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ECOSSISTEMAS Disciplina: Gestão Ambiental e Desenvolvimento Sustentável 2018.1 Prof. Anderson Carneiro, M Sc. O que é ecossistema? • É resultado da interação de comunidades de organismos que interagem entre si e com o ambiente físico, o qual incluiu a luz do sol, as chuvas e os nutrientes no solo. O que é ecossistema? • Sistemas em que ocorre o fluxo de matéria, sendo que esse fluxo para o interior e exterior é pequeno, comparado com a quantidade de matéria reciclada no seu interior. Ecologia • A palavra Ecologia derivada de: Oikos = casa, logos = estudo, ciência. • O termo foi originalmente empregado pelo zoólogo alemão Ernst Haeckel (1834 – 1919) em sua obra “Generelle Morfologie der Organismen”. O que é Ecologia? • Ecologia é a ciência que estuda as relações entre os seres vivos e o ambiente onde estes vivem. • Ecologia é a ciência que estuda a dinâmica dos Ecossistemas. Biosfera Bioma Ecossistema Habitat Habitat? • Locais em que vivem organismos integrantes de uma população. A Influência exercida pelo homem • Perda de habitat • Emissão de compostos químicos tóxicos • Introdução de espécies exóticas Biosfera • A soma de todas as regiões da Terra, a qual é formada pela atmosfera, a hidrosfera (a água) e a litosfera (o solo, as rochas, e os minérios que compõem a porção sólida do planeta). Atmosfera • É uma fina camada de gases que envolve superfície da Terra. Gás % volume Gases não variáveis Nitrogênio 78,08 Oxigênio 20,95 Argônio 0,93 Neônio 0,002 Outros 0,001 Gases variáveis Vapor d’água 0,1 a 5 Dióxido de carbono 0,035 Ozônio 0,000006 Outros gases traços Material particulados Normalmente traços Atmosfera A transferência de massa e de energia nos ecossistemas • Não existe ecossistema sem uma fonte externa de energia!! • Fotossíntese: (plantas que contêm clorofila) • 6CO2+6H2O+28000 Kj energia do sol → C6H1206+602 A transferência de massa e de energia nos ecossistemas • Produtividade Primária Líquida (PPL): velocidade de produção de células e de compostos como glicose pelo produtos primários. Pântanos Florestas tropicais Desertos Tundras PP L PPL A transferência de massa e de energia nos ecossistemas • Função: luz solar, temperatura, água e disponibilidade de nutrientes Pântanos Florestas tropicais Desertos Tundras PP L PPL Teia trófica •E fic iê nc ia e co ló gi ca Teia trófica Autotróficos • Primeiro nível Herbívoros (quimiotróficos) • Segundo nível Carnívoros (quimiotróficos) • Terceiro nível Tipos de respiração • Aeróbica: ambientes ricos em oxigênio • Anóxicos: baixa concentração de oxigênio • Anaeróbica: ambientes ausentes de oxigênio e nitrato A transferência de massa e de energia nos ecossistemas • Bioacumulação: representa o aporte total de compostos químicos contidos nos alimentos consumidos por um organismo (benton, peixes, dentre outros) ou obtidos via transporte de substâncias através das guelras e do epitélio. • Biomagnificação: é o processo que resulta da acumulação de um composto em um predador, localizado portanto em um nível superior, composto este que é encontrado nos alimentos (presas) consumidos por este. • Bioconcentração: é a ingestão de compostos químicos presentes na fase dissolvida. A transferência de massa e de energia nos ecossistemas Ciclos biogeoquímicos bio • Porque organismos vivos interagem no processo de síntese orgânica e decomposição dos elementos geo • Porque o meio terrestre é a fonte de alimentos químico • Porque são ciclos de elementos químicos Ciclos biogeoquímicos • Biogeoquímica: é a ciência que estuda a troca ou a circulação de matéria entre os componentes vivos e físico-químicos da biofesra. • Nutrientes: elemento essencial disponível para os produtores, em forma molecular ou iônica. Macronutrientes • C, H, O, N, P • S, Cl, K, Na, Ca, Mg, Fe Micronutrientes • Al, B, Cr, Zn, Mo, V, Co Ciclo do carbono • 14º elemento mais abundante (em peso) na terra • É encontrado em todos os seres vivos, na atmosfera (CO2), no húmus do solo, nos combustíveis fósseis, no solo e nas rochas. • Fotossíntese: • 6CO2+6H2O+28000 Kj energia do sol → C6H1206+602 • Respiração: • C6H1206+602 →6CO2+6H2O+640kcal/mol de glicose Ciclo do carbono Ciclo do carbono Ciclo do nitrogênio • Também é um ciclo gasoso como o ciclo do carbono • Na atmosfera: • 78% N • 0,032% C • 4NH4+ +6O2 = 4NO2- + 8H+ + 4H2O • 4NO2- + 2O2 = 4NO-3 • NH4+ + 2O2 = NO3- + 2H+ + H20 Ciclo do nitrogênio Ciclo do nitrogênio Ciclo do fósforo • Material genético constituinte das moléculas dos ácidos ribonucléico (RNA) e desoxirribonucléico (DNA) • Ciclo fundamentalmente sedimentar • Principal reservatório é a litosfera (rochas fosfatadas) • Ciclo lento, passando da litosfera para a hidrosfera por meio da erosão. Ciclo do fósforo Dinâmica populacional • É o estudo das alterações e dos fatores que afetam a quantidade de indivíduos e a composição de populações em uma unidade ambiental. • Área de interesse pode ser: • Biológico • Geográfico • Político • Objetivo: • Entender como as perturbações ambientais afetam as populações; • Estimar populações e determinar a demanda por recursos hídricos; • Estimar as populações bacterianas em sistemas construídos; • Utilizar as populações como indicadores da qualidade ambiental. Dinâmica populacional • População: conjunto de indivíduos da mesma espécie que dividem o mesmo habitat. • Comunidade: conjunto de populações agrupadas em uma certa área. • Densidade populacional: é o número de indivíduos, ou a quantidade de biomassa, por unidade de área ou volume. • Natalidade: é a tendência de crescimento de uma população. • Mortalidade: é a antítese da natalidade. • Fator limitante: é qualquer fator ecológico, biótico ou abiótico que condiciona as possibilidades de sucesso de um organismo em um ambiente, impedindo que a população cresça acima de certos limites. Fator limitante Meio terrestre • Fósforo • Luz • Temperatura • Água Meio aquático • Oxigênio • Fósforo • Luz • Temperatura • Salinidade Dinâmica populacional • Unidades: • Plantas e animais: nº de indivíduos / área • Bactérias e vírus: nº de indivíduos / volume Curva de crescimento bacteriano Dinâmica populacional humana Dinâmica populacional humana Dinâmica populacional humana Biodiversidade • O termo biodiversidade - ou diversidade biológica - descreve a riqueza e a variedade do mundo natural. As plantas, os animais e os microrganismos fornecem alimentos, remédios e boa parte da matéria-prima industrial consumida pelo ser humano. Biodiversidade • O Brasil é um país de proporções continentais: seus 8,5 milhões km² ocupam quase a metade da América do Sul e abarcam várias zonas climáticas – como o trópico úmido no Norte, o semiárido no Nordeste e áreas temperadas no Sul. • Evidentemente, estas diferenças climáticas levam a grandes variações ecológicas, formando zonas biogeográficas distintas ou biomas: a Floresta Amazônica, maior floresta tropical úmida do mundo; o Pantanal, maior planície inundável; o Cerrado de savanas e bosques; a Caatinga de florestas semiáridas; os campos dos Pampas; e a floresta tropical pluvial da Mata Atlântica. • Além disso, o Brasil possui uma costa marinha de 3,5 milhões km², que inclui ecossistemas como recifes de corais, dunas, manguezais, lagoas, estuários e pântanos. Biodiversidade • A variedade de biomas reflete a enorme riqueza da flora e da fauna brasileiras: o Brasil abriga a maior biodiversidade do planeta.Esta abundante variedade de vida – que se traduz em mais de 20% do número total de espécies da Terra – eleva o Brasil ao posto de principal nação entre os 17 países mega diversos (ou de maior biodiversidade). • Além disso, muitas das espécies brasileiras são endêmicas, e diversas espécies de plantas de importância econômica mundial – como o abacaxi, o amendoim, a castanha do Brasil (ou do Pará), a mandioca, o caju e a carnaúba – são originárias do Brasil. • Mas não é só: o país abriga também uma rica sociobiodiversidade, representada por mais de 200 povos indígenas e por diversas comunidades – como quilombolas, caiçaras e seringueiros, para citar alguns – que reúnem um inestimável acervo de conhecimentos tradicionais sobre a conservação da biodiversidade. Biodiversidade • Porém, apesar de toda esta riqueza em forma de conhecimentos e de espécies nativas, a maior parte das atividades econômicas nacionais se baseia em espécies exóticas: na agricultura, com cana-de-açúcar da Nova Guiné, café da Etiópia, arroz das Filipinas, soja e laranja da China, cacau do México e trigo asiático; na silvicultura, com eucaliptos da Austrália e pinheiros da América Central; na pecuária, com bovinos da Índia, equinos da Ásia e capins africanos; na piscicultura, com carpas da China e tilápias da África Oriental; e na apicultura, com variedades de abelha provenientes da Europa e da África. • Como se sabe, a biodiversidade ocupa lugar importantíssimo na economia nacional: o setor de agroindústria, sozinho, responde por cerca de 40% do PIB brasileiro (calculado em US$ 866 bilhões em 1997); o setor florestal, por sua vez, responde por 4%; e o setor pesqueiro, por 1%. Na agricultura, o Brasil possui exemplos de repercussão internacional sobre o desenvolvimento de biotecnologias que geram riquezas por meio do adequado emprego de componentes da biodiversidade. Biodiversidade • Produtos da biodiversidade respondem por 31% das exportações brasileiras, com destaque para o café, a soja e a laranja. As atividades de extrativismo florestal e pesqueiro empregam mais de três milhões de pessoas. A biomassa vegetal, incluindo o etanol da cana-de-açúcar, e a lenha e o carvão derivados de florestas nativas e plantadas respondem por 30% da matriz energética nacional – e em determinadas regiões, como o Nordeste, atendem a mais da metade da demanda energética industrial e residencial. Além disso, grande parte da população brasileira faz uso de plantas medicinais para tratar seus problemas de saúde. • Por tudo isso, o valor da biodiversidade é incalculável. • Sua redução compromete a sustentabilidade do meio ambiente, a disponibilidade de recursos naturais e, assim, a própria vida na Terra. Sua conservação e uso sustentável, ao contrário, resultam em incalculáveis benefícios à Humanidade. • Neste contexto, como abrigo da mais exuberante biodiversidade do planeta, o Brasil reúne privilégios e enorme responsabilidade. Biomas • São grandes ecossistemas e distribuem-se na superfície terrestre grande parte em função da latitude, uma vez que o clima varia de acordo com ela. Ecossistemas aquáticos e terrestres (diferenças) • Enquanto nos ecossistemas terrestres a água é muitas vezes fator limitantes, nos ecossistemas marinhos a luz é que se torna limitante; • As variações de temperaturas são mais pronunciadas no meio terrestre do que no meio aquático, por causa do alto calor específico da água; • No meio terrestre, a circulação do ar provoca uma rápida distribuição e reciclagem de gases, enquanto, no aquático, o oxigênio, às vezes, é um fator limitante; • O meio aquático requer esqueletos menos rígidos dos seus habitantes do que o meio terrestre, uma vez que o empuxo do ar é bem inferior ao da água; • Os ecossistemas terrestres apresentam uma biomassa vegetal muito maior que os ecossistemas aquáticos, mas as cadeias alimentares tornam-se bem maiores nos ecossistemas aquáticos. Ecossistemas aquáticos Ec os si st em as a qu át ic os Água doce (0,5 g/L) Lênticos Lagos Lagoas Pântanos Lóticos Rios Nascentes Corredeiras Água salgada (35 g/L) Ecossistemas aquáticos • Seres aquáticos: • Plânctons: são organismos em suspensão na água, sem meio de locomoção própria, que acompanham as correntes aquáticas. Podem ser divididos em fitoplânctons (algas), responsáveis pela produção primária nos meios aquáticos, e zooplânctons, que são principalmente os protozoários. • Bentos: são organismos que vivem na superfície sólida submersa, podendo ser fixos ou móveis. • Néctons: são organismos providos de meio de locomoção própria, como os peixes. Ecossistemas de água doce • Rios • Lagos e Lagoas • Estuários • É um corpo d’água litorâneo semifechado com livre acesso para o mar, onde as águas marinhas se misturam com a água doce proveniente do continente em pontos de desembocaduras de rios e baías costeiras. • É uma zona de transição entre a água doce e a salgada, mas com características próprias. • Ex: Baía de todos os Santos BTS Ecossistemas terrestres Ecossistemas brasileiros Amazônia • Extensão aproximada: 4.196.943 quilômetros quadrados • A Amazônia é a maior reserva de biodiversidade do mundo e o maior bioma do Brasil – ocupa quase metade (49,29%) do território nacional. Esse bioma cobre totalmente cinco Estados (Acre, Amapá, Amazonas, Pará e Roraima), quase totalmente Rondônia (98,8%) e parcialmente Mato Grosso (54%), Maranhão (34%) e Tocantins (9%). Ele é dominado pelo clima quente e úmido (com temperatura média de 25 °C) e por florestas. Tem chuvas torrenciais bem distribuídas durante o ano e rios com fluxo intenso. • O bioma Amazônia é marcado pela bacia amazônica, que escoa 20% do volume de água doce do mundo. No território brasileiro, encontram-se 60% da bacia, que ocupa 40% da América do Sul e 5% da superfície da Terra, com uma área de aproximadamente 6,5 milhões de quilômetros quadrados. • A vegetação característica é de árvores altas. Nas planícies que acompanham o Rio Amazonas e seus afluentes, encontram-se as matas de várzeas (periodicamente inundadas) e as matas de igapó (permanentemente inundadas). Estima-se que esse bioma abrigue mais da metade de todas as espécies vivas do Brasil. Cerrado • Extensão aproximada: 2.036.448 quilômetros quadrados • O Cerrado é o segundo maior bioma da América do Sul e cobre 22% do território brasileiro. Ele ocupa totalmente o Distrito Federal e boa parte de Goiás (97%), de Tocantins (91%), do Maranhão (65%), do Mato Grosso do Sul (61%) e de Minas Gerais (57%), além de cobrir áreas menores de outros seis Estados. É no Cerrado que está a nascente das três maiores bacias da América do Sul (Amazônica/Tocantins, São Francisco e Prata), o que resulta em elevado potencial aquífero e grande biodiversidade. Esse bioma abriga mais de 6,5 mil espécies de plantas já catalogadas. • No Cerrado predominam formações da savana e clima tropical quente subúmido, com uma estação seca e uma chuvosa e temperatura média anual entre 22 °C e 27 °C. Além dos planaltos, com extensas chapadas, existem nessas regiões florestas de galeria, conhecidas como mata ciliar e mata ribeirinha, ao longo do curso d’água e com folhagem persistente durante todo o ano; e a vereda, em vales encharcados e que é composta de agrupamentos da palmeira buriti sobre uma camada de gramíneas (estas são constituídas por plantas de diversas espécies, como gramas e bambus). Mata atlântica • Extensão aproximada: 1.110.182 quilômetros quadrados • A Mata Atlântica é um complexo ambiental que engloba cadeias de montanhas, vales, planaltos e planícies de toda a faixa continental atlântica leste brasileira, além de avançar sobre o Planalto Meridional atéo Rio Grande do Sul. Ela ocupa totalmente o Espírito Santo, o Rio de Janeiro e Santa Catarina, 98% do Paraná e áreas de mais 11 Unidades da Federação. • Seu principal tipo de vegetação é a floresta ombrófila densa, normalmente composta por árvores altas e relacionada a um clima quente e úmido. A Mata Atlântica já foi um dos mais ricos e variados conjuntos florestais pluviais da América do Sul, mas atualmente é reconhecida como o bioma brasileiro mais descaracterizado. Isso porque os primeiros episódios de colonização no Brasil e os ciclos de desenvolvimento do país levaram o homem a ocupar e destruir parte desse espaço. Caatinga • Extensão aproximada: 844.453 quilômetros quadrados • A Caatinga, cujo nome é de origem indígena e significa “mata clara e aberta”, é exclusivamente brasileira e ocupa cerca de 11% do país. É o principal bioma da Região Nordeste, ocupando totalmente o Ceará e parte do Rio Grande do Norte (95%), da Paraíba (92%), de Pernambuco (83%), do Piauí (63%), da Bahia (54%), de Sergipe (49%), do Alagoas (48%) e do Maranhão (1%). A caatinga também cobre 2% de Minas Gerais. • A Caatinga apresenta uma grande riqueza de ambientes e espécies, que não é encontrada em nenhum outro bioma. A seca, a luminosidade e o calor característicos de áreas tropicais resultam numa vegetação de savana estépica, espinhosa e decidual (quando as folhas caem em determinada época). Há também áreas serranas, brejos e outros tipos de bolsão climático mais ameno. • Esse bioma está sujeito a dois períodos secos anuais: um de longo período de estiagem, seguido de chuvas intermitentes e um de seca curta seguido de chuvas torrenciais (que podem faltar durante anos). Dos ecossistemas originais da caatinga, 80% foram alterados, em especial por causa de desmatamentos e queimadas. Pampa • Extensão aproximada: 176.496 quilômetros quadrados • O bioma pampa está presente somente no Rio Grande do Sul, ocupando 63% do território do Estado. Ele constitui os pampas sul-americanos, que se estendem pelo Uruguai e pela Argentina e, internacionalmente, são classificados de Estepe. O pampa é marcado por clima chuvoso, sem período seco regular e com frentes polares e temperaturas negativas no inverno. • A vegetação predominante do pampa é constituída de ervas e arbustos, recobrindo um relevo nivelado levemente ondulado. Formações florestais não são comuns nesse bioma e, quando ocorrem, são do tipo floresta ombrófila densa (árvores altas) e floresta estacional decidual (com árvores que perdem as folhas no período de seca). Pantanal • Extensão aproximada: 150.355 quilômetros quadrados • O bioma Pantanal cobre 25% de Mato Grosso do Sul e 7% de Mato Grosso e seus limites coincidem com os da Planície do Pantanal, mais conhecida como Pantanal mato-grossense. O Pantanal é um bioma praticamente exclusivo do Brasil, pois apenas uma pequena faixa dele adentra outros países (o Paraguai e a Bolívia). • É caracterizado por inundações de longa duração (devido ao solo pouco permeável) que ocorrem anualmente na planície, e provocam alterações no ambiente, na vida silvestre e no cotidiano das populações locais. A vegetação predominante é a savana. A cobertura vegetal original de áreas que circundam o Pantanal foi em grande parte substituída por lavouras e pastagens, num processo que já repercute na Planície do Pantanal. Desmatamento Caatinga Desmatamento Mata Atlântica ???? • Quais os impactos ambientais provocados pelo desmatamento de cada bioma no Brasil? Estudo de caso – O DDT • Dicloro-Difenil-Tricloroetano O DDT – benção ou maldição? • A publicação do livro Primavera Silenciosa, de Rachel Carson, mostrou ao mundo o impacto da atividade humana na ecologia, definida como o estudo das relações entre plantas e animais no meio ambiente. Carson, bióloga marinha que trabalhou para o Departamento Estado-Unidense da Pesca e Vida Selvagem, escreveu a obra para documentar os efeitos do DDT nos ecossistemas, também chamados de sistemas ecológicos. • A primeira aplicação do DDT (dicloro-difenil-dicloroetano) foi como pesticida, pelas tropas aliadas nas ilhas do Pacífico Sul durante a Segunda Guerra Mundial. O objetivo era erradicar a febre tifoide e eliminar o mosquito transmissor da malária. Ao contrário de muitos inseticidas eficazes no controle de apenas algumas espécies de insetos, o DDT era um “composto milagroso”, já que exterminava centenas de diferentes insetos. Com o fim do conflito, o DDT continuo sendo empregado para controlar pragas em propriedades rurais e matar mosquitos em diferentes comunidades. Nos trópicos, o composto era aplicado para erradicar a malária e a febre amarela. O DDT – benção ou maldição? • Rachel Carson se deu conta dos efeitos do DDT em 1958, quando uma amiga escreveu-lhe uma carta sobre a impressionante mortandade de pássaros em Cabo Cod (Massachussets, Estados Unidos da América, EUA), após a pulverização do composto na região. Carson passou os quatros anos seguintes investigando as consequências da aplicação do inseticida de modo mais abrangente, e descobriu que as populações de aves de rapina de grande porte, como a águia-pescadora, o falcão peregrino e a águia-de-cabeça- branca haviam sofrido uma redução drástica. A autora escreveu: “O DDT e outros pesticidas prejudicaram aves e outros animais de maneira irreversível, contaminando toda a teia trófica destes organismos” (Natural Resources Defense Council, 1997). O DDT – benção ou maldição? • Nos anos seguintes à publicação do livro, pesquisas intensivas foram realizadas para determinar os efeitos ecológicos do DDT. Descobriu-se então que a redução no número de indivíduos nas populações de aves era o resultado de um processo falho em sua reprodução. O DDT degrada-se em outro compostos (DDE), o qual afeta os hormônios reprodutivos causando a adelgaçamento na casca dos ovos. Morcegos, invertebrados aquáticos, e muitas espécies de peixes são sensitivos ao DDT. Muito embora alguns invertebrados terrestres não sejam eliminados pelo DDT, a substância pode se acumular em seus tecidos. O DDT – benção ou maldição? • Diante dos efeitos do DDT em indivíduos, não é difícil perceber que, em nível de ecossistema, estas implicações seriam igualmente significativas. Quando uma espécie predadora consome um invertebrado terrestre em cujos tecidos orgânicos o DDT se acumulou, inicia-se a transferência do pesticida na teia trófica. Com a redução das comunidades de morcegos, águias e falcões, as populações de presas, sobretudo insetos e roedores, aumentam. Da mesma forma, a diminuição de cardumes de peixes pequenos, os quais são particularmente suscetíveis ao inseticida, leva a uma redução direta na oferta de alimento para os peixes maiores. Com isso caem também os números de aves e de mamíferos que se alimentam destes peixes em seus habitats. No final da década de 1960, os efeitos do DDT já eram de conhecimento público e, em 1970, o pesticida foi proibido na Suécia e em 1972, os EUA seguiram o exemplo. Desde então verifica-se uma lenta recuperação dos ecossistemas afetados. O DDT – benção ou maldição? • Por exemplo, em 1963, não houve registro de construção de um único ninho de águia-de-cabeça-branca em todo o estado do Ilinois (EUA) (Rubin, 1997). Em 1996, havia 20 casais em período de reprodução, naquele estado. O falcão peregrino foi declarado extinto no estado de Nova York (EUA) na década de 1970. Em 1996, 32 casais foram registrados na região. Todavia, a proibição do DDT não se deu sem consequência negativa. Na década de 1960, marcada por recordes de consumo do pesticida, a incidência de malária no Sri Lanka era praticamente nula. Naquele país, a pulverização do DDT foi descontinuada em 1961. Sete anos mais tarde, uma epidemia de doençasse abateu sobre a ilha. Em países como o Brasil, o Equador, o Peru, a Colômbia e a Venezuela a proibição do composto resultou em 12 milhões de casos de malária entre 1980 e 1998 (Attaran et al., 2000). Além disso, epidemias da doença foram registradas na Suaziilândia, em 1984, e em Madagáscar, entre 1986 e 1988, com a morte de mais de 100 mil pessoas (Roberts, Manguin e Mouchet, 2000). • Fonte: Davis e Masten (2016).
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