Fluxo de Matéria e Energia no Ecossistema (1)

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Elaborado por: F. Barbosa e E. Ribeiro - 2012
Ecossistema: Fluxo de matéria e energia no ecossistema
Para o desenvolvimento de todas as funções vitais é necessário o uso de energia;
A energia utilizada pelos seres vivos é obtida de forma direta ou indireta a partir da energia
do sol ou outra fonte, por meio da alimentação;
O sol é responsável pela existência da vida na terra porque as suas radiações aquecem o solo, a
água e o ar criando condições favoráveis a vida.
A luz solar também é captada pelas algas e plantas que a utilizam na fotossíntese, abastecendo
assim de energia todos os ecossistemas terrestres.
Uso das Leis da termodinâmica nos sistemas ecológicos e
biológicos
a) A primeira lei da termodinâmica diz que “matéria e energia não podem ser criadas ou
destruídas, somente transformadas”.
i) uma substância se transforma em outra, através de processos físicos, químicos ou biológicos,
assumindo inclusive diferentes funções, mas não pode simplesmente desaparecer.
ii) a energia, que se transforma de uma forma em outra, mas não desaparece, pelo menos no
universo
Ex: a luz pode transformar-se em trabalho, calor ou energia potencial de alimentos, mas
nenhuma destas formas pode ser destruida
Chamada também “lei da conservação de massa e energia”.
1a Lei da Termodinanica
Na natureza temos:
1) as substâncias simples como água, gás carbônico e sais minerais
que são transformada 2) em matéria organica vegetal sob a forma de moléculas complexas
como açúcares, proteínas e gorduras.
3) O herbívoro, ao comer folhas e frutos, ingere e digere esse material, absorvendo-o e
metabolizando-o em outras substâncias, as proteínas animais.
Carnívoro come o herbívoro, seus músculos e demais tecidos, incorporando a proteína e
utilizando-a em seu metabolismo.
5) o carnívoro morre e as bactérias se encarregarão de transformar matéria organica animal
em substâncias simples outra vez, como em água, gás carbônico e sais minerais.
NB: o ciclo da matéria se fecha = o balanço de massa, tendo em conta todas as entradas e
saídas, ele será zero.
A matéria tem um fluxo ciclico, pois penetrando no mundo vivo através dos produtores – na
forma de substâncias simples como dioxido de carbono, água, sais minerias é decomposta e
transformada em substâncias inorganicas simples. Assim a matéria é reutilizada pelo mundo
vivo
E a energia?
Em cada etapa 1,2,3,4,5, existem saídas do ecossistema , por exemplo, pela respiração a
energia química das ligações de moléculas orgânicas é transformada em energia calorífica,
dissipando-se o calor na atmosfera
Fluxo de energia: ocorre por troca ou dissipação de energia através de níveis tróficos da
cadeia alimentar de um ecossistema. Na cadeia alimentar, parte da energia é armazenada e
parte é utilizada para em processos metabólicos;
NB: não ocorre o desaparecimento de energia, existe dispersão de parte dela, que se dissipa na
forma de calor e não volta para o ciclo da vida
temos então a 2a lei que diz
2a lei da termodinâmica
que estabelece que “a entropia do universo cresce na direção de um máximo”.
O que é entropia ?
Entropia a quantidade de energia que não é mais capaz de realizar trabalho em um sistema,
sendo um indicativo de desordem da natureza. Também chamada (lei da entropia).
i) Nenhum processo que envolve transformação de energia irá ocorrer espontaneamente,
a menos que haja degradação de energia de uma forma concentrada para uma forma
dispersa
• As transformações de energia se dão em direção às formas menos concentradas.
• na cadeia alimentar, em que os fenômenos da respiração bioquímica nas células e da
decomposição microbiana levam a reações exoenergéticas, para disponibilizar a energia
de movimento, para por exemplo
i) o transporte da seiva nas plantas ou ii) para o movimento dos animais.
• Esta energia usada após o trabalho desorganiza-se ainda mais, sendo libertada em
forma de energia calorífica, sob a forma de calor.
Esta é a forma habitual de dispersão da energia na atmosfera.
Ex: se uma certa energia é sempre dispersa na forma de calor não aproveitavel,
nenhuma transformacão espontanea de energia em energia potencial é 100% eficaz.
ex: transformação da luz em protoplasma
Apenas uma pequena porção da energia luminosa absorvida pelas plantas verdes
é efectivamente transformada em energia potencial ou energia alimentar a maior
parte transforma-se em calor saindo da planta, ecossistema e da biosfera
Os organismos, ecossistemas e toda a ecosfera possuem a seguinte caracteristica
termodinamica essencial:
- Podem criar e manter um estado elevado de
de ordem interna ou uma condição de baixa entropia;
- Obtêm-se baixa entropia ao dissipar de forma contínua e eficiente a energia de alta utilidade
(luz ou alimento) em energia de baixa utilidade (calor).
O ecossistema, mantém- se em ordem e numa estrutura complexa, por meio de respiração
total da comunidade, .
- Os ecossistemas e organismos vivos são sistemas termodinâmicos abertos, em estado de não
equilibrio, que trocam energia e matéria com o ambiente para reduzir a entropia interna e
aumentar a entropia externa.
Fluxo de matéria e energia no ecossistema
O fluxo é 1.decrescente e 2. unidirecional:
1.Cada componente da cadeia alimentar consome, em suas próprias actividades, a maior
parte de energia adquirida com alimentos.
2. Cada consumidor transfere para o nivel trófico seguinte apenas uma parcela de energia
recebida, é aciclico e unidirecional na cadeia alimentar.
Os produtores, como os únicos organismos capazes de produzir alimento, constituiem a
porta de entrada de energia.
• Produtores → consumidores → decompositores .
• As plantas e algas convertem a energia luminosa em energia química que fica
armazenada nas moléculas orgânicas.
• Os consumidores primários ao comerem seres fotossintetizantes aproveitam a energia
contida nas moléculas orgânicas
• Os consumidores secundários que comem os primários recebem das moléculas
ingeridas toda a energia, tornando a transferência de energia na cadeia alimentar
unidirecional e acíclica.
Transferência de Energia na Cadeia Alimentar
FLUXO DE ENERGIA
A transferência de energia
ao longo das cadeias
alimentares é
unidirecional.Em cada
nível trófico, parte da
energia que ingressou na
cadeia alimentar é
dissipada nas actividades
vitais
• Parte da energia recebida por cada nível trófico é usada no metabolismo; mas uma
grande parte não é aproveitada porque é eliminada na matéria orgânica que forma as
fezes ou naquela que não é facilmente digerida, como a celulose.
• Em relacão ao fluxo de energia é importante perceber que necessariamente toda a
energia de todos os seres vivos é primordialmente vinda do sol, sendo este então o
grande responsável pela existência de vida na terra.
• PRODUTIVIDADE
• PPL (Produtividade Primária Líquida): é toda a energia que os produtores armazenam a
partir da fotossíntese(PPB) menos o que eles gastam na respiração (R), assim a PPL é o
que o consumidor primário vai ter disponível do produtor.
• PPL = PPB - R
produtividade primária bruta
•
(A) A
produtivida
de primária
líquida é
relativame
nte maior
nos
ecossistem
as
marinhos
que nos
terrestres.
Isso porque
os
produtores
do
fitoplâncto
n (B) têm
cresciment
o rápido e
acumulam
pouca
matéria
orgânica
nos seus
corpos.
O inverso
ocorre
numa
floresta (C),
em que as
árvores
crescem
lentamente
e
acumulam
muita
matéria
nos seus
troncos.
PSL (Produtividade Secundária Líquida)
 é a energia que o consumidor primário conseguiu retirar dos produtores (PPL) menos o
que ele gastou no metabolismo (M): sendo assim o que estará disponível para os
consumidores secundários.
• PSL = PPL – M
•
1 VITELO
(bezerro)
300 COELHOS
500kg Peso Corporal 500 Kg
8,3kg Consumo diário de feno 33,3 Kg
129 dias Duraçãodo feno 30 DIAS
0,9kg Ganho de peso por dia 3,6 Kg
109kg Ganho de peso com 1t de feno 109 Kg
20 000 kcal. Perda diária de calor 80 000 Kcal
• A produtividade secundária líquida (PSL) dos coelhos é cerca de quatro vezes maior que
a do gado. O cálculo de produtividade leva em conta que coelhos, com a mesma
quantidade de alimento, ficam prontos para o abate em um quarto do tempo necessário
ao gado. (Dados de Philipson, em Ecologia energética.
• A produtividade secundária líquida (PSL) dos coelhos é cerca de quatro vezes maior que
a do gado. O cálculo de produtividade leva em conta que coelhos, com a mesma
quantidade de alimento, ficam prontos para o abate em um quarto do tempo necessário
ao gado. (Dados de Philipson, em Ecologia energética
Pirâmides ecológicas
• As piramides ecologicas constituem maneira de expressar graficamente, a estrutura dos
niveis tróficos de uma cadeia alimentar em termos de energia, biomassa ou número de
individuos .
Ex: Veja abaixo a pirâmide de números
Pirâmide Energética e Nível Trófico
Nível trófico refere-se à posição ocupada pelo organismo na cadeia alimentar;
• Como a energia se torna menos aproveitável nos níveis mais elevados da cadeia
alimentar, as mesmas são curtas;
A quantidade de espécies em cada nível trófico é proporcional à quantidade de energia
disponível;
Nível trófico refere-se à posição ocupada pelo organismo na cadeia alimentar;
• Como a energia se torna menos aproveitável nos níveis mais elevados da cadeia
alimentar, as mesmas são curtas;
A quantidade de espécies em cada nível trófico é proporcional à quantidade de energia
disponível;
Pirâmide de números
Pirâmides de números.
(A) A forma típica de
pirâmide, com base larga e
ápice estreito, surge
quando os produtores da
cadeia alimentar são
plantas pequenas (capim,
por exemplo) e os
herbívoros e predadores
são relativamente grandes.
(B) Numa cadeia alimentar
em que os produtores são
grandes (uma árvore, por
exemplo) e os herbívoros
são relativamente
pequenos (lagartas, por
exemplo), a pirâmide pode
assumir outra forma.
Piramide de energia (cont.)
• Pirâmide de energia expressa a quantidade de energia acumulada em cada nivel da
cadeia alimentar.
• A energia apresenta um nível decrescente ao longo da cadeia. Isto significa quanto mais
distante estiver dos produtores num determinado nivel trófico, menor será a
quantidade de energia útil recebida.
Pirâmide de biomassa
Pirâmide de biomassa expressa a
quantidade de biomassa ou
matéria viva em cada nivel trofico
da cadeia alimentar.
Pirâmide de biomassa invertida
os produtores (algas )
reproduzem- se rápidamente, de
maneira a renovar
continuamente o “stock’̋ de
matéria disponível
É o caso das algas unicelulares e microscopicas integrantes do fitoplanton : dotados de elevada
capacidade reprodutiva elas garentem a produção continua de uma biomassa capaz de
sustentar um contigente maior de zooplancton ( animais flutuantes que se nutrem de algas)