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O Ciclo do Nitrogênio

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Artigo O Ciclo do Nitrogênio

Mensagem por Mauricio Molina em Sex Nov 27, 2009 6:26 pm

O Ciclo do Nitrogênio!

Todo hobby, por mais baseado na prática que seja, possui suas regras e teorias. O aquarismo não foge a isto e possui uma grande quantidade de regras baseadas em leis químicas e biológicas que determinam diretamente como proceder em sua manutenção, e ignorar estas diretrizes é um belo caminho para o fracasso de seu aquário.

Um assunto essencial no estudo da vida no interior de um aquário é a gestão dos resíduos biológicos produzidos pelos habitantes do aquário. As primeiras semanas de um aquário novo são fundamentais para o seu sucesso. Um aquário é um pequeno ecossistema, antes de introduzir seus habitantes devemos estabelecer toda a biologia  necessária, que possibilitará vida saudável em um ambiente fechado e pequeno.

Introduzindo peixes, plantas e alimento em seu aquário, começa um processo natural. Peixes, invertebrados, fungos e algumas bactérias excretam resíduos nitrogenados em forma de amoníaco (que se pode transformar em amônia, dependendo da composição química da água) que deve passar pelo ciclo do nitrogênio. Também se produz amoníaco através da decomposição das plantas e da matéria animal, incluindo fezes e outros detritos. Os dejetos nitrogenados, em altas concentrações, tornam-se tóxicos para os peixes e outros habitantes do aquário.

No caso do Ciclo do Nitrogênio, convém salientar que na natureza as concentrações de tais compostos de nitrogênio são ínfimas, visto que a quantidade de organismos vivos e detritos em relação ao volume de água é extremamente pequena, na maioria dos casos (excluindo-se por exemplo locais com águas extremamente poluídas). O mesmo não ocorre no aquário, que por maior que seja, ainda possui proporções diminutas em relação ao habitat natural, e cujos habitantes estão em proporção muito maior do que na natureza, e onde as concentrações desses compostos serão proporcionalmente mais altas, e consequentemente seu efeito nocivo será maior e ocorrerá de forma mais rápida.

A biologia ideal no aquário reproduz o equilíbrio que se encontra na natureza em um sistema fechado. Na prática, é quase impossível manter um equilíbrio total. Como exemplo, uma relação equilibrada de presa-predador é quase impossível de manter, inclusive nos grandes aquários. Normalmente, o aquarista deve tomar medidas para manter o equilíbrio neste pequeno ecossistema contido no aquário. É mais fácil manter o equilíbrio em grandes aquários, daí a preferência dos aficionados por grandes montagens.

Um aquário bem equilibrado contém organismos que podem metabolizar os dejetos de outros residentes do aquário, esses organismos são as bactérias nitrificantes (gênero nitrossomas) que capturam o amoníaco da água e o metabolizam para produzir nitritos. Os nitritos também são altamente tóxicos para os peixes em taxas elevadas. Outro tipo de bactéria (gênero nitrospirae) converte os nitritos em nitratos, menos tóxicos. Na verdade a natureza é sábia estes seres nada mais querem do que transformar essa matéria decomposta em outros compostos que possam ser novamente aproveitados por outros seres. Lembrando que as bactérias preferem os ambientes estáveis de PH, entre 6.5 a 9.0, mas são mais ativas em pH acima de 7,4 e abaixo de 8,6. Elas necessitam de oxigênio para que sobrevivam, essas são chamadas de bactérias aeróbicas.

Ao montarmos um aquário novo, essas bactérias só existem em quantidades muito pequenas (aquelas poucas que por acaso vieram junto com a água, com o cascalho, etc.). Portanto é fundamental, nas primeiras semanas, fazer com que esta colônia de bactérias se multiplique até atingir uma quantidade que seja capaz de processar os dejetos dos peixes que virão a seguir. Assim, dependemos da formação de uma boa colônia de bactérias nitrificantes para que possa haver vida saudável em nossos aquários. Na linguagem do aquarismo, esse período inicial de formação da colônia costuma ser chamado de Ciclagem do Aquário. Um aquário só estará pronto para receber a população principal de peixes quando ele estiver devidamente ciclado. Este processo normalmente leva entre 2 e 6 semanas para se completar.

É muito comum colocar "peixes cicladores" para acelerar o processo também, o que não é recomendável. Mas acrescenta-se uns 2 ou 3 peixes resistentes (paulistinhas, por exemplo) para viver no aquário enquanto este está passando pela ciclagem. Mas este não é um bom procedimento pois se está submetendo estes peixes a um stress desnecessário. O ideal é comprar um kit de testes completo de água doce (pH, amônia, nitrito, nitrato) e acompanhar as subidas e descidas da amônia e do nitrito. Quando o nitrito cair a zero depois de ter subido, o aquário está pronto para iniciar a colonização dos peixes. Mas mesmo assim a população deve ser aumentada gradualmente, para permitir que a quantidade de bactérias também vá se adaptando ao aumento da carga biológica.

Além das bactérias, as plantas aquáticas também eliminam os resíduos nitrogenados metabolizando o amoníaco e os nitratos. Quando as plantas metabolizam compostos do nitrogênio, eliminam este elemento da água, convertendo-o em biossoma. No entanto, isto é somente temporário, já que as plantas voltam a expulsar o nitrogênio na água quando as folhas velhas se decompõem, por exemplo. O nitrato é o produto final da conclusão da oxidação bioquímica (transformação de amônia, nitrito para nitrato) , que as plantas utilizam como um fertilizante que removem da água. Frequentemente as plantas são incapazes de utilizar todo o nitrato produzido, que com o tempo se acumula, tendo por resultado a necessidade de trocas parciais de água para reduzir a níveis aceitáveis (< 8 ppm) evitando assim o crescimento de algas.

As bactérias nitrificantes irão fixar-se em qualquer local onde haja uma boa oxigenação (visto que o processo principal do ciclo é aeróbico, ou seja, com a presença de oxigênio). Porém, as colônias serão mais prósperas em locais onde não haja muita luz, e onde a corrente de água não as moleste em demasia. Esta é a parte mais importante do Ciclo do Nitrogênio em termos de aquarismo, mas na verdade ele não para por aqui. Por exemplo, se faltar oxigênio na água o Nitrato pode ser transformado novamente em Nitrito ou então, por um processo chamado denitrificação, ele volta a ser transformado por bactérias anaeróbicas em nitrogênio gasoso (N2), e o ciclo fica completo.

Vamos entender melhor como é este ciclo. O nitrogênio (N) é um elemento químico que entra na constituição de duas importantíssimas classes de moléculas orgânicas: proteínas e ácidos nucleicos. Embora esteja presente em grande quantidade no ar, na forma de gás nitrogênio (N2), poucos seres vivos o assimilam nessa forma. Apenas alguns tipos de bactéria, principalmente cianobactérias (antigamente conhecidas como algas azuis ou cianofíceas), conseguem captar o N2, utilizando-o na síntese de moléculas orgânicas nitrogenadas. Essas bactérias são denominadas fixadoras de nitrogênio. Eles acabam sendo comidas por outros organismos, que por sua vez são comidos por outros animais, e assim por diante até que os compostos nitrogenados estejam espalhados por todos os seres vivos.

Quando esses compostos nitrogenados são liberados, (pela morte de um organismo, ou parte dele, ou pelas suas excreções), eles são processados por bactérias decompositoras, e um dos principais produtos dessa decomposição é o gás Amônia (NH3). A amônia, em contato com a água, forma o Hidróxido de Amônio (NH4OH), uma substância altamente tóxica que em grandes concentrações tem o efeito de uma base altamente corrosiva. A amônia é uma substância muito perigosa para os peixes, e a sua toxicidade depende da temperatura, do pH e da salinidade da água. Por exemplo, quanto mais ácido for o pH, mais Hidróxido de Amônio é neutralizado e portanto diminui a toxicidade da amônia. Por outro lado, quanto mais alcalino o pH mais perigosa é a Amônia. Felizmente, essa substância é consumida por bactérias do gênero Nitrosômonas, que na presença de oxigênio transformam a amônia em Nitrito (NO2-) obtendo energia.

O HNO2 (ácido nitroso) dentro da água se dissolve liberando o íon nitrito (NO2-). O nitrito é mais uma substância altamente tóxica para plantas e animais, mas felizmente ele também não se acumula em um aquário bem montado, pois logo as bactérias do gênero Nitrospira o transformam em Nitratos (NO3-).

Agora sim, o nosso nitrogênio que partiu das moléculas orgânicas decompostas finalmente assumiu uma forma bem menos tóxica. No aquário, o nitrato vai lentamente acumulando como resultado desse processo. Mas não devemos deixá-lo acumular muito porque isso acaba levando ao crescimento excessivo de algas que o aproveitam como nutriente. Para evitar isso, fazemos regularmente trocas parciais de água e, melhor ainda, colocamos plantas naturais no aquário, pois o nitrato é prontamente consumido por elas. Aliás, as plantas também são boas consumidoras de amônia, e portanto ajudam muito a manter essa toxina sob controle.

Como Calcular níveis de amônia inadequados? (Vladimir Xavier Simões, AquaBrasilis)

Para calcular a quantidade de amônia não-ionizada presente numa determinada amostra, o Nitrogênio Amoniacal Total (NAT) deve ser multplicado pelo fator selecionado de acordo à tabela, utilizando-se para isso o pH e a temperatura da água encontrados por teste específico (pH) e leitura (temperatura; termômetro). Para ter maior precisão, deve-se medir previamente esses valores, para depois fazer o teste de amônia. Ou seja, para ser acurado, o teste de amônia deve ter valores de temperatura e pH iguais tanto em sua amostra de água como na água do aquário de onde foram retiradas as amostras.

Para exemplificar, apresentamos um modelo teórico de como realizar a determinação da fração tóxica de amônia tóxica (ANI):

1) A temperatura da água verificada está em 24°C;

2) O teste de pH da água deu 8.0;


3) Cruzando-se na tabela os valores obtidos de temperatura e pH encontrados, encontra-se o fator de multiplicação a ser utilizado: 0.0502;

4) Faz-se então o teste de amônia, onde se encontra uma concentração de NAT de 1.0 ppm;

5) Multiplica-se, então, esse valor do NAT pelo fator encontrado na tabela: 1,0 X 0.0502 = 0.0502 ANI.

Interpretação do Resultado:

A amônia tóxica presente (ANI) é de 0.0502 ppm. Ou seja, está praticamente no limite da toxidade, já causando algum estresse aos peixes.

Toxidez e concentrações de ANI:


Até 0.005 ppm

Estresse contínuo, problemas a médio / longo prazo.

Entre .005 e 1.0 ppm

Inderteminado; poucas mortes “inexplicadas” a mortandades massivas, ou estresse contínuo, com surgimento de doenças oportunistas diversas.

1.0 a 2.0 ppm

Morte de todos os peixes, independentemente de espécie, tamanho, idade etc, entre 24 a 96 horas (1 a 4 dias).

TABELA PARA CONCENTRAÇÃO DE NH3- (Amônia Não Ionizada – ANI)

     

     TEMPERATURA
pH68101214161820222426283032
7.0.0013.0016.0018.0022.0025.0029.0034.0039.0046.0052.0060.0069.0080.0093
7.2.0021.0025.0029.0034.0040.0046.0054.0062.0072.0083.0096.0110.0126.0150
7.4.0034.0040.0046.0054.0063.0073.0085.0098.0114.0131.0150.0173.0198.0236
7.6.0053.0063.0073.0086.0100.0116.0134.0155.0179.0206.0236.0271.0310.0369
7.8.0084.0099.0116.0135.0157.0182.0211.0244.0281.0322.0370.0423.0482.0572
8.0.0133.0156.0182.0212.0247.0286.0330.0381.0438.0502.0574.0654.0743.0877
8.2.0210.0245.0286.0332.0385.0445.0514.0590.0676.0772.0880.0998.1129.1322
8.4.0328.0383.0445.0517.0597.0688.0790.0904.1031.1171.1326.1495.1678.1948
8.6.0510.0593.0688.0795.0914.1048.1197.1361.1541.1737.1950.2178.2422.2768
8.8.0785.0909.1048.1204.1376.1566.1773.1998.2241.2500.2774.3062.3362.3776
9.0.1190.1368.1565.1782.2018.2273.2546.2836.3140.3456.3783.4116.4453.4902
9.2.1763.2008.2273.2558.2861.3180.3512.3855.4204.4557.4909.5258.5599.6038
9.4.2533.2847.3180.3526.3884.4249.4618.4985.5348.5702.6045.6373.6685.7072
9.6.3496.3868.4249.4633.5016.5394.5762.6117.6456.6777.7078.7358.7617.7929
9.8.4600.5000.5394.5778.6147.6499.6831.7140.7428.7692.7933.8153.8351.8585
10.0.5745.6131.6498.6844.7166.7463.7735.7983.8207.8408.8588.8749.8892.9058
10.2.6815.7152.7463.7746.8003.8234.8441.8625.8788.8933.9060.9137.9271.9389

Como se pode observar, não há ANI abaixo de pH 7.0, o que não significa dizer que apenas por isso o nitrogênio amoniacal, encontrado então sob a forma de íon amônio (forma ionizada; NH4+), não seja igualmente tóxico; apenas passa a haver diferenças físico-químicas na forma de ação (sobre os peixes e plantas) dessa forma em relação à outra não-ionizada (NH3-, gás amônia).

A pretensa atoxidade do íon amônio ou da “garantia” de saúde dos peixes em águas ácidas (pH < 7.0) é apenas mais uma “lenda” ou “mito” amplamente difundido em aquariofilia, e que só tem levado aquaristas desavisados a verdadeiros desastres.

Ambas formas do nitrogênio amoniacal, NH3- e  NH4+, são tóxicas e perigosas / mortais para os peixes mesmo em mínimas concentrações; porém, a primeira forma, exclusiva de águas básicas, é mais tóxica que a segunda forma.


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