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Impactos em Ambiente Aquático Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Ms. Victor Carrozza Barcellini Revisão Textual: Prof. Ms. Claudio Brites Introdução aos Ecossistemas e Ambientes Aquáticos • Ecossistemas • Ecologia de Ambientes (Ecossistemas Aquáticos) • Principais Ambientes Aquáticos da Terra · Compreender a complexidade dos ecossistemas e dos ambientes aquáticos. O aluno deve ser capaz de reconhecer as principais relações dentro de um ecossistema, os seres vivos que habitam esses diferentes ambientes, suas principais características e relações a fim de fornecer uma base (biológica e química) para a identificação dos principais impactos que podem influenciar esses ecossistemas. OBJETIVO DE APRENDIZADO Introdução aos Ecossistemas e Ambientes Aquáticos Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja uma maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como o seu “momento do estudo”. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo. No material de cada Unidade, há leituras indicadas. Entre elas: artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados. Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discussão, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Introdução aos Ecossistemas e Ambientes Aquáticos Contextualização A vida na Terra começou a cerca de 1 bilhão de anos depois da formação do planeta (por volta de 3,5 bilhões de anos atrás) e, desde aquele tempo, tem afetado profundamente o planeta. Desde que a vida surgiu, inúmeras espécies de organismos têm evoluído e florescido, enquanto outras espécies têm sido extintas, deixando apenas os seus fósseis para o registro de sua existência na história (BOTKIN; KELLER, 2011). Dessa forma, o planeta Terra tem sido profundamente alterado pelos seres que o habitam. O ar, os oceanos, os solos e as rochas da Terra estão muito diferentes do que seriam em um planeta sem vida. De muitas maneiras, a vida ajuda a controlar a constituição do ar, dos oceanos e dos solos. Figura 1 – A Terra vista do espaço Fonte: Wikimedia Commons A vida interage com seu meio ambiente em diversos níveis. Uma simples bactéria existente no solo e interage com o ar, com a água e com as partículas do solo ao seu redor, dentro de um volume de fração de centímetro cúbico. Uma floresta ocupando centenas de quilômetros quadrados interage com grandes volumes de ar, água e de solo. Todos os oceanos, toda a baixa atmosfera e toda a camada superficial da parte sólida da Terra são afetados pela vida. O termo biota é utilizado para se referir a todas as coisas vivas (animais e plantas, incluindo os microorganismos) existentes em uma determinada área – desde um aquário até um continente, até a Terra como um todo. A região da Terra onde ocorre a vida é denominada biosfera. Ela se estende desde as profundezas oceânicas até o topo das montanhas. O termo biosfera é também utilizado com o significado de sistema que engloba e sustenta todo o tipo de vida, não somente onde a vida existe (o habitat global para a vida), mas a combinação de todas as características que levam à permanência da vida (Botkin; Keller, 2011). 8 9 De acordo com Botkin; Keller (2011), todas as coisas vivas exigem energia e matéria. Na biosfera, a energia é recebida do Sol e do interior da Terra e é utilizada e liberada na ciclagem da matéria. É sabido que não há nenhum tipo de organismo simples que, ao mesmo tempo, produza toda a sua alimentação e que recicle com- pletamente todos os seus produtos metabólicos. Assim, para a manutenção da vida, devem existir diversas espécies dentro de um ambiente para transportar matéria e energia. Tal ambiente é o ecossistema – próximo tema fundamental de discussão. Importante! É um princípio fundamental de que a vida sustentada na Terra é uma característica dos ecossistemas como um todo, não de populações ou de organismos individuais ou mesmo de espécies únicas. Importante! 9 UNIDADE Introdução aos Ecossistemas e Ambientes Aquáticos Ecossistemas Um ecossistema é uma unidade em que os organismos (comunidade biótica) interagem fortemente em seu ambiente físico, de tal forma que um fluxo de energia produza uma estrutura trófica claramente definida e uma ciclagem de materiais entres as partes vivas e não vivas (COELHO, 2002). Comunidade biótica: é o conjunto de organismos vivos (autotróficos e heterotróficos); Fluxo de energia: é principalmente a radiação solar que é convertida em biomassa (matéria orgânica) durante a fotossíntese (pelos autótrofos), e flui em um sentido só nas relações alimentares, formando os níveis tróficos; Ciclagem de matéria: é o movimento dos elementos químicos entre as partes vivas e não vivas, sendo reutilizados inúmeras vezes através da atividade dos organismos decompositores (ciclos). Ex pl or A partir desta definição, analise com atenção a Figura 2, a seguir. Quantos componentes, interações e processos são possíveis reconhecer? Figura 2 – Teia alimentar de ecossistema aquático de água doce e terrestre Fonte: Wikimedia Commons 10 11 Observe, portanto, que ecossistemas são sistemas complexos onde a interação contínua entre os componentes internos atuam de forma positiva ou negativa uns sobre os outros. Assim, o termo ecossistema é aplicado às áreas de todos os tamanhos, desde a menor poça de água até uma grande floresta ou mesmo toda a biosfera terrestre. Ecossistemas apresentam profundas diferenças em sua composição, ou seja, no número e tipo de espécies, nos tipos e nas proporções referentes aos constituintes não biológicos e no nível de variação no tempo e no espaço. Por vezes, as fronteiras de um ecossistema estão bem definidas, como a transição entre os oceanos e as costas rochosas ou de um lago com a mata ao seu redor. Muitas vezes, também, as fronteiras não são tão precisas, são vagas como na sutil mudança gradual de florestas de restingas para manguezais. O que é comum a todos os ecossistemas não é a estrutura física (tamanho, forma e variações de fronteiras), mas a existência dos processos já mencionados com relação aos fluxos de energia e aos ciclos de elementos químicos. Os ecossistemas podem ser naturais ou artificiais. Uma lagoa construída como parte de uma estação de tratamento de esgoto é um ecossistema artificial (BOTKIN; KELLER, 2011). A seguir, como esta disciplina diz respeito aos impactos em ambientes aquáticos, aprofundaremos nosso estudo nos diferentes ecossistemas aquáticos. Você sabe qual a ciência que estuda o conjunto de relações entre os seres vivos e o meio em que vivem? É a Ecologia! Essa palavra é derivadado grego, onde oikos = casa e logos = estudo. Ex pl or Ecologia de Ambientes (Ecossistemas Aquáticos) A ecologia de ambientes aquáticos é um ramo da ciência da ecologia que se preocupa com o estudo dos ecossistemas aquáticos. Se entende por ecossistema aquático todos aqueles que apresentam por biótopo algum corpo de água como, por exemplo, mares, rios, oceanos, lagos, pântanos etc. (ESTEVES, 2011). Em Ecologia, um biótopo é o meio físico onde vivem os seres vivos de um ecossistema (do grego βιος - bios = vida + τόπoς = lugar, ou seja, lugar onde se encontra vida). É uma região que apresenta regularidade nas condições ambientais e nas populações de organismos. Corresponde à menor parcela de um habitat que é possível discernir geografi camente. Ex pl or 11 UNIDADE Introdução aos Ecossistemas e Ambientes Aquáticos Principais Ambientes Aquáticos da Terra Ambientes de água doce Os ecossistemas aquáticos em geral apresentam certas características que lhes conferem várias peculiaridades, principalmente quando comparados a ecossistemas terrestres. A Figura 3, a seguir, apresenta os compartimentos de um lago genérico. Figura 3 – Ecossistema lacustre: principais compartimentos e respectivas comunidades Fonte: Esteves, 2011 Conforme observado, os compartimentos de um lago são: região litorânea ou ripária, região limnética ou pelágica, região bentônica e interface água-ar. Essa classificação tem apenas caráter didático, uma vez que esses compartimentos não estão isolados dentro do ecossistema aquático, mas sim em constante interação de trocas de matéria e energia, superpondo-se na maioria das vezes (ESTEVES, 2011). As definições a seguir foram retiradas na íntegra do livro Fundamentos de Limnologia do autor Francisco de Assis Esteves (2011), páginas 114 a 117: • Região Litorânea: Corresponde ao compartimento do lago que está em contato direto com o ecossistema terrestre adjacente, sendo, portanto, influenciado diretamente por ele. Pode ser subdividida em duas regiões: eulitoral e sublitoral. Sua principal característica é a densa colonização por vegetação aquática, podendo essa ser constituída por macroalgas, briófitos, pteridófitos e plantas superiores. Pode-se considerar esse compartimento em uma região de transição (ecótono) entre o ecossistema terrestre e o lacustre. A região litorânea apresenta todos os níveis tróficos de um ecossistema: produtores primários, herbívoros, predadores e decompositores. Por essas razões, trata-se de um compartimento de grande complexidade trófica, sendo habitado 12 13 tanto por organismos aquáticos quanto terrestres e apresentando tanto cadeias alimentares da herbivoria na qual a fonte de energia é a biomassa vegetal viva, como cadeias de dentritivoria, que têm como fonte de energia a biomassa vegetal morta. Essa última é a principal responsável pelo fluxo de energia nesse compartimento, uma vez que praticamente 90% da biomassa vegetal viva não é consumida por herbívoros e acumulada no ambiente sob forma de detrito. Em alguns lagos, folhas provenientes da vegetação terrestre circundante também podem desempenhar importante papel no aporte de detritos para a região litorânea. A grande variedade de espécies de macrófitas aquáticas com diferentes morfologias e formas de vida, bem como galhos e folhas de origem alóctone, configuram um importante atributo relativo à complexidade estrutural da região litorânea. Essa característica tem sido apontada como um fator de extrema relevância para o surgimento e a manutenção da biodiversidade aquática, uma vez que a complexa estrutura espacial da vegetação pode afetar a coexistência das espécies por estabilizar relações de competição e predação entre as mesmas. Entre os consumidores, a comunidade de invertebrados, tanto os que vivem em íntima associação com a vegetação, como gastrópodes, insetos e crustáceos, bem como os de vida livre, como organismos zooplanctônicos, correspondem à maior proporção de biodiversidade de animais na região litorânea. Entretanto, a ictiofauna, sobretudo nas regiões tropicais e subtropicais é, em geral, também muito diversa e largamente representada por espécies de pequeno porte e hábitos onívoros (FERNANDO, 1994). Outros vertebrados, como anfíbios, répteis, aves e mesmo mamíferos também podem ser importantes colonizadores da região litorânea em alguns ambientes aquáticos. Por fim, pode-se ressaltar que a ocorrência e a extensão de regiões litorâneas são extremamente dependentes de características morfométricas do ambiente lacustre, como tamanho, profundidade e razão perímetro/volume. Essas características determinarão, entre outros fatores, se a radiação solar alcança o fundo do lago, a fim de permitir a germinação e o crescimento da vegetação. Por essas razões, em muitos ecossistemas lacustres, a região litorânea é pouco desenvolvida ou mesmo ausente – como é o caso da maioria dos lagos profundos, como os de origem vulcânica ou represas, onde a acentuada declividade das margens impossibilita o estabelecimento e crescimento da vegetação aquática. Por outro lado, em muitos ecossistemas, geralmente denominados de lagoas, grande parte ou mesmo a totalidade de suas áreas são tomadas por bancos de macrófitas aquáticas, consequentemente a região limnética é muito reduzida ou mesmo inexistente. Esses ecossistemas são muito frequentes na Região Amazônica, no Pantanal e em várzeas de rios em todo o território nacional. • Região Limnética ou Pelágica: Quanto ao ambiente físico, a região limnética é em geral muito homogênea horizontalmente, mas pode ser extremamente heterogênea verticalmente devido a gradientes nas concentrações ou nos valores de variáveis como oxigênio, pH, 13 UNIDADE Introdução aos Ecossistemas e Ambientes Aquáticos salinidade (estratificação química) e temperatura (estratificação térmica ou física). Na maioria dos casos, a estratificação química é determinada pela estratificação térmica que, por sua vez, é gerada através da diminuição progressiva da penetração da radiação solar na coluna d’água com o aumento da profundidade. Tal fato muda a densidade das camadas da massa d’água, dificultando a sua mistura, criando padrões de estratificação. Em geral, a região limnética pode ser dividia em dois estratos verticais, o epilímnio e a zona eufótica e o hipolímnio e zona afótica. Os limites entre o epilímnio e hipolímnio e a zonas eufótica e afótica não necessariamente são os mesmos. O que define o limite entre o epilímnio e o hipolímnio é a diferença na densidade das massas d’água, que pode ser causada por diferenças na temperatura, bem como também na salinidade da água. Em geral, a região limnética de ecossistemas lacustres rasos e muito expostos à ação do vento, como, por exemplo, lagoas costeiras, não apresenta esse tipo de estratificação e, portanto, a ausência de epilímnio ou hipolímnio definido. Por outro lado, a zona eufótica é a camada de água vertical determinada pela penetração de luz capaz de manter valores positivos de produção primária líquida. O limite entre esses dois estratos é conhecido como ponto de compensação da fotossíntese, onde a produção primária é igual à respiração. Abaixo desse ponto, caracteriza-se a zona afótica, onde prepondera o metabolismo heterotrófico. É importante lembrar que a extensão da zona eufótica é determinada não só pela profundidade do ambiente, mas também pela transparência da água. Novamente, ecossistemas rasos podem apresentar toda a coluna d’água representada pela zona eufótica. As comunidades características da região limnética são o plâncton e o nécton. A comunidade planctônica é constituída por vírus (virioplâncton), bactérias (bacterio -plâncton), algas uni e pluricleluares (fitoplâncton), protozoários (protozooplânc- ton), fungos e invertebrados (zooplâncton), que se caracterizam pela capacidade de flutuar na água. Alguns invertebrados como crustáceos e larvas de insetos são ca- pazes de nadar ativamente, fato esse que os auxiliasignificativamente na realização de migrações verticais e horizontais ao longo da coluna d’água. O nécton, que ao contrário do plâncton, possui movimentos próprios, em lagos, é uma comunidade formada quase que exclusivamente por peixes. O fluxo de energia na região limné- tica se dá principalmente através do fitoplâncton e do bacterioplâncton. • Região Bentônica: A região bentônica compreende os substratos não consolidados ou consolidados associados ao fundo do ecossistema aquático. A região bentônica é, em geral, muito heterogênea, tanto na sua dimensão horizontal quanto na vertical, exemplificado principalmente por gradientes químicos no interior do sedimento. Essa heterogeneidade é associada principalmente com a complexidade física criada por sedimentos, rochas, conchas, detritos originados da região litorânea ou da vegetação terrestre e pela colonização do sedimento por organismos bentônicos. A região bentônica pode estar localizada na região eufótica ou afótica, dependendo 14 15 da profundidade do ambiente. Os táxons dominantes na região bentônica são algas perifíticas, macrófitas aquáticas, bactérias, protozoários e uma grande diversidade de insetos aquáticos e outros invertebrados, além de peixes. As principais fontes de energia para a produção secundária bentônica incluem a produção primária realizada por algas bentônicas (perifíton e metafíton), macrófitas aquáticas, sedimentação do fitoplâncton e aporte de subsídios alóctones provenientes da vegetação terrestre. A região bentônica de lagos também é um importante sítio de atividade biogeoquímica e, além disso, por se tratar em geral do ponto mais baixo de toda a bacia de drenagem, integra informações sobre a história evolutiva do ambiente aquático, bem como do ambiente terrestre circundante. • Interface Água-Ar Essa região do lago é habitada por duas comunidades: a do nêuston e a do plêuston. A existência dessas comunidades se deve à tensão superficial da água. A comunidade do nêuston é formada por organismos microscópicos como bactérias, fungos e algas; e do plêuston, por macrófitas aquáticas e animais como larvas de in- setos que podem ainda andar sobre a película que compreende a interface água-ar. Ambientes Estuarinos A junção dos rios e das correntes de água doce com o mar não é abrupta. Em vez disso, os dois ambientes misturam-se gradualmente, criando um ambiente de estuário (Figura 4), caracterizado por uma água salobra, ou seja, as salinidades situam-se consideravelmente abaixo dos 35, típicos do mar aberto. O ambiente estuarino inclui as fozes dos rios e os deltas circundantes, os pântanos e manguezais costeiros, as pequenas enseadas e as extensões digitiformes do mar que sondam a costa ou as margens dos estreitos. É geralmente afetado por ondas, a partir das quais a palavra estuário teve origem (aestus = onda). A maioria dos animais que vive em oceano aberto não pode sobreviver nessas salinidades reduzidas. As salinidades inferiores e flutuantes dos estuários restringem consequentemente a fauna estuarina aos invasores marinhos e às poucas espécies de água doce que podem tolerar essas condições. A fauna também contém alguns animais que se tornaram especialmente adaptados às condições estuarinas e não são encontrados em nenhum outro lugar (RUPPERT; BARNES, 1996). De acordo com Ruppert e Barnes (1996), nas regiões temperadas, uma comunidade estuarina característica é o pântano salgado, composto principalmente por várias gramas e juncos. Nos trópicos, a contraparte ecológica dos pântanos salgados é o mangue. O mangue refere-se a uma espécie de árvores pequenas que podem tolerar condições salinas. Elas ocupam a zona interdital e comumente possuem raízes de suporte ou raízes aéreas especiais (pneumatóforos) que se projetam acima da superfície da água. Os mangues aprisionam sedimentos, contribuindo, portanto para a formação de terra. Eles criam um habitat que é ocupado por muitos animais e outras plantas. 15 UNIDADE Introdução aos Ecossistemas e Ambientes Aquáticos Figura 4 – Exemplo de Estuário: Rio da Prata Fonte: Wikimedia Commons Ambientes Marinhos Comparando com a água doce e com a terra, o ambiente marinho é relativamente uniforme. O oxigênio encontra-se geralmente disponível e a salinidade do oceano aberto é relativamente constante (entre 34 e 36), dependendo da latitude. No entanto, a luz e a temperatura variam enormemente, em grande parte como consequência da profundidade. Consequentemente, a vida não se distribui uniformemente através da profundidade e da amplitude dos oceanos do mundo, que cobrem aproximadamente 71% da superfície da Terra. As margens dos continentes estendem-se no litoral na forma de plataformas subaquáticas até profundidades de 150m a 200m e depois inclinam-se de forma mais íngreme até a profundidade de 3.000m ou mais (FIGURA 5) (RUPPERT; BARNES, 1996). Figura 5 – Ambientes marinhos Fonte: Ruppert; Barnes, 1996 16 17 Antes de atingir o piso do Oceano, o declive continental é interrompido por um terraço, ou por uma inclinação mais gradual, formada pela elevação continental. O piso das bacias oceânicas, chamado de planície abissal, varia de 3.000m a 5.000m de profundidade e pode ser acentuado por características tais como montanhas, cordilheiras e valas marinhas (RUPPERT; BARNES, 1996). Importante! Que a maior cordilheira do mundo é submarina e está localizada nessa região abissal? É denominada de cadeia meso-oceânica (Figura 6) e se estende por mais de 84.000km pelos fundos oceânicos, do oceano ártico, cruzando todo o oceano atlântico até a ilha Bouvet na subantártica (entre 87ºN a 54ºS). Os pontos mais elevados dessa cordilheira emergem em vários locais, formando ilhas, como a Islândia (TEIXEIRA et al., 2009). Você Sabia? Figura 6 – Mapa mostrando a localização da dorsal meso-atlântica Fonte: Wikimedia Commons As larguras das diferentes plataformas continentais variam consideravelmente. A borda da plataforma atlântica ocidental fica a uns 120Km do litoral, mas, ao longo da costa pacífica da América do Norte, a plataforma continental é muito estreita. As águas sobre as plataformas continentais constituem a zona nerítica, e as águas além da plataforma constituem a zona oceânica. A superfície do mar, que sobe e desce com as ondas, é a zona intertidal (litoral), a região acima é a supratidal (suprali- toral) e abaixo é a subtidal (sublitoral). Os declives continentais formam a zona batial, as planícies abissais formam a zona abissal e as valas forma a zona hadal. 17 UNIDADE Introdução aos Ecossistemas e Ambientes Aquáticos A distribuição vertical dos organismos marinhos é enormemente controlada pela profundidade de penetração luminosa. Uma luz suficiente para que a fotossíntese exceda a respiração penetra apenas em curta distância abaixo da superfície ou profundidades da ordem de 200m (zona eufótica), dependendo da turbidez da água. Abaixo dessa zona eufótica superior está a zona de transição onde pode ocorrer uma certa fotossíntese, mas a taxa de produção é menor do que a perda através da respiração. A partir da zona de transição para baixo, em direção ao piso oceânico, prevalece a escuridão total. Essa região constitui a zona afótica. Os animais que habitam permanentemente as zonas afóticas e de transição são carnívoros ou consumidores de detritos ou de suspensão, e dependem mais indiretamente da atividade fotossintética das algas microscópicas das regiões iluminadas superiores. Os animais suspensos ou natatórios das águas oceânicas constituem a fauna pelágica, e os que vivem no fundo compõem a fauna bentônica. Os habitantes do fundo podem viver na superfície (epifauna) ou abaixo da superfície (infauna) do piso oceânico e geralmente refletem notavelmente o caráter do substrato, ou seja, se é um fundo duro de coral ou de rocha ou um fundo macio de areia ou lama. Muitos animais são adaptados para viver nos espaços ente os grãos de areia e compõem o que comumente se denomina como faunaintersticial ou meiofauna (RUPPERT; BARNES, 1996). Conforme observado nesta Unidade, os ambientes são dinâmicos com intensas interações físico, químicas e biológicas. Na próxima Unidade, estudaremos mais afundo essas relações através dos grandes ciclos globais do planeta Terra. A partir desses estudos, você, aluno, será capaz de entender como as diferentes atividades humanas podem alterar o equilíbrio desses ecossistemas. 18 19 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Vídeos Teoria de Gaia https://youtu.be/yjAUSeAAy_w Ecossistemas: Componentes Bióticos/Abióticos e Funcionamento Geral https://youtu.be/VO0z1u7YPxA Ecossistemas Aquáticos de Água Doce https://youtu.be/QUzgKTa5S4w Ecossistemas Marinhos https://youtu.be/nzONJcm0oOc Manguezal https://youtu.be/wJ4a3aiGMNE 19 UNIDADE Introdução aos Ecossistemas e Ambientes Aquáticos Referências BOTKIN, Daniel B; KELLER, Edward A. Ciência ambiental: Terra, um planeta vivo. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. COELHO, R. M. P. Fundamentos em Ecologia. Porto Alegre: Artmed, 2002. ESTEVES, F. A. Fundamentos de limnologia. Rio de Janeiro: Interciência, 2011. FERNANDO, C. H. Zooplankton, fish and fisheries in tropical fresh-waters. Hydrobiologia, n. 272, p. 105-123. RUPPERT, E. E; BARNES, R. D. Zoologia dos Invertebrados. 6. ed. São Paulo: Roca, 1996. TEIXEIRA, W.; FAIRCHILD, T. R.; TOLEDO, M. C. M; TAIOLI, F. Decifrando a Terra. 2. ed. São Paulo: Companhia Editora Nacional, 2009. 20
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