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Ciências do Ambiente Prof. MSc. Fábio Matias Honório Feliciano CICLOS BIOGEOQUÍMICOS BIO = seres vivos GEO = atmosfera, hidrosfera e litosfera QUÍMICOS = componentes químicos Estudo das trocas de materiais entre componentes vivos e não vivos da Biosfera (reciclagem de materiais do Ecossistema) • Os ciclos biogeoquímicos são essenciais para restabelecer o equilíbrio dos ecossistemas. PRODUTORES MATÉRIA CONSUMIDORES AMBIENTE DECOMPOSITORES MATÉRIA CICLO DO CARBONO É o elemento essencial para os seres vivos, pois faz parte de todas as moléculas orgâncias presente nos seres vivos. Absorção do Carbono: Fotossínte Quimiossíntese. Devolução do Carbono: Respiração celular Fermentação Combustão Decomposição Efeito Estufa http://www.planetaterra.org.br/educacao/aquecimento_global.htm CICLO DO NITROGENIO Essencial para a manutenção da vida; Proteinas, Ácidos Nucléicos, clorofila, ATP Na atmosfera: N2 (79% do ar) O N2 é convertido em formas mais complexas utilizáveis pelas plantas, algumas bactérias e algas azuis. Etapas do Ciclo do Nitrogênio • Fixação: • Fixação atmosférica ou não-biológica • Fixação biológica. • Nitrificação: • Nitrosação 2 NH4 + 3O2 2 NO2 + 2 H + + 2 H2O • Nitratação 2 NO2 + O2 2 NO3 Retorno do Nitrogênio à atmosfera • Decomposição • Desnitrificação • Adubo Orgânico Complementos do Ciclo do Nitrogênio • Absorção de Nitrogênio pelos vegetais • Nutrição Animal • Excreção Animal • Rotação de Cultura • Adubação Verde • Efeitos Nocivos das Queimadas http://www.sobiologia.com.br/figuras/Ar/ciclodonitrogenio.gif NODULOS NAS RAIZES (RADICICOLAS) – recebem proteçao e alimento e fornecem um suprimento de nitrogênio aproveitavel (NH3) CICLO DA ÁGUA • A vida não pode existir sem agua • Pode ser encontrada nos 3 estados fisicos: solido liquido gasoso • DISTRIBUIÇAO DE AGUA NO PLANETA: 97% --------- oceanos 3% ----------- agua doce / 2,6% geleiras 0,4% disponível para o homem CICLO DA AGUA PEQUENO CICLO DA AGUA - seres vivos não participam GRANDE CICLO DA AGUA - seres vivos participam Porque a água é tão importante? Alta capacidade de absorver e reter calor É fundamental no metabolismo dos seres vivos (dissolve compostos e reage para formar moléculas complexas) Alta tensão superficial:movimentação e retenção da água em pequenos poros Solidificação: molécula que se expande ao congelar Caso contrário: gelo afundaria e congelaria reservatórios de água líquida de baixo para cima, modificaria drasticamente os ecossistemas (células vivas se romperiam com a contração da água congelada). Importância da água Onde se localiza, qual a quantidade, e o tempo de residência nos reservatórios da Biosfera? Fonte: Botkin & Keller (2005) Reservatórios globais Como o ser humano afeta o Ciclo da Água? Usar a Análise Emergética: Diagramas Sistêmicos Impacto Humano: diferença entre estas 2 etapas Avaliação das atividades agrícolas 1 –antes das interferências humanas 2 –após sistemas humanos Impacto humano Impacto Humano: Principais Mudanças no Ciclo Global Impacto humano 1 - Aumento do Runoff (mudança de uso da terra) 2 – Diminuição da disponibilidade de água em rios e aquíferos devido ao consumo agrícola, industrial e doméstico 3 – Poluição da água de rios e aquíferos por efluentes agrícolas, industriais e domésticos 4 – Confinamento da água em represas e barragens 1 - Aumento do Runoff (escoamento superficial) Impacto humano Estradas rurais e florestais (Ferraz et al. 2007) Culturas agrícolas convencionais Compactação do solo (máquinas de grande porte) Perda da proteção da cobertura vegetal nativa Impacto humano nos SE Aumento no Escoamento superficial (Runoff) 2 – Uso não renovável de água em rios e aquíferos Impacto humano nos SE Aumento do consumo na Agricultura Irrigação de culturas agrícolas Perfuração de poços e uso execessivo da água subterrânea Impacto humano nos SE Um bife de 300 g Um pedaço queijo (500g) Um litro de leite Uma garrafa vinho Uso “não-renovável” da água Impacto humano nos SE 3 – Poluição da água de rios e aquíferos por efluentes agrícolas, industriais e domésticos Impacto humano nos SE Resíduos (fezes, urina) de humanos e de animais Uso de fertilizantes e agrotóxicos no campo Efluentes da agroindústria Poluição da água Impacto humano nos SE 4 – Confinamento da água Cerca de 50% da água que escoa em rios é interceptado Represas e barragens: agricultura, hidrelétricas, cidades Uso urbano Billings (São Paulo) Uso agrícola (Moçambique) Hidroeletricidade (Usina Itaipu) Impacto humano nos SE Capacidade de estocagem Fluxo interceptado Confinamento Global da água (MEA, 2005) Impacto humano nos SE Impacto humano nos SE Confinamento de água Ciclo do carbono Importância do carbono Porque o carbono é importante? Base de construção de moléculas orgânicas Vida: membranas, DNA, tecidos, etc. Estoque de energia: açúcares, lipídeos, proteínas, petróleo, carvão, gás, etc. etc. Regulação do clima: CO2 e CH4 Efeito estufa: importante para manutenção da temperatura, aquecimento da Biosfera Importância do carbono Forçamento radiativo (IPCC, 2007) Estoques de carbono (Gt) • Sedimentos Marinhos, Rochas Sedimentares • Solos e matéria orgânica • Água oceânica profunda • Sedimento superficial • Carvão, petróleo e gás natural •Atmosfera • C orgânico dissolvido • Vegetação terrestre Como o ser humano afeta o Ciclo do Carbono? Impacto humano Mudança de uso da terra Eliminação de estoques Consumo de fósseis Impacto Humano: Mudanças no Ciclo Global do carbono 1 – Mudança de uso da terra e decomposição da matéria orgânica do solo (emissão de CO2 e CH4) 2 – Consumo de combustíveis fósseis e decomposição de resíduos da economia humana (emissão de CO2 e CH4) Impacto humano Principal implicação: elevação da temperatura média global Impacto humano 1 – Mudança de uso da terra e perda da MO do solo. Eliminação do carbono da vegetação para implantação de pastagens, plantações e sistemas urbanos Foley et al. 2005, NASA LCLUC Program. Ocupação por pastagens/plantações Impacto humano Eliminação do estoque de carbono em ecossistemas terrestres 2 – Queima de carbono fóssil Liberação de estoques fósseis de carbono Fonte:www.sunkingsolarpv.com Impacto humano Fonte:www.danscartoons.com Consumo de combustíveis fósseis Impacto humano Ciclo do nitrogênio Importância do nitrogênio Aquecimento global: ênfase ao ciclo do carbono (CO2 e CH4) N: Macro-nutriente essencial para os seres vivos N2: 76% da composição da atmosfera Compostos de nitrogênio: fundamentais para a vida (aminoácidos, proteínas em geral: tecidos musculares, hormônios, DNA, etc.) Contaminação da água, eutrofização, chuva ácida, formação de ozônio na troposfera (fertilizantes humanos). N2O: óxido nitroso : gás de efeito estufa (molécula com 296 vezes P.A.G do CO2) Forçamento radiativo (IPCC, 2007) Importância do nitrogênio Estoques de nitrogênio Imagem: Botkin e Keller (1995); Fluxos: Reeburgh (1997) BIOMASSA TERRESTRE 3500 Tg N ATMOSFERA 4.000.000.0000 Tg N (N2) SOLO (M.O) 9500 Tg N BIOMASSA MARINHA 4700 Tg N SEDIMENTOS 400.000.000 Tg N Como o ser humano afeta o Ciclo do Nitrogênio? Queima de matéria-orgânica Fixação Industrial de nitrogênio (uso de fertilizantes) Impacto humano Impacto Humano: Mudanças no Ciclo do Nitrogênio 1 – Fertilização artificial 2 – Queima de biomassa e combustíveis fósseis Principal implicação: contaminação da água e do solo, elevação da temperatura média global Impacto humano 1 – Fixação industrial de nitrogênio • Fritz Haber: vencedor do premio Nobel de química em 1918. Síntese da amônia (NH3) a partir de hidrogênio (H2) e nitrogênio (N2). • Carl Bosch: vencedor do prêmio Nobel da química em 1931: escala industrial na síntese de amônia. • Uso alemão em explosivos da I e II Guerra Mundial Processo Haber-Bosch 3H2 + N2 2(NH3) Catalisadores, temperatura e pressão elevadas Impacto humano 30% 70% Humanos: adição de mais 175 Tg de N (duplicaram o Nitrogênio reativo!) Impacto humano Impacto humano • Contaminação da água (mudança de composição e pH, afetando os recifes em escala global); • Impacto no ciclo do carbono; • Chuva ácida (HNO3) 1 – Fixação industrial de nitrogênio Impacto humano 1 – Fixação industrial de nitrogênio Lixiviação N Runoff N • Contaminação da água subterrânea com nitratos • Eutrofização (proliferação de bactérias que consomem o oxigênio) – morte do ecossistema aquático 0,5 5 50 kg N.ha-1.ano-1 Fixação Industrial de nitrogênio Impacto humano 2 – Queima de biomassa e combustível fóssil • NO2 + h NO + O˙ onde h = radiação solar O˙ + O2 + M O3 + M onde M = ar • [COV’s/NOx ] maior [NOx ] maior [O3 ] onde COV´s: compostos orgânicos voláteis • Ozônio (O3) degrada a qualidade do ar em centros urbanos e pode prejudicar o crescimento de culturas agrícolas na zona rural. Emissão NOx (queima) • NOx: gases tóxicos ao ser humano • Formação de chuva ácida: NO2 + OH • → HNO3 • Formação de ozônio (O3) em baixas altitudes: Impacto humano Denitrificação (N2O) • Óxido nitroso: molécula de efeito estufa 296 VEZES mais potente que o CO2 • Terceiro gás em contribuição para o Efeito Estufa • Tempo de residência médio na atmosfera: 120 anos • Atinge as elevadas altitudes da Estratosfera (~50 km) • Contribui para a destruição da camada de ozônio 2 – Queima de biomassa e combustível fóssil Impacto humano Queima de nitrogênio em biomassa e combustíveis fósseis Impacto humano Impacto humano Ciências do Ambiente Prof. MSc. Fábio Matias Honório Feliciano PRINCIPAIS BIOMAS BRASILEIROS • Biomas são grandes estruturas ecológicas com fisionomias distintas encontradas nos diferentes continentes, caracterizados principalmente pelos fatores climáticos (temperatura e umidade) e formações vegetais relacionados à latitude. São eles: • Floresta Amazônica (Hiléia) • Floresta Pluvial Costeira (Floresta Atlântica) • Floresta de Araucárias • Cerrado • Pampa • Caatinga • Floresta de Cocais (Babaçuais) • Pantanal mato-grossensse • Manguezais FLORESTA DE COCAIS FLORESTA DE ARAUCARIA FLORESTA AMAZÔNICA •Localiza-se na região norte do Brasil •Precipitações pluviométricas superior a 1.800mm/ano •Floresta apresenta diversos estratos •O estrato mais alto localiza-se 30m e 40m acima do solo •Apresentam raízes tabulares responsáveis pela sustentação das plantas •Árvore mais conhecida da região é a seringueira •São abundantes também as epífitas (bromélias) Raizes tabulares Plantas Epífitas Concentram-se grandes comunidades indígenas • Região da bacia amazônica ostenta a maior variedade de aves, primatas, roedores, jacarés, sapos, insetos, lagartos e peixes de água doce de todo o planeta. • Por ali circulam 324 espécies de mamíferos, como a onça- pintada, a ariranha, a preguiça e o macacos. • Vivem cerca de 25% da população de primatas do globo e 70 das 334 espécies de papagaios existentes. • Com relação a peixe de água doce, concentra de 2500 a 3000 espécies diferentes. Só no Rio Negro podem ser encontradas 450 espécies enquanto que na Europa não se contam mais de 200. CERRADO • As árvores do cerrado são muitos peculiares, com troncos tortos, cobertos por uma cortiça grossa, e de folhas geralmente grandes e rígidas. Muitas plantas herbáceas têm órgãos subterrâneos para armazenar água e nutrientes. • Cortiça grossa e estruturas subterrâneas podem ser interpretadas como algumas das muitas adaptações desta vegetação às queimadas periódicas. • Acredita-se que, como em muitas savanas do mundo, os ecossistemas de cerrado vêm co-existindo com o fogo desde tempos remotos, inicialmente como incêndios naturais causados por relâmpagos ou atividades vulcânicas e, posteriormente, causados pelo homem. • Situa-se nos estados de Minas Gerais, Goiás, Tocantins, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul e no oeste de São Paulo e Paraná • Trata-se de um bioma do tipo savana, com vegetação arbórea esparsa formada por pequenas árvores e arbustos • O clima do cerrado é relativamente quente (26 ºC) e índice pluviométrico de 1600 ‘a 2000 mm/ano concentrados no verão. • Solo pobre em determinados minerais • Entre a diversidade de invertebrados, os mais notáveis são os térmitas (cupins) e as formigas cortadeiras (saúvas • Atualmente, a região contribui com mais de 70% da produção de carne bovina do País (Corrêa, 1989). • É também um importante centro de produção de grãos (soja, feijão, milho e arroz). • Como uma atividade secundária, grandes extensões de cerrado são ainda utilizadas na produção de polpa de celulose para a indústria de papel. CAATINGA • Considerado como o único bioma exclusivamente brasileiro, está localizado na faixa sub-equatorial, entre a floresta amazônica e a floresta atlântica, compreendendo quase 10% da área total do território brasileiro • Abrange os estados do Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Sergipe, Alagoas, Bahia, sul e leste do Piauí e norte de Minas Gerais. • Possui um clima semi-árido com temperaturas médias anuais entre 27ºC e 29ºC, e índices pluviométricos irregulares variando de 250 a 1000mm por ano, concentrando-se durante 3 a 5 meses. Na estação seca a temperatura do solo, que é raso, pedregoso e alcalino, pode chegar a 60ºC. VISÃO DA CAATINGA EM ÉPOCA DE ESTIAGEM VISÃO DA CAATINGA EM ÉPOCA DE CHUVA • A vegetação da caatinga é extremamente diversificada proporcionando a ocorrência de espécies adaptadas às condições do ambiente (solo e clima). • As espécies arbóreas e arbustivas apresentam folhas pequenas (caducifolia)ou modificadas em espinhos, outras, com raízes superficiais para absorver o máximo de águas pluviais. • Algumas das espécies nativas da caatinga são: barriguda, amburana, aroeira, umbu, baraúna, maniçoba, macambira, mandacarue juazeiro MANDACARU FLORESTAS DE COCAIS (BABAÇUAIS) • Localiza-se em certas áreas dos estados do Maranhão, Piauí e Rio Grande do Norte • Planta típica é o Babaçu (Orbignya martiana) • A floresta de babaçu é economicamente importante; das sementes da palmeira extrai-se o óleo, as folhas são utilizadas para a cobertura de casas e para a fabricação de utensílios domésticos PANTANAL MATO-GROSSENSE TUIUIÚ • Abriga uma das mais ricas reservas de vida selvagem do mundo • Em alguns locais mais elevados onde o solo não retém água a vegetação pode apresentar a vegetação típica de caatinga como cactus • Nas áreas que são inundadas durante as cheias anuais crescem gramíneas formando pastagens naturais FLORESTA ATLÂNTICA OU MATA ATLÂNTICA • Apresenta um alto índice pluviométrico chegando a valores entre 1800 a 3600mm por ano, devido a condensação da brisa oceânica carregada de vapor que é empurrada para as regiões continentais. • Nesse bioma a maioria dos rios é perene, possuindo rios de águas claras e rios de águas pretas. • Agricultores e pecuaristas foram atraídos para a região devido ao seu solo fértil e condições naturais favoráveis, o que ocasionou uma desordenada expansão, gerando um acelerado desgaste do solo e iniciando um processo de desertificação em algumas áreas desse bioma. • Estende-se do nordeste até o litoral catarinenese • É formada por plantas com raízes respiratórias. • Mais importantes (Rhizophora mangle e Avicennia tomentosa) • Desenvolve-se em solo lodoso e salgado FLORESTAS DE ARAUCÁRIA • Situa-se em certas regiões os estados do RS, SC, PR, SP • Índices pluviométricos em torno de 1400mm anuais Apresenta 3 estratos bem definidos: • Arbóreo: Pinheiro –do- paraná (Araucaria angustifolia) e Podocarpus Estrato Arbustivo: • Muito denso • Diversos tipos de arbustos e samabaias (Dicksonia) • Os “troncos” destas samambaias são formados por rizomas secos e compactados - o xaxim- Estrato Herbaceo • Vegetação rasteira, epífitas como orquídeas e bromélias PRINCIPAIS BIOMAS MUNDIAIS - RELACIONADOS COM O CLIMA, RELEVO, SOLO. - CONDIÇÕES DE TEMPERATURA, CHUVA E INCIDÊNCIA DE LUZ SOLAR NAS VÁRIAS REGIÕES FACILITAM OU IMPEDEM A EXISTÊNCIA DE QUALQUER TIPO DE VIDA. - VÁRIOS ECOSSISTEMAS NUM MESMO BIOMA. É O CASO DA FLORESTA AMAZÔNICA E DA MATA ATLÂNTICA QUE ESTÃO NO BIOMA DAS FLORESTAS TROPICAIS. TUNDRA - VEGETAÇÃO HERBÁCEA QUE SE DESENVOLVE NO DEGELO, QUANDO AS SEMENTES ENCONTRAM CONDIÇÕES. - CICLO VEGETATIVO RÁPIDO. - COMPOSIÇÃO BOTÂNICA EM FUNÇÃO DO SOLO E CLIMA - ESPÉCIES: MUSGOS, LIQUENS E PLANTAS RASTEIRAS - SOLO FICA CONGELADO A MAIOR PARTE DO ANO - TUNDRA ARBÓREA, ARBUSTIVA, HERBÁCEA E MUSCINAL. BIOMA MAIS FRIO DO PLANETA - PALAVRA TUNDRA TEM ORIGEM NO FINLANDÊS: TUNTUNA- PLANÍCIE SEM ÁRVORES. TUNDRA PERMAFROST Tundra Tundra Tundra Tundra MONTANHAS - OCORRE NAS CADEIAS MONTANHOSAS: ANDES, ROCHOSAS, ALPES, HIMALAIA E OUTROS. - VEGETAÇÃO EM PATAMARES. - VEGETAÇÃO QUE ALCANÇA 2500 A 3000 m É COMPOSTA DE PLANTAS ORÓFILAS. - O FATOR DO BIOMA É A ALTITUDE. - ECOSSISTEMA QUE EVIDENCIA BEM A ADAPTAÇÃO EM FUNÇÃO DO CLIMA E ALTITUDE. Montanhas Montanhas TAIGA ou FLORESTA BOREAL - OCORRE APENAS NO HEMISFÉRIO NORTE, LAT. 50o e 60o N. - FLORESTA HOMOGÊNEA FORMADA PÔR CONÍFERAS: ABETOS E PINHEIROS (ACICULIFOLIADAS) RESISTENTES E PERENES. - ESCANDINÁVIA E CANADÁ UTILIZAM COMO MATÉRIA-PRIMA NA INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE. TAIGA ou FLORESTA BOREAL TAIGA ou FLORESTA BOREAL TAIGA ou FLORESTA BOREAL TAIGA ou FLORESTA BOREAL TAIGA ou FLORESTA BOREAL FLORESTA TEMPERADA - TÍPICA DO CLIMA TEMPERADO E ESTAÇÕES BEM DEFINIDAS. - RECOBRIA ÁREAS QUE SÃO DENSAMENTE POVOADAS. - FLORESTA DECÍDUA (PERDE FOLHAS NO INVERNO). - NÃO SÃO HOMOGÊNEAS. HÁ ESPÉCIES PERENES COMO FLORES, TAPETES DE MUSGOS E COGUMELOS. - EM REGIÕES MAIS CHUVOSAS APARECEM ÁRVORES DE GRANDE PORTE. FLORESTA TEMPERADA FLORESTA TEMPERADA FLORESTA TEMPERADA FLORESTA TEMPERADA FLORESTA TEMPERADA • CADUCIFÓLIAS FLORESTA TEMPERADA FORMAÇÕES MEDITERRÂNEAS - TAMBÉM CONHECIDO COMO BOSQUES ESCLERÓFILOS. - VEGETAÇÃO CARACTERÍSTICA DAS MARGENS DO MEDITERRÂNEO. PORÉM APARECE EM OUTRAS PARTES DO MUNDO. - BIOMA MARCADO POR UMA ESTAÇÀO SECA E QUENTE. - FORMADO POR VEGETAÇÃO ARBUSTIVA OU BOSQUES DE ÁRVORES DE FOLHAS DURAS (ESCLERÓFILAS). FORMAÇÕES MEDITERRÂNEAS FORMAÇÕES MEDITERRÂNEAS FORMAÇÕES MEDITERRÂNEAS FORMAÇÕES MEDITERRÂNEAS ESTEPES - BIOMA SECO, FRIO E COM VEGETAÇÃO RASTEIRA. - APARECEM NO ECÓTONO ( ZONA DE TRANSIÇÃO) DESERTO- SAVANA. - NESSE DOMÍNIO OS VERÕES SÃO QUENTES E OS INVERNOS RIGOROSOS. - COM UM POUCO MAIS DE CHUVA A ESTEPE PODE SER CLASSIFICADA COMO PRADARIA. ESTEPES ESTEPES • Transição entre • deserto e . savana ESTEPES ESTEPES PRADARIAS - VEGETAÇÃO HERBÁCEA. - PRADARIA: AM. DO NORTE, PAMPAS: AM. DO SUL. - NO SUL RECEBEM MAIS CHUVA. - APRESENTAM-SE GERALMENTE EM RELEVO SUAVEMENTE INCLINADO. PRADARIAS PRADARIAS SAVANAS - TÍPICAS DE CLIMA TROPICAL. UMA ESTAÇÃO SECA E OUTRA CHUVOSA. - HÁ VÁRIOS TIPOS. AS MAIS CONHECIDAS SÃO AFRICANAS COM UMA ZOOGEOGRAFIA MUITO RICA: LEÕES, ZEBRAS, GIRAFAS, ELEFANTES, GAZELAS E OUTROS. - NA AM. SUL OCUPAM ÁREAS NA COLÔMBIA E VENEZUELA: LHANOS. - NO BRASIL APARECE COMO CERRADO EM GRANDE PARTE DO CENTRO-OESTE. COMPOSTA DE ARBUSTOS E GRAMÍNEAS - ENCONTRADO NA AUSTRÁLIA: DESTAQUE PARA EUCALIPTO - NA ÍNDIA DENOMINADO DE JUNGLE. SAVANAS SAVANAS SAVANAS SAVANAS FLORESTAS TROPICAIS - ÁREA DE OCORRÊNCIA DELIMITADA PELOS TRÓPICOS. - ELEVADA TEMPERATURA E GRANDE PLUVIOSIDADE. - SÃO HETEROGÊNEAS, PERENES, HIGRÓFILAS, LATIFOLIADAS. - MAIOR BIODIVERSIDADE ENTRE OS BIOMAS. - PRÓXIMA AO EQUADOR SÃO MAIS DENSAS E ESTRATIFICADAS. FLORESTAS TROPICAIS FLORESTAS TROPICAIS DESÉRTICA - ADAPTAM-SE À ESCASSEZ DE ÁGUA. ALGUNS CASOS DE XEROFILIA EXTREMA. - POSSUEM ESPINHOS PARA DIMINUIR A EVAPOTRANSPIRAÇÃO, CAULES COBERTOS COM CAMADA DE CERA PARA IMPEDIR A EVAPORAÇÃO E RAÍZES LONGAS PARA ABSORÇÃO DE UMIDADE. - VEGETAÇÃO DESÉRTICA É CHAMADA DE XEROMORFAS. DESÉRTICA DESÉRTICA DESÉRTICA Obrigado! Dúvidas e sugestões:fabiofeliciano.eng@hotmail.com
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