Lista3_2021

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1. Nos lagos tropicais mais rasos é relativamente comum a ocorrência de períodos longos de hipoxia, ou mesmo anoxia, do hipolímnio. Em alguns casos esse déficit de oxigênio pode chegar próximo ao epilímnio. Essa dinâmica do oxigênio promove sérias restrições à distribuição de animais ao longo da coluna de água. Explique, por exemplo, três possíveis adaptações dos peixes a essa redução significativa do oxigênio dissolvido nesses ambientes aquáticos.
O aumento de ventilação branquial é uma das respostas fisiológicas mais frequentes utilizadas por estes organismos, também ocorre extensão dermal reversível em torno do maxilar inferior que os possibilita aproveitar mais eficientemente o oxigênio da superfície da água sendo que a função desta expansão dermal é mais hidrodinâmica, uma vez que permite ao animal permanecer em posição que facilita a entrada de água superficial, rica em oxigênio, na cavidade bucal. Atividade bucal ricamente vascularizada e coberta de papilas também é uma adaptação com brânquias geralmente reduzidas. A abertura branquial é fechada e a boca e a faringe enchem-se de ar em consequência, a cabeça fica inflada e em forma de bola este mecanismo é importante na captura do ar atmosférico.
2. A figura abaixo mostra perfis verticais do oxigênio e da temperatura em lagos temperados tipicamente oligotróficos e eutróficos. A partir das informações disponíveis, responda as questões a seguir.
a) Explique por que mesmo em condições de estratificação térmica em lagos oligotróficos, o perfil do oxigênio se apresenta ortogrado, enquanto em lagos eutróficos o perfil se revela clinogrado.
Nos lagos profundos, com produção primária baixa, a decomposição da pouca matéria orgânica acumulada no hipolímnio não chega a interferir significativamente nos níveis de oxigênio da água. Nestes lagos, observa-se oxigênio em toda a coluna d'água, mesmo em períodos de estratificação térmica prolongada. Os lagos com estas características são chamados de oligotróficos e o tipo de perfil vertical de oxigênio é denominado ortogrado. Durante o verão, estes lagos podem apresentar aumento da concentração de oxigênio no hipolímnio, pois nesta região da coluna d'água a temperatura é menor, aumentando, assim, a solubilidade deste gás. Já os lagos rasos de regiões temperadas, com produção primária, apresentam o hipolímnio com alto déficit de oxigênio durante o verão, a causa deste fenômeno é devido à atividade de microrganismos que para decompor a matéria orgânica morta acumulada no sedimento, consomem grande parte ou a totalidade de oxigênio dissolvido no hipolímnio. Nestas condições este compartimento torna-se anaeróbio podendo surgir gás sulfídrico e metano. Os lagos que apresentam estas características são os lagos eutróficos e o tipo de perfil vertical de oxigênio é chamado de clinogrado.
Devido a diferença de profundidade, o lago oligotrófico é mais fundo e portanto o hipolímnio possui melhor volume que o epilímnio (ep/hipo<1) e no lago eutrófico é mais raso e o epilímnio apresenta maior volume que o hipolímnio (ep/hipo>1) concentrando maior matéria orgânica na camada do epilímnio deixando a água turva. Já no lago oligotrófico, como a profundidade é maior, a matéria orgânica tende a se sedimentar no fundo fazendo com que a água fique mais transparente. Em um lago mais profundo o vento continuará levando o oxigênio atmosférico para cerca de 5 metros abaixo da superfície e as algas na maioria tende a ficar mais próxima à superfície devido a radiação solar. 
 b) Explique por que as relações entre os volumes do epilímnio e hipolímnio podem ser utilizados para estimar o grau de trofia dos lagos?
Quando a relação volume do epilímnio/volume do hipolímnio≤1 é denominado o lago oligotrófico com perfil ortogrado, neste caso o volume do hipolímnio é suficientemente grande em relação ao epilímnio sendo capaz de armazenar grandes quantidades de oxigênio. Quando a relação volume do epilímnio/volume do hipolímnio>1 o lago é eutrófico com perfil clinogrado visto que apresenta hipolímnio com volume pequeno, onde a quantidade de oxigênio dissolvido não é suficiente para manter o metabolismo da comunidade sem causar déficit. Assim, a concentração de oxigênio ao longo da coluna d’água em lagos temperados no verão pode ser utilizada como indicador do nível trófico destes ecossistemas.
O lago eutrófico é mais rico em nutrientes, portanto produz mais biomassa. Quando as algas morrem, elas começam a se depositar no fundo do lago aumentando a camada do hipolímnio, pois os microrganismos decompositores não conseguirão dar conta da quantidade de biomassa morta. 
 c) Explique quais as fontes possíveis de oxigênio para ambos os lagos citados na figura acima.
O oxigênio vem por meio da atmosfera pela incorporação de oxigênio no ambiente aquático via difusão e pela fotossíntese a partir da absorção de CO2 e luz que libera oxigênio e água.
 d) Explique como as temperaturas em média mais elevadas na região tropical podem afetar a disponibilidade de oxigênio dissolvido nos ambientes aquáticos. 
A tendência é que na região tropical devido a elevada temperatura vai diminuir o teor de oxigênio dissolvido, na medida em que a solubilidade do gás é inversamente proporcional à temperatura. Os organismos aquáticos tropicais têm, em princípio, menos oxigênio disponível do que os de lagos temperados. Esta ação direta da temperatura sobre os organismos aquáticos se baseia na
regra de Van T’Hoff, que possui caráter apenas aproximativo, e sua maior aplicação encontra-se em soluções aquosas. Segundo a regra Van T’Hoff, a elevação da temperatura das soluções em 10C pode duplicar ou triplicar a velocidade das reações, sendo assim a respiração, decomposição e oxidação se torna mais intenso e consome mais oxigênio.
3. A figura a seguir apresenta um perfil esquemático da planície de inundação do rio Paraná no seu curso médio, em território argentino. As ilhotas arborizadas mais altas e jamais inundadas estão identificadas como “Monte Blanco”. As zonas de vegetação estão indicadas pelos nomes das espécies dominantes. A linha pontilhada indica a cota máxima do rio Paraná no período das cheias. Dados de Bonetto (1975).
a) Explique qual dos sistemas aquáticos apresentados tem maior potencial de registrar déficit hipolimnético de oxigênio dissolvido. Justifique sua resposta avaliando dois processos limnológicos potencialmente responsáveis por essa tendência.
Dentre esses ambientes apresentados na figura, o que apresenta maior tendência de déficit hipolimnético de oxigênio são as lagoas. O rio Paraná, em razão do seu fluxo, vazão e extensão, tende a variar muito a composição de oxigênio na coluna de água ao longo do gradiente longitudinal. Em razão disso, é comum ocorrer mistura de massa de água e com isso ocorrer distribuição do oxigênio ao longo da coluna de água. Por outro lado, em razão das lagoas poucos profundas tenderem a não apresentar estratificação térmica, consequentemente não constituírem hipolímnio, pois aquecem uniformemente toda a curta coluna de água, elas então não se enquadram no requisito exigido pelo enunciado da questão. Contudo, cabe salientar que no conjunto dos ambientes apresentados, as lagoas pouco profundas no verão podem apresentar as menores taxas de saturação do oxigênio da planície de inundação apresentada na figura, em razão do acúmulo de matéria orgânica trazida pelas chuvas e a consequente intensificação da decomposição microbiana. 
b) Considerando os períodos sazonais de cheia e seca, explique em qual deles é esperado uma tendência de redução da taxa de saturação de oxigênio. Explique como a taxa de saturação é estimada.
O sistema aquático que tem maior potencial de registrar déficit hipolimnético de oxigênio dissolvido é a lagoa pouco profundo, pois nas lagoas rasas, a concentração de matéria orgânica, aliada às altas temperaturas, contribui decisivamente para o grau de desoxigenação da água. Durante os períodos de chuvas por serem rasos, estes ecossistemas sofrem grandes variações de nível de água, e também aumento da concentraçãode matéria orgânica dissolvida e particulada que se origina na própria lagoa, por ressuspensão do sedimento ou a partir das águas tributárias e águas superficiais (escoamento superficial ou “runnoff’). Uma outra fonte importante de matéria orgânica são os brejos, encontrados às margens da lagoa. Nestes, as comunidades de macrófitas aquáticas emersas produzem grande quantidade de biomassa, especialmente no período de seca e que no período de cheia é, em grande parte, drenada para o interior da lagoa gerando um grande acréscimo de matéria orgânica ao ecossistema aquático que para a decomposição microbiana consome grande parte ou totalidade do oxigênio dissolvido aliada a baixa taxa de fotossíntese do fitoplâncton durante o período de cheia. Nos períodos de cheia é esperado uma tendência de redução da taxa de saturação de oxigênio, pois o corpo hídrico além de ter revolvimento do sedimento também recebe um grande aporte de matéria orgânica do ambiente ao entorno que ao ingressar ao ecossistema aquático terá que decompor e a decomposição microbiana consome grande parte ou totalidade do oxigênio dissolvido. Outro fator que contribui para a redução da concentração de oxigênio no período de cheia é a baixa taxa de fotossíntese do fitoplâncton.
c) Explique as perdas naturais de oxigênio possíveis no sistema aquático apresentado na figura acima.
As perdas são o consumo pela decomposição de matéria orgânica (oxidação), perdas para a atmosfera, respiração de organismos aquáticos e oxidação de íons metálicos.
4. A figura abaixo apresenta a variação diária (24 horas) de oxigênio e temperatura na superfície e no fundo (1,5 m) na lagoa do Infernão (SP), ressaltando o período de hipóxia a partir das 19:30 horas. A partir dessas informações responda as questões abaixo:
a) Explique os fatores responsáveis para mudança no padrão de hipoxia entre a sub-superfície e o fundo da lagoa ao longo do dia.
Nos ecossistemas aquáticos rasos, as maiores amplitudes de variação são observadas nas camadas superficiais. Nesta região da coluna d’água especialmente no período de cheias existe grande aporte de matéria orgânica e revolvimento do sedimento com isso a concentração de oxigênio atinge valores muito baixos. Estes valores são atingidos, quase invariavelmente, no período da madrugada ou da manhã, o que torna a coluna d’água frequentemente anaeróbica. Durante o dia com densas populações de macrófitas aquáticas, são observadas as maiores variações diárias das concentrações de oxigênio, pois com a produção fotossintética que ocorre na sub-superfície aumenta-se a concentração de oxigênio dissolvido, já com a ausência de luz, após as 19:30 h a decomposição da matéria orgânica, somada a respiração de organismos num ambiente que não está havendo produção de oxigênio vai tornar a superfície com pouca quantidade de oxigênio e a camada do hipolímnio vai estar ainda mais reduzida com padrão de hipoxia. 
b) Explique algumas estratégias utilizadas pela ictiofauna para compensar a redução na taxa de saturação do oxigênio em períodos críticos do dia, principalmente à noite. Quais as implicações desse evento para a distribuição do zooplâncton?
Os peixes quando sentem a falta de oxigênio no ambiente sobem até o epilímnio para receber aporte de oxigênio atmosférico, nessa região que estarão a comunidade do zooplâncton que poderá ser filtrada por quimiorrecepção pelos peixes. Os peixes retêm presas contidas num certo volume de água passando esse volume sobre “ estruturas armadilhas” de suas cavidades bucais, no caso apenas a comida do zooplâncton de pequeno tamanho seria consumida pela noite, pois os maiores são capturados por predação visual que é exclusivamente diurna. 
c) Quais mudanças você esperaria encontrar nos padrões de saturação do oxigênio apresentados na figura acima caso o lago recebesse uma significativa carga nutrientes de forma repentina e entrasse em processo avançado de eutrofização.
Na camada de epilímnio vai haver aumento da saturação do oxigênio em curto período de tempo, devido a alta disponibilidade de nutrientes a ser utilizada pelo fitoplâncton, já no hipolímnio vai haver queda brusca do oxigênio, pois por ser um lago não tem muita movimentação da massa d’água com isso a carga de nutrientes vai sedimentar e a decomposição ficará acelerada nesse compartimento consumindo o oxigênio ali presente que a longo prazo se tornará anóxico, e com o passar do tempo e o crescimento acelerado do fitoplâncton ocorrerá bloqueia da entrada de luz, diminuindo a produção fotossintética que somada a respiração dos organismos e ao aumento da decomposição tornará até mesmo o epilímnio pobre na saturação do oxigênio devido ao procedo de eutrofização. 
5. O gráfico abaixo apresenta a distribuição vertical diária do cladócero Diaphanosoma brachyurum (um micro crustáceo fitoplanctófago) em um lago tropical do cerrado brasileiro durante o período de estratificação e desestratificação térmica. O percentual de ocorrência da espécie ao longo da profundidade está representado por 20, 60 e 100% (áreas escuras).
a) Por que no verão os cladóceros só ocorreram até 12m de profundidade, enquanto no inverno se distribuíram até 27m? Por que no verão as maiores ocorrências durante o dia foram registradas abaixo de 4m e no início da noite esta tendência se inverteu?
No verão a distribuição de cladóceros só ocorreu até 12 metros de profundidade em função da distribuição de oxigênio. Como nessa época o lago tropical está estratificado termicamente, a concentração de oxigênio nas camadas mais próximas da superfície (epilímnio) é maior. Já em profundidades maiores, devido a menor temperatura, e consequentemente menor densidade da água, a produção de oxigênio por fotossíntese no epilímnio e a entrada pela atmosfera não chega no hipolímnio. No inverno, como as diferenças de temperatura entre as primeiras camadas e o fundo do lago não são significativas, não há estratificação térmica e distribuição de oxigênio é similar em diferentes profundidades, permite a distribuição nessas camadas mais profundas também. Quanto a variação diária da distribuição de cladóceros no verão, em que foi registrada durante o dia que os organismos encontravam -se em profundidades abaixo de 4 metros, e durante a noite isso foi invertido, pode indicar sensibilidade dos cladóceros a radiação, visto que nos horários onde a radiação é mais intensa, eles se encontram abaixo de 4 metros e ao anoitecer eles sobem à superfície. Outro fator que pode influenciar nesse padrão de distribuição é a concentração de oxigênio, como durante o dia há a incidência de radiação solar e consequentemente produção fotossintética, permite que os cladóceros ocupem locais um pouco mais profundos. Já de noite, a fotossíntese é interrompida e a difusão atmosférica é a principal entrada de oxigênio na água, fazendo com que os cladóceros precisem subir a superfície para obter oxigênio.
b) Considerando os padrões de estratificação térmica e do oxigênio ao longo da coluna de água no mês de janeiro, qual o perfil esperado de CO2 para esse mês? Justifique sua resposta e explique os efeitos desse perfil para os valores do pH ao longo da coluna de água.
O perfil de CO2 durante o período de estratificação térmica tende a ser o contrário do perfil de oxigênio (clinogrado) em que foi observado maiores concentrações no epilímnio (camadas mais próximas à superfície) e tendência a redução na concentração em maiores profundidades. Portanto, no caso do CO2, espera-se que sua concentração nas camadas superiores da coluna d’água seja inferior às camadas mais profundas, devido a atividade fotossintética mais ativa no epilímnio (em função da incidência de radiação) que consume CO2 no processo. Mesmo que haja entrada de CO2 por difusão atmosférica e haja respiração dos organismos nessa camada, espera-se que a concentração de CO2 seja baixa. Em profundidades maiores, com acúmulo de sedimento espera-se que o CO2 esteja em maiores concentrações devido às atividades de decomposição que consomem oxigênio e liberam CO2 e respiraçãodesses e outros organismos. Dessa forma, com as concentrações de CO2 maiores no hipolímnio, espera-se que haja redução do pH nessa região, visto que o composto tem tendência a receber prótons da água e formar o ácido carbônico (H2CO3), enquanto que no epilímnio, com menores concentrações desse gás, o pH pode ser superior ao do hipolímnio.
6. A figura abaixo demonstra a distribuição vertical do oxigênio dissolvido, metano (CH4) e gás sulfídrico (H2S) em um reservatório recém criado sobre uma floresta tropical. A partir da dinâmica dos parâmetros apresentada na figura, responda as questões a seguir. Explique o provável processo responsável pela queda significativa do oxigênio dissolvido no início do hipolímnio. Qual mudança você esperaria que ocorresse nesse perfil vertical do oxigênio passado um longo período após o fechamento do reservatório?
Como o reservatório foi construído sobre uma floresta, espera-se que haja matéria orgânica em grande quantidade que ao longo do tempo irá se depositar nas camadas mais profundas. Com o excesso de matéria orgânica disponível as atividades de decomposição serão intensas justificando a redução da concentração de oxigênio no hipolímnio. Nessa camada, onde a decomposição será intensa, espera-se que após o consumo do oxigênio, a atividade de decomposição passe a ser anaeróbica onde serão produzidos compostos redutores que se atingirem as camadas menos profundas consumirão o oxigênio dessa camada no processo de oxidação. Visto que a temperatura é uniforme ao longo da profundidade, entende-se que o lago não está termicamente estratificado, e portanto haverá mistura entre as camadas do epilímnio e hipolímnio, e assim, a oxidação desses compostos redutores, somada a respiração e decomposição irão reduzir o oxigênio em toda a coluna d’água ao longo do tempo mesmo após o fechamento do reservatório.
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