Energia no EcossistemaEnergia no Ecossistema
Energia: definições básicas Energia: definições básicas Energia: É a capacidade de realizar trabalho. Esta capacidade pode-se
manifestar sob várias formas: radiação eletromagnética, energia potencial ou incorporada, energia cinética, energia química (dos alimentos) e calor.
1ª Lei da Termodinâmica: (Conservação da energia) A energia pode ser transformada de um tipo em outro, mas não pode ser criada nem destruída. Exemplos destas transformações: luz em calor, energia potencial em cinética.
2ª Lei da Termodinâmica: (Lei da Entropia) Nenhum processo que implique numa transformação energética ocorrerá espontaneamente, a menos que haja uma degradação de energia de uma forma concentrada numa forma mais dispersa (ou desorganizada). Assim sendo, nenhuma transformação de energia é 100% eficiente. A entropia é uma medida de energia não disponível, que resulta das transformações energéticas. Sua variação é sempre positiva em qualquer transformação
Energia nos organismos vivosEnergia nos organismos vivos
Os organismos vivos possuem uma característica termodinâmica essencial: eles conseguem criar e manter um alto grau de ordem interna, ou uma condição de baixa entropia, que é obtido através de processos biológicos contínuos e eficientes de dissipação energética.
O ambiente energético da biosfera O ambiente energético da biosfera
A luz solar que atinge o topo da biosfera iluminada terrestre chega a uma taxa constante, a chamada constante solar (1.94 cal/cm2.min). Um máximo de 67% da constante solar (~ 1.34 cal/cm².min) pode atingir a superfície terrestre.
A radiação solar sofre consideráveis modificações qualitativas e quantitativas ao atravessar a atmosfera terrestre. Tais modificações são influenciadas por vários fatores dentre eles a topografia, a latitude, o clima bem como composição gasosa da atmosfera. A água e o gás carbônico absorvem ativamente a radiação na faixa do infra-vermelho.
Ecossistema: históricoEcossistema: histórico
Charles Elton (década de 1920): “as relações de alimentação ligam os organismos numa entidade funcional única, a comunidade biológica.”
A. G. Tansley (década de 1930): “visualizou as partes físicas e biológicas da natureza juntas, unificadas pela dependência dos animais e das plantas da sua vizinhança física e da sua contribuição à manutenção do mundo físico. A isto denominou de ecossistema.
Raymond Lindeman (1942): definiu níveis tróficos e visualizou uma pirâmide de energia.
Ecossistema: definiçõesEcossistema: definições
Eugene P. Odum (1953): retratou os ecossistemas como diagramas de fluxo de energia.
Hoje em dia, uma definição de ecossistema muito usada em Ecologia seria a seguinte: qualquer unidade que inclua a totalidade dos organismos (comunidades) de uma área determinada, que atuam em reciprocidade com o meio físico de modo que uma corrente de energia conduza a uma estrutura trófica, a uma diversidade biótica e a ciclos biogeoquímicos (Odum, 1977).
Ecossistema: aspectos estruturaisEcossistema: aspectos estruturais
substâncias inorgânicas (particuladas, dissolvidas) substâncias orgânicas (particuladas e dissolvidas) clima substrato físico (sólido, líquido e gasoso) componentes bióticos produtores consumidores predadores desintegradores
Ecossistema: aspectos funcionaisEcossistema: aspectos funcionais
fluxo de energia cadeias de alimentos diversidade (tempo e espaço) ciclos de nutrientes sucessão e evolução controle (cibernética)
Ecologia trófica Ecologia trófica O estudo das interações tróficas é essencial para o
entendimento do que se passa dentro de um ecossistema. Este tipo de estudo demonstra de modo inequívoco o grau de inter-relações existente entre os organismos e aponta os principais elementos na manutenção da estrutura do ecossistema.
Uma das formas mais tradicionais de se estudar a ecologia trófica está na identificação das rotas alimentares dentro dos ecossistemas.
a) cadeias alimentares; b) teias tróficas; c) pirâmides energéticas e d) matrizes tróficas.
Ecologia de processosEcologia de processos
Eficiências Energéticas: As proporções (ou razões) entre os fluxos de energia em diversos pontos ao longo da cadeia de alimentos, quando expressas em percentuais. Calcula-se com as seguintes variáveis:
E: excreção R: respiração B: biomassa A: assimilação I: ingestão
Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema
CADEIA ALIMENTAR – arranjo produtor-
consumidor.
Podem ser divididas em dois tipos:
• As que começam pelos vegetais vivos e
passam pelos herbívoros e carnívoros
• E as que se iniciam pelos detritos vegetais e
animais e passam pelos detritívoros
Capim gafanhotos pássaros raposas (Cadeia de Predadores)
Trigo pulgão protozoários (Cadeia de Parasitas)
Folhas fungos vermes (Cadeia de Decomposição)
Dentro da cadeia alimentar ocorre a transferência de energia e nutrientes que segue a seguinte ordem:
produtores (plantas), consumidores (
animais herbívoros e carnívoros) e
decompositores (fungos e bactérias).
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Cadeia alimentar
Organização de um EcossistemaOrganização de um EcossistemaTeia alimentar
Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema
Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema
Teia ou cadeia alimentar?
Pirâmide de númeroPirâmide de númeroCada barra representa o número de indivíduos.
Invertida nos casos de parasitismo ou pragas.
2.107 pés de alfafa
4,5 bezerros
1 criança
Pirâmide de biomassaPirâmide de biomassaCada barra expressa a quantidade de biomassa
presente naquele nível.
Inverte nos ecossistemas aquáticos devido à alta produtividade do fitoplâncton.
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Fluxo de energia e ciclo da matéria no ecossistema
Produtores primários
E
consumidores primários
(herbívoros)
Energia Radiante
ECarnívoros E
Consumidores Terciários
(carnívoros)
Consumidores secundários (carnívoros)
EConsumidores
primários (detritívoros) E
Cadeia de Pastagem
Cadeia de Detrito
Detritos
EE
Decompositores
nutrientes
Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema
Produtividade dos ecossistemas
• Matéria orgânica
produzida, ou energia
fixada pelos
produtores
• Transferência para os
consumidores ao
longo das seqüências
alimentares
Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema
Produtividade dos ecossistemas
• TRANSFERÊNCIA PARA OS CONSUMIDORES AO
LONGO DAS SEQÜÊNCIAS ALIMENTARES:
• UNIDADES DE MASSA
• UNIDADES DE ENERGIA – Calorias Incorporadas em Cada Nível Trófico
Produção Primária (PP) – produtor
Produção Secundária (PS) – consumidor 1
Produção Terciária (PT) – consumidor 2 ...
Organização de um Ecossistema
Produtividade dos ecossistemas
• A cada nível trófico, parte da energia recebida é incorporada à biomassa e parte é dissipada como calor
Produtividade Produtividade• Produtividade Primária Bruta (PPB) de um Ecossistema: é a
quantidade de material produzido pela fotossíntese, num período fixo de tempo
• Produtividade Primária Líquida (PPL): é a parte da energia dos produtores utilizável como alimento para os consumidores. Pois a outra parte é utilizada pelos produtores em suas funções vitais
• PP Varia com:
– Estação do ano– Idade do indivíduo– Clima (PPL é superior em climas tropicais)– Disponibilidade de água, sais minerais e intensidade luminosa
PPB = PPL + R
Produtividade - Lei de EltonProdutividade - Lei de EltonCada nível trófico incorpora apenas 10% da energia do
nível precedente
Quanto maior o nível trófico do organismo menor a quantidade de energia disponível
Consumidoresprimários
Produtores Consumidoressecundários
Consumidoresterciários
1000 10100
10% 10% 10%
900 90 99000
ProdutividadeProdutividade• Estágio de sucessão ecológica
PB/R – Relação entre Comunidade Clímax ou Sucessão Ecológica
PB/R = 1,0 (Ecossistema Maduro) – toda produção primária líquida de um certo intervalo de tempo é consumida pela fauna em intervalo de tempo igual (PL = 0)
PB/R > 1,0 (Ecossistema Sucessional) – apenas parte da produção primária líquida é consumida, ou seja, fica saldo de energia para manter novos consumidores (PL > 0)
Diferenças entre o ecossistema sucessional e maduro
Características Ecossistema sucessional
Ecossistema maduro
Diversidade biológica Baixa Alta
Biomassa total Pequena Grande
Número de relações Pequeno Grande
Teia alimentar Simples Complexa
Relação produção/consumo Maior que 1 Menor que 1
Estabilidade Instável Estável
Resistência aos distúrbios externos
Baixa Alta
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Produtividade dos ecossistemas
• Matéria orgânica
produzida, ou energia
fixada pelos
produtores
• Transferência para os
consumidores ao
longo das seqüências
alimentares
Ecologia de processos: fotossíntese Ecologia de processos: fotossíntese
Processo através do qual as plantas verdes transformam energia radiante, ou eletromagnética em energia química (Ferri, 1985).
O processo visa basicamente a fornecer energia (ATP) e poder redutor (NADPH) para que a planta possa sintetizar carboidratos a partir do dióxido de carbono (CO2).
FotossínteseFotossínteseSão enormes as quantidades de energia que as plantas "armazenam" através da fotossíntese. Florestas tropicais, por exemplo, "armazenam" durante um ano, cerca de 8 mil quilocalorias por metro quadrado de floresta, ou seja 8 trilhões de quilocalorias por quilômetro quadrado (8.109 kcal/km2). A capacidade de produção de energia de uma usina hidrelétrica como, por exemplo, a de Barra Bonita, no Rio Tietê, é de cerca de 140 MW (megawatt).Uma quantidade equivalente a essa seria armazenada por 1 km2 de floresta absorvendo energia luminosa por duas horas e meia.
Serviços ecossistêmicosServiços ecossistêmicos 1. Regulação gasosa 2. Regulação climática 3. Regulação de distúrbios 4. Regulação de recursos
hídricos 5. Disponibilização de recursos
hídricos 6. Controle de erosão e retenção
de sedimentos 7. Formação de solo 8. Ciclagem de nutrientes
9. Controle de poluentes 10. Polinização 11. Controle biológico 12. Refúgio 13. Produção de alimentos 14. Matéria-prima 15. Recursos genéticos 16. Recreação 17. Cultural
Valor médio anual: $ 33 trilhões
Energia e desenvolvimentoEnergia e desenvolvimento
2
3 2
4 4 4
6 12 24 1
10 66 91 63
7 32 24 14
50 100 150 200
Alimento Casa e comércio Indústria e agricultura Transporte
Evolução do consumo humano de energia
per capita (em milhares de calorias)
Desenvolvimento SustentávelDesenvolvimento Sustentável
Desenvolvimento capaz de suprir as necessidades da geração atual, sem comprometer a capacidade de atender as necessidades das futuras gerações.
É o desenvolvimento que não esgota os recursos para o futuro.
Harmonia entre desenvolvimento econômico e a conservação ambiental.
"Estamos condenados à civilização. Ou progredimos ou desaparecemos".
Euclides da Cunha
"Estamos condenados à civilização. Ou progredimos ou desaparecemos".
Euclides da Cunha
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