Ciências do Ambiente.pdf
- 1. Ciências do Ambiente Universidade Federal do Piauí Centro de Tecnologia Departamento de Recursos Hídricos, Geotecnia e Saneamento Ambiental Profa. Dra. Bruna Silveira Lira
- 2. Relevância na formação do profissional Razões pelas quais você deve estudar ciências ambientais 2
- 3. “ Para que você perceba que os problemas ambientais (novos, antigos, passados e presentes) não são apenas locais, mas também globais. a. Aquecimento global, b. mudança climática, c. destruição da camada de ozônio, d. chuvas ácidas e e. impacto negativo de microplásticos no ambiente marinho e na biodiversidade 3
- 4. “ Impactos que afetam negativamente o meio ambiente e o ecossistema natural a. Desenvolvimento industrial - Em 1960, pesquisas identificaram causas da má qualidade da água em lagos (fósforo e nitrogênio) encontrados em grandes quantidades em detergentes para roupas e fertilizantes. b. Aumento da população c. Infraestruturas d. Sistemas de transporte Se familiarizar com as soluções disponíveis para diferentes problemas ambientais e aplicá-las de forma a criar e preservar um ambiente mais saudável para as gerações futuras. 4
- 5. “ ⊷ Saber como usar diferentes métodos de prevenção/controle da poluição e criar um ambiente menos poluído ou livre de poluição ⊷ Usar recursos como água, terra, minerais e combustíveis fósseis de maneira eficiente, com o mínimo de desperdício, usando estratégias de conservação e reciclagem. ⊷ Ter consciência da importância das fontes de energia renováveis (fácil reprodução), ao contrário das fontes de energia não renováveis (difícil produção) que são as principais causas do aquecimento e mudanças climáticas. 5
- 6. 6 Para que vocês, como especialistas, possam aprimorar o conhecimento que possuem e ajustar sua aplicação de forma a ajudar a mitigar as mudanças ambientais, ou detê-las completamente. ● Você sabe o que poderia/aconteceria se o lixo fosse jogado indiscriminadamente em sua casa? ● Você sabe como os micróbios do solo afetam a saúde das pessoas? ● Você sabe como as mudanças climáticas influenciam negativamente a saúde dos animais e das árvores ao nosso redor? ● Você sabe como as políticas ambientais impactam a sustentabilidade e as energias alternativas? O estudo da ciência ambiental fornecerá respostas a essas perguntas.
- 7. Plano de Ensino I – IDENTIFICAÇÃO DA DISCIPLINA Nome: Ciências do Ambiente Código: DRH0036 Créditos / Carga horária: 3 / 45 Caráter: ( X ) Obrigatória ( ) Optativa Ano/Semestre: 2023.1 Professora: Dra. Bruna Silveira Lira 7
- 8. II – EMENTA Engenharia e meio ambiente. ⊷ Noções gerais de ecologia. ⊷ Noções de ecossistema. ⊷ Ciclos biogeoquímicos. ⊷ Definição de meio ambiente: interligações do homem ao meio terrestre. ⊷ Ar: Noções de poluição atmosférica. ⊷ Solo: composição e propriedades. Aspectos ecológicos. Importância da vegetação no equilíbrio ecológico. Lixo e poluição do solo. Aspectos ecológicos. ⊷ O meio aquático: necessidade e utilização de água. Requisitos de qualidade da água. Poluição das águas. ⊷ Compostos biodegradadores, compostos resistentes e biodegradação. ⊷ Fontes de energia: exploração racional e utilização, esgotamento de reservas. ⊷ Noções sobre contaminação radioativa do ambiente. Gestão ambiental. 8
- 9. III – OBJETIVOS ⊷ Objetivo Geral: ⊶ Contribuir para que os futuros engenheiros compreendam os desafios ambientais da atualidade. ⊷ Objetivos Específicos: ⊶ Apresentar os fundamentos da ecologia e discutir os riscos para o homem dos desequilíbrios ecológicos; ⊶ Descrever as principais fontes de poluição da água, do solo e do ar e suas decorrências para o ambiente e a sociedade; ⊶ Apresentar e discutir a legislação ambiental de interesse do profissional de engenharia; ⊶ Indicar diferentes métodos de Avaliação de Impactos Ambientais de atividades, empreendimentos, produtos, processos e serviços; ⊶ Discutir as vantagens e as desvantagens de diferentes fontes de energia. 9
- 10. • Apresentação da disciplina...................................................................... 1 hora • A biosfera e seu equilíbrio........................................................................ 4 horas ⊷ Ecologia – conceitos básicos ⊷ Interações bióticas e abióticas ⊷ Pegada ecológica ⊷ Ciclos biogeoquímicos (água, carbono, nitrogênio, fósforo, enxofre) • Biodiversidade ............................................................................................. 3 horas ⊷ Definição ⊷ Convenção sobre Diversidade Biológica ⊷ Tipos de conservação (in situ e ex situ) ⊷ Valores da biodiversidade ⊷ Biomas brasileiros 10
- 11. • Água ................................................................................................................ 4 horas ⊷ Parâmetros indicadores da qualidade da água ⊷ Política Nacional dos Recursos Hídricos (PNRH) – Lei nº 9.433/1997 ⊷ Enquadramento dos corpos d’água em classes (Resoluções do CONAMA) ⊷ Pegada Hídrica • Poluição da água.......................................................................................... 3 horas ⊷ Poluição e contaminação ⊷ Formas e classificação da poluição hídrica ⊷ Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS) • Poluição do ar .............................................................................................. 2 horas ⊷ Poluentes atmosféricos que afetam a saúde humana e o meio ambiente • Poluição do solo........................................................................................... 2 horas ⊷ Formação, composição, características e classificação dos solos ⊷ Poluição natural e artificial dos solos 11
- 12. • Saneamento ................................................................................................. 5 horas ⊷ Tratamento de água para consumo humano ⊷ Tratamento de efluentes industriais ⊷ Tratamento de efluentes gasosos ⊷ Gerenciamento de resíduos sólidos • Fontes convencionais e alternativas de energia............................... 6 horas ⊷ Panorama mundial/brasileiro ⊷ Energia nuclear ⊷ Biomassa ⊷ Eólica ⊷ Solar ⊷ Hidroelétrica • Avaliação de Impacto Ambiental .............................................................. 3 horas ⊷ Definição ⊷ Classificação ⊷ Métodos de Avaliação de Impacto Ambiental para atividades e empreendimentos ⊷ Métodos de Avaliação Ambiental para produtos, processos e serviços 12
- 13. • Avaliação de impactos ambientais de projetos de engenharia........ 2 horas • Licenciamento ambiental .............................................................................. 4 horas ⊷ Principais normas legais ⊷ Órgãos licenciadores ⊷ Empreendimentos e as atividades sujeitos ao licenciamento ambiental ⊷ Licenças ambientais (Licença Prévia, Licença de Instalação e Licença de Operação) ⊷ Estudos ambientais ⊷ Estudo de Impacto Ambiental/Relatório de Impacto Ambiental (EIA/RIMA) ⊷ Novo marco legal do licenciamento ambiental • Legislação ambiental brasileira .................................................................... 3 horas ⊷ Artigo 225 da Constituição Federal ⊷ Política Nacional do Meio Ambiente ⊷ Política Estadual do Meio Ambiente ⊷ Política Nacional de Educação Ambiental ⊷ Política Nacional dos Resíduos Sólidos ⊷ Lei do Saneamento Básico ⊷ Resoluções do Conselho Nacional do Meio Ambiente 13
- 14. • Sistema de Gestão Ambiental ..................................................... 3 horas V – METODOLOGIA Aulas expositivas e dialogadas, grupo de discussão, seminários, apresentação de vídeos. Também, serão indicados artigos técnicos e científicos e sites relacionados ao conteúdo da disciplina. Durante o curso, serão propostas atividades que estimulem a leitura inferencial, a argumentação oral e escrita, a análise crítica e a resolução de problemas. Todos os materiais da disciplina serão disponibilizados no Sistema Integrado de Atividades Acadêmicas - SIGAA. A frequência mínima exigida será de 75%, conforme previsto no Regulamento Geral da Graduação da Universidade Federal do Piauí. 14
- 15. VI – SISTEMÁTICA DE AVALIAÇÃO Serão realizadas duas avaliações de rendimento acadêmico no decorrer do curso, conforme art. 101 do Regulamento Geral da Graduação – UFPI. A avaliação do rendimento acadêmico será feita por meio do acompanhamento contínuo do desempenho do discente, sob forma de prova escrita, oral ou prática, trabalho de pesquisa, de campo, individual ou em grupo, além de seminários. VII – BIBLIOGRAFIA BÁSICA: ⊷ CALIJURI, M. C., CUNHA, D. G. F. Engenharia ambiental: conceitos, tecnologia e gestão. Rio de Janeiro: Elsevier, 2013. ⊷ MILLER, G. T., SPOOLMON, S. E. Ciência ambiental. 3. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2021. ⊷ MOTA, S. Introdução à engenharia ambiental. 5. ed. Rio de Janeiro: Abes, 2012. 15
- 16. VII – BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR: ⊷ ALMEIDA, F. Responsabilidade social e meio ambiente. Rio de Janeiro: Elsevier, 2009. ⊷ MILLER, G. T., SPOOLMAN, S. E. Ecologia e Sustentabilidade. 6. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2012. ⊷ MANZINI, E., VEZZOLI, C. O desenvolvimento de produtos sustentáveis: os requisitos ambientais dos produtos industriais. 1. ed. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2008. ⊷ PHILIPPI Jr. A., ROMERO, M. de A., BRUNA, G. da C. (Ed.). Curso de gestão ambiental. Barueri, SP: Manole, 2014. ⊷ PIAUÍ. Legislação ambiental do estado do Piauí: resoluções do Conselho Estadual do Meio Ambiente/SEMAR. Teresina: Governo do Estado do Piauí, 2006. 159p. ⊷ ROSA, A. H., FRACETO, L. F., MOSCHINI-CARLOS, V. (Org.). Meio ambiente e sustentabilidade. Porto Alegre: Bookman, 2012. ⊷ SÁNCHEZ, L. E. Avaliação de impacto ambiental: conceitos e métodos. 2. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2013. 16
- 17. 17 PERGUNTAS? ⊷ Profa.Bruna Silveira Lira ⊷ bruna.lira@ufpi.edu.br
- 18. 18 ● Sustentabilidade criativa na arquitetura ● Ambiente interno ● Desempenho do edifício e modernização do edifício ● Sistemas de design passivo ● Cidades sustentáveis ● Energia renovável ● Desenvolvimento Urbano Sustentável ● Construção Sustentável e Tecnologia de Construção ● Arquitetura da paisagem ● Desenvolvimentos rurais sustentáveis ● Sustentabilidade e o ambiente construído ● Indicadores de sustentabilidade ● Políticas e planejamento sustentáveis ● Planejamento e Gestão Ambiental Explorar as principais estratégias bioclimáticas usadas para manter as condições apropriadas para os ocupantes dos edifícios, unindo assim o conforto dos ocupantes, cronograma de construção e clima. Busca utilizar fontes naturais de aquecimento e refrigeração para manter uma temperatura adequada no ambiente, ou seja, um clima confortável sem o uso de energia elétrica
- 20. Ecologia ⊷ Estudo das relações entre os organismos vivos e seu ambiente físico; ⊷ Procura entender as conexões vitais entre plantas e animais e o mundo ao seu redor. ⊷ Fornece informações sobre os benefícios dos ecossistemas e como podemos usar os recursos da Terra de forma sustentável 20
- 21. 21 Biólogo e Naturalista Alemão “O conhecimento biológico nunca é completo quando o organismo é estudado isoladamente” Ernest Haeckel (1866) Ecólogo ● Estudam relações entre organismos e habitats, ○ Desde o estudo de bactérias microscópicas crescendo em um tanque de peixes até as complexas interações entre milhares de plantas, animais e outras comunidades encontradas em um deserto. ● Estudam muitos tipos de ambientes ○ Podem estudar micróbios que vivem no solo sob seus pés; ○ Animais e plantas em uma floresta tropical ou no oceano.
- 22. 22 Ecologista ≠ Ecólogo Ecologista ● Militantes de organizações em defesa do meio ambiente Ecólogo ● Profissional, pesquisador ou cientista que tem formação e trabalha no campo da ecologia.
- 23. MEIO AMBIENTE Conjunto de condições físicas (luz, temperatura, pressão...), químicas (salinidade, oxigênio dissolvido...) e biológicas (relações com outros seres vivos) que cercam o ser vivo 23 Lei nº 6.938/1981 (Política Nacional do Meio Ambiente) ● Heterogêneo = o meio ambiente segue variando de um local para outro, dando origem a agrupamentos de seres vivos diferentes. ● O meio ambiente evolui para melhor ou para pior, conforme a espécie considerada.
- 24. Segundo Odum (1972), cada espécie tem um ‘endereço’- hábitat, e desenvolve uma ‘profissão’- nicho ecológico. MEIO AMBIENTE 24 ● Habitat = local onde um organismo vive; ou ainda, é o ambiente que oferece um conjunto de condições favoráveis ao desenvolvimento de suas necessidades básicas - nutrição, proteção e reprodução. ● Nicho ecológico = papel de uma espécie numa comunidade - como ela faz para satisfazer as suas necessidades.
- 25. As algas têm o seu hábitat na água superficial de um lago (zona iluminada), e parte do seu nicho ecológico é a produção de matéria orgânica, através da fotossíntese, a qual serve de alimento para sua população e para alguns animais. Exemplo 25 Habitat = condições ambientais atingem o ponto ótimo e uma espécie consegue reproduzir em toda a sua plenitude Consegue desenvolver o seu potencial biótico. Porém, a reprodução sem oposição não pode manter-se por muito tempo em um ambiente de recursos limitados. O ambiente se encarrega de controlar o crescimento da população através da resistência ambiental Compreende todos os fatores que impedem o desenvolvimento do potencial biótico.
- 26. Em um ecossistema equilibrado, cada espécie possui um nicho diferente do nicho de outras espécies. Espécies que ocupam nichos semelhantes, em regiões distintas, são denominadas de equivalentes ecológicos. 26
- 27. 27 NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO BIOLÓGICA ECOLOGIA
- 28. NOÇÕES DE BIOSFERA 28 O que é a Biosfera? ● A região do planeta que contém todo o conjunto de seres vivos e na qual a vida é permanentemente possível. ● Concha fina ao redor do planeta, com aproximadamente 13 km de espessura. ● A presença de água, luz, calor e matéria é necessária para a síntese de tecidos vivos. ● O termo correto para a biosfera seria ecosfera, correspondendo ao conjunto de biosfera, atmosfera, litosfera e hidrosfera. ● O termo biosfera tornou-se popular e é usado em seu sentido funcional e não descritivo.
- 29. NOÇÕES DE BIOSFERA 29 Regiões Físicas da Biosfera Dividido em três regiões físicas distintas: litosfera, hidrosfera e atmosfera. ● A litosfera apresenta variações de temperatura, umidade, luz e possui uma enorme variedade de flora e fauna. ● A hidrosfera cobre 3/4 da superfície total do planeta, tem condições climáticas muito mais constantes do que a litosfera e tem uma variedade menor de plantas e animais. ● A atmosfera é uma camada gasosa que envolve toda a superfície da Terra.
- 30. NOÇÕES DE BIOSFERA 30 Características ● A Vida ● A Complexidade ● A Energia ● Os Recursos naturais A biosfera é essencial para a sobrevivência de todos os organismos vivos. Fornece as condições necessárias para a síntese de tecidos vivos. Ajuda a regular a temperatura e o clima do planeta.
- 31. ● Terra tem 4,6 bilhões de anos; ● Primeiro ser vivo surgiu a 3,5 bilhões (bactéria); ● Primeira planta data de 1,5 bilhões; ● Primeiro animal data de 570 milhões (esponja); ● Primeiros insetos data de 250 milhões; ● Primeiros mamíferos data de 175 milhões; ● O HOMEM - 46 milhões de anos. NOÇÕES DE BIOSFERA 31 A VIDA
- 32. “ “Comparando a idade do homem com a idade da Terra, a espécie Homo sapiens está na sua infância, principalmente se considerarmos os seus impulsos destrutivos.” Odum. 32
- 33. ● A biosfera caracteriza-se por uma estrutura muito complexa. ○ A sua composição é resultado de fenômenos físicos associados à própria atividade biológica que aí se realiza há milhares de anos. ● Desde a sua criação, a biosfera está em constante modificação pela ação dos próprios seres vivos ○ Ex:. As atividades de nutrição e de respiração das plantas, dos animais e dos microrganismos, que habitam o solo e as águas, alteram quimicamente a composição do ar atmosférico, por consumirem gases que o compõem e produzirem outros NOÇÕES DE BIOSFERA 33 COMPLEXIDADE
- 34. Hipótese de Gaia: “a Terra seria um superorganismo, de certa forma frágil, mas com capacidade de auto-recuperação” (James Lovelock) Toda a massa de matéria viva da Terra, ou de qualquer outro planeta com vida, funciona como um vasto organismo que ativamente modifica o seu planeta para produzir o ambiente que melhor serve as suas necessidades. Por exemplo, quando os níveis atmosféricos CO2 sobem, as plantas crescem mais e removem CO2 da atmosfera. NOÇÕES DE BIOSFERA 34 COMPLEXIDADE
- 35. A fonte de energia para a biosfera é o sol ● Além de iluminar e aquecer o planeta, fornece energia para a síntese de alimento. ● Dos 100% de energia solar enviada para a Terra, somente 47% conseguem atingir a sua superfície, sendo 30% energia direta e 17% difusa. ● Dos 100% iniciais, menos de 1% é utilizado pelos vegetais na produção de alimento. NOÇÕES DE BIOSFERA 35 ENERGIA
- 36. A energia solar que toca a superfície da terra é uma ação conjunta de espécies de radiações distintas. ● As radiações infravermelhas, ○ Radiação térmica, com faixa de comprimentos de onda de 780 nm a 1 mm ○ Apesar de serem absorvidas em grande parte pelo vapor d'água atmosférico, exercem poderosa influência sobre os seres vivos, dando também origem a fenômenos meteorológicos, como o vento. ● As radiações ultravioletas ○ Menor comprimento de onda (100 nm a 400 nm) ○ Têm importância na formação da vitamina D, porém possuem grande poder mutágeno (incidência de câncer de pele) ● As radiações visíveis se relacionam com a produção de alimentos, banda de comprimento de onda vai de 380 nm a 780 nm NOÇÕES DE BIOSFERA 36 ENERGIA
- 37. Energia solar (irradiada à Terra como luz solar) Energia luminosa convertida em energia química na matéria orgânica (através da fotossíntese) Energia química que se emprega para produzir trabalho nas células do organismo (através da respiração) Energia degradada (irradiada para o espaço na forma de calor) NOÇÕES DE BIOSFERA 37 APROVEITAMENTO DA ENERGIA Biosfera
- 38. Todos os processos energéticos da biosfera obedecem às duas leis da termodinâmica. ● Primeira lei: “a energia do universo é constante” = Lei de conservação da energia ○ Em todas as alterações físicas e químicas, a energia não é criada nem destruída, embora possa ser convertida de uma forma para outra; ● Segunda lei: “a entropia no universo tende ao máximo” ○ Quando a energia muda de uma forma para outra, alguma quantidade de energia útil sempre se degrada em energia de baixa qualidade, mais dispersa e menos útil. NOÇÕES DE BIOSFERA 38 LEIS DA ENERGIA (TERMODINÂMICA)
- 39. São bens que a natureza coloca à disposição dos seres vivos, para que estes possam satisfazer as suas necessidades. NOÇÕES DE BIOSFERA 39 OS RECURSOS NATURAIS ● RENOVÁVEIS - podem ser naturalmente regenerados após o seu uso (água, madeira, luz solar); ● NÃO RENOVÁVEIS - não podem ser naturalmente regenerados após o seu uso ou o são em tempos geológicos muito extensos (petróleo, argila, calcário).
- 40. O recurso natural será renovável ou não dependendo da sua exploração e/ou capacidade de reposição. Determinado recurso conceituado como renovável pode deixar de sê-lo Como é o caso da fauna que pode entrar em extinção quando explorada de forma incorreta ou quando o ambiente modificado não fornece condições para sua renovação. NOÇÕES DE BIOSFERA 40 OS RECURSOS NATURAIS
- 41. Nutrição: processo de obtenção de matéria e energia ● Autotrófica: os seres vivos sintetizam seu próprio alimento, partindo de substâncias inorgânicas e de uma fonte de energia. ● Heterotrófica:os seres vivos, através de relações com outros seres vivos, adquirem o alimento sintetizado. Proteção: mecanismos para defesa das intempéries e dos inimigos naturais (crescimento ilimitado, espinhos, fuga, aspecto repulsivo, camuflagem, etc.); Reprodução: geração de descendentes e, consequentemente, continuidade da espécie ● Sexuada: ocorre mistura de genes, gerando seres com novas combinações genéticas. ● Assexuada: quando não há mistura de genes, gerando indivíduos geneticamente idênticos ao que lhe deu origem (bactérias, protozoários) NECESSIDADES BÁSICAS DOS SERES VIVOS 41
- 42. BIOSSÍNTESE (composição do alimento) Fotossíntese: quando a energia utilizada para a síntese do alimento provém da luz; Quimiossíntese: quando a energia utilizada para a síntese do alimento, provém da oxidação de compostos inorgânicos. Ex: Bactérias BIODEGRADAÇÃO (decomposição do alimento) Respiração Aeróbia: quando o receptor final dos hidrogênios é o oxigênio Respiração Aneróbia: quando o receptor dos hidrogênios é uma substância diferente do oxigênio Fermentação: extração de energia de carboidratos na ausência de oxigênio. PROCESSOS ENERGÉTICOS DA BIOSFERA 42
- 43. FATORES ECOLÓGICOS ⊷ Conjunto de fatores biológicos (bióticos) e físicos (abióticos) de um determinado ambiente, que atuam sobre o desenvolvimento de uma comunidade. ⊷ Tais fatores podem constituir elementos da resistência ambiental, diminuindo a sobrevivência dos seres vivos. 43 Fatores bióticos Relações simbióticas entre os seres vivos Fatores abióticos Condições físicas do ambiente
- 44. Para satisfazer suas necessidades de alimentação, proteção, transporte e reprodução, os seres vivos associam-se com outros seres vivos, de mesma espécie ou de espécie diferente. 44 FATORES ECOLÓGICOS BIÓTICOS Intraespecífica Interespecífica Harmônica Desarmônica
- 45. As relações ecológicas podem ser classificadas em: ● Intraespecífica ○ Relação que ocorre entre indivíduos de mesma espécie; ● Interespecífica ○ Relação que ocorre entre indivíduos de espécies diferentes; ● Harmônica ○ Relação em que nenhum dos organismos é prejudicado; ● Desarmônica ○ Relação em que pelo menos um dos organismos é prejudicado. 45 FATORES ECOLÓGICOS BIÓTICOS
- 46. 46
- 47. 47
- 48. 48
- 49. São representados pelas condições climáticas, físicas e químicas, que determinam a composição física do ambiente. Os principais fatores ecológicos abióticos nos ambientes terrestres são ● a luz, ● a temperatura ● a água Os principais fatores ecológicos abióticos nos ambientes aquáticos são ● a luz ● a temperatura ● a salinidade 49 FATORES ECOLÓGICOS ABIÓTICOS
- 50. 50 FATORES ECOLÓGICOS ABIÓTICOS Temperatura ⊷ Influi no metabolismo, no apetite, na fotossíntese, no desenvolvimento, na atividade Sexual e na fecundidade. ⊷ Para cada ser vivo existe um preferendo térmico (PT). Temperaturas fora do PT determinam migrações. Quando a temperatura diminui ou aumenta demasiadamente, alguns seres vivos entram em estado de hibernação (morcego, urso) • Homeotermos: organismos que conseguem manter a temperatura corporal, apesar das variações do meio (Aves e Mamíferos). • Pecilotermos: a temperatura corporal acompanha as variações do meio (peixes, répteis e anfíbios).
- 51. 51 FATORES ECOLÓGICOS ABIÓTICOS LUZ ⊷ Essencial na produção de alimentos (fotossíntese), nos processos ópticos, na pigmentação da pele, regula os ritmos biológicos diários e anuais, regula a atividade motora de animais (fotocinese), orienta o movimento dos vegetais (heliotropismo). ⊷ Alguns animais e vegetais produzem luz, processo chamado bioluminescência.
- 52. 52 FATORES ECOLÓGICOS ABIÓTICOS LUZ ⊷ Eurifotos: organismos que suportam grandes variações luminosas. ⊷ Estenofotos: só conseguem viver numa estreita faixa luminosa. ⊷ Lucífilos: atraídos pela luz (mariposas). ⊷ Lucífobos: fogem da luz (toupeira).
- 53. 53 FATORES ECOLÓGICOS ABIÓTICOS ÁGUA ⊷ Entra na composição das células de todo ser vivo, está presente em todos ⊷ os processos metabólicos, é o solvente universal; tem papel fundamental na temperatura corporal dos homeotermos, na regulação do clima do planeta ⊶ Hidrófilos ou hidrófitos: vegetais que só vivem em locais onde haja muita água (vitóriarégia). ⊶ Xerófilos ou xerófitos: vegetais adaptados a locais com pouca água, áridos (cactos).
- 54. 54 FATORES ECOLÓGICOS ABIÓTICOS NUTRIENTES ⊷ Necessários para o crescimento e reprodução dos seres vivos, são eles os elementos químicos e sais dissolvidos. ⊷ Seu suprimento na biosfera se mantém mediante o movimento dentro dos ciclos biogeoquímicos. ⊷ Podem se tornar fator limitante por falta ou por excesso no meio.
- 55. 55 FATORES ECOLÓGICOS ABIÓTICOS NUTRIENTES ⊷ Macronutriente: entra em grande quantidade na composição dos tecidos vivos (Carbono, Oxigênio, Hidrogênio, Nitrogênio). ⊷ Micronutriente: necessário em quantidades relativamente pequenas (Manganês, Cobre, Zinco, Magnésio).
- 56. Para cada um dos fatores ecológicos, os seres vivos têm limites de tolerância dentro dos quais podem sobreviver. Lei de Leidberg Qualquer fator biótico ou abiótico fora do extremo superior ou inferior, tende a limitar a oportunidade de sobrevivência do organismo e esse fator passa a ser um fator limitante. 56 FATORES LIMITANTES
- 57. Os principais fatores limitantes abióticos são ● a temperatura (clima) ● a água ● a luz ● os nutrientes Os principais fatores limitantes bióticos são ● a competição ● o predatismo ● o parasitismo 57 FATORES LIMITANTES Quanto mais ampla for a faixa de tolerância de um organismo a um dado fator, mais probabilidade ele tem de sobreviver às variações ambientais relacionadas a esse fator.
- 58. Quanto mais ampla for a faixa de tolerância de um organismo aos fatores do meio, mais ampla será a sua distribuição geográfica. Ser Humano Uso de tecnologia tem ampliado, artificialmente, sua faixa de tolerância a muitos fatores Pode sobreviver em quase todas as regiões da biosfera e fora dela (nave espacial) 58 FATORES LIMITANTES
- 59. 59 PERGUNTAS? ⊷ Profa.Bruna Silveira Lira ⊷ bruna.lira@ufpi.edu.br
- 60. “Unidade funcional básica, composta de uma biocenose (conjunto de seres vivos) e um biótopo (lugar que abriga uma biocenose)” (Tansley,1935) ECOSSISTEMAS
- 61. COMPONENTES E ESTRUTURA 61 Unidade funcional básica, composta por uma BIOCENOSE (comunidade) e um BIÓTOPO (meio físico), resultando em uma estrutura onde se observa fluxo de energia e ciclos de matéria. Ele pode ser constituído por uma floresta inteira (macro-ecossistema) ou por uma simples planta como a bromeliácea (micro-ecossistema), ou ainda, um oceano ou um aquário.
- 62. Componentes bióticos (vivos) compõe a biocenose Componentes abióticos (não vivos) compõe o biótopo. COMPONENTES E ESTRUTURA 62 Complexo de fenômenos e fatores que delimitam e definem a sua composição: ● Composição física do meio (natureza do solo, luminosidade, temperatura, etc.); ● Composição química (sais minerais e compostos inorgânicos utilizados como nutrientes, ácidos, álcalis, oxigênio, gás carbônico, etc.); ● presença de seres vivos
- 63. COMPONENTES BIÓTICOS 63 ● Os produtores organismos autótrofos ○ plantas verdes que realizam fotossíntese, ○ organismos que realizam quimiossíntese. ● Os consumidores heterótrofos. Podem ser subdivididos em: ○ (a) consumidor primário (herbívoro) que utiliza diretamente o vegetal - veado, gafanhoto, coelho e peixes; ○ (b) consumidor secundário (carnívoro) que obtêm seu alimento de consumidores primários - leão, cachorro, cobra; ○ (c) consumidor misto (onívoro) que obtêm alimento de produtores e outros consumidores - o homem, o urso e alguns peixes. ● Os decompositores heterótrofos ○ se alimentam de materiais residuais (excreções, cadáveres, etc.) transformando-os em substâncias inorgânicas simples utilizáveis pelos produtores - bactérias e fungos
- 64. 64 Terrário Jardim encerrado em uma caixa de vidro ou plástico transparente 1. Recebe luz solar e contém uma camada de solo, 2. Possui pequenas plantas (produtores), 3. Pequenos insetos (consumidores primários), como pulgões alimentando-se da seiva dessas plantas, 4. Insetos carnívoros (consumidores secundários) - como joaninhas que comem pulgões 5. Predador maior (consumidor terciário) - como a aranha ou louva-a-deus, capturando as joaninhas. O próprio solo contém bactérias e outros sapróvoros (decompositores), nutrindo-se de folhas mortas e outros detritos de origem vegetal ou animal. Mantém-se dentro do terrário, um fluxo de energia e uma reciclagem de elementos químicos, de maneira a conservar, no seu interior, aproximadamente constantes as concentrações de gás carbônico, água, oxigênio, sais minerais e compostos orgânicos, não sendo necessário adicionar ou retirar, periodicamente, qualquer deles.
- 65. CARACTERÍSTICAS DOS ECOSSISTEMAS 65 ♦ Continuidade Todos os ecossistemas do planeta estão interligados, formando um grande ecossistema - a biosfera; ♦ Sistema aberto Sob o ponto de vista da termodinâmica, todos os ecossistemas são sistemas abertos, que se mantêm através do fluxo contínuo de energia solar; ♦ Homeostase Todo ecossistema é dotado de auto-regulação, o que o torna capaz de resistir às mudanças e lhe confere um estado de equilíbrio dinâmico ♦ Sucessão ecológica A maioria dos ecossistemas forma-se no curso de uma longa evolução, conseqüência do processo de adaptação entre as espécies e o meio ambiente. Uma sucessão ecológica pode levar dezenas a centenas de anos, até que a comunidade estabilize atingindo o clímax.
- 66. CARACTERÍSTICAS DOS ECOSSISTEMAS 66 ● Sucessão primária ocorre em regiões nunca antes habitadas, como numa crosta rochosa. ● Sucessão secundária ocorre em regiões antes habitadas mas que, em função de fatores naturais ou artificiais, como enchentes, erupções vulcânicas, queimadas, projetos agrícolas, etc., romperam o clímax, retornando ao processo de sucessão.
- 67. 67 EQUILÍBRIO NOS ECOSSISTEMAS Embora os ecossistemas variem muito em proporção e em aparência, todos têm uma mesma estrutura de funcionamento, apresentando um fluxo de energia e um ciclo de matéria, da mesma forma que na biosfera.
- 68. 68 EQUILÍBRIO NOS ECOSSISTEMAS A estrutura de funcionamento, resultante do arranjo produtor-consumidor, denomina-se cadeia alimentar. Sequência de seres vivos unidos pelo alimento. Uma forma de representá-la é ligando o nome dos organismos com setas, as quais indicam o caminho percorrido pela matéria nos ecossistemas. Esta representação classifica os organismos de acordo com o nível trófico que ocupam ● Capim → gafanhotos → pássaros → raposas (Cadeia de Predadores) ● Trigo → pulgão → protozoário (Cadeia de Parasitas) ● Folhas → fungos → vermes (Cadeia de Decomposição)
- 69. 69 EQUILÍBRIO NOS ECOSSISTEMAS ● O primeiro nível trófico (NT) pertence ao produtor ○ Exceção para as cadeias alimentares do solo, que se iniciam com restos de vegetais e animais mortos. ● O último nível trófico é ocupado pelos decompositores ○ Estes compreendem organismos sapróvoros estabelecem cadeias de decomposição sobre a matéria morta.
- 70. 70 EQUILÍBRIO NOS ECOSSISTEMAS Num ecossistema, as relações de transferência de matéria e energia (entre cadeias) não são tão simples. ● Constituem verdadeiras teias que unem entre si predadores e presas, parasitas e hospedeiros, formando estruturas mais complexas denominadas teias ou redes alimentares. ● Numa teia alimentar, um organismo pode ocupar diferentes níveis tróficos. ○ Isso torna-se vantajoso para a comunidade, uma vez que um organismo passa a ter várias opções de alimento, ○ Fato que confere maior estabilidade à estrutura e, consequentemente, ao ecossistema.
- 71. 71 PRODUTIVIDADE NOS ECOSSISTEMAS Designa a quantidade de matéria orgânica produzida, ou de energia fixada pelos produtores, que é transferida para os consumidores ao longo das sequências alimentares, podendo ser expressa em unidades de massa ou de energia. Em termos de energia, as calorias incorporadas em cada nível trófico denominam-se: ● produção primária ou PP (1ºNT), ● produção secundária ou PS (2ºNT), ● produção terciária ou PT (3ºNT), ● etc.
- 72. 72 PRODUTIVIDADE NOS ECOSSISTEMAS Produção primária bruta (PPB ou PB) = quantidade de energia fixada pelas plantas no processo de fotossíntese. ● Parte dessa energia é dissipada no processo de respiração do autótrofo (Ra) ● Parte é a produção primária líquida (PPL ou PL) ○ é incorporada à biomassa vegetal e transferida para os consumidores. A cada nível trófico, parte da energia recebida é incorporada à biomassa e parte é dissipada na forma de calor (2a lei da termodinâmica) Tomando-se R como sendo o somatório da energia dissipada - energia calorífica - em todos os níveis tróficos, a produtividade no ecossistema pode ser representada por PB = PL + R.
- 73. 73 PRODUTIVIDADE NOS ECOSSISTEMAS ● Apenas 10% da energia recebida por um nível trófico é transferida para o nível seguinte. (Lei dos 10%) ○ Limita os níveis tróficos nas cadeias alimentares a quatro ou cinco. ● Quanto mais próximo da base de produção, maior será o número de organismos que poderá ser mantido no ecossistema O estudo da produtividade é usado para identificar o estágio da sucessão ecológica em que se encontra o ecossistema. Com base na relação PB/R determina-se se a comunidade é clímax ou está em sucessão ecológica.
- 74. 74 PRODUTIVIDADE NOS ECOSSISTEMAS Na primeira, PL = 0, isto é, toda produção primária líquida de um certo intervalo de tempo é consumida pela fauna em intervalo de tempo igual, logo PB/R = 1,0 ou ecossistema maduro (clímax). Na segunda, PL > 0, apenas parte da produção primária líquida é consumida, havendo portanto saldo de energia para manter novos consumidores, logo PB/R > 1,0 ou ecossistema sucessional.
- 75. 75 PIRÂMIDES ECOLÓGICAS A estrutura trófica de um ecossistema pode ser ilustrada graficamente por meio de pirâmides ecológicas, nas quais o primeiro nível trófico, ou nível produtor, forma sempre a base e os níveis sucessivos formam camadas até o ápice. Podem ser de três tipos: ● Números = dá uma idéia da distribuição quantitativa da biocenose, ou seja, quantos organismos existem em cada nível trófico do ecossistema ● Biomassa = representa o peso total dos indivíduos nos sucessivos níveis tróficos, expresso em peso seco total por unidade de área, por exemplo kg/m2 ● Energia = representa a distribuição de energia por nível trófico no ecossistema. ○ Ela é sempre voltada para cima, uma vez que representa a produtividade energética nos ecossistemas. ○ A quantidade de energia disponível em cada nível é expressa em Kcal/m2.ano.
- 76. 76 PIRÂMIDES ECOLÓGICAS ● Números ● Biomassa ● Energia
- 77. 77 DESEQUILÍBRIOS NOS ECOSSISTEMAS Alterações na composição da cadeia alimentar ou no ambiente físico podem promover desequilíbrios ecológicos ● BLOQUEIO NA CADEIA ALIMENTAR ● Destruição de um dos elos da cadeia alimentar ○ A destruição de um elo acarreta o desaparecimento total do elo seguinte, dependente do primeiro, e a superpopulação do ambiente pelo elo anterior. ○ A eliminação de cobras que atacam lavradores no campo, causa aumento da população de ratos e redução do número de animais comedores de cobras como a sariema. ● Introdução de organismo estranho à cadeia alimentar ○ Inexistência do elo superior ou predador natural que controle a sua proliferação. ○ Na Austrália (1930) a importação do coelho gerou sérios problemas, pois o mesmo não encontrou, na fauna local, nenhum animal capaz de predá-lo e passou então a destruir as plantações.
- 78. 78 DESEQUILÍBRIOS NOS ECOSSISTEMAS Alterações na composição da cadeia alimentar ou no ambiente físico podem promover desequilíbrios ecológicos ● BIOMAGNIFICAÇÃO (magnificação trófica) ● Lançamento, no ambiente, de subprodutos da indústria química ricos em metais pesados, como chumbo e mercúrio, materiais radioativos e de moléculas sintéticas, como plásticos, detergentes e pesticidas. ● Resultado da absorção seletiva de uma substância pelos tecidos do organismo. ○ Por exemplo, a glândula tireóide separa seletivamente o iodo da corrente sangüínea. Desta maneira, quando o iodo 131 (radioativo) está presente no sangue, é absorvido seletivamente pela glândula. Extinção devido a inseticida na agua
- 79. 79 DESEQUILÍBRIOS NOS ECOSSISTEMAS Alterações na composição da cadeia alimentar ou no ambiente físico podem promover desequilíbrios ecológicos Os desequilíbrios também podem ocorrer devido: (a) às alterações do ambiente que impeçam a camuflagem de determinadas espécies, expondo-as ao seus inimigos, ou que estas encontrem na nova paisagem alimento e abrigo; (b) ao uso de inseticidas que diminuem ou eliminam espécies polinizadoras, levando ao desaparecimento de vegetais e, consequentemente, de animais; (c) ao lançamento de esgotos, ricos em matéria orgânica, nos corpos d’água, favorecendo as bactérias aeróbias em detrimento dos peixes, dentre outros.
- 81. Ciclo biogeoquímico o movimento cíclico de elementos químicos entre o meio biológico e o ambiente geológico O fator mais importante de um ciclo biogeoquímico constitui-se no fato de que os componentes bióticos e abióticos aparecem intimamente entrelaçados. Todos os ciclos biogeoquímicos incluem seres vivos; sem a vida, os ciclos biogeoquímicos cessariam e, sem eles, a vida se extinguiria. 81
- 82. Ciclo biogeoquímico As seguintes características podem ser observadas nos ciclos biogeoquímicos: ● um depósito "geológico" (atmosfera ou litosfera); ● inclusão de seres vivos (vegetais, animais e microrganismos); ● câmbios químicos; ● movimento do elemento químico desde o meio físico até os organismos e seu retorno a este. 82
- 83. Ciclo biogeoquímico Os ciclos biogeoquímicos podem dividir-se em dois tipos básicos: ● Ciclos (de nutrientes) gasosos, cujo depósito ou reservatório geológico é a atmosfera. Exemplos: ciclo do carbono, do oxigênio e do nitrogênio. ○ São ciclos relativamente rápidos e fechados, onde não existe quase nenhuma perda de elementos nutrientes durante o processo de recirculação; ● Ciclos (de nutrientes) sedimentares, têm como reservatório geológico as rochas sedimentares. Exemplo: o ciclo do fósforo e do enxofre. ○ Estes são considerados ciclos lentos, posto que os depósitos sedimentares são pouco acessíveis aos organismos, uma vez que, para que os elementos cheguem até eles, as rochas devem ser intemperizadas e, posteriormente, transportadas ao solo. 83
- 84. “CICLO DO CARBONO O carbono é o principal constituinte de qualquer matéria orgânica, sendo portanto essencial à vida na Terra. Encontra-se disponível no ar atmosférico ou dissolvido nas águas, na forma de gás carbônico. 84
- 85. CICLO DO CARBONO 1. Inicialmente, o CO2 é fixado por vegetais, algas e bactérias na fotossíntese, formando carboidratos e liberando oxigênio. 2. Os carboidratos são degradados pela respiração e o carbono é devolvido ao meio na forma de CO2. 3. Uma fração do CO2 do ar combina-se com a chuva formando ácido carbônico (H2CO3). 4. No solo, este passa a bicarbonato (HCO3-) e, posteriormente, a carbonato (CO3=). 5. Este reage com os ácidos existentes no solo, liberando CO2 para a atmosfera. 85
- 86. CICLO DO CARBONO Algumas vezes, o ciclo do carbono é interrompido e o retorno do mesmo à atmosfera pode levar milhões de anos. ● A queimada, o desmatamento e a queima de combustíveis fósseis são atividades que interferem diretamente no ciclo do CO2. ○ Liberação de CO, CO2 e diversos hidrocarbonetos ● 80% da produção fotossintética vem das algas marinhas e de água doce. A poluição das águas, com destruição do fitoplâncton, pode desequilibrar todo o ciclo do carbono. 86
- 87. “ CICLO DO NITROGÊNIO O nitrogênio é importante pela sua participação fundamental na composição das proteínas, as quais, por exemplo, representam aproximadamente 16% do corpo humano. 87
- 88. 1. Plantas e animais mortos, juntamente com as excreções, são transformados, pelos organismos da putrefação (bactérias e fungos), em amônia (NH3) num processo denominado amonificação. 2. A amônia é utilizada pelas bactérias Nitrosomonas que a oxidam, produzindo nitrito (NO2-) e este é transformado em nitrato (NO3-) pelas bactérias Nitrobacter. 3. Após a nitrificação, dissolve-se nas águas ou permanece nos solos, de onde é absorvido pelas plantas ou sofre desnitrificação por ação de bactérias, voltando ao ar atmosférico. 88 O nitrogênio fixado que não é absorvido pelos vegetais, pode ser transportado para os mares, indo constituir sedimentos profundos nos oceanos, podendo sair de circulação por milhões de anos, só voltando ao ciclo pelas erupções vulcânicas. CICLO DO NITROGÊNIO
- 89. “CICLO DO FÓSFORO Percorre a água, a crosta terrestre e organismos vivos; O fósforo é um elemento de ciclo fundamentalmente sedimentar 89
- 90. Ciclo do Fósforo 1. Por meio de processos erosivos, ocorre a liberação do fósforo na forma de fosfatos, que serão utilizados pelos produtores; 2. Parte é carregada para os oceanos, onde fica depositado a grandes profundidades ou é consumida pelo fitoplâncton; 3. Os meios de retorno do fosfato para os ecossistemas a partir dos oceanos são insuficientes para compensar a parcela que se perde; 90
- 91. Ciclo do Fósforo 1. Devido à sua alta reatividade, o fósforo existe em forma combinada com outros elementos. 2. Os microrganismos produzem ácidos que formam fosfato solúvel a partir de compostos de fósforo insolúveis. 3. Os fosfatos são utilizados por algas e plantas verdes terrestres, que por sua vez passam para os corpos dos consumidores animais. 4. Após a morte e decomposição dos organismos, os fosfatos são liberados para reciclagem. 91
- 92. “CICLO DO ENXOFRE Muito do enxofre da Terra está armazenado no subsolo , em rochas e minerais, na forma de sais de sulfato enterrados sob sedimentos oceânicos; 92
- 93. 93 CICLO DO ENXOFRE Circulação do enxofre em várias formas pela natureza. O enxofre ocorre em toda a matéria viva como um componente de aminoácidos. É abundante no solo em proteínas e, através de uma série de transformações microbianas, acaba como sulfatos utilizáveis pelas plantas.
- 94. 94 Proteínas contendo enxofre são degradadas em seus aminoácidos constituintes pela ação de uma variedade de organismos do solo. O enxofre dos aminoácidos é convertido em sulfeto de hidrogênio (H2S) por outra série de micróbios do solo. Na presença de oxigênio, o H2S é convertido em enxofre e depois em sulfato por bactérias sulfurosas. Eventualmente, o sulfato se torna H2S. CICLO DO ENXOFRE
- 95. 95 O sulfeto de hidrogênio se oxida rapidamente em gases que se dissolvem em água para formar ácidos sulfurosos e sulfúricos. Esses compostos contribuem em grande parte para a “chuva ácida” que pode matar organismos aquáticos sensíveis e danificar monumentos de mármore e edifícios de pedra. CICLO DO ENXOFRE
- 96. 96 1. O dióxido de enxofre também é proveniente dos vulcões; 2. Partículas de sais de sulfato, entram na atmosfera a partir da água do mar, tempestades de poeira e incêndios florestais; 3. As raízes de plantas absorvem os íons de sulfato e incorporam o enxofre como um componente essencial de muitas proteínas. CICLO DO ENXOFRE
- 97. 97 PERGUNTAS? ⊷ Profa.Bruna Silveira Lira ⊷ bruna.lira@ufpi.edu.br