A Radiação solar e efeitos no ecossistema (capítulo 9)

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1 Universidade Federal de Rondônia-UNIR Departamento de Engenharia Ambiental-DEA A Radiação solar e efeitos no ecossistema (capítulo 9) Disciplina: Limnologia Carga horária: 80hs Responsável: Prof a. Elisabete L. Nascimento elisabetenascimento05@gmail.com A Radiação solar e seus efeitos em ecossistemas aquáticos continentais (capítulo 9) Caracterização da Radiação solar A radiação solar é constituída de ondas eletromagnéticas que se propagam a uma mesma velocidade (3x10 8 m.s -1 ), mas estas ondas apresentam comprimentos diferentes (distância entre 2 cristas e 2 vales) Faixa do visível Maior participação no processo fotossintético, por isso a luz visível é chamada de radiação fotossinteticamente ativa(rfa) 1

2 A Radiação na superfície dos corpos d água Incide sobre a superfície terrestre uma radiação difusa (absorvida ou refletidas nas partículas de poeira, gases e vapor d água) e uma radiação direta Da radiação que atinge a superfície da água, parte penetra e parte é refletida, voltando à atmosfera A quantidade de radiação refletida depende das condições da superfície da água (plana ou ondulada/consequência ação do vento), e principalmente do ângulo de incidência da radiação sobre a superfície da água O ângulo muda com a latitude (trópicos maior inc. que regiões equatoriais( O ângulo de incidência muda com a posição do sol e condições climáticas 1% Radiação incidente 2

3 A Radiação no meio aquático Ao penetrar na coluna d água, a radiação é submetida a profundas alterações, tanto na intensidade como na qualidade espectral. Estas alterações dependem principalmente: Da concentração de material dissolvido(<0,45µm) Da concentração de material em suspensão(<0,45µm) Lago Puruzinho(AM) Água Preta (rico em material dissolvido) A Radiação no meio aquático 1) A primeira alteração que a radiação sofre ao penetrar na água é a mudança de direção devido ao fenômeno da refração(redução da velocidade daluzaentrarnomeiolíquido) 3

4 A Radiação no meio aquático 2) Posteriormente, parte da radiação é absorvida e transformada em outras formas de energia: Energia química(fotossíntese) Energia calorífica (aquecimento da água) A Radiação no meio aquático 3) Outra parte da radiação é dispersa, que ocorre quando a radiação de choca com partículas dissolvidas ou suspensas A radiação dispersa pode ser absorvida por organismos fotossintéticos 4

5 A Radiação no meio aquático Assim, principalmente a absorção e a dispersão são os fatores responsáveis pela atenuação da radiação com o aumento da profundidade nos ecossistemas aquáticos \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ Zona eufótica = 3 x a profundidade de extinção do disco de Secchi \ \\\\\\ Secchi = 2m ZE = 6m OD, CE ph, T ZE SS 1m 2m 3m 4m 5m 6m Fonte: Modificado Esteves (1998) Exemplo da atenuação da radiação com o aumento da profundidade 5

6 A Radiação no meio aquático O total de radiação absorvida por um corpo d água, ou coeficiente de absorçãototal(a t )éasomatórioda: Radiaçãoabsorvidapelamoléculadeágua(a a )+ Radiaçãoabsorvidapeloscompostosdissolvidos(a d )+ Radiaçãoabsorvidapelosorganismosclorofilados(a c )+ Radiaçãoabsorvidapelosdetritosparticulados(a p )+ Obs: Em águas com baixa concentração de compostos dissolvidos e particulados, a radiação é absorvida quase exclusivamente pelas molécula de H 2 O, cujo o coeficiente de absorção é muito reduzido nas faixas do azul e verde, os compostos dissolvidos possuem maior absorção nestas faixas Desta maneira a t é reduzido em lagos oligotróficos de regiões temperadas e em lagos de água clara de região tropica Exemplo:Baixosa t segundograudetrofia 6

7 A Radiação no meio aquático A dispersão (desvio da trajetória original da radiação) ocorre principalmente devido as subst. dissolvidas e partículas suspensas. Quanto menor o tamanho do material maior será a dispersão Consequência: redução da profundidade de penetração da energia fotossinteticamente devido a maior possibilidade de ser absorvida ou refletida para Rio Madeira (água branca) Baixa taxa fotossintética - consequência da da baixa Zeu 7

8 A Radiação no meio aquático A diminuição da radiação devido a absorção e dispersão ao longo da profundidade da coluna d água denomina-se atenuação da radiação Ambientes com presença de macrófitas podem ter o crescimento fitoplanctônico comprometido, devido atenuação da radiação causada Limita a produção primária (alguns casos quase nula) Zona Eufótica e Transparência da Água Zona Eufótica (Zeu): é a porção iluminada da coluna d água, pode variar desde alguns centímetros até dezenas de metros. Sua extensão depende, principalmente da capacidade do meio atenuar a radiação subaquática O limite inferior da Zeu é geralmente assumido como aquela profundidade onde a intensidade da radiação corresponde a 1% da intensidade que atinge a superfície (normalmente utilizados valores da subsuperfície) 1% de 1000 Abaixo desse limite há pouca fotossíntese (algumas sp adaptadas) 8

9 Avaliação da Dispersão, da Atenuação e da Transparência da Água 1) Avaliação da Dispersão da Água A turbidez da água é a medida de sua capacidade em dispersar radiação. Quantitativamente geralmente é expressa como a unidade empírica turbidez nefolométrica(ntu) Principais fatores responsáveis pela turbidez da água(dispersão da radiação), são: Partículas suspensas: bactérias, fitoplâncton, detritos orgânicos e inorgânicos(menor proporção compostos dissolvidos) Avaliação da Dispersão, da Atenuação e da Transparência da Água 2) Avaliação da Atenuação da Água A atenuação é avaliada por meio da medida da redução da radiação com o aumento da profundidade A medida da radiação subaquática e consequentemente sua atenuação pode ser feita com o uso de medidores que avaliam a radiação incidente por unidade de tempo Exemplo: Radiômetro(possui um sensor e um registrador) Os resultados são expressos em micro Einstein (1 me.s -1.m -2 = 6,022 x 10 7 fótons.s -1.m -2 ) 9

10 Avaliação da Dispersão, da Atenuação e da Transparência da Água 2) Avaliação da Atenuação da Transparência da Água Do ponto de vista ótico, a transparência pode ser considerada o oposto da turbidez: Maior turbidez Menor turbidez Menor transparência Maior transparência Avaliação da Dispersão, da Atenuação e da Transparência da Água 3) Avaliação da Transparência da Água A avaliação da transparência da água é feita com o uso de um disco branco (20-30cm de diâmetro), denominado disco de Secchi (Foi intriduzido nos estudos limnológicos pelo padre italiano(angelo Secchi em 1886) A transparência é obtida mergulhando-se o disco, por meio de uma corda marcada do lado da sombra do barco(padronização) A transparência da água corresponde a profundidade (metros) de desaparecimento do disco. 10

11 3) Avaliação da Transparência da Água A medida é realizada da seguinte forma: Entre 10:00 e 14:00 horas, na região central do corpo d água, mergulha-se o disco até Zona eufótica = 3 x a profundida de extinção do disco de Secch Secchi = 2m ZE = 6m seu desaparecimento (registra-se a profundidade). O disco é afundado mais alguns centímetros e levantado OD, CE ph, T ZE SS 1m 2m 3m 4m 5m 6m vagarosamente até seu reaparecimento (registra-se a profundidade) Fonte: Modificado Esteves (1998) Transparência = valor médio das duas medidas 3) Avaliação da Transparência da Água Implicações óticas da medida da transparência devido as características das água: 11

12 Fonte: Nascimento (2006) 3) Avaliação da Transparência da Água VantagensdousododiscodeSecchi: Simplicidade de sua utilização Custo reduzido Facilidade de transporte Número de informações que podem ser extraídas a partir das medidas de profundidade do disco(eutrofização) Universalmente utilizado(facilitando comparações) Utilizado há muitas décadas no mesmo ecossistema (evolução da transparência, e outras variáveis) A profundidade do disco de Secchi pode ser utilizada para medir a extensão dazeu.cole(1975),zeu=3xsecchi 12

13 Efeitos térmicos da radiação sobre os corpos hídricos A instabilidade e estabilidade térmica dos corpos d água A radiação absorvida pelas moléculas de água se transforma em energia calorífica, acredita-se que já no primeiro metro de 50 a 60% da radiação que chegaasuperfíciedeumlagoétransformadaemcalor O calor (energia térmica) se propaga de molécula a molécula de forma muito lenta(processo denominado condução) Entretanto mesmo com elevada absorção de calor na superfície, fatores como o vento, produzem redistribuição do calor por toda massa d água (através da turbulência gerada) Modelo de circulação da massa d água em um ecossistema lacustre tropical raso(porto Alegre, RS) O vento atuando na superfície da água numa certa direção provoca seu deslocamento, onde a massa d água superficial será substituída pela massa da camada inferior(tendência a circulação da água/instabilidade térmica) 13

14 Efeitos térmicos da radiação sobre os corpos hídricos Relação temperatura e densidade da água: A medida que diminui a temperatura de um ambiente aquático (no decorrer do dia ou dos meses do ano) a densidade aumenta Efeitos térmicos da radiação sobre os corpos hídricos Quando ocorre a estabilidade térmica? Quando as diferenças de temperatura geram camadas d água com diferentes densidades, ocorre a formação de uma barreira física ao calor, que passa a não se distribuir uniformemente (ação do vento, chuva insuficiente) este fenômeno denomina-se Estratificação térmica 14

15 Exemplo de estratificação térmica Estrato 1 Estrato 2 Estrato 3 Denominações dos estratos formados: 1) Camada caracterizada por uma temperatura uniforme e quente 2) Camada com marcada descontinuidade de temperatura 3)Camadamaisfriaemaisdensa 15

16 Temperatura na Zeu da estação M1 UHE-Samuel Diferenças de temperatura de 2 graus já mudam a densidade da água (mais densa)deformaqueascamadasnãosemisturam Fonte: Nascimento (2012) Influência da temperatura em outras variáveis limnológicas Fonte: Nascimento (2012) 16

17 Atividade 1: Qual a importância sanitária das medidas de radiação? (Qual a importância sanitária de uma medida de Secchi?) Mínimo 5 linhas Data entrega: 23/02/15 17