Cap02

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Cap02

  1. 1. 02. Fluxos de energia e materiais através de ecossistemasObjetivos1. Identificar as principais fontes de energia e mostrar seu fluxoatravés de uma floresta;2. Enunciar as leis da energia e ilustra-lhas com exemplos;3. Lembrar as unidades de energia: kilocaloria e Joule;4. Mostrar os principais reagentes e produtos da fotossíntese, edo consumo orgânico;5. Traçar os ciclos de fósforo e nitrogênio no ecossistema;6. Acompanhar o fluxo de água no ecossistema florestal;7. Diagramar um ecossistema florestal que inclua as fontes e osfluxos de energia, fósforo, nitrogênio, água, oxigênio e dióxidode carbono.
  2. 2. Modelo mais detalhado do sistema florestal.No Capítulo 1 examinamos um modelo muito simplesde ecossistema florestal e fizemos uma introdução dossímbolos para diagramar as partes e os processos.Neste capítulo usaremos o mesmo modelo, detalhando oarmazenamento e os fluxos dos resíduos, nutrientes,dióxido de carbono e oxigênio.
  3. 3. Modelo mais detalhado da florestal – 2.Para sobreviver, um ecossistema necessita de umabastecimento contínuo de materiais essenciais. Estespodem vir de fora do sistema e/ou da reciclagem dosmateriais.Um diagrama do sistema pode ser usado para mostrar asfontes e fluxos, dos materiais mais importantes e a energia.Um diagrama pode mostrar as fontes e fluxos de cada tipode material por separado.
  4. 4. Fotossíntese.Pode-se resumir o processo da fotossíntese pelas plantasverdes da seguinte maneira:Água +Dióxido de carbono+ NutrientesMaterial orgânico +Oxigênio .=
  5. 5. ConsumoO processo de respiração ou consumo orgânico pelosconsumidores (que pode incluir o fogo da floresta e oconsumo industrial de combustíveis) ocorre em direçãocontrária:Material orgânico +Oxigênio.Água +Dióxido de carbono+ Nutrientes=
  6. 6. Modelo de Produção e Consumo na floresta
  7. 7. Figura 2.1. Processo P-R de uma florestaOs símbolos representam um ecossistema trabalhando.As diversas plantas verdes utilizam a energia do sol, água enutrientes do solo e dióxido de carbono do ar para produzirmatéria orgânica.Parte da matéria orgânica é alimento de insetos quandoainda está verde, parte é consumida por micróbios(organismos microscópicos) logo que cai ao solo, parte sequeima nos incêndios.Os consumidores usam oxigênio do ar e liberam nutrientes,dióxido de carbono e um pouco de água como subprodutos.
  8. 8. Comentários sobre o modelo.O vento é uma fonte externa que renova a atmosfera, deoxigênio e dióxido de carbono.Quando o vento sopra através da floresta, leva consigoqualquer excesso de dióxido de carbono acumulado pelosconsumidores.Os números nos caminhos estão em E6 joules por metroquadrado de floresta por ano.
  9. 9. Sistema em equilíbrio.Depois de alguns anos, o ecossistema florestal pode entrarem equilíbrio.A água flui para dentro e para fora do ecossistema; osnutrientes se movem desde o solo até aos organismos vivose voltam a ele novamente.Organismos crescem, morrem se decompõem e seusnutrientes retornam ao sistema.Se os depósitos permanecem constantes, com os fluxos deentrada iguais aos de saída, se diz que o ecossistema estáem estado de equilíbrio.
  10. 10. Quantificação dos fluxos de energia.A energia é necessária em todos os processos. Aquantidade de energia pode ser medida pelo calor liberado.Existem duas unidades usadas para medir energia:A caloria é a quantidade de calor necessária para elevar atemperatura de um grama de água em um grau na escalaCelsius (grau centígrado). Uma kilocaloria são milcalorias. Um corpo humano libera cerca de 2500kilocalorias por dia, energia proporcionada pelos alimentosconsumidos.
  11. 11. Joule.Por acordos internacionais, umaunidade de energia diferente se estáutilizando com maior freqüência, oJoule (J).Uma kilocaloria é equivalente à 4186,8Joules.
  12. 12. Fluxo das energias.A energia é necessária para todos os processos em umecossistema.A floresta usa a energia do sol (energia solar) e pequenasquantidades de outras fontes.As fontes energéticas, depósitos e fluxos em umecossistema florestal estão marcadas no diagrama dafloresta na Figura 2.1. (as quantidades estão em Joules).
  13. 13. Notação adotada.O diagrama inclui alguns números bastante grandes, commuitos zeros, os quais podem representar-se como oproduto da parte inicial do número multiplicado por 10para cada zero. Por exemplo: 627000 se representa como627 .103 ou 6,27 .105Pode se usar o formato de programas de computação:6.27 E5 onde E5 (5 exponencial) significa multiplicar10*5. Isto é o mesmo que adicionar 5 zeros.Esta última notação é usada na Figura 2.1 para indicar ofluxo de joules. Quando usamos a notação computacionalusamos ponto em vez de virgula para separar inteiros dedecimais.
  14. 14. Valores nos caminhos do diagrama.Uma boa maneira de ver como os materiais, energia oudinheiro fluem dentro de um sistema, é escrever seusvalores nos caminhos do diagrama.Por exemplo, os números nas linhas de fluxo na Figura2.1 são as razões de energia por ano. Na Figura 2.3 osnúmeros são gramas de fósforo fluindo pelo sistema, pormetro quadrado por ano.Às vezes é útil mostrar as quantidades médias dosdepósitos. Por exemplo, o valor médio de fósforo nodepósito de biomassa é de 10 gramas por metro quadradopor ano.
  15. 15. As leis da energia.O diagrama energético da floresta ilustra duas leisfundamentais:A primeira é a Lei da Conservação de Energia quedeclara que a energia não pode ser criada nem destruída.Em nosso caso, significa que a energia que flui paradentro de um sistema é igual à energia adicionada aodepósito mais aquela que flui para fora do sistema.Quando os depósitos não mudam, a soma das entradas éigual à soma das saídas de energia: os joules de energiaque entram no sistema das fontes externas, são iguais aosjoules de energia que se dispersam pelo sumidouro.
  16. 16. As leis da energia.A segunda lei, é a Lei da Dispersão de Energia.Esta lei declara que a disponibilidade para que a energiarealize algum trabalho se esgota devido à sua tendência àdispersão (ou degradação).A energia também se dispersa dos depósitos de energia.Quando apresentamos o símbolo do sumidouro de calorno último capítulo, dissemos que os sumidouros de caloreram necessários para todos os processos e depósitos. .
  17. 17. As leis da energia.Os sumidouros de calor existem devido a segunda lei.Observe os fluxos de energia no diagrama da floresta(Figura 2.1), veja que os joules de energia que fluem pelosumidouro de calor não estão disponíveis para realizarmais trabalho no sistema porque a energia se encontradesagregada (demasiado dispersa).A energia que se dispersa é energia que foi utilizada, nãoé energia desperdiçada. Sua saída do sistema é parteinerente e necessária de todos os processos, biológicos ouqualquer outro tipo.
  18. 18. O CICLO DE ÁGUA NA FLORESTA.A planta absorve uma grande quantidade de água pelasraízes, a conduze através dos troncos para as folhas efinalmente a expulsa nos poros microscópicos nas folhasem forma de vapor. Esta saída de água se chamatranspiração. A quantidade de água transpirada é muitomaior que a pequena quantidade de água usada nafotossíntese.Parte da água da chuva muda de estado antes de alcançaro solo, é a evaporação.A soma da transpiração e da evaporação é chamadaevapotranspiração.
  19. 19. O CICLO DE ÁGUA NA FLORESTA.
  20. 20. O CICLO DE ÁGUA NA FLORESTA.A Figura 2.2 mostra os fluxos e depósitos de água emum metro quadrado de um ecossistema florestal.Pouca água é armazenada (em depósito) comparada coma quantidade que flui através de todos sistemas (chuva,lixiviação e transpiração).A Figura 2.2 é a parte da água da Figura 2.1.
  21. 21. O CICLO DO FÓSFORO.Substâncias químicas (nutrientes) são tambémnecessárias para os depósitos e processos de umecossistema.Um dos nutrientes mais importantes para a construção deorganismos é o fósforo.Geralmente o fósforo é mais escasso que outrosnutrientes, tais como o nitrogênio e o potássio. Se osistema florestal não reciclasse o fósforo, este poderiaficar tão escasso, que limitaria o crescimento das plantasda floresta.
  22. 22. O CICLO DO FÓSFORO.Fluxos e depósitos que contém nutrientes ricos emfósforo estão incluídos na Figura 2.1.A entrada e a reciclagem do fósforo pode mostrar-se porseparado retirando do diagrama os itens que não contémfósforo.Na Figura 2.3 se mostram os caminhos e depósitosrestantes como o diagrama do ciclo do fósforo.
  23. 23. O CICLO DOFÓSFORO.
  24. 24. O CICLO DO FÓSFORO.Fluxos e depósitos que contém nutrientes ricos emfósforo estão incluídos na Figura 2.1.A entrada e a reciclagem do fósforo pode mostrar-se porseparado retirando do diagrama os ítens que não contémfósforo.Na Figura 2.3 se mostram os caminhos e depósitosrestantes como o diagrama do ciclo do fósforo.
  25. 25. O CICLO DO FÓSFORO.O diagrama mostra a chuva e as rochas como fontesexternas de fósforo. O fósforo está presente comofosfatos inorgânicos que as plantas usam para produzircompostos orgânicos necessários para a vida.O fósforo nestes compostos, participa da biomassa queregressa a formas inorgânicas mediante osconsumidores, quando eles usam a biomassa comoalimento.
  26. 26. O CICLO DO FÓSFORO.O fósforo inorgânico liberado se torna parte do depósitode nutrientes no solo.Assim, o fósforo se move em um ciclo como mostra aFigura 2.3.Parte flui para fora do sistema com as águas que saempela superfície do solo ou percola para o lençol freático.O fósforo não tem fase gasosa em seu ciclo. .
  27. 27. O CICLO DO NITROGÊNIO.O elemento químico nitrogênio é essencial para todas asformas de vida e seus produtos.É um dos elementos necessários para fazer proteínas(músculos em carnes, nervos, cabelos, tendões, pele,penas, seda, leite, queijo, sementes e nozes, enzimas), eestruturas genéticas.
  28. 28. O CICLO DO NITROGÊNIO.78% do ar é composto por gás nitrogênio, mas a maioriados organismos não podem utilizá-lo nesta forma. Onitrogênio em seu estado gasoso pode converter-se emformas utilizáveis (nitratos, nitritos, e amônia) porprocessos especiais que necessitam de energia.A energia nos relâmpagos converte o nitrogênio emnitratos na chuva.Os processos industriais usam combustíveis paraconverter o gás nitrogênio para fertilizantes nitrogenadospara fazendas.
  29. 29. O CICLO DO NITROGÊNIO.As plantas, algas e bactérias que podem fazer isto sãochamadas fixadoras de nitrogênio.Algumas plantas e árvores possuem nódulos que fixam onitrogênio usando açúcar que é transportado desde asfolhas como fonte de energia.As algas azul-esverdeadas podem fixar o nitrogêniousando a luz solar.Algumas bactérias podem fixar o nitrogênio usandomatéria orgânica como fonte de energia.
  30. 30. O CICLO DO NITROGÊNIO.
  31. 31. O CICLO DO NITROGÊNIO.A Figura 2.4 mostra o ciclo do nitrogênio nosecossistemas.Iniciando pelos organismos fixadores de nitrogênio, onitrogênio passa às plantas, e logo para os animais,seguindo a cadeia alimentar.Nas plantas e nos animais, o nitrogênio se encontra emforma de compostos orgânicos como as proteínas.O nitrogênio retorna para o solo e a água em forma dedejetos animais e pela decomposição de plantas eanimais.
  32. 32. OUTROS CICLOS.Diagramas parecidos podem ser desenhados para cadasubstância química utilizada nos processos de produção econsumo, tais como o carbono e o oxigênio.Em resumo, os diagramas simbólicos são uma forma derepresentar os fluxos dentro dos ecossistemas incluindoenergia, água, e fósforo.O diagrama, com todos seus componentes, mostra comoa energia e os materiais interatuam para formar um únicosistema.
  33. 33. QUESTÕES• Defina biomassa, fixador de nitrogênio, nutrientes,transpiração, kilocaloria, joule, estado deequilíbrio, micróbios• Mencione três funções importantes do vento noecossistema florestal.• Mencione duas fontes de energia (além da energiasolar) no ecossistema florestal.• Mencione dois consumidores no ecossistemaflorestal.
  34. 34. QUESTÕES3. Diga a diferença entre evaporação e transpiração.4. Explique por que o fósforo é importante noecossistema florestal.5. Use a Figura 2.1 para explicar a Lei de Dispersãode Energia.6. O que são as leis de energia?7. Escreva a equação de produção da fotossíntese e ade consumo orgânico.
  35. 35. QUESTÕES8. Explique fixação de nitrogênio e desnitrificação.9. Na Figura 2.1, que porcentagem de energiaincidente é dispersada pelo sumidouro?
  36. 36. O CICLO DO NITROGÊNIO.Várias substâncias de dejetos que contém nitrogênio,como a uréia na urina, são convertidas por bactéria emamônia, nitritos e nitratos; estes são usados novamentepelas plantas para fechar o ciclo. Alguns micróbiosdevolvem o nitrogênio à atmosfera como gás nitrogênio.Isto se chama desnitrificação.

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