Cap. 3 Ecossistemas O que são e como funcionam Ciência Ambiental G. TYLER MILLER JR

Prévia do material em texto

-
, CENGAGE 
Lea rn i ng·-
em que (a) o conce1to de prova Científica é utili-
zado de forma mcorreta, (b) o termo " teoria" é 
utilizado em \ez do termo "hipótese", (c) uma 
descoberta cientifica consolidada - ou con-
senso - é reje1tada ou depreciada porque é 
"apenas uma teoria" e (d) um exemplo d e 
ciência consolidada rotulada como ciência 
descartável em decorrêneta de razões politicas. 
3. Utilize a bibhoteca ou a intemet para en-
contrar um exemplo de c1ênc1a descartável. Por 
que é uma ciência descartável? 
4. Como a le1 científica (por exemplo, a lei de 
conservação da matéria) difere das leis da socie-
dade (como os limites de velocidade máxima 
para veículos)? É possível infringi-las? 
5. Uma árvore cresce e aumenta a massa. Expli-
que por que esse fenómeno n5o é uma violação 
da le1 de conservação da matéria. 
6. Se n.lo exiSte "fora" em ''jogar fora", por que 
o mundo t.'Stá repleto de matéria residual? 
36 Ciência Amblenlal 
7. Alguém dt>SCI•' mvestir dinheiro em motores 
automnbiliM1co~ que produzam mais energia do 
que a encrg1a do combustível {como gasolina ou 
eletncidadc) uhhzada para acionar o motor. 
Qual é a sua opinião? Explique. 
8. Utilize a Sl.'gUnda lei da te rmodinâmica para 
explicar por que um baml de petróleo pode ser 
utilizado ape~ uma ,-ez como combustível. 
9. a. Imagine que você tenha o poder de abo-
lir a lei de conseT\·ação da matéria por 
apenas um d1a. Quais são as três coisas 
m•u~ importantes que você faria com 
esse poder? 
b. Imagine que você tenha o poder de violar 
"primeira lei da tcnnodinâmica por apenas 
um dia. Quais s.1o as trt'\s coisas mais inlpor-
tantcs que você faria com esse poder? 
c. Imagine que você tenha o poder de violar 
a !><'gunda lei du termodinâmica por apenas 
um dia. Quais s.lo as três coisas mais inlpor-
tantcs que você faria com esse poder? 
Ecossistemas: 
O Que São e 
Como Funcionam? 
ESTUDO DE CASO 
Você Já Agradeceu aos Insetos 
Hoje? 
Os insetos têm má reputação. Classificamos 
muitas espécies de irlSetos como pesles, pois e les 
competem conosco por alimento, disseminam 
doenças, como a malária, e ainda invadem nos-
sas gramas, jardins e casas. Algumas pessoas 
têm "insectofobia" - pavor de insetos- e, para 
elas, inseto bom é irlSeto morto. Essa visão não 
reconhece o papel vital que os irlSetos exercem 
ao arudar a sustentar a vida na Terra. 
Muitas das espécies de plantas do planeta 
(inclusive as árvores) dependem dos insetos para 
polmizar as flores. Sem os insetos polinizadores. 
teríamos pouquíssimas frutas, vegetais e legu-
mes disponíveis. 
Os insetos que comem outros insetOl> -
como o louva-a-deus - ajudam a controlar as 
populações de pelo menos metade das espécies 
de insetos que chamamos de pestes. Esse 
serviço gratuito de controle de pestes é uma 
parte tmportante do capital natural da Terra. 
Os insctos existem há pelo menos 400 mi-
lhões de anos e são formas de vida bem-suet.>d idas. 
Alguns se reproduzem a uma taxa cspctacular. 
Por exemplo, u ma única mosca domés tica e sua 
prole podem, teoricamente, produzir cerca de 
5,6 triU1ões de moscas em apenas um ano. 
Os insetos são capazes de desenvolver com 
rap1de7 novas características genéticas, como a 
resistência a pesticidas. Eles também têm uma exce-
lente capacidade de evoluir para outras espécies 
ao enfrentarem novas condições ambientais e 
também são bastante resistentes à extinção. 
A lição ambiental é: apesar de os insetos ~ 
derem prosperar sem a p resença de novos seres, 
como os humanos, nós e a maioria dos outros 
organismos pereceríamos sem eles. 
Aprender sobre o papel dos irlSetos na 
natureza requer a compreensão de como eles e 
outros organismos na comunidade biológica, 
como uma floresta ou lagoa, interagem uru com 
os outros e com o ambiente não-vivo. Ecologia é 
I 
a ctência que estuda tais relacionamentos c intc-
rações na natureza. 
1\ jtttfl (tiU .r,fa tfc• mlllc'TI.I l'il'il cf:t Ji."rm t' "ll"-/t'tJ/,Id,l f,ll 
lml'\4h eh lo~ rc!:lli:ndv' pdt~ drment(...._ •!fiiHIIu,.. 
Este capitulo descreve os principais componentes 
dos ecossistemas e os processos que os susten-
tam. Serão discutidas as seguintes questões: 
• O que é ecologia? 
Quais processos básicos mantêm vivos os 
ser<.'S humanos e outros organismos? 
• Quais s..~o os principais componentes de um 
ecossiStema? 
• O que acontece com a energia em um 
ecossis tema? 
• O que são solos e como são formados? 
• O que acontece com a matéria em um 
ecossistema? 
• Como os cientistas estudam os ecossistemas? 
IDf!iiAS PRINCIPAIS 
• A vida na Terra ê mantida pelo ftuxo de energia 
proveniente do Sol pelo cido da rnall!t1a ou nutnenres 
essencíiiiS na biosfera e pela gr.Mdade. que evira que 
as~ na illmOSfer.l =apem para o espaço. 
• Alguns organismos prOduZem ahmenro: outros 
o consomem. 
• A lllodNersodade encontrada nos genes. nas 
espéoes. nos ecOSSIStemaS e nos processos do 
ecossmema é Lm recur-so renovável vital. 
• O SOlo fornece a maioria dos I1Ubíentes necessá-
nos para o aescmento da planla. i1JUc1a a pooticar a 
água e iiiTTiiiZeTiil o carbOnO que a.ocilia no ooncrole 
dos nlveis de dióxido de carbono na atmosfera 
• As a!Nidades humanas estAo a lterando os 
nuxos de energia e o ciclo doS principats nutrtentcs 
no ecossistema. 
--~-
3.1 A NATUREZA DA ECOLOGIA 
O Que É Ecologia? 
Ewlu~ia t! o estudo da.> conexõt., na naturez.1. 
Ecologia (do grego oikos, "casa" ou "lugar para 
morar", e logos, "estudo de") é o estudo de como 
os organismos interagem uns com os outros e 
com seu ambiente não-vivo. Mais efetivamente, 
a ecologia examina as conexões rUI natureza - a 
casa para a vida na Terra. Os ecologistas ooncen-
tram-se em tentar entender as interações entre 
organismos, populações, comunidades, ecossis-
temas e biosfera (Figura 2.2). 
Um organismo é qualquer forma de vida. 
A célula é a unidade básica de vida nos orga-
nismos. Tais organismos podem conter apenas 
uma célula (a bactéria, por exemplo) ou muitas. 
Olhe no espelho. Você verá o resultado - cerca 
de 10 trilhões de céluJas divididas em aproxinla-
damente 200 tipos diferentes. 
Os orgarúsmos classificam-se em espécies, 
grupos de organismos que se assemelham uns 
aos outros no que diz respeito à aparência, ao 
oomport:amento, à química e à oomposição gené-
tica. Os organismos que se reproduzem sexual-
mente, pela combinação de células de ambos os 
pais, são classificados como membros da mesma 
espécie se, de seu cruzamento, sob condições 
normais, resultar indivíduos vivos e férteis. Os 
cientistas utilizam um sistema especial para 
classificar e denominar as espécies (consultar o 
Suplemento Científico 3, no final deste livro). 
Quantas espécies existem na Terra? Não 
sabemos. As estimativas variam de 3,6 milhões 
a 100 milhões - a maioria microrganismos pe-
quenos demais para serem vistos a olho nu. 
Supõe-se que compartilhamos o planeta oom mais 
10 milhões a 14 milhões de espécies. Até o mo-
mento, os biólogos já identificaram e denomina-
ram cerca de 1 ,4 milhão de espécies, na maioria, 
insetos (Figura 3.1). 
Foco na Ciência: Quais Espécies 
Dominam o Mundo? 
Uma quantidade imensa de minúsculos micró-
bios, como bact~rias, protozoários, fungos e le,·e-
duras ajudam a nos manter vivos. 
Existem trilhões de les e estão em toda a parte. 
Bilhões são encontrados dentro do seu corpo, 
sob o seu corpo, em uma mão de terra e em um 
copo de água de rio. 
38 Ciência Ambiental 
Tais dominadores da Terra, em sua maio-
ria invisíveis, são micróbios, um termo genérico 
para milhares de espécies de bactérias, proto-
zoários, fungos e leveduras- dos quais a maior 
parte é pequena demais para ser vista a olho nu. 
Os micróbios não recebem o respeito que 
merecem. Muitos de nós os vemos como uma 
ameaça a nossa saúde, na forma de bactérias 
ou "germes" infecciosos,fungos que causam 
pé-de-atleta e outras doenças de pele, e proto-
zoários que provocam doenças, como a malá-
ria. A verdade é que esses micróbios nocivos 
são minoria. 
Você está vivo graças a milhões de micró-
bios que trabalham quase sempre sem serem 
vistos. Os micróbios convertem o gás nitrogênio 
presente na atmosfera em formas que as plantas 
podem absorver do solo, como nutrientes. Eles 
também ajudam a produzir alimentos, como 
pães, queijo, iogurte, vinagre, tofu, shoyu, 
cerveja e vinho. As bactérias e fungos no solo 
decompõem os resíduos orgânicos em nutrientes 
que podem ser absorvidos pelas plantas ingeridas 
por nós e pela maioria dos outros animais. Sem 
essas minúsculas criaturas, estaríamos afun-
dados em resíduos até o pescoço. 
Os micróbios, especialmente as bactérias, ao 
decompor os resíduos, auxiliam na purificação da 
água que bebemos. Já as bactérias, no trato intes-
tinal, decompõem o alimento que ingerimos. 
Alguns micróbios no seu nariz impedem 
que bactérias nocivas alcancem os pulmões. 
Outros são fonte de antibióticos que combatem 
doenças, entre eles penicilina, eritromicina e 
estreptomicina. Engenheiros genéticos estão 
desenvolvendo micróbios capazes de extrair me-
tais de minérios, decompor diversos poluentes e 
ajudar a limpar locais com resíduos tóxicos. 
Alguns micróbios auxiliam no controle de 
doenças que afetam plantas e populações de es-
pécies de insetos que atacam nossas safras de 
alimentos. Confiar mais nesses micróbios para 
controlar pestes pode reduzir o uso de pesti-
cidas químicos nocivos. 
Populações, Comunidades e 
Ecossistemas 
Populaç&.>s de diferentes espt.'Cle!> v1vendo e 
interagindo em uma área formam uma comu-
nidade; por sua vez, uma comunidade intera-
gindo com seu meio físico de matéria e energi~ 
forma um ecos~i:>tema. 
Protistas 
57 700 
Figura 3.1 Capital natural: subdivisão de 1.4 milhão de espécies conhecidas. 
Uma população é um grupo de indivíduos da mes-
ma espécie que interage e ocupa uma área 
especifica (Figura 3.2). Exemplos incluem o peixe-
lua em uma lagoa, árvores de carvalho-branco 
na floresta e pessoas em um país. Na maioria 
das populações naturais, a composição gené-
tica dos indivíduos varia ligeiramente, motivo 
pelo qual a aparência física e o modo de agir 
são diferentes. Essa variação é denominada diver-
sidade genética de uma população (Figura 3.3). 
O local onde vive uma população (ou 
qualquer organismo individual) é o seu habitat, 
que pode ser grande como um oceano ou 
pequeno como o intestino de um cupim. 
Uma comunidade, ou comunidade bioló-
g ica, é formada por todas as populações de 
diferentes espécies de plantas, animais e micror-
ganismos vivendo e interagindo em uma área. 
Um ecossistema é o conjunto de uma co-
murúdade de diferentes espécies interagindo 
umas com as outras e com seu meio físico de 
matéria e energia. Os ecossistemas podem variar 
de tamanho, de uma poça d 'água a um riamo, de 
um trecho d e uma mata a uma floresta inteira 
ou um deserto. Os ecossistemas podem ser 
Figura 3.2 Capital natural: população de borboletas· 
monarca. A distribuição geográfica dessa borboleta 
coincide com a das asclépias, das quais as larvas e 
lagartas da borboleta se alimentam. 
CAPÍTULO 3 EcosslStemas: O Que São e Como Funcionam? 39 
suficiente para filtrar a nociva 
radiação ultravioleta do Sol. Tal fa to 
permite que exista vida na porção ter-
restre e nas camadas superficiais de 
corpos de água. 
A hidrosfera é formada pela 
água da Terra. Encontra-se na forma 
de água líquida (na superfície e 
subsolo do p laneta), gelo (gelo polar, 
icebergs e gelo nas camadas de solo 
congeladas, chamadas de permafrost) 
e vapor de água na atmosfera. A Terra é 
constituída de um núcleo muito quen-
te e um manto formado principal-
mente de rocha e de urna fina crosta. 
A litosfera consiste na crosta e no 
manto superior terrestres. 
Figura 3.3 Capital natural: a diversidade genética entre os 
indivíduos de uma espécie de caracol do Caribe reflete-se nas 
várias cores de suas conchas e na disposição das listras. 
Todas as partes da biosfera estão 
interligadas, assim como as partes do 
seu corpo. Qualquer alteração nos 
componentes ou processos da bios-
fera pode ter um efeito em cadeia 
em outras partes. Se a Terra fosse 
naturais ou artificiais (criados pelo homem). 
Exemplos de ecossistemas artificiais incluem 
p lantações, lagoas artificiais e reservatórios. O 
conjunto de todos os ecossistemas terrestres 
forma a b iosfera. 
3.2 OS SISTEMAS DE 
SUPORTE DE VIDA DA 
TERRA 
Os Sistemas de Suporte de 
Vida da Terra: Quatro Esferas 
A Terr.1 e cons tituída de camadas 
L>Sférk.b interligadas que contêm ar. 
aguu, ><>lo, mincrai5 e vida. 
Podemos pensar na Terra como for-
mada por várias camadas esféricas 
(Figura 3.4). A atmosfera é um fino en-
velope ou membrana de ar ao redor do 
planeta. Sua camada interna, a tropos-
fera, se estende por apenas cerca de 
17 quilômetros acima do nivel do mar. 
Ela contém a maior parte do ar do pla-
neta, principalmente nitrogênio (78%) 
e oxigênio (21%). 
Veqera<;ao 
e an•ma•s 
Solo 
Rocha 
uma maçã, a biosfera não seria mais espessa que 
a casca. O objetivo da ecologia é compreender as 
interações nessa fina casca ou membrana global que 
mantém a vida na Terra e é composta de ar, água, solo 
e organismos. 
Crosta 
I Hi~era 
(água) 
U tosfera 
{crosta. superfioe do manto supeuor) 
\. 
Crosta 
\ (solo e rocha) 
' Biosfera 
(organtsmos 
\ VlVOS e mortos) 
Atmosfera 
(ar) 
A camada seguinte, de 17 a 48 
qullômetros de extensão acima do 
nível do mar, é a estratosfera. Sua 
porção inferior contém ozônio (03) Figura 3.4 Capital natura l: estrutura geral da Terra. 
40 Ciência Ambiental 
Figura 3.5 Capita l natural: a vida na Terra depende do fluxo unidirecional de energia 
(setas onduladas) proveniente do Sol e que passa pela biosfera, dos ciclos dos elementos cruciais 
(Hnhas sólidas ao redor dos círculos ovais). e da gravidade, que impede que os gases atmosfé. 
ricos escapem para o espaço e permite que os elementos químicos peroonam os ciclos das maté-
rias. Este modelo simplifiCado exibe apenas alguns dos vários elementos que apresentam ciclos. 
O Que Sustenta a Vida na Terra? 
A energia solar, o ciclo da matéria e a gravidade 
susten tam a vida na Terra. 
A vida na Terra depende de três fatores inter-
ligados (Figura 3.5): 
• O fluxo unidirecional de energw de alta qualidade 
proveniente do Sol passa pelos materiais e seres 
vivos em suas interações alimentares, vai para o 
meio ambiente em forma de energia de baixa 
qualidade (principalmente calor disperso nas 
moléculas de ar ou água em baixa temperatura) 
e, possivelmente, volta ao espaço em forma de 
calor. Projetes de ida e volta não são permitidos, 
pois a energia não pode ser reciclada. 
• O ciclo da matéria (átomos, íons ou componen-
tes necessários para a sobrevivência dos organismos 
vivos) através de partes da biosfera. Urna vez que 
a Terra está fechada para a entrada d e quanti-
dade significativa de matéria vinda do espaço, 
sua quantia fixa de s u primento de nutrientes 
deve ser continuamente reciclada para susten-
tar a vida. Todos os trajetos de nutrientes nos 
ecossistemas são d e ida e volta. 
• A gravidade, que permite que a Terra retenha 
sua atmosfera e possibilita o movimento dos 
elementos qtútnicos entre o ar, a água, o solo e 
os organismos nos ciclos da matéria. 
O Que Acontece com a Energia Solar 
Que Chega à Terra? 
A t'ncrg•a solar que percorre a biosfera aquece a 
atmosfera. evapora e reciclil a água, gera o 
vento e sustenta o crescimento das planta~. 
CAPITULO 3 Ecossistemas: O Que São e Como Funcionam? 41 
Aproximadamente a bilionésima parte da energia 
emitida pelo Sol atinge a Terra - uma minúscula 
esfera na vastidãod o universo - na forma de 
ondas eletromagnéticas, em sua maioria, luz visí-
vel (Figura 2.8). A maior parte dessa energia é 
renelida de volta ou absorvida pelos elementos 
quimicos na atmosfera do planeta (Figura 3.6). 
Grande parte da radiação solar que con-
segue atravessar a atmosfera é degradada em 
radiação infravermelha cujas ondas têm compri-
mentos maior. 
Essa radiação infravermelha encontra os 
chamados gases de efeito estufa (como vapor de 
.ígua, dióx.ido de carbono, metano, óxido nitroso 
e ozônio) na troposfera. À medida que essa 
radiação interage com as moléculas gasosas, 
aumenta a energia cinética desses gases, auxi-
liando no aquecimento da troposfera e da super-
fície terrestre. Sem esse efei to estu fa natural, 
a Terra seria muito fria para que a ,·ida, como a 
conhecemos, existisse. 
Por Que a Terra Favorece Tanto a Vida? 
j"\ \ <lri~lÇiH' de ten1p<·ratur~1 d~ Terra. ~lt..l d1~tln 
(itl e1n reli\çào oll\ 5<_,1 ..: ..:;eu ll'IOl<lnho re .... ultrllll 
L'rtl ClHldiçóc..., 1(1\'orjvl'i' pilrt1 1 exi.,h .. 'nclt~ d&l 
\ ld.1 Llln\n J (lllli'll·C~Ino~. 
A vida no nosso p laneta depende da água 
üquida que domina a superfície terrestre. A 
Oéncoa Amblenlal 
Figura 3.6 Capital solar: fluxo 
de energia para a Terra e prove· 
niente dela. 
temperatura é wn fator crucial, pois a maior 
parte da vida na Terra necessita de tempe-
raturas médias entre os pontos de fusão e 
ebulição da água. 
A órbita terrestre está a uma distância 
ideal do Sol para proporcionar tais condições. 
$(' o planeta estivesse muito mais perto do Sol, 
seria quente demais- como Vênus - para que o 
vapor de água se condensasse e formasse a 
chuva.$(' estivesse muito mais distante, a super-
fície terrestre seria tão fria- como Marte- que a 
água só existiria em forma de gelo. A Terra tam-
bém gira; caso contrário, o lado voltado para o 
Sol seria demasiadamente quente, e o outro lado, 
frio demais para permitir a vida aquática. 
A Terra também tem o tamanho certo: ela 
contém massa gravitadonal suficiente para man-
ter seu núcleo de ferro e níquel liquefeito e para 
impedir que suas moléculas de gases leves (como 
N2, 0 2, C02 e H20) presentes na atmosfera esca-
pem para o espaço. 
Em urna escala temporal de núlhões de anos, 
a Terra tem sido extremamente resiliente e 
adaptável. No decorrer dos 3,7 bilhões de anos 
desde o surgimento da vida, a temperatura 
média da superfície terrestre permaneceu 
dentro da estreita faixa de IO"C a 20"C (de SO"F 
a 68"F), mesmo com o aumento de 30% a 40% 
na emissão de energia solar. Em suma, esse 
planeta formidável que chamamos de casa é 
apropr iado para a vida. 
3.3 COMPONENTES DO 
ECOSSISTEMA 
Biomas e Zonas de Vida Aquática 
,.\ , ·idil t:''i ~tL' l'fn ~l...;tenl.h terre ... trt:':-- dt•nonlt· 
nctdtls bit.Hn 1.~ t..~ t·rn /on.b dt..• 'u.i 1 ~llttt,lti\.'it ncb 
água~ thxt.•.., e n0' < ,n·~1no~. 
Vista no espaço sideral, a Terra assemelha-se a 
um enonne quebra-<:abeça composto de grandes 
massas de terra e vastas extensões de oceano. 
O biólogos classificaram a porção terrestre 
da biosfera em biomas. Cada uma dessas vastas 
regiões -tais como norestas, desertos e pastos-
é caracterizada por um clima singular e espé-
cies especificas (prindpalmente a vegetação) 
adaptadas a ela. A Figura 3.7 traz os principais 
e diferentes biomas ao longo do paralelo 39, que 
compreende os Estados Unidos. 
Os cientistas dividem as partes aquosas 
da biosfera em zonas de vida aquática, cada 
uma contendo inúmeros sistemas. Exemplos 
incluem zonns de vidn em tígua doce (como lagos e 
RosMga e Floresta de con1feras Deserto 
chaparra1 costeiro 
riachos) e zonas de vida oceânica ou marinha 
(como os 1"(..-'Cifes de corais, os estuários costeiros 
e o oceano profundo). 
Componentes Vivos e Não-Vivos dos 
Ecossistemas 
Os l'<"l'"-''í~tem;Js ~'''' iormadns de componente~ 
n,iO-\"Í\C>> (abtLÍtt<:o~) c vivos (btóticos). 
Dois tipos de componentes formam a biosfera e 
seus ecossistemas: componentes abióticos ou 
não-vivos, como a água, o ar, os nutrientes e a 
energia solar, e os componentes biológicos 
bióticos ou vivos, como as plantas, os animais e 
os micróbios. 
As Figuras 3.8 e 3.9 mostram diagramas 
bastante simplificados de alguns componentes bió-
ticos e abióticos em um ecossistema aquático de 
água doce e em um ecossistema terrestre. Obser-
ve atentan1ente esses componentes e como eles 
estão conectados uns aos outros por meio dos hábi-
tos de consumo dos organismos. 
Méd1a de prec•Pitação anual 
-1()().125cm 
-75-IOOcm 
-50-7Scm 
25-50 cm 
Floresta de coníferas Campo e pradaria Flofesta decidua 
Figura 3 .7 Capital natural: principais biomas encontrados ao longo do paralelo 39 que cruza os Estados Unidos. 
As diferenças refletem alterações no clima, especialmente diferenças na média anual de precipitação e temperatura. 
CAPÍTULO 3 Ecossoslemas O Oue São e Como Funcoonam? 43 
Figura 3.8 Capital natural: pnnclpais componentes de um ecosststema de água doce. 
..,, I,J ( 
~ ""-:. ~ Sol -
-~DióxidO de carbono (C02) 
• 
Figura 3.9 Capital natural: pnncipats componentes de um ecossistema em um campo. 
44 Crênda Ambiental 
Untte tnfOtiOf 
de tolerancra 
I 
I 
I 
I 
I 
I 
I 
l.Jmltesupeoor 
de !Dief4nc:>a 
l'l:lucos Auséncra de 
orgMISITlOS 01gansmoo 
I 
I~ I 
I 
~~-~~~~~~~~~~~~~A 
I 
I 
I 
I 
I 
Zona de Zona de delictêncra 
rntolerêneta fiSIOIOgrca 
Zona de deftCiêncta Zona de 
hsológ~ea intotorAnc1a 
Temperatura 
Figura 3 .1 O Faixa de toteráncia de uma população de organismos, como petxes, para um fator ambiental abtó-
tico - neste caso. a temperatura. 
Espécies diferentes crescem sob condições 
físicas dis tintas. Algumas necessitam da luz do 
Sol; outras nascem à sombra. Algumas precisam 
de um ambiente quente; outras preferem o frio. 
Algumas se saem melhor sob condições úmi-
das; outras prosperam em condições secas. 
Cada população em um ecossistema tem 
uma faixa de tolerância a variações em seu 
ambiente físico e químico, como mostra a Figu-
ra 3.10. Os indivíduos dentro de uma mesma 
população podem apresentar faixas de tolerân-
cia ligeiramente d iferentes em relação à tempe-
ratura ou a outros fatores em razão de pequenas 
diferenças na composição genética, condição de 
saúde ou idade. Por exemplo, uma população 
de trutas pode viver melhor entre uma estreita 
faixa de temperaturas (nfvel ou faixa ideal), mas 
poucos indivíduos conseguem sobreviver acima ou 
abaixo dessa faixa. Obviamente, se a água fica 
muito quente ou muito fria, nenhuma das trutas 
consegue sobreviver. 
Tais observações estão resumidas na lei de 
tolerância: o que determina a existência, abun-
dância e distribuição de uma espécie no ecossistema 
é o fato de os nfveis de um ou mais fatores flsicos 
0 11 químicos estarem situados na farxa tolerada 
por aquela espécre. Uma espécie pode apresentar 
alta capacidade de tolerância para alguns fa-
tores e baixa capacidade para outros. A maio-
ria d os organismos é menos tol~rant~ durante a 
juventude ou na fase de reprodução. Espécies 
altamen te tolerantes podem viver em uma 
variedade de habitats de condições bastante 
distintas. 
Fatores que Limitam o Crescimento 
da População 
Disponibtlidadt• dL• nMtéri,l e rL"':ursos cnl'rgé-
tiCLb podem limttar o númt'H' de \11');rlnbmos 
L'tn um.1 pnpul.-..;ao. 
Diversos•fatores podem afetar o número de 
organ ismos em uma população. Por vezes, um 
fator, conhecido como fator limitante, tem mais 
importância que outros para o crescimento da 
população. Tal princípio ecológico, relacionado 
à lei de tolerância, denomina-se princípio dos 
fatores limitantes: o excesso ou a falta de umfator 
nbiótico pode limitar ou impedir o crescimento de uma 
população, ainda qui! todos os outros fatores estejam 
na faixa de tolerância ideal ou próximosa ela. 
Na terra, a precipitação é geralmente o fator 
limitante. A falta de água no deserto limita o 
crescimen to das plantas. Os nutrientes no solo 
CAPITULO 3 EcoSSJslemas· O Que São e Como Funcionam? 45 
também podem aluar como fator limitante da terra. 
Suponhamos que um fazendeiro p lante milho 
em um solo pobre em fósforo. Mesmo que os ní-
veis de água, nitrogênio, potássio e outros nutrien-
tes sejam ideais, o milho deixará de crescer depois 
de consumir o fósforo disponível. 
Da mesma forma, o excesso de um fa tor 
abiótico pode ser limitante. Por exemplo, o volu-
me excessivo de água ou fertilizante pode matar 
a planta - erro bastante comum cometido por 
muitos jardine iros iniciantes. 
Importantes fatores limitantes de zonas 
de vida aquática incluem a temperatura, a luz 
solar, a disponib ilidade de nutrientes e o con-
teúdo de oxigên io d issolvido (00) - a quanti-
dade de gás ox.igênio dissolvido em determinado 
volume de água a tm1a temperatura e pressão espe-
cificas. Outro fator limitante nas zonas de vida 
aquática é a salinjdade- as quantidades de diver-
sos minerais ou sais inorgânicos dissolvidos em 
determinado vol ume de água. 
Consum•dotes de detritos 
Progressão do tempo c====:> 
Componentes Biológicos dos 
Ecossistemas: Produtores, 
Consumidores e Decompositores 
..-\lgun" orgilni~n1lh llt'' t!~t..':-....,hlL'n1~h produ/etn 
\,tlin1ento, ao pctS"'<.l que t\ttlro.,. o (Pil'-.~'lnlt'fl\ 
Os organismos da Terra produzem ou consomem 
aHmentos. Os produtores, por vezes chamados 
de autótro fos (alimentam-se por s i mesmos), 
fabricam seu p róprio alimento utilizando com-
postos obtidos d e seu meio. 
Na terra, as p lantas verdes são a maioria 
dos produtores. Em w nas de \'ida de água d oce 
e marinha, as algas e as plantas são os principais 
produtores p róxjmos às costas. Em mar aberto, 
os produtores dominantes são osfttoplânctons-
organismos microscópicos que flutuam ou 
vagam na água. 
A maior parte dos produtores captura a 
luz solar para formar compostos complexos 
(como a glicose, C6H 120 6) por meio da fotossín-
tese. Apesar da ocorrência de centenas de reações 
-~- - DecomooMores 
Figura 3.11 Capital natural: alguns detritfvoros. chamados de consumidores de detritos, consomem fragmentos 
desse tronco. Outros detritívoros, denominados decompositores (em sua maioria, fungos e bactérias), digerem 
compostos químicos complexos nos fragmentos da madeira, convertendo-os em nutrientes inorgânicos mais 
Simples. que podem ser outra vez absorvidos pelos produtores. 
46 Ciência Ambiental 
q uímicas durante ,, fotossíntese, a reação geral 
pode ~r rt"sumida da seguinte maneira: 
diõxJdo de carbono .. agua + 3 !1nf':tT1 S..)l3r -+ gticose + OXJgênlo 
6 002 + 6 ~O+ ·-·~e-9ld ~r -+ C6H110 0 + 6 0 2 
(Ver o Su plemento Científico 2, no final deste 
livro, para obter informações sobre como 
balancear equações químicas como essa.) 
Pelo processo da quimiossintese, principal-
mente as bactérias especializadas são capazes 
de converter, sem a luz solar, s imples compos-
tos de seu meio em compostos d e nutrientes 
mais complexos. 
Todos os demais organismos no ecossistema 
são consumidores, ou heterótrofos ("aHmentam-se 
de outros"), que obtêm energia e nutrientes ali-
mentando-se de outros organismos ou de res-
tos orgànicos. Os decompositores (na mruoria, 
alguns tipos de bactérias e fungos) são consu-
midores especializados que reciclam matéria 
orgânica nos ecossistemas. Eles decompõem 
(biodegradam) material orgânico morto ou detri-
tos ("fragmentos") para obter nutrientes. Essa 
atividade Hbera compostos inorgãrucos mais sim-
ples no solo e na água, onde os produtores podem 
absorver os nutrientes. 
Os onívoros exercem uma dupla função: 
alimentam-se de plantas e animais. São exem-
plos porcos, ratos, raposas, ursos, baratas e seres 
humanos, entre outros. Você foi herbívoro, car-
nívoro ou onívoro no almoço de hoje? 
Os detritívoros são os consumjdores de detri-
tos e os decompositores que se aHmentam de restos 
orgãrucos. MiU1ões desses comedores e degrada-
dores de resíduos podem transformar em pó um 
tronco de árvore caído no chão e, depois, em 
simples moléculas inorgânicas que as plantas 
absorvem como nutrientes (Figura 3.11). Nos ecos-
sistemas naturais, existe pouco ou 11enhum desperdício. 
Os res.íduos de um organismo servem de alimento 
para outros, pois os nutrientes que tornam a 
vida possível são reciclados de fo rma continua. 
Produtores, consumidores e decompositores 
utilizam a energia química armazenada na glicose 
e em outros compostos orgânicos para manter 
seus processos vitais. Na maioria das células, 
essa energia é liberada pela respiração aeróbica, 
que utiliza o oxigênio para converter nutrientes 
orgânicos novamente em dióxido de carbono e 
água. Podemos representar esse p rocesso com· 
plexo por meio da seguinte reação: 
gltcose + oxtgêoto ~ dio•tdo de carbono + água • energ•a 
CeH120 6 + 6 0 2 ~ 6 C02 + 6 H20 + anerg•a 
Apesar de suas etapas diferirem, a reação química 
da respiração aeróbica é o oposto da que ocorre 
na fotossíntese. 
A sobrevivência de qualquer o rganismo 
depend e do fluxo da matéria e energia que per-
corre seu corpo. 
Da mesma maneira, um ecossistema sobre-
vive principalmente da combinação entre recicla-
gem da matéria (em vez de fluxo unidirecional) e 
fluxo de energia unidirecional (Figura 3.12). 
Os decompositores concluem o ciclo da 
matéria decorrpondo os detritos em nutrien-
tes inorgânicos, que podem ser absorvidos 
pelos produtores. Esses organismos que con-
somem resíduos e reciclam nutrientes nos pres-
tam um serviço ecológico crucial e nunca nos 
cobram por isso. Sem os d ecompositores, nosso 
planeta estaria submerso em restos de plan-
tas, carcaças d e animais, resíduos de animais e 
lixo, e grande parte da vida como a conhe-
cemos não existiria. 
Biodiversidade: Um Recurso Crucial 
A baKilvcr..,idadc da Tc•rr~t (· um rL•...;urso n•no-
v,n·d 'tt,tl t'11(C.llltr,1do 1\d '· drit'ttH.i~ dt.• t;t' llt''j, 
êSpéci CS, cco.;.;jc..tl• n1cl<.; t· pt\10:P(;,<-;l)G L'CO(ú~ iCO~. 
A d iversidade b iológica, ou biod iversidade, é 
um dos recursos renová\'eis mais importantes. 
É formada por quatro componentes, conforme 
mostra a Figura 3.13. 
Figura 3.12 Capital natural: principais componen-
tes estruturais de um ecossistema (energia, compostos 
químicos e organismos). A reciclagem da matéria e o 
fluxo de energia - primeiro do Sol, em seguida, pelos 
organismos, e finalmente para o meio ambiente em 
forma de calor de baixa qualidade - ligam esses 
componentes. 
CAPÍIULO 3 ECOSSistemas: O Que São e Como Funcionam? 47 
Oiversldido Funcional 
Processos b1ol0g.cos e qu•m•cos ta1s como o ttu.c:o oe 
energ..a e a reciClagem da matéraa neces.s3ros pa1 a a 
SOOre-rvênoa das espêcte.s CO'tl\6"ffdades e ecosSISitJCTias 
Dlvenldade Gen<Hia 
va .. edade de matet131 
gonótiCO p<escnle em uma 
espóc .. ou populaçilo 
Divenidade Ecológla 
Vart«<ade de ecossostomas 
terrestres o aquát.cos oncontrados cm 
""~ • .,...., • .,.,.....,. delermtrulda área da Terra 
Figura 3.13 Capital natural: prillCipais componentes da biodiversidade da Terra- um dos recursos renováveis 
mais Importantes do planeta. 
A biodiversidade da Terra é a riquei(S ou 
capital biológico que ajuda a nos manter vivo5. 
Ela nos fornece alimento, madeira, fibras, energ1a, 
matérias-primas, elementos químicos indus triais 
e medicamentos - recursos que derramam bi-
lhões de dólares na economia mundial tod~ O!> 
anos. A biodiversidade também auxi lia na pre-
servação da qualidade do ar e da água, na m.lnu-
tenção da fertilidade dos solos, descarte de resíduos 
e controle de populações de pestes que atacam 
plantações e florestas. 
A biodiversidade é um recurso renovável, 
contanto que vivamos daquilo que ela nos for-
nece, preservandoo capital natura] que provê tais 
elementos. Compreeuder, proteger c mnnter n biod1 
versidadeé o gratule objetivo dn ecologia e deste liPro. 
3.4 FLUXO DE ENERGIA NOS 
ECOSSISTEMAS 
Cadeias e Teias Alimentares 
C1dcias e te1as aliment,ll\."> tn<hlrJ.m ú>mu os <<>11· 
sumidores, ~ con5"UJnld~ t! ~ dl'C<>mpo-,to-. <"-l.:in 
concct.Jdo!'l uns ao~ llutro' no c.:<.l!'o"'il'lcma. 
Todos os organismos, vivos ou mortos, são 
fontes potenciais de alimentos para outros orga-
nismos. Uma lagarta come uma folha, um pás-
saro come a lagarta, o fa lc.ão come o pássaro. 
Os decompositores consomem a folha, a lagar-
ta, o pássaro e o gavião, depois de mortos. Como 
resultado, existe pouco desperdfcio nos ecossiste-
mas uaturais. 
Uma seqüência de organismos, na qual 
cada um serve como fonte de alimento para o 
próximo, recebe o nome de cad eia a limentar. 
Ela determina como a energia e os nutrientes 
passam de um organismo ao outro pelo ecossis-
tema, conforme mostra a Figura 3.14. 
Os ecologistas atribuem um nivel ali-
mentar, ou nível trófico (do grego troplros, que 
significa "nutrição"), a cada organismo em um 
ecossistema, dependendo se ele é um produ-
tor ou consumidor, e se ele come ou decompõe. 
Os produ tore;, pertencem ao primeiro nível tró-
fico, os consunúdores primários ao segtmdo rúvel 
trófico, os consumidores secundários ao terceiro 
rúvel, e assim por diante. Os detritívoros (consu-
midores de detritos e dL'COmpositores) processam 
os detritos de todos os níveis tróficos. 
Figura 3.14 Capital natural: cadeia alimentar. As setas ilustram como a energia química do alimento é 
transferida pelos vários nfveis tróficos: a maior parte da energia é dissipada em calor, de acordo com a segunda 
lei da termodinâmica. Raciocfnio critico: as cadelas alimentares raramente têm mais de quatro níveis tróficos. 
Vocé sabe dizer por que? 
Obviamente, os ecossistemas de verdade são 
mais complexos. A maioria dos consumidores 
se alimenta de mais de um tipo de organismo 
que. por sua vez, são consumidos por mais de 
um tipo de consumidor. 
Como a maior parte das espécies parti-
cipa de diversas cadeias alimentares, os orga-
nismos da maioria dos ecossistemas formam urna 
complexa rede de cadeias alimentares interli-
gadas denominada teia alimentar, como mostra 
a Figura 3.15. Os níveis tróficos podem ser atri-
buídos nas teias alimentares assim como nas 
cadeias alimentares. 
Fluxo de Energia em um Ecossistema 
Ex1stl• uma diminuiç.io n.1 quantid<tdt> de e•wrgia 
disponi\ el par.1 cad,1 nrganismo <]LI<' <;e o,uC<'Ul' 
n,1 c<1dei.1 ou h~lil ,,lim,·ntar. 
Cada nível trófico na cadeia ou teia alimentar 
contém certa quantidade de biomassa, o peso 
seco de toda a matéria o rgânica contida nesses 
organismos. A energia qu•m1ca armazenada 
na biomassa é transferida de um nível trófico 
ao outro. 
A porcentagem de energia transferida 
em forma de biomassa de um nível trófico ao 
o utro denomina-se eficiência ecológica. Ela 
va ria de 2% a 40% (ou seja, uma perda de 
60% a 98%), dependendo dos tipos de espé-
cies e do ecossis tema envolvido, mas IO'l'o é o 
valor típico. 
Supondo uma eficiência ecológica d e 10% 
(90"/o de ~rda) em cada transferência trófica, se 
as p lantas de uma área conseguirem capturar 10 
mil unidades de energia do Sol, isso significa 
que apenas cerca d e mil unidades estarão 
disponíveis para alimentar os herbívoros e 
somente cem unidades para os carnívoros. 
Quan to maior o número de etapas ou ní-
veis tróficos em uma cadeia ou teia alimentar, 
maior a perda cumulativa de energia à medida 
que ela flui pelos vários rúveis tróficos. A pirâmide 
de flUJ(o de e nergia na Figura 3.16 ilustra essa 
perda de energia em uma cadeia alin1entar 
simples, supondo 90% de perda energética cm 
CAPITULO 3 Ecoss.stomas O Oue São e Como Funcionam? 49 
.. 
Figura 3.15 Capital natural: uma teia altmentar bastante simplificada na Antártica. Inúmeros outros 
participantes na teia, incluindo uma série de organismos decompositores. não estão na figura. 
50 CMlncoa Ambtental 
Figura 3.16 capital natural: a pirárrnde geral de fluxo 
de energia mostra a dimonuição na energoa disponível 
em cada nível tróhco que se sucede na cadeia ou 
teoa alimentar. Na natureza. a eficiência ecológica va· 
ria de 2% a 40%. sendo 1 ()"{. o normal. Esse modelo 
supõe uma eficiênCia ecológica de 1 O"'o (90% de perda 
de energia para o melo amboente. na forma de calor 
de baixa qualidade) a cada transferêncoa de um nível 
trófico ao outro. 
cada transferência. Como esse diagrama ajuda 
a ~xplicar por que existem tão poucos tigres 
no mundo? 
As pirâmides de fluxo de energia l:'xplicam 
por que a Terra pode manter mais pessoas se 
elas se alimentarem em níveis tróficos menores, 
ingerindo grãos, vegetais e fru tas doretamente, 
cm vez de submeter tais plantações a outro 
nível trófico, e se alimentar dos consumidores 
de grão, como o gado. 
A grande perda energética entre os níveis 
trófico;. sucessivos também explka por que é raro 
as cad eias e teias alimentares terem mais de 
quatro ou três níveis. Na maioria dos casos, 
resta pouquíssima energia, ao final de quatro ou 
cinco transferências, para suprir os organismos 
que :.e alimentam em níveis tróficos maiores. 
Como consequência, exis tem relativamente 
poucos ca rnívoros de topo, como a águia, o 
falcão, o tigre e o tubarão branco. 
Tal fenó meno também explica o porquê de 
essas espécies serem geralmente as primeiras 
a sofrer quando seus ecossistemas são destruídos e 
tão vulneráveis à extinção. Você acha que os seres 
humdno::. e~lão nc.~ lista? 
Produtividade dos Produtores 
IJ l f'-'ll'l'lh.~ p,:o .... -.1Slt..' l11,l., uldt/.c\0 1 l"n'-·q.~t.l ''"l :r 
J="lf~l ,, pn.1'-fuç,lo L~ c.tptl•:-.cnt~m \.1 1h..'fl'l'll'" t.l\tt-. 
dl· lh<.> dt• bopm,l~~. o 
A taxa em que produ tore.. de um ecossi;,tema con-
vertem energia solar em energia química na 
fo rma de biomassa é a produtividade primá-
ria bruta (Pf,B). Para permanecerem v ivos, 
crescerem e se reproduzirem, os produtores de 
um ecossistema devem utilizar em sua própria 
respiração parte da biomassa que produt;em. A 
produtividade primária líquida (PPL) é a taxa 
na qual os produtores utilizam a fotossíntese 
para armazenar energia menos a taxa d e utili-
zação da energia armazenada por meio da 
respiração aeróbica, como ilus tra a Figura 3.17. 
Em outras palavras, PPL = PPB - R, cm que R 
significa a energia utilizada na re:.piraç.io. A 
PPL mede a velocidade na qual os produtores 
podem fornecer o alimento d e que os demais 
organismos (consumidores) necessitam. 
Os diversos ecossistemas e zonas de vida 
diferem quanto à PPL, conforme mostra a Fi-
gura 3.18. De acordo com esse gráfico, quais são 
os três sistemas mais produtivos e os três me-
nos produtivos da natureza? A despeito de sua 
Sol 
Figura 3.17 Distonção entre a produtividade primá-
ria bruta e a produtividade primâna líquida A planta 
utiliza parte de sua PPB para sobrevover. na sua pró-
pna respiração. A energia remanescente fica dispo-
nível aos consumidores 
CAPÍTULO 3 ECOSSistemas O Que São e Como Funaonam? 51 
Deserto eKtTemo 
Ecossb&emaa AquMicos 
EstuOnoo 
Lagos e eôl'regos 
PtataformacootJrlét'\tal 
800 1 600 2 400 3 200 4.000 4.800 5 600 6 400 7 200 B 000 8 800 9 600 
ProduUvldade primária liquida (kcaVm'lano) 
Figura 3.18 Capital natural: produtividade primária lfquida estimada por unidade de área, nos principais ecos-
sistemas e zonas de vida, expressa em quilocalorias de energia produzida por metro quadrado por ano 
(kcaVm2/ano). (Dados de R. H. Whittaker, Communities and Ecosystems. 2. ed. Nova York: Macmillan. 1975.) 
baixa PPL. o oceano, em razão de sua vasta ex-
tensão, é responsável por mais PPL da Terra 
por a no que qualquer outro ecossistema ou 
zona de vida. 
Como vimos, os produtores sãoa fonte d e 
todo o alimento no ecossis tema. A penas a 
biomassa representada pela PPLestá disponível 
cm forma de alimento para os consumidores, 
que utilizam somente parte dessa quantia. 
Conseqüentemente, a PPL da Terra acaba por 
limitar o número de consumidores (inclusive os seres 
humanos) que podem sobreviver na Terra. Eis uma 
importante lição da natureza. 
Peter Vitousek, Stuart Rojstaczer e outros 
ecologistas estimam que os huma nos usam, 
d esperdiçam ou d estroem cerca de 27% do total 
d e PPL potencial da Terra e por volta de 10% a 
55% de PPL dos ecossis temas terrestres do 
planeta. Os ecologistas argumentam que essa 
é a principal razão por estarmos usu rpa ndo 
ou eliminando os habitats ou suprimentos ali-
mentares de outras espécies. O que poderá 
acontecer conosco e com outras espécies de 
consumidores ante o crescimento da popula-
ção humana no d ecorrer dos próximos 40 ou 
50 anos e d o aumento exponencial do con-
sumo per capita d e recursos, como alimento, ma-
deira e pastos? 
52 Ciéi1C13 Amb1en1a1 
3.5 SOLOS 
O Que É Solo e Por Que É 
Importante? 
O solo e um recur!>O de lenta rentl\·uçJo, que forne-
ce a mak'r parte c.Jn:, nutrient,-.,. nL'O.'SS..ifios p<H<l o 
cn..'SCimentu d.1;; pl;mt.l' c ,11ud.1 <1 puriiicar ,, .ígua. 
O solo é uma fina cobertura sobre a terra formada 
de uma complexa mistura de rocha erodida, 
nutrientes minerais, matéria orgânica em decom-
posição, água, ar e bilhões de organismos vivos. 
Observe na Figura 3.19 um perfil de solos de dife-
rentes idades. Apesar de o solo ser um recur-
so renovável, sua renovação ocorre lentamente. 
Dependendo do clima, a formação de apenas um 
centímetro pode levar de 15 a centenas de anos. 
O solo é a base da vida na terra. Ele forne-
ce um grande volume de nutrientes necessários 
para o crescimento das plantas. Na verdade, você 
é composto principalmente de nutrientes do solo 
introduzidos em seu corpo por meio dos alimen-
tos que você ingere. O solo também é o principal 
filtro da Terra, pois purifica a água à medida que 
ela passa por e le. Auxilia na decomposição e na 
reciclagem de resíduos biodegradáveis e é o princi-
pal componente dos processos de reciclagem e 
armazenamento da água da Terra. Além disso, 
ajuda a controlar o clima du planeta, removendo 
o dióxido de carbono da atmosfera e armaze-
nando-o em forma de compostos de carbono. 
Desde os primórdios da agricultura, as ativi-
dades humanas têm ocasionado a rápida ero-
são dos solos, o que pode converter esse recurso 
renovável em não-renováveL Civilizações inteiras 
desapareceram por terem negligenciado a super-
fície do solo que sus tentava suas populações. 
Camadas de Solos Maduros 
A lllJioti,l dth :'lt.)los dcsenvoh·idos Jurantt· un1 
llmgn ll'nl)X''' con~tituída de várias camadJs que' 
cont~m d ifcH•ntcs materiais. 
Os solos maduros, desenvolvidos ao longo de muito 
tempo. estão dispostos em uma série de camadas 
horizontais, chamadas horizontes do solo, cada 
Hortzonte A 
Camada 
Horizonte 
Subsolo 
Matenal 
parental 
Solo maduro 
uma com sua própria textura e composição, que 
varia de acordo com os diferentes tipos de solo. 
A visão do corte transversal dos horizontes de 
um solo é denominada perfil do solo. A maioria 
dos solos tem pelo menos três dos possíveis 
horizontes ilustrados na Figura 3.19. Imagine 
que eles sejam andares no prédio da vida, 
abaixo de seus pés. 
A camada superior é denominada camada 
de serapilheira ou folheto superficial, ou lwriwnte 
O. É formada principalmente d e folhas, ramos, 
resíduos de plantas, animais, fungos e outros ma-
teriais o rgânicos que ainda não estão decompos-
tos ou que estão parcialmente decompostos. Em 
geral, essa camada é marrom ou preta. 
Acamada superficial, ou horizonte A, é consti-
tuída de uma mistura porosa de matéria orgànica 
parcialmente decomposta chamada húmus e 
a lgumas partículas minerais inorgânicas. 
Bacléflas 
Figura 3.19 Capital natural: formação do solo e perfil geral. Os horizontes, ou camadas, variam em número, 
composição e espessura, dependendo do tipo de solo. (Permissão para utilização concedida por Macm~llan 
Publishing Company, de Derek Elsom, Earth, Nova York: Macmillan, 1992. Copyright @ 1992 por Marshall Ed1tions 
Developments Limited.) 
CAPÍTULO 3 Ecossistemas: O Oue São e Como Funcionam? 53 
Mosa.co do 
calllaus. 
setXOS bem 
compactados 
HLmusfraco 
f11tStUfammetal 
Seco, marrom. 
ma~rom-avetrnct\ado 
com acumulaçOeo 
vanadas de éUQtla, 
carbonato de câlcoo • 
$31S SOIÚVO'S 
Compostos 
decátcoo. 
argtla 
Solo deoé<IICO 
(chma quente. seco) 
Solo de campo> 
(cloma -"'-<Indo) 
Solo de floresta pluvial troptcal 
(ctima- lfopical) 
Solo de ftorosta decldua 
(clima umodo. ameno) 
Solo de flotesta de conlte<as 
(dmatlnodo. troo) 
Figura 3.20 Capital natural: perfis dos principais tipos de solos, rtOrmalmente encontrados nos cinco tipos de 
ecossistemas existentes na Terra. 
Ela costuma ser mais escura e fofa que as 
camadas mais profundas. Um !>CIO fértil, cujas 
safras são altamente produtiva~. apresenta uma 
espessa camada superficial, com bastante húmus. 
To.1l composição ajudol a superfície a reter água e 
nutrientes absor\'idos pelas raizes das plantas. 
As raízes da maiona das plantas e a maior 
parte da matéria orgânica do solo estão concen-
tradas nas duas camadas superiores do solo. 
54 Ciência Ambiental 
Enquanto a vegetação !K!gura essas camadas, o 
solo armazena a água e a libera em forma de um 
nutritivo gotejamento. 
As duas camadas s uperiores da maioria 
dos solos bem d esenvolvidos estão repletas de 
bactérias, fungos, minhocas e pequenos insetos, 
que interagem cm L-omplexas teias alimentares. 
As bactérias e outros microrganismos decompo-
silores encontrados aos bilhões em cada palmo 
lO" 
Figura 3.21 Escala de pH utilizada para medtr a acidez e alcalinidade de soluções aquosas com base em sua 
concentração de fons de hidrogéniO (H'). Os valores exibtdos são aproximados. Uma solução com pH menor que 
1 é ácida: uma solução neutra tem pH 1 e uma solução com pH maior que 7 é básica. Cada número intetro a 
menos na escala de pH representa uma BCidez dez vezes maior. (Permtssão para utilização concedida por cec.e 
Starr, Siology: Concepts and Applications, 4 ed. Pacific Grove. Califórnia: Books/Cole. 2000.) 
da superfície do solo quebram os complexos 
compostos orgânicos em compostos inorgânicos 
mais s imples e solúveis em água. A umidade do 
solo contendo esses nutri.cntes dissolvidos é suga-
da pelas raizes das plantas e transportada ao 
longo dos caules para as folhas, como parle dos 
processos de ciclos químicos da Terra. 
A cor da camada superficial do solo sugere 
seu nÍ\•el de adequação para plantação. Uma ca-
mada superficial marrom-escura ou preta é rica 
tanto em nitrogênio como em matéria orgânica. 
Superfícies marrons, amarelas c vermelhas são 
pobres em matéria orgânica e precisam de enri-
quecimento de nitrogênio para sustentar a 
maioria das plantações. 
Os espaços, ou poros, entre as partículas 
sóüdas orgânicas e inorgânicas nas camadas supe-
riores e int1morcs do solo contêm distintas 
quantidades de ar (principalmente gás nitro-
gênio c oxigênio) e água. As raizes das plantas 
necessitam de oxigênio para a respiração celular. 
A precipitação que chega até o solo é fil-
trada através das camadas e ocupa grande 
parte dos espaços abertos ou poros. Esse rnO\'i-
mento descendente da água para o solo é chamado 
de in fil tração. À medida que a água vai se infil-
trando, e la dissolve inúmeros minerais e ma té-
ria orgânica nas camadas superiores, levando-os 
às camadas infcdores, em um processo conhe-
cido corno lixiviação. 
Grande parle das safras do mundo é plan-
tada em solos expostos quando a vegetação de 
campos e florestas d ecíduas (que perde as folhas)é removida. A Figura 3.20 mostra cinco tmpor-
tantes tipos de solo. 
Os solos variam quanto ao conteúdo d e 
argtla (partículas ba~tante finas), sille (partículas 
CAPITULO 3 ECOSSIStemaS: O Oue São e Como Funcoonam? 55 
finas), nrán (partícula, medianas) e casmlho 
(partículas grandes ou muilo grandes). Pegue 
uma pequ<!na quantidade de solo da camada 
superficial, umedeça-o e esfregue-o entre os 
dedos e o dedão. Um toque arenoso s ignifica 
que ele contem muita areia. Um toque pegajoso 
denota grande quantidade de argila, e você den• 
conseguir enro lá-la como uma massa esférica. 
O solo com s ilte é macio, como farinha. Um solo 
superficial, mais ad<!quado para o crescimento das 
plantas, tem uma textura entre esses dois extre-
mos - friável c esponjoso - com muitas partí-
culas aglutmadas. 
A acidez ou alcalmídade d o solo, medida 
pelo seu pH (Figura 3.21), influencia a absorção 
de nutrientes pelas plant<~s. Componentes quí-
micos podem ser adicionados para aumentar ou 
diminuir a acidez dos solos. 
3.6 CICLAGEM DE MATÉRIA NOS 
ECOSSISTEMAS 
Ciclos dos Nutrientes: Reciclagem 
Global 
()., ciclo, globaos rccoclam os nutrientes por 
nwio UI' ilr, da terra. da iÍ)~ll·l c de organismo-.. 
' ivo~. durant<• e;;~ proc~-,.o;o, interligam forma~ 
de , ·ida do pass.ld<>, l"<><it!nlt· ('futuro. 
Todos os organismos estão interligados por siste-
mas globais de reciclagem, conhecidos como 
ciclos de nutrientes, ou ciclos biogeoquím icos 
(literalmente, ciclos relacionados à vida, à Terra 
e aos elementos quúnicos). Nesses ciclos, os áto-
mos, íons e mo léculas d os nutrientes de que os 
organismos necessitam para viver, crescer e se 
reproduzir circulam continuamente entre ar, 
água, solo, rocha e organismos vivos. Tais ciclos, 
dirigidos direta ou indiretamente pela entrada 
de energia do Sol e pela gravidade, incluem os 
ciclos do carbono, oxigénio, nitrogénio, fósforo 
e da água (hidrológico) (Figura 3.5). 
Os ciclos químicos da Terra também interli-
gam formas de vida do passado, presente e futuro. 
Alguns dos átomos de carbono na sua pele podem 
ter sido parte de uma folha, da pele de um dinos-
sauro ou de uma camada de pedra calcária. Sua 
avó, Platão ou um caçador que viveu 25 mil anos 
atrás pudem ter inalado algumas das moléculas 
de oxigênio que você acabou de inalar. 
O Ciclo da Água 
Um grand1• ddO gll)Dill colt>t,l, purifica. dt,.!n -
bui c ~'\:id,o 1• ~uprimcnto loxo de .igua da Terra . 
O ciclo hidrológico, ou ciclo d a águ.a, coleta, 
purifica e distribui o suprimento fixo de água 
da Terra, conforme mostra a Figura 3.22. 
Figura 3.22 Capital n atural: modelo simplificado do ciclo hidrológico. 
56 Cténda Ambiental 
A energia solar faz que a água presente 
na superfície terrestre evapore para a atmosfera. 
Cerca de 84% do vapor na atmosfera provem 
dos oceanos; o restante vem da terra. 
Nesse ciclo, uma parte da água doce que 
retoma para a superfície em forma de precipi-
tação fica retida nas geleiras. Outra parte infi ltra 
e percon-e o solo e as formações de rochas permeá-
veis em direção às áreas d e armazenamento de 
águas subte rrâneas, d eno minadas aqiiíferos. No 
entanto, a maior parte das precipitações que cai 
sobre os ecossis temas terrestres transforma-se 
em esconme11IOS superficiais. Essa água flui para 
lagos e córregos, os quais a levam novamente 
para os oceanos, de onde ela pode evaporar e 
reiniciar o ciclo. 
Além de reabastecer córregos e lagos, o 
escoamento da superfície causa a erosão, que 
le,·a fragmentos de solo e rochas de um lugdC 
para o outro. A água é a principal escultora das 
paisagens da Te rra. Como a água dissolve 
inúmeros compostos d e nutrientes, torna-se um 
importante meio d e transporte desses nutrien-
tes entre os ecossistemas e d entro deles. 
Por meio do ciclo hidrológico, muitos pro-
cessos naturais purificam a água . A evaporação 
e subseqüente precipitação atuam como um 
processo natural de destilação, removendo as 
impurezas d issolvidas na água. A água acima 
da superfície, que flui por entre córregos e 
lagos, e abaixo da terra, nos aqüíferos, é natural-
mente filtrada e purificada por p rocessos quími-
cos e biológicos. Portanto, o ciclo hidrológico pode 
ser cor1siderado um ciclo de rerwvnção natural dn 
qualidade dn 6gua. 
Efeitos das Atividades Humanas no 
Ciclo da Água 
Alter,111ll"' ''ciclo d<.~ ág ua retirando grand<' qu.m-
tidth.l~..· dl' c-i ~lh' doce, rcinovcndo cl \ l 'gt.'tt.1Çc.ll'l l,. 
, au:-ando a erosão d os solos, bem cumo 
i'-'luin .i~, l~ :l~tl.l~ n.1 'tlpt.:"r•k tl •. no ~ul"''nl• 
Ao longo dos últimos cem anos, temos interferido 
no ciclo da água de três maneiras. Primeira, 
retiramos grandes quantidades de água doce de 
córregos, lagos c fontes subterrâneas. 
Segunda, removemos a vegetação para dar 
lugar à agricultura, à mineração, à construção 
de estradas c às edificações, além de o utras 
atividades; por vezes, cobrimos a terra com 
prédios, concreto ou asfalto. Isso aumenta o 
escoamento, diminui a infiltração que rea-
bastece as águas subterrâneas, eleva o risco d e 
enchentes, acele ra a erosão e provoca desliza-
mentos de terra. Também aumentamos a ocorrên-
cia de enchentes ao destruir as áreas alagadiças, 
que atuam como esponjas ao absorver e reter as 
correntes de água. 
Terceira, adicionamos à água nutrientes 
(como fosfatos e nitratos encontrados nos ferti-
lizantes) e outros poluentes. Essa sobrecarga de 
nutrientes para as plantas pode alterar ou preju· 
dica r os proceSsos naturais que puri.ficam a água. 
O Ciclo do Carbono 
o <:art>nno ~ recidad,, P•'r mci!l do olr, d,l ,I~U.l , 
...Íf..' .... olo t' d e or~ilnbnl\1~ ' 1vos d ,1 T\·rr.l 
O carbono, componente básico dos carboidratos, 
lipídios, proteínas, DNA e outros compostos orgâ-
nicos necessários para a vida, circula pela 
biosfera por meio d o ciclo d o carbono, ilustrado 
na Figura 3.23. 
O ciclo do carbono baseia-se no gás car-
bónico (C02), que compõe 0,038% do volume d a 
troposfera e também está dissolvido na água. 
O dióxido d e carbono é um componente-chave 
do tennostato da natureza. Se o ócio do carbo-
no remove muito C02 da atmosfera, ela esfria; 
se o ciclo gera um excesso de C02, a atmosfera 
esquenta. Portanto, mesmo pequenas altera-
ções nesse ciclo podem afetar o clima e, conse-
qüentemente, as formas de vida que exis tem 
na Terra. 
Os produtores terrestres removem o co2 
d a atmosfera; os aquáticos o removem da água. 
Em seguida, eles utilizam a fotossíntese para 
converter o C02 em carboidratos complexos, 
tais como a glicose (C6H 120 6) . 
As células nos produtores que consomem 
oxigénio, nos consumidores e decompositores, 
realizam, então, a respiração aeróbica. Tal 
processo quebra a glicose e outros compostos 
orgânico;> complexos e converte o carbono 
novamente em C02 na atmosfera ou na água 
para ser reaproveitado pelos produtorc~. Essa 
ligação entre a fotossíntese nos produtores e a 
respiração aeról•icn nos produtores, consumidores 
e d ecompositores faz o carbono circular na 
biosfera. O oxigénio e o hidrogénio - os demajs 
elementos nos carboidratos - circulam quase 
juntamente com o carbono. 
Alguns átomos de carbono le\·am um 
longo tempo para se reciclar. Durante milhões 
de anos, depósitos enterrados de matén a de 
plantas mortas e bactérias são comprimidos 
entre camadas de sedimentos, onde fo rma m 
CAPITULO 3 Ecoss•stemas: O Que São e Como FuOCtOnam? 57 
Ditusao entre a <: 
atmosfera e o oceano 
o 
•j 
Dióxido de carbono 
dissolvido nas 
águas oceânicas 
Figura 3.23 Capita l natural: modelo simplifiCado do ciclo global do carbono. O carbono circula pelos ecossistemas 
marinho (lado esquerdo) e terrestre (lado direito). As reservas de carbono encontram-se nas caixas de texto: os pro-
cessos que transformam uma forma de carbono em outra estão escritos fora das caixas.(Cecie Starr, Biology: 
Concepts and Applications, 4. ed. Pacífic Grave, Califórnia: Brooks/Cole, <O 2000.) 
ô ~==============================~ c 14 ~ o 
-e 13 
.. 
.. u 
"ii Cl 12 
..... 
~E 11 
i -i 10 
> > 
..,~ 9 ]g-
g~ 
u"' õ~ o.:: 
õE 
o .. 
.. .. 
-o 'O 
,g~ 
.,c 
.. o 
-e; 
W 'O 
8 
6 
3 
2 
., 
., 
o 
,!: ~ ~850 1900 1950 
Ano 
58 C1éooa Amb1entaf 
Alta_._: 
projeçao ' 
. 
Baixa~. 
pro;eçao 
. . 
.. 
.. 
. . 
~· 
2000 2030 
combustíveis fósseis contendo carbono, como car-
vão c petróleo (Figura 3.23). Esse carbono nãu 
é liberado para a atmosfera em forma de co2 
para a reciclagem até que esses combustíveis se-
jam extraídos e queimados, ou até que longos 
processos geológicos exponham esses depósi-
tos ao ar. Em apenas algumas centenas de anos, 
extraímos e queimamos combustíveis fósseis que 
levaram milhões de anos para se formar. Eis a 
razão por que esses combustíveis não são recur-
sos renováveis na escala de tempo humana. 
Figura 3.24 Degradação do capital natural: interfe-
rência humana no ciclo global do cart>ono por meio da 
emissão de dióxido de carbono ao se queimar com-
bustíveis fósseis, 1850 a 2004, e projeções para 2030 
(linhas pontilhadas). (Dados de Programa Ambiental da 
ONU, British Petroleum, Agência de Energia lnternaoonal 
e Departamento de Energia dos Estados Unidos.) 
Efeitos das Atividades Humanas no 
Ciclo do Carbono 
<.)ueun .. 1r o..tn1bu,ti\·L'i-, fó-;..,._·h e rcJn >'·~..:r .l 'e~l'­
t'"''ãn h.'h'~~intt.:•ti/antc IHcli~ r,lpi~.-tunent....· \..i\' 
que cks ~.io r.:pu;to~ pLk.i.: ,1Um..:nt.ll 1 tcmpt· · 
ratur.l mt\lia d.1 Tt'IT<l, rd,\ ,\di~·''' d·· d1'''ldtl 
de ec1rbono L'm l';~..~c~so n(l aJn1o!'tfer..1. 
Desde 1800, e especialmente desde 1950, temos 
interferido no ciclo de carbono de duas formas que 
acrescentam dióxido de carbono à atmosfera. 
A primeira fonna é removendo árvores e outras plan-
tas que absorvem co2 pela fotossíntese antes 
que elas possam crescer novamente. A segunda 
maneira é adicionando grandes quantidades de 
co2 por meio da queima de combustíveis fósseis 
(Figura 3.24) e madeira. 
Modelos computadorizados dos sistemas cli-
máticos da Terra afirmam que maiores concentra-
ções de co2 ahnosférico e outros gases podem 
melhorar o efeito esl11[a natural do planeta, que ajuda 
a aquecer a atmosfera inferior (troposfera) c a super-
fície terrestre (Figura 3.6). O conseqüente aqueci-
mento global poderia destruir a produção mundial 
de alimentos e os hab itats selvagens, a lterar as 
temperaturas e os padrões de precipitações e elevar 
o nível médio do mar em várias partes do mundo. 
O Ciclo do Nitrogênio: Bactérias em 
Ação 
Di h n·nlc·~ t ipt>S de b~c"tcn," ,1jud.1m .1 n:dd,tr o 
nit n.,)~\!llh\ pOr tneil) dO eH dc1 ágUe), d('J ... {lh I(.' de 
o rganisnl(.''i v i\·th du Terrcl. 
O nitrogênio é o elemento mais abunda nte na 
atmosfera, onde o gás nitrogênío (N2) compõe 
78% do 'Volume d a troposfera. O N2 na atmos-
fera é uma molécula estável que não reage facil-
mente como outros elementos, assim, não pode 
ser absorvido e utilizado diretamente como 
nutriente por plantas ou animais multicelulares. 
Fe l.izmente, descargas elétricas ahnosféricas 
na forma de re lâmpagos e a lguns tipos d e bacté-
rias nos sistemas aquáticos, no solo e nas raízes de 
algwnas plantas podem converter o N2 em com-
postos úteis como nutrientes para plantas e anímais 
como parte do ciclo do nitrogênio (Figura 3.25). 
O ciclo do nitrogênio consiste de algu-
mas e tapas principais. Na fi.xnção do nitrogênio, 
bactérias especializadas presentes no solo e nos 
CAPÍTULO 3 Ecossistemas. O Que São e Como Funcionam? 59 
Nitroginio Gasoso (N,.) 
na Atmoafefa 
1. NltrillcaçAo 
-......'"--====--...- bacténas convenem o 
NH, • om notnto (N02 ) 
Figura 3.25 Capital natural: modelo Simplificado do ciclo do nitrog&!io no ecossistema terrestre. As reservas 
de nitrogénio encontram-se nas cahcas de texto; os processos que transformam uma forma de nitrogénio em 
outra estão escritos lora das caixas. (Adaptada de Cecie Starr and Ralph Taggart, Biology: The Unity and Diversity 
of Llfe, 9 ed. Betmont, Califórnia: Wadsworth, C 2001.) 
oL----L----~--~----~----Y 
1920 1940 1960 1980 2000 
Ano 
Figura 3.26 Degradação do capital na1ural: interfe· 
rência. humana no ciclo global do nitrogênio. Atividades 
humanas, como a produção de fertilizantes, fixam 
mais nitrogénio do que todos os recursos naturais 
juntos. (Programa Ambiental da ONU, Organização 
para Alimentação e Agricultura da ONU e Departa-
mento de Agricultura dos Estados Unidos.) 
60 Coõncia Ambiental 
ambientes aquáticos convertem (ou fixam) o 
nitrogénio gdsoso (N2) em amônia (NHJ, que 
pode ser utilizada pelas plantas. 
A amônia não absorvida pelas plantas pode 
passar pela 11itrijimçiio. Nesse processo com duas 
etapas, as bactérias especializadas convertem a 
maior parte da amõni<~ no solo primcimmcntc 
em íor1s de rlitrito (N02- ), que são tóxicos para as 
plantas e, em seguida, em íoriS de nitrato (N03-), 
facilmente absorvidos pelas raízes das plantas. 
Os animab, por sua vez, obtêm o nitrogénio inge-
rindo as plantas ou os animais que as consomem. 
Plantas e animais devolvem ao ambiente 
compostos orgânicos ricos em nitrogénio em 
forma de resíduos, par tículas elim inadas e 
corpos mortos. Na amonificação, grandes quanti-
dades de bacténas decompositoras especializadas 
convertem esses detritos em compostos inorgâ-
rlicos mais simples e que contêm nitrogénio, como 
a amõnia (NII1) e sais solúveis em água, con-
tendo íons de amõnio (NH;). 
Na deuit riftcoçiio, o nitrogênio deixa o solo à 
medida que bactérias especializadas no solo 
alagadiço e nos sedimentos no fundo de lagos, 
oceanos, pântanos e brt:jos convertem NH3 e 
Figura 3.27 Capital natural: modelo simplifteado do ciclo do fósforo. As reservas de fósforo encontram-se nas 
caixas de texto; os processos que transformam uma forma de fósforo em outra estão fora das carxas. (De C6Cie 
Starr e Ralph Taggart, Biology: The Unity and Diversrty of Ufe. 9 ed. Belmont. Califórnia: Wadsworth C 2001 .) 
NH; novamente em íons de nitrito e nitrato 
e, em seguida, em gás nitrogénio (N2) e gás de 
óxido nitroso (N20). Esses gases são liberados 
na atmosfera para iniciar o ciclo novamente. 
Efeitos das Atividades Humanas no 
Ciclo do Nitrogênio 
i\crC'-'~."l'ntamo~ ao .-.r e <1 ;~gu,, gr.1ndt•, qt~o'nto 
d,,tfto~ .(,• Cl'mrnsto> contendo mtr<'!'';nio ' 
remo1 t'llll>.., '' nrtrogên10 c.Jn >-OI< 1. 
interferimos no ciclo do nitrogénio de diversas 
maneiras. Primeira, adicionamos grandes quanti-
dades de óxido nítrico (NO) na atmosfera quando 
ocorre a combinação de N2 e 0 2 ao queimarmos 
qualquer combustível fóssil a altas temperaturas. 
Na atmosfera, esse gás pode ser convertido em 
dióxido de nitrogénio (N02) e em ácido nítrico 
(HN03), os quais retornam à superfície da Terra 
na forma da prejudicial deposiçiio ácida, mais 
conhecida como ch11va ácida. 
Segunda, adicionamos o óxido nitroso (NzO) 
à atmosfera por meio da ação da bactéria anae-
róbica nos resíduos de criações e fertilizantes 
inorgânicos comerciais aplicados no solo. Esse 
gás pode esquentar a atmosfera e esgota r o 
ozônio na estratosfera. 
Terceira, o nitrato (N03 -) nos fertilizantes 
orgânicos pode lixiviar através do solo e con-
taminar as águas subterrâneas. Essa água 
contaminada é prejudicial à saúde, especial-
mente de lx>bês e crianças pequenas. 
Quarta, ao destruirmos florestas, campos e 
áreas alagadiças, liberan1os na atmosfera grandes 
quantidades de nitrogénio armazenado no solo 
e nas plantas em forma de compostos gasoso~. 
Quinta, prejudicamos os ecossistemas aquá-
ticos com a adição de nitTatos em l!xcesso no~ 
escoamentos agrícolas e com as descargas dos sis-
temas de esgoto municipais. 
Sexta, retiramoso nitrogénio da cam.:~da 
superficial do solo ao colher safras ricas em 
nitrogênio, irrigar as plantações, queimar o u 
remover a vegetação de campos e florestas antes 
de efetuar o plantio. 
Desde 1950, as atividades humanas mais 
que dobraram a emissão anual de nitrogenio da 
porção terrestre do planeta no restante do meio 
an1biente (Figura 3.26). Esse excesso de nitrogênio 
lançado no ar e na água representa grave pro-
blema ambiental local, regional e global, que tem 
recebido relativamente pouca atenção, se compa-
rado aos problemas ambientais mundiais, como o 
aquecimento global e o esgotamento da camada 
de ozônio na estratosfera. O físico da Princcton 
University, Robert Socolow, alerta países em todo 
CAP[TULO 3 EcosSIStemas: O Que São e Como Funoonam? 61 
,, munJo p.1r,1 d~emoh l!r<'m algum h po dl! 
aron.lo d<• f\''f"{'nci.uncntn dl' nitrogênio que ajud(• .1 
lmf".'<.IÍr quc l':>-.é problema alcance nivcis criticO<>. 
O Ciclo do Fósforo 
' I, ' . ·lt l ·nl.l tHcnte ,ltr.1\ , ..... ti t 
... c. ~,1tlhtn,·~ \"1\'t"' d .l r r r ' 
O fósforo drcu la pela água, pela crosta te rrestre 
e por organ•smos vivos do p laneta, perfazendo 
o ciclo do fósforo, ilustrado na Figura 3.27. As 
bddéri.Js exercem papel menos importante nesse 
ciclo que no ciclo do nitrogênio. Uma pequena 
quantidade de fósforo e~rcula na atmosfera por-
que as cond1ções do solo não permitem que as 
bacté rias converta m formas químicas do fósforo 
em fom1as g;:tsosas de fosfatos. O ciclo do fósforo é 
lento e, em uma curta esca la de tempo humana, 
a maior parte d o fósfo ro flui cm uma direção, d a 
terra p.ua os oceanos. 
O fósforo é normalmente encontrado na 
forma d e sa1s de fosfato contendo íons d e fosfato 
(PO:l-), em formações rochosas terrestres e nos 
sedi~ncntos dO'i fundo~ d<)S oceanos. À mcdidd 
que a água passa por rochas que contêm fósforo, 
ela lentamente remove compostos inorgânicos 
contendo 1ons de fosfato 
O fosfato pode se perder do ciclo por 
longos períodos de tempo, quando é la\•ado da 
terra cm d in'Çào a córregos e rios e é trans-
portado par.1 o oceano, onde pode ser deposi-
tado cm forma de sedimento e pennanecer preso 
por milh,ln>:> de ano:.. Em <~lgum momento, os 
processo~ geológicos de sublevação podem 
expor esses depósito~ no fundo do mar, dos 
qums o fosfato pode ser erodido, para iniCiar 
novamente o processo cíclico. 
Como a maioria dos solos contém pouco 
fosfato, ele é gera lmente o fator limitante do 
cre<;c1mcnto das plantas, a não ser que o fósforo 
(em forma de sais de fosfato extraídos d a Terra) 
seja aplicado ao solo como fertilizante. O fósforo 
ta mbém limita o crescimento d e populações d e 
produtores cm muitos côrregos e lagos d e ,\gud 
doce, pois os sa1s de fosfato são apenas le\'e-
mcnte solúveis em água. 
Efeitos das Atividades Humanas no 
Ciclo do Fósforo 
Rt~n'''"''nlth Ar,tn"h•"' qu~..tntu.i._h .. iL~ de t..:h tun' d .. t 
h ... lr 1 fi,H.l f.l/t)r h . .,rttlt/.Hl h s, n.·duz tm'-h o h,..., 
h )fC ' t~,l' '>( lftl..;. l rt lph .... tll' f l 'lllU\ t.'OJ t' a \ C~Ptc.h,~,Hl 
d~l!-oo fl.ut~t.l "i C.' .. ld Klon.Ul\th h lo.,llh) P Jl' t.~Xl t' .. ~ll 
n o ... "-l'h.'lll•h •'l (li 1Í t1 n > ... 
62 Ciência Arnblental 
ln terfenmo<, no ciclo do fósforo de três formas 
Pnmrmr, extTaímos grandes qu.Ultidadcs de roch.l:. 
de fO'ifato para fabricilr detergentes e fertilizantes 
inorg.irucos. Sl'guruia, rcduLimos o fosfato d ispo-
rúvcl nos solos tropicais ao d evastarmos Aorestas 
trop1cilis. Tact'~ra, destruímos os ecossistemas 
aquahcos com fosfatos provementes do escoa-
mento d e n:,íduos de animais e fertilizantes e 
descargas dos s<Stemas de tra tamento de esgoto. 
Desde 1900, as atividades humanas têm 
aumentado a taxa natural de liberação do fósforo 
no meio ambiente, algo cm tomo de 3,7 vezes. 
O Ciclo do Enxofre 
O ''llM'i~ ur<ula p<>r nwiu Jn ,1r, d ,1 .ígu.1, d 11 
'OIUl' dt· ''rg.ml<;mos ,.1vus dil I erra 
O enxofre circula pela biosfera por interml'd io do 
ciclo d o enxofre, ilustrado na Figura 3.28. A maior 
parte do enxofre da Terra está armazenada no 
subsolo, n.."l.<; rochas e minerais, incluindo os saiS de 
sulfato (50
4
), enterrados profundamente aba1xo 
dos scd1mcntos do oceano. 
O enxofre t.1mbém entra na atmosfera por 
meio do;, n.-cursos naturae:.. O sul feto d e htdro-
gênio (l i~) - om gás mcolor c altamente vene-
noso CUJO cheiro é de ovo podre - é liberado 
pelos' ulcÕt."S ati vos c pela matéria o rgânica no;, 
pântanos alagados, brejos c planícies de man.~. 
e é quebrado pelos dccompositores anaerôbicos. 
O dióxido de enxofre (502), um gás incolo r e 
su focilllte, também p rovém dos vulcões. 
I' articulas de sa1~ de sulfato (502- ), como 
o sul fa to de amônao, entram na atmostera pelas 
ondas do mar, tempestades de poeira e incên-
dios d e non.'Stas. As raÍ7.l'S das plantas absorvem 
os íons de sulfato e incorporam o enxofre como 
um elemento essencial de muitas proteínas. 
Algumas algas marinhas produzem gran-
des quantidades d e dimetil sulfeto, o u OMS 
(CH~H1). Gotículas de OMS servem d e núcleos 
para a cond ens.1ção da água em pequenas go-
ta~ presentes~ nuvens. Dessa forma, alterações 
nas emissões de OMS podem afetar a cobertura 
d e nuvens (' o clinla. Na atmosfera, o OMS é 
convertido cm dióxido de enxofre. 
Na atmosfera, o d1ó>.ido de enxofre (502) 
proveruente de fontes naturais e a tividades hu-
manas é convertido em gás trióxido de enxofre 
(501) c em gotículas de ,\cido sulfúrico (HzSO). 
Além disso, ele reage com outros elementos quí-
micos atmosféricos. como a amônia, para pro-
duzir pequenas partículas de sais de sulfato. 
Ess.1s gotículas e partículas caem na Terra cm 
forma de componentes da ch11va ácida, que, jun-
tamente com outros poluentes, pode prejud1car 
as arvores e a vida aquá tica. 
Figura 3.28 Capital natural: modelo s1mplifK:ado do ciClo do enxofre. 
Efeitos das At.ividades Humanas no 
Ciclo do Enxofre 
Ad lt iOn,\nl,l· .. {,,, • ..1-. , t.' t..'n''-•fl"t.." ,, .1hth..l ... ttr.l 
\ llll 'IO\tlnd'' C'..Jn ,,, •, }'!\.:tn ,l,'t~. rl•t,nJn, t ) t l pclrnh.''' 
l ' prtxhllmd 1 IJ """' lllc'l,JI- ,, f' 1rnr .lc mm.:n,>· 
Lançamos dióxido de enxofre na atmosfera de 
três maneiras. Prrmóra, queimamos carvão e pe-
tróleo, que contêm enxofre, para produzir energia 
elé trica. Seg11rrda, refinamos o petróleo contendo 
enxofre par,l fabrica r gasolina, óleo de aqueci-
mento e o utros produtos úteis. Terceiro, conver-
temos minérios de mine rais metálicos contendo 
enxofre em metais livres, como o cobre, o cllumbo 
e o zinco- atl\·tdade que libera grandes quanti-
dades de dióxido de enxofre no meio ambiente. 
3_7 COMO OS ECOLOGISTAS 
APRENDEM SOBRE OS 
ECOSSISTEMAS? 
Pesquisa de Campo, Sensoriamento 
Remoto e SIG 
l~,· .. •.41 •),1..,., .,.,,, r.t. antl .. l.',:n ...... hlt!O'.t ... c ...... ·p .. :.l· 
clur,11n l tP.> tupt•!t d .l':'- ._ír\·l~r~..~ ~\ltcl s.,btr ti\Jtl 
o rg.H1hlnu :"\ 't\ '-''\"' lu c u Hl H. • de ... lllll:i~lgl.'HI 
Prsq11isa de cnmr10. por ,.ezes denonunada "biolog.a 
das bota~ enlameadas", inclui ir até a natureza, 
ob;,ervar e medir a estrutura dos ecossistemas e o 
que ocorre neles. A maior part·e do que sabemos 
sobre a estrutu ra e o funcionamento dos ecoss•~­
tcmas vem deste tipo de pesquisa. 
Os ccologL~las percorrem florestas, descr-
I~. campos. ,\reas alagadiças, lagos e _córrcgos 
coletiUldo e observando as espécies As vezes, 
eles realizam experimento~ controlados iso-
lando c alterando uma variável cm uma parte 
de uma área e comparando os resultados com as 
á reas inalteradas ao redor. 
Os ecologistas tropicais constroem altos 
guindastes, que se estendem até o dosscl das 
.írvores, pilra identifica r c observar a rica diver-
sidade de espécies que vivem ou se alimentam 
nesses habitats . 
Cada ve7 mais, os ecologistas estão se va-
lendo de no,•as tecnologiaspara coletar dados 
de campo. No sensonamenlo remoto, feito por 
aeronaR":> c satélites, e no sistema de infont~~~çilo 
geográfica (SIC). os dados coletados de grandes 
regiões geográficas são armazenados em bancos 
de dados espaciais (Figura 3.29). Computadores c 
softwarcs de SIG são capazes de analisar e mani-
pular es:.cs dados e combiná-los com dados do 
solo e outros O resultado: mapas computadori-
.t.ados dil cobertura das florestas, recursos lúdriro,, 
CAPITULO 3 Ecosslslemas O Oue São e Como Func100am? 63 
Figura 3.29 Os sistemas de informação geográfica 
fornecem tecnologia para organizar, armazenar e 
analisar dados complexos coletados em amplas áreas 
geográficas. Esses sistemas permitem aos cien-
tistas sobrepor várias camadas de dados (como solos, 
topografia, distribuição de populações ameaçadas de 
extinção e o status de proteção da terra). 
emissões de poluentes no ar, mudanças cos-
teiras, relações e ntre tipos de câncer e fontes 
de poluição e alterações nas temperaturas 
globais do mar. 
Estudo dos Ecossistemas em 
Laboratório 
P.Hl • ... l_tt..lr· ,,.... ''nl.:. ... htPtrM.., l~ ecC'k,~i~ta~ tlti 
t..cam grandes ,1quários, e~tu tas e câmara-: 
mtt•nt~> e extentib controladit!>. 
Ao longo dos últimos 50 anos, os ecologistas 
vêm cada vez mais substituindo a pesquisa d e 
campo pela pesquisa de laboratório para montar, 
observar e fazer medições de ecossistemas e 
populações considerados modelos sob condi-
ções laboratoria is. 
Esses sistemas simplificados foram criados 
em recipientes, como tubos de cultura, garra-
fas, aquários, estufas e câmaras internas e 
64 Ciência Ambiental 
externas, nas quais temperatura, iluminação, co2. 
umidade e outras variáveis são cuidadosa-
mente controlados. 
Tais sistemas facilitam a realização de expe-
rimentos rontrolados. Além disso, os experimentos 
laboratoriais são freqlientemente mais rápidos e 
baratos que os similares de campo. 
Mas existe uma ressalva. Deve-se consi-
derar se aquilo que os cientistas observam e 
medem em um s istema simplificado e contro-
lado de laboratório acontece da mesma maneira 
sob condições mais complexas e dinârrúcas, como 
as encontradas na natureza. Po rtanto, os resu l-
tados das pesquisas de laboratório devem ser 
combinados e apoiados pela pesquisa de campo. 
Análise de Sistemas 
Os ecologistas desenvolvem modelos matemá· 
tietb e uutros pilré'\ ~in1u lc.u t.\ con1p\'lrtan1cnh . .., 
dos ecos!>istema;.. 
Dehnrr obtellvos 
ldenllf•car e •nventarlélf vauáveiS 
Obter dados de referência sobre as 
variáveis 
Rea11zar ané.hse estatJsHca das 
relaçoes enlre as vanáve•s 
Oetermtnat lnteraçóes sagn~hcattvas 
ConstMt modelo matemáhco 
descrevendo as tnteraçOOS 
entre as vanáveis 
Executar o modefo em computador. 
com os valores inse11dos para as 
diferentes vanávels 
Avaliar as melhores formas de se 
alcançar os ob1ellvos 
Figura 3.30 Principais etapas da análise de siste· 
mas. (Dados modificados por Charles Southwick.) 
Desde o final da década de l%0, ecologistas têm 
explorado a análise de sistemas para desenvolver 
modelos matemáticos e outros que simulam os 
ecossistemas. Os modelos computadorizados po-
dem nos ajudar a compreender sistemas extrema-
mente grandes e complexos (como rios. oceanos, 
florestas, campos, cidades e clima), que não po-
dem ser adequadamente estudados c estrutu-
rados em pesquisa de campo ou em laboratório. 
A Figura 3.30 traz as principais etapas da análise 
de sistemas. 
Os pesquisadores podem alterar os valores 
das variáveis em seus modelos de computador 
para projetar possíveis mudanças nas condições 
do ambiente, antecipar surpresas ambientais e 
analisar a eficácia de uma série de soluções 
alternativas para os problemas existentes. 
É óbvio que as simulações e projeções com 
base em modelos de ecossistemas não são melho-
res que os dados e premissas utilizados para 
desenvolver esses modelos. Pesquisas cuida-
dosas de campo e de laboratório devem ser rea]j-
zadas para fornecer os dados de referência e 
determinar as relaçÕ<>$ causa is entre as princi-
pais variáveis necessárias para desenvolver e 
testar os modelos de ecossistemas. 
Importância dos Dados Ecológicos 
de Referência 
Dado.; de reft'r~ncia ~obrl' os t'Cl\"st~tl.!m~s Jo 
mund,, são neces~.íri\'" par,, que pos~dmlls 
obSl'n·~lr Ct>lno ":·lt.·~ e-;t..iP ;;;.t.' nll'dificando c. 
assin1, dc~cn\ oh'l'r t~st rc'lh!g:!cl'S ehe.:h .. 'lltl'*" F"'r(' 
e' it~ r nu r\'tard~ r ~ua dL'~rad,,ç,i{>. 
Antes que possamos compreender o que está se 
passando na natureza e a melhor forma de evitar 
mudanças ambientais prejudkiais, precisamos 
conhecer as condições atuais. Em outras pala-
vras, necessitamos de dados de referência sobre a 
condição dos ecossistemas da Terra. 
Por analogia, seu médico gostaria d e ter 
dados de referência sobre sua pressão sangüí-
nea, peso e funcionamen to dos órgãos e outros 
sistentas, conforme mostram exames de sangue 
e outros testes básicos. Se algo acontece com sua 
saúde, o médico pode realizar novos testes e 
comparar os resultados com os dados de refe-
rência para determinar o que foi alterado e 
desenvolver um tratamento eficaz. 
Má noticia: De acordo com um estudo eroló-
gico d e 2002, publicado pela Heinz Foundation, 
e urna Avaliação do Ecossistema do MLlênjo 
2005, os cientistas d ispõem de menos da metade 
dos dados ecológicos básicos que pr(.ocisariam 
para avaliar o status dos ecossistemas nos 
Estados Unidos. Menos dados ainda estão dis-
poníveis para a maior parte do mundo. 
Dois Princípios de Sustentabilidade 
o ... t:J:l'c...o..;•'h."'n1t1'-t tl .. m ~'-~ ~nstent~l.dP por al~un...;. 
bHh,~•:-- dt• '"''\ Utl il,~dl1i.1l• (1 €'-rt~.-•rgict :"<,,tlr t.:! fL'LI 
dttndo o·~ nuhiL"nteo.. quunh.:l...h neCt.."..--;~\n('~" ~1n-., 
..;~u:; org.lnt-..rnl"'-
Conforme descrito neste capítulo, quase todos 
os ecossistemas naturais e a própria biosfera 
alcançam a sustentabilidade de longo prazo de 
duas maneiras. Primeira, eles utilizam energilz 
solar renaváuel como fonte de energia. Segunda, 
reciclam os uutrie11tes químicos de que seus o rga-
nismos necessitam para sobreviver, crescer e 
se reproduzir. 
Esses dois p rincipias de sustentabilidade 
surgem da estrutura e função dos ecossistemas 
naturais (Figuras 3.5 e 3.12), a lei da conserva-
ção da matéria e as duas leis da termodinâmica. 
Conseqüentemente, os resultados de pesquisas 
básicas, tanto na ciência biológica como na 
física, fornecem as mesmas diretrizes ou lições 
da natureza sobre como podemos viver de 
maneira mais sustentável na Terra, conforme 
resume a Figura 2.12. 
RACIOCÍNIO CRÍTICO 
1. a. Em um adesivo de carro está a pergunta: 
"Você agradeceu a uma planta hoje?" Dê 
dois motivos para agradecermos às plantas. 
b. Identifique os materiais utilizados para 
fabricar o adesivo de carro e decida se ele 
próprio é uma aplicação do slogan. 
c. Explique como os decompositores ajudam 
a nos manter vivos. 
2. a. Como você montaria um aquário auto-sufi-
ciente para peixes tropicais? 
b. Imagine que você tenha um aquário ba-
lanceado vedado com uma tampa de vi-
d ro transparente. A vida pode continuar 
no aquário indefinidamente enquanto 
houver luz do Sol sobre ele? 
c. Um arrúgo limpa seu aquário e retira o solo 
e as p lantas, deixando apenas os peixes e a 
água. O que acontecerá? Explique. 
CAPITULO 3 Ecossistemas: O Que São e Como Funcoonam? 65 
3. Faça uma hsta dos alimentos que você inge-
riu no almoço c no jantar hoje. Refaça a traje-
tória de cada tipo d e a limento de volta a umd 
espécie cspt.>cífica de produtor. 
-t. Utitize a segunda lei da termodinâmica (p 31) 
para explicar por que ocorre uma acentuadd 
queda nos fl uxoe, de energia ao longo de uma 
cadeia ou teia alimentar. A perda de ener-
gia a cada etapa viola a primeira lei da termo-
dinâmica (p.