Apostila ecologia

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Apostila ecologia

  1. 1. Temas de Ecologia 1 ECOLOGIA RESUMO DA HISTÓRIA DA ECOLOGIA Adaptação / Revisão: Prof. Dr. Jorge Henrique da Silva (06/06/2009) O vocábulo oekologie foi inventado, em 1866, por um dos maiores discípulos de Charles Darwin: Ernest Haeckel. A palavra Oekologie ―Ecologia‖ aparece pela primeira vez numa nota de rodapé do Generelle Morphologie der Organismen, substituindo o termo ―biologia‖, cujo sentido, na época, era indevidamente restrito: ― (...) a ecologia (...) ciência da economia, do modo de vida, das reações vitais externas dos organismos etc.―. A palavra ecologia vem de duas palavras gregas: oikos = casa e logos = estudo. A palavra oikos é aqui aplicada no sentido de ambiente. Assim, de acordo com a etimologia da palavra, Ecologia é o estudo do ambiente. No segundo volume da Generelle Morphologie der Organismen que Haeckel dá à ecologia sua definição mais célebre: ―Por ecologia entendemos a totalidade da ciência das relações do organismo com meio ambiente, compreendendo, no sentido lato, todas as ―condições de existência ―. Mas, foi Eugen Warming, em 1895 quem utilizou pela primeira vez a palavra ―ecologia‖ no título de um tratado de geobotânica geral. Sendo assim, consideram o autor como fundador da ―ecologia‖ como um ramo original da Biologia. Atualmente a Ecologia é definida como o estudo das relações dos seres vivos entre si e das relações entre os seres vivos e o ambiente físico. BIOSFERA E ECOSSISTEMA A Terra é uma ―esfera‖ de quase 14 mil Km de diâmetro. Em torno dessa ―esfera‖ existe uma camada gasosa que recebe o nome de atmosfera. Grande parte da crosta terrestre, denominada litosfera, é recoberta por uma camada de água conhecida como hidrosfera. Já a biosfera é um termo usado para designar a parte do planeta onde pode ser encontrada vida. É, portanto a região do planeta que contém todos os seres vivos e onde a vida é possível. Podemos dizer que o Ecossistema é uma parte da Biosfera que pode ser estudada isoladamente. Por exemplo: um lago, um rio, uma floresta e etc. Assim notamos que num Ecossistema existem dois componentes: um físico, denominado biótopo, que é representado pelos componentes abióticos (não vivos) do meio, ou seja, do solo, a água, os sais, o ar e etc.; e outro vivo, denominado biocenose, representado pelos componentes bióticos (vivos), que nada mais são que o conjunto de seres vivos que povoam o ambiente físico. Portanto o Ecossistema é, o conjunto de dois componentes que se inter-relacionam: Ecossistema = Biótopo ( abióticos)+ Biocenose (bióticos) AMBIENTE A Terra, até o momento, é o único planeta do sistema solar onde existe vida. Isso ocorre porque ela apresenta alguns fatores físicos e químicos sem os quais a vida não seria possível. Entre esses fatores podemos citar a luminosidade, a temperatura, a disponibilidade de água, o ar atmosférico e as substâncias químicas utilizadas pelos organismos. A sobrevivência de qualquer ser depende da presença desses fatores, mas não somente deles. De fato, se nos detivermos a observar a vida de um organismo verificaremos que ele nunca está isolado, pois, além dos componentes físicos e químicos, é circundado por outros seres vivos com os quais mantém relações. Chama-se meio ou ambiente ao conjunto de fatores físicos, químicos e biológicos necessários à sobrevivência de cada espécie.
  2. 2. Temas de Ecologia 2 ECOSSISTEMA Um sistema pode ser definido como o conjunto das partes ou elementos de um todo, inter- relacionados e que funcionam como uma estrutura organizada. Os sistemas possuem algumas características próprias e necessárias ao seu funcionamento: Precisam de uma fonte de energia externa; Possuem um conjunto de elementos que permitem o fluxo de energia; São auto-reguláveis, isto é, são capazes de manter um equilíbrio perfeito entre os seus elementos e conservar constante o fluxo de energia. Para esse fim contam com mecanismos que regulam o seu próprio funcionamento. O que é um ecossistema? Lembremo-nos de lugares como um lago, um rio, uma floresta, o mangue ou um pântano. Todos eles são sistemas formados por uma comunidade de seres vivos (biótica) que habita o meio ambiente físico-químico (abiótico) onde se encontram. Entre os seres da comunidade e o meio estabelecem-se relações complexas, em que se verifica uma contínua transferência de matéria e energia. È a esse complexo de seres e ambiente e ao fluxo de matéria e energia que se estabelece entre eles que damos o nome de ecossistema: Ecossistema é o conjunto de componentes abióticos e bióticos que num determinado meio trocam matéria e energia. Um ecossistema possui características encontradas nos sistemas comuns: a fonte externa de energia é a luz. Esta é captada pelos vegetais que, através da fotossíntese, a transforma num tipo de energia que será repassada aos demais seres vivos; os elementos inter-relacionados que permitem o fluxo de energia são os seres vivos que forma a comunidade. Note-se que nos ecossistemas, ao contrário do que ocorre em sistemas físicos, há também um fluxo de matéria, pois os seres se alimentam uns dos outros e há passagem, de matéria de um a outro; a auto-regulação depende, entre outros fatores, da capacidade de substituição de peças, ou seja, dos seres que morrem, através da reprodução. Um ecossistema possui uma quase infinita capacidade de auto-regulação. Isso lhe permite resistir e se adaptar a grandes variações ambientais. Entretanto os ecossistemas não conseguem neutralizar os grandes impactos ambientais provocados pelo homem. Um exemplo desse falo: em janeiro de 2000, foram lançadas nas águas da Baia da Guanabara uma quantidade enorme de petróleo que se espalhou, sob a forma de uma mancha negra, por uma área de cerca de centenas de Km. Esse desastre ecológico considerado como o pior da história, abalou em muito o equilíbrio ambiental da região. No caso do ecossistema marinho verificou-se, por exemplo, a morte de aves, da fauna costeira e de milhares de peixes e caranguejos. Mas o desastre não ficou restrito apenas ao mar e acabou com a fonte de alimento e trabalho de inúmeras famílias de pescadores que viviam na região. CONCEITO DE ECOSSISTEMA O termo "Ecossistema" foi utilizado pela primeira vez em 1935 pelo ecólogo britânico Arthur Tansley. Em alguns países na Europa, especialmente na Rússia, utiliza-se a expressão Biocenose para identificar o Ecossistema. Desde o início de sua caracterização o termo ecossistema vem obtendo diversas conceituações. De modo geral a expressão ecossistema refere-se a "Toda e qualquer unidade (área) que envolva todos os organismos vivos (bióticos), que se encontram interagindo com o ambiente físico (abióticos) em que estes vivem, de tal forma que um fluxo de energia produza estruturas bióticas bem definidas e uma ciclagem de materiais entre as partes vivas e as não-vivas".
  3. 3. Temas de Ecologia 3 A bacia hidrográfica considerada como um grande ecossistema. Na figura acima, observa-se um exemplo de ecossistema formado por uma bacia hidrográfica, dentro da qual se encontram inseridos um ecossistema terrestre constituído por uma mata ciliar e um ecossistema aquático constituído por um riacho de água doce. Na figura abaixo, observa-se que existe uma grande interação entre o ecossistema formado pela mata ciliar e aquele formado pelo curso de água, em que o primeiro supre o segundo pelo fornecimento de substâncias nutritivas. Perfil de um ecossistema formado pela mata ciliar e um riacho de água doce. Fonte: Adaptado de DUVIGNEAUD (1974).
  4. 4. Temas de Ecologia 4 COMPONENTES DE UM ECOSSISTEMA Na natureza existem inúmeras possibilidades de combinações entre os fatores animados e inanimados para formarem um ecossistema. Qualquer dessas combinações que estejam em relativo equilíbrio, tanto no seu aspecto como na sua função, chama-se Ecossistema. Cada ecossistema contém uma biocenose (isto é, uma comunidade de plantas e animais) e um biótopo (isto é, o seu ambiente). Este ecossistema possui uma certa extensão territorial e se limita com ecossistemas vizinhos. O esquema da abaixo contém os principais componentes de um ecossistema Componentes de um Ecossistema. Todo e qualquer ecossistema, constituído por florestas, rios, oceanos e outros, apresentam componentes bióticos e substâncias abióticas que compõem o meio. Os seres vivos (fatores bióticos) organizam-se em três categorias ou grupos distintos, representados pelos produtores, consumidores e decompositores. PRODUTORES Produtores são seres que, no ecossistema, conseguem fabricar substâncias orgânicas a partir de compostos inorgânicos simples. Há dois tipos de organismos produtores: quimiossintetizantes e fotossintetizantes. Os quimiossintetizantes são os que obtêm a energia de que necessitam a partir de substâncias inorgânicas, através de reações químicas (oxidações). Com a energia obtida sintetizam compostos orgânicos. Como exemplo temos as bactérias que oxidam o gás sulfídrico (H2S), denominadas sulfobactérias. A partir do gás sulfídrico, produzem enxofre livre e liberam energia. Além das sulfobactérias temos as ferrobactérias (oxidam compostos de ferro), as nitrobactérias (oxidam compostos que possuem, nitrogênio) e as hidrobactérias (oxidam a água). Os fotossintetizantes são os que sintetizam a substância orgânica a partir da inorgânica, na presença de luz. São os vegetais verdes, a cujo cargo está a quase totalidade da produção na natureza. Os vegetais verdes possuem o pigmento verde, clorofila, capaz de absorve a energia luminosa do sol. É com esta energia que transformam substâncias Inorgânicas em orgânica, através do processo denominado fotossíntese. Os produtores, dados sua capacidade de produzirem sua própria matéria orgânica, são conhecidos como seres autótrofos.
  5. 5. Temas de Ecologia 5 FOTOSSÍNTESE É o processo de síntese orgânica a partir do qual os vegetais transformam a energia luminosa em energia química e a armazenam em compostos orgânicos denominados alimentos. O processo químico da fotossíntese pode ser observado na seguinte expressão: 6H2O + 6CO2 + Energia Solar = C6H12O6 + 6 onde: H2O = água CO2 = dióxido de carbono C6H12O6 = glicose O2 = oxigênio Durante o processo da fotossíntese, ocorre a formação de glicose e liberação de oxigênio. RESPIRAÇÃO Neste processo fisiológico ocorre a liberação da energia anteriormente fixada, pela devolução do dióxido de carbono e água. Através da respiração dos animais e vegetais, que compõem os ecossistemas, ocorre um grande consumo de oxigênio. 6O2 + C6H12O6 = 6CO2 + 6H20 + Energia Os principais fornecedores de oxigênio do planeta são as algas azuis que habitam os oceanos. No ecossistema florestal, como é o caso da floresta amazônica, a maior parte do oxigênio liberado pela fotossíntese é consumido no processo de decomposição da matéria orgânica. CONSUMIDORES Este grupo é representado pelos organismos heterotróficos, também chamados de macroconsumidores. Tratam-se de seres incapazes de produzir sua própria energia, sendo obrigados, para sua sobrevivência, a retirar a matéria e a energia de outros organismos. Conforme a posição que ocupam na cadeia alimentar são chamados de consumidores primários, secundários, terciários ou quaternários. Os consumidores recebem diferentes denominações, em função do alimento consumido. (Tabela 1) HÁBITO ALIMENTAR TIPO DE ALIMENTO Herbívoros ou Fitófagos Plantas Frugívoros Frutas Onívoro Plantas e Animais Ictiófagos Peixes Hematófagos Sangue Coprófagos Fezes Ornitófagos Aves Planctófagos Plâncton Detritívoros Detritos Animais e Vegetais Tabela 1. Denominação dos grupos consumidores de acordo com seu hábito alimentar e o tipo de alimento consumido. CONSUMIDORES PRIMÁRIOS Na cadeia alimentar, os consumidores primários são os primeiros organismos a se alimentarem dos produtores (vegetais). Como exemplo de consumidores primários podemos citar os insetos e os mamíferos em geral.
  6. 6. Temas de Ecologia 6 Animais alimentando-se de pastagem natural. Numa área de campo, verifica-se que os animais domésticos, bovinos, eqüinos e ovinos buscam seu alimento a partir da massa verde produzida pelos vegetais. CONSUMIDORES SECUNDÁRIOS Quando um animal carnívoro alimenta-se de um animal herbívoro, na cadeia alimentar ele passa a ser denominado consumidor secundário. Hábito alimentar de um consumidor secundário. Na seqüência acima, exemplo de uma cadeia alimentar formada por um consumidor primário, secundário e terciário. CONSUMIDORES TERCIÁRIOS / QUATERNÁRIOS Quando um animal carnívoro se alimenta de consumidores secundários, este é chamado de consumidor terciário. Hábito alimentar de um consumidor terciário.
  7. 7. Temas de Ecologia 7 Finalmente, o consumidor terciário se constitui em alimento para os consumidores quaternários que se encontram no topo da cadeia alimentar, conforme pode ser observado no seguinte esquema: Exemplo de cadeia alimentar. DECOMPOSITORES OU MICROCONSUMIDORES Os decompositores que atuam em qualquer nível da cadeia alimentar também são chamados de sapróbios ou saprófitas. Tratam-se de organismos heterotróficos representados principalmente pelas bactérias e fungos. Tais organismos são de fundamental importância na reciclagem da matéria que compõe os diferentes ecossistemas. Estes microconsumidores para conseguirem energia degradam a matéria orgânica, tranformando-a em compostos simples e inorgânicos que são novamente utilizáveis pelos produtores. Na figura abaixo, observa-se a ação dos fungos na decomposição da matéria orgânica. Fungos realizando a decomposição da matéria orgânica CADEIAS ALIMENTARES Os componentes bióticos de um ecossistema formam ( na ordem: produtores — consumidores — decompositores) um sistema de complexas relações interalimentares, em que um organismo é ingerido pelo de nível superior. A partir dessa noção, podemos definir cadeia alimentar: Cadeia alimentar é uma seqüência de seres vivos, na qual uns comem aqueles que os precedem na cadeia, antes de serem comidos por aqueles que os seguem. O exemplo seguinte é de autoria de M. Guimarães Ferri e ilustra uma cadeia alimentar: ―Um exemplo de cadeia alimentar, entre nós, poderia ser o seguinte: certas árvores produzem frutos e sementes que são e comidos por pássaros, que são ingeridos por pequenos animais carnívoros como certos gatos-do-mato: estes são mortos pelo tiro de um caçador; sua carne pode servir de alimento aos cães do caçador, que abandona a carcaça que vai alimentar uma série de insetos e bactérias; os ossos se desagregam e finalmente se incorporam ao solo; as raízes de certas plantas vão aproveitar os minerais assim introduzidos ao solo; oportunamente vão, produzir novos frutos e sementes que alimentarão outros pássaros. A cadeia está assim fechada. Às vezes a cadeia se fecha, ou se completa, com um número muito menor de elos outras vezes são incontáveis esses elos‖.
  8. 8. Temas de Ecologia 8 Conceito de fluxo de matéria e energia Um ser, ao se alimentar de outro, obtém, a partir deste, matéria e energia. Há, portanto, nas cadeias alimentares uma transferência de matéria e energia desde produtores até consumidores, ou seja, um fluxo de matéria e energia. A partir da noção de fluxo, podemos reformular o conceito de cadeia alimentar já apresentado: Cadeia alimentar é o sistema de transferência de energia dos produtores, representados pelos vegetais fotossintetizantes, através de uma série de organismos em estágios de comer e ser comido. NÍVEIS TRÓFICOS Nas cadeias alimentares estabelecem-se diversos níveis tróficos ou níveis alimentares. Assim, reconhecem-se quatro níveis tróficos: primário, secundário, terciário e quaternário. O nível primário é aquele em que se encontram os produtores: o secundário é o dos consumidores de primeira ordem; o terciário é o dos consumidores de segunda ordem; o quaternário é o dos consumidores de terceira ordem. De modo geral, podemos afirmar que nos ecossistemas os organismos cujo alimento é obtido a partir de plantas, através de um mesmo número de passagens, pertencem ao mesmo nível trófico. Os níveis tróficos são os mesmos nos diversos ecossistemas, apesar de se observarem variações quanto a seus componentes. TEIAS ALIMENTARES A teia alimentar é o conjunto de cadeias alimentares de uma comunidade. A cadeia alimentar diz respeito a um dos caminhos pelos quais fluem a matéria e a energia no ecossistema. Já a teia alimentar representa o máximo de relações entre os componentes de uma comunidade, ou seja, o conjunto de caminhos de transferência de matéria e emergia no ecossistema. FLUXO DE ENERGIA NO ECOSSISTEMA A energia é definida como a capacidade de realizar trabalho. Trabalho é a medida da quantidade de energia que foi transformada a fim de produzir a força para movimentar mm corpo. Conhecem-se várias formas de energia, mas as de maior importância para os organismos vivos são a mecânica, a química, a radiante e a calorífica. Por exemplo, um corpo em movimento possui energia mecânica; uma corrente oceânica quente possui tanto energia calorífica quanto mecânica; a energia química encontra-se armazenada em combustíveis e alimentos; a energia radiante provém do Sol e ilumina e aquece a Terra. A energia mecânica apresenta-se sob duas formas: cinética e potencial. A cinética é a emergia do movimento. É medida pela quantidade de trabalho executada para trazer um corpo ao repouso. A potencial é a energia armazenada, podendo ser convertida em cinética. Os seres vivos precisam de uma fonte de energia potencial para executar o trabalho de viver. Esta á representada pela energia química existente nos compostos orgânicos dos alimentos. FONTE DE ENERGIA PARA OS SERES VIVOS O Sol representa a fonte de energia para os seres vivos. Sem a luz solar os ecossistemas não conseguem manter-se. A partir dos açúcares produzidos na fotossíntese, o vegetal sintetiza outras substâncias que fazem parte da sua estrutura, como proteínas, lipídios, etc. UTILIZAÇÃO DA ENERGIA QUÍMICA PELOS SERES VIVOS Os animais não são capazes de utilizar diretamente a energia proveniente do Sol. Sendo heterótrofos, vêem-se obrigados a utilizar os compostos orgânicos produzidos pelos vegetais. Assim, ao se alimentarem de vegetais ou de outros animais, na verdade estão ingerindo energia química condensada nas ligações dos compostos orgânicos. Uma vez no organismo, os compostos orgânicos chegam às células, onde são, degradados. Nessa ocasião liberam energia, que é, então utilizada para realizar trabalho. CADEIAS ALIMENTARES E FLUXO DE ENERGIA Anteriormente definimos cadeia alimentar como um sistema de transferência de energia.
  9. 9. Temas de Ecologia 9 Vimos ainda que, nas cadeias alimentares, há uma transferência de energia de produtores a consumidores, estabelecendo-se um fluxo de energia. A cadeia alimentar é, então, uma linha de transferência de energia dos produtores em direção aos consumidores e aos decompositores. A esse respeito torna-se importante ressaltar o seguinte: Em cada transferência de energia de um organismo para outro ou de um nível trófico para outro, uma grande parte de energia é transformada em calor. Portanto, a quantidade de energia disponível diminui à medida que é transferida de um nível a outro. Disso conclui que quanto mais curta é uma cadeia alimentar, ou quanto mais próxima estiver do organismo do início da cadeia, maior será a energia disponível. Considera-se que cada elo da cadeia alimentar recebe aproximadamente 10% da energia que o elo anterior recebeu. Segundo Odum numa zona temperada, se 1m2 de vegetação produz 15 kcal (quilocalorias) disponíveis para os consumidores de primeira ordem, os consumidores de segunda ordem terão 1,5 kcal disponíveis e os de terceira ordem apenas 0.15 kcal de energia disponível.
  10. 10. Temas de Ecologia 10 A DIFERENÇA ENTRE OS FLUXOS DE ENERGIA E MATÉRIA É importante observar que, a energia uma vez utilizada por um organismo não é reaproveitada. Assim, a energia gasta não retorna aos produtores. A energia possui um fluxo unidirecional. O mesmo não ocorre com a matéria. Esta, ao contrário da energia que flui em um só sentido, tem um comportamento cíclico, voltando aos produtores e sendo reaproveitada. Portanto, a matéria circula de forma cíclica. CONCLUSÕES SOBRE O FLUXO ENERGÉTICO A fonte de energia para os seres vivos é o Sol. Os produtores apresentam sempre o maior nível energético. À medida que se afasta do produtor, a quantidade de energia disponível diminui. A energia gasta pelos organismos vivos não é reaproveitada. A energia possui um fluxo unidirecional Hábitat e nicho ecológico Chama-se habitat ao lugar onde uma espécie pode ser encontrada, isto é, o seu ―endereço‖ dentro do ecossistema. Nicho ecológico é o papel que um organismo desempenha dentro de um ecossistema. Pode-se considerar o nicho ecológico como a ―profissão‖ da espécie. O hábitat de uma espécie indica onde encontrá-la. Já o nicho informa onde e à custa do que se alimenta, a quem serve de alimento, onde ou de e como se reproduz, etc. Assim, o nicho ecológico diz respeito ao conjunto de atividades ecológicas que uma espécie desempenha no ecossistema. Ao dizermos que o leão habita as savanas africanas, estamos nos referindo ao seu hábitat. Mas se dissermos que nas savanas o leão atua como predador, devorando grandes herbívoros como a zebra e os antílopes, estaremos nos referindo ao seu nicho ecológico. Espécie, populações e comunidades. Define-se espécie como o conjunto de indivíduos semelhantes e capazes de se intercruzar em condições naturais, produzindo descendentes férteis. Esse conceito, contudo é passível de algumas críticas. Em primeiro lugar, ele não, pode ser usado para organismos de reprodução assexuada. Além disso, essa definição não pode ser testada experimentalmente, dado depender do comportamento do organismo em condições naturais. Finalmente, trata-se de uma definição incômoda, para uso prático, na identificação de organismos. Por isso prefere-se atualmente considerar a espécie como uma população ativa (dinâmica) de organismos com muitas características anatômicas, fisiológicas e de comportamento em comum. Chama-se população ao conjunto de indivíduos de uma mesma espécie que vivem numa mesma área e num mesmo tempo, mantendo entre si uma certa dependência. Assim, por exemplo, se dissermos que numa cidade (área) viviam 10 mil pessoas (espécie) no ano de 1991 (tempo), estaremos caracterizando uma determinada população humana. Num ecossistema, podemos encontrar, convivendo, indivíduos pertencentes a várias espécies e, portanto, várias populações. Dá-se o nome de comunidade ou biocenose ao conjunto de populações interdependentes que vivem em uma determinada área geográfica. Por viverem num mesmo lugar, os seres de uma comunidade dependem dos mesmos fatores físicos e químicos do meio. É por isso que podemos falar em comunidade de uma floresta, de um lago, etc. Entre duas comunidades há uma zona de transição de dimensões variáveis. Essa zona é conhecida como ecótono podem viver espécies provenientes das comunidades limítrofes, além de espécies peculiares à própria região. Estas últimas só existem no ecótono, não aparecendo nas comunidades vizinhas.
  11. 11. Temas de Ecologia 11 PIRÂMIDES ECOLÓGICAS Pirâmides ecológicas ou alimentares são representações quantitativas de cadeias alimentares. Para a construção de uma pirâmide ecológica representam-se os produtores em sua base, vindo a seguir, em degraus superiores, os consumidores de diversas ordens. Uma pirâmide é, portanto, a representação dos níveis tróficos da cadeia alimentar e pode ser construída levando-se em conta três aspectos: 1. Número de indivíduos presente em cada nível trófico; 2. Massa dos indivíduos (biomassa) em cada nível trófico; 3. Quantidade de energia disponível em cada nível trófico. Tipos de pirâmides: pirâmide de números; pirâmide de biomassa; pirâmide de energia. PIRÂMIDE DE NÚMEROS Indica o número de indivíduos que participam de uma cadeia alimentar. A construção da pirâmide de números foi possível graças a dois fatos observados nas cadeias alimentares: Num ecossistema os animais de pequeno tamanho são mais numerosos que os de tamanho maior e reproduzem-se mais rapidamente. Para todo animal carnívoro, há dois limites de tamanho (superior e inferior) quanto às presas de que se alimenta. O limite superior é representado pelas presas grandes, dado que um predador não pode matar e devorar presas muito maiores que ele. O limite inferior é representado por presas muito pequenas. Para se alimentar dessas, o predador teria que capturá-las em grande número, o que seria difícil por falta de presas, de tempo e ainda por exigir demasiado gasto energético. Isso que existe, em geral, um tamanho ótimo de presas de cada espécie. Para se construir uma pirâmide de números representa-se a cadeia alimentar com compartimentos da mesma altura e comprimento proporcional ao número de indivíduos em cada nível trófico. A seguir, contam-se produtores e consumidores, agrupando-se nos degraus correspondentes da pirâmide. Exemplo de pirâmide de números Uma criança de 12 anos de idade consome, durante um ano, 4,5 bezerros. Estes, por sua vez, consomem no mesmo período 2 x 107 pés de alfafa. Temos, portanto, uma cadeia alimentar. Representação da cadeia: Representação da cadeia sobre a forma de pirâmide: 2x107 pés de alfafa  4,5 bezerros  1 criança Em conclusão, podemos afirmar o seguinte sobre as pirâmides de números: Quando se passa de um nível trófico para outro superior (sentido produtorconsumidores) há aumento do tamanho dos indivíduos e diminuição do seu número. Há, contudo, exceções a essa conclusão. Nas florestas, por exemplo, os produtores (árvores) são em menor número que os consumidores primários (insetos fitófagos) PIRÂMIDE DE BIOMASSA Considera a massa do organismo (biomassa) como critério básico. Ela indica a quantidade de matéria viva existente em cada nível trófico. Como regra geral, para as pirâmides terrestres, a massa total de matéria viva de um determinado nível trófico é menor que a do nível inferior. 1 criança 4,5 bezerros 2x107 pés de alfafa
  12. 12. Temas de Ecologia 12 Nas pirâmides marinhas, contudo, os produtores (fitoplâncton) apresentam menor biomassa que os dos níveis tróficos superiores. A razão deste fato é que, sendo unicelulares, são consumidos muitos rapidamente (embora reapareçam em velocidade muito grande). De modo geral, para os ambientes aquáticos e terrestres, podemos dizer que o total de matéria orgânica produzida por unidade de tempo é sempre maior nos níveis tróficos mais baixos. Convertendo os dados da pirâmide de números para de massa: Uma criança de 12 anos de idade e peso de 48 Kg consome durante um ano 1035 kg de carne de bezerro. Estes, por sua vez, consomem 8211 Kg de alfafa. teremos 8211 Kg de alfafa1 035 kg bezerro 48 kg criança PIRÂMIDE DE ENERGIA As pirâmides de números ou as de biomassa tem suas limitações. Elas informam a quantidade de material orgânico presente num dado momento, mas não indicam a perda de energia do processo. As pirâmides de energia mostram a transferência desta na cadeia alimentar. É o modo mais satisfatório de representação. Nelas se observa a perda de energia quando se passa de um nível trófico para outro superior. Quanto mais alto o grau dos consumidores, menor é o teor de energia que recebe. Por isso, estas pirâmides têm sempre a forma de um triângulo cujo ápice é voltado para cima. Como exemplo, citamos a cadeia alimentar já apresentada nas pirâmides anteriormente estudadas, modificada pela conversão de seus dados com energia: os pés de alfafa produzem, durante um ano, 1,5 x 107 cal. Deste valor energético apenas 1,2 x 106 cal passam para os 4,5 bezerros. Finalmente, chegam à criança 8,3 x 103 cal. Esses dados representados sob a forma de pirâmide, mostram o seguinte aspecto: Pirâmide de energia O fato de que nem toda essa energia passe de um nível trófico para o seguinte deve-se ao consumo energético dos processos fisiológicos e metabólicos na alfafa e no bezerro. Assim, por consumirem energia no trabalho de viver, apenas parte da energia que obtêm é passada para o nível trófico seguinte. EQUILÍBRIO E DESEQUILÍBRIO DOS ECOSSISTEMAS O equilíbrio de um ecossistema é o estado em que as espécies que o habitam permanecem vivas e perfeitamente integradas ao meio onde vivem. Para que isso aconteça é necessário que seja mantida uma característica fundamental dos ecossistemas: a sua capacidade quase infinita de auto-regulação. O que vem a ser auto-regulação? Os ecossistemas diferem dos outros sistemas porque, ao contrário destes, são capazes de promover uma contínua reposição de suas peças, isto é, dos seres que formam as suas comunidades. Essa reposição, base do seu equilíbrio, é feita através da capacidade de reprodução dos seres que, desse modo, produzem descendentes que substituem aqueles que morrem. Os novos seres, uma vez introduzidos no meio, enfrentarão condições nem sempre favoráveis e sobreviverão apenas aqueles que possuírem características que lhes permitam adaptar-se ao ambiente onde vivem. É nesse tripé — reprodução, competição pela sobrevivência e adaptação ao ambiente —- que se assenta à capacidade de auto-regulação de um ecossistema e, portanto, o seu equilíbrio. 8211 Kg de alfafa 1 035 kg bezerro 48 kg criança 1,5.107 cal de alfafa 1,2. 106 cal de bezerro 8,3 . 103 cal de criança
  13. 13. Temas de Ecologia 13 Como exemplo de equilíbrio do um ecossistema, vejamos o caso da Floresta Amazônica. Trata-se da maior floresta tropical do mundo, ocupando uma área que corresponde a quase metade da América do Sul. Na Amazônia encontra-se também o mais imponente sistema hídrico do mundo, constituído pelo rio Amazonas e seus numerosos afluentes. O clima do ecossistema Amazônico é quente e extremamente úmido devido as freqüentes chuvas. Seu solo é pobre nele vivem organismos decompositores que, ao reciclarem rapidamente os nutrientes para que voltem aos vegetais, garantem o equilíbrio e a manutenção da floresta. Estima-se que na Amazônia vivam cerca de 20% das espécies que atualmente existem na Terra. Esses seres estão organizados em complexas e delicadas cadeias alimentares e perfeitamente integrados ao ambiente que os cerca, Como exemplo dessa perfeita interação lembremos que a pobreza do solo, devida à rápida reciclagem dos nutrientes, faz com que estes faltem nas águas de alguns rios amazônicos. Em conseqüência, os peixes e outros seres que vivem nesses rios passam, a depender, para alimentar-se, das folhas que caem das árvores. O equilíbrio do ecossistema amazônico depende da manutenção das suas espécies animais e vegetais, do seu solo e das características do seu clima. DESEQUIBRIO DE UM ECOSSISTEMA O equilíbrio do ecossistema amazônico é ameaçado quando um dos seus componentes — seres vivos, solo e clima — é alterado. Se considerarmos, por exemplo, que a maior parte dos nutrientes encontra-se nos vegetais, e o não no solo, veremos que o desmatamento afeta drasticamente o ecossistema. As árvores cortadas, além de levarem consigo nutrientes, deixam o solo expostos às chuvas, cujas águas se encarregam de levar para os rios os nutrientes restantes. Com isso o solo se empobrece ainda mais e torna-se inviável o reaparecimento de novos vegetais na área afetada. Uma outra conseqüência do desmatamento sobre o solo é que, com a retirada das árvores, desaparece a sombra e o solo fica exposto ao sol. Com isso sua temperatura se eleva, o que, além de provocar a morte dos organismos decompositores, aumenta a evaporação. Esse aumento da evaporação faz com que sais de ferro em solução encontrados nas regiões mais profundas do solo venham à superfície, onde se depositam e secam. Em conseqüência o solo torna- se constituídos por verdadeiros ladrilhos impermeáveis de terra com sais de ferro, fenômeno esse denominado laterização. Note-se que até este ponto estamos discutindo as conseqüências do desmatamento sobre o solo da Amazônia. Não devemos esquecer que, com a derrubada das árvores, todos os elos das cadeias alimentares desse ecossistema são afetados, sucumbindo não só as espécies vegetais como as animais. Como exemplo podemos citar um fato de que a vida dos peixes que dependem, para se alimentar, da queda de frutos das árvores poderá ser bastante afetada com o desmatamento. O equilíbrio do ecossistema é extremamente delicado e qualquer intervenção sobre ele pode alterar a sua teia de relações. Se é verdade que os ecossistemas são capazes de resistir a variações naturais do ambiente, tais como chuvas ou secas prolongadas e invernos rigorosos, também o é que eles são extremamente sensíveis à ação do homem. É essa ação, aliás, que provoca os impactos ambientais, entre os quais destacamos o derramamento de petróleo nas águas do mar, a produção excessiva de gás carbônico e o desmatamento excessivo. Infelizmente, vários são os exemplos de desequilíbrio ambiental. A quase totalidade deles resulta da necessidade de exploração de recursos naturais do ambiente para que a espécie humana possa subsistir. Este problema é bastante complexo e é claro que, se o homem não pode prescindir dos recursos naturais, faz-se necessária uma exploração racional dos mesmos.
  14. 14. Temas de Ecologia 14 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS A RADIAÇÃO SOLAR O sol é a principal fonte de vida dos animais e vegetais sobre a superfície do globo terrestre. No ecossistema florestal, a vida dos vegetais e animais depende do fluxo de energia irradiada pelo sol. Da energia recebida na superfície da terra, aproximadamente 20% é refletida pelas nuvens e partículas atmosféricas, enquanto outra parte é absorvida pela superfície terrestre (solo, vegetação etc.). Da radiação líquida disponível, 40% é utilizada na evapotranspiração e somente 2% desta é usada no processo da fotossíntese que resulta no desenvolvimento e crescimento dos vegetais. (Figura 01) Figura 01. Radiação solar e o desenvolvimento vegetal. Figura 02. Balanço de energia no sistema Terra - Atmosfera - Universo. Fonte: SCHUMACHER (1996). Fonte: ANDRAE (1978) A energia oriunda do sol que entra na atmosfera é igual àquela que novamente sai, ou seja, 100%, porém o movimento de energia na superfície da terra é 142%. Este valor superior é obtido em função dos 99% de energia que volta em forma de radiação térmica, 27% da energia que atinge a superfície através da radiação direta e finalmente os 16% de energia que chegam à Terra de forma indireta. (Figura 02) O transporte de energia através da irradiação, devido à presença de nuvens, gases e partículas atmosféricas, de volta para a terra é 2,3 vezes maior do que aquela quantidade que atinge a terra através da radiação direta e indireta (radiação difusa do céu). Do total da radiação que atinge o topo da floresta, uma parte é refletida, parte é absorvida e outra parte passa pelas folhas. A transmissão da luz depende da estrutura da folha: pode ser de 40% em folhas finas ou até 0% em folhas grossas. A intensidade da luz é muito importante para a fotossíntese, para o movimento dos estômatos e para o crescimento. Da radiação solar que chega à superfície da terra, aproximadamente 50% é consumida pela evaporação da água. Após a evaporação, quando o vapor da água atinge a condensação, através da chuva, a mesma quantidade de energia gasta anteriormente retorna ao meio. EFEITO ESTUFA O efeito estufa pode ser definido como sendo a irradiação da energia das camadas da atmosfera, principalmente no âmbito da troposfera ( O - 20 km de altura).
  15. 15. Temas de Ecologia 15 Se na Terra não existisse atmosfera, a temperatura média da superfície terrestre seria abaixo de 18ºC negativos, ou seja, a mesma temperatura da lua, o que dificultaria a vida sobre a Terra. Grande parte da radiação oriunda do sol é absorvida pela atmosfera e re-irradiada para a superfície da Terra, possibilitando a sobrevivência dos seres vivos. Como conseqüência do efeito estufa, no ano de 1900 a temperatura média da superfície da terra foi de 15ºC. No caso de não ocorrência da irradiação da atmosfera (Ia), a temperatura média seria de -17ºC. Logo, a superfície terrestre seria em média 32ºC mais fria. Os gases naturais que mais contribuem com o aumento relativo da temperatura da terra são o dióxido de carbono e o vapor d'água e outros gases, conforme tabela 2. A cada ano o homem está contribuindo para o aumento do efeito estufa através da devolução de grandes quantidades de gases para a atmosfera. Tabela 2. Principais gases que contribuem para o aumento do efeito estufa. O aumento da concentração de gases na atmosfera provém principalmente da queima de combustíveis fósseis e florestais. Isso pode ser verificado especialmente no caso do dióxido de carbono que nas últimas décadas teve sua concentração aumentada na atmosfera. (Figura 03) Como conseqüências do efeito estufa para o ambiente, estão previstas catástrofes climáticas como o aumento do nível dos oceanos, mudanças dos ecossistemas da terra e, com isso, nova distribuição geográfica das zonas de produção, diminuição no abastecimento de água, principalmente uma baixa na produtividade dos vegetais e, provavelmente, danos diretos à saúde humana. Figura 03. Concentração de dióxido de carbono na atmosfera,ar seco, em partes por milhão (ppm) ao longo dos anos (Observatório Mauna Loa, Hawaii). Fonte: Adaptado de CHAPMAN & REIS (1995).
  16. 16. Temas de Ecologia 16 PRODUTIVIDADE DO ECOSSISTEMA FLORESTAL A produtividade de um ecossistema florestal está relacionada diretamente com o consumo e com a disponibilidade de dióxido de carbono no meio, pois este é o elemento que movimenta o processo de absorção das plantas. A assimilação do dióxido de carbono (CO2) ocorre através de uma absorção passiva por meio dos estômatos das folhas, cuja abertura é regulada principalmente pela intensidade de luz e pelo regime hídrico interno da planta. Neste aspecto, o índice de área foliar passa a ter importância fundamental, uma vez que é através das folhas que as plantas executam a fotossíntese e, por conseguinte, a assimilação que vai resultar na sua produção. A produtividade primária de um sistema ecológico pode ser definida como sendo a taxa na qual a energia radiante é convertida pela atividade fotossintética e quimiossintética de organismos produtores (plantas verdes), em substâncias orgânicas. PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA BRUTA (PPB): Esta produtividade representa a taxa global de fotossíntese, incluindo a matéria orgânica usada na respiração durante o período de medição, também chamada de fotossíntese total ou assimilação total. PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA LÍQUIDA (PPL): É a taxa de armazenamento de matéria orgânica nos tecidos vegetais, desconsiderando a respiração pelas plantas durante o período de medição, denominada também de fotossíntese aparente ou assimilação líquida. Durante a respiração, parte da matéria orgânica, resultante da produção primária bruta, é convertida novamente em dióxido de carbono e água, perdendo parte do peso seco. A produtividade primária bruta, a produtividade primária líquida e a respiração são relacionadas através da seguinte equação: Os diferentes tipos de comunidades ou ecossistemas variam grandemente em sua produtividade primária líquida, conforme se observa no quadro 1. Quadro 1. Produtividade primária líquida de diferentes ecossistemas florestais do mundo. Fonte: CHAPMAN&REIS (1992). Nos diferentes ecossistemas mundiais existem uma série de fatores que exercem influências na produtividade primária, dentre eles destacam-se a disponibilidade de nutrientes no solo, a disponibilidade de água, o período da estação do crescimento, a temperatura e os níveis de luz (Figura 04).
  17. 17. Temas de Ecologia 17 Figura 04. Produção primária líquida anual (tonelada de substância seca/hectare) no planeta Terra Fonte: SCHULTZ(1995). Durante a fotossíntese, para a produção de uma tonelada de substância orgânica seca (como glicose), ocorrem os seguintes processos: Retirados do ambiente: 600 litros de água Removidos do ambiente: 1470 kg de CO2 Devolvidos ao ambiente: 1070 kg de oxigênio Quadro 2. Processos para produção de uma tonelada de substância orgânica seca na fotossíntese. Fonte: BOSSEL (1994). Num ecossistema florestal, existe uma grande dinâmica na produção de biomassa, ou seja, à medida que a floresta vai se desenvolvendo, ocorre uma gradual redução da biomassa da copa das árvores e simultaneamente verifica-se um aumento na proporção dos componentes madeira e casca. Os troncos das árvores representam em média mais de 80% da biomassa aérea em uma floresta madura. A CIRCULAÇÃO DOS NUTRIENTES EM ECOSSISTEMAS FLORESTAIS Através de estudos de ciclagem de nutrientes realizados em florestas do mundo inteiro, verifica-se que o estoque de nutrientes na vegetação acima do solo aumenta das florestas de clima frio (boreais), para as de clima quente (tropicais). Por outro lado, a massa de nutrientes acumulados na serapilheira e depositados sobre o solo aumenta de forma contrária, ou seja, das florestas tropicais para as boreais, principalmente devido à baixa atividade dos organismos decompositores, que são inibidos pelas baixas temperaturas. (Quadro 3) Ecossistema Floresta Boreal Floresta Temperada Floresta Tropical Vegetação Aérea Coníferas Coníferas Folhosas Folhosas Biomassa (kg/ha) 51300 307300 151900 292000 Nutrientes (kg/ha) Nitrogênio (N) 116 479 442 1404 Fósforo (P) 16 68 35 82 Potássio (K) 44 340 224 1079 Cálcio (Ca) 258 480 557 1771 Magnésio (Mg) 26 65 57 290 Serapilheira Coníferas Coníferas Folhosas Folhosas Biomassa (kg/ha) 113700 74881 21625 27300 Nutrientes (kg/ha) Nitrogênio (N) 617 681 377 214 Fósforo (P) 115 60 25 9 Potássio (K) 109 70 53 22 Cálcio (Ca) 360 206 205 179 Magnésio (Mg) 140 53 28 24 Quadro 3. Estoque de matéria orgânica e nutrientes na biomassa aérea e serapilheira em diferentes ecossistemas florestais. Fonte: WARING & SCHLESINGER (1985).
  18. 18. Temas de Ecologia 18 Num ecossistema florestal tropical, a quantidade de detritos que caem em 12 meses é de 10.500 kg/ha, dos quais 2/3, ou seja, em torno de 7000 kg são folhas e 1/3 é constituído por ramos e pequenos troncos. Na mesma floresta tropical, o volume dos grandes troncos atingem 173.600 kg/ha. A biomassa das raízes é de 24.750 kg/ha, dos quais 85% estão localizados nos primeiros 30cm da profundidade do solo. A grande maioria das raízes exploram a zona superficial do solo de onde retiram os elementos nutritivos para o crescimento das plantas, sendo poucas as raízes que atingem a rocha matriz. Além de fatores importantes como aeração e economia de água, são os processos de reincorporação de nutrientes no ciclo que influem sobre a produção. Nas florestas naturais, o ciclo dos nutrientes ocorre continuamente, sendo uma circulação rápida de substâncias nutritivas, com um alargamento do ciclo, que possibilita também o crescimento de espécies com exigências maiores. Com a exploração, e a conseqüente retirada de nutrientes, logicamente alteram-se as condições do ecossistema, e a produtividade no futuro, principalmente nas regiões tropicais e subtropicais que dependem exclusivamente do processo de circulação de nutrientes. A parte que entra na circulação (percentagem do total retirada pela árvore) varia de acordo com o elemento, a espécie e sua idade. Então, quanto mais rápida a decomposição, melhor o efeito para o crescimento. Os estudos sobre ciclagem de nutrientes em florestas mostram que o retorno de nutrientes ao solo é maior em florestas com idades mais avançadas. Os nutrientes que retornam ao solo são novamente fonte de alimentação, e a sua decomposição influi muito na continuidade de abastecimento. Camadas de serapilheira espessa (por exemplo, Pinus sp. no Brasil) são sinal de interrupção do ciclo nutritivo, pois causam imobilização de nutrientes. Conforme o tipo de solo, e a médio prazo, resultam em redução do crescimento. Comparando os resultados de uma floresta de Araucaria angustifolia com as quantidades de nutrientes fixados na sua serapilheira, vê-se que o consumo anual inclui boa porcentagem dos nutrientes contidos na serapilheira. Como regra geral, pode-se afirmar que a rapidez da decomposição da serapilheira (desconsiderando as influências do ambiente) é maior, quanto maior for o teor de nitrogênio, fósforo, cálcio e magnésio. Partes jovens decompõem-se mais rapidamente do que partes velhas e a duração de decomposição de acículas é maior do que de folhas. As folhas da mesma espécie, procedentes de um ambiente com abastecimento bom em água e nutrientes, decompõem-se mais rapidamente do que as folhas de um ambiente com abastecimento deficiente. A manutenção do estoque de nutrientes minerais no solo, bem como da produtividade de biomassa das florestas de rápido crescimento, está intimamente relacionada com o processo da ciclagem de nutrientes. O processo de ciclagem de nutrientes nos ecossistemas florestais pode ser caracterizado em três tipos: Ciclo geoquímico Este ciclo caracteriza-se pela entrada de elementos minerais oriundos da decomposição da rocha matriz, pela fixação biológica de nitrogênio, adubações, pelas deposições de poeiras, gases e através da precipitação pluviométrica. A saída dos elementos minerais para fora do ecossistema, ocorre através da erosão, lixiviação, queima (volatilização) e, principalmente, pela exploração. Ciclo bioquímico Uma vez absorvidos os nutrientes do solo, alguns destes elementos ficam em constante mobilização no interior da planta, como é o caso do fósforo. Este ciclo relaciona-se com as transferências dos elementos minerais dos tecidos mais velhos para os mais jovens. Na Figura 05, observa-se o processo da dinâmica da ciclagem de nutrientes em ecossistemas florestais.
  19. 19. Temas de Ecologia 19 Figura 05. Ciclagem dos nutrientes em um ecossistema florestal. Fonte: SCHUMACHER (1995) adaptado de MILLER (1984). Nas florestas tropicais e subtropicais com solos velhos, onde a decomposição dos minerais primários já é mais ou menos completa, a nutrição das florestas depende cada vez mais da circulação de nutrientes através das substâncias orgânicas. Logo, quando se realiza um corte raso ou queima de capoeiras, capoeirões e ou florestas em estágio secundário, destrói-se a principal fonte de nutrientes que assegura a continuidade do desenvolvimento da vegetação. A mineralização e a humificação se tornam a base do ciclo nutritivo. Nessas florestas naturais há um equilíbrio entre a decomposição da matéria orgânica e a retirada de nutrientes, já que não há extração por exploração nem maiores perdas por lixiviação ou erosão. A morte dos produtores e consumidores proporcionam o retorno ao solo de uma grande massa orgânica, constituindo a camada de detritos. Essa camada/serapilheira alimenta uma grande quantidade de animais saprófagos, destacando lumbricóides - minhocas, cuja quantidade constitui a essência da fauna dos solos florestais. A fauna do solo decompõe a serapilheira, transformando-a em compostos orgânicos complexos, metabolizados pelos fungos actinomicetos e bactérias que, pela respiração, transformam o dióxido de carbono em alimento para os vegetais clorofilados. São várias as fontes de nutrientes para as plantas, no entanto a rocha matriz é a principal fornecedora dos elementos minerais oriundos da sua decomposição, inclusive os elementos contidos na matéria orgânica acima e abaixo da superfície do solo. Todos os elementos minerais estão sujeitos à ação da água, por isso, é importante salientar que os elementos disponíveis no habitat são incorporados na vegetação para reduzir as perdas pela lixiviação. Em solos de clima tropical e subtropical, a lixiviação é a grande responsável pela diminuição do potencial nutritivo dos solos. (Figura 06)
  20. 20. Temas de Ecologia 20 Figura 06. Influência da água na formação do relevo Dentre os principais elementos utilizados para o desenvolvimento das espécies vegetais, pode- se destacar: NITROGÊNIO, FÓSFORO e ENXOFRE. A RECICLAGEM DA MATÉRIA Num ecossistema, o fluxo de energia se processa num único sentido: dos produtores para os consumidores e decompositores. Esse fluxo unidirecional exige um suprimento constante de energia do meio externo, pois parte dessa energia é consumida nos deferentes níveis tráficos. Assim, o suprimento de energia para os ecossistemas é garantido pelo sol. Com a matéria isso não ocorre. As substâncias inorgânicas que participam dos ecossistemas não necessitam de um suprimento constante a partir de uma fonte externa, porque essas substâncias estão em constante reciclagem, sendo sempre reaproveitadas. Dessa forma, ora elas são encontradas nos seres vivos, ora no meio externo. Por envolverem os seres vivos (produtores, consumidores e decompositores), os componentes geológicos e as substâncias químicas dos ecossistemas, essas reciclagens recebem o nome de ciclos biogeoquímicos. NITROGÊNIO O nitrogênio constitui a maior fração da atmosfera, com cerca de 78% do seu volume, sendo esta a fonte e o reservatório deste elemento vital para qualquer forma de produção orgânica. Embora seja um dos elementos mais difundidos na natureza, praticamente não existe nas rochas que dão origem aos solos. Assim, pode-se considerar que a fonte primária do elemento, importante para o crescimento dos vegetais, é o ar. Na atmosfera, o nitrogênio encontra-se na forma molecular altamente estável de N2, não diretamente aproveitável pela maioria dos vegetais superiores. O nitrogênio é incorporado ao solo através de descargas elétricas na atmosfera, transformando o nitrogênio elementar (N2) em óxidos que são convertidos em ácido nítrico. Esse acaba no solo com a água das chuvas, resultando em nitratos aproveitáveis pelas plantas. Outro método de incorporação é a fixação direta de nitrogênio do ar pelos microorganismos do solo. (Figura 07) Figura 07. Ciclo do nitrogênio.Fonte: HEINRICH&HERGT (1990).
  21. 21. Temas de Ecologia 21 O processo de fixação biológica de nitrogênio ocorre através dos microorganismos livres, como bactérias, fungos e algas. De maior importância para o sistema agroflorestal é a fixação simbiótica, realizada principalmente por bactérias do gênero Rhizobium, que formam nódulos nas raízes de leguminosas e transferem o nitrogênio fixado do ar, transformando em formas assimiláveis, para a planta hospedeira. Todo o nitrogênio acumulado na planta somente é incorporado ao solo à medida que os resíduos de raízes mortas, folhas, galhos, cascas e troncos forem decompostos. (Figura 08) Figura 08. Decomposição da madeira pela ação dos fungos. No detalhe simbiose entre as bactérias do gênero Rhizobium e as raízes. CICLO DO NITROGÊNIO O nitrogênio é um elemento químico que entra na composição de moléculas orgânicas, como os aminoácidos, as proteínas e os ácidos nucléicos. Trata-se de um elemento indispensável para a continuidade da vida em nosso planeta. O nitrogênio é encontrado na atmosfera sob a forma de nitrogênio molecular (N2). Esse gás constitui cerca de 78% da atmosfera terrestre e existe também dissolvido na água. Apesar de sua abundância, a grande maioria dos seres vivos não consegue aproveitá-lo. Assim o N2 penetra nos seres vivos, mas retorna ao meio, não sendo usado em qualquer fenômeno biológico. Fixação do nitrogênio por bactérias e algas Vimos que o nitrogênio, em sua forma molecular, é inaproveitável pela grande maioria dos seres vivos. Esse fato impõe uma questão: como os organismos vivos conseguem fixar e incorporar o nitrogênio molecular em seus compostos nitrogenados? A resposta está na existência de algumas bactérias e certas algas azuis, capazes de fixar o nitrogênio do ar atmosférico ou o dissolvido na água. As bactérias que fixam o nitrogênio molecular pertencem a dois gêneros: Rhizobium e Azotobacter. As do gênero Rhizobium vivem em simbiose com as células das raízes de leguminosas, como feijão, soja, ervilha, alfafa, trevo, etc., onde formam pequenos nódulos. As bactérias do gênero Azotobacter vivem livremente no solo. As algas azuis fixadoras de nitrogênio molecular são encontradas principalmente na água e em solos encharcados e pertencem aos gêneros Anabaena e Nostoc.
  22. 22. Temas de Ecologia 22 As bactérias e algas azuis, após fixarem o nitrogênio molecular, fazem a sua conversão em nitratos (NO3). Esse fenômeno é denominado nitrificação. Após a conversão os nitratos, então dissolvidos na água, são absorvidos pelos vegetais, que os usam na síntese de seus aminoácidos e proteínas. O nitrogênio em animais e vegetais As proteínas, sintetizadas pelos vegetais, poderão chegar aos animais, através das cadeias alimentares. Podem ainda ir para o solo com a morte da planta. Os animais, possuindo proteínas, excretam subprodutos de seu metabolismo, na forma de compostos nitrogenados, como amônia, uréia e ácido úrico. Estes, uma vez eliminados vão para o solo. Papel dos decompositores No solo, os compostos nitrogenados excretados pelos animais e os cadáveres de animais e vegetais são degradados por bactérias e fungos. Esses decompositores transformam os compostos nitrogenados em amônia ou íons amônio (NH3 ou NH4). Este fenômeno é denominado amonificação. A amônia (ou íons amônio) poderá seguir três caminhos diferentes:  ser absorvida pelos vegetais e novamente usada na síntese de aminoácidos e proteínas;  ser transformada em nitritos (NO2) e nitratos (N03) pela ação de bactérias nitrificantes determinadas e especializadas que operam em condições aeróbicas;  ser convertida novamente em nitrogênio molecular (N2), pela ação de bactérias desnitrificantes, mais intensamente na ausência de oxigênio. Essa transformação da amônia ou íons amônio em nitrogênio molecular recebe o nome de desnitrificação. As bactérias desnitrificantes possibilitam a devolução do nitrogênio molecular à atmosfera, fechando o ciclo do nitrogênio. Observações Como acabamos de ver, os únicos organismos capazes de fixar o nitrogênio atmosférico são algumas bactérias e certas algas azuis. Desses organismos, as bactérias do gênero Rhizobium, que vivem em simbiose com as células das raízes de leguminosas, merecem um destaque especial. Essas bactérias conseguem fixar cerca de 300 kg de N2 por hectare, anualmente. São elas as grandes responsáveis, em termos quantitativos, pela fixação da maior parte do N2 atmosférico. As bactérias do gênero Azotobacter, encontradas livremente no solo, fixam em média 5 kg de N2 por hectare, anualmente. A análise desses dados nos permite entender a importância das leguminosas na nutrição animal e na agricultura. Na nutrição animal, as leguminosas como soja, feijão, ervilha, alfafa, etc. constituem razoável fonte de proteínas. Na agricultura, o cultivo alternado de outras plantas com as leguminosas é um dos melhores procedimentos para evitar o empobrecimento do solo. Enquanto boa parte das plantas de cultivo agrícola esgota a maioria dos compostos nitrogenados do solo, as leguminosas repõem esses nutrientes, graças à simbiose que apresentam com as bactérias fixadoras de nitrogênio. Dai a grande importância da rotação de culturas com as leguminosas. As leguminosas podem ser usadas também como ―adubo verde‖. Este constitui um tipo natural de adubação do solo. As leguminosas, após a colheita, enterradas no próprio local de plantio, fornecem pela decomposição um solo rico em compostos nitrogenados. Como essa decomposição é lenta, o ―adubo verde‖ forma uma verdadeira camada protetora do solo. Uma quantidade mínima de nitrogênio atmosférico é fixada naturalmente por meio das descargas elétricas e raios cósmicos que fornecem a energia necessária para esse processo. A fixação do nitrogênio atmosférico também pode ser feita artificialmente por processos industriais. Um exemplo é a produção de fertilizantes. As bactérias são organismos de extrema importância na utilização do nitrogênio atmosférico pelos seres vivos. Logo, também é importante que destaquemos essas bactérias e os fenômenos que realizam.
  23. 23. Temas de Ecologia 23 Bactérias da decomposição ou putrefacientes Essas bactérias degradam as proteínas animais e vegetais, transformando-as em amônia ou íons amônio (NH3 ou NH4 + ), fenômeno denominado amonificação. Elas se localizam, principalmente, no solo e na lama do fundo dos oceanos, rios e lagos. Bactérias nitrificantes As bactérias nitrificantes são responsáveis pelos fenômenos de nitrificação. Elas transformam a amônia ou os íons amônio em nitritos (NO2 - ) e nitratos (NO3 - ). São encontradas no solo e na água. A nitrificação é um fenômeno que se processa em duas etapas distintas: nitrosação e nitratação. A nitrosação consiste na oxidação dos íons amônio (NH4 + ), transformando-os em nitrito (NO2). Estes, embora solúveis na água, são tóxicos para as plantas superiores. A nitrosação é realizada pelas bactérias do gênero Nitrosomonas e pode ser assim esquematizada: NH4 + + 2 O2 Nitrosomonas 2 H2O + NO2 - + energia A nitratação consiste na transformação dos íons nitritos (NO2 - ) em nitratos (NO3 - ). Também solúveis em água, os nitratos podem ser absorvidos pelos vegetais. A nitratação é realizada pelas bactérias do gênero Nitrobacter, podendo ser representada da seguinte forma: 2 NO2 - + O2 Nitrobacter 2 NO3 - + energia As bactérias nitrificantes são exemplos de seres autótrofos quimiossintetizantes. Essas bactérias obtêm energia para a síntese de seus compostos orgânicos, oxidando substâncias inorgânicas nitrogenadas. As bactérias nitrificantes só operam em condições aeróbicas, isto é, só na presença do oxigênio (02) no solo ou na água. Bactérias desnitrificantes Essas bactérias transformam os nitratos e compostos amoniacais (NH3 ou NO4 + ) em nitrogênio molecular. Pertencem a esse grupo as bactérias do gênero Pseudomonas, encontradas no solo e na água. A desnitrificação pode ser assim esquematizada: Glicose + (NO3 - ) Pseudomonas CO2 + H2O + N2 + energia As bactérias desnitrificantes podem viver tanto na presença como na ausência do oxigênio. Na presença do oxigênio (02), a taxa de desnitrificação não é elevada. Nessas condições, as bactérias desnitrificantes usam o 02 disponível para oxidar os seus compostos orgânicos. Na ausência do oxigênio, tanto no solo como na água, a taxa de desnitrificação torna-se elevada, caso em que os nitratos e nitritos funcionam como aceptores de elétrons e fornecem o oxigênio para a oxidação de seus compostos orgânicos. Quando isso ocorre, a desnitrificação funciona como um processo de respiração anaeróbica. FÓSFORO O fósforo é um dos três principais nutrientes do solo e constitui-se no elemento exigido em menor quantidade pelas plantas. Porém, no Brasil, trata-se do nutriente mais utilizado na adubação, face à carência generalizada de fósforo nos solos brasileiros e, também, porque grande parte do elemento fica fortemente fixado ao solo, não estando prontamente disponível para as plantas. Assim, é importante conhecer as interações do elemento com o solo e compreender a dinâmica das formas
  24. 24. Temas de Ecologia 24 disponíveis para as plantas, para avaliar sua disponibilidade e orientar a prática da adubação fosfatada. A sua origem resulta da desintegração e decomposição da rocha matriz, embora algumas contenham pouco fósforo na sua constituição. Os mecanismos de devolução do fósforo ao ciclo ocorre pela erosão, que libera os fosfatos para o ecossistema. Grande quantidade, porém, escapa para o mar, onde parte se deposita nos sedimentos rasos e outra parte se perde nos sedimentos profundos. Neste caso, as aves marinhas desempenham papel importante na devolução do fósforo para o ciclo, sendo exemplo os depósitos de guano na costa do Peru. (Figura 09) Figura 09. Ciclo do Fósforo Fonte: HEINRICH& HERGT(1990). ENXOFRE O enxofre existente no solo provém originalmente da rocha matriz e também da decomposição de matéria orgânica vegetal, porém nas carcaças de animais existe apenas traços deste elemento. O ecossistema necessita de menor quantidade de enxofre do que de nitrogênio e fósforo. Este elemento limita com menor freqüência o crescimento das plantas e dos animais. O enxofre do solo é absorvido pelas raízes das plantas. Com a morte dos vegetais, é imediatamente restituído através da ação dos microorganismos. A parte do enxofre de origem orgânica, fornecida pelas plantas, pode introduzir nos ciclos quantidades importantes deste elemento trazidas pela atmosfera através das chuvas nas regiões industriais. O dióxido de enxofre que provém da queima de combustíveis fósseis, como o carvão, é emitido principalmente pelas indústrias. Os óxidos de nitrogênio são liberados pelos veículos automotores. Na atmosfera essas substâncias reagem quimicamente e produzem os ácidos sulfúricos e nítricos, dando origem à chuva ácida. Esses ácidos quando atingem a superfície terrestre, em forma de chuva ou neblina, alteram a composição química da água e do solo, interferindo grandemente nas florestas e na vegetação agrícola, bem como nas edificações com estruturas metálicas. (Figura 10). No Brasil, a chuva ácida é mais comum nos grandes centros industriais, como São Paulo, Rio de Janeiro e Cubatão, enquanto na região sul surge com maior intensidade na região de Bagé (RS) na Termoelétrica de Candiota, através da combustão do carvão mineral.
  25. 25. Temas de Ecologia 25 Figura 10. Ciclo do Enxofre. Fonte: HEINRICH&HERGT(1990). CICLO DO CARBONO A circulação do dióxido de carbono no ecossistema florestal ocorre na corrente que existe entre a planta que vai fixar o carbono, o ar que é o reservatório e o solo que libera o CO2, através da decomposição da matéria orgânica existente na serapilheira. O estoque atual de CO2 na atmosfera é estimado em 762 Gt (gigatoneladas) ou seja 762.000.000.000 toneladas. O total de carbono existente no mundo é estimado em 26 x 10e15 toneladas, ou seja, 26 quatrilhões de toneladas, das quais 99,95% estão fixados em compostos inorgânicos do tipo carbonatos e dissolvidos na água dos oceanos. Por isso os mares são os maiores fornecedores de carbono para a atmosfera. Dos 0,05% que é fixado organicamente, 2/3 estão em forma de fóssil (turfa, petróleo e gás) e 1/3 encontra-se na matéria orgânica do solo, na água e na biomassa viva. (Figura 11) Figura 11. Ciclo do Carbono. Fonte: HEINRICH & HERGT (1990). O carbono é um dos constituintes essenciais das moléculas dos compostos orgânicos. Nos organismos vivos existem aproximadamente 30% de compostos orgânicos, como proteínas, lipídios, carboidratos, ácidos nucléicos, etc. Portanto, a reciclagem do carbono é de fundamental importância para a manutenção da vida animal e vegetal, na biosfera. A única fonte de carbono utilizável pelos seres autótrofos é o dióxido de carbono (CO2) atmosférico ou o dissolvido na água. Os reservatórios de carbonatos existentes nos oceanos e na litosfera não são utilizados.
  26. 26. Temas de Ecologia 26 Reciclagem do carbono O CO2 atmosférico ou o dissolvido na água é absorvido pelos organismos autótrofos e usado na síntese de seus compostos orgânicos. Estes compostos, pela cadeia alimentar, poderão chegar até os animais herbívoros e carnívoros. Os organismos autótrofos e os animais devolvem o carbono na forma de co2 à atmosfera, pela respiração ou fermentação. Os autótrofos e os animais, quando mortos, serão degradados pelos organismos decompositores. Estes também devolverão o carbono dos compostos orgânicos degradados à atmosfera na forma de CO2. Em vista da sua constante reciclagem, a taxa de CO2 atmosférico deveria manter-se mais ou menos estável. A decomposição parcial de animais e vegetais resultará na formação de depósitos orgânicos fósseis ricos em combustível, como o carvão e o petróleo. Observações Nos últimos anos, a queima excessiva de combustíveis fósseis e a devastação de enormes áreas florestais realizadas pelo homem estão provocando um aumento na taxa de CO2 atmosférico. As conseqüências desses fatos não são ainda perfeitamente conhecidas. Talvez o aumento da concentração do CO2 atmosférico tenha ensejado um aumento proporcional na produtividade das plantas terrestres. Por outro lado, a camada de gás carbônico (CO2) atmosférico é a grande responsável pelo aquecimento da superfície terrestre. O aumento do teor de gás carbônico na atmosfera tem como resultado o chamado efeito estufa. CICLO DO OXIGÊNIO Cerca de 20% da atmosfera terrestre é constituída por moléculas de oxigênio livre (02). Já a porcentagem de oxigênio (02) dissolvido na água é bem menor e variável, em função da pressão e da temperatura. Caminhos do oxigênio O oxigênio atmosférico (ou o dissolvido na água) é absorvido pelos vegetais e animais e utilizado na respiração aeróbica. Este fenômeno biológico consiste na óxido-redução dos alimentos, libertando energia, gás carbônico e água. A água libertada no processo contém o oxigênio fixado na respiração. Essa água é usada na síntese de novos compostos orgânicos. Pode ser eliminada pela respiração animal e vegetal, ou ainda, pela transpiração e excreção animal, voltando o oxigênio ao meio terrestre. Os novos compostos orgânicos sintetizados, sofrendo a ação dos decompositores, devolverão o oxigênio à atmosfera na forma de CO2 e H20. Quando a água libertada na respiração dos vegetais clorofilados for utilizada nos processos fotossintéticos, o oxigênio fixado na respiração voltará à atmosfera na forma de oxigênio livre (02). Percebe-se, aqui, a íntima relação existente entre os ciclos do oxigênio e do carbono. Observações O homem interfere desastrosamente tanto no ciclo do carbono quanto no ciclo do oxigênio. A queima excessiva de combustível, os desflorestamentos e a poluição marinha estão contribuindo para uma diminuição do teor de oxigênio atmosférico, ou para um desequilíbrio desse ciclo. As conseqüências são bastante drásticas para a sobrevivência da biosfera. É bom lembrarmos que o oxigênio entra na formação da camada de ozônio (02) da atmosfera terrestre. Essa camada funciona como um filtro de proteção contra as radiações ultravioleta do sol, impedindo que raios altamente energéticos atinjam a superfície terrestre. Infelizmente, também essa camada de ozônio vem sendo destruída pelos gases encontrados nos aerossóis e consumidos pelos aviões supersônicos. Essa destruição, conhecida como buraco na camada de ozônio.
  27. 27. Temas de Ecologia 27 A Camada de Ozônio Nas últimas décadas muito se tem falado da camada de ozônio e do perigo que o planeta corre com a sua destruição. Mas qual é realmente o papel do ozônio? O ozônio é um gás que existe na atmosfera, constituído por três átomos de oxigênio (O3). É produzido pela energia das descargas elétricas, que quebra as ligações entre os dois átomos do oxigênio molecular (O2), libertando o oxigênio atômico (O) que fica livre para se ligar com o O2, formando-se, deste modo, a molécula triatómica de ozônio. Apesar de estar presente em reduzida quantidade, os seus efeitos estão longe de ser negligenciáveis. Na troposfera (estrato da atmosfera, desde a superfície até aos 10 km de altitude), o ozônio em elevadas concentrações pode exercer um efeito tóxico nos animais, originando problemas respiratórios e irritação ocular, e um efeito corrosivo em diversos materiais. Misturado com outros gases e partículas, ele é responsável pela formação do smog (nevoeiro fotoquímico que cobre os grandes centros urbanos e industriais, resultado da poluição atmosférica). Contudo, este gás acumula-se, principalmente, numa camada com cerca de 15 km de espessura, na estratosfera (estrato compreendido entre os 10 e os 50 km de altitude), designada por "camada de ozônio". É aqui que ele desempenha o papel de escudo protetor, de filtro a favor da vida. Com efeito, absorvendo grande parte (mais de 95%) das radiações ultravioleta (parte do espectro eletromagnético das radiações emitidas pelo sol, que têm efeitos funestos), ele preserva da sua ação nefasta todas as formas vivas. Em termos de composição, parece não existirem grandes diferenças entre oxigênio e ozônio - apenas um átomo. No entanto, terá sido esta pequena diferença a permitir a colonização do planeta, já que sem a camada de ozônio, as radiações ultravioleta não teriam nenhuma barreira entre a sua fonte de emissão e a superfície da Terra e nenhuma forma de vida, pelo menos das que atualmente conhecemos, poderia sobreviver. De notar, no entanto, que em quantidades adequadas (muito pequenas), as radiações ultravioleta são salutares, contribuindo para a produção de vitamina D, indispensável ao normal desenvolvimento dos ossos. A maior parte da radiação ultravioleta é, então, absorvida pela camada de ozônio, mas mesmo a pequena fração que atinge a superfície é potencialmente perigosa para quem a ela se expõe por períodos prolongados. A Agência Norte-Americana de Proteção Ambiental estima que a redução de apenas 1% na espessura da camada de ozônio é suficiente para cegar 100 mil pessoas por cataratas e desencadear um aumento de 5% no número de casos de cancro de pele. Está provado também que a exposição prolongada a radiação ultravioleta pode afetar as defesas imunológicas do Homem e de outros animais, permitindo o desenvolvimento de doenças infecciosas. A supressão de respostas locais e sistêmicas a uma grande variedade de antígenos pode mesmo ser a causa para o desenvolvimento de diversos tipos de carcinomas. Mas os seres humanos não são os únicos afetados pelos raios ultravioleta, pois a sua intensificação interfere em muitos processos biológicos e químicos dos ecossistemas terrestres. As alterações provocadas pelas radiações prendem-se com
  28. 28. Temas de Ecologia 28 modificações no material genético das células dos organismos, o que se traduz na perturbação de diversas funções, como o metabolismo e a produção de biomassa. Porém, mais do que alterarem indivíduos, as radiações alteram as relações entre eles, nomeadamente às relações de competição entre plantas superiores, a extensão da herbivoria pelos insertos e a susceptibilidade a elementos patogênicos, quer na agricultura, quer em ambiente natural. Acredita-se mesmo que níveis altos de radiação podem diminuir a produção agrícola, com a conseqüente redução na produção alimentar. Sabe-se, igualmente, que as radiações ultravioleta afetam os microorganismos, embora não se tenha noção da extensão de tais alterações. Este é um fenômeno preocupante, já que estes organismos participam em tarefas tão relevantes, em termos ecológicos, como a decomposição de resíduos, intervindo no ciclo dos nutrientes e interagindo com plantas e animais na forma de agentes patogênicos ou simbióticos. Do mesmo modo, nos ecossistemas aquáticos, a intensificação das radiações ultravioleta coloca problemas inquietantes, pois interfere no crescimento, na fotossíntese e na reprodução do plâncton. São estas plantas e animais microscópicos que se encontram na base das cadeias alimentares e que são responsáveis por grande parte da produtividade de oxigênio do planeta e absorção do dióxido de carbono, atuado como um tampão contra o aquecimento global do planeta. Ao intervir em todas as escalas dos ecossistemas, a radiação ultravioleta afeta, igualmente, os ciclos biogeoquímicos, como o ciclo do carbono, do azoto e o ciclo dos nutrientes minerais, entre outros, lesando globalmente toda a biosfera do planeta. A camada de ozônio tem, pois, um papel crucial para a vida na Terra. É por este motivo que a sua destruição é encarada como um dos maiores problemas ambientais deste século e dos vindouros. Apesar da composição da camada de ozônio se ter mantido inalterada por milhões de anos, nas últimas décadas têm-se assistido à sua rápida degradação, com o conseqüente aparecimento dos designados "buracos de ozônio", zonas da estratosfera onde esta camada se apresenta extremamente fina, com redução óbvia dos seus efeitos protetores. O maior responsável por esta situação é o cloro, presente nos clorofluorcarbonetos (CFCs), utilizados em sprays, embalagens de plástico, chips de computador, solventes para a indústria eletrônica e, especialmente, aparelhos de refrigeração, como os frigoríficos e os ares condicionados. Existem já alguns indicadores preocupantes do resultado de tal destruição. Por exemplo, a incidência de cancro de pele está já a aumentar de uma forma dramática. Entre 1980 e 1989, o número de novos casos praticamente duplicou nos EUA. Em 1995 já se observava um aumento de número de casos em regiões do Hemisfério Sul, como a Austrália, a Nova Zelândia, África do Sul e Patagônia; no Chile, desde o aparecimento do buraco do ozônio sobre o pólo Sul, os casos de carcinoma de pele cresceram 133%. Mas existe ainda um outro problema. É que este cenário não pode ser analisado independentemente de outros fenômenos que atualmente aumentam de importância, tal como o aumento da concentração do dióxido de carbono atmosférico e o resultante aquecimento global do planeta. Muitas vezes estes efeitos interagem e tornam-se aditivos. Como seria de esperar, já começaram a surgir algumas idéias surpreendentes para resolver o problema crescente da destruição da camada de ozônio. Pesquisadores russos apresentaram um estudo segundo o qual seria possível reparar esta camada, utilizando equipamentos de raios laser e satélites. O projeto consiste na montagem de um sistema de 30 a 50 satélites que bombardeiam a atmosfera com raios laser de grande potência, estimulando a produção de ozônio. Estes cientistas acreditam que o problema pode ser contornado em dez anos, embora com custos (literalmente) astronômicos. Porém, mesmo que exeqüível, este projeto, tal como muitos outros do mesmo cariz, e tendo por base a amostragem de todos os fracassos humanos já colecionados nas tentativas de dominar, intervir ou mesmo prever fenômenos da natureza, estaria provavelmente votado ao fracasso. Será melhor que se continuem a apresentar iniciativas não tão grandiosas, mas também não tão dispendiosas, como a proibição da utilização dos CFCs, a pesquisa de alternativas inócuas para
  29. 29. Temas de Ecologia 29 o ambiente e decretar o "Dia Internacional do Ozônio", comemorado a 16 de Setembro, dia em que se celebra a assinatura do Protocolo de Montreal, de 1987, que preconiza a redução da utilização de substâncias destruidoras do ozônio. CICLO DO CÁLCIO O cálcio é um exemplo de elemento químico encontrado como constituinte das rochas na litosfera, ou dissolvido na água. As rochas calcárias sofrem a ação do intemperismo e os compostos de cálcio solúveis são arrastados pelas águas. Os vegetais, absorvendo essas águas pelas suas raízes, passam a contar com o cálcio em seu organismo. O cálcio chega até os animais através da cadeia alimentar. Os animais usam os compostos de cálcio para formar seus esqueletos, por exemplo. Quando morrem, pela ação dos decompositores, o cálcio volta ao meio ambiente. Esse cálcio pode, mais tarde, sedimentar-se e formar novas rochas. Com as plantas, ocorre idêntico fenômeno. Mortas, o cálcio volta ao meio pela ação dos decompositores seguindo o mesmo destino: sedimentação e formação de rochas. Os compostos de cálcio dissolvidos na água podem ser incorporados pelos organismos vivos em qualquer ponto do ciclo. O elemento radiativo estrôncio 90, produzido por indústrias que usam a radiatividade e por explosões atômicas, é semelhante ao cálcio e pode substituí-lo no metabolismo. Por isso pode aparecer no leite ou fixar-se nos ossos de bovinos e do homem, além de outros animais. Eutrofização e assoreamento Entende-se por eutrofização o processo de fertilização das águas por excesso de compostos orgânicos, incluindo os biodegradáveis. A eutrofização ocorre quando rios, lagos e mesmo oceanos são enriquecidos por esses compostos trazidos direta ou indiretamente. As chuvas são as grandes responsáveis pelo transporte direto desses compostos, ao percorrerem solos desprotegidos pela vegetação. O transporte indireto é feito pelo lixo, esgotos domésticos e industriais, que arrastam para essas águas produtos orgânicos em decomposição. A eutrofização, embora possa parecer benéfica por aumentar a produção orgânica nas águas, provoca sérios prejuízos. Dentre estes, destacam-se a diminuição do teor de oxigênio na água, determinando a morte de inúmeros organismos, e a alteração das características da água, inclusive para fins potáveis. A alta produtividade dos lagos pode levar ao seu assoreamento ou redução de sua capacidade, transformando-os em pântanos. Taboas e aguapés são plantas aquáticas que muito contribuem para o assoreamento de lagos. Essas plantas produzem substâncias orgânicas ricas em celulose que se decompõem muito lentamente. As substâncias orgânicas vão se sedimentando continuamente no fundo do lago, formando um lodo fino e em decomposição. CICLO DA ÁGUA A água pura (H2O) é um líquido formado por átomos de hidrogênio e oxigênio e os cientistas acreditam que apareceu no planeta a cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, mediante a gradativa cristalização da lava de vulcões. A água é o composto inorgânico encontrado em maior quantidade nos organismos vivos e o mais abundante na biosfera. Daí a inexistência de vida, como a conhecemos, na ausência absoluta de água. Nos seus estados sólidos, líquido e gasoso, encontra-se presente em todo o planeta. Não somente nos rios, mares e lagos, mas também no solo, no ar e em todos os seres vivos onde representa, como no homem, cerca de 70% do volume corporal. A maior parte da água encontrada na biosfera localiza-se nos oceanos. Esta água, e as demais encontradas nas superfícies líquidas sofrem evaporação constante graças à energia solar, passando à atmosfera na forma de vapor. Este, por resfriamento, pode condensar-se formando nuvens. Pode também se precipitar na forma líquida como chuva ou neblina, ou na forma sólida como neve ou granizo. De uma forma ou de outra, a água retorna aos continentes e oceanos.
  30. 30. Temas de Ecologia 30 O vapor d'água entra na atmosfera principalmente pela evaporação dos oceanos (86%), grande lagos, rios e pela transpiração da cobertura vegetal. Sob a forma de chuva ela retoma a superfície da Terra. A precipitação pode ocorrer na mesma região onde se deu a evaporação ou a milhares de quilômetros de distância, em decorrência da movimentação das correntes atmosféricas. O tempo de permanência da água como vapor, a partir do momento em que é evaporada, pode variar de algumas horas até algumas semanas, mas a média geral é de 9 a 10 dias. Ao chegar à superfície, a água infiltra-se no solo ou escorre para os lagos e rios e daí chega ao oceano ou é estocada em camadas subterrâneas renovando os lençóis subterrâneos ou freáticos. Estes constituem reservatórios disponíveis para os vegetais terrestres. Parte dessa água pode mais uma vez se evaporar diretamente do solo. E o que o vegetal absorve de água se perderá na atmosfera, pela transpiração. Esses dois fenômenos em conjunto recebem o nome de evapotranspiração. Os organismos vivos, animais e vegetais, entram no ciclo da água em diversos pontos. Parte das águas continentais é usada pelos seres vivos direta ou indiretamente. Os vegetais absorvem a água diretamente do solo pelas suas raízes. Uma porção dessa água é devolvida à atmosfera pela transpiração, gutação ou respiração. Outra porção é utilizada a nos fenômenos biológicos, como por exemplo, na fotossíntese. Os animais podem ingerir a água direta ou indiretamente, quando se alimentam de plantas ou de outros animais. A água absorvida pelos animais é devolvida à atmosfera pela transpiração, excreção (urina), respiração e pelas fezes. A água retida nos tecidos animais e vegetal retorna ao meio quando eles morrem, pela ação dos decompositores. As águas dos rios, lagos e oceanos retornam à atmosfera pela evaporação. A água na natureza está continuamente se movendo como mostrado na figura a seguir. Fonte: Heat, R. Hidrologia Básica de Águas Subterrâneas. United States Geological Survey Water Supply Paper 2220 PROPRIEDADES DA ÁGUA A estrutura das moléculas de água e o tipo de ligações intermoleculares que estabelece (predominantemente ligações de hidrogênio) podem ser responsabilizadas pelas propriedades únicas que a água apresenta. Cada molécula de água estabelece quatro ligações de hidrogênio com as moléculas vizinhas, sendo, portanto, muito intensas as forças que as mantêm unidas. Estados Físicos - A água é a única substância que existe na natureza, simultaneamente, nos três estados físicos: sólido, líquido e gasoso.
  31. 31. Temas de Ecologia 31 Para interpretar as relações existentes entre as fases sólida, líquida e de vapor utiliza-se um gráfico - diagrama de fases. Este diagrama explicita as condições para as quais uma substância existe no estado sólido, líquido ou gasoso. Diagrama de fases da água: - Cada uma das três regiões assinaladas no diagrama a cor diferente corresponde a uma fase pura. - A separação entre duas fases é feita por uma linha a cheio, que representa as condições de pressão e de temperatura às quais as duas fases existem em equilíbrio. - Existe um ponto desse diagrama (0,006 atm e 0,01o C) no qual as três fases podem coexistir em equilíbrio – ponto triplo. A água é um bom solvente - A água dissolve uma grande variedade de compostos iônicos ou moleculares. Atendendo essencialmente ao valor da constante dieléctrica relativa da água, e ao fato da água ser constituída por moléculas polares, este líquido dissolve uma grande variedade de compostos iônicos e moleculares. Esta propriedade permite, por exemplo, que a água transporte nutrientes dissolvidos através de organismos vivos e retire os desperdícios dos mesmos tecidos, servindo como agente de limpeza.
  32. 32. Temas de Ecologia 32 O superior poder solvente da água também traz como conseqüência a facilidade de ser poluída por desperdícios solúveis, tornando-se assim um meio de transporte de bactérias e vírus causadores de graves doenças. Tensão Superficial - Quando um líquido está em repouso e em contato com o ar, as forças de atração que se exercem entre as moléculas do líquido são diferentes para as que estão à superfície e para as que estão no interior do líquido. No interior do líquido, cada molécula liga-se às restantes por forças iguais em todas as direções. À superfície, as moléculas são apenas puxadas para o interior líquido, pois não existem moléculas na parte exterior do líquido para exercerem qualquer força, formando-se assim uma espécie de película elástica. A água líquida tem uma tensão superficial extremamente elevada, explicada pelas ligações por pontes de hidrogênio que mantêm as moléculas fortemente unidas. A tensão superficial de um líquido é a quantidade de energia requerida para reduzir ao mínimo a sua área superficial. A tensão superficial explica vários fenômenos: As gotas de água que se observam nas folhas ilustram bem a tensão superficial. As menores de todas constituem esferas perfeitas. As maiores são ovais, achatadas e as maiores de todas demasiadamente pesadas para serem sustentadas pela tensão superficial e, por isso, espalham-se. Alguns insetos como o alfaiate passeia sobre a água devido à sua tensão superficial O fenômeno da capilaridade está relacionado com a tensão superficial: quando se introduz um tubo capilar em água, esta sobe espontaneamente pela parede do tubo, formando um filme fino e aderente.
  33. 33. Temas de Ecologia 33 Tubos capilares atração adesiva A explicação da capilaridade baseia-se na existência de dois tipos de forças que competem entre si – forças intermoleculares de coesão entre moléculas iguais do líquido e forças intermoleculares de adesão entre moléculas do líquido e dipolos, como por exemplo o dipolo Si-O existente na superfície do vidro. Densidade - A água líquida é a única substância comum que se expande quando congela. A explicação deste fenômeno advém do tipo de estrutura que a molécula de água apresenta. No gelo, cada molécula de água está rodeada por outras quatro, formando uma rede cristalina característica. A rede cristalina apresenta grandes espaços hexagonais, que explicam a baixa densidade do gelo. água sólida água líquida
  34. 34. Temas de Ecologia 34 Aquecendo a água acima do seu ponto de fusão, a referida rede cristalina começa a ser destruída, sendo os espaços anteriormente vazios ocupados por algumas moléculas. Por isso se verifica a contração de volume, que atinge um ponto máximo para a temperatura de 4o C. É devido à variação entre a densidade da água líquida e do gelo que se explica à razão da manutenção da vida aquática em climas muito frios, uma vez que as grandes extensões de água congelam de cima para baixo e não ao contrário. A expansão (aumento de volume) da água ao congelar pode ser a razão das rachaduras de rochas e de pavimentos de ruas, do arrebentamento dos canos da água e da quebra do bloco do motor dos automóveis (daí a utilização de anticongelantes). Ciclo da água Pode dizer-se que a quantidade de água do planeta se tem mantido constante desde o aparecimento do homem. A água existente nos oceanos, continentes e atmosfera faz parte de um ciclo perpétuo que é mantido em movimento pela energia do sol e pela força gravitacional. O ciclo hidrológico é essencial ao ambiente: Transporta e faz circular a água de umas regiões para as outras; É um importante agente modelador da crosta terrestre (devido à erosão e ao transporte de sedimentos); Acaba por ser um condicionante de toda a cobertura vegetal do planeta, ou seja, de toda a vida na Terra. A grande parte da água do planeta (97,137%) forma a água salgada dos oceanos. Dos restantes 2,863% (40.106 km3 ) da água doce, cerca de 2,24% estão armazenados nas geleiras e massa de gelo dos pólos. (1 km3 = 1.000.000.000.000 litros)
  35. 35. Temas de Ecologia 35 EFEITOS DO DESMATAMENTO 1 e 2 Solo coberto por vegetação 3 e 4 Os efeitos do desmatamento.
  36. 36. Temas de Ecologia 36 TEXTOS COMPLEMENTARES Efeito estufa vai disseminar enchentes e epidemias, diz ONU, Reuters, em Genebra Cientistas apoiados pela ONU (Organização das Nações Unidas) disseram que, se o índice de aquecimento global se mantiver como está, nas próximas décadas países ricos e pobres podem ser atingidos por enchentes, fome, epidemias de doenças e outros desastres. Num relatório redigido para governos nacionais, os cientistas prevêem como conseqüência do efeito estufa o derretimento de geleiras e calotas de gelo polares, o fim de incontáveis espécies de animais, aves e plantas, a desertificação de terras agrícolas, a destruição de recifes de corais e o afundamento de ilhas baixas no Pacífico e no Caribe. O cenário potencial de desastres, com o grande impacto que exerceria sobre a economia mundial no século 21, foi exposto num relatório de mil páginas do IPCC (Comitê Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas) da ONU, que interliga centenas de cientistas de todo o mundo e vem estudando o problema do aquecimento desde 1990. "A previsão é de que as mudanças climáticas nas regiões polares serão as maiores. Grandes impactos físicos, ecológicos e econômicos devem aparecer em pouco tempo", informou o relatório, aprovado numa reunião de cientistas e representantes do IPCC de mais de 100 governos, realizada na semana passada em Genebra. O documento é o segundo de quatro relatórios a serem divulgados, enquanto os governos se preparam para novo esforço para traçar um acordo internacional sobre como enfrentar o problema, evitando o desastre previsto. O primeiro deles, divulgado em Xangai, dizia que a atmosfera terrestre está se aquecendo mais rapidamente do que o próprio IPCC havia previsto e citou provas apontadas por alguns especialistas como conclusivas de que isso seria resultante da atividade humana; uso de combustíveis fósseis, poluição industrial e destruição de florestas e pântanos. Em março de 2004, em Acra, Gana, foi divulgado um terceiro relatório, analisando o que pode ser feito para retardar o processo e ajudar a humanidade; sem falar na fauna e flora; a adaptar-se às mudanças que já se tornaram irreversíveis. Em setembro, o relatório reuniu as conclusões e recomendações em um grande documento com o qual cientistas, ambientalistas, seguradoras e indústrias "limpas" vão incentivar os governos a tomar atitudes concretas. Estudo da ONU - Enchentes e fome vão atingir ricos e miseráveis, GENEBRA (AE/AP) Enchentes, fome, epidemias e outros desastres podem atingir países ricos e pobres nas próximas décadas se o atual índice de aquecimento global persistir, anunciaram ontem cientistas ligados à Organização das Nações Unidas (ONU). Segundo o estudo, a temperatura média mundial deve aumentar em até 6°C durante este século. Num relatório dirigido aos governantes, eles antevêem o derretimento de geleiras e calotas polares, a extinção de várias espécies de animais, pássaros e vegetais, a transformação de terras aráveis em desertos, a destruição de recifes de coral que servem de alimento para peixes e a submersão de países insulares do Caribe e do Pacífico cujo território está ao nível do mar. O cenário potencialmente desastroso, com seu impacto na economia global neste século, foi delineado num relatório de mil páginas produzido pelo Painel Internacional sobre Mudança Climática da ONU (IPCC, pela sigla em inglês), que liga centenas de cientistas ao redor do mundo e estuda o problema do aquecimento desde 1990. O documento é o segundo de quatro divulgados, enquanto os governos se preparam para tentar um acordo internacional que aborde como o problema pode ser resolvido, evitando-se o desastre previsto. Um exemplo dramático do aquecimento global está no Monte Kilimanjaro, o mais alto da África, tema de um livro de Ernest Hemingway que Hollywood transformou em filme. Estudos do Byrd Polar Research Center, da Ohio State University, revelaram que a cobertura de neve e gelo da montanha situada na Tanzânia, está recuando num ritmo que a fará desaparecer em menos de 15 anos. Segundo Lonnie G. Thompson, do Byrd Polar Research Center, o Kilimanjaro já perdeu 82% de sua cobertura desde a primeira vez em que foi cuidadosamente estudado, em 1912. Perdas semelhantes foram constatadas em montanhas do Peru ao Tibete.
  37. 37. Temas de Ecologia 37 Entre os impactos ambientais do aquecimento global, o estudo aponta quatro pontos como os mais graves se nada for feito: disseminação de doenças como malária e dengue pela América do Norte; derretimento de geleiras no norte da Europa, com secas afetando o sul do continente; desertos avançando por terrenos férteis da África; ciclones tropicais obrigando dezenas de milhões de pessoas a fugir das áreas litorâneas da Ásia. Camada de ozônio A camada de ozônio fica de 20 a 35 km acima da superfície da terra, tem cerca de 15 km de espessura e nos protege da radiação ultravioleta que é emitida pelo sol. O ozônio é um tipo de gás. A camada de ozônio manteve-se inalterada por milhões de anos. Mas, nas últimas décadas, os cientistas vêm constatando uma sensível diminuição em sua concentração, por causa da emissão de poluentes. Se a camada de ozônio que nos protege está sendo reduzida, o resultado não poderia ser outro: uma maior incidência dos raios ultravioleta. Esta radiação é nociva a qualquer tipo de vida na terra, especialmente ao ser humano, prejudicando nosso sistema imunológico e provocando câncer de pele e doenças nos olhos, como a catarata. Calcula-se que, a cada 1% de destruição da camada de ozônio, aparecem 50 mil novos casos de câncer de pele e 100 mil novos casos de catarata. O que é a camada de ozônio?A camada de ozônio é uma "faixa" de gás que envolve a Terra e a protege de vários tipos de radiações. A camada de ozônio é formada por uma espécie de composto de oxigênio. O ozônio é formado por três átomos de oxigênio, e sua fórmula química é O3. O oxigênio presente no ar é formado por dois átomos de oxigênio (O2). A camada de ozônio fica na estratosfera, uma região da atmosfera terrestre. A camada de ozônio, uma barreira natural. Protetores solares não são a única forma de conter a radiação ultravioleta do Sol! Se a camada de ozônio não existisse, poderíamos ficar menos tempo no sol sem nos queimarmos No primeiro texto da série especial sobre verão da CHC on-line, você aprendeu que os protetores solares são necessários para evitarmos as conseqüências da exposição excessiva aos raios ultravioleta do Sol. Essa é uma radiação invisível, ou seja, sabemos de sua existência através de seus efeitos, mas o corpo humano não é capaz de senti-la. Então, já que abrir os olhos não adianta, o jeito é tomar cuidado, porque a radiação ultravioleta pode fazer muito mal à nossa saúde! Depois de muitos estudos, os cientistas descobriram que existem três tipos de radiação ou UV, como é conhecida. Os tipos A e B são aqueles que, em excesso, podem prejudicar nossa pele. Já o tipo C é totalmente absorvido pela atmosfera da Terra e, por isso, não chega até nós. A maior preocupação dos médicos é com a radiação UV-B, que pode causar o câncer de pele. Mas você sabia que, além dos protetores solares, há uma outra espécie de barreira natural contra a radiação ultravioleta do tipo B? Essa barreira existe: é a camada de ozônio. No seu caminho do Sol para a Terra, a radiação UV-B passa pela atmosfera e é enfraquecida quando penetra na camada de ozônio. Ali, parte dessa radiação é absorvida, e ela chega muito mais fraca ao nosso planeta. O ozônio é um gás natural da atmosfera e a tal camada é a região em que grande quantidade desse gás está concentrada. Se essa camada não existisse, a radiação UV-B chegaria a nós com muito mais intensidade, e a gente poderia ficar menos tempo no sol sem se queimar.
  38. 38. Temas de Ecologia 38 Acontece que os avanços da indústria permitem que o homem invente produtos cada vez mais sofisticados. E alguns desses inventos produzem resíduos na forma de gás, que vão para a atmosfera e acabam entrando em choque com os gases naturais. Veja um exemplo: as substâncias químicas usadas para fazer gelo nas geladeiras e nos aparelhos de ar condicionado são chamadas CFC. A sigla representa as substâncias que contêm cloro, o elemento químico que destrói a camada de ozônio. Muitas pesquisas são feitas para tentar diminuir a quantidade de cloro lançada na atmosfera. Mas os resultados desses trabalhos não são imediatos, ou seja, a destruição da camada de ozônio ainda deve durar muitos anos. Logo, a radiação UV-B deve aumentar no futuro. E, como a radiação UV-B é invisível, é muito importante que ela seja medida para que possamos nos prevenir. Hoje, existem instrumentos (dos mais simples aos mais sofisticados) para medir a camada de ozônio e a radiação ao mesmo tempo. O Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) mantém vários medidores de radiação UV-B em vários pontos do Brasil e em países vizinhos, para estudar seus efeitos. Os pesquisadores estão sempre atentos para avisar a população em caso de necessidade. UM FILTRO SOLAR NATURAL. Você já viu o ozônio? Provavelmente não, pois, como o ar, ele é invisível. O ozônio é um gás formado de oxigênio concentrado. Ele é tão leve que paira acima da Terra, na atmosfera. A muitos quilômetros de altura existe um manto desse gás chamado camada de ozônio. A camada de ozônio é um filtro de proteção que o planeta Terra tem lá em cima para proteger a vida aqui embaixo. Ela deixa passar o calor e a luz solar, mas impede que os raios ultravioleta do Sol cheguem até a superfície do planeta. Quando esses raios ultravioleta conseguem ultrapassar a camada de ozônio eles queimam as plantações, destroem células vivas e podem provocar câncer de pele. É o que acontece hoje em dia por causa do buraco na camada de ozônio. Buraco? Você sabe porque a camada de ozônio está sendo ameaçada? Além de algumas causas naturais, o "rombo" na camada de ozônio acontece pela liberação em excesso de um gás chamado CFC (clorofluorcarbono). O CFC destrói o ozônio, e é liberado pelas latinhas de spray aerossol (de desodorantes e inseticidas, por exemplo), geladeiras, aparelhos de ar condicionado e extintores de incêndio A solução para o buraco da camada de ozônio é simples: impedir a produção e liberação do CFC e substituí-lo por outro gás. Isso já está acontecendo, principalmente nos países desenvolvidos. Muitos fabricantes já trocaram o CFC por outro gás em seus produtos. Mesmo assim, os países pobres e em desenvolvimento, como o Brasil, precisam de ajuda dos países ricos para implantar tecnologias limpas, não poluentes. A cooperação entre os países é fundamental para salvar o planeta. Mas o CFC não é o único vilão dessa história: a poluição do ar também contribui para aumentar o buraco! Se o homem não controlar os índices de poluição do planeta, os raios nocivos do Sol poderão fazer um verdadeiro estrago em um futuro próximo. UM BURACO NA ALTA ATMOSFERA A rarefação da camada de ozônio tornou-se num dos maiores problemas ambientais do planeta. Ainda que a reação a este problema comece a produzir resultados positivos, só dentro de 1 ou 2 séculos se poderá atingir uma recuperação completa. São diversas as substâncias químicas que reagem com o ozônio, destruindo-o. A lista negra dos produtos danosos inclui óxidos nítricos e nitrosos expelidos pelos escapes dos veículos e o dióxido e monóxido de carbono libertados pela combustão do carvão e do petróleo. Mas em termos de efeitos destrutivos sobre a camada de ozônio, nada se compara ao grupo de gases designados por clorofluorcarbonetos, os conhecidos CFCs.

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