aula3_Ecologia matéria e energia.

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Capítulo 2:
2.1 Ecologia
2.2 Níveis de organização biológica
2.3 Biosfera
2.4 Matéria
2.5 Energia
Ecologia e sustentabilidade
O QUE É ECOLOGIA?
Ciência que estuda a estrutura e 
funcionamento da Natureza, 
considerando que a humanidade é 
uma parte dela
(Odum, 
1972)
Ou seja, seria o estudo dos seres vivos em sua casa, no 
seu ambiente….
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Condições físicas
Luz
Temperatura
Pressão
...
Cond. químicas
Salinidade
Oxigênio dissolvido
pH
...
Cond. biológicas
Relações com
outros seres
vivos
...
O que é MEIO AMBIENTE?
Do ponto de
vista ecológico:
Seres
vivos
(segundo Araújo, 1997)
O MEIO AMBIENTE
♦Conjunto de condições físicas, químicas e biológicas que 
cercam o ser vivo, resultando num conjunto de limitações 
e possibilidades para uma dada espécie
♦O meio ambiente é heterogêneo e continua variando de 
um local para outro
♦Está sempre mudando e evoluindo
♦É onde se desenrola todo o estudo da ecologia.
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NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO BIOLÓGICANÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO BIOLÓGICANÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO BIOLÓGICANÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO BIOLÓGICA
� MATÉRIA
� Qualquer coisa que tenha massa e ocupe espaço
� A matéria existente é classificada em vários níveis de 
organização
� A menor unidade de matéria que tem características de um 
elemento particular � átomo
partículas subatômicas
átomos
moléculas
protoplasma
células
tecidos
órgãos
sistemas de órgãos organismos
populações
comunidades
ecossistemas
biosfera Terra
planetas
sistemas solares
galáxias
Universo
Níveis de organização da matéria na natureza
ecologia
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ESQUEMA DOS NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO
NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO
♣ protoplasma →célula →tecido → órgão →aparelho →
organismo →POPULAÇÃO →COMUNIDADE →ECOSSISTEMA 
→BIOSFERA 
♣ POPULAÇÃO - conjunto de indivíduos de uma mesma espécie 
que ocupa uma determinada área;
♣ COMUNIDADE - conjunto de populações que interagem de 
forma organizada, vivendo numa mesma área;
♣ ECOSSISTEMA - conjunto resultante da interação entre a 
comunidade e o ambiente inerte;
♣ BIOSFERA - sistema que inclui todos os seres vivos da Terra, 
interagindo com o ambiente físico como um todo.
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BIOSFERA
• Conjunto de todos os ecossistemas
• Região do planeta que contém o conjunto dos 
seres vivos e na qual a vida é permanentemente 
possível
Hidrosfera Litosfera Atmosfera
• camada superficial sólida da Terra
• aprox. ¼ da superfície do planeta
• crosta e manto superior
Litosfera
Fonte: en.wikipedia.org/wiki/Lithosphere
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Hidrosfera
Água da Terra:
água líquida (superfície/subsolo)
+
gelo (gelo polar, icebergs, solo)
+
vapor de água (atmosfera)
Aprox. ¾ da superfície do planeta
• camada ao redor da Terra
• relativamente fina
• camada interna: Troposfera
- se estende 17 km acima do nível do mar
- maior parte do ar
- 78% nitrogênio e 21% oxigênio
• camada Estratosfera
- se estende por 17-48 km acima do mar
- porção inferior: ozônio
filtro de rad. ultraviol.
Atmosfera
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Ecologia:
compreender as interações na biosfera
região que mantém a vida na Terra,
composta de ar, água, solo e organismos
Hidrosfera
Litosfera
Atmosfera - interligadas
- alterações em 
processos/fatores de 
uma repercutem nas 
demais
Qualidade da matéria
- função da disponibilidade e concentração
- quão útil é para os humanos como um recurso
Matéria de alta qualidade
• concentrada
• próximo da superfície da Terra
• grande potencial para uso como recurso
Matéria de baixa qualidade
• diluída
• em subsolos ou dispersa no oceano/atmosfera
• pequeno potencial para uso como recurso
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Alta qualidade Baixa qualidade
Sólido Gás
Sal Solução salina em água
Carvão
Gasolina
Lata de alumínio
Emissões de queima de 
carvão em indústrias
Emissões de automóveis
Minério de alumínio
Qualidade da matéria
Alterações na matériaAlterações na matériaAlterações na matériaAlterações na matéria
� Alteração física
� composição química não é afetada.
• Alteração química
- composições químicas dos elementos/compostos 
mudam
- queima do carvão: C + O2 = CO2 + energia
Existem ainda as alterações nucleares...
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Alterações na Matéria
Reagente(s) Produto(s)
carbono + oxygênio
C + O2
C
O
O
O OC
Dióxido de carbono+
CO2 +
energia
energia
energia+
Negro sólido Gás incolor
+
Gás incolor
Exemplo de alteração química
Lei da Conservação da MatériaLei da Conservação da MatériaLei da Conservação da MatériaLei da Conservação da Matéria
� Quando ocorre alguma reação física ou química, nenhum 
átomo é criado ou destruído
� Nunca se cria nem se elimina matéria, apenas é possível 
transformá-la de uma forma em outra
E qual relação 
disso com
processos 
industriais ou 
de produção?
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Lei de Conservação da Matéria
�Matéria não é destruída
�Matéria apenas muda de forma
�Não existe “jogar fora”
Matéria e poluição
� A lei da conservação da massa diz que sempre produziremos 
poluentes, mas é possível gerar muito menos e eliminar alguns dos 
que produzimos
� Três fatores determinam a severidade dos efeitos prejudiciais da 
poluição: 
� a natureza química
� a concentração
� a persistência
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Persistência
� É a medida de quanto tempo o poluente permanece no ar, na água, no solo ou no 
corpo. Podem ser classificados em quatro categorias:
� Poluentes degradáveis ou não-persistentes: são decompostos completamente ou 
reduzidos a níveis aceitáveis pelos processos naturais físicos, químicos ou biológicos
� Poluentes biodegradáveis: são poluentes químicos complexos que os organismos 
vivos (bactérias) decompõem em substâncias mais simples. Ex.: esgoto humano em 
rios
� Poluentes lentamente degradáveis ou persistentes: demoram décadas ou mais para se 
degradar. Ex.: inseticida DDT e a maioria dos plásticos
� Poluentes não degradáveis: substâncias químicas que não podem ser decompostas 
pelos processos naturais. Ex.: alguns elementos tóxicos como o chumbo e o 
mercúrio.
EnergiaEnergiaEnergiaEnergia
� Capacidade de realizar trabalho e transferir calor
� Diferentes formas:
� Energia elétrica
� Energia mecânica
� Energia térmica (calor)
� Energia radiante (luz)
� Energia química
...
Energia cinética
Energia potencial
ou
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Energia Cinética e Potencial
Energia cinética
• em razão de sua massa ou velocidade
• Ex.: vento; fluxo de correnteza; calor que passa de um corpo para 
outro; fluxo de elétrons; rad. eletromag.
Energia potencial
• armazenada e disponível para uso
• Ex: água em represa; energia química na gasolina; etc.
Balanço de radiação solar
Fonte: Ahrens, C. D. 2000. Essentials of Meteorology.
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Espectro da radiação eletromagnética do Sol
Fonte: Ahrens, C. D. 2000. Essentials of Meteorology.
Ul
tra
vi
ol
et
a
Visivel
Infravermelha
Energia solar
Comprimento de onda (mícrons)
En
e
rg
ia
 
e
m
iti
da
 
pe
lo
 
so
l 
(kc
a
l/c
m
2 /m
in
)
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Espectro da radiação eletromagnética do Sol
Ultravioleta
- grande parte 
absorvida pela 
camada de 
ozônio
- formação da 
vitamina D
- poder 
mutágeno
Visível (luz)
- diluída e 
dispersa
- produção de 
alimentos
- fração muito 
pequena (no 
máximo 5%) 
convertida via 
fotossíntese em 
energia. 
Infravermelho
- calor
- influência sobre 
seres vivos
- fenômenos 
meteorológicos
Curiosidade:
A radiação eletromagnética pode ser natural (radiação solar ou 
terrestre) e artificial (emitida por um radar)
Aenergia refletida ou emitida pelos alvos em diversas regiões do 
espectro eletromagnético é medida por sensores instalados em 
platadformas diversas, dentre as quais satélites de observação da 
terra.
Satéllite LandSat (7 bandas)
Banda TM1 – estudos batimétricos, mapeamentos de superfície de 
água, diferenciação solo/vegetação
Banda TM2 – Mapeamento de vegetação
Banda TM3 – diferenciação de espécies vegetais
Banda TM4 – volume de biomassa e delineação de corpos d água
Etc.
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Qualidade de energiaQualidade de energiaQualidade de energiaQualidade de energia
� capacidade de realizar trabalho útil
Energia de alta qualidade
• concentrada
• grande capacidade de 
realizar trabalho útil
• Ex.: eletricidade, energia 
química no carvão e na 
gasolina, luz solar, etc.
Energia de baixa qualidade
• dispersa
• pouca capacidade de gerar 
trabalho útil
• Ex.: calor disperso no 
oceano
Muita alta
Alta
Moderada
Baixa
Eletricidade
Calor de temperatura muito alta
(mais de 2.500°C)
Fissão nuclear (urânio)
Fusão nuclear (deutério)
Luz solar concentrada
Vento de alta velocidade
Calor de tempeatura alta
(1.000°C – 2.500°C)
Gás de hidrogênio
Gás natural
Gasolina
Carvão
Alimentos
Luz solar normal
Vento de velocidade moderada
Fluxo de água de alta velocidade
Energia geotérmica concentrada
Calor de temperatura moderada
(100°C – 1.000°C)
Desperdício de alimentos e 
colheitas
Energia geotérmica dispersa
Calor de temperatura baixa
(100°C ou menos)
Calor de temperatura muito alta
(mais de 2.500°C)
para processos industriais e 
produção de eletricidade 
para colocar dispositivos 
elétricos em funcionamento 
(luzes, motores)
Locomoção mecânica ( para mover 
veículos e outras coisas)
Calor de tempeatura alta
(1.000°C – 2.500°C) para 
processos industriais e 
produção de eletricidade
Calor de temperatura moderada
(100°C – 1.000°C) para 
processos industriais, 
cozinhar alimentos, produzir 
vapor, eletricidade e 
água quente
Calor de temperatura baixa
(100°C ou menos) para 
aquecer o ambiente
Qualidade
Relativa da Energia
(utilidade)
Fonte de Energia Aplicações de Energia
Qualidade da energia
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Energia para os seres vivos
• manter constituição interna (organismo)
• aquecer-se
• crescer
• locomover-se
Todo e qualquer 
fenômeno na 
natureza precisa de 
energia para 
ocorrer!
Fonte de energia para a Biosfera: Sol
• iluminação
• aquecimento
• energia para síntese de alimentos
• distribuição e reciclagem de elementos 
químicos
Fonte: NASA
Incidência e intensidade 
da radiação solar:
explicam grande parte da 
distribuição espacial das 
formas de vida na Terra
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Calor radiado
Da Terra
Radiação 
solar
Absorbed
by ozone
UV radiation
Luz
visível
Absorvida 
Pela
Terra
Reflected by
atmosphere (34%)
Energy in = Energy out
Radiated by
atmosphere
as heat (66%)
Baixa troposfera
(camada de ozônio)
Troposfera Efeito estufa
Calor
Fluxo de energia
Primeira Lei da Termodinâmica
Lei da Conservação da Energia
� A energia do universo é constante
� Energia não é criada ou destruída
� Energia apenas muda de forma
� Não pode obter algo por nada
� Entrada de energia = Saída de energia
Em todas as alterações físicas e químicas, a 
energia não é criada nem destruída, embora 
possa ser convertida de uma forma em outra
A aplicação mais importante desta primeira lei 
da termodinâmica está relacionada à maneira 
como os seres vivos obtêm sua energia para 
viver. Essa energia chega até eles por meio de 
diversas transformações. 
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Segunda Lei da Termodinâmica
Lei da Entropia
� Em toda transformação alguma energia de qualidade é perdida
� Não podemos compensar em termos de qualidade de energia 
� A segunda Lei afeta muito a vida
Quando uma energia muda de uma forma para 
outra, alguma quantidade de energia útil sempre se 
degrada em energia de baixa qualidade, mais 
dispersa e menos útil
Exemplos da Segunda Lei
� Carros: apenas 20-25% da gasolina produz energia útil
� Lâmpadas comuns: apenas 5% é energia útil, o resto é de 
baixa qualidade
� Sistemas terrestres de vida: a qualidade da energia é perdida 
em cada conversão
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Energia
Solar
Energia química
fotossíntese
Energia química
(fotossíntese)
Energia
Mecânica
(mover,
Pensar,
Viver)
Calor
perdido
Calor
perdido
Calor
perdido
Calor
perdido
Segunda Lei da Termodinâmica
Aproveitamento
da energia
energia solar
Fotossíntese
Conversão de energia 
luminosa em química na 
matéria orgânica
Respiração
Energia química usada 
para produzir trabalho 
nas células do organismo
Energia degradada 
irradiada para o espaço 
na forma de calor
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Fluxo unidirecional de energia de alta qualidade (concentrada e 
capaz de realizar trabalho útil)
Sol
Materiais
Seres vivos
Interações alimentares
Dispersão no
meio ambiente
Calor retornado
ao espaço
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O que sustenta a vida na Terra?
Ciclo da matéria através de partes da Biosfera2
Quantidade fixa de suprimento de nutrientes
Reciclagem contínua
Gravidade3
Permite à Terra reter sua atmosfera
Possibilita ciclos da matéria
Movimento dos elementos químicos 
entre ar, água, solo e organismos
O que sustenta a vida na Terra?
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� A energia e a 
reciclagem da matéria 
estão presentes na vida 
terrestre 
Blog
� http://cienciasdoambienteufpb.blogspot.com
� www.ct.ufpb.br/~anaclaudia (slides das aulas)
� Criem nomes para os grupos
� Esses grupos farão os trabalhos de classe juntos e o seminário
final
� Passem os nomes dos grupos e seus integrantes para a 
professora (máximo de 4 alunos)
� Cadastrem-se como membros (todos do grupo ou apenas 1), 
lembrem-se sempre de assinar pelo grupo.
� Podem iniciar o uso do blog…
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Atividade de Classe
� Relacione e exemplifique as leis de conservação da 
matéria e as 1ª e 2ª leis da termodinâmica com a 
poluição.