Clima e Ecossistemas - 06

Ecologia de Ecossistemas

Aula 2: Variáveis de controle

Clima

Variáveis de controle de ecossistemas:1. Clima

� O funcionamento e a estrutura dos ecossistemas são controlados por, pelo menos, 5 variáveis independentes:

1. Clima2. Material parental (ex: rochas que originam

solos)3. Topografia4. Biota potencial (organismos presentes)5. Tempo

O clima é a variável de controle que mais fortemente dirige os padrões globais

de estrutura e função dos ecossistemas.

Variáveis de controle de ecossistemas:1. Clima

Clima

topografia

Material parental Biota

tempo

distúrbios

Processos ecossistêmicos

sucessão

Grupos funcionais

recursos

Regime de distúrbios

microclima

Objetivos da aula

� Compreender como o

sistema climático

influencia os ecossistemas

� Compreender como o

clima influencia os

padrões de distribuição e

diversidade dos

ecossistemas

Perguntas da Aula

� Como é o fluxo de energia na Terra e na atmosfera? Quais são as maiores vias pelas quais a energia é absorvida pela superfície da Terra? E pela atmosfera?Qual é o papel das nuvens e dos gases radiativamente ativos na determinação das vias de fluxo de energia?

� Por que a troposfera é mais quente na porção inferior? Como essacamada influencia os ecossistemas?

� Como é o aquecimento desigual da Terra pelo sol e quais são as consequências?

� Como a rotação da Terra (e as forças resultantes: forças de Coriolis) e a separação de superfície da Terra em oceanos e continentes podem influenciar os padrões climáticos globais?

Perguntas da Aula

� Como a composição química da atmosfera influencia o clima?� Quais são as causas dos padrões globais de circulação oceânica superficial?

� Como a circulação oceânica influencia o clima nas escalas: global, regional e local?

� Como a topografia afeta o clima nas escalas continental e local?� Quais são as maiores causas de mudanças climáticas de longa duração?Que diferenças podemos esperar no clima de 100 anos à frente?

� Que bases climáticas explicam a distribuição global dos vários tipos de biomas?

O balanço de energia da Terra

Como a energia entra na Terra e na atmosfera?

Quais são as maiores vias pelas quais a energia é

absorvida pela superfície da Terra? E pela atmosfera?

Qual é o papel das nuvens e dos gases no fluxo de

energia?

Balanço anual global de

energia no sistema

Terra-atmosfera

•Energia que entra = energia que sai

•Metade da radiação solar emitida atinge a

Terra

•A atmosfera é permeável à radiação de

ondas curtas, mas

absorve radiação de

ondas longas (efeito-

estufa)

•A atmosfera é aquecida na porção mais baixa

pela radiação de ondas

longas e convecção.

Espaço

Radiação solar incidente Ondas

curtas

Atmosfera

Terra

Abs. radiação solar direta

Abs. Da radiação solar difusa

Abs. nuvens

Abs. por

poeira,

H2O, O3

Refletida

superfície

Dispersa pelo ar

Radiação que sai

Ondas longas Convecção

Emissão por

H2O, O3 e poeira

Emissão por

nuvens

Fluxo calor sensível

Flux

o ca

lor l

aten

te

Absorção líquida por nuvens, CO2, O3

Radiação de onda longa re-irradiada

Dispersa nuvens

•A radiação solar tem alta energia que penetra na atmosfera (ondas

curtas)

•A Terra emite radiação de baixa energia (ondas longas), que é

absorvida pela atmosfera.

Espectro de absorção de radiação dos gases ativos na atmosfera

O balanço de energia

da Terra

� Constituintes químicos da atmosfera

O balanço de energia da Terra:

Gases ativos

0,037CO2Dióxido de carbono

0,934ArArgônio

20,946O2Oxigênio

78,084N2Nitrogênio

Concentração (%)

FórmulaCompostos

A atmosfera é aquecida da

porção mais baixa para cima.

Há redução na temperatura

atmosférica com a elevação.

O balanço de

energia da Terra

Estrutura térmica da atmosfera, apresentando suas camadas e gradientes de temperatura.

Balanço de Energia na Terra:

Próximas perguntas

Como é o aquecimento desigual da Terra pelo sol e quais são as consequências?

Como a rotação da Terra (e as forças resultantes: forças de Coriolis) e a separação de superfície da Terra em oceanos e continentes podem influenciar os padrões climáticos globais?

•O aquecimento desigual da Terra causa circulação atmosférica•O aquecimento é maior no equador e menor nos pólos

1. raios solares atingem mais diretamente2. menos atmosfera para

percorrer (penetrar)

Conclusão:1. Há ganho líquido de energia

no equador2. Há perda líquida de energia

nos pólos

Balanço de Energia na Terra:

Circulação atmosférica

Raios solares

• O ar sobe no equador e desce nos pólos (circulação

vertical)

•As células de circulação explicam a distribuição

global das chuvas

• A rotação da Terra determina a direção dos

ventos (circulação

horizontal)(forças de

Coriolis)

Balanço de Energia na Terra

Circulação atmosférica: vertical e horizontal

Zona de Convergência Intertropical

•As correntes oceânicas têm um

padrão semelhante

ao do vento:

1. São dirigidas

pelas forças de

Coriolis, e

2. São dirigidas

pelos ventos

Circulação oceânica

Principais correntes oceânicas. Correntes quentes: setas sólidas; correntes frias: setas pontilhadas

Lembrando:

O aquecimento desigual da

superfície terrestre provoca a

circulação

60% do calor é transportado pela

atmosfera (por meio de tempestades

que se movem ao longo de

gradientes de pressão)

40% do calor é transportado pelas

correntes oceânicas superficiais

quentes (em direção aos pólos) e

por correntes profundas frias (em

direção ao Equador)

Circulação oceânica: distribuindo calor

Incidência desigual da radiação solar na Terra

•As correntes oceânicas movem 40% do “excesso de calor” do Equadorpara os pólos.•São dirigidas pelas correntes profundas;•A formação de águas profundas ocorre perto da Groenlândia e Antártica.

Circulação oceânica: distribuindo calor

Corrente salgada profunda

Corrente quente superficial

Próximas perguntas

Como a topografia afeta o clima nas escalas continental e local?

Quais são as maiores causas de mudanças climáticas de longa duração? Que diferenças podemos esperar no clima de 100 anos à frente?

Que bases climáticas explicam a distribuição global dos vários tipos de biomas?

Topografia afeta o Clima

� Interações entre terra e água

� Monsões

� Brisas

� Efeito de cadeias montanhosas

� “Sombra” de chuva

� Efeitos na paisagem

� Drenagem do ar (inversão)

Liberação de umidade e chuva na costa oeste e chuva orográfica na região mais seca na encosta leste,

Ventos

Oeste LestePrecipitação anual média (cm)

A Vegetação afeta o Clima

Simulações de mudanças na evapotranspiração, temperatura do solo e precipitação em um cenário de substituição da Floresta Amazônica por pastagens.

Floresta Floresta FlorestaPastagem Pastagem Pastagem

Evapotranspiração(mm/d)

Temperatura superficial (°C))

Precipitação (mm/d)

Escalas da variação temporal do clima

E seus efeitos nos ecossistemas

Variabilidade temporal do Clima: 1.

Mudanças de longa duração

Tempo geológico e os maiores eventos de glaciação (barras) e sua influência sobre os processos ecossistêmicos. Ma= milhões de anos.

•O clima é um sistema dinâmico que tem mudado repetidamente ao longo da história;

•As mudanças climáticas foram manifestadas por meio de períodos glaciais.

•Erupções vulcânicas e impactos de asteróides contribuíram para as mudanças –absorção ou reflexão de energia solar;

•Surgimento de montanhas e deriva continental também modificaram os padrões de circulação atmosférica e oceânica.

Perfil de um solo mostrando a mudança na dominância de espécies de árvores ao longo dos últimos 11.000 anos

Variabilidade temporal do Clima:

1. Mudanças de longa duração1. Mudanças de longa duração

Mudanças na órbita solar causam

variações de longa duração na entrada

de energia na Terra.



As concentrações dos gases-estufa estão aumentando.



O clima na Terra: mais quente em 1000 anos1. aumento da entrada de

energia solar (pequeno aquecimento)2. Aumento nas concentrações

de gases-estufa (efeito: grande aquecimento)4. Mudanças na cobertura da

terra criando superfícies mais escuras (efeito: grande aquecimento)



Curva do tempo das médias de temperatura no Hemisfério Norte. 2005 foi o ano mais quente do último milênio.

O clima está se aquecendo mais rapidamente nas altas latitudes

O aquecimento é maior na Sibéria e América do Norte





Previsão da mudança de temperatura até 2060.

Lembrando:O Oceano Pacífico influencia fortemente o sistema climático devido a sua grande

As correntes oceânicas “normais” e o vento têm direção leste, no Pacífico central.


2. variações interanuais2. variações interanuais

Eventos ENSO= ElNiño/Oscilação SulTeleconecções carregam esse efeito climático através do globo(e.g., El Niño torna o clima mais quente e seco na bacia Amazônica)



Eventos ENSO= ElNiño/Oscilação SulTeleconecções carregam esse efeito climático através do globo





Efeitos do El Niño: Produção primária dos ecossistemas(gC/m²ano), na Bacia Amazônica, modelada em: a) ano de El Niño; b) ano neutro; c) ano de La niña.

Amarelo/vermelho - Áreas que atuam como fonte de C para atmosfera.

Azul/verde – áreas que atuam como sorvedouro de C da atmosfera.De: Tian et al., 1998.

El Niño

A inclinação do eixo da Terra -variações sazonais no comprimento do dia e quantidade de energia solar recebida pela superfície.

•Variações na radiação incidente aumentam com a latitude;

•Áreas tropicais apresentam pouca diferença sazonal em relação ao comprimento do dia e radiação solar incidente.


3. variações sazonais e diárias3. variações sazonais e diárias

Órbita da Terra ao redor do sol, mostrando que a zona de maior aquecimento (ITCZ) está ao sul do Equador em janeiro, e ao norte em julho.


3. variações sazonais e diárias3. variações sazonais e diárias

� A estrutura da vegetação e o funcionamento do sistema varia com a estação do ano

Mudanças na forma de vida dominante nas estações seca e chuvosa no Cerrado. A precipitação é a variável que muda, mas a temperatura permanece relativamente constante.

Próximas perguntas

Que bases climáticas explicam a distribuição global dos vários tipos de biomas?

Quais as relações do clima com a estrutura e funcionamento dos ecossistemas?

•O funcionamento dos ecossistemas varia com o clima

•A produtividade está associada à precipitação e temperatura

Produtividade primária líquida

Clima e Ecossistemas: funcionamento

•O clima é o principal determinante da distribuição global dos biomas;•A distribuição dos biomas e ecossistemas

– temperatura, padrão

de chuvas, padrões de

circulação oceânica e

dos ventos

Distribuição dos biomas em relação à médias anuais de chuva e temperatura

Clima e Ecossistemas


Distribuição dos biomas terrestres e padrões sazonais da temperatura e precipitação.

� A estrutura da vegetação varia com o clima entre e dentro de biomas


Mudanças na forma de vida dominante ao longo de um gradiente tropical, no qual a precipitação muda, mas a temperatura permanece relativamente constante.

Clima e Ecossistemas:

diversidade de espécies

� A diversidade de espécies diminui dos trópicos para as maiores latitudes;

� Padrões de diversidade se relacionam com o clima, em parte devido à dependência dos produtores primários para aumento da diversidade.

Distribuição de Fringillidae nas Américas

Clima e Ecossistemas:

diversidade de espécies

Distribuição de aves endêmicas nas Américas

Para não esquecer...

� O clima é variável em todas as escalas!

� Exerce controle sobre a distribuição dos ecossistemas

� A temperatura e a disponibilidade de água são essenciais para muitas reações biológicas; essas variáveis são funções do clima.

� O clima e suas variações são determinados pela quantidade de energia solar incidente, composição química da atm, características da superfície terrestre;

� O clima controla a erosão de rochas e desenvolvimento de solos, os quais influenciam os ecossistemas, como veremos na próxima aula...

Clima e Ecossistemas - 06

Documents

Transcript of Clima e Ecossistemas - 06