bioclimatologia modulo 2

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Ciências do Ambiente 
e Bioclimatologia
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Profa. Esp. Valéria Leite Aranha
Revisão Textual:
Profa. Ms. Luciene Oliveira da Costa Santos
Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
• Introdução
• Matéria
• Alterações da Matéria 
• Energia
• Mudanças de energia x Leis da Termodinâmica
• Sistemas
• Ecossistemas
• A Matéria em Movimento
 · Conceituação e compreensão dos ecossistemas, o que são e como 
funcionam.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
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 Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
Introdução
Para entender como os ecossistemas funcionam e de que maneira ocorre o fluxo 
de energia neles, precisamos compreender os conceitos sobre matéria, energia e 
sistemas, pois são a base de sustentação da vida nos diferentes ecossistemas.
Matéria
De acordo com Miller Junior (2013), a matéria consiste em elementos e com-
postos, que são, por sua vez, constituídos de átomos, íons e moléculas. 
Num conceito mais amplo, matéria é tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no 
espaço, podendo existir em três estados físicos, sólido, líquido e vapor, dependendo 
de sua temperatura. Além do estado físico, a matéria também pode existir sob duas 
formas químicas, os elementos e os compostos.
 » Elemento: é um tipo fundamental de matéria que possui um conjunto único 
de propriedades e não pode ser decomposto em substâncias mais simples 
por meios químicos.
 » Compostos: são combinações de dois ou mais elementos diferentes unidos 
em proporções fixas.
Cobre Ouro Alumínio Mercúrio
Figura 1 - Exemplos de Elementos Químicos Naturais
Fonte: Adaptado de iStock / Getty Images
Figura 2 - Água, exemplo de composto
Fonte: Adaptado de iStock / Getty Images
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Unidades Básicas da Matéria 
 » Átomo: é a unidade mais básica que compõem a matéria. É a menor unidade 
de matéria que um elemento pode ser dividido e manter suas propriedades 
químicas características.
Na química, a teoria atômica afi rma que todos os elementos são formados por átomos.
Átomos são extremamente pequenos, apresentam uma estrutura interna onde 
estão localizadas as partículas subatômicas, os nêutrons (n) sem carga elétrica, os 
prótons (p) com carga elétrica positiva (+) e os elétrons (e) com carga elétrica 
negativa (-). Contém um centro muito pequeno denominado núcleo, onde estão 
os prótons e nêutrons, e se movimentando ao redor do núcleo estão os elétrons. 
Cada átomo tem um número igual de prótons carregados positivamente e elétrons 
carregados negativamente.
Cada elemento tem um número atômico único igual ao número de prótons no 
núcleo de seu átomo, por exemplo, o carbono (C) possui 6 prótons em seu núcleo, 
tem número atômico 6, já o urânio (U) tem 92 prótons em seu núcleo e número 
atômico 92.
Como os elétrons têm pouca massa em comparação a prótons e nêutrons, a 
maior parte da massa do átomo está concentrada em seu núcleo. A massa de um 
átomo é descrita pelo seu número de massa, que é o número total de prótons e 
nêutrons em seu núcleo. Seguindo com o exemplo acima, um átomo de carbono 
com 6 prótons e 6 nêutrons em seu núcleo tem número de massa 12. 
 » Molécula: a segunda unidade básica da matéria, é uma combinação de dois 
ou mais átomos de elementos iguais ou diferentes, mantidos unidos através 
de forças denominadas ligações químicas.
Moléculas são unidades básicas de muitos compostos, um exemplo já citado é a 
água, formada por 2 átomos de hidrogênio e de oxigênio unidos por ligações químicas.
 » Íon: a terceira unidade básica da matéria, assim como os átomos, os íons 
são formados por prótons, nêutrons e elétrons. Um íon positivo é formado 
quando um átomo perde um ou mais de seus elétrons de carga negativa, e 
um íon negativo se forma quando um átomo ganha um ou mais elétrons 
carregados negativamente. 
Um exemplo importante de íon muito utilizado nos ecossistemas é o íon nitrato 
(NO-3), nutriente essencial para o crescimento das plantas.
Para mostrar o número de cada tipo de átomo ou íon em um composto, utilizamos 
a fórmula química, por exemplo, a água é um composto molecular formado por 
moléculas de H2O. O Cloreto de sódio NaCl é um composto iônico formado por 
íons positivos sódio (Na+) e íons negativos cloreto (Cl-).
A matéria consiste em elementos e compostos, que são constituídos de átomos, íons ou moléculas.
Ex
pl
or
9
UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
Alterações da Matéria 
De acordo com Miller Junior (2013):
Quando uma amostra de matéria sofre uma alteração física, não há nenhu-
ma modificação em sua composição química, por exemplo, a água no esta-
do sólido (gelo) se derrete, e quando está no estado líquido ferve; a água lí-
quida ou o vapor d’água resultantes ainda serão feitos de moléculas de H2O.
Quando uma alteração ou reação química ocorre, há uma mudança na composi-
ção química das substâncias envolvidas, por exemplo, o carvão é constituído quase 
na sua totalidade pelo elemento carbono (C); quando queimado completamente, o 
carbono sólido no carvão combina-se com o oxigênio (O2) atmosférico e forma o 
composto gasoso CO2, dióxido de carbono.
Podemos mudar os elementos e compostos de uma forma física ou química para 
outra, mas jamais criar ou destruir nenhum dos átomos envolvidos em qualquer 
mudança física ou química. O que podemos fazer, de acordo com Miller Junior 
(2013), é reorganizar os átomos, íons ou moléculas em diferentes padrões espaciais 
(mudanças físicas), ou combinações químicas (mudanças químicas). Esses fatos, 
baseados em milhares de medições, descrevem uma lei científica conhecida como 
“Lei da conservação da matéria”.
Sempre que a matéria sofre uma alteração física ou química, nenhum átomo é criado ou 
destruído! É a Lei da conservação da matéria.
Ex
pl
or
Energia
Energia é a capacidade de algo de realizar trabalho, ou seja, gerar força num de-
terminado corpo, substância ou sistema físico.Na Física, a energia está associada à 
capacidade de qualquer corpo de produzir trabalho, ação ou movimento, ou, ainda, 
com a transferência de calor.
Existem dois tipos de energia: em movimento, energia cinética, e armazenada, 
energia potencial. A matéria em movimento tem energia cinética, por exemplo: 
água corrente, eletricidade e vento. Outro tipo de energia é a energia potencial, que 
é armazenada e disponível para uso. Por exemplo, citamos a água em reservatórios 
(represa), a energia química armazenada nos átomos de carbono do carvão.
Podemos transformar a energia potencial em energia cinética. Quando a água 
em um reservatório flui através de canais em uma represa, a energia potencial se 
transforma em cinética, que pode ser utilizada para girar as turbinas da barragem 
para a produção de eletricidade, uma outra forma de energia cinética.
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Todo ser vivo precisa de energia, que é utilizada para construção do organismo, 
realização de suas atividades, movimentos, manutenção da temperatura, para todas 
as reações químicas.
 Os seres vivos são constituídos por moléculas orgânicas, formadas por extensas 
cadeias de carbono, quanto maior for a molécula, maior será a quantidade de 
energia necessária para sintetizá-la e maior será a quantidade de energia nela 
armazenada e disponível para as necessidades metabólicas do ser vivo.
Toda a energia utilizada pelos seres vivos vem da luz solar; através da fotossíntese, 
as plantas verdes captam a energia luminosa do sol, transformando-a em energia 
química contida em alimentos.
Mudanças de Energia x
Leis da Termodinâmica
Termodinâmica é o estudo das transformações de energia. Segundo Miller 
Junior (2013) , os cientistas, após observarem e medirem a energia sendo trans-
formada de uma forma em outra em milhões de mudanças físicas e químicas, 
resumiram seus resultados na primeira lei da termodinâmica, também conhecida 
como “lei da conservação da energia”. De acordo com essa lei, sempre que a 
energia é convertida de uma forma em outra por meio de uma alteração física ou 
química, nenhuma energia é criada ou destruída.
Muitos experimentos mostraram que, sempre que a energia é convertida de uma 
forma em outra, seja por alteração física ou química, acabamos com uma energia 
de menor qualidade, ou menos utilizável do que a energia original. Essa afirmação 
nos coloca diante da segunda lei da termodinâmica: quando a energia é alterada 
de uma forma em outra, ela sempre se transforma de uma forma mais útil em 
outra menos útil. 
Uma vez que energia concentrada, em uma porção de alimento, um litro de 
gasolina, ou até mesmo em um pedaço de urânio, é lançada, ela se degrada em 
calor a baixa qualidade e se dispersa no meio ambiente a baixa temperatura.
Para conservar e administrar com sucesso os recursos biológicos, deve-se 
compreender os conceitos básicos de energia, e o fluxo de energia nos ecossistemas. 
A energia flui em sentido único em um ecossistema. A primeira e a segunda lei da 
termodinâmica dizem quais os limites da produção e da eficiência de energia em 
um ecossistema.
11
UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
Figura 3 - Energia Solar nos Oceanos
Fonte: iStock / Getty Images
Na figura ao lado, uma grande quan-
tidade de energia solar é armazenada 
como calor nos oceanos. A energia do 
sol sustenta a vida humana e as econo-
mias. Essa energia é produzida longe 
da Terra por fusão nuclear.
Sistemas
É um conjunto de elementos interdependentes de modo a formar um todo 
organizado. Todo sistema possui um objetivo geral a ser atingido. As relações 
ecológicas acontecem sempre dentro de um sistema ecológico, e por isso é 
importante falarmos um pouco sobre os sistemas.
Os sistemas ecológicos são um grupo de itens biológicos interagindo, regular 
ou interdependentemente, formando um todo unificado que funciona num con-
texto ecológico.
Um sistema ecológico pode conter um único organismo, uma população ou até 
mesmo a biosfera inteira da Terra. Cada sistema ecológico menor é um subconjunto 
de um próximo maior, formando uma hierarquia de tamanho. Todos os sistemas 
ecológicos dependem da transformação de energia. Para a maioria dos sistemas, a 
fonte de energia em última instância é a luz do Sol. Na Terra, as plantas usam a luz 
solar para sintetizar moléculas orgânicas a partir do dióxido de carbono e da água.
A maioria dos sistemas tem os seguintes componentes principais: as entradas 
oriundas do meio ambiente, os fluxos ou produtividade de matéria e energia dentro 
do sistema e as saídas para o meio ambiente.
ENTRADAS
(do meio ambiente)
Recursos
Enérgicos
Recursos
Materiais
Informação
PRODUTIVIDADE
Processos
do Sistema
SAÍDAS
(do meio ambiente)
Trabalho ou
produtos
Resíduos e
Poluição
Calor
Figura 4 - Modelo simplificado de um Sistema
12
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Um sistema pode se tornar insustentável se a produtividade de recursos materiais 
e energia excederem as capacidades do meio ambiente de fornecer os recursos 
necessários e de absorver ou diluir os resíduos, poluentes e calor resultantes.
Ecossistemas
Conceitos
Segundo Ricklefs (2010), em “A Economia da Natureza”, ao longo de suas 
vidas, os organismos transformam energia e processam materiais. Para executar 
isso, os organismos devem adquirir energia e nutrientes dos seus arredores e se 
livrar de produtos indesejados de rejeito. Ao fazer isso, modificam as condiç õ es do 
ambiente e os recursos disponíveis para outros organismos, e contribuem para os 
fluxos de energia e o ciclo de elementos químicos no mundo natural. Os conjuntos 
de organismos com seus ambientes físicos e químicos formam um ecossistema. 
Os ecossistemas são sistemas ecológicos complexos e grandes, às vezes incluindo 
muitos milhares de diferentes tipos de organismos, vivendo cada um numa grande 
variedade de meios. Podemos pensar em um ecossistema como um organismo, que 
tem processos “internos” e troca com os arredores “externos”. Assim, podemos 
tratar o organismo e o ecossistema como sistemas ecológicos. Todos os ecossis-
temas estão interligados juntos numa única biosfera, que inclui todos os ambientes 
e organismos da Terra. As partes distantes da biosfera são interligadas por meio 
de trocas de energia e nutrientes transportados por correntes de vento e água, e 
pelo movimento dos organismos. A água que flui de uma nascente até um estuário 
conecta os ecossistemas terrestre e aquático da bacia hidrográfica com os do reino 
marinho. A energia e a matéria também se movem entre diferentes tipos de ecos-
sistemas na biosfera. A biosfera é o sistema ecológico final. Externo à biosfera, você 
encontrará somente a luz do Sol viajando em direção ao nosso planeta e a escuridão 
fria do espaço. Exceto pela energia que chega do Sol e pelo calor perdido para as 
profundezas do espaço, todas as transformações da biosfera são internas. Temos 
toda a matéria que teremos sempre; nossos rejeitos não têm nenhum lugar para ir 
e devem ser reciclados no interior da biosfera (RICKLEFS, 2010).
O estudo de ecossistemas lida com o movimento de energia e matéria, e 
como estes movimentos são influenciados pelo clima e outros fatores físicos. 
O funcionamento do ecossistema reflete as atividades dos organismos, assim 
como das transformações físicas e químicas da energia e matéria no solo, na 
atmosfera e na água.
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UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
 
Figura 5 - Diferentes partes da biosfera estão interligadas pelo movimento do ar, da água e dos organismos
Fonte: Ricklefs em “A Economia da Natureza”, 2010. Pág. 04
Principais Componentes de um Ecossistema
Definimos um ecossistema como um conjunto de organismos e um ambiente 
físico, todos interagindo através de um fluxo unidirecional de energia e um ciclo 
de nutrientes. É um sistema aberto, porque exige aportes contínuos de energiae 
nutrientes para se sustentar (STARR, 2012).
A biosfera e seus ecossistemas são formados de componentes vivos (bióticos) e 
não vivos (abióticos). Exemplos destes últimos são a água, o ar, nutrientes, rochas, 
calor e energia solar. Componentes vivos incluem plantas, animais, micróbios e 
todos os outros organismos.
Cada tipo de organismo em um ecossistema possui um nível alimentar, ou 
nível trófico, dependendo de suas fontes de alimento ou nutrientes. Em geral, 
podemos classificar os organismos vivos que transferem energia e nutrientes de 
um nível trófico a outro dentro de um ecossistema como produtores, consumidores 
e decompositores.
 » Produtores: esses autótrofos, ou autoalimentadores, obtêm energia de uma 
fonte não viva – geralmente luz solar – e a utilizam para construir compostos 
orgânicos a partir de dióxido de carbono e água. Plantas e fitoplâncton são 
os principais produtores. Eles capturam energia do sol para montar açúcares 
a partir de dióxido de carbono e água, pelo processo da fotossíntese.
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 » Consumidores: são heterótrofos que obtêm energia e carbono ao se 
alimentar de tecidos, detritos e restos de produtores e de outros heterótrofos. 
Podemos descrever os consumidores por suas dietas: 
 » Herbívoros comem plantas. 
 » Carnívoros comem outros animais. 
 » Parasitas vivem dentro de ou em um hospedeiro vivo e se alimentam 
de seus tecidos. 
 » Onívoros devoram materiais, animais e vegetais. 
 » Detritívoros, como minhocas, comem pequenas partículas de matéria 
orgânica, ou detrito.
 » Decompositores: são consumidores que, no processo de obter seus próprios 
nutrientes, metabolizam resíduos ou restos de plantas e animais e, devolvem 
ao solo, à água e ao ar para serem utilizados pelos produtores. Os principais 
decompositores são bactérias e fungos. 
Os decompositores e detritívoros, muitos dos quais são organismos microscópi-
cos, são fundamentais na ciclagem de nutrientes. Sem eles, o planeta estaria com-
pletamente sobrecarregado de lixo de plantas, dejetos e corpos de animais mortos 
e lixo em geral.
A energia flui pelos ecossistemas em cadeias e teias alimentares. A energia 
química armazenada como nutrientes nos corpos e resíduos de organismos flui 
pelos ecossistemas de um nível trófico (alimentar) a outro. Por exemplo, uma planta 
usa energia solar para armazenar energia química em uma folha. Uma lagarta 
come a folha, uma andorinha come a lagarta e um gavião come a andorinha. Os 
decompositores e detritívoros consomem os resíduos e restos de todos os membros 
desta e de outras cadeias alimentares, e devolvem os nutrientes ao solo para ser 
reutilizados pelos produtores. Uma sequência de organismos, cada um servindo 
como fonte de alimento, ou energia para o próximo, é chamada cadeia alimentar.
Em ecossistemas naturais, a maioria dos consumidores alimenta-se de mais de 
um tipo de organismo, e a maioria dos organismos é comida ou decomposta por 
mais de um tipo de consumidor. Por causa disso, os organismos, na maioria dos 
ecossistemas, formam uma rede complexa de cadeias alimentares interconectadas 
chamadas teias alimentares (MILLER JUNIOR, 2012).
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UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
Calor
Calor Calor
Calor Calor Calor
Calor
Primeiro nível
tró�co
Produtores
(plantas)
Terceiro nível
tró�co
Consumidores
secundários
(carnívoros)
Quarto nível
tró�co
Consumidores
terciários
(carnívoros superiores)
Segundo nível
tró�co
Consumidores
primários
(herbívoros)
Energia
solar
Decompositores e detritívoros
Figura 6
Fonte: Adaptado de iStock / Getty Images
As setas mostram como a energia química em nutrientes flui pelos vários níveis tróficos nas 
transferências de energia a maior parte da energia é degradada em calor, de acordo com a 
segunda lei da termodinâmica.
Os Caminhos da Energia no Ecossistema
Circulação de energia e transformações de materiais são os dois fenômenos 
básicos responsáveis pela vida. O fluxo de energia é possível graças à presença de 
uma fonte primária que é o Sol; a matéria – sais minerais e elementos químicos 
– é sempre reaproveitada, circulando entre todos os seres vivos que pertencem 
ao ecossistema, através das relações de alimentação. Como vimos, as espécies 
podem ser classificadas em função da sua posição na sequência de alimentação, 
denominada nível trófico. Em todo ecossistema, existem três níveis tróficos básicos, 
os produtores, os consumidores e os decompositores.
Para a maior parte dos ecossistemas, a principal fonte de energia é o Sol. Sem 
ele não poderia haver vida no planeta. Estima-se que, da energia solar que incide 
sobre as camadas superiores da atmosfera, 47% alcançam a superfície terrestre e 
apenas de 1% a 2% são incorporadas aos ecossistemas, através da fotossíntese. A 
energia solar refletida é responsável pela luminosidade da Terra, para quem a vê 
do espaço. A energia absorvida, principalmente sob a forma de calor, promove o 
aquecimento e a circulação da atmosfera, gerando os ventos, frentes frias e outros 
fenômenos atmosféricos e climáticos.
No ecossistema, a energia entra em cada nível trófico na forma de alimento e 
é, em grande parte, utilizada pelos organismos para se manterem vivos através de 
várias atividades como, divisão celular, movimento, reações químicas, reprodução, 
que exigem a transformação, realizada através da respiração, da energia química 
do alimento em outras formas. Com isso, uma parcela significativa de energia 
é perdida para o ambiente na forma de calor. Considera-se energia perdida, 
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porque o ser vivo não tem capacidade de aproveitar o calor ambiental como fonte 
energética. E, como o alimento nunca retorna ao nível trófico anterior, fica claro 
que a energia utilizada, não pode ser reaproveitada. Por isso o fluxo de energia só 
pode ser unidirecional, indo do produtor ao decompositor. Consequentemente, o 
montante de energia disponível, por estar armazenada no corpo dos organismos 
na forma de alimento, é progressivamente menor nos níveis tróficos sucessivos de 
uma cadeia alimentar. De modo geral, cada nível trófico recebe 10% da energia 
que o anterior obteve.
A medida indireta da energia acumulada pode ser feita através da biomassa, 
que é a quantidade total de matéria orgânica disponível, incluindo todas as partes 
do corpo do organismo, bem como os seus restos (folhas secas, excrementos) e 
a matéria em decomposição (cadáveres, frutos podres). Ela pode ser expressa em 
termos de massa seca (gramas ou Kg) ou em termos de massa/área (gramas/m2 
ou Kg/m2), o que facilita as comparações. Avaliações da biomassa dos vários níveis 
tróficos permitem ter uma visão da quantidade de energia armazenada no ecossis-
tema, num determinado instante.
Sol Espaço
Radiação solar
100%
19%
absorção
H2O (vapor d’água)
e O3 (ozônio)
37%
47%
41%
Absorção
Nuvens
37%
Re�exão
(volta para o espaço)
Poeira
Calor
4% re�exão
(volta para o espaço)
Superfície terrestre
2% Ecossistemas
 
Decompositor
Bactérias
10%
Consumidor 
secundário
Aranha
90% respiração
Consumidor Primário
Gafanhoto
90% respiração
10%
10%
Campim
Produtor
90% respiração
RespiraçãoEn
er
gi
a Q
uí
m
ica
Energia
Solar
Calor
Calor
Calor
Calor
Figura 7 - Fluxo de energia solar em um ecossistema
Fonte: Adaptado de iStock / Getty Images
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UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
Todo fluxo de energia obedece às 02 primeiras leis da Termodinâmica:
Num ecossistema fechado a energia não se perde, mas transforma-se de uma for-
ma para outra. Em todas as transformações de energia, sempre há uma perda sob 
a forma de calor! 
Fluxo de Energia e Produtividade através de Ecossistemas
Para se referir à velocidade do processo de produção ou transferência de 
energia entreníveis tróficos, recorre-se ao conceito de produtividade, que consiste 
na quantidade e energia (biomassa) que flui transformada ou transferida em função 
do tempo. Pode ser expressa de várias maneiras: a unidade gC/m2/ano indica 
a quantidade em gamas do elemento químico carbono que foi incorporada em 
moléculas orgânicas por m2 a cada ano.
A produtividade pode ser classificada em: 
 » Produtividade Primária Bruta (PPB): taxa em que os produtores de um 
ecossistema (plantas, protistas em geral) podem converter energia solar em 
energia química na forma de biomassa encontrada em seus tecidos.
 » Produtividade Primária Líquida (PPL): é a taxa em que os produtores 
usam a fotossíntese para produzir e armazenar a energia química menos a 
taxa em que usam essa energia armazenada através da respiração aeróbica. 
(PPL = PPB – R)
 » Produtividade Secundária Bruta (PSB): quantidade de energia obtida 
pelos consumidores primários ao comerem os produtores.
 » Produtividade Secundária Líquida (PSL): produtividade secundária bruta 
menos a energia dispendida na respiração dos consumidores primários. 
(PSL = PSB – R).
A produtividade primária líquida é maior nas regiões tropicais, onde estão as 
florestas, pântanos e recifes de coral e, decresce progressivamente em direção 
aos polos, embora sua média seja baixa em mar aberto, o seu total mundial é 
muito significativo, porque os oceanos ocupam 71% da superfície terrestre. A 
produtividade total dos oceanos equivale à metade do total continental, e sua 
biomassa é 470 vezes menor. A formação de biomassa volumosa exige gastos 
energéticos e, portanto, muito consumo de oxigênio, gerado pela produtividade.
Para ecossistemas terrestres, o principal fator limitante da produtividade primária 
é o clima (temperatura e chuvas). Nas regiões tropicais, encontram-se as maiores 
temperaturas e precipitações, o que favorece o surgimento de florestas e pântanos 
mais produtivos. Nos ecossistemas marinhos, a produtividade líquida é limitada 
pelos nutrientes (nitrogênio e fósforo), que são insuficientes na superfície (até 300m 
de profundidade onde penetra luz) de grande parte dos oceanos. A produtividade 
é maior nas zonas de ressurgência (onde sobem correntes profundas trazendo 
nutrientes), nos recifes de coral (que mantém um ciclo fechado de nutrientes) e nos 
estuários, que recebem água dos rios, rica em nutrientes (SARIEGO, 194).
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Eficiência Ecológica
Quando o interesse está voltado para aproveitar ao máximo a energia solar 
na produção de alimentos ou reduzir as perdas de biomassa nas passagens de 
nível trófico, não basta conhecer a produtividade ou a biomassa de cada elo da 
cadeia alimentar. É preciso também, avaliar a eficiência do ecossistema como 
transformador de energia, o que é feito pela medida da eficiência ecológica: a 
razão entre a energia que sai e a energia que entra em cada nível trófico.
De acordo com Cecie Starr (2013), entre 5% e 30% da energia nos tecidos dos 
organismos em um nível trófico terminam nos tecidos daqueles no nível trófico 
seguinte. Vários fatores influenciam a eficiência de transferência. Primeiro, nem toda 
energia coletada por consumidores é utilizada para construir biomassa. Uma parte é 
perdida como calor metabólico. Segundo, nem toda biomassa pode ser digerida pela 
maioria dos consumidores. Poucos herbívoros têm capacidade de decompor a lignina 
e a celulose que reforçam os corpos da maioria das plantas terrestres.
Da mesma forma, muitos animais têm alguma biomassa “presa” em um esqueleto 
interno ou externo. Pelos, penas e cabelos fazem parte da biomassa difícil de digerir.
A eficiência ecológica de transferências de energia normalmente é maior em 
ecossistemas aquáticos do que em terra. Algas não tem lignina e, assim, são mais 
facilmente digeridas do que plantas terrestres. Além disso, ecossistemas aquáticos 
normalmente tem uma proporção maior de ectotermos (animais de sangue frio), 
como peixes, do que ecossistemas terrestres. Ectotermos perdem menos energia 
como calor do que endotermos (animais de sangue quente), portanto, mais energia 
é transferida para o nível trófico seguinte. Maiores eficiências de transferência 
permitem cadeias alimentares mais longa.
Pântanos e mangues
Floresta tropical
Floresta temperada
Floresta de coníferas do norte (taiga)
Savana
Terra agrícola
Bosques e parques
Pastagens temperadas
Tundra (ártica e alpina)
Vegetação de deserto
Deserto extremo
Ecossistemas aquáticos
Estuários
Lagos e rios
Plataforma continental
Oceano aberto
800 1.600 2.400 3.200 4.000 4.800 5.600 6.400 7.200 8.000 8.800 9.600
Produtividade primária líquida média (kcal/m2/a)
Ecossistemas terrestres
Figura 8 
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UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
Medida Anual da Produtividade Primária Líquida estimada em zonas importantes 
de vida e de ecossistemas é mostrada nesse gráfico, medida em quilocalorias de 
energia produzida por metro quadrado por ano (Kcal/m2/ano). 
A Matéria em Movimento
O que acontece com a Matéria em um Ecossistema?
Nos ecossistemas, o fluxo de energia é unidirecional, mas o da matéria é cíclico 
graças à ação dos decompositores, que a torna disponível para os produtores. 
Trata-se de substâncias químicas (nutrientes) indispensáveis à síntese de matéria 
orgânica e ao funcionamento do organismo. 
Os elementos e compostos que formam os nutrientes movem-se continuamente 
pelo ar, água, solo, rochas e organismos vivos nos ecossistemas, bem como, na 
biosfera, nos chamados ciclos biogeoquímicos ou ciclo de nutrientes.
Esses ciclos dirigidos direta ou indiretamente pela energia solar recebida e pela 
gravidade da Terra, incluem os hidrológicos (água), os de carbono, de nitrogênio, 
de fósforo, de enxofre e outros. 
Conforme os nutrientes se movem pelos seus ciclos biogeoquímicos, podem se 
acumular em determinadas partes destes, e, assim, permanecer períodos de tempo 
diferentes. Esses locais de armazenamento temporário, como a atmosfera, os oceanos 
e outros corpos de água e depósitos subterrâneos, são chamados reservatórios.
Há dois tipos de ciclos biogeoquímicos: sedimentar e gasoso. O sedimentar 
ou local tem como reservatório a crosta terrestre e ocorre dentro dos limites 
de um ecossistema, tendo âmbito local, como ocorre com o enxofre e o cálcio. 
O ciclo gasoso ou global tem como reservatório a atmosfera ou os mares, e 
seu âmbito é amplo, envolvendo todo o planeta; é o caso do ciclo da água, do 
nitrogênio e do oxigênio.
20 un
idades
/ano
13 uni
dades/
ano 4 unidades/anoNutrição
4 unidades
/ano20 unidades/anodecompositores
4.000
unidades
1.000
unidades
5.000
unidades
50
unidades
100
unidades
Produtores
16 unidades/ano
Matéria orgânica
ConsumidoresSoloAtmosfera
estoque
taxa de �uxo
morte
7 unidades/ano
7 unidades/ano
Figura 9
20
21
Reservatórios. Cada ciclo pode ser caracterizado pelo estoque, que é a quantidade 
do nutriente existente em cada compartimento, pelo tipo de reservatório e pela 
velocidade do movimento do nutriente entre dois compartimentos, chamada taxa 
de fl uxo. Neste ciclo biogeoquímico hipotético, a matéria orgânica e a atmosfera 
caracterizam-se como reservatórios. A velocidade de circulação de nutriente é 
maior em direção aos compartimentos solo e produtores. 
Ciclos biogeoquímicos importantes:
De acordo com Sariego (1995) e Miller Junior (2012).
a. Ciclo da água: o ciclo da água consiste na evaporação, formação de nuvens 
e precipitação na forma líquida (chuva, orvalho, nevoeiro) ou sólida (neve, 
granizo). A presença da vegetação regula a umidade atmosférica e as chuvas, 
além de proteger o solo da erosão. Já nas cidades e áreas desmatadas, 
ocorre o fenômeno inverso: estando o solo impermeabilizado pela cobertura 
de asfalto e construções, ou totalmente exposto e desprotegido, aágua da 
chuva é rapidamente escoada e perdida para os rios.
 
In�ltração e
percolação no aquífero
Oceano
Poluição da água
Aumento do escoamento pelo 
desmatamento de �orestas e uso 
das áreas alagadas
Precipitação
sobre o oceano
Evaporação
do oceano
Evaporação das 
águas de superfície
Lagos e
reservatórios
Gelo e
Neve
Águas subterrâneas
em aquíferos
Aumento do escoamento em 
terrenos cobertos com culturas, 
edifícios e pavimentação
Extração excessiva 
dos aquíferos
Esco
ame
nto
Condensação
Transpiração
das plantas
Escoamento
Processo natural
Reservatório natural
Impactos humanos
Caminho natural
Caminho afetado pelas atividades humanas
Figura 10
Fonte: Adaptado de iStock / Getty Images
Modelo simplifi cado do ciclo da água no qual a água circula em várias formas 
física na biosfera. Os principais impactos humanos são mostrados pelas setas e 
caixas vermelhas
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UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
b. Ciclo do Carbono: o carbono é um elemento fundamental na formação de 
proteínas, carboidratos e lipídeos, responsáveis por um terço do nosso peso 
corporal. Na Terra, uma grande quantidade de carbono está armazenada 
nas rochas sedimentares, na forma de carbonato de cálcio e magnésio ou 
de combustíveis fósseis (petróleo e carvão). Nossa atividade industrial tem 
introduzido carbono dessas fontes em seu ciclo natural.
Entre os compartimentos do ciclo do carbono, são os oceanos que estocam em 
maiores quantidades; uma pequena parte na forma de gás carbônico dissolvido 
na água e a maior parcela, na forma de íons carbonato e bicarbonato. Mas é 
na atmosfera, como gás carbônico, que o carbono se apresenta disponível para 
ser utilizado pelos vegetais, na fotossíntese, e assim transformar-se em alimento 
para o restante da cadeia alimentar. Ele retorna para a atmosfera pelos processos 
de respiração, bem como pela combustão de matéria orgânica. As floretas são 
as grandes fixadoras terrestres do carbono existente na atmosfera. Somente as 
tropicais contém cerca de 350 bilhões de toneladas de carbono, quase a metade 
do que possui a atmosfera, sendo que cada hectare retira da atmosfera, em média, 
9 kg de carbono por ano.
Figura 11 
Fonte: Adaptado de iStock / Getty Images
Modelo simplificado ilustrando a circulação de várias formas de carbono no 
ciclo global, com impactos nocivos de atividades humanas indicados pelas 
setas vermelhas. 
22
23
c. Ciclo do Oxigênio: este ciclo está estreitamento ligado ao do carbono. 
O oxigênio surgiu na Terra graças à fotossíntese, que utiliza gás carbônico 
como matéria prima. A principal evidência da origem biológica do oxigênio 
é a ausência de minerais oxidados (óxidos de ferro) nas rochas sedimentares 
primitivas. Quando o oxigênio atmosférico reage com os minerais do solo, 
oxida-os. Dessa forma, fica indisponível aos seres vivos. Atualmente, a 
grande fonte de oxigênio são as algas marinhas, que produzem de 80 a 90% 
do oxigênio atmosférico.
Absorção
Microorganismos
decompositores
Morte e
decomposição
Transpiração
vegetal
CO2 atmosférico
Fotossíntese
O2 atmosférico
Respiração
H2O (vapor)
Assimilação pelos
herbívoros
Utilização
por plantas
Transpiração 
animal
Co
nd
en
sa
çã
o (
cu
rv
a)
H2O (líquida)
Transpiração
do solo
Figura 12 
Fonte: MILLER JUNIOR (2013, pg. 73)
d. Ciclo do Nitrogênio: o nitrogênio é o elemento químico característico e 
fundamental dos aminoácidos (que formam as proteínas) e das bases nitro-
genadas (que constituem os ácidos nucleicos, DNA e RNA). Sem proteínas 
e ácidos nucleicos, não há vida. Mesmo os mais simples seres vivos, os vírus 
são formados por essas substâncias. A atmosfera é o compartimento que 
mais armazena nitrogênio na forma gasosa (N2), nela também podem ser en-
contrados óxido de nitrogênio (NO e NO2), resultantes da reação do N2 com 
o O2. A grande maioria dos vegetais não consegue absorver o nitrogênio 
atmosférico. As raízes somente conseguem absorver o nitrogênio na forma 
iônica de nitrato quando dissolvido na água. Esse é o reservatório, no solo e 
no oceano, de nitrogênio disponível para os produtores. Há dois processos 
biológicos pelos quais o nitrogênio torna-se disponível aos vegetais. Um é a 
fixação biológica direta, realizada pelas algas cianofíceas (no ambiente aquá-
tico); por bactérias de vida livre no solo e por bactérias simbiontes que vivem 
em nódulos nas raízes de leguminosas. Esses organismos produzem amônia 
a partir de N2 atmosférico. O outro processo é a nitrificação, realizada por 
bactérias quimiossintetizantes do solo, pela qual a amônia é transformada 
em nitrato em duas etapas, a nitrosação e a nitratatação.
23
UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
As fontes de amônia, importante para esse processo, são: os adubos nitrogenados, 
os relâmpagos, a excreção de animais e a decomposição da matéria orgânica. 
Parte do nitrato do solo e do mar é perdida para a atmosfera e transformada em 
N2, devido à ação de bactérias desnitrificantes, que fecham o ciclo do nitrogênio. 
Há uma parcela de nitrogênio que sai do ciclo, quando sais de nitrato se depositam 
no fundo dos mares, formando novas camadas de sedimentos. Essa perda é 
compensada pelas erupções vulcânicas, que liberam N2 e amônia.
Processo
Reservatório
Via afetada pelos seres humanos
Via natural
Tempestades elétricas
Fertilizante
Nitrogênio
em sedimentos
oceânicos 
Perda de nitrogênio
em sedimentos do
oceano profundo Nitrato 
no solo
Decomposição
Nitrogênio
em animais (consumidores)
Absorção pelas plantas
BactériasAmoniano solo
Nitrogênio
em plantas 
(produtores)
Nitrogênio
na atmosfera
Denitri�cação por bactérias
Nitri�cação por bactérias
Atividade
vulcânica
O nitrogênio oxida pela
queima de combustíveis
e pela utilização de 
fertilizantes inorgânicos
Nitratos do
escoamento de
fertilizantes e 
decomposição
 Figura 13
Fonte: Adapatado de iStock / Getty Images
Modelo simplificado da circulação de várias formas químicas do nitrogênio durante 
seu ciclo em um ecossistema terrestre, com os principais impactos nocivos humanos 
mostrados pelas setas vermelhas.
e. Ciclo do Fósforo: os componentes de fósforo circulam pela água, da crosta 
terrestre e organismos vivos, este ciclo não inclui a atmosfera. O principal 
reservatório de fósforo são os sais de fosfato que contêm íons fosfato (PO4 
-3) 
24
25
em formações rochosas terrestres e sedimentos do fundo do oceano. Con-
forme a água corre sobre rochas expostas, lentamente corrói os compostos 
inorgânicos que contém íons fosfatado. A água corrente o transporta, dis-
solvidos, para o solo, onde podem ser absorvidos pelas raízes das plantas e 
outros produtores. Os compostos fosfatados também são transferidos por 
teias alimentares dos produtores aos consumidores. O fosfato pode ser reti-
rado do ciclo por longos períodos de tempo quando é lavado da terra para 
córregos e rios e transportado para o oceano. Nesse processo, ele pode ser 
depositado como sedimento marinho e permanecer preso por milhões de 
anos. Os processos geológicos podem elevar e expor esses depósitos do 
fundo do mar, dos quais o fosfato pode ser erodido para reiniciar seu ciclo.
Figura 14
Fonte: MILLER JUNIOR (2013, pg. 73)
Modelo simplifi cado da circulação de várias formas químicas de fósforo (principal-
mente fosfatos) no ciclo do fósforo, com importantes consequências nocivas humanas 
mostradas pelas setas vermelhas.
f. Ciclo do Enxofre: o enxofre apresenta um ciclo com dois reservatórios: 
um maior nos sedimentos da crosta terrestre, e outro menor, na atmosfera. 
Nos sedimentos, o enxofre permanece armazenado na forma de minerais 
de sulfato. Com a erosão, fica dissolvido na água do solo e assume a forma 
iônicade sulfato (SO4
 -), sendo assim, facilmente absorvido pelas raízes dos 
vegetais. Na atmosfera, 75% do enxofre está combinado com o oxigênio, 
formando o dióxido de enxofre (SO2). Outra parcela está na forma de anidri-
do sulfídrico (SO3). O gás sulfídrico (H2S) tem vida curta na atmosfera, sendo 
depois de algumas horas transformado em SO2. Esses óxidos incorporam-se 
ao solo com as chuvas, sendo então transformados em íons sulfatos (SO4-). 
25
UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
Podem também, ser capturados diretamente pelas folhas das plantas, num 
processo chamado de absorção, para serem usados na fabricação de amino-
ácidos. O único retorno natural do enxofre para atmosfera é através da ação 
de decompositores, que produzem gás sulfídrico. 
Processo
Reservatório
Via afetada pelos seres humanos
Via natural
Dióxido de
enxofre na 
atmosfera
Re�no de
combustíveis
fósseis
Queima
do carvãoFundições
Enxofre em
animais
(consumidores)
Absorção
pelas plantas
Decomposição
Enxofre
em plantas
(produtores)
Decomposição
Enxofre no solo,
rocha e em
combustíveis fósseis
Mineração
e extração
Enxofre no solo,
rocha e em
combustíveis fósseis
Enxofre em
sedimentos
oceânicos
Dimetilsulfureto,
o subproduto de
uma bactéria
Ácido sulfúrico
e Sulfato depositados
como chuva ácida
Figura 15
Fonte: Adapatado de iStock / Getty Images
Modelo simplificado da circulação de várias formas de enxofre no seu ciclo, com impac-
tos nocivos das atividades humanas mostradas pelas setas vermelhas.
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27
g. Ciclo do Cálcio: a principal fonte de cálcio são as rochas, que o incorporam 
na forma mineralizada. Pela erosão, o cálcio pode ser dissolvido na água do 
solo, em forma iônica, e, assim, ser absorvido pelas raízes. Desse modo, o 
principal reservatório de cálcio disponível aos vegetais terrestres é o solo. 
Este pode perder o cálcio para a atmosfera, pelos ventos que carregam mi-
núsculas partículas de solo e pela lixiviação, a lavagem do solo que a chuvas 
realizam, arrastando os nutrientes para os rios. Tanto os oceanos quanto os 
continentes recebem o cálcio da atmosfera, pelas chuvas, e das rochas que 
são erodidas. Os oceanos têm fonte adicional desse nutriente: os rios.
Figura 16
Fonte: SARIEGO, Educação Ambiental. As ameaças ao planeta azul. Pág. 107
Estudo detalhado do ciclo do cálcio em ambiente terrestre durante a década de 1960, 
pelos ecólogos Bormmam e Likens numa fl oresta em Hampshire (EUA). Eles notaram 
que a perda de cálcio para o ambiente, por meio do vento e da lixiviação, avaliada 12kg/
há/ano era superior ao ganho a partir da atmosfera e da erosão da rocha (total de 11,7 
kg/há/ano). Isso signifi ca um balanço de cálcio ligeiramente negativo para esse ecos-
sistema. Eles também observaram que a retirada da vegetação fazia com que essas 
perdas, principalmente pela lixiviação, fossem até 8 vezes maiores que o normal, acar-
retando umaacidifi cação e empobrecimento do solo.
27
UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
Importante!
O que é matéria?
A matéria consiste em elementos e compostos, que são, por sua vez, constituídos de átomos, 
íons ou moléculas.
O que acontece com a matéria quando sofre alterações?
Sempre que a matéria sofre uma alteração física ou química, nenhum átomo é criado ou 
destruído (Lei da Conservação da Matéria).
O que é energia e o que acontece quando ela sofre mudanças?
Sempre que a energia é convertida de uma forma em outra em uma alteração física ou química, 
acaba-se tendo uma energia de menor qualidade ou menos utilizável do que a original 
(Segunda Lei da Termodinâmica).
O que são sistemas e como eles respondem à mudança?
Sistemas têm entradas, fluxos e saídas de matéria e energia, e a retroalimentação pode alterar 
seu comportamento.
O que nos mantém e a outros organismos vivos?
Os quatros principais componentes do sistema terrestre de suporte à vida são atmosfera (ar), 
hidrosfera (água), litosfera (rochas solos e sedimentos) e a biosfera (seres vivos).
A vida é sustentada pelo fluxo de energia do sol através da biosfera, pelo ciclo dos nutrientes 
dentro da biosfera e pela gravidade.
Quais são os principais componentes de um ecossistema?
Alguns organismos produzem os nutrientes de que precisam, outros obtêm ao consumir 
outros organismos além disso alguns reciclam os nutrientes de volta para os produtores pela 
decomposição dos resíduos e pelos restos de outros organismos.
O que acontece com a energia em um ecossistema?
Como a energia flui em ecossistemas em cadeias e teias alimentares, a quantidade de energia 
química disponível aos organismos em cada nível trófico sucessivo de alimentação diminui.
O que acontece com a matéria em um ecossistema?
Matéria, na forma de nutrientes, circula dentro e entre os ecossistemas e a biosfera, e as 
atividades humanas estão alterando esses ciclos químicos.
Em Síntese
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29
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Química a Ciência Central
BROWN, T. L. Química a Ciência Central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.
Ciência Ambiental
MILLER JUNIOR, G. T. Ciência Ambiental. 11. ed. São Paulo: CENGAGE Learning, 2007.
 Vídeos
Quão pequeno é o Átomo
https://youtu.be/BNIH4hkA_-4
Fluxo de Energia entre Seres
https://youtu.be/MtpIxIWLsVk
Discovery na Escola Elementos de Biologia Ecossistemas - Discovery Channel
https://youtu.be/5WVhItCdm-o
 Leitura
Leis da Termodinâmica
https://goo.gl/zTM2Bj
29
UNIDADE Matéria, Energia e Sistemas – Ecossistemas
Referências
STARR, C. et al. Biologia: unidade e diversidade da vida. Vol. 3. São Paulo: CEN-
GAGE Learning, 2013. 
MILLER JUNIOR, G. T. Ecologia e Sustentabilidade. São Paulo: CENGAGE 
Learning, 2013.
RICKEFS, R. E. A economia da Natureza. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan 
S.A., 2003.
SARIEGO, J. C. Educação Ambiental. As ameaças ao planeta azul. São Paulo: 
Scipione, 1994.
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