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Prefácio................................................... xi

Habilidades de Aprendizado ............ xix

SERES HUMANOS E ASUSTENTABILIDADE:UMA VISÃO GERAL

1 Problemas Ambientais, SuasCausas e a Sustentabilidade ....... 1Estudo de Caso: Vivendo em umaEra Exponencial ...................................... 1

1.1 Vivendo de Forma Mais Sustentável..... 31.2 Crescimento Populacional,

Crescimento Econômico eDesenvolvimento Econômico................ 6

1.3 Recursos.................................................... 7Estudo de Caso em Economia:A Tragédia dos Recursos Públicos...... 8

1.4 Poluição .................................................... 101.5 Problemas Ambientais: Causas e

Conexões .................................................. 121.6 Mudanças Culturais e

Sustentabilidade ...................................... 151.7 Nossa Trajetória Atual É Sustentável? .... 16

ECOLOGIA E SUSTENTABILIDADE

2 Ciência, Matéria e Energia .......... 18Estudo de Caso: Uma LiçãoAmbiental da Ilha de Páscoa ............... 18

2.1 A Natureza da Ciência ........................... 19Foco na Ciência: O Que Está FazendoMal aos Tordos? ......................................... 21

2.2 Matéria...................................................... 222.3 Energia ...................................................... 292.4 Leis de Troca de Matérias e

Energia e Sustentabilidade .................... 33

3 Ecossistemas: O Que São eComo Funcionam? ........................ 37Estudo de Caso: Você Já Agradeceuaos Insetos Hoje?.................................... 37

3.1 A Natureza da Ecologia ......................... 38Foco na Ciência: Quais EspéciesDominam o Mundo?.................................. 38

3.2 Os Sistemas de Suporte de Vidada Terra..................................................... 40

3.3 Componentes do Ecossistema............... 433.4 Fluxo de Energia nos Ecossistemas...... 483.5 Solos .......................................................... 523.6 Ciclagem de Matéria nos Ecossistemas.... 563.7 Como os Ecologistas Aprendem

Sobre os Ecossistemas?........................... 63

4 Evolução e Biodiversidade.......... 67Estudo de Caso: Como Nos Tornamosuma Espécie Tão Poderosa TãoRapidamente? ......................................... 67

4.1 Origens da Vida....................................... 684.2 Evolução e Adaptação............................ 694.3 Nichos Ecológicos e Adaptação ............ 72

Foco na Ciência: Baratas: As ÚltimasSobreviventes da Natureza ........................ 73

4.4 Especiação, Extinção e Biodiversidade.... 754.5 Qual É o Futuro da Evolução? .............. 79

5 Clima e Biodiversidade ............... 83Estudo de Caso: Ao Vento:Uma História de Conexões................... 83

5.1 Clima: Uma Breve Introdução .............. 845.2 Biomas: Clima e Vida na Terra.............. 885.3 Biomas de Campos e Desertos.............. 915.4 Biomas de Montanhas e Florestas ........ 955.5 Ambientes Aquáticos: Tipos e

Características.......................................... 1005.6 Zonas de Vida Marinha.......................... 102

Estudo de Caso: Recifes de Corais ..... 1065.7 Zonas de Vida em Água Doce............... 109

Sumário

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6 Ecologia de Comunidades,Ecologia de Populações eSustentabilidade ........................... 114Estudo de Caso: Por Que DevemosNos Preocupar com o AligátorAmericano?.............................................. 114

6.1 Estrutura das Comunidades eDiversidade das Espécies....................... 115

6.2 Tipos de Espécies .................................... 117Estudo de Caso: Por Que osAnfíbios Estão Desaparecendo?.......... 118Estudo de Caso: Por Que os TubarõesSão Espécies Importantes? ................... 119

6.3 Interações das Espécies .......................... 1216.4 Sucessão Ecológica: Comunidades

em Transição ............................................ 1266.5 Dinâmica Populacional e

Capacidade de Suporte .......................... 1286.6 Impactos Humanos Sobre os

Ecossistemas: Aprendendo com aNatureza ................................................... 132Conexões: Surpresas Ecológicas ........... 134

7 Aplicação da Ecologia dePopulações: A PopulaçãoHumana ..........................................138Estudo de Caso: O Mundo EstáSuperpovoado? ....................................... 138

7.1 Fatores Que Afetam o Tamanho daPopulação Humana ................................ 139Estudo de Caso: Taxas de Fertilidadenos Estados Unidos................................ 142Estudo de Caso em Política e Economia:A Imigração nos Estados Unidos ........ 145

7.2 Estrutura Etária da População .............. 1467.3 Soluções: Influenciando o Tamanho da

População ................................................. 1497.4 Reduzindo o Crescimento

Populacional na Índia e na China ........ 152Estudo de Caso: Índia ........................... 152Estudo de Caso: China .......................... 153

7.5 Distribuição Populacional:Urbanização e Crescimento Urbano .... 153Estudo de Caso: Urbanização nosEstados Unidos ....................................... 156

7.6 Problemas Ambientais e de RecursosUrbanos .................................................... 158Estudo de Caso em Economia:Os Pobres das Áreas Urbanas nosPaíses em Desenvolvimento ................ 161Conexões: Como a Redução do CrimePode Ajudar o Meio Ambiente ............. 161

7.7 Transporte e DesenvolvimentoUrbano.................................................... 162Estudo de Caso: Os Automóveis nosEstados Unidos..................................... 162

7.8 Tornando as Áreas Urbanas MaisHabitáveis e Sustentáveis .................... 165Estudo de Caso: Curitiba, Brasil –Uma das Grandes Cidades MaisSustentáveis do Mundo...................... 167

MANUTENÇÃO DABIODIVERSIDADE

8 Manutenção da Biodiversidade:A Abordagem Ecossistêmica ....170Estudo de Caso: ReintroduzindoLobos em Yellowstone ........................ 170

8.1 Impactos Humanos Sobre aBiodiversidade ...................................... 172

8.2 Terras Públicas nos Estados Unidos .... 1738.3 Manejo e Manutenção de Florestas.... 1758.4 Manejo e Recursos Florestais nos

Estados Unidos ..................................... 182Os Indivíduos Fazem a Diferença:Borboleta em uma Sequóia ................. 183

8.5 Desmatamento Tropical ....................... 186Os Indivíduos Fazem a Diferença:O Movimento Cinturão Verde doQuênia .................................................... 190

8.6 Parques Nacionais ................................ 191Estudo de Caso: Destaques Sobreos Parques Nacionais dos EstadosUnidos .................................................... 191

8.7 Reservas Naturais................................. 192Estudo de Caso em Ciência:Costa Rica – Líder Mundialem Conservação ................................... 193Estudo de Caso em Ciência ePolítica: Proteção de ÁreasSelvagens nos Estados Unidos.......... 196

8.8 Restauração Ecológica.......................... 197Estudo de Caso em Ciência:Restauração Ecológica de uma FlorestaTropical Seca na Costa Rica ............... 198

8.9 Manutenção da BiodiversidadeAquática ................................................. 198

8.10 O Que Podemos Fazer? ....................... 201

9 Manutenção da Biodiversidade:A Abordagem das Espécies.......204Estudo de Caso: O Pombo-Passageiro: Extinto Para Sempre ...... 204

9.1 Extinção de Espécies ............................ 205

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9.2 A Importância das EspéciesSelvagens................................................ 209

9.3 Causas da Extinção Prematura deEspécies Selvagens ............................... 211Estudo de Caso em Ciência: UmaMensagem Perturbadora das Aves ... 212Estudo de Caso em Ciência:A Introdução Deliberada daTrepadeira Kudzu ................................ 214Estudo de Caso em Economia:A Crescente Demanda por Carne deAnimais Selvagens na África.............. 218

9.4 Protegendo as Espécies Selvagens:Abordagem Legal ................................. 220Estudo de Caso: O Que a Lei dasEspécies Ameaçadas de Extinção(Endangered Especies Act)Conseguiu? ............................................ 224

9.5 Protegendo as Espécies Selvagens:A Abordagem dos Santuários............. 224

9.6 Ecologia Reconciliatória....................... 226Foco na Ciência: Utilizando aEcologia Reconciliatória para Protegeros Pássaros-Azuis................................... 227

SUSTENTANDO RECURSOS EQUALIDADE AMBIENTAL

10 Alimentos, Solo e o Manejo dePragas ............................................229Estudo de Caso: Você Comeria Pratosà Base de Feijões Alados e Insetos?.... 229

10.1 Produção de Alimentos ....................... 231Estudo de Caso em Ciência eEconomia: Produção Industrial deAlimentos nos Estados Unidos ......... 233

10.2 Degradação e Erosão do Solo ............. 235Estudo de Caso em Ciência: Erosãodo Solo nos Estados Unidos .............. 237

10.3 Agricultura Sustentável pelaConservação do Solo ............................ 240

10.4 Produção de Alimentos, Nutrição eEfeitos Ambientais................................ 242

10.5 Aumentando a Produção deAlimentos............................................... 246Estudo de Caso em Ciência:Algumas Conseqüências Ambientaisda Produção de Carne ......................... 249

10.6 Protegendo os Recursos Alimentícios:Manejo de Pragas.................................. 254Os Indivíduos Fazem a Diferença:Rachel Carson........................................ 257

Foco na Ciência: Quão Bem-Sucedidosos Pesticidas Sintéticos Foram aoReduzir as Perdas das Safras nosEstados Unidos?.................................... 258Foco na Ciência: Aquilo que VaiPode Voltar ............................................ 259

10.7 Soluções: Agricultura Sustentável...... 262

11 Água e Poluição ..........................265Estudo de Caso: Conflitos pelaÁgua no Oriente Médio ..................... 265

11.1 A Importância, o Uso e a Renovaçãoda Água .................................................. 266Estudo de Caso em Ciência:Recursos de Água Doce nos EstadosUnidos .................................................... 269

11.2 Fornecimento de Mais Água............... 269Estudo de Caso em Política e Ética:Quem Deve Ser o Proprietário eAdministrar os Recursos de ÁguaDoce? ...................................................... 270Estudo de Caso em Ciência:O Desastre do Mar de Aral ................ 273

11.3 Redução do Desperdício de Água...... 27711.4 Água Demais......................................... 282

Estudo de Caso em Ciência ePobreza: Vivendo nas Várzeas deBangladesh ............................................ 283

11.5 Poluição da Água: Tipos, Efeitos eFontes ..................................................... 285

11.6 Poluição de Aqüíferos, Lagos eCórregos de Água Doce....................... 286

11.7 Poluição dos Oceanos .......................... 291Estudo de Caso em Ciência:A Baía de Chesapeake ........................ 293

11.8 Evitando e Reduzindo a Poluiçãode Águas Superficiais........................... 295Estudo de Caso em Ciência:Utilizando Áreas Úmidas paraTratar Esgoto ......................................... 299

11.9 Qualidade da Água Potável................ 300

12 Geologia e MineraisNão Renováveis ..........................303Estudo de Caso: A Lei Geral deMineração (General Mining Law)de 1872 ................................................... 303

12.1 Processos Geológicos ........................... 30412.2 Processos Geológicos Internos e

Externos.................................................. 30512.3 Minerais, Rochas e o Ciclo das Rochas.. 309

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12.4 Encontrando, Retirando e ProcessandoMinerais Não Renováveis ................... 311

12.5 Efeitos Ambientais Decorrentes doUso dos Recursos Minerais ................. 313

12.6 Suprimento de Recursos Minerais ..... 316Estudo de Caso em Ciência:Utilizando a Nanotecnologia paraProduzir Novos Materiais .................. 318

13 Energia ..........................................322Estudo de Caso: A RevoluçãoFutura da Energia Renovável e daEficiência Energética ........................... 322

13.1 Avaliando os Recursos Energéticos ... 32413.2 Combustíveis Fósseis

Não Renováveis .................................... 328Estudo de Caso em Ciência eEconomia: Suprimentos de Petróleodos Estados Unidos ............................ 329

13.3 Energia Nuclear Não Renovável ........ 338Estudo de Caso em Ciência:O Acidente da Usina Nuclear deChernobyl.............................................. 341Estudo de Caso em Ciência ePolítica: Resíduos de Alto Nível deRadioatividade nos Estados Unidos .. 344

13.4 Melhorando a Eficiência Energética .. 348Conexões: Economia e Política:O Custo Real da Gasolina nosEstados Unidos ..................................... 350

13.5 Utilizando Energia Renovável paraFornecer Calor e Eletricidade ............. 355

13.6 Energia Geotérmica .............................. 36513.7 Hidrogênio............................................. 366

Foco na Ciência: ProduzindoHidrogênio a Partir de Algas VerdesEncontradas na Superfície dos Lagos...... 368

13.8 Uma Estratégia EnergéticaSustentável............................................. 368

14 Risco, Saúde Humana eToxicologia ...................................373Estudo de Caso: O Grande Matador .. 373

14.1 Riscos e Perigos..................................... 37414.2 Perigos Biológicos: Doenças nos

Países Desenvolvidos e emDesenvolvimento.................................. 375Estudo de Caso em Ciência:A Crescente Resistência dos Germesaos Antibióticos ................................... 376Estudo de Caso em Ciência:A Crescente Ameaça Global daTuberculose ........................................... 376

Estudo de Caso em Ciência:O HIV e a Aids..................................... 378Estudo de Caso em Ciência:A Malária............................................... 379

14.3 Perigos Químicos.................................. 38214.4 Toxicologia: Avaliando os Perigos

Químicos ................................................ 38414.5 Análise de Risco.................................... 390

15 Poluição do Ar .............................395Estudo de Caso: Quando umLíquen é como um Canário?.............. 395

15.1 Estrutura e Ciência da Atmosfera ...... 39615.2 Poluição do Ar Exterior ....................... 39715.3 Smog Industrial e Fotoquímico ........... 399

Foco na Ciência: Poluição do Ar noPassado: Os Maus Velhos Tempos ..... 400

15.4 Poluição Regional do Ar Exterior emVirtude da Deposição Ácida ............... 403

15.5 Poluição do Ar Interior ........................ 407Estudo de Caso em Ciência: Exposiçãoao Gás Radônio Radioativo ............... 409

15.6 Efeitos Nocivos da Poluição do Ar .... 41015.7 Prevenindo e Reduzindo a Poluição

do Ar....................................................... 412Estudo de Caso em Economia:Utilizando o Mercado para Reduzira Poluição do Ar................................... 413

16 Mudança Climática e Perda deOzônio...........................................419Estudo de Caso: Estudando um Vulcãopara Entender a Mudança Climática... 419

16.1 A Mudança Climática no Passado e oEfeito Estufa Natural............................ 420

16.2 Mudança Climática e AtividadesHumanas................................................ 422

16.3 Fatores Que Afetam a Temperaturada Terra .................................................. 427

16.4 Possíveis Efeitos de um MundoMais Quente .......................................... 429

16.5 Lidando com a Ameaça doAquecimento Global ............................ 432

16.6 Redução da Camada de Ozônio naEstratosfera ............................................ 438Estudo de Caso em Ciência: Câncerde Pele .................................................... 441

16.7 Protegendo a Camada de Ozônio ...... 442Os Indivíduos Fazem a Diferença:Ray Turner e Sua Geladeira ................ 442

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17 Resíduos Sólidos e Perigosos...444Estudo de Caso: Love Canal:Não Existe Descarte para osResíduos Tóxicos.................................. 444

17.1 Desperdício de Recursos ..................... 446Estudo de Caso: Vivendo em umaSociedade com Alta Produção deResíduos ................................................ 447

17.2 Produzindo Menos Resíduos.............. 44717.3 A Revolução Ecoindustrial e a Venda

de Serviços em Vez de Produtos ........ 44917.4 Reaproveitamento................................. 451

Os Indivíduos Fazem a Diferença:Ray Anderson........................................ 452

17.5 Reciclagem ............................................. 453Estudo de Caso em Ciência eEconomia: Problemas com aReciclagem de Plástico ....................... 455

17.6 Incineração e Aterramento deResíduos Sólidos ................................... 457

17.7 Resíduos Perigosos............................... 460Estudo de Caso em Ciência,Economia e Ética: Um Dia Negroem Bhopal, Índia.................................. 462

17.8 Metais Tóxicos ....................................... 466Estudo de Caso em Ciência:Chumbo ................................................. 466Estudo de Caso em Ciência:Mercúrio ................................................ 468

17.9 Alcançando uma Sociedade comBaixa Produção de Resíduos............... 470

SUSTENTANDO SOCIEDADESHUMANAS

18 Economia, Política e Visões deMundo Ambientais ....................473

Estudo de Caso: Biosfera 2: UmaLição de Humildade ............................ 473

18.1 Sistemas Econômicos eSustentabilidade.................................... 474

18.2 Utilizando a Economia paraMelhorar a Qualidade Ambiental ...... 478

18.3 Reduzindo a Pobreza para Melhorara Qualidade Ambiental e oBem-Estar do Ser Humano.................. 483Soluções: Panorama Global:Microempréstimos para os Pobres..... 485

18.4 A Política e as Políticas Ambientais .... 486Estudo de Caso: PolíticasAmbientais nos Estados Unidos....... 488Estudo de Caso: Ação Ambiental porParte de Estudantes nos EstadosUnidos .................................................... 492

18.5 Políticas Ambientais Globais .............. 49418.6 Visões de Mundo Ambientais:

Valores e Culturas Conflitantes .......... 49518.7 Vivendo de Forma Mais Sustentável. 497

SUPLEMENTOS CIENTÍFICOS

1 Unidades de Medida............................ S12 Como Balancear Equações

Químicas ................................................ S23 Classificando e Nomeando as

Espécies .................................................. S34 Informações Básicas Meteorológicas .... S55 Terremotos, Tsunamis e Erupções

Vulcânicas .............................................. S96 Breve História da Era do Petróleo...... S117 Ciência Ambiental ................................ S13

Glossário ................................................ G1

Índice Remissivo.................................. I1

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Este livro é um estudo interdisciplinar de comoa natureza funciona, como interagir com ela ecomo viver de forma sustentável. Ao longode todas as edições deste e de outros livrosmeus, procurei contar a história de como associedades humanas podem percorrer um ca-minho para a sustentabilidade.

Sustentabilidade como Tema Central e CincoGrandes Subtemas

Nesta edição, espero mostrar a história de umcaminho para sustentabilidade – tema centraldeste livro – de forma ainda mais clara aos alunos.

Cinco grandes subtemas – capital natural,degradação do capital natural, soluções, compro-missos e os indivíduos fazem a diferença – guiamo caminho para a sustentabilidade. A Figura 1.2mostra isso com base nesses subtemas.

• Capital natural. A sustentabilidade requer umenfoque na preservação do capital natural – osrecursos e serviços naturais que dão susten-tação a todas as formas de vida e economias(Figura 1.3). Logotipos com base nessa figuraaparecem perto de muitos títulos de capítulospara mostrar os componentes de capital naturalem discussão. Cerca de 90 diagramas ilustramo capital natural, como as Figuras 3.13, 3.23,5.24 e 8.4.

• Degradação do capital natural. Certas ati-vidades humanas levam à degradação do capitalnatural – o segundo subtema. Descrevo como asatividades humanas podem degradar o capitalnatural; 124 diagramas ilustram isso, como asFiguras 5.32, 10.9 e 11.12.

• Soluções. O próximo passo é buscar soluçõespara a degradação do capital natural e paraoutros problemas ambientais. Apresento assoluções aos problemas ambientais de forma

equilibrada e faço com que os alunos usem oraciocínio crítico para avaliar as soluções pro-postas. Cerca de 95 diagramas e subseçõesapresentam soluções ambientais como estraté-gias de prevenção ou controle. Entre os exemplos,estão as Figuras 8.18, 11.14, 15.13 e 17.22.

• Compromissos. A busca por soluções envolvecompromissos – o quarto subtema –, pois qual-quer solução apresenta vantagens e desvanta-gens que devem ser avaliadas. Há 35 diagramasde Compromissos indicando as vantagens e des-vantagens das diversas tecnologias ambientais esoluções aos problemas ambientais. Entre osexemplos, estão as Figuras 7.20 e 7.21, 8.9 e 17.11.A legenda de cada um desses diagramas possuiuma pergunta de Raciocínio Crítico que pedeaos leitores que escolham uma única vanta-gem e uma única desvantagem consideradaspor eles mais importantes. Consulte tambéma discussão sobre as vantagens e desvantagensdos pesticidas.

• Os indivíduos fazem a diferença. Na busca porencontrar e implementar soluções, apresentodiversos exemplos que ilustram as contribui-ções importantes que os indivíduos têm feito.Evito aspectos melancólicos ou arrasadores euso histórias encorajadoras para mostrar comoindivíduos trabalhando sozinhos ou em equipemudaram o mundo; tento equilibrar notíciasruins com notícias boas sobre o meio ambiente.Ao longo do livro, quadros com a seção Os Indi-víduos Fazem a Diferença descrevem o quediversos cientistas e cidadãos preocupados têmfeito para nos ajudar a atingir a sustentabilidade.Além disso, 12 quadros com a seção O QueVocê Pode Fazer? descrevem como os leitorespodem lidar com os diversos problemas am-bientais. Entre os exemplos, estão as Figuras8.24, 11.19 e 13.47.

Prefácio

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Uma Sólida Base Científica

O caminho para a sustentabilidade é pavimen-tado neste texto por uma ciência consolidada –conceitos e explicações amplamente aceitospelos cientistas. Os Capítulos 2 a 9 apresentamos princípios científicos da ecologia e biodiver-sidade necessários para entender como a Terrafunciona e para avaliar as soluções propostasaos problemas ambientais. A ciência é, assim,integrada ao longo do livro no texto, em focos naciência, estudos de caso em ciência e figuras.

Ciência, Economia, Política e Ética de umaPerspectiva Global

Materiais sobre ciência, economia, ciência polí-tica e ética ambiental estão integrados ao longodo texto. A classificação das subseções, comoCiência e Economia, Economia e Política e Ciênciae Ética, mostra essa integração. O Capítulo 18 es-tabelece ligações entre boa parte desse materialcom seu enfoque em economia, política e éticaambiental. Ele pode ser utilizado a qualquermomento após o Capítulo 1.

Este livro adota uma perspectiva globalem dois níveis. Primeiro, os princípios ecoló-gicos revelam como toda a vida do mundo éconectada e sustentada dentro da biosfera (Capí-tulo 3). Segundo, o livro integra informações eimagens do mundo todo ao apresentar proble-mas científicos, econômicos, políticos e éticos.Para enfatizar esse recurso, adicionei o rótulo Pano-rama Global a algumas subseções do livro. Hátambém diversos mapas do mundo.

Flexibilidade

Há centenas de maneiras para organizar os capí-tulos deste livro, de forma que se ajustem às ne-cessidades de diferentes alunos e professores.Desde a publicação da primeira edição, em 1975,a solução para esse problema foi conceber umlivro flexível, que permitisse variar a ordem doscapítulos e das seções dentro dos capítulos.

Recomendo que o leitor inicie com oCapítulo 1, pois ele define termos básicos eapresenta uma visão geral das questões desustentabilidade, população, poluição, recursose desenvolvimento econômico que serãotratadas ao longo do livro. Ele funciona comoum trampolim para utilização dos demaiscapítulos em praticamente qualquer ordem. Porexemplo, o Capítulo 18 pode ser trabalhado apóso Capítulo 1.

Uma estratégia utilizada com freqüênciaé, após o Capítulo 1, trabalhar os Capítulos 2 a 7,apresentando os conceitos científicos e ecoló-gicos básicos. Pode-se, então, utilizar os capítu-los restantes na ordem desejada.

Nesta edição, coloquei, após o Capítulo 7,dois capítulos sobre o importante assunto dabiodiversidade. Assim, os Capítulos 2 a 9 incluemtodos os fundamentos da biologia (ecologia ebiodiversidade). Muitos professores pediramque os capítulos fossem organizados nessaordem, mas os capítulos sobre biodiversidadepodem ser abordados posteriormente.

Estudos de Caso

Cada capítulo começa com um breve Estudode Caso criado para capturar o interesse do leitore introduzir o material que segue. Além desses18 estudos de caso, outros 44 aparecem ao longo dolivro (ver Sumário). Esses 62 estudos de caso ofe-recem uma abordagem mais aprofundada sobreproblemas ambientais específicos e suas possí-veis soluções.

Raciocínio Crítico

A introdução às Habilidades de Aprendizado descrevehabilidades de raciocínio crítico. Os exercíciosde raciocínio crítico são utilizados ao longo dolivro, de diversas formas:

• Em todos os quadros (exceto em Os Indiví-duos Fazem a Diferença).

• Nas legendas das 35 figuras de Compromissosdo livro.

• Na forma de perguntas no final dos capítulos.

Aprendizado Visual

Este livro apresenta diversas ilustrações e fotoscriadas para apresentar idéias complexas de for-mas compreensíveis relacionadas ao mundo real.

Para aprimorar o aprendizado e aumentaro interesse, coloquei tabelas e listas possivel-mente entediantes em um formato com visualatraente. Isso inclui diagramas que ilustram ocapital natural, a degradação do capital natural, com-promissos e soluções.

Também selecionei cuidadosamente diver-sas fotografias – a maioria delas novas para estaedição – para ilustrar as idéias principais. Eviteia prática comum de incluir diversas fotografiasde “recheio”, que não são muito eficazes ou

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que mostram o óbvio. Quando não pude en-contrar uma fotografia de alta qualidade parailustrar uma idéia, troquei-a por um diagrama dealta qualidade.

A Revisão Mais Significativa de Todas

Para preparar esta edição, consultei mais de 10mil fontes de pesquisa na literatura profissionale mais ou menos o mesmo número de páginasda internet. Também me beneficiei com mais de250 especialistas e professores que forneceramcríticas detalhadas deste e de meus três outroslivros nessa área. Também fui beneficiado cominformações enviadas por professores e alunosque usam este e meus outros livros sobre ciênciaambiental. Esta edição contém mais de 4 mil atua-lizações baseadas em informações e dados publi-cados em 2002, 2003, 2004 e 2005.

Esta é a revisão mais significativa desde aprimeira edição de Ciência Ambiental. As prin-cipais mudanças incluem:

• Redução do tamanho do livro em dois capí-tulos (de 20 para 18).

• Mudança na ordem dos capítulos para colo-car todo o material sobre biologia (ecologia ebiodiversidade) junto, com base no feedbackrecebido de diversos professores. Planejo con-tinuar com essa ordem de capítulos nas próxi-mas edições.

• Revisão do livro todo com a ajuda do editorde desenvolvimento Scott Spoolman e três revi-sões críticas aprofundadas.

• Resumo das principais idéias no começo decada capítulo e no começo de cada subseção.

• Cerca de 80% das figuras novas e aperfeiçoadas.

• 35 diagramas de Compromissos e 12 diagra-mas O Que Você Pode Fazer?

• Tópicos novos importantes incluem a affluenza,as implicações futuras da engenharia genética, aecologia reconciliatória, a propriedade de recur-sos hídricos, nanotecnologia, o carro futuristacom célula de combustível da General Motors,bioterrorismo e o tratamento ampliado da visãode mundo de manejo ambiental.

Auxílios para Estudo Incluídos no Texto

Cada capítulo começa com algumas perguntasgerais para revelar como ele está organizado e

o que os alunos irão aprender. Quando um novotermo é introduzido e definido, ele é impresso emnegrito. Um glossário com todos os termos prin-cipais está localizado no final do livro.

Cada capítulo contém uma série de per-guntas de Raciocínio Crítico para estimular osalunos a pensarem criticamente e a aplicar oque aprenderam em suas vidas.

Novos recursos de aprendizado para estaedição, descritos anteriormente, incluem tambémresumos das principais idéias na abertura doscapítulos e perguntas de raciocínio crítico nas le-gendas dos diagramas de compromissos.

Ajude-me a Melhorar Este Livro

Envie-me suas sugestões para melhorar estelivro. Se encontrar quaisquer erros, parcialidadeou explicações confusas, por favor, envie um e-mail para o endereço

mtg89@hotmail.com

A maioria dos erros pode ser corrigida em im-pressões subseqüentes, em vez de esperar poruma nova edição.

Agradecimentos

Desejo agradecer aos diversos alunos e profes-sores que receberam de forma tão favorável asdez edições anteriores de Environmental Science(Ciência Ambiental), as 14 edições de Living inthe Environment, as sete edições de Sustaining theEarth e as três edições de Essentials of Ecology, eque corrigiram erros e forneceram diversassugestões úteis para melhoria. Também estouem profunda dívida com os mais de 250 exami-nadores que indicaram os erros e sugerirammuitas melhorias importantes nas diversasedições desses três livros. Quaisquer erros edeficiências ainda existentes são de minhainteira responsabilidade.

Sou particularmente grato a Scott Spoolman,que atuou como editor de desenvolvimentonesta nova edição e fez importantes sugestõespara melhorar este livro. Também sou grato aMichael L. Cain, John Pichtel e Jennifer Rivers,que fizeram análises críticas profundas e for-neceram diversas sugestões úteis. Tambémagradeço a Sue Holt por sua análise do materialde economia ambiental.

Os membros da talentosa equipe de pro-dução também fizeram contribuições vitais.

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Meus agradecimentos aos editores de produçãoAndy Marinkovich e Andrea Fincke, à editoraresponsável Jill Hobbs, à artista responsável pelolayout da página da Thompson Steele, Bonnie VanSlyke, à esforçada equipe de vendas da Brooks/Cole, a Keli Amann, Joy Westberg, Carol Benedicte outros membros da talentosa equipe quedesenvolveu os materiais associados ao livro.

Agradeço também a C. Lee Rockett eKenneth J. Van Dellen por desenvolver o Labora-tory Manual para acompanhar este livro; a JaneHeinze-Fry por seu trabalho no mapeamentoconceitual e em Environmental Articles, CriticalThinking and the Environment: A Beginner’s Guide;

a Irene Kokkala por seu excelente trabalho noManual do Professor e às pessoas que traduzirameste livro para sete idiomas diferentes, para queele possa ser usado em boa parte do mundo.

Meus mais sinceros agradecimentos vão paraJack Carey, editor de biologia da Brooks/Cole,por seu incentivo, ajuda, 39 anos de amizade emagnífico sistema de revisão. É de enorme ajudatrabalhar com o melhor e mais experiente editorna área de publicação de livros universitários.

Dedico este livro à Terra e a Kathleen PaulMiller, minha esposa e co-pesquisadora.

G. Tyler Miller Jr.

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Problemas Ambientais, SuasCausas e a Sustentabilidade1

EESSTTUUDDOO DDEE CCAASSOOVivendo em uma Era Exponencial

Dois antigos reis gostavam de jogar xadrez, como vencedor exigindo um prêmio do perdedor.Após uma partida, o rei vencedor pediu ao reiperdedor que o pagasse colocando um grão detrigo na primeira casa do tabuleiro, dois grãosna segunda, quatro na terceira, e assim pordiante, sempre dobrando na casa seguinte onúmero de grãos da casa anterior, até que todasas 64 casas fossem preenchidas.

O rei perdedor, achando que estava sesafando, concordou com prazer. Foi o maior erroque cometeu. Ele levou seu reino à bancarrota,pois o número de grãos de trigo que prometeraera provavelmente maior do que todo o trigoque já fora colhido!

Essa história fictícia ilustra o conceito decrescimento exponencial, em que uma quan-tidade aumenta a uma taxa constante por unidadede tempo, tal como 2% ao ano. O crescimentoexponencial é enganoso. Ele começa devagar,mas, após duplicar apenas algumas vezes,aumenta para números gigantescos, pois cadaduplicação é maior do que o total de todo ocrescimento anterior.

Eis outro exemplo: dobre um pedaço depapel ao meio de modo que duplique sua espes-sura. Se fosse possível continuar a duplicar aespessura do papel 42 vezes, o papel forma-ria uma coluna da Terra até a Lua, com 386.400quilômetros. Se fosse possível duplicá-la 50 vezes,o papel dobrado quase chegaria ao Sol, a 149 mi-lhões de quilômetros de distância!

Entre 1950 e 2005, a população mundialaumentou de 2,5 bilhões para 6,5 bilhões. Amenos

que as taxas de mortalidade aumentem consi-deravelmente, cerca de 8 a 10 bilhões de pes-soas habitarão a Terra até o fim deste século(Figura 1.1).

Vivemos em um mundo dos que têm e dosque não têm. Apesar de o crescimento econômicoter sido multiplicado por oito entre 1950 e 2005,praticamente um em cada dois trabalhadores nomundo tenta sobreviver com uma renda menor queUS$ 2 por dia. Essa pobreza afeta a qualidade am-biental pois, para sobreviver, muitos pobresexaurem e degradam as florestas, os campos, osolo e a vida selvagem locais.

Biólogos estimam que as atividadeshumanas têm provocado a extinção prematuradas espécies terrestres à taxa exponencial de0,1% a 1,0% ao ano – uma perda irreversível dagrande variedade de formas de vida, ou bio-diversidade, da Terra. Em diversas partes domundo, florestas, campos, áreas úmidas, recifes decorais e superfície do solo de plantações conti-nuam a desaparecer ou são degradadas conformea pegada ecológica humana se espalha exponen-cialmente por todo o globo.

Há uma crescente preocupação de que ocrescimento exponencial das atividades hu-manas, como a queima de combustíveis fósseise o desmatamento de florestas, mudará o climada Terra durante este século. Isso poderiaarruinar algumas áreas agrícolas, modificar asreservas hídricas, alterar e reduzir a biodiver-sidade e influenciar a economia de diversaspartes do mundo.

Boa notícia: Para esses problemas há solu-ções que poderiam ser implementadas em algumasdécadas, como você aprenderá neste livro.

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2 Ciência Ambiental

Sozinho no espaço, sozinho nos seus sistemas de suporte àvida, alimentado por energias inconcebíveis, interme-diando-as para nós pelos ajustes mais delicados, geniosos,improváveis, imprevisíveis, mas nutritivos, estimulantes eenriquecedores no mais alto nível – esse não é um lar pre-cioso para nós? Não é digno de nosso amor?

BARBARA WARD E RENÉ DUBOS

Este capítulo apresenta uma visão geral dos pro-blemas ambientais, suas causas e as maneiraspara se viver de forma mais sustentável. Serãodiscutidas as seguintes questões:

• Quais são os seis temas principais deste livro?

• O que nos mantém vivos? O que é uma socie-dade sustentável do ponto de vista ambiental?

• Quão rápido a população humana estáaumentando?

• Qual é a diferença entre crescimento econô-mico e desenvolvimento econômico?

• Quais são os principais tipos de recursosda Terra? Como eles podem ser exauridos oudegradados?

• Quais são os principais tipos de poluição e oque podemos fazer quanto a esse problema?

• Quais são as causas básicas dos problemasambientais de hoje e como essas causasestão relacionadas?

• Quais são os efeitos nocivos da pobreza e dariqueza no meio ambiente?

• Que grandes mudanças culturais ocorreramdesde a chegada dos humanos?

• Nossa trajetória atual é sustentável? O que édesenvolvimento sustentável do ponto devista ambiental?

Figura 1.1 Curva em forma de J do crescimento exponencial anterior da população mundial, com projeções até2100. O crescimento exponencial começa devagar, mas, conforme o tempo passa, a curva se torna cada vez maisacentuada. A menos que as taxas de mortalidade aumentem, a população atual do mundo, de 6,5 bilhões depessoas, deverá atingir 8 a 10 bilhões de pessoas em algum momento deste século. (Esta figura não está emescala.) (Dados do Banco Mundial e das Nações Unidas; foto cortesia da Nasa.)

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1.1 VIVENDO DE FORMA MAISSUSTENTÁVEL

Ciência Ambiental e Ambientalismo

Ciência ambiental é o estudo de como a Terrafunciona, de como interagir com ela e de comolidar com os problemas ambientais.

Meio ambiente é tudo o que afeta um orga-nismo vivo (qualquer forma de vida única).Ecologia é uma ciência biológica que estudaas relações entre os organismos vivos e seumeio ambiente.

Este livro é uma introdução à ciênciaambiental, um estudo interdisciplinar queusa as informações das ciências físicas (comobiologia, química e geologia) e das ciênciassociais (como economia, política e ética) paraaprender como a Terra funciona, como inte-ragir com ela e como lidar com os problemasambientais. O ambientalismo é um movi-mento social dedicado a proteger os sistemasde suporte à vida na Terra para nós e paraoutras espécies.

Um Caminho para a Sustentabilidade:Os Principais Temas Deste Livro

O tema central deste livro é a sustentabili-dade. Ela é constituída pelos subtemas docapital natural, degradação do capital natural,soluções, compromissos e os indivíduos fazema diferença, e é fundamentada por ciênciaconsolidada.

A sustentabilidade é a capacidade dos diver-sos sistemas da Terra, incluindo as economiase sistemas culturais humanos, de sobrevi-verem e se adaptarem às condições am-bientais em mudança. A Figura 1.2 mostraas etapas ao longo de um caminho para asustentabilidade, com base nos subtemasdeste livro.

A primeira etapa é conservar o capitalnatural da Terra – os recursos e serviçosnaturais que mantêm a nossa e outras espé-cies vivas e que dão suporte às nossas eco-nomias (Figura 1.3).

O primeiro passo em direção à sus-tentabilidade é entender os componentes e aimportância do capital natural e da rendanatural ou biológica que ele fornece (Figura 1.2,Etapa 1). Para os economistas, capital é a riquezausada para sustentar uma empresa e gerar maisriqueza. O capital financeiro investido podegerar renda financeira. Por exemplo, suponhaque você invista US$ 100 mil e obtenha 10% deretorno sobre o valor aplicado. Em um ano vocêterá US$ 10 mil de rendimento e aumentará seucapital para US$ 110 mil.

Por analogia, os recursos renováveis quecompõem parte do capital natural da Terra(Figura 1.3, à esquerda) podem nos forneceruma renda biológica indefinidamente renovável,desde que não usemos esses recursos maisrápido do que a natureza os renova. Por exem-plo, os serviços naturais, como a reciclagemde nutrientes e o controle do clima (incluindo aprecipitação), renovam os recursos naturais,como a superfície do solo e os depósitos deágua subterrâneos (aqüíferos). A sustentabili-dade significa sobreviver com essa rendabiológica sem exaurir ou degradar o capitalnatural que a fornece.

CAPÍTULO 1 Problemas Ambientais, Suas Causas e a Sustentabilidade 3

IDÉIAS PRINCIPAIS

• Nossas vida e economia dependem da ener-

gia do Sol e dos recursos e serviços naturais da

Terra (capital natural), oferecidos pela natureza.

• Atualmente, estamos vivendo de forma não

sustentável, exaurindo e degradando o capital

natural da Terra, que nos sustenta e a nossas

economias.

• As principais causas de nossos problemas

ambientais são o crescimento da população,

o desperdício no uso de recursos, a pobreza,

a falta de valorização do capital natural da

Terra e a ignorância sobre como o planeta

funciona.

• Temos entre 50 e 100 anos para fazer uma tran-

sição para sociedades humanas mais sustentáveis,

que copiem a forma como a Terra sustentou a si

mesma por bilhões de anos.

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4 Ciência Ambiental

Figura 1.2 Um caminho para a sustentabilidade. Cinco subtemas são utilizados ao longo deste livro parailustrar como podemos fazer a transição para sociedades e economias mais sustentáveis do ponto devista ambiental. A ciência consolidada é utilizada para nos ajudar a entender e implementar a transição paraa sustentabilidade.

Figura 1.3 Capital natural: os recursos naturais (à esquerda) e os serviços naturais (à direita) fornecidos pelocapital natural da Terra apóiam e sustentam as vidas e economias do planeta. Por exemplo, os nutrientes ouelementos químicos, como carbono e nitrogênio, que plantas e animais precisam como recursos, são recicladospor meio do ar, da água, do solo e de organismos pelo processo natural da ciclagem de nutrientes. As intera-ções e a competição entre os diferentes tipos de plantas e animais (espécies) por recursos (nutrientes) evitamque uma única espécie domine o serviço natural de controle populacional. No começo da maioria dos capítulosdeste livro serão exibidos triângulos para mostrar os recursos naturais e os serviços naturais discutidos.

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A segunda etapa em direção à susten-tabilidade é reconhecer que muitas atividadeshumanas degradam o capital natural ao usarrecursos normalmente renováveis mais rápidodo que a natureza consegue renová-los (Figura1.2, Etapa 2). Por exemplo, em muitos locais,nossas atividades provocam a erosão da super-fície do solo antes de sua renovação. Retira-mos água de alguns depósitos subterrâneos(aqüíferos) mais rápido do que são renovadospela precipitação do sistema climático danatureza. Também cortamos (desmatamos) ouqueimamos diversas florestas naturais paradesenvolver uma cultura, criar gado e obtermadeira e papel.

Isso nos faz buscar soluções para esses eoutros problemas ambientais (Figura 1.2,Etapa 3). Por exemplo, parar com o desma-tamento de diversas florestas maduras poderiaser uma solução.

A busca por soluções freqüentementeenvolve conflitos e resolvê-los exige compro-missos ou ajustes (Figura 1.2, Etapa 4). Paraobter madeira, papel e grãos, como o café,podemos promover o plantio de árvores ecafezais em áreas que já foram desmatadasou degradadas.

Ao buscar soluções, os indivíduos fazema diferença. Às vezes, um indivíduo tem umaidéia para uma solução. Em outros casos, os in-divíduos trabalham juntos para fazer asmudanças políticas ou sociais necessárias pararesolver o problema (Figura 1.2, Etapa 5).Alguns indivíduos encontraram formas deeliminar a necessidade de se usar árvores paraproduzir papel ao utilizar resíduos de grãos(como o arroz) e ao plantar espécies quecrescem rapidamente para usar suas fibrasna confecção de papel. Outros indivíduosatuam politicamente persuadindo as auto-ridades eleitas a acabar com o desmatamentode florestas antigas ao estimular a plantação deárvores e grãos em áreas que já foram desma-tadas ou degradadas.

Os cinco passos para a sustentabilidade de-vem ser fundamentados pela ciência consoli-dada – conceitos e idéias amplamente aceitospor especialistas em uma área específica dasciências naturais ou sociais. Por exemplo, a

ciência consolidada nos diz que precisamos pro-teger e sustentar os diversos serviços naturaisfornecidos pelas várias florestas maduras. Elatambém nos orienta no planejamento e nomanejo de plantações de árvores e café.

Ir em direção à sustentabilidade tambémenvolve integrar informações e idéias das ciên-cias físicas (como química, biologia e geologia)com as das ciências sociais (como economia,política e ética). Para mostrar essa integração,a maioria dos subtítulos deste livro é iden-tificada com os termos ciência, economia,política e ética ou com alguma combinaçãodessas palavras.

Sociedades Sustentáveis do Ponto deVista Ambiental

Uma sociedade sustentável no que diz res-peito ao meio ambiente atende às necessi-dades básicas de recursos de seu povo semdegradar ou exaurir o capital natural quefornece esses recursos.

Uma sociedade sustentável do ponto de vistaambiental atende às necessidades atuais de suapopulação em relação a alimentos, água e arlimpos, abrigo e outros recursos básicos semcomprometer a capacidade de as gerações futu-ras atenderem às suas necessidades. Viver deforma sustentável significa sobreviver da rendanatural fornecida pelo solo, pelas plantas, peloar e pela água e não exaurir ou degradar asdotações de capital natural da Terra, quefornecem essa renda biológica.

Imagine que você ganhou US$ 1 milhãona loteria. Se você investir esse dinheiro eobter 10% de juros ao ano, terá uma rendaanual sustentável de US$ 100 mil sem exaurirseu capital. Se você gastar US$ 200 mil porano, seu US$ 1 milhão acabará acabado noinício do sétimo ano. Mesmo que você gasteapenas US$ 110 mil por ano, estará falido em18 anos.

A lição aqui já é conhecida: proteja seu ca-pital e viva da renda que ele oferece. Exaura, des-perdice ou esbanje seu capital e você sairáde um estilo de vida sustentável para uminsustentável.

CAPÍTULO 1 Problemas Ambientais, Suas Causas e a Sustentabilidade 5

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6 Ciência Ambiental

A mesma lição aplica-se ao uso do capi-tal natural da Terra. De acordo com muitoscientistas ambientais, estamos vivendo deforma insustentável ao desperdiçar, exaurir edegradar o capital natural da Terra em umavelocidade acelerada.

Algumas pessoas discordam. Elas afirmamque a gravidade dos problemas da populaçãohumana, dos recursos e do meio ambiente temsido exagerada. Elas também acreditam quepodemos superar esses problemas com ainventividade humana, o crescimento econô-mico e os avanços tecnológicos.

1.2 CRESCIMENTO POPULACIONAL,CRESCIMENTO ECONÔMICO EDESENVOLVIMENTOECONÔMICO

Crescimento da População Humana

A taxa de crescimento da população mundial di-minuiu, mas ainda assim aumenta rapidamente.

No momento, a população mundial estácrescendo a uma taxa exponencial de 1,2% aoano – inferior aos 2,2% em 1963. Pode não pare-cer uma taxa muito acelerada, mas acrescentou78 milhões de pessoas (6,5 bilhões × 0,012 = 78milhões) à população mundial em 2005, umaumento médio de 214 mil pessoas por dia ou8.900 por hora.

A essa velocidade, apenas em três diasseriam repostos os 652 mil americanos mortosem batalhas em todas as guerras de que os Esta-dos Unidos participaram e em somente um ano esete meses seriam acrescentados os 129 milhões depessoas mortas em todas as guerras travadasnos últimos 200 anos!

Quanto é 78 milhões? Suponha que vocêgaste um segundo dizendo “oi” para cada umadas 78 milhões de novas pessoas acrescen-tadas nesse ano – por 24 horas por dia, semdormir, comer ou fazer mais nada. Quantotempo levaria sua maratona de cumpri-mentos? Resposta: perto de dois anos e meio.Mas, até lá, você teria mais 195 milhões depessoas para cumprimentar. O crescimentoexponencial é espantoso!

Economia: Crescimento eDesenvolvimento Econômico

O crescimento econômico dá às pessoas maisbens e serviços e o desenvolvimento econômicousa o crescimento econômico para melhorar ospadrões de vida.

Crescimento econômico é um aumento da capa-cidade de um país em fornecer bens e serviçosàs pessoas. Conseguir esse aumento requercrescimento populacional (mais produtores e con-sumidores), maior produção e consumo porpessoa ou ambos.

O crescimento econômico normalmente émedido pela mudança percentual no ProdutoInterno Bruto (PIB) de um país: o valor demercado anual de todos os bens e serviços pro-duzidos por todas as empresas e organizações,nacionais e estrangeiras, que operam dentro deum país. As mudanças no crescimento econô-mico de um país por pessoa são medidas peloPIB per capita: o PIB dividido pela populaçãototal no meio do ano.

O desenvolvimento econômico é a me-lhoria dos padrões de vida dos seres humanosproporcionada pelo crescimento econômico. AOrganização das Nações Unidas (ONU) clas-sifica os países do mundo como desenvolvidosou em desenvolvimento econômico com baseprincipalmente em seu grau de industrializaçãoe em seu PIB per capita.

Entre os países desenvolvidos (com 1,2 bi-lhões de pessoas) estão Estados Unidos, Canadá,Japão, Austrália, Nova Zelândia e os paíseseuropeus. A maioria deles possui um alto nívelde industrialização e um elevado PIB per capita.Todos os outros países (com 5,3 bilhões de pes-soas) são classificados como países em desen-volvimento, a maioria deles na África, Ásia eAmérica Latina. Alguns são países de renda médiae moderadamente desenvolvidos, outros são paísesde baixa renda.

A Figura 1.4 compara algumas das prin-cipais características dos países desenvolvidos eem desenvolvimento. Espera-se que cerca de97% do crescimento projetado na populaçãomundial ocorram nos países em desenvolvi-mento, como mostrado na Figura 1.5.

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A Figura 1.6 resume alguns benefícios (boasnotícias) e malefícios (más notícias) causados emgrande parte pelo desenvolvimento econômico.Ela mostra os efeitos do grande e crescente vãoentre os pobres e os ricos.

1.3 RECURSOS

O Que É um Recurso?

Obtemos recursos do meio ambiente para aten-der às nossas necessidades e aos nossos desejos.

Do ponto de vista do homem, um recurso équalquer coisa obtida do meio ambiente paraatender necessidades e desejos. Como exem-plos, temos alimentos, água, abrigo, produtos

CAPÍTULO 1 Problemas Ambientais, Suas Causas e a Sustentabilidade 7

Figura 1.4 Panorama global: comparação entrepaíses desenvolvidos e em desenvolvimento, 2005.(Dados da Organização das Nações Unidas e doBanco Mundial.)

Figura 1.5 Panorama global: tamanho da populaçãono passado e projeções para o futuro, para paísesdesenvolvidos, em desenvolvimento e para o mundotodo, de 1950 a 2100. Espera-se que os países emdesenvolvimento sejam responsáveis por 97% dos2,4 bilhões de pessoas que se espera acrescentar àpopulação mundial entre 2005 e 2050. (Dados daOrganização das Nações Unidas.)

Figura 1.6 Compromissos: boas e más notíciassobre o desenvolvimento econômico. Raciocínio crítico:escolha uma boa notícia e uma má notícia que consi-dere as mais importantes. (Dados das NaçõesUnidas e da Organização Mundial da Saúde.)

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