Questões respondidas - Movimento dos Elementos nos Ecossistemas

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Beatriz Garcez ECZ7025 (2018.2) - Ecologia de Comunidades 
MOVIMENTO DOS ELEMENTOS NOS ECOSSISTEMAS 
Qual a principal diferença entre o movimento de energia do movimento de elementos 
num ecossistema? 
A energia é perdida em forma de calor, já os elementos químicos permanecem na 
biosfera, onde cicIam continuamente entre os organismos e os ambientes físicos. 
Explique os processos de assimilação e de desassimilação, dando exemplos. 
As transformações que incorporam as formas inorgânicas de alimentos em 
moléculas de organismos são processos assimilativos. Um exemplo de transformação 
assimilativa de um elemento é a fotossíntese, na qual as plantas usam a energia solar para 
mudar uma forma inorgânica de carbono (CO2) em uma forma orgânica de carbono 
encontrada nos carboidratos. Na ciclagem global do carbono, a fotossíntese é equilibrada 
pela respiração, um processo complementar desassimilativo que envolve a transformação 
de carbono orgânico de volta para uma forma inorgânica, acompanhada por liberação de 
energia. 
Comente sobre a disposição da água no planeta. 
O movimento da água através dos ecossistemas e da atmosfera, conhecido como 
ciclo hidrológico, é determinado em larga escala pela evaporação, pela transpiração e pela 
precipitação. O maior compartimento de água, cerca de 97% de toda a água na Terra, está 
nos oceanos. A água remanescente existe nos lagos, riachos, rios, alagados, aquíferos 
subterrâneos e no solo. 
Descreva o ciclo hidrológico. 
A evaporação da água ocorre nos corpos de água, no solo e nas plantas que sofrem 
evapotranspiração. A energia solar proporciona a energia para o processo da evaporação e 
evapotranspiração, que transforma a água de um líquido em um gás na forma de vapor de 
água. Há um limite para a quantidade de vapor de água que a atmosfera pode conter. Como 
a água continua a evaporar, o vapor de água na atmosfera se condensa em nuvens que 
criam a precipitação. 
Quando a precipitação 
cai da atmosfera, ela pode 
tomar diversos caminhos. Parte 
da precipitação cai diretamente 
sobre a superfície dos 
ecossistemas aquáticos, e o 
restante sobre os terrestres. A 
água que cai nos ecossistemas 
terrestres pode viajar ao longo 
da superfície do solo ou se 
infiltrar nele, onde é absorvida 
pelas plantas ou se move mais 
para o fundo do solo, 
tornando-se parte das águas subterrâneas. O escoamento superficial e parte das águas 
subterrâneas em algum momento encontrarão seu caminho de volta para os corpos de 
água, completando o ciclo. 
 
 
Beatriz Garcez ECZ7025 (2018.2) - Ecologia de Comunidades 
Como a energia do Sol determina o movimento da água dos oceanos para os 
continentes e de volta para os oceanos? 
A energia solar absorvida pela água executa o trabalho da evaporação. O vapor de 
água tem energia potencial, que é a energia exigida para manter as moléculas de 
água separadas no vapor d’água. Quando o vapor d’água se condensa, forma-se as 
nuvens, onde as moléculas de água se agregam e a energia potencial no vapor de 
água é liberada. A evaporação determina quão rápido a água se move através da 
biosfera. Como é a energia solar que causa a evaporação, também é ela que controla o 
movimento da água na biosfera. A energia solar absorvida pela água líquida para criar 
vapor de água é a fonte de energia motora do ciclo hidrológico. A evaporação dirige 
o movimento da água através do compartimento da atmosfera do ciclo hidrológico. À 
medida que o clima global se aquece, a evaporação aumentará, e a precipitação total sobre 
a superfície da Terra aumentará. 
Comente a relação da fotossíntese e da respiração no ciclo do carbono. 
Os produtores usam a fotossíntese nos ecossistemas terrestres e aquáticos para 
retirar o CO2 do ar e da água e convertê-lo em carboidratos que são usados para fazer 
outros compostos, incluindo as proteínas e as gorduras. O carbono que está preso nos 
produtores pode então ser transferido para os consumidores, carniceiros, detritívoros e 
decompositores. Todos esses grupos tróficos executam a respiração, que libera o CO2 de 
volta para o ar ou para a água. 
Por que o gás metano é normalmente produzido nos pântanos? 
Sob condições anaeróbicas, algumas espécies de arqueas usam compostos de 
carbono para realizar respiração. O metanol é um desses compostos, que durante o 
processo de respiração produz água (H2O), gás carbônico (CO2) e metano (CH4). 
Pântanos possuem ambientes anaeróbicos que liberam metano - gás de pântano. A 
produção de metano pelo processo da respiração anaeróbica é uma preocupação 
crescente, porque ele é um gás de estufa e é 72 vezes mais eficaz em absorver a radiação 
infravermelha de volta para a Terra do que o CO2. 
Como o oceano poderia reduzir os efeitos da queima de combustíveis fósseis sobre 
as concentrações de CO2 na atmosfera? 
Um dos processos de ciclagem do carbono envolve as trocas físicas de CO2 
entre a atmosfera e os oceanos, lagos e águas correntes. O dióxido de carbono se dissolve 
imediatamente na água. Os oceanos contêm cerca de 50 vezes mais CO2 do que a 
atmosfera. O CO2 é continuamente trocado na fronteira entre os oceanos e a atmosfera - à 
medida que algumas moléculas se dissolvem nos oceanos, outras escapam para a 
atmosfera. A quantidade total de CO2 nos oceanos permanece constante, até que um novo 
dióxido de carbono entre de uma fonte externa ao sistema oceano-atmosfera (a partir da 
queima de combustíveis fósseis, por exemplo). A troca na fronteira ar-água conecta os 
ciclos de carbono dos ecossistemas terrestres e aquáticos. De fato, o oceano é um 
importante sumidouro para o dióxido de carbono produzido pela queima de combustíveis 
fósseis. À medida que as concentrações de CO2 na atmosfera aumentam, a sua taxa 
de dissolução nos oceanos também aumenta, desta forma reduzindo o aumento do CO2 
atmosférico abaixo daquele que ocorreria na ausência dessa troca ar-água. 
 
 
 
Beatriz Garcez ECZ7025 (2018.2) - Ecologia de Comunidades 
Comente sobre a extração de combustíveis fósseis e seus possíveis impactos no 
ciclo de carbono e nas mudanças climáticas no planeta. 
A extração de combustíveis fósseis como o carvão, o petróleo e o gás natural 
representa uma mudança recente no ciclo do carbono. A maior parte da história humana viu 
pouca extração de carbono que foi soterrado por milhões de anos. Durante os últimos dois 
séculos, contudo, seres humanos têm extraído carbono em uma taxa progressivamente 
crescente para atender às progressivas demandas de energia. A extração dos combustíveis 
fósseis transfere o carbono fóssil do subsolo para a superfície da Terra, e a queima desses 
combustíveis fósseis altera o ciclo de carbono de modo significativo. 
Sobre o ciclo do nitrogênio, caracterize cada processo a seguir: 
a) fixação do nitrogênio 
O processo de converter o nitrogênio atmosférico em formas que os produtores 
podem usar é conhecido como fixação do nitrogênio, que converteo gás nitrogênio em 
amônia (NH3), e é rapidamente convertida em amônio (NH4+), ou em nitrato (NO3–). O 
composto que é formado depende de se a fixação do nitrogênio ocorre por organismos, por 
raios ou pela produção industrial dos fertilizantes. 
b) nitrificação 
O processo final no ciclo do nitrogênio, que converte o amônio em nitrito (NO2–) e 
então do nitrito em nitrato (NO3–). Essas conversões liberam boa parte da energia potencial 
que está contida no amônio. 
c) assimilação 
Os produtores podem assimilar o nitrogênio do solo ou da água como amônio ou 
nitratos. Uma vez que os produtores assimilaram o nitrogênio, eles o incorporam em seus 
tecidos. Quando os consumidores primários ingerem os produtores, eles podem assimilar o 
nitrogênio dos produtores ou excretá-lo como rejeito. O mesmo processo ocorre novamente 
com os consumidores secundários. 
d) mineralização 
O processo de decompor compostos orgânicos em compostos inorgânicos. 
e) desnitrificação 
Processo de converter nitratos em gás nitrogênio é conhecido como desnitrificação. 
Sob condições anaeróbicas, os nitratos podem ser transformados de volta em nitritos, que 
são transformados em óxido nítrico (NO), que pode ser convertido em gás nitrogênio. A 
desnitrificação é importante para a decomposição da matéria orgânica em solos e 
sedimentos carentes de oxigênio, mas também resulta na perda de nitrogênio dos 
solos como gás. A perda de nitrogênio prontamente disponível nos ecossistemas por 
desnitrificação é compensada pela fixação de nitrogênio. 
Dado que o fundo do oceano é anaeróbico, que processo no ciclo do nitrogênio é 
mais provável de ocorrer nesse local e por que a disponibilidade de formas 
utilizáveis de nitrogênio é baixa no fundo do oceano? 
O processo que é mais provável de ocorrer em ambientes anaeróbicos como o fundo 
do oceano é a desnitrificação. A desnitrificação é importante para a decomposição da 
matéria orgânica em solos e sedimentos carentes de oxigênio, mas é um processo que 
libera pouca quantidade de formas utilizáveis de nitrogênio. 
 
 
 
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Como as bactérias fixadoras de nitrogênio, que vivem em simbiose com uma planta, 
podem afetar os tipos de ambientes nos quais a planta poderia viver? 
A maior parte do nitrogênio entra nas vias biológicas do ciclo do nitrogênio 
através de sua assimilação por certos micro-organismos num processo denominado de 
fixação de nitrogênio. As plantas obtêm o nitrogênio do solo, seja como amônio (NH4+) 
ou como nitrato (NO3-), que elas devem então reduzir para uma forma orgânica 
como o amônio, com um gasto de energia. É usado para construir proteínas, tanto 
para as próprias plantas quanto para os consumidores mais altos na cadeia alimentar. 
As proteínas são, por fim, metabolizadas, e o nitrogênio em excesso é excretado para o 
ambiente como rejeito. 
Comente sobre o ciclo do fósforo. 
Diferentemente do nitrogênio, o fósforo raramente muda sua forma química; ele 
normalmente se move como um íon fosfato. As plantas assimilam os íons fosfato do solo ou 
da água e os incorporam diretamente em vários compostos orgânicos. Os animais eliminam 
o excesso de fósforo em suas dietas por meio da excreção na urina contendo íons fosfato 
ou compostos de fósforo que são convertidos em íons fosfato pelas bactérias fosfatizadoras. 
As rochas fosfatadas são a grande fonte de fosfato. Estas sofrem intemperização, 
que faz com que elas liberem lentamente íons fosfato. Quando os íons fosfato entram nos 
ecossistemas terrestres, eles podem se ligar fortemente ao solo ou serem assimilados pelas 
plantas, e passados através da teia alimentar. As excreções dos animais e a decomposição 
de todos os organismos terrestres liberam fósforo de volta para o solo. 
Comente sobre o uso excessivo de fertilizantes e eutrofização. 
O uso excessivo de fertilizantes leva à um aumento da concentração de nitrogênio e 
fósforo nos ecossistemas, à níveis que excedem sua capacidade de ciclagem natural. Esses 
elementos acabam escoando para corpos d’água, possibilitando o início do processo de 
eutrofização (aumento na produtividade dos ecossistemas aquáticos). Esse aumento na 
produtividade se deve à proliferação drástica de algas que utilizam o nitrogênio e o fósforo 
para crescerem e se reproduzir rapidamente. A eutrofização tem inúmeras consequências, 
ocasionamento de eventos anóxicos, perda de habitats aquáticos, produção de toxinas e 
gases tóxicos, entre outras. 
Comente sobre a entrada de elementos nos ecossistemas e sua importância para a 
manutenção do equilíbrio dos ciclos e da vida na Terra. 
Os ecossistemas terrestres sofrem uma perda constante de nutrientes porque muitos 
são lixiviados do solo e transportados para longe em águas correntes e em riachos e rios. 
Para manter um nível estável de produtividade, uma saída de nutrientes de um ecossistema 
deve ser equilibrada por uma correspondente entrada. Para alguns nutrientes, como o 
nitrogênio, as entradas vêm da atmosfera. Para a maioria dos outros nutrientes, como o 
fósforo, as entradas vêm da intemperização da rocha matriz sob o solo. A intemperização é 
a alteração física e química do material da rocha próximo à superfície da Terra. Substâncias 
tais como o ácido carbônico na água da chuva e os ácidos orgânicos produzidos pela 
decomposição das serapilheiras das plantas reagem com os minerais na rocha matriz e 
liberam vários elementos que são essenciais ao crescimento das plantas. 
 
 
 
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Por que a intemperização da rocha matriz é responsável por uma fração pequena dos 
nutrientes disponíveis para as plantas? 
A grande fonte de novos nutrientes para os ecossistemas terrestres é a formação de 
solo através da intemperização da rocha matriz e outros materiais parentais, mas 
tipicamente, a intemperização da rocha matriz proporciona somente 10% dos nutrientes do 
solo assimilados pela vegetação a cada ano. Isso ocorre pois os nutrientes importantes, 
como o nitrogênio, o fósforo e o enxofre, são tipicamente escassos no material parental. 
Assim, a intemperização adiciona pouco destes nutrientes ao solo - as entradas da 
precipitação e da fixação de nitrogênio são também pequenas. O desenvolvimento dos 
ecossistemas em substratos recentemente expostos exige longos períodos de acumulação 
de nutrientes. Nos ecossistemas maduros, a produção das plantas depende da rápida 
regeneração destes nutrientes dos detritos e sua retenção nos ecossistemas. 
Num ecossistema maduro, qual é a grande fonte de nutrientes do solo para as 
plantas? 
O grosso dos nutrientes tornados disponíveis para as plantas vem da 
decomposição dos detritos e pequenas moléculas orgânicas no próprio solo. Em 
outras palavras, a maior parte dos nutrientes nos ecossistemas é regenerada dentro destes 
ecossistemas. 
Comente sobre o processo de decomposição e sobre sua importância para a 
manutenção de nutrientesnos ecossistemas. 
Embora a intemperização dos nutrientes inorgânicos proporcione nutrientes para os 
ecossistemas terrestres, este é um processo muito lento. Portanto, a produção primária 
depende amplamente de uma rápida regeneração de nutrientes dos detritos, via 
decomposição de matéria orgânica. A decomposição é o processo que quebra a matéria 
orgânica em compostos químicos menores e mais simples, e é realizada principalmente por 
bactérias e fungos. Nos ecossistemas terrestres, 90% de toda a matéria vegetal produzida 
em um determinado ano não é consumida diretamente pelos herbívoros, mas em algum 
momento decomposta. Muitas plantas reabsorvem partes dos nutrientes de suas folhas 
antes de caírem. A biomassa vegetal morta acima do solo, combinada com a matéria 
orgânica de animais mortos e os rejeitos animais, caem na superfície do solo, de onde os 
nutrientes são lixiviados. Os detritívoros decompõem a matéria orgânica em partes menores 
e os decompositores a decompõem ainda mais. Aqui a decomposição é principalmente 
aeróbica, e as raízes das plantas e seus fungos micorrizais associados têm acesso imediato 
aos nutrientes liberados pelos decompositores. 
Por que os solos tropicais e temperados têm taxas diferentes de regeneração de 
nutrientes? 
Os padrões de circulação de nutrientes diferem ao longo dos ecossistemas em 
parte porque os climas afetam a intemperização, as propriedades do solo e as taxas de 
decomposição dos detritos pelos micro-organismos. Estas diferenças são evidentes quando 
comparamos os ecossistemas tropicais e temperados. 
Estudos comparativos de florestas temperadas e tropicais mostram que os detritos 
nos trópicos se decompõem mais rapidamente por causa das temperaturas mais quentes e 
maiores quantidades de precipitação. Como consequência, do carbono orgânico total nos 
ecossistemas terrestres, mais de 50% ocorrem no solo e na serapilheira nas florestas do 
 
 
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norte, mas menos de 25% nas florestas pluviais tropicais, onde a maior parte da matéria 
orgânica existe na biomassa viva. Essas diferenças nas taxas de decomposição da 
serapilheira significam que as florestas tropicais têm uma proporção muito maior da matéria 
orgânica total na vegetação viva do que nos detritos. 
Explique por que os solos cultivados no Canadá boreal retêm seus nutrientes por 
muito mais anos do que os solos cultivados na América do Sul tropical. 
Solos com abundante matéria orgânica podem manter a fertilidade por mais 
tempo. Os solos temperados retêm matéria orgânica dez vezes mais tempo do que os 
tropicais, e, portanto, proporcionam um estoque mais persistente de nutrientes 
inorgânicos que podem ser liberados lentamente pela decomposição. 
Por que o aquecimento global poderia causar a liberação de CO2 dos solos 
florestados boreais? 
A decomposição é tão lenta nas florestas boreais e na tundra que camadas 
espessas de matéria or gânica se acumulam no solo. A decomposição é lenta em 
parte porque os solos estão congelados na maior parte do ano; abaixo de uma 
certa profundidade, os solos podem ficar permanentemente congelados . De acordo 
com uma estimativa, os solos permanente e sazonalmente congelados das florestas 
boreais em todo o mundo retêm cerca de 200-500 gigatoneladas de carbono, que 
representam quase 80% d a quantidade de carbono na atmosfera. Se as temperaturas 
dos solos boreais começarem a aumentar por causa do aquecimento global, os micro 
-organismos do solo e os animais poderiam metabolizar uma fração substancial deste 
carbono do solo, que retornaria para a atmosfera como dióxido de carbono respirado. 
Como a circulação de nutrientes difere entre os ecossistemas terrestres e aquáticos? 
O que é distinto na maioria dos rios, lagos e oceanos é que a matéria orgânica 
desce até o fundo e se acumula ness as camadas profundas de água e os nutrientes são 
regenerados e retornados para a zona de produtividade de forma relativamente lenta. A 
regeneração de nutrientes dos detritos terrestres acontece próximo às raízes das 
plantas, onde eles são assimilados. Em contrapartida, as plantas aquáticas e as algas 
assimilam nutrientes na zona superior d e luz solar (fótica) da coluna de água, normalmente 
longe dos sedimentos onde os nutrientes são regenerados. A decomposição de 
nitritos terrestres ocorre, em sua maior parte, aerobicamente, e assim relativamente 
rápido. Por outro lado, os sedimentos aquáticos normalmente tornam-se deplecionados 
de oxigênio. A falta de oxigênio retarda grandemente a maior parte das 
transformações bioquímicas e muda a forma pela qual alguns nutrientes são 
regenerados. Os sistemas aquáticos são capazes de manter uma alta produtividade 
somente quando os sedimentos do fundo não estão muito longe da zona fótica 
acima, ou algum meio existe de trazer os nutrientes regenerados naqueles sedimentos de 
volta para a zona fótica.