fluxo de energia e matéria nos ecossistemas

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FLUXO DE ENERGIA E MATÉRIA NOS ECOSSISTEMAS 1. INTRODUÇÃO Ecossistema é uma comunidade de organismos que interagem entre si e com o meio ambiente ao qual pertencem. Podemos citar como exemplo de meio ambiente: lago, floresta, savana, tundra, etc. 2. ENTENDENDO O ECOSSISTEMA Também fazem parte de um sistema todos os componentes abióticos (sem vida), como, por exemplo, minerais, íons, compostos orgânicos e clima (temperatura, precipitações e outros fatores físicos). Os componentes bióticos (seres vivos) são representados em vários níveis, eles estão classificados da seguinte forma: Produtores – ex.: autótrofos – são seres vivos capazes de produzir seu próprio alimento através de substâncias inorgânicas, como, por exemplo, as plantas que realizam a fotossíntese através da luz solar. Consumidores – ex.: heterótrofos – são seres que se alimentam de outros seres, pois, ao contrário dos autótrofos, não são capazes de produzir seu próprio alimento. Dentro desta classificação, incluem-se todos os animais, a maioria dos fungos e algumas plantas. Decompositores – ex.: saprófitos – organismos que se alimentam de outros organismos em estágio de decomposição. Dentre eles estão os fungos e as bactérias. É importante sabermos que dentro desta classificação, um organismo depende do outro, pois, após passar por seu “último ciclo”, os compostos orgânicos são utilizados dentro do ecossistema como nutriente para os produtores, iniciando-se assim, um novo ciclo. Nos ecossistemas, há transferências contínuas de matéria e energia entre os seres vivos e o meio. O Sol é a principal

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FLUXO DE ENERGIA E MATÉRIA NOS ECOSSISTEMAS

1. INTRODUÇÃO

Ecossistema é uma comunidade de organismos que interagem entre si e com o meio ambiente ao qual pertencem. Podemos citar como exemplo de meio ambiente: lago, floresta, savana, tundra, etc.

2. ENTENDENDO O ECOSSISTEMA

Também fazem parte de um sistema todos os componentes abióticos (sem vida), como, por exemplo, minerais, íons, compostos orgânicos e clima (temperatura, precipitações e outros fatores físicos).Os componentes bióticos (seres vivos) são representados em vários níveis, eles estão classificados da seguinte forma:

Produtores – ex.: autótrofos – são seres vivos capazes de produzir seu próprio alimento através de substâncias inorgânicas, como, por exemplo, as plantas que realizam a fotossíntese através da luz solar.

Consumidores – ex.: heterótrofos – são seres que se alimentam de outros seres, pois, ao contrário dos autótrofos, não são capazes de produzir seu próprio alimento. Dentro desta classificação, incluem-se todos os animais, a maioria dos fungos e algumas plantas.

Decompositores – ex.: saprófitos – organismos que se alimentam de outros organismos em estágio de decomposição. Dentre eles estão os fungos e as bactérias.É importante sabermos que dentro desta classificação, um organismo depende do outro, pois, após passar por seu “último ciclo”, os compostos orgânicos são utilizados dentro do ecossistema como nutriente para os produtores, iniciando-se assim, um novo ciclo.

Nos ecossistemas, há transferências contínuas de matéria e energia entre os seres vivos e o meio. O Sol é a principal fonte de energia dos ecossistemas. A alimentação constitui a forma de transferência de energia e de matéria entre os seres vivos de um ecossistema.A energia solar é captada pelas plantas, transformada em energia química e, através da alimentação passa aos outros organismos, não mais voltando ao sol. A matéria mineral é transformada em matéria orgânica pelas plantas (produtores) e transferida aos outros organismos (consumidores) através da alimentação. Os decompositores “transformam” a matéria orgânica de cadáveres, restos e excreções dos seres vivos em matéria mineral que assim fica novamente disponível para as plantas.Um aspecto importante para entendermos a transferência de energia dentro de um ecossistema é a compreensão da primeira lei fundamental da termodinâmica que diz: “A energia não pode ser criada nem destruída e sim transformada”. Como exemplo ilustrativo desta condição, pode-se citar a luz solar, a qual como fonte de energia, pode ser transformada em trabalho,

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calor ou alimento em função da atividade fotossintética; porém de forma alguma pode ser destruída ou criada.A matéria está constantemente ciclando dentro de um ecossistema, ou dito de outra forma, o que os seres vivos retiram do ambiente, eles devolvem. Tem sido assim desde o início da existência da vida da terra, até os dias de hoje. Trata-se de um ciclo eterno. Além da matéria, a energia também passa por todos os componentes de um ecossistema, só que, no entanto, enquanto a matéria circula, a energia flui, o que significa que a energia não retorna ao ecossistema como a matéria.

Esquema bem simplificado representando o ciclo da matéria e o fluxo de energia

Os ecossistemas possuem uma constante passagem de matéria e energia de um nível para outro até chegar aos decompositores, os quais reciclam parte da matéria total utilizada neste fluxo. A este percurso de matéria e energia que se inicia sempre por um produtor e termina em um decompositor, chamamos de cadeia alimentar.Uma cadeia alimentar é uma seqüência de organismos interligados por relações de alimentação. A posição que cada ser vivo ocupa numa cadeia alimentar corresponde ao seu nível trófico conforme esquema a seguir.

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De acordo com o esquema acima os produtores (autotróficos) ocupam o 1º nível trófico. Os consumidores (heterotróficos) ocupam os níveis tróficos seguintes. Os consumidores primários alimentam-se de produtores e ocupam o segundo nível trófico. Os consumidores secundários alimentam-se de consumidores primários e ocupam o terceiro nível trófico. Só parte da energia assimilada por um nível trófico é transferida para o nível trófico seguinte. Por isso, geralmente, as cadeias alimentares não têm mais do que cinco níveis tróficos. Como mostra o esquema a seguir uma teia alimentar é o conjunto das várias cadeias alimentares de um ecossistema interligadas entre si.

O Fluxo de energia é unidirecional - A transferência de energia faz-se apenas num sentido, passando ao longo da cadeia alimentar e libertando-se para o meio na forma de calor que se dissipa para o espaço. Cada nível trófico apenas aproveita 10% da energia do nível trófico anterior, perdendo-se 90% para o meio na forma de calor esta energia não pode ser reutilizada.

Repare-se que apenas 10% da energia do nivel trófico anterior passa para o seguinte dissipando-se essencialmente na forma de calor os outros 90%. Cada seta entre níveis tróficos representa a transferência de

energia e matéria, por isso o seu sentido.

Fluxo de matéria é cíclica - A transferência de matéria dá-se ao longo da cadeia alimentar mas em qualquer momento (desde que o ser morra ou perca parte de si) pode reentrar no inicio da cadeia alimentar com a ajuda dos decompositores.

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As pirâmides ecológicas representam a transferência de energia e matéria ao longo de uma cadeia alimentar. É uma forma de representar graficamente a estrutura trófica de um ecossistema e podem ser:

Pirâmides de números- representam o número de organismo em cada nível trófico é a única que pode ter a forma invertida sem isto implicar que o ecossistema esteja em desequilíbrio.

Pirâmides de energia- representam a quantidade de energia em cada nível trófico, o nível superior é obrigatoriamente 10% do nível anterior.

Pirâmides de biomassa- representam a quantidade de matéria orgânica existente em cada nível trófico.

Os ciclos de matéria e o fluxo de energia tendem a manter os ecossistemas em equilíbrio dinâmico. O equilíbrio dinâmico da população é caracterizado por flutuações cíclicas ao longo do tempo. E ao longo do tempo, os ecossistemas vão mudando quer devido a alterações nos fatores abióticos quer por modificação das suas comunidades.

3. AS VIAS DOS ELEMENTOS NO ECOSSISTEMA

O planeta Terra apresenta ao longo de sua superfície uma imensa variedade de paisagens naturais, das quais podemos citar: florestas tropicais, savanas, estepes e pradarias, vegetação desértica, florestas temperadas, tundra, entre outras.

Tais lugares são chamados de ecossistema. Lembrando que um ecossistema pode ser abrangente, como por exemplo, a floresta Amazônica, ou um ambiente mais restrito, como um aquário (composto por plantas e peixes). A composição de um ecossistema depende diretamente da característica climática, do tipo de relevo e da intensidade com que os raios solares incidem sobre o lugar. A seguir uma figura que representa a relação dentro de um ecossistema:

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O esquema mostra a relação dos elementos físicos, como a intensidade de luz solar e a chuva. Além de retratar a ação de microrganismos e da cadeia alimentar.

Os ecossistemas podem ser modelados como uma série de compartimentos interligados. Os nutrientes estão entre os organismos e meios físicos. A maioria destes organismos é originária da crosta ou na atmosfera terrestre, dentro do ecossistema eles são utilizados várias vezes pelas plantas e pelos animais antes que dispersem nos sedimentos, águas correntes, lençóis d’água ou atmosfera. Apesar de toda energia ser assimilada pelas plantas verdes ser nova ou primária, a maioria dos nutrientes assimilados por meio das plantas já foram utilizado antes.

Cada elemento tem sua trajetória determinada por suas transformações bioquímicas e particulares no ciclo através do ecossistema. Sistemas vivos transformam elementos em seus compostos que vão construir as estruturas e transportar energia requerida, esses elementos que transformam uma forma em outra equilibram processos, restauram os processos iniciais.

Às vezes os ciclos se desequilibram, os elementos se acumulam e são removidos do sistema, exemplo: nos períodos de formação de carvão turfa a matéria orgânica morta acumula-se em segmentos de lagos oceanos e mares ou sobre cultivo intenso após uma remoção de vegetação, a erosão pode lavar as camadas carregadas de nutrientes do solo, mas não traz grande prejuízo ao solo porque ocorre uma porcentagem comparada com a importação de nutrientes.

4. TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA

Processos assimilativos: são as transformações capazes de produzir formas orgânicas de um elemento particular. Como exemplo, temos a transformação assimilativa que é o caso do carbono inorgânico (Dióxido de carbono) ser transformado em carbono orgânico (carboidratos). No ciclo do carbono a fotossíntese é equilibrada pela respiração que envolve a oxidação do carbono orgânico com a liberação de energia, fazendo com que o carbono retorne a sua forma inorgânica disponível.

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A maioria das transformações de energia está ligada com a oxidação química e a redução de carbono, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre. Em cada caso uma transformação liberadora de energia (oxidação) convive com uma transformação consumidora de energia. Quando ocorre oxidação a energia passa dos reagentes para os produtos e na redução a energia passa para os reagentes. Normalmente a oxidação libera mais energia que a redução consome, e o saldo escapa com calor.

5. O FLUXO DE MATÉRIA ATRAVÉS DOS ECOSSISTEMAS

5.1 MODELOS DE COMPARTIMENTO DO ECOSSISTEMA

Cada forma de um elemento pode ser pensada como ocupando um compartimento. No compartimento Inorgânico Disponível (C.I.D.), os compostos da atmosfera são absorvidos pelo solo e deste pela água ou vice-versa e são transformados em sedimentos que podem servir pra formação de rocha sedimentar, fazendo então parte do Compartimento Inorgânico Disponível Indiretamente (C.I.D.I.), e deste compartimento pode retornar a primeira caixa por meio de intemperismo e erosão, podendo ser transportado para o Compartimento Orgânico (C.O.D.) e ser assimilado pelos produtores, animais, detritos e microorganismos, deste compartimento ele pode voltar ao anterior ou seguir para o Compartimento Orgânico Disponível Indiretamente (C.O.D.I.).

6. SERVIÇOS PRESTADOS PELOS ECOSSISTEMAS E OS EFEITOS DA AÇÃO ANTRÓPICA

Alheios a nossa percepção, são executados continuamente na natureza, processos admiravelmente complexos e precisos de regulação e auto-ajustamentos, responsáveis pela vida como a concebemos agora em nosso planeta. Dentre tantos, destacamos:

l. Os ecossistemas controlam a qualidade da atmosfera. O oxigênio disponível para a respiração dos animais é produzido, em sua maior parte, por algas (e não pelas árvores, como normalmente se anuncia).

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Por outro lado, algas azuis-esverdeadas (cianofíceas) e outras bactérias, controlam a concentração do nitrogênio atmosférico (78% do ar atmosférico), convertendo-o (fixando-o) da forma atmosférica simples para moléculas mais complexas que podem ser utilizadas pelas plantas. A partir das plantas, o nitrogênio percorre as cadeias alimentares até chegar aos animais. Aqui, vários decompositores desmontam os compostos de nitrogênio outra vez, e alguns o devolvem à atmosfera.

Perturbando-se este complexo ciclo, altera-se a natureza da atmosfera (a concentração dos óxidos de nitrogênio poderia aumentar, por exemplo, e atacar a camada de ozônio). Todas as plantas e animais da terra precisam de nitrogênio para a formação de proteínas. Alterar substancialmente o seu ciclo poderia significar a interrupção da vida na terra.

2. Os ecossistemas ajudam a controlar e melhorar o clima, o que é feito influenciando o fluxo de energia do sol. Este fluxo pode ser modificado pela alteração da refletividade da atmosfera e da superfície do planeta, o que significaria a alteração da quantidade de energia solar absorvida. Também o pode, pela modificação do grau em que a atmosfera pode armazenar a energia solar que a terra absorveu (efeito estufa);

Outra maneira através da qual os ecossistemas da terra controlam o clima é influenciando no volume de gás carbônico presente na atmosfera. Este trabalho é feito pela fotossíntese, respiração e absorção oceânica, que estão intimamente ligados ao ciclo do carbono e com isso à determinação da concentração atmosférica do gás carbônico.

Com a alteração dos ecossistemas, causadas por desflorestamento, queima de combustíveis fósseis etc, esse conteúdo será modificado. Um aumento significativo no gás carbônico atmosférico poderá trazer conseqüências dramáticas, uma vez que causaria um aumento nas temperaturas globais, ao intensificar o efeito estufa;

3. Outro serviço prestado pelos ecossistemas é o abastecimento e a regulagem da água doce, proporcionados através do controle da precipitação, evaporação e fluxos terrestres de água. Os ecossistemas florestais são de particular importância na prestação destes serviços de controle do ciclo hidrológico, armazenando e controlando a água, evitando as cheias (e as secas), a erosão do solo e sua areificação;

4. Os ecossistemas aquáticos purificam a água, decompondo os dejetos, livrando-a de agentes patogênicos e tóxicos. Este serviço é comprometido ou suspenso quando a quantidade de dejetos supera a capacidade de autodepuração do sistema, ou quando substâncias tóxicas sintéticas são introduzidas. Os decompositores, por possuírem pouca ou nenhuma experiência evolucionária com tais compostos, normalmente não dispõem de mecanismos para digerí-los.

A geração e manutenção dos solos, eliminação de dejetos e reciclagem de nutrientes são funções importantes, com estreita inter-relação dos ecossistemas. Envolvem uma série de atividades como fragmentação das rochas pelos liquens e plantas, ancoragem do solo pelas

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plantas, ação de decompositores e outros organismos envolvidos na ciclagem de nutrientes, inclusive o carbono, nitrogênio, fósforo e enxofre (Ciclos biogeoquímicos).

Estes serviços vitais não podem ser substituídos na escala exigida pela tecnologia e modelos de desenvolvimento humano, sem que um alto preço seja pago, traduzido em catástrofes naturais como a exarcebação das alterações climáticas manifestadas por temperaturas desconfortáveis, secas, enchentes, desertificações etc.

5. Os ecossistemas também controlam a enorme maioria de pragas agrícolas e de portadores de doenças humanas em potencial, e proporcionam alimentos e uma variedade de medicamentos e substâncias úteis a diversos setores industriais. Eles compreendem um enorme acervo genético de espécies e variedades das quais já recolhemos a própria base da civilização.

Assim como vimos, uma derrubada de floresta, uma impermeabilização de solo etc, ocasiona a perda daqueles serviços ecossistêmicos, com a vinda de algum tipo de prejuízo. Nota-se também que grande parte do que se planeja e se faz nas cidades vai de encontro aos princípios de manutenção dos serviços dos ecossistemas, ignorando a sua existência.

Credita-se isto à visão fragmentária das academias, sustentadas por paradigmas de pensamento e ação que consideram os recursos naturais como provisões infinitas e exclusivamente à disposição do ser humano.

Para compreendermos melhor a maneira em que os serviços ecossistêmicos operam, ou como seus princípios de desenvolvimento se relacionam com a paisagem como um todo considere a figura a seguir.

Modelos de compartimentos para o planejamento da utilização do ambiente. (A, repartição segundo a teoria dos ecossistemas; B, segundo a visão dos paisagistas) (Adaptado de ODUM, l985)

O diagrama A ilustra três tipos de ambientes que constituem os sistemas de manutenção da vida para o quarto compartimento (ecossistemas urbanos). O ambiente produtivo compõe se de ecossistemas em início de sucessão (imaturos, em crescimento), tais como terras agrícolas,

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pastagens e florestas manejadas que fornecem alimentos (ecossistemas maduros tais como florestas mais antigas, oceanos etc) aos mais protetores do que produtivos. Eles estabilizam os substratos, tamponam os ciclos de água e ar e moderam os extremos de temperatura e de outros fatores físicos, enquanto fornecem produtos ao homem.

O ambiente de assimilação é constituído de ecossistemas naturais ou semi-naturais, que têm de agüentar o impacto da assimilação dos resíduos produzidos pelos ecossistemas urbanos e agrícolas. São sistemas aquáticos em estádios sucessionais intermediários, eutroficados ou sustados, e interagem continuamente em termos de entrada e saída.

A repartição da paisagem em três componentes ambientais (B) proporciona outra maneira de se considerarem às necessidades e inter-relações entre essas partes substanciais do ambiente.Embora o ambiente urbanizado ou fabricado parasite o ambiente natural, ele cria e exporta outros recursos, principalmente não-bióticos (dinheiro, fertilizantes, energia processada, e bens) que tanto beneficiam quanto estressam o ambiente de manutenção da vida.

Devemos perseguir objetivos que signifiquem uma redução do estresse causada pelas saídas dos pontos críticos altamente energéticos e densamente povoada, principalmente porque nenhuma tecnologia viável conhecida pode substituir, em escala global, os bens e serviços bióticos básicos de manutenção da vida, prestados pelos ecossistemas naturais.

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7. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

ODUM, E. P. 1988. Ecologia. Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 434p.

ODUM, E.P. Ecologia Interamericana, R.J., l985, 434 p.

RICKLEFS, R.. 2003. A economia da natureza. Guanabara Koogan, Rio de janeiro, 5ª edição, 503p. PINTO-COELHO, R. M. 2000. Fundamentos em Ecologia. Editora Artmed, 252p.

TOWNSEND, COLIN R.; BEGON, M. & HARPER, J. L. 2006. Fundamentos de ecologia. Editora Artmed, 592p.

Fluxo de energia e matéria. Disponível em http://cienciasoitavo.wetpaint.com/page/02+fluxo+de+energia+e+mat%C3%A9ria Acesso: 10/10/2010.

Ecossistema: O que é ecossistema, importância, componentes bióticos e meio ambiente; Disponível em: http://www.todabiologia.com/ecologia/ecossistema.htm Acesso em 20/09/10.

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 Enciclopédia de ecologia /  J. P. CHARBO; Célia Silva Guimarães; BARROS, Célia Silva Gu; . -- São Paulo : EPU, 1979  1.Ecologia – enciclopédias.