Ciências do Ambiente - Cap 1.2 - Ecologia

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Disciplina de Ciências do Ambiente
Curso de Engenharia de Produção - UEMA
Capítulo 1: Conceitos Básicos - Ecologia
Conteúdo: Ecologia, ecossistemas, cadeia alimentar e ciclos biogeoquímicos.

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Ciências do Ambiente - Cap 1.2 - Ecologia

  1. 1. Universidade Estadual do Maranhão Engenharia de Produção Ciências do Ambiente Conceitos Básicos Ecologia Me. Elon Vieira Lima São Luis – Agosto de 2014
  2. 2. 2 Leis de Conservação Introdução • A vida, como conhecemos, requer basicamente matéria e energia. • Matéria  é algo que ocupa lugar no espaço. • Energia  é a capacidade de realizar trabalho. – Quanto maior for essa capacidade, melhor será a qualidade da energia. • Em qualquer sistema natural, matéria e energia são conservadas, ou seja, nem se criam nem se destróem. • Entretanto, a qualidade de energia se degrada de maneiras mais nobres (maior qualidade) para menos nobres (menor qualidade)
  3. 3. 3 Leis de Conservação Lei da conservação de massa • Lei de Lavoisier. • Não existe processo 100% eficiente. Em qualquer sistema, físico ou químico, nunca se cria nem se elimina matéria; apenas é possível transformá-la de uma forma em outra. • Tudo se realiza com a matéria que é proveniente do próprio planeta. • Há geração de resíduos em todas as atividades dos seres vivos, mas que podem ser reincorporados ao meio  ciclos biogeoquímicos. • Desequilíbrio: geração de resíduos maior do que a capacidade de reciclagem do meio.
  4. 4. 4 Leis de Conservação 1ª lei da termodinâmica • Análogo à lei de conservação de massa. – A energia pode se transformar de uma forma em outra, mas não pode ser criada nem destruída. • Energia cinética • Energia potencial • A energia necessária para a sobrevivência dos seres vivos chega através de diversas transformações. – A energia luminosa é absorvida pelos vegetais fotossintetizantes e transformada em energia potencial (moléculas complexas). – Na respiração, essas moléculas são quebradas, liberando energia a ser utilizada nas funções vitais.
  5. 5. 5 Leis de Conservação 2ª lei da termodinâmica • Todo processo de transformação de energia se dá a partir de uma maneira mais nobre para uma menos nobre. • Quanto mais trabalho conseguir realizar com uma mesma quantidade de energia, mais nobre será este tipo de energia. • Embora a quantidade de energia seja preservada, a qualidade é sempre degradada. • Não há reciclagem completa de energia. • Conseqüências – Todo corpo com forma ordenada necessita de energia de alta qualidade para manter sua entropia baixa. – Ambiental: tendência da globalização da poluição.
  6. 6. 6 Ecologia Conceito • Etimologia da palavra – O termo eco deriva do grego oikos e significa casa. – O termo logia deriva do grego logos e denomina estudo. – Pode ser definido como o “estudo da casa”. • É a ciência que estuda as interações entre os organismos e seu ambiente, ou seja, é o estudo científico da distribuição e abundância dos seres vivos e das interações que determinam a sua distribuição. • As interações podem ser entre seres vivos e/ou com o meio ambiente.
  7. 7. 7 Ecossistema Definições e estrutura • Espécies  É o conjunto de indivíduos semelhantes (estruturalmente, funcionalmente e bioquimicamente) que se reproduzem naturalmente, originando descendentes férteis. • Populações  É o conjunto de indivíduos de mesma espécie que vive numa mesma área e num determinado período. Espécie População
  8. 8. 8 Ecossistema Definições e estrutura • Comunidade ou biocenose  É o conjunto de populações de diversas espécies que habita uma mesma região num determinado período. • Biótipo  Fatores abióticos encontrados no meio físico (ambiente) que fornece condições necessárias à sobrevivência dos seres vivos  luz, temperatura, umidade, salinidade, etc. Comunidade
  9. 9. 9 Ecossistema Definições e estrutura • Ecossistema  união dos conjuntos biótipo e biocenose. – É a unidade básica no estudo da ecologia. – Em um ecossistema, o conjunto de seres vivos interage entre si e com o meio natural de maneira equilibrada, pela reciclagem de matéria e pelo uso eficiente de energia solar.
  10. 10. 10 Ecossistema Definições e estrutura • Ecossistema – Compõe-se de elementos abióticos, ou seja, matéria inorgânica ou sem vida (como água, ar e solo) e elementos bióticos, os seres vivos. – Homeostase  Todo ecossistema procura um estado de equilíbrio dinâmico por meio de mecanismos de autocontrole e auto-regulação, os quais entram em ação assim que ocorre uma mudança. – No caso de modificações artificiais impostas pelo homem, por serem relativamente violentas e continuadas, o mecanismo não consegue absorver essas mudanças e ocorre o impacto ecológico do meio. • Biomassa  Quantidade total de matéria viva em um ecossistema.
  11. 11. 11 Ecossistema Definições e estrutura • Habitat: É o lugar específico onde uma espécie pode ser encontrada  "ENDEREÇO" dentro do ecossistema. – Ele determina as condições de sobrevivência e reprodução do grupo. – O habitat não é exclusivo de uma única espécie encontrar diversas espécies ocupando o mesmo habitat  comunidades. – Exemplos: Uma planta pode ser o habitat de um inseto, o leão pode ser encontrado nas savanas africanas, etc.
  12. 12. 12 Ecossistema Definições e estrutura • Nicho ecológico  É o papel que o organismo desempenha no ecossistema  "PROFISSÃO" do organismo no ecossistema. • O nicho informa às custas de que se alimenta, a quem serve de alimento, como se reproduz, etc. • O nicho descreve como uma espécie usa os recursos do ambiente (como utiliza a energia circulante, o que come, onde, como e que momento do dia o faz), como ela é afetada por fatores físicos (a que horas do dia ou da noite, ou em que estação do ano tem maior atividade ou se reproduz) e por outras espécies e como sua existência afeta outros organismos que vivem no mesmo habitat (se são predadores ou presas).
  13. 13. 13 Ecossistema Definições e estrutura • Exemplo de nicho: – Nas savanas africanas, capim, zebras, leões e abutres ocupam o mesmo habitat, mas têm nichos ecológicos distintos. O capim produz a matéria orgânica que serve de alimento às zebras, que são comidas por leões. Os restos são aproveitados por abutres. NICHO ECOLÓGICO= RATO  COME, REPRODUZ, CAÇA  CAÇADO NO LOCAL.
  14. 14. 14 Ecossistema Definições e estrutura
  15. 15. 15 Ecossistema Definições e estrutura
  16. 16. 16 Ecossistema Reciclagem de matéria e fluxo de energia • A energia que os seres vivos necessitam para viver provém da alimentação. • Autótrofos  seres capazes de sintetizar seu próprio alimento, ou seja, auto-suficientes  produzem matéria orgânica através de inorgânica. – Quimiossintetizantes  oxidação  sulfo, ferro e nitrobactérias. – Fotossintetizantes  utilizam o sol como energia  vegetais clorofilados e algas. • Heterótrofos  seres incapazes de sintetizar seu alimento e que, para obtenção de energia, utilizam-se do alimento sintetizado pelos autótrofos. – Herbívoros, carnívoros, onívoros, sapróvoros. – Decompositores  Degradam matéria orgânica em matéria inorgânica  fungos e bactérias
  17. 17. 17 Ecossistema Reciclagem de matéria e fluxo de energia • Toda energia utilizada na Terra tem como fonte as radiações recebidas do sol. • Emite energia em forma de ondas eletromagnéticas. • Essa radiação tem um espectro de comprimento de onda que abrange desde valores pequenos (raios X e gama) até valores elevados (ondas de rádio). • Aproximadamente 99% da energia total encontra-se na região do visível.
  18. 18. 18 Ecossistema Reciclagem de matéria e fluxo de energia
  19. 19. 19 Ecossistema Reciclagem de matéria e fluxo de energia • Toda a vida na Terra depende da energia proveniente do Sol • A distribuição das diversas formas de vida é consequência da variação da incidência e da intensidade da energia solar. • Essa variação de incidência é o principal fator que gera as diferenças climáticas entre as diversas regiões do mundo. – Divisões das estações do ano; – Existência de regiões quentes e frias  áreas de baixa e alta pressões  deslocamento da umidade (chuva). • A energia solar absorvida pelas plantas é transformada em biomassa e será utilizada no metabolismo dos seres vivos.
  20. 20. 20 Ecossistema Cadeias alimentares • É o caminho seguido pela energia no ecossistema. • É formada por: – Produtores  plantas, fitoplâncton e bactérias; – Consumidores  herbívoros, carnívoros, etc.; – Decompositores  fungos e bactérias • É uma seqüência linear de seres que se nutrem uns dos outros. • Seta indica sentido da nutrição.
  21. 21. 21 Ecossistema Cadeias alimentares • A posição de cada um na cadeia alimentar é denominada de NÍVEL TRÓFICO (produtor= 1º NT). • Fluxo de energia é unidirecional e a matéria é cíclica.
  22. 22. 22 Ecossistema Cadeias alimentares • Podem ser divididas em dois tipos: – cadeias que começam pelos vegetais vivos e passam pelos herbívoros e carnívoros;
  23. 23. 23 Ecossistema Cadeias alimentares • Podem ser divididas em dois tipos: – cadeias que se iniciam pelos detritos vegetais e animais e passam pelos decompositores (detritívoros).
  24. 24. 24 Ecossistema Cadeias alimentares • Cadeias alimentares não podem ser vistas como sequências isoladas, mas sim fortemente interligadas, formando redes ou teias alimentares. • Rede alimentar  Conjunto de cadeias alimentares que um determinado animal participa.
  25. 25. 25 Ecossistema Cadeias alimentares • Teia alimentar  Conjunto de redes alimentares.
  26. 26. 26 Ecossistema Cadeias alimentares • Estudo de caso: – Problema: Muitas espécies são introduzidas em um ambiente sem que haja uma avaliação dos riscos associados a essa prática. Isso tem acontecido em uma escala com peixes pelo mundo. A truta arco-íris já foi introduzida em 82 países, uma espécie de tilápia, em 66 países e a carga comum, em 59 países (Ciência Hoje, 1996). – Questão: Quais são as possíveis consequências da introdução dos peixes exóticos em rios e lagoas?
  27. 27. 27 Ecossistema Cadeias alimentares • Segundo a 2ª lei da termodinâmica, à medida que se avança na cadeia alimentar, há uma redução na qualidade de energia disponível aos próximos organismos da cadeia. • À medida que a energia caminha, vai se tornando menos utilizável. • Para ser energética: no máximo 3 ou 4 Níveis tróficos.
  28. 28. 28 Ecossistema Cadeias alimentares
  29. 29. 29 Conceitos Básicos Bioma • Conjunto de ecossistemas terrestres, com fauna, flora e clima próprios. – Ex: uma floresta pluvial, uma savana ou um deserto. – É uma área com dimensões de até mais de 1.000.000 km2. – Características: •Uniformidade de um macroclima definido, •Uma determinada fitofisionomia ou formação vegetal, •Uma fauna e outros organismos vivos associados, •Condições ambientais parecidas: como a altitude, o solo, alagamentos, o fogo, a salinidade, entre outros.
  30. 30. 30 Conceitos Básicos Bioma • Grandes ecossistemas distribuídos na superfície terrestre: •ecossistemas terrestres; •ecossistemas aquáticos (plânctons, bentos, néctons); •ecossistemas de água doce (lênticos, lóticos); •rios, lagos, oceanos, estuários; •trundas; •floresta de coníferas, temperadas de folhas caducas, tropicais; •campos; e •desertos.
  31. 31. 31 Conceitos Básicos Bioma
  32. 32. 32 Conceitos Básicos Bioma
  33. 33. 33 Conceitos Básicos Bioma
  34. 34. 34 Conceitos Básicos Biodiversidade • É a variedade total de vida na Terra. – Inclui todos os genes, espécies, e ecossistemas, e os processos ecológicos.
  35. 35. 35 Conceitos Básicos Biodiversidade
  36. 36. 36 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • É uma camada fina, gasosa, presa à Terra pela força da gravidade.
  37. 37. 37 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Composição: – 99,9% da atmosfera é constituída por apenas três gases; – Os demais gases são: Dióxido de Carbono (CO2) (0,003%) e H2, Cr, Xe, O3, Me, Vapor d’água (0 –4%); – Material particulado: Orgânico (polens e microorganismos); Inorgânico (partículas de areia e fuligem)
  38. 38. 38 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções: • Proteger os organismos da exposição a níveis arriscados de radiação ultravioleta •Camada de ozônio
  39. 39. 39 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções: • Camada de ozônio
  40. 40. 40 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções: • Contém os gases necessários para os processos vitais de respiração celular e fotossíntese; • Fornece a água necessária para a vida.
  41. 41. 41 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções: • Mantém a temperatura média da Terra em 15 ºC. •Efeito Estufa
  42. 42. 42 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções: •Efeito Estufa
  43. 43. 43 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções: •Efeito Estufa
  44. 44. 44 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Litosfera • É a camada sólida externa da Terra. • A parte interna do globo terrestre é composta por diversas camadas, com diferentes materiais. • É formada por uma grande variedade de rochas e a sua superfície está geralmente coberta por uma camada de solo e depósitos de sedimentos.
  45. 45. 45 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Litosfera • Solo: É o principal suporte para a vida e o bem-estar, constituindo-se em um recurso natural vital e limitado, embora facilmente destrutível. • O solo é um corpo vivo, de grande complexidade e dinâmico. • Tem como componentes principais à fase sólida (matéria mineral e matéria orgânica), e a água e o ar (componente "não sólida“). • Funções: Substrato essencial para a vida Elemento de fixação e nutrição vegetal Produção de alimentos Obras de engenharia Maior reservatório natural de água doce Elemento de armazenamento de combustíveis fósseis
  46. 46. 46 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Hidrosfera • São os oceanos, mares, lagos e rios que cobrem, aproximadamente, 3/4 de sua superfície.
  47. 47. 47 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Hidrosfera • São os oceanos, mares, lagos e rios que cobrem, aproximadamente, 3/4 de sua superfície.
  48. 48. 48 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Hidrosfera • A distribuição dos recursos hídricos pelo planeta também não é homogênea. Em muitos pontos do planeta já há escassez.
  49. 49. 49 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Hidrosfera • É o principal componente dos organismos vivos. • Os seres vivos apresentam características específicas conforme a umidade e a ocorrência de água em seu habitat. Propriedade Efeitos e significância Maior calor de evaporação que qualquer outro material Determina a transferência de calor e de moléculas de água entre a atmosfera e os corpos d’água Maior calor latente de fusão que qualquer outro líquido, exceto amônia A temperatura estabiliza no ponto de fusão da água Maior capacidade calorífica que qualquer outro líquido, exceto amônia Estabilização das temperaturas dos organismos e regiões geográficas
  50. 50. 50 Conceitos Básicos Fatores abióticos: Hidrosfera Propriedade Efeitos e significância Excelente solvente Transporte de nutrientes e poluentes, tornando os processos biológicos possíveis em um meio aquoso. Maior constante dielétrica que qualquer outro líquido comum Alta solubilidade de substâncias inorgânicas e sua ionização em solução Maior tensão superficial que qualquer outro líquido comum Fator controlador na fisiologia; governa os fenômenos de gota e superfície Transparente à luz visível e de frações de longos comprimentos de onda de luz ultravioleta Incolor, permitindo que a luz necessária para a fotossíntese alcance consideráveis profundidades nos corpos hídricos Densidade máxima como um líquido em 4º C O gelo flutua; circulação vertical restrita em corpos hídricos estratificados
  51. 51. 51 Conceitos Básicos Biosfera • É o espaço onde toda vida seja ela animal ou vegetal é encontrada – É o conjunto de todos os ecossistemas do nosso planeta. – Inclui a superfície da Terra, os rios, os lagos, mares e oceanos e parte da atmosfera.
  52. 52. 52 Ciclos Biogeoquímicos Introdução
  53. 53. 53 Ciclos Biogeoquímicos Introdução • A reciclagem da matéria é de suma importância, uma vez que os recursos na Terra são finitos e a vida depende do equilíbrio natural desse ciclo. • Nutriente  elemento essencial disponível aos produtores, em forma iônica ou molecular. – Macronutrientes  maior que 0,2% p.o.s. •Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Nitrogênio (N), o fósforo (P), Enxofre (S), Cloro (Cl), Potássio (K), Sódio (Na), Cálcio (Ca), Magnésio (Mg) e Ferro (Fe). – Micronutrientes  menor que 0,2% p.o.s. •Alumínio (Al), Boro (B), Cromo (Cr), Zinco (Zn), Molibdênio (Mo), Vanádio (V) e Cobalto (Co).
  54. 54. 54 Ciclos Biogeoquímicos Introdução • Os elementos químicos essenciais à vida (em torno de 40) participam dessa trajetória desde o meio inanimado, passando pelos organismos vivos e retornando ao meio original  ciclos biogeoquímicos. – Bio  organismos vivos interagem – Geo  meio terrestre é a fonte dos elementos – Químicos  ciclos de elementos químicos. • Tipos de ciclos – Hidrológico  água – Sedimentares  enxofre e fósforo  litosfera – Gasosos  carbono e nitrogênio  atmosfera
  55. 55. 55 Ciclos Biogeoquímicos Ciclo da água
  56. 56. 56 Ciclos Biogeoquímicos Ciclo da água
  57. 57. 57 Ciclos Biogeoquímicos Ciclo da água
  58. 58. 58 Ciclos Biogeoquímicos Ciclo da água • Processos: – Detenção  parte da precipitação fica retina na vegetação, depressões do terreno e construção – Escoamento superficial  água doce que escoa sobre o solo, fluindo para locais de altitudes inferiores, até atingir um corpo d’água. – Infiltração – Escoamento subterrâneo  constituído por parte da água infiltrada na camada superior do solo. – Evapotranspiração – Evaporação – Precipitação  água que cai sobre o solo ou sobre um corpo d’água
  59. 59. 59 Ciclos Biogeoquímicos Ciclo do carbono • O carbono é o principal constituinte da matéria orgânica, participando em 49% do peso orgânico seco. • As plantas utilizam o CO2 e o vapor de água da atmosfera para, na presença de luz solar, sintetizar compostos orgânicos  Fotossíntese • A energia armazenada nas moléculas orgânicas é liberada no processo inverso ao da fotossíntese. • Há uma quebra das moléculas para a liberação de energia para as atividades vitais  Respiração
  60. 60. 60 Ciclos Biogeoquímicos Ciclo do carbono • Há uma interação entre os reservatórios aquático e atmosférico. • Decomposição da matéria orgânica, formando metano (CH4). • Reservatórios de carbono: petróleo e gás natura; carvão vegetal.
  61. 61. 61 Ciclos Biogeoquímicos Ciclo do carbono
  62. 62. 62 Ciclos Biogeoquímicos Ciclo do carbono

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