrado no sangue de alguns animais (crustáceos e moluscos, por exemplo), cuja função é fazer o transporte de oxigênio no organismo.

 

Flúor (F)

Importante para a formação dos ossos e do esmalte dos dentes. É encontrado na água e em alguns alimentos (peixes, chás). Em regiões onde o teor de flúor na água destinada ao consumo da população é baixo, deve-se adicioná-lo à água potável nas estações de tratamento (fluoretação) para reduzir a incidência da cárie dental. O excesso de flúor, entretanto, acarreta a fluorose, doença que provoca lesões ósseas e manchas nos dentes.

Os minerais são classificados em macrominerais e microminerais. Os macrominerais são cálcio, sódio, fósforo, potássio, enxofre, cloro e magnésio. Eles são necessários em quantidades relativamente altas no nosso organismo. Já os microminerais são representados pelo ferro, cobre, zinco, iodo, flúor, cromo, cobalto, manganês, selênio, molibdênio. Estes são necessários apenas em pequenas quantidades, sendo representados por miligramas ou microgramas por dia.

Aula 10: A Água e Suas Transformações – Telecurso – Ciências

Ensino Fundamental: Ciências

 

Confira a teleaula:

 

 

Icebergs são grandes blocos de gelo feitos de água doce que flutuam no mar. Você observará que a densidade do gelo é menor do que a densidade de água e que ela pode se apresentar em diferentes estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Além disso, aprenderá que as mudanças de estado físico dependem de variações de temperatura e de pressão das substâncias.

 

Acesse o capítulo do livro aqui!

Hidrostática: Empuxo do Ar

Aula 16 de Hidrostática

 

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Hidrostática: Empuxo – Exercicios de reforço

Aula 15 de Hidrostática

 

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Hidrostática: Empuxo – Exercícios

Aula 13 de Hidrostática

 

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Hidrostática: Empuxo

Aula 12 de Hidrostática

 

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Hidrostática: Vasos comunicantes

Aula 11 de Hidráulica

 

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Hidrostática: Torricelli – Exercícios

Aula 10 de Hidrostática

 

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Hidrostática: Prensa Hidráulica – Aplicação do teorema de Pascal

Aula 08 de Hidrostática

 

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Hidrostática: Pressão Hidrostática – Exercícios

Aula 07 de Hidrostática

 

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Hidrostática: Pressão Hidrostática

Aula 06 de Hidrostática

 

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Hidrostática: Densidade e Massa Específica de um corpo

Aula 01 sobre Hidrostática

 

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