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Fundamentos da Engenharia Ambiental Professora: Dayana Andrade de Freitas E-mail: dayanafandrade@yahoo.com.br Aspectos Espaciais e Funcionais do Ambiente •Aspectos Espaciais do Ambiente: - biosfera - ecossistema - habitat - ecótono •Aspectos Funcionais do Ambiente: - nicho ecológico - cadeia alimentar - relações ecológicas - ciclos biogeoquímicos Ecologia • tem origem no grego "oikos", que significa casa, e "logos", estudo; • Estudo do ambiente natural e relações dos organismos uns com os outros e com o meio; • Organismo, população, comunidade, ecossistema e biosfera representam níveis de organização de estrutura e funcionamento ecológicos. Organização Ecológica Hábitat • Local ocupado pela espécie, com todas as suas características ambientais; habitat da planta vitória régia são os lagos da Amazônia, habitat do panda são as florestas de bambu das regiões montanhosas na China e no Vietnã Hábitat do Mico-Leão- Dourado - Mata Atlântica, espécie endêmica Hábitat do Xique-Xique e Mandacaru - Caatinga, espécies endêmicas IMPORTANTE Espécies endêmicas – Só existem naquele determinado Hábitat Hábitat Nicho Ecológico • Função da espécie dentro dos ecossistemas e suas relações com as demais espécies e com o ambiente. • Para definir é necessário saber: - Fontes de energia e alimento; - Taxas de crescimento e metabolismo; - Efeitos sobre outros organismos; - Capacidade de modificar o meio em que vive. Equivalentes ecológicos – mesmo nicho ecológico Regiões distintas Mesmo nicho – Espécies competidoras Nicho Ecológico Ecossistemas • Unidade básica no estudo da ecologia; • Interações entre os seres vivos (biocenose) com o meio natural (biótipo) de maneira equilibrada, pela reciclagem de matéria e pelo uso eficiente da energia solar. Componentes do Ecossistema Fatores bióticos (biocenose) – correspondem aos seres vivos que habitam o meio. comunidades = biocenose = biota Fatores abióticos (biótopo) – condições químicas e físicas do meio que influenciam a vida dos seres vivos. luminosidade gases (concentração de O2, CO2, ...) temperatura umidade e pluviosidade disponibilidade de nutrientes (água e minerais) pH Propriedades dos Ecossistemas Propriedades dos Ecossistemas • Sistema estável, equilibrado e auto- suficiente; • Características topográficas, climáticas, pedológicas, botânicas, zoológicas, hidrológicas e geoquímicas. Elementos abióticos, matéria inorgânica (água, ar, solo); e bióticos Característica fundamental – Homeostase • Estado de equilíbrio dinâmico; • Mecanismos de auto-controle e auto-regulação; • Entram em ação assim que ocorre qualquer mudança; • Tempo de resposta; • Sistema de auto-regulação age para manter o equilíbrio do ecossistema; • Modificações naturais e artificiais; • Impacto ecológico. Propriedades dos Ecossistemas Resiliência • Capacidade de recuperação. • Capacidade de um sistema restabelecer seu equilíbrio após passar por um distúrbio (impacto). • Difere de resistência, que é a capacidade de um sistema de manter sua estrutura e funcionamento após um distúrbio. • Uma planta constitui um ecossistema; • O oceano é um ecossistema; • Um aquário é um ecossistema; • Uma floresta é um ecossistema; • Um reservatório hídrico, exemplifica um ecossistema. Exemplos De Ecossistemas Ecossistemas Terrestres BIOMAS BIOMAS • É um conjunto de tipos de vegetação que abrange grandes áreas contínuas, com flora e fauna similares, definida pelas condições físicas predominantes nas regiões, com biodiversidade própria. • Ecossistemas que distribuem-se na superfície terrestre grande parte em função da vegetação, latitude, solo e clima. DISTRIBUIÇÃO DOS BIOMAS NO PLANETA FLORESTA DE COCAIS FLORESTA DE ARAUCARIA BIOMAS BRASILEIROS Amazônia - Amazônia Legal extensão de aproximadamente 5 milhões de km2, constituindo 59% do território brasileiro. - Área desmatada aproximadamente 19% da floresta amazônica. Hoje Desmatamento – 19% Se o Desmatamento – 40% Perda das características de Floresta Alerta • Desmatamento da floresta amazônica ameaça os ‘rios voadores’, • Fundamental importância para o clima e as chuvas na região sudeste, Centro-Oeste e Sul do Brasil e outras áreas da Bolívia, Paraguai e Argentina Sem a Amazônia o Centro-Sul do Brasil vira Deserto QUADRILÁTERO AFORTUNADO Irrigados pelos Rios Aéreos vindos da Amazônia Desmatamento na Amazônia • Em 40 anos, somou 762.979 km²; • Três estados de São Paulo; •Perdeu 42 bilhões de árvores. • Uma árvore grande da Amazônia chega a evaporar 1000 litros/dia; • Todas as árvores da bacia amazônica - 20 bilhões de toneladas/dia de água. Mais que o Rio Amazonas coloca no Oceano Atlântico no mesmo período. • Maior província mineralógica planetária, jazidas de ouro, cassiterita e de minérios estratégicos de terceira geração, como urânio, titânio, etc. Pressões sobre a Amazônia Brasil detém a maior reserva de nióbio do mundo, situada na Amazônia Legal See more at: http://www.ambientelegal.com.br/recursos- minerais-na-amazonia-e-o-ilusionismo- ambientalista/#sthash.YZWZ4g5a.dpuf Indústria bélica e aeroespacial MATA ATLÂNTICA Hoje só restam remanescentes - Restam apenas 7,26% da cobertura original - Desmatamento não parou Biodiversidade comparada a Amazônia – Mata Atlântica > diversidade biológica - 500.317 hectares foram devastados na última década Hotspot de Biodiversidade CERRADO • 2º maior bioma do Brasil; • Aproximadamente 2 milhões de km²; • Ocorre nos estados de: Minas Gerais, Goiás, Tocantins, Bahia, Maranhão, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Piauí e Distrito Federal; • Amazônia ao norte, a Caatinga a nordeste, o Pantanal a sudoeste e a Mata Atlântica a sudeste. • Restam 20% da cobertura original; • Considerado Hotspot de biodiversidade; CERRADO Mapa do desmatamento no bioma cerrado - Em vermelho, áreas devastadas até 2010; em rosa, áreas devastadas até 2009; em verde, remanescentes da flora do cerrado; em azul, corpos d'água. (Foto: Divulgação/Ministério do Meio Ambiente) Hotspot: simultaneamente uma reserva de biodiversidade, que pode estar ameaçado de destruição. Pressões sobre o Cerrado • Corre o risco de desaparecer até 2030. • Dos 204 milhões de hectares originais, • 57% foram completamente destruídos; • metade das áreas remanescentes estão bastante alteradas, podendo não mais servir aos propósitos de conservação da biodiversidade. MANGUEZAIS - Ecossistemas costeiros, - Transição entre os ambientes terrestre e marinho, - Característica de regiões tropicais e subtropicais. ÁREA DE OCORRÊNCIA • Colonizam as costas tropicais e subtropicais, estando presentes nas Américas, África, Ásia e Oceania. Extensão dos manguezais ÁREA DE OCORRÊNCIA • No Brasil manguezais ocorrem desde o Cabo Orange no Amapá, até a cidade de Laguna em Santa Catarina. • Uma das maiores áreas de manguezal do mundo, estimada em 25.000 km2 de extensão. 1 - Spartina brasiliensis (gramínea) 2- Usnea barbata (barba-de-velho) 3- líquen incrustante 4- Rhizophora mangle (mangue-vervelho ou bravo) 5- Avicenia schaueriana (mangue-seriba ou seriúba) 6- Laguncularia racemosa (mangue-branco) 7- Hibiscus tiliaceus (hibisco ou algodãonzinho-da-praia) 8- Acrosticum aureum (samambaia do mangue) 9- Ardea cocoi (garça-cinzenta) 10- Ardea alba (garça-branca-grande)11- Eudocimus ruber (guará) 12- Aramides mangle (saracura-do-mangue) 13- Cardisoma guanhumi (guaiamu) 14- Ucides cordatus (caranguejo-uçá) 15- Goniopsiscruentata (maria-mulata ou aratu) 16- Callinectes sp. (siri-azul) 17- Uca uruguayensis (chama-maré) 18- ninho de termita (cupinzeiro) 19- Crassostrea rhizophora (ostra-do-mangue) FAUNA e FLORA Avicenia schaueriana (mangue-seriba ou seriúba) FLORA Rhizophora mangle (mangue-vervelho ou bravo) Caules escora Facilita a fixação Pneumatóforos Facilitam a obtenção de Oxigênio IMPORTÂNCIA ECOLÓGICA • Ecossistemas complexos e dos mais férteis e diversificados do planeta; • Grandes "berçários" de várias espécies: Aves, peixes, moluscos e crustáceos - condições ideais para reprodução, eclosão, criadouro e abrigo; IMPORTÂNCIA ECOLÓGICA • Exportador de matéria orgânica para os estuários; • Produtividade primária na zona costeira; • Vegetação serve estabilização da costa; • As raízes funcionam como filtros na retenção dos sedimentos. IMPORTÂNCIA ECONÔMICA • Importância social - muitas pessoas vivem do manguezal e dependem desse ambiente para sobreviver. • Ex: Pernambuco mais de 20 mil famílias de pescadores sobrevivem da pesca artesanal e da coleta de moluscos e crustáceos. Pressão sobre os Manguezais • Poluição de rios e mares; • Especulação imobiliária nas regiões litorâneas; • Extração de madeira; • Depósitos de lixo. Maior desmatamento de Mangue no Brasil Ampliação da área do complexo portuário, entre Ipojuca e Cabo de Santo Agostinho - Implantação do Estaleiro Atlântico Sul (EAS) 1.076 hectares de vegetação nativa no Porto de Suape ✓ Foram retiradas 893,4 ha de mangue, 17,03 ha de mata atlântica e 166,06 ha de restinga Área suprimida equivale a mais de 1.000 campos de futebol Estaleiro Atlântico Sul (EAS) – Suape - PE 1º Navio do Promef, o Suezmax "João Cândido" CAATINGA ou MATA BRANCA - Ocupa 10% do território nacional; - Estados do Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Sergipe, Alagoas, Bahia, Piauí e norte de Minas Gerais. - Área de cerca de 850.000 km²; CARACTERISTICAS •Clima semi-árido cujo índice pluviométrico varia entre 300 e 800 milímetros anualmente. • Altas taxas de evaporação (2000 mm por ano) • Solo raso e pedregoso, embora relativamente fértil. PRESSÕES SOBRE A CAATINGA - Siderúrgicas, - Polo gesseiro; - Cerâmicas; - Produção de carvão; - Caprinos; - Plantação de eucaliptos; - Polo Têxtil. Cerca de 70% da caatinga já se encontra alterada; ✓ Área de 250 mil km² ; ✓ Situado Mato Grosso e Mato Grosso do Sul, parte do Paraguai e Bolívia; ✓ Espécie Símbolo: Tuiuiú. Pantanal Pantanal • Maior planície inundável do Mundo. • Podem ser reconhecidas planícies de baixa, média e alta inundação; • Ambientes de inundação fluvial generalizada e prolongada apresentam alta produtividade biológica, grande densidade e diversidade de fauna. CAMPOS SULINOS • Também chamados de Pampas, palavra de origem indígena que quer dizer “região plana”; • Internacionalmente, são classificados de Estepe. CAMPOS SULINOS • Vegetação típica do Sul do Brasil e de regiões da Argentina e Uruguai; • Ocupa 63% do território do Rio Grande do Sul; • Solo fértil; • Agricultores e pecuaristas foram atraídos o que ocasionou uma desordenada expansão, gerando um acelerado processo de degradação. Pesquisa FAPESP 2013 • Situa-se em certas regiões os estados do RS, SC, PR, SP; • No interior desse tipo de floresta pode se encontrar erva-mate, canela, cedros entre outros. MATA DE ARAUCÁRIA Arbóreo: Pinheiro-do-Paraná (Araucaria angustifolia) • Ocorre nos estados do MA, PI, TO, RN e CE; • Constituída por palmeiras: • Babaçu (produção de óleo), • Carnaúba (produção de cera). MATA DOS COCAIS OU BABAÇUAIS • Zona de Transição (Ecotóno); • Clima quente e úmido (Amazônia) → Clima quente e seco. MATA DOS COCAIS OU BABAÇUAIS MATA DOS COCAIS OU BABAÇUAIS Planta típica é o Babaçu (Orbignya martiana) • Babaçu economicamente importante: • sementes da palmeira extrai-se o óleo, • Folhas são utilizadas para a cobertura de casas • Fabricação de utensílios domésticos. Ecótono Ecotóno • Zona de transição entre dois ecossistemas vizinhos; • Mantendo características ambientais híbridas. Ecotóno Ecossistema de pasto Ecossistema de Bosque-pasto Ecossistema de Bosque Ecotóno • Zonas Estuarinas Estuário do Rio Maracaípe - PE Ecotóno Características Fundamentais dos Ecossistemas Características Fundamentais dos Ecossistemas A – Diversidade Biótica ou Biodiversidade; B - Estrutura Trófica; C – Relações Ecológicas; D - Ciclagem de Elementos Químicos. Diversidade Biótica ou Biodiversidade Diversidade Biótica ou Biodiversidade Unifica os três níveis tradicionais de diversidade entre seres vivos: • Diversidade genética; • Diversidade de espécies; • Diversidade de ecossistemas; Inclui: • Variedade genética dentro das populações e espécies, • Variedade de espécies da flora, da fauna, de fungos, de bactérias e de outros microrganismos, • Variedade de funções ecológicas desempenhadas pelos organismos nos ecossistemas; • Variedade de comunidades, habitats e ecossistemas. Diversidade Biótica ou Biodiversidade Estrutura trófica Cadeias Alimentares e Teias Alimentares Estrutura Trófica Interação entre os componentes bióticos dos ecossistemas Cadeias Alimentares Produtores: • Autótrofos (fotossíntese e/ou quimiossíntese): Produzem seus próprios alimentos. • Ex: Plantas clorofiladas terrestres, fitoplâncton. Consumidores: • Heterótrofos (digestão): Alimentam-se matéria orgânica fabricada por produtores. • Tipos: C1 – Herbívoros. Ex: Gafanhoto; C2 – Carnívoros que comem herbívoros. Ex: Sapo; C3 – Carnívoros que comem carnívoros. Ex: Cobra. Decompositores: • Heterótrofos (saprófitas): Alimentam-se e degradam a matéria orgânica morta, transformando-a em compostos inorgânicos simples. Ex: Fungos e bactérias. Cadeias Alimentares Produtor Decompositor Consumidor Cadeias Alimentares Nível Trófico Posição ocupada por cada ser vivo numa Cadeia Alimentar Cadeias Alimentares Leis da Termodinâmica À medida que se avança na cadeia alimentar – há uma redução na qualidade de energia disponível aos próximos organismos • Não apresentam sequência muito longa; • Raramente passando de consumidores de quinta ordem. Fluxo de energia nas cadeias alimentares Fluxo Unidirecional – Produtores → Consumidores → Decompositores A ENERGIA DECRESCE A CADA NÍVEL TRÓFICO POR ISSO: AS CADEIAS ALIMENTARES SÃO NORMALMENTE COMPOSTA DE POUCOS NÍVEIS TRÓFICOS Fluxo de Energia nas Cadeias Alimentares A u m en to d o n ív el t ró fi co D im in u iç ão d a en e rg ia d is p o n ív el 1° Nível Trófico 2° Nível Trófico 3° Nível Trófico 4° Nível Trófico 5° Nível Trófico A u m en to d o n ív el t ró fi co D im in u iç ão d a en e rg ia d is p o n ív el Fluxo de Energia nas Cadeias Alimentares Conjunto de cadeias alimentares de uma comunidade. Um mesmo animal ou vegetal pode servir de alimento a carnívoros ou herbívoros variados. Teia alimentar ou Rede Trófica Entrelaçamento das Cadeias Alimentares Conjunto de Cadeias alimentares num ecossistema que se interligam. Relações Ecológicas Relações Ecológicas • Seres vivos associam-se com outros de mesma espécie ou de espécie diferente para obter alimento, proteção, transporte e reprodução; Tipos de relações: Intra e/ou Inter-específica; Harmônica ou Desarmônica. • Intra-específica ocorreentre indivíduos da mesma espécie; • Inter-específica ocorre entre indivíduos de espécies diferentes; • Harmônica nenhum dos organismos é prejudicado; • Desarmônica pelo menos um dos organismos é prejudicado. Relações Ecológicas HARMÔNICAS COLÔNIAS SOCIEDADES DESARMÔNICAS COMPETIÇÃO CANIBALISMO HARMÔNICAS. INQUILINISMO COMENSALISMO MUTUALISMO PROTOCOOPERAÇÃO DESARMÔNICAS COMPETIÇÃO PARASITISMO PREDATISMO R EL A Ç Õ ES E C O LÓ G IC A S IN TR A -E SP EC ÍF IC A IN TE R -E SP EC ÍF IC A AMESALISMO HERBIVORIA Relações Ecológicas Intra-específica - Sociedade → União permanente entre indivíduos em que há divisão de trabalho. Ex: Insetos sociais (abelhas, formigas e cupins). Relações Ecológicas Intra-específica e Harmônicas - Colônia → Associação anatômica formando uma unidade estrutural e funcional. Ex: Coral cérebro. Relações Ecológicas Intra-específica e Desarmônicas - Competição intraespecífica → indivíduos da mesma espécie competem por um ou mais recursos como: alimento, água, parceiros reprodutivos, abrigos, etc. - Canibalismo → Indivíduo mata e se alimenta de outro da mesma espécie. - Ex: viúva-negra fêmea que, após o ato reprodutivo, arranca e devora a cabeça do macho. Fêmeas de louva-a- deus também devoram seus machos. Relações Ecológicas Intra-específica e Desarmônicas Relações Ecológicas Inter-específica - Inquilinismo → associação em que apenas uma espécie (inquilino) se beneficia, procurando abrigo ou suporte no corpo de outra espécie (hospedeiro), sem prejudicá-lo. Ex: Epífitas (Orquídeas e bromélias) Relações Ecológicas Inter-específica e Harmônicas - Comensalismo → Associação em que um indivíduo aproveita restos alimentares de outro, sem prejudicá-lo. Ex: Tubarão e rêmoras, leão e hienas, urubu e homem. Relações Ecológicas Inter-específica e Harmônicas - Mutualismo ou simbiose→ associação obrigatória entre indivíduos em que ambos se beneficiem. Ex: líquens e micorrizas. Relações Ecológicas Inter-específica e Harmônicas - Protocooperação → Associação facultativa entre indivíduos, em que ambos se beneficiam. Ex.: anêmona do mar e peixe palhaço, crocodilo e ave palito. Relações Ecológicas Inter-específica e Harmônicas - Competição inter-específica → duas espécies disputam os mesmos recursos do ambiente. - Ex: raízes de plantas competindo por água e nutrientes; gafanhotos e gado competindo por capim. Relações Ecológicas Inter-específica e Desarmônicas Disputa por alimento, recursos naturais, território e presas. - Amensalismo → relação em que indivíduos de uma espécie produzem toxina que inibem ou impedem o desenvolvimento de outras. Ex: Fungos e bactérias (Antibióticos). Relações Ecológicas Inter-específica e Desarmônicas Marés vermelhas - Parasitismo → uma espécie parasita outra – hospedeira – como forma de obter alimento. A espécie hospedeira se prejudica com a relação. - Ex: Carrapato parasitando cães; tênia e ser humano; cipós que extraem seiva de outras plantas, etc. Relações Ecológicas Inter-específica e Desarmônicas - Predatismo → relação em que um indivíduo captura e mata indivíduos de outra espécie para se alimentar. Ex: ocorre principalmente entre os carnívoros, etc. Relações Ecológicas Inter-específica e Desarmônicas - Herbivoria → indivíduos herbívoros que comem plantas ou pedaços delas. Relações Ecológicas Inter-específica e Desarmônicas Ciclagem de Elementos Químicos Ciclagem de Elementos Químicos • Movimento contínuo dos elementos químicos do meio físico para os seres vivos e destes novamente para o meio físico; • Exemplo mais simples e perfeito deles é o ciclo hidrológico ou também chamado ciclo da água. • Ciclo do Carbono, Nitrogênio, • Enxofre e Fósforo. Ciclos Biogeoquímicos Ciclos Biogeoquímicos Biogeoquímica é a ciência que estuda a troca ou a circulação de matéria entre os componentes vivos e físico- químicos da Biosfera. (Odum, 1971). Ciclo Hidrológico Ciclo Hidrológico • É o conceito central da Hidrologia Ciclo Hidrológico Fenômeno global de circulação da água entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado fundamentalmente pela energia solar, associada à gravidade e à rotação da Terra. • É o movimento permanente da água, resultante dos fenômenos de: • evaporação, • transpiração das plantas, • precipitação, • infiltração, • escoamento superficial, • escoamento subterrâneo, etc., Tudo movido às custas da energia solar. Ciclo Hidrológico Ciclo Hidrológico Ciclo do Carbono Ciclo do Carbono Duas formas de carbono: •Orgânica → presente nos organismos vivos e mortos; • Inorgânica → presente nas rochas sedimentares e calcárias. • Ciclo Principal - Produtores, consumidores e decompositores participam dos processos de fotossíntese e respiração; • Ciclo Secundário, mais lento, decaimento de plantas e animais que foram incorporados por processos geológicos na crosta terrestre. • Combustíveis fósseis e calcário. Ciclo do Carbono Fotossíntese 6CO2 + 6H2O + energia (luz solar) → C6H12O6 + 6O2 Fixação do carbono em sua forma orgânica indica que a fotossíntese é a base da vida na Terra Ciclo do Carbono Ciclo do Carbono Ciclo do Nitrogênio •Ciclo gasoso como o Carbono; •Diferenças: a) a atmosfera é rica em nitrogênio (78%) e pobre em carbono (0,032%); b) Grupo seleto de organismos consegue utilizar o nitrogênio gasoso – Fixação biológica de N2 c) Envolvimento biológico no ciclo do N é muito mais extenso que ciclo do C. Ciclo do Nitrogênio Ciclo do Nitrogênio Ciclo do Fósforo Ciclo do Fósforo • Importante para os seres vivos; • Fazem parte do material hereditário (RNA e DNA), componentes de ossos e dentes, moléculas de ATP; • Mais simples do que os ciclos do C e N; • Não existem compostos gasosos de fósforo; • Não há passagem pela atmosfera; • Principal reservatório – Litosfera – rochas fosfatadas e alguns depósitos. Movimentação tectônica Intemperismos físicos e químicos PO4 3- ✓ Ciclo lento ✓ Passa da litosfera para hidrosfera por meio de erosão Ciclo do Fósforo Ciclo do Enxofre Ciclo do Enxofre •Principal forma de assimilação do enxofre para os produtores é como sulfato inorgânico: • Encontrado no solo em combinações de sais de sulfato, sulfetos e minério; • Nas proximidades de vulcões existem muitas unidades de exploração nestas regiões. SO4 2- Sulfatos SO4 Sulfeto de Hidrogênio H2S Oxidação Redução Plantas Animais Atmosfera Processo biológico envolvido compreende uma série de microrganismos com funções específicas de redução e oxidação Dióxido de enxofre SO2 Chuva Mineralização Ciclo do Enxofre Principais Componentes Estruturais de um Ecossistema
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