Hidrobiologiaaula 1- Conceitos e aplicação

Juliana Calabria

Planejamento da disciplina (1 e 2º bimestres)

Aula Dia Assunto1 04/Mar Conceitos e aplicações da hidrobiologia, Água como meio ecológico2 11/Mar (Continuação) propriedades fisico-químicas da água; 3 18/Mar Compartimentos e comunidades aquáticas4 25/Mar Agentes poluidores e efeitos sobre a biota aquática5 08/Abril Eutrofização e Técnicas empregadas em hidrobiologia6 15/Abril Prova 1 7 22/Abril Discussão da prova e mananciais usados para captação de água8 29/Abril Parâmetros físicos, químicos e biológicos de qualidade da água;9 06/Maio Organismos indicadores da qualidade de água10 13/Maio Aula prática: Observação de água limpa e água da lagoa da Pampulha

11 20/Maio Aula Prática: identificação das algas em água poluída;12 27/Maio Problemas causados por organismos em águas de abastecimento13 e14 10 ,17/Jun Seminários

15 24/Jun Seminários16 01/Julho Prova 2

8aulas reposição Controle de organismos em águas de Abastecimento; Bioensaios e toxicologia aquática ;espécies aquáticas invasoras, e/ou saída de campo – observação manancial.

Sistemática de avaliação

Hidrobiologia

Tipo de Avaliação Discriminação Valor

(pontos)Individual Prova 1º bimestre -parcial 20Individual Prova 2º bimestre-parcial 15

Grupo Apresentação de Seminário 2º bim 15

Individual Prova 3º bimestre -parcial 20Individual Prova 4º bimestre-parcial 15

Grupo Apresentação de Seminário 4º bim 15

TOTAL - 100

Hidrobiologia: Ciência e Aplicação• Hidrobiologia: biologia aquática • É o estudo da vida dos seres que habitam o meio

aquático (água doce ou marinha);• estudo das relações dos seres entre si e com o

ambiente físico e químico;• Hidrobiologia sanitária: estudo dos organismos

aquáticos que fornecem informações a respeito das condições do meio (características da qualidade da água, que interessa a Saúde Pública)

• Hidrobiologia ambiental: aplicação dos conhecimentos da hidrobiologia à área ambiental (ecologia e limnologia) – Controle da poluição

Bibliografia sugerida• Branco, S.Murgel. Hidrobiologia Aplicada à Engenharia

Sanitária. 3.ed. São Paulo: CETESB/ASCETESB, 1986. 640p. • Esteves, F.A. Fundamentos de Limnologia. Rio de Janeiro:

Interciência: FINEP, 1988.• Madigan, BROCK: Biologia dos microrganismos• Sites da internet -http://ib.usp.br/limnologia- http://www.dern.ufes.br/limnol/main.html- http://aslo.org/lo/- http://www.aplysia.com.br/site/pt/teste-de-toxicidade.php?

gclid=CJ7v4Ofjn6ACFUcf7godp2hJZQ- Laboratório de Hidrobiologia do IB da UFRJ- http://www.sblimno.org.br/

Campo de aplicação da hidrobiologia Ambiental e sanitária

• Saúde Pública• Poluição dos corpos d´água (Contaminação, eutrofização, org. indicadores); como evitar a

poluição e proteger os mananciais e garantir o abastecimento

• Tratamento de Águas de abastecimento (microrganismos patogênicos , de vida livre e algas devem ser

combatidos para não prejudicar a potabilidade da água); algas: problemas com odor, sabor, ^pH, toxinas na água

• Tratamento de Águas residuárias (estabilização dos compostos orgânicos pela atividade de

microrganismos aeróbios e anaeróbios. Além das bactérias, protozoários, fungos, algas e vermes participam do processo.

Universo da Hidrobiologia• Fitoplancton (algas,

cianobactérias);• Zooplancton,• Zoobentos• Plantas aquáticas (botânica)• Parasitologia (bactérias,vírus e

vermes)• Química• Física

Classificação dos seres vivos 5 Reinos (Whittaker, 1969)

Ancestral universal

De acordo com características Morfológicas e Fisiológicas

A água como meio ecológico• Seres vivos: intercâmbio recíproco entre os

organismos e o meio que os cerca;• Organismos aquáticos: estreita dependência com o

meio; • Composição da população Aquática varia com a

composição da H2O;• Ambientes impactados (esgotos ou compostos

tóxicos): seleção dos organismos e redução da diversidade

Água• Representação química: H2O• Hidrogênio: 3 isótopos= H1 (próton), H2 (deutério), H3

(trítio)• Oxigênio: 3 isótopos= O16, O17, O18

• Proporção na atmosfera: 10 átomos O17 : 55 átomos O18: 2600 átomos O16

• Formação de compostos radioativos instáveis• 9 compostos estáveis: H2O16, H2O17 ,H2O18, HDO16 ,HDO17,

HDO18,D2O16, D2O17,D2O18

• D2O18: água pesada (densidade: 1,104; ferve a 101,4 C; congela a 3,8C); conhecida como água morta, mas organismos podem se adaptar a este meio

Distribuição da água no planeta (Von Sperling, 2006)

• Água não oceânica:• Geleiras: 1,91523• Águas subterrâneas:

0,98828• Lagos: 0,01646• Umidade do solo:

0,00366• Atmosfera: 0,00095• Rios: 0,00009• Organismos: 0,00007

água doce2,5%

oceanos97,5%Oceanos

97,07526%

Água Não oceânica2,92474%

Corpo humano: 75% de água

Água marinha: mais de 60 elementos químicos (composiçãosemelhante à do sangue)

Lagos e Represas• Os lagos são usados para a pesca, recreação, água para beber

e beleza cênica• Os grandes lagos tiveram um papel importante na história,

economia e cultura de muitos países• O estudo das propriedades físicas e biológicas dos lagos

auxilia o controle da poluição• Diferentes morfologias lacustres originam diferentes níveis de

produtividade e de retenção e circulação da água• Por exemplo, o que acontece com as toxinas e nutrientes

nos lagos depende em parte da circulação da água, que é função das características físicas do lago.

Lagos• Lagos permanentes mais frequentes em zonas com maior

precipitação ou onde a geologia permite a formação de bacias que retenham água

• Processos de formação dos lagos:• Movimentos tectônicos/atividade sísmica: são lagos mais velhos, maiores e

mais profundos (ex: lagos africanos- Tanganyka (1.400m) e lago Baikal (1.620 m));

• Atividade vulcânica: lagos de caldeira (ex: Açores)• Represas naturais/desabamento de terras: geralmente pequenos• Atividade dos glaciares: regiões montanhosas de grande enrugamento (ex;

Escandinávia e Canadá; região dos Grandes Lagos)• Dissolução de rochas: lagos de dissolução em regiões calcárias• Origem fluvial: por baixo de cascatas, lagos de meandro e lagos de delta• Barragens: represas

No Brasil, o lago natural mais profundo é o lago Don Helvécio (30 m), cuja origem fluvial está relacionada a deposição de sedimentos pelo rio Doce na região do Parque Florestal do rio Doce - MG).

Estrutura molecular da água• Gelo= estrutura cristalina ou tetraédrica• Água= estrutura compacta• Pela disposição na Tab. Periódica: água entraria em ebulição a -80˚C e congelaria a -100˚C• Quanto < o N. atômico, mais baixa é a temperatura de

ebulição• Água do mar congela-se a -1,9˚C

• Densidade máxima a 4˚C (estado líquido); (gelo densidade menor , flutua na água)= existência de vida subaquática a baixas temperaturas

• Temperatura de densidade máxima: quanto > o teor salino, < é a Tdmax (água do mar: -3,5˚C)

• Quanto > a pressão, < é a Tdmax

• Diferença de densidade é maior em temp. elevadas

Água no estado sólido

Estratificação térmica dos corpos d´água

• As diferenças de temperatura geram camadas com diferentes densidades, formando uma barreira física que impede a mistura. Se o vento não for suficiente para misturá-las, o calor não se distribui uniformemente na coluna, criando assim a condição de estabilidade térmica.

• Os estratos formados estão diferenciados física, química e biologicamente.

• lago congela na superfície, mas a água abaixo é liquida a 4˚C (mais densa). Lagos rasos (congelam até o fundo), predomina fauna que sobrevive sob a forma de resistência (cistos, ovos, etc).

Em lagos tropicais, os fenômenos de estratificação da massa d´água ocorrem de maneira diferenciada dos temperados. No Brasil, o mais comum é a estratificação e desestratificação diária ou estratificação durante a primavera, verão e outono, com desastratificação no inverno.

Ciclo anual de estratificação térmica em um lago dimítico (2 circulações/ano)

Início do Verão Final do Verão Início do Outono

Circulação de OutonoCirculação de Primavera Inverno

Lagos em regiões tropicais, lagos polimíticos (circulação várias vezes por ano), no Brasil, circulação diária

Água• Peso específico: 775 vezes maior que o ar = influência na

morfologia dos organismos;

• Viscosidade: é basicamente uma medida de quanto o fluido gruda; é a capacidade da água em oferecer resistência ao movimento dos organismos e das partículas nela presentes;

• A água é um fluido com pequena viscosidade. Coisas como shampoo ou xaropes possuem densidades maiores.

• A viscosidade da água é função da temperatura e da concentração de sais: viscosidade < com o aumento da temperatura;

• Tem influência nos Mecanismos de flutuação dos organismos

• Em lagos tropicais (água doce) um organismo planctônico afunda 2x mais rápido que a 5˚C. Portanto, estes devem desenvolver mecanismos mais eficazes de flutuação (para reduzir o tempo de afundamento) do que aqueles organismos de lagos temperados.

Água• Tensão superficial: coesão molecular na interface ar-água forma

uma película delgada;• Fatores que interferem na tensão superficial: - temperatura (> temp, < a tensão superficial), - substâncias orgânicas dissolvidas (ácidos húmicos, e substâncias

excretadas por algas e macrófitas);• Comunidade do neuston (vivem na superfície da água), se a tensão

superficial é reduzida prejudica estes organismos• Calor específico: -caloria equivale aproximadamente 4,19 Joule, é a energia necessária para elevar

1g de água de 14,5˚C a 15,5˚C; - água possuí um elevadíssimo calor específico superado apenas pelo amoníaco e H

líquido = influência na estabilidade térmica dos ambientes aquáticos

• Condutividade térmica: água possuí baixa condutividade térmica;• Transporte de calor na água = difusão turbulenta

Aspectos químicos da água• Dissolução de gases: O2, CO2, H2S, CH4, N2

• Ca(HCO3) ↔2 CaCO3 ↓ + H2O +CO2

• Influências ambientais: temperatura, pressão, salinidade• Temperatura ↑ Solubilidade ↓• Pressão ↑ Solubilidade ↑• Salinidade ↑ Solubilidade ↓• Dissolução de substâncias Sais minerais (principais cátions e ânions: Na+, K+, Ca2+,Mg2+,

SO42-, CO3 2-, HCO3

-, Cl-), nutrientes, compostos orgânicos, contaminantes (metais pesados, compostos organossintéticos, disruptores endócrinos)

- Influência do pH na dissolução de substâncias

Compostos de N e P na água• Formas de N em ambientes aquáticos: NO3

-(nitrato), NO2-(nitrito), amônia (NH3), íon amônio

(NH4+), óxido nitroso (N2O), nitrogênio molecular

(N2), NOD (peptídeos, purinas, aas, aminas), NOP (bactérias, fitoplâncton, zooplâncton e detritos)

• Águas naturais contém nitratos em solução (HNO3), mas podem conter amônia e nitritos (esgotos);

• Fator limitante aos organismos de água doce (o P também), pois são essenciais aos organismos (proteínas);

• [NH3] letal para peixes (mata 50%) = 0,5mg/L, mas 0,25mg/L afeta o crescimento. [] letais quando o pH é elevado (> 9,0) e a T também (> 26˚C);

• P na água sob a forma de fosfatos; alguns minerais fosfáticos (apatita) podem contribuir para aumentar o P de alguns mananciais;

• P em águas ricas em ferro e em presença de teor elevado de O2, precipita-se sob a forma de fosfato ferroso insolúvel, juntamente com hidr[oxido férrico. Assim, reduzindo a diponibilidade de P na massa d´água.

Scanear Fig. 4.1 pag 161)

Oxigênio dissolvido• Pressão parcial dos gases atmosféricos:

N2(78%), O2(21%), CO2 (0,03%)• Solubilidade química absoluta dos gases

na água (20˚C): -CO2: 1700mg/L

- O2: 43mg/L

- N2: 18mg/L• Valores aproximados em condições

naturais (1 atm, 20˚C) -O2: 43 mg/L . 21% ≈ 9 mg/L

-N2: 18 mg/L . 78% ≈ 14 mg/L

-CO2: 1700 mg/L . 0,03% ≈ 0,5 mg/L

Afeta a produtividade dos ecossistemas

Valores de saturação de oxigênio (nível do mar):

Relação entre Temperatura, OD e profundidade

A temperatura influi na química da água. A água fria, por exemplo, contém mais Oxigênio dissolvido do que a água quente. Por outro lado, alguns compostos são mais tóxicos para a vida aquática nas temperaturas mais elevadas

Balanço de Oxigênio dissolvido• Entrada de O2

- Atmosfera predomina em ambientes lóticos (rios), processo lento precisa haver turbulência na água para a distribuição;

- Fotossíntese: predomina em ambientes lênticos (lagos), mas em lagos termicamente estratificados depende das condições de solubilidade, hidrodinâmica, tx de P e R.

• Saída (perda) de O2

- Respiração dos organismos- Processos químicos e bioquímicos (consumo

microbiano)- Dessorção atmosférica

Zonação vertical da coluna d'água em função da radiação luminosa

Fotossíntese

Decomposição

P.C.= é a profundidade equivalente a 1% da radiação luminosa subsuperficial. Aqui a síntese de material orgânico pela fotossíntese (i.e., produção) é equivalente à decomposição da matéria orgânica.

Perfis de Oxigênio Dissolvido

- Clinogrado: perfil vertical em que o OD diminuí com a profundidade- em lagos eutróficos- condições anóxicas no hipolímnion

- Ortogrado: o OD aumenta com a profundidade (verão)- lagos oligotróficos- hipolímnion tem grandes quantidades de OD

Verão Inverno

Verão Inverno

Eutrófico

Oligotrófico

Ambientes Lacustres/Lênticos

• Fatores de correção de O2

• Correção para temperatura:• Cs: 14,652 − 4,1022. 10-1. T + 7,991.10-3.T2 − 7,7774. 10-5.T3

• Correção para altitude:• Fator de correção: 1 − H / 9450

• Correção para salinidade:• Fator de correção: 1 − 9.10-6 . C sais dissolvidos (mg Cl/L)

Oxigênio dissolvido