208. Aquário Aberto (OPENAQ)

O ecossistema em um aquário selado ilustra os princípios básicos de operação de um ecossistema.

Quando há luz se produz oxigênio e matéria orgânica, que são usados pelos consumidores; os quais devolvem nutrientes básicos e CO2.

A matéria orgânica e os nutrientes aumentam e diminuem de acordo com os períodos alternados de luz e escuridão.

Luz

N

S

Nutrientes

K2XI

K0

Ar

X

Oxigênio

QK1

Matéria orgânica

K3

K4

K7 XS

DX= K2*I*N - K3*X*Q - K7*(1-X/XS)

I= S/(1+K0*N)N= TN-L1*QDQ= K1*I*N-K4*X*Q

OPENAQ mostra o comportamento do oxigênio. A maioria dos aquários fechados possuem um espaço com ar acima da água.

O oxigênio se difunde na água.

Com a fotossíntese produz oxigênio ele pode atingir a supersaturado e nessa situação ele pode voltar ao ar, pela via da difusão ou como borbulha gasosa.

Como o consumo do oxigênio ocorre durante a respiração noturna, ele é reabastecido pela difusão a partir do espaço aéreo.

Os gráficos de simulação do modelo incluem:• a taxa de produção P,• a taxa de respiração R, e • a produção líquida Pnet = P-R.

http://www.unicamp.br/fea/ortega/ModSim/openaq/closeaq Mi.xls

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 50 100 150 200 250

N DQ S P R X

A produção líquida é positiva durante o dia e negativa à noite. Como resultado o oxigênio aumenta e diminui. Este é um bom modelo para utilizar na medição do oxigênio dissolvido durante o dia.

Exemplos de Microcosmos fechados Aquários fechados

podem ser encontrados em salas de aula em escolas do mundo todo aos milhões. Alguns crescem na presença de luz, alguns têm animais, outros possuem ecossistemas de água salgada.

Alguns foram observados trabalhando por décadas mesmo que permanentemente selados. Por possuírem muitas características de grandes ecossistemas esses pequenos ecossistemas confinados são chamados microcosmos.

1. Qual seria o efeito da adição de uma grande quantidade de matéria orgânica. Estabeleça o valor inicial de Q = 10,000. Qual será o efeito disso no balanço relativo da produção e da respiração?

Experimentos "E se "

2. O que aconteceria se a luz fosse ligada continuamente? Por quê a produção de matéria orgânica e oxigênio aumentaria temporariamente?

3. Qual seria o efeito da adição de uma grande quantidade de nutrientes inorgânicos N? Estabeleça TN = 50. O excesso de metabolismo continua?

Se os processos metabólicos se auto-regulam o ecossistema atinge o estado de homeostáse.

4. A taxa de difusão do ar trocado com a água depende do coeficiente de difusão K7. Esta difusão depende da intensidade de agitação da água.

Qual é o efeito de reduzir o coeficiente de difusão a um décimo do seu valor atual?Isto pode ocorrer se houvesse um plástico flutuando na superfície da água.

http://www.unicamp.br/fea/ortega/ModSim/openaq/openaq-208.html

Um Aquário Humano

Experimento

Biosfera 2

www.bioquest.org/simbio2.html

CENÁRIO 1: “Espaço para mais um?"

Novas habilidades técnicas foram necessárias devido a um problema interno de manutenção que ocorreu no segundo dia. Um bioesferiano de reserva foi enviado neste dia.

Não foi permitida entrada ao habitat dos humanos na Biosfera 2 durante o experimento. Uma vez por semana, alguns visitantes podiam “ver” e falar com os bioesferianos pelo telefone.

– Que mudanças você esperaria?– Que mudança deve ser feita no modelo?– Como uma pessoa extra afetará a capacidade de suporte? 

O modelo pode ser alterado clicando duas vezes no ícone de pessoas e ajustando o valor inicial de 8 para 9 pessoas.

Comparada aos níveis encontrados no gráfico produzido pelo modelo original, como a adição de uma pessoa alterou a % de capacidade de suporte?

“Precisamos de mais plantas!"

Como as plantas que cresciam na Biosfera 2 não eram para consumo humano, provavelmente faltariam à mesa as bananas do habitat da floresta tropical.

– Isto ajudará?– Como poderiam os professores alterar o modelo para

acrescentar mais plantas? – Você esperaria que isto aumentasse o nível de % de O2?

Um grupo de professores ao saber do problema da diminuição da % de O2 ocorrido na Biosfera 2, sugeriu colocar mais plantas aos modelos, o dobro do que havia no início.

O modelo pode ser alterado clicando duas vezes no ícone de produção das plantas e ajustando o valor inicial de 800 g/m2 para 1600 g/m2.

Comparada aos níveis encontrados no gráfico produzido pelo modelo original, a % de capacidade de suporte aumentou?Você se surpreendeu? O que aconteceu?

– Como o modelo pode ser alterado pelos cientistas para simular a nave de resgate com astronautas extras?

– Quanto tempo você acha que a tripulação da nave de resgate sobreviverá?

CENÁRIO 3: “Quanto tempo temos?"

Considerando que algum dia poderiam ocorrer emergências no espaço que requereriam a transferência de tripulação para outra nave, um grupo de cientistas da NASA decidiu usar o modelo da Biosfera 2 para verificar quanto tempo uma nave de resgate suportaria humanos se o seu número dobrasse repentinamente. Mesmo com recursos de emergência, os humanos começariam a perecer quando o nível de capacidade de suporte caísse abaixo de 25%.

O modelo pode ser alterado clicando duas vezes no ícone de pessoas e ajustando o valor inicial de 8 para 16 pessoas.Quanto tempo tem as pessoas que superlotam a nave de resgate antes de precisar de suprimentos?

Quanto de suporte a mais seria necessário se o experimento Biosfera 2 tivesse a duração de 6 anos?Como você mudaria o modelo? O que você acha que aconteceria? 

A visão de dentro...

CENÁRIO 4A: "Dobro, dobro... fadiga e problemas?"

A % de capacidade de suporte se altera após 365 dias? Por quê?O que isto significa para os Biosferianos?

Para alterar o primeiro modelo quando o menu surgir abaixo do comando RUN você deve escolher Simulation Setup e alterar End Simulation at Time de 1460 dias (4 anos) para 2920 dias (8 anos).

Se você fosse capaz de reduzir o número de humanos para quatro, eles ainda precisariam de recursos externos para sobreviver no experimento de seis anos?Que alterações seriam necessárias para construir um modelo que respondesse esta questão? Você acha que este número de humanos seria problemático?

CENÁRIO 4B: “Diminuir seria a resposta?"

Um declíniopróspero e feliz ... ?!?

Comparada aos níveis encontrados no gráfico produzido para o modelo de 4 anos no Cenário 4A, de quanto altera a % de capacidade de suporte quando o número de pessoas é reduzido? Qual é a utilidade de se conhecer isto?

Para alterar o modelo clique duas vezes no ícone ”People” e mude o número de pessoas de 8 para 4. Após isto, escolha o comando RUN, clique em Simulation Setup e altere End SImulation at Time de 1460 dias (4 anos) para 2920 dias (8 anos).

COMPUTER MINIMODELS AND SIMULATION EXERCISES FOR SCIENCE AND SOCIAL STUDIES

Howard T. Odum* and Elisabeth C. Odum+* Dept. of Environmental Engineering Sciences, UF

+ Santa Fe Community College, Gainesville

Center for Environmental Policy, 424 Black HallUniversity of Florida, Gainesville, FL, 32611

Copyright 1994

Autorização concedida gentilmente pelos autores para publicação na Internet

Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada - LEIA - Unicamp

Enrique OrtegaMileine Furlanetti de Lima Zanghetin

Liana Barbudo Carrasco Campinas, SP, 20 de julho de 2007