Universidade Estadual do Maranhão

Engenharia de Produção

Ciências do Ambiente

Conceitos Básicos

Ecologia

Me. Elon Vieira Lima

São Luis – Agosto de 2014

2

Leis de Conservação Introdução • A vida, como conhecemos, requer basicamente

matéria e energia.

• Matéria é algo que ocupa lugar no espaço.

• Energia é a capacidade de realizar trabalho.

– Quanto maior for essa capacidade, melhor será a qualidade da energia.

• Em qualquer sistema natural, matéria e energia são conservadas, ou seja, nem se criam nem se destróem.

• Entretanto, a qualidade de energia se degrada de maneiras mais nobres (maior qualidade) para menos nobres (menor qualidade)

3

Leis de Conservação Lei da conservação de massa • Lei de Lavoisier.

• Não existe processo 100% eficiente. Em qualquer sistema, físico ou químico, nunca se cria nem se elimina matéria; apenas é possível transformá-la de uma forma em outra.

• Tudo se realiza com a matéria que é proveniente do próprio planeta.

• Há geração de resíduos em todas as atividades dos seres vivos, mas que podem ser reincorporados ao meio ciclos biogeoquímicos.

• Desequilíbrio: geração de resíduos maior do que a capacidade de reciclagem do meio.

4

Leis de Conservação 1ª lei da termodinâmica • Análogo à lei de conservação de massa.

– A energia pode se transformar de uma forma em outra, mas não pode ser criada nem destruída.

• Energia cinética

• Energia potencial

• A energia necessária para a sobrevivência dos seres vivos chega através de diversas transformações.

– A energia luminosa é absorvida pelos vegetais fotossintetizantes e transformada em energia potencial (moléculas complexas).

– Na respiração, essas moléculas são quebradas, liberando energia a ser utilizada nas funções vitais.

5

Leis de Conservação 2ª lei da termodinâmica • Todo processo de transformação de energia se dá a

partir de uma maneira mais nobre para uma menos nobre.

• Quanto mais trabalho conseguir realizar com uma mesma quantidade de energia, mais nobre será este tipo de energia.

• Embora a quantidade de energia seja preservada, a qualidade é sempre degradada.

• Não há reciclagem completa de energia.

• Conseqüências

– Todo corpo com forma ordenada necessita de energia de alta qualidade para manter sua entropia baixa.

– Ambiental: tendência da globalização da poluição.

6

Ecologia Conceito

• Etimologia da palavra

– O termo eco deriva do grego oikos e significa casa.

– O termo logia deriva do grego logos e denomina estudo.

– Pode ser definido como o “estudo da casa”.

• É a ciência que estuda as interações entre os organismos e seu ambiente, ou seja, é o estudo científico da distribuição e abundância dos seres vivos e das interações que determinam a sua distribuição.

• As interações podem ser entre seres vivos e/ou com o meio ambiente.

7

Ecossistema Definições e estrutura • Espécies É o conjunto de indivíduos semelhantes

(estruturalmente, funcionalmente e bioquimicamente) que se reproduzem naturalmente, originando descendentes férteis.

• Populações É o conjunto de indivíduos de mesma

espécie que vive numa mesma área e num determinado período.

Espécie

População

8

Ecossistema Definições e estrutura • Comunidade ou biocenose É o conjunto de

populações de diversas espécies que habita uma

mesma região num determinado período.

• Biótipo Fatores abióticos encontrados no meio

físico (ambiente) que fornece condições necessárias à sobrevivência dos seres vivos luz, temperatura,

umidade, salinidade, etc.

Comunidade

9

Ecossistema Definições e estrutura • Ecossistema união dos

conjuntos biótipo e biocenose.

– É a unidade básica no estudo da ecologia.

– Em um ecossistema, o conjunto de seres vivos interage entre si e com o meio natural de maneira equilibrada, pela reciclagem de matéria e pelo uso eficiente de energia solar.

10

Ecossistema Definições e estrutura • Ecossistema

– Compõe-se de elementos abióticos, ou seja, matéria inorgânica ou sem vida (como água, ar e solo) e elementos bióticos, os seres vivos.

– Homeostase Todo ecossistema procura um estado de

equilíbrio dinâmico por meio de mecanismos de autocontrole e auto-regulação, os quais entram em ação assim que ocorre uma mudança.

– No caso de modificações artificiais impostas pelo homem, por serem relativamente violentas e continuadas, o mecanismo não consegue absorver essas mudanças e ocorre o impacto ecológico do meio.

• Biomassa Quantidade total de matéria viva em um

ecossistema.

11

Ecossistema Definições e estrutura • Habitat: É o lugar específico onde uma espécie pode

ser encontrada "ENDEREÇO" dentro do

ecossistema.

– Ele determina as condições de sobrevivência e reprodução do grupo.

– O habitat não é exclusivo de uma única espécie

encontrar diversas espécies ocupando o mesmo habitat comunidades.

– Exemplos: Uma planta pode ser o habitat de um inseto, o leão pode ser encontrado nas savanas africanas, etc.

12

Ecossistema Definições e estrutura • Nicho ecológico É o papel que o organismo

desempenha no ecossistema "PROFISSÃO" do

organismo no ecossistema.

• O nicho informa às custas de que se alimenta, a quem serve de alimento, como se reproduz, etc.

• O nicho descreve como uma espécie usa os recursos do ambiente (como utiliza a energia circulante, o que come, onde, como e que momento do dia o faz), como ela é afetada por fatores físicos (a que horas do dia ou da noite, ou em que estação do ano tem maior atividade ou se reproduz) e por outras espécies e como sua existência afeta outros organismos que vivem no mesmo habitat (se são predadores ou presas).

13

Ecossistema Definições e estrutura • Exemplo de nicho:

– Nas savanas africanas, capim, zebras, leões e abutres ocupam o mesmo habitat, mas têm nichos ecológicos distintos. O capim produz a matéria orgânica que serve de alimento às zebras, que são comidas por leões. Os restos são aproveitados por abutres.

NICHO ECOLÓGICO= RATO

COME, REPRODUZ, CAÇA

CAÇADO NO LOCAL.

14

Ecossistema Definições e estrutura

15

Ecossistema Definições e estrutura

16

Ecossistema Reciclagem de matéria e fluxo de energia • A energia que os seres vivos necessitam para viver

provém da alimentação.

• Autótrofos seres capazes de sintetizar seu próprio alimento, ou seja, auto-suficientes produzem matéria orgânica através de inorgânica.

– Quimiossintetizantes oxidação sulfo, ferro e nitrobactérias.

– Fotossintetizantes utilizam o sol como energia vegetais clorofilados e algas.

• Heterótrofos seres incapazes de sintetizar seu alimento e que, para obtenção de energia, utilizam-se do alimento sintetizado pelos autótrofos.

– Herbívoros, carnívoros, onívoros, sapróvoros.

– Decompositores Degradam matéria orgânica em matéria inorgânica fungos e bactérias

17

Ecossistema Reciclagem de matéria e fluxo de energia • Toda energia utilizada na Terra tem como fonte as

radiações recebidas do sol.

• Emite energia em forma de ondas eletromagnéticas.

• Essa radiação tem um espectro de comprimento de onda que abrange desde valores pequenos (raios X e gama) até valores elevados (ondas de rádio).

• Aproximadamente 99% da energia total encontra-se na região do visível.

18

Ecossistema Reciclagem de matéria e fluxo de energia

19

Ecossistema Reciclagem de matéria e fluxo de energia • Toda a vida na Terra depende da energia proveniente do

Sol

• A distribuição das diversas formas de vida é consequência da variação da incidência e da intensidade da energia solar.

• Essa variação de incidência é o principal fator que gera as diferenças climáticas entre as diversas regiões do mundo.

– Divisões das estações do ano;

– Existência de regiões quentes e frias áreas de baixa e alta pressões deslocamento da umidade (chuva).

• A energia solar absorvida pelas plantas é transformada em biomassa e será utilizada no metabolismo dos seres vivos.

20

Ecossistema Cadeias alimentares • É o caminho seguido pela energia no ecossistema.

• É formada por:

– Produtores plantas, fitoplâncton e bactérias;

– Consumidores herbívoros, carnívoros, etc.;

– Decompositores fungos e bactérias

• É uma seqüência linear de seres que se nutrem uns dos outros.

• Seta indica sentido da nutrição.

21

Ecossistema Cadeias alimentares • A posição de cada um na cadeia alimentar é

denominada de NÍVEL TRÓFICO (produtor= 1º NT).

• Fluxo de energia é unidirecional e a matéria é cíclica.

22

Ecossistema Cadeias alimentares • Podem ser divididas em dois tipos:

– cadeias que começam pelos vegetais vivos e passam pelos herbívoros e carnívoros;

23

Ecossistema Cadeias alimentares • Podem ser divididas em dois tipos:

– cadeias que se iniciam pelos detritos vegetais e animais e passam pelos decompositores (detritívoros).

24

Ecossistema Cadeias alimentares • Cadeias alimentares não podem ser vistas como

sequências isoladas, mas sim fortemente interligadas, formando redes ou teias alimentares.

• Rede alimentar Conjunto de cadeias alimentares

que um determinado animal participa.

25

Ecossistema Cadeias alimentares • Teia alimentar Conjunto de redes alimentares.

26

Ecossistema Cadeias alimentares • Estudo de caso:

– Problema:

Muitas espécies são introduzidas em um ambiente sem que haja uma avaliação dos riscos associados a essa prática. Isso tem acontecido em uma escala com peixes pelo mundo. A truta arco-íris já foi introduzida em 82 países, uma espécie de tilápia, em 66 países e a carga comum, em 59 países (Ciência Hoje, 1996).

– Questão:

Quais são as possíveis consequências da introdução dos peixes exóticos em rios e lagoas?

27

Ecossistema Cadeias alimentares

• Segundo a 2ª lei da termodinâmica, à medida que se avança na cadeia alimentar, há uma redução na qualidade de energia disponível aos próximos organismos da cadeia.

• À medida que a energia caminha, vai se tornando menos utilizável.

• Para ser energética: no máximo 3 ou 4 Níveis tróficos.

28

Ecossistema Cadeias alimentares

29

Conceitos Básicos Bioma • Conjunto de ecossistemas terrestres, com fauna, flora

e clima próprios.

– Ex: uma floresta pluvial, uma savana ou um deserto.

– É uma área com dimensões de até mais de 1.000.000 km2.

– Características:

•Uniformidade de um macroclima definido,

•Uma determinada fitofisionomia ou formação vegetal,

•Uma fauna e outros organismos vivos associados,

•Condições ambientais parecidas: como a altitude, o solo, alagamentos, o fogo, a salinidade, entre outros.

30

Conceitos Básicos Bioma • Grandes ecossistemas distribuídos na superfície

terrestre:

•ecossistemas terrestres;

•ecossistemas aquáticos (plânctons, bentos, néctons);

•ecossistemas de água doce (lênticos, lóticos);

•rios, lagos, oceanos, estuários;

•trundas;

•floresta de coníferas, temperadas de folhas caducas, tropicais;

•campos; e

•desertos.

31

Conceitos Básicos Bioma

32

Conceitos Básicos Bioma

33

Conceitos Básicos Bioma

34

Conceitos Básicos Biodiversidade • É a variedade total de vida na Terra.

– Inclui todos os genes, espécies, e ecossistemas, e os processos ecológicos.

35

Conceitos Básicos Biodiversidade

36

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • É uma camada fina, gasosa, presa à Terra pela força

da gravidade.

37

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Composição:

– 99,9% da atmosfera é constituída por apenas três gases;

– Os demais gases são: Dióxido de Carbono (CO2) (0,003%) e H2, Cr, Xe, O3, Me, Vapor d’água (0 –4%);

– Material particulado: Orgânico (polens e microorganismos); Inorgânico (partículas de areia e fuligem)

38

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções:

• Proteger os organismos da exposição a níveis arriscados de radiação ultravioleta •Camada de ozônio

39

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções:

• Camada de ozônio

40

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções:

• Contém os gases necessários para os processos vitais de respiração celular e fotossíntese;

• Fornece a água necessária para a vida.

41

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções:

• Mantém a temperatura média da Terra em 15 ºC. •Efeito Estufa

42

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções:

•Efeito Estufa

43

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Atmosfera • Funções:

•Efeito Estufa

44

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Litosfera • É a camada sólida

externa da Terra.

• A parte interna do globo terrestre é composta por diversas camadas, com diferentes materiais.

• É formada por uma grande variedade de rochas e a sua superfície está geralmente coberta por uma camada de solo e depósitos de sedimentos.

45

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Litosfera • Solo: É o principal suporte para a vida e o bem-estar,

constituindo-se em um recurso natural vital e limitado, embora facilmente destrutível.

• O solo é um corpo vivo, de grande complexidade e dinâmico.

• Tem como componentes principais à fase sólida (matéria mineral e matéria orgânica), e a água e o ar (componente "não sólida“).

• Funções: Substrato essencial para a vida Elemento de fixação e nutrição vegetal Produção de alimentos Obras de engenharia Maior reservatório natural de água doce Elemento de armazenamento de combustíveis fósseis

46

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Hidrosfera • São os oceanos, mares, lagos e rios que cobrem,

aproximadamente, 3/4 de sua superfície.

47

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Hidrosfera • São os oceanos, mares, lagos e rios que cobrem,

aproximadamente, 3/4 de sua superfície.

48

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Hidrosfera • A distribuição dos recursos hídricos pelo planeta

também não é homogênea. Em muitos pontos do planeta já há escassez.

49

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Hidrosfera • É o principal componente dos organismos vivos.

• Os seres vivos apresentam características específicas conforme a umidade e a ocorrência de água em seu habitat.

Propriedade Efeitos e significância

Maior calor de

evaporação que

qualquer outro material

Determina a transferência de

calor e de moléculas de água

entre a atmosfera e os corpos

d’água

Maior calor latente de

fusão que qualquer

outro líquido, exceto

amônia

A temperatura estabiliza no

ponto de fusão da água

Maior capacidade calorífica que qualquer

outro líquido, exceto

amônia

Estabilização das temperaturas dos organismos e regiões

geográficas

50

Conceitos Básicos Fatores abióticos: Hidrosfera

Propriedade Efeitos e significância

Excelente solvente Transporte de nutrientes e

poluentes, tornando os

processos biológicos possíveis

em um meio aquoso.

Maior constante

dielétrica que qualquer

outro líquido comum

Alta solubilidade de substâncias

inorgânicas e sua ionização em

solução

Maior tensão superficial

que qualquer outro líquido comum

Fator controlador na fisiologia;

governa os fenômenos de gota e superfície

Transparente à luz

visível e de frações de

longos comprimentos de

onda de luz ultravioleta

Incolor, permitindo que a luz

necessária para a fotossíntese

alcance consideráveis

profundidades nos corpos

hídricos

Densidade máxima como

um líquido em 4º C

O gelo flutua; circulação vertical

restrita em corpos hídricos

estratificados

51

Conceitos Básicos Biosfera • É o espaço onde toda vida seja ela animal ou vegetal é

encontrada

– É o conjunto de todos os ecossistemas do nosso planeta.

– Inclui a superfície da Terra, os rios, os lagos, mares e oceanos e parte da atmosfera.

52

Ciclos Biogeoquímicos Introdução

53

Ciclos Biogeoquímicos Introdução • A reciclagem da matéria é de suma importância, uma

vez que os recursos na Terra são finitos e a vida depende do equilíbrio natural desse ciclo.

• Nutriente elemento essencial disponível aos

produtores, em forma iônica ou molecular.

– Macronutrientes maior que 0,2% p.o.s.

•Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Nitrogênio (N), o fósforo (P), Enxofre (S), Cloro (Cl), Potássio (K), Sódio (Na), Cálcio (Ca), Magnésio (Mg) e Ferro (Fe).

– Micronutrientes menor que 0,2% p.o.s.

•Alumínio (Al), Boro (B), Cromo (Cr), Zinco (Zn), Molibdênio (Mo), Vanádio (V) e Cobalto (Co).

54

Ciclos Biogeoquímicos Introdução • Os elementos químicos essenciais à vida (em torno de

40) participam dessa trajetória desde o meio inanimado, passando pelos organismos vivos e retornando ao meio original ciclos

biogeoquímicos.

– Bio organismos vivos interagem

– Geo meio terrestre é a fonte dos elementos

– Químicos ciclos de elementos químicos.

• Tipos de ciclos

– Hidrológico água

– Sedimentares enxofre e fósforo litosfera

– Gasosos carbono e nitrogênio atmosfera

55

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo da água

56

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo da água

57

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo da água

58

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo da água • Processos:

– Detenção parte da precipitação fica retina na

vegetação, depressões do terreno e construção

– Escoamento superficial água doce que escoa

sobre o solo, fluindo para locais de altitudes inferiores, até atingir um corpo d’água.

– Infiltração

– Escoamento subterrâneo constituído por parte da

água infiltrada na camada superior do solo.

– Evapotranspiração

– Evaporação

– Precipitação água que cai sobre o solo ou sobre

um corpo d’água

59

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo do carbono • O carbono é o principal constituinte da matéria

orgânica, participando em 49% do peso orgânico seco.

• As plantas utilizam o CO2 e o vapor de água da atmosfera para, na presença de luz solar, sintetizar compostos orgânicos Fotossíntese

• A energia armazenada nas moléculas orgânicas é liberada no processo inverso ao da fotossíntese.

• Há uma quebra das moléculas para a liberação de energia para as atividades vitais Respiração

60

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo do carbono • Há uma interação entre os reservatórios aquático e

atmosférico.

• Decomposição da matéria orgânica, formando metano (CH4).

• Reservatórios de carbono: petróleo e gás natura; carvão vegetal.

61

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo do carbono

62

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo do carbono