QUÍMICA E BIOLOGIA NO MEIO AMBIENTE

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1 Foca na Medicina Aula 6 Biologia Material do Aluno Professores: Roberto Mazzei QUÍMICA E BIOLOGIA NO MEIO AMBIENTE 1. EFEITO ESTUFA E AQUECIMENTO GLOBAL O gás carbônico forma uma barreira na atmosfera que deixa passar a luz e retém o calor irradiado pela superfície terrestre graças aos gases estufa: água, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, ozônio, etc. O mesmo ocorre em uma estufa de vidro na qual se cultivam plantas. O vidro deixa passar a luz, que é absorvida pelo solo e é convertida em energia térmica. No entanto, as ondas de calor não atravessam bem o vidro e são refletidas, aquecendo a estufa. Por essa razão, o efeito do aquecimento do planeta é chamado de efeito estufa. Com o aumento da produção de gás carbônico por causa da queima de combustíveis fósseis (em motores, nas indústrias e nas usinas) e pelas queimadas de florestas, a concentração de CO2 vem aumentando gradativamente e há muitas evidências de que esse fato vem provocando um aumento na temperatura média da Terra. Esse fenômeno é chamado de aquecimento global. O aumento da temperatura pode provocar a subida do nível dos mares por causa da expansão térmica da água (a água quente ocupa mais volume do que a fria) e do degelo de parte das calotas polares. Com isso, grandes áreas do litoral seriam inundadas, muitas ilhas ficariam submersas e milhões de pessoas ficariam desabrigadas. No mundo, a queima de combustíveis fósseis é responsável por cerca de 75% das emissões de gás carbônico. No Brasil, porém, o desmatamento feito com queimadas é responsável por cerca de dois terços das emissões das nossas emissões. 1

2 Obs.: Paralelamente, o aumento da concentração de gás carbônico também está provocando a elevação de acidez na água. CO2 + H2O H2CO3 Com menos chuvas e temperaturas mais altas, parte da floresta Amazônica poderia se transformar em uma vegetação semelhante às da savana da África ou ao do cerrado do Brasil central, formada pela vegetação rasteira, menos rica, com árvores esparsas e, consequentemente, com a perda de biodiversidade. Figura: O acúmulo de gases estufa, principalmente o CO 2, retém as emissões infravermelhas. A intensificação do efeito estufa gera o aquecimento global. 2

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4 2. DESTRUIÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO A camada de ozônio vem sendo destruída por gases liberados por aviões supersônicos (que voam acima de 20km de altitude). Cinzas de vulcões e, principalmente, pelos clorofluorcarbonetos (CFCs), grupo de gases usados na indústria, com destaque para CF2Cl2 e CFCl3. Nos anos 1930, os CFCs foram considerados extremamente práticos, pois eram inertes, não inflamáveis nem tóxicos ou corrosivos, e podiam ser utilizados para dar pressão em embalagens spray (aerossóis) de inseticidas, desodorantes, etc. Também foram usados como gás de refrigeração em geladeiras e aparelhos de ar condicionado. Sob a ação dos raios ultravioleta, os CFCs liberam átomos de cloro, que reagem com o ozônio e o transformam em oxigênio. Seguem de forma simplificada as reações: CF2Cl2 CF2Cl + Cl Cl + O3 ClO + O2 ClO + O Cl + O2 A maior intensidade de ultravioletas podem causar lesões nos epitélios bem como morte de seres planctônicos, além de aumentar a frequência de casos de câncer de pele. Entre os produtos que substituíram os CFCs, estão os hidroclorofluorcarbonos (HCFCs), que também têm potencial de destruição do ozônio, embora menor que o dos CFCs. 4

5 Figura: Nas regiões com menos ozônio a parcela de ultravioleta que deixa de ser filtrada é muito maior. 3. CHUVA ÁCIDA A queima de combustíveis fósseis além de liberar gás carbônico também liberam compostos de enxofre (como SO2) e de nitrogênio (como NO e NO2). Esses gases ao reagirem com a água da atmosfera geram produtos ácidos (H2SO4, H2SO3, HNO2 E HNO3) tornando assim a chuva mais ácida que o normal (o ph normal oscila em torno de 5,6). Como consequência percebemos a danificação das folhas, acidificação de corpos d água e do solo (as raízes são sensíveis à acidez), problemas respiratórios e corrosão de arquiteturas. Filtros em chaminés e nos escapamentos de automóveis podem diminuir esse problema. 5

6 4. EUTROFIZAÇÃO Este fenômeno ocorre quando fertilizantes e outros nutrientes entram nas águas paradas de um lago ou rio lento causando um rápido acréscimo de plantas superficiais e algas, fenômeno também conhecido como floração das águas. À medida que esses seres produtores crescem ocorre também o aumento de matéria orgânica morta o que resulta num incremento da comunidade decompositora aeróbia, sendo assim a demanda biológica de oxigênio da região aumenta bastante o que resulta no decréscimo desse gás no corpo d água. Primeiramente os organismos multicelulares que mais dependem desse gás começam a morrer e se a situação continuar as próprias bactérias aeróbias passam a ser substituídas pelas anaeróbias. 6

7 DESENVOLVENDO COMPETÊNCIAS 1. (Unifesp) A charge faz referência ao impacto ambiental resultante da criação de gado em larga escala para consumo humano. Considerando os elementos da charge, responda: a) A que impacto ambiental a charge se refere e qual gás, subproduto da pecuária bovina, contribui para esse impacto ambiental? 7

8 b) Considerando a fisiologia digestória do gado bovino, qual processo leva à formação desse gás e quais organismos são responsáveis por sua formação? 2. (Ufpr) Uma boa notícia para o meio ambiente. Um relatório da ONU divulgado nesta semana mostrou que a camada de ozônio está dando os primeiros sinais de recuperação após anos de destruição. Acessado em 12/09/2014 a) Cite duas consequências da destruição da camada de ozônio para o meio ambiente e/ou para a saúde humana. b) A que intervenção humana pode ser atribuída essa boa notícia? 3. (Udesc) A preocupação com o meio ambiente tem levado muitos designers a elaborar embalagens a partir de materiais biodegradáveis, contribuindo, dessa forma, para a construção de um ambiente mais sustentável. Utilizando seus conhecimentos a respeito da ecologia de populações e dos processos de degradação do ambiente natural, resolva as questões propostas abaixo. a) Os gases poluentes que chegam à atmosfera têm sido apontados como responsáveis pelo aumento da temperatura média global. Cite dois gases do efeito estufa e três possíveis fontes geradoras desses gases. b) Explique o que é a resistência do meio e indique quais fatores são responsáveis por limitar o crescimento das populações. 4. (Unicamp) Os seres vivos têm níveis de organização acima do organismo, e a Ecologia é a área da Biologia que estuda as relações entre os organismos e destes com o ambiente em que vivem. Dentre os vários níveis de organização podem ser citados a População, a Comunidade e o Ecossistema. a) As figuras adiante representam a biomassa de níveis tróficos em dois tipos de ecossistemas. Relacione cada uma das figuras com um ecossistema. Justifique. 8

9 b) Explique como o dióxido de enxofre (SO2), liberado na atmosfera por diversas indústrias, pode afetar as populações dos diferentes níveis tróficos da pirâmide A. 5. (Fuvest) Nos últimos anos, tem aumentado o número de espécies de anfíbios em extinção, mesmo quando esses animais habitam áreas pouco exploradas, como as partes mais altas das montanhas. a) Ovos ou embriões de certos anfíbios tornam-se inviáveis, quando o ph do meio é igual ou inferior a 5 ou quando há excesso de incidência de raios ultravioleta. Cite dois eventos decorrentes da atividade humana que contribuem diretamente para a intensificação desses fatores ambientais que determinam a mortalidade dos ovos e embriões. b) O aquecimento global tem aumentado a incidência de uma doença de pele causada por fungos (micose) em sapos adultos. - Que tipo de relação ecológica ocorre entre o fungo causador da micose e o sapo? - Cite uma função vital diretamente afetada pelo comprometimento da pele do sapo. 6. (Fuvest) O metano (CH4), o gás carbônico (CO2) e os clorofluorocarbonetos (CFC) estão relacionados, direta ou indiretamente, à intensificação do efeitoestufa e à destruição da camada de ozônio. 9

10 a) Qual(quais) desses gases pode(m) resultar de processos biológicos? b) A camada de ozônio filtra raios ultravioleta (UV) que atingem a atmosfera terrestre. A diminuição dessa camada aumenta a exposição dos seres vivos a esses raios, que podem induzir mutações no DNA. Considere que os raios UV não penetram em nosso corpo além da pele. 1. Como a exposição aos raios UV pode, a longo prazo, afetar nossa saúde? Justifique. 2. Qual é a consequência de nossa exposição aos raios UV para a geração seguinte? Por quê? 7. (Ufrj) Os gráficos a seguir mostram as variações na concentração de dióxido de carbono (CO2) atmosférico (gráfico 1) e as variações no nível dos oceanos (gráfico 2) em décadas recentes. As medições de CO2 anteriores a 1950 foram obtidas no gelo da calota polar e as demais, diretamente na atmosfera. a) Para cada gráfico, apresente uma causa das variações observadas. b) Estabeleça a relação entre os fenômenos representados nos dois gráficos. 8. (Fuvest) Em artigo publicado na revista "Nature" (27/9/2007), os cientistas 10

11 James Lovelock e Chris Rapley propõem, como ação contra o aquecimento global, a instalação de tubos nos oceanos a fim de bombear, para a superfície, a água que está entre 100 e 200 metros de profundidade. A água bombeada, rica em nutrientes, funcionaria como "fertilizante" na superfície oceânica. a) De que maneira essa medida poderia colaborar para a redução do aquecimento global? b) Espera-se também que a produtividade da pesca aumente nos locais em que a água do fundo for bombeada para a superfície. Como esse procedimento poderia provocar o aumento na quantidade de peixes? 9. (Pucsp) VIDA MARINHA EM RISCO O gás carbônico (CO2) é um dos responsáveis pelo chamado "efeito estufa", um fenômeno que ocorre naturalmente em nosso planeta há bilhões de anos. A presença desse gás na atmosfera permite a entrada de radiação solar, mas, por absorver parte dos raios infravermelhos refletidos na superfície da Terra, aprisiona calor na troposfera, permitindo que a temperatura média do planeta seja adequada à manutenção da vida. Nos últimos dois séculos a concentração de gás carbônico na atmosfera tem crescido consideravelmente, e, por conta disso, acredita-se que esteja ocorrendo um aquecimento global de proporções não desejáveis. Uma boa parcela desse aumento da taxa de CO2 ocorre em consequência de atividades humanas, em especial automóveis e residências, e a devastação de florestas por meio de desmatamentos e queimadas. Já têm sido registrados muitos efeitos da elevação da concentração atmosférica de CO2 e do aquecimento global para os seres vivos. Por exemplo, o excesso de CO2 na atmosfera faz com que os oceanos absorvam mais desse gás, o que aumenta a acidez da água. Estima-se que esta mudança já tenha afetado cerca de 60% dos bancos de corais do planeta. Por outro lado, um ligeiro aquecimento da água tem 11

12 provocado a diminuição de populações de zooplâncton em certas regiões. Recentemente foi elaborado um documento por cientistas de vários países, demonstrando que a elevação da temperatura global e suas consequentes mudanças climáticas estão em velocidade e intensidade maiores do que se pensava. Diante desse quadro, diversas estratégias vêm sendo discutidas visando a diminuir a quantidade de CO2 e de outros gases estufa na atmosfera, como, por exemplo, a redução da queima de combustíveis fósseis, o reflorestamento de áreas devastadas e, até mesmo, propostas originais como a possibilidade de se multiplicar o fitoplâncton. Fitoplâncton e zooplâncton são, respectivamente, produtores e consumidores das cadeias alimentares aquáticas. Justifique a inclusão desses organismos nesses níveis tróficos. Por que a multiplicação do fitoplâncton contribuiria para a redução da quantidade de CO2 na atmosfera? 10. (Ufjf) O desenvolvimento de projetos que visam reduzir a progressiva emissão de gases de efeito estufa é o principal objetivo do Protocolo de Kyoto. O Brasil pode contribuir para que esse objetivo seja alcançado através da preservação das florestas nativas e da implantação de projetos de reflorestamento. a) Explique como a manutenção e/ou replantio dessas florestas pode contribuir 12

13 para a redução do efeito estufa. b) Em decorrência do grande número de queimadas, o Brasil aparece como um dos países que mais contribui para o aumento do efeito estufa. As queimadas naturais, todavia, são importantes em alguns ecossistemas, como no Cerrado Brasileiro. Apresente uma vantagem das queimadas naturais, que ocorrem em menor frequência, e uma desvantagem das queimadas não-naturais, geralmente muito frequentes. (Atenção: desconsidere a contribuição dessas queimadas para o aumento do efeito estufa). c) A substituição dos gases clorofluorcarbono (CFCs) utilizados em aerossóis, condicionadores de ar e geladeiras, vem sendo estimulada por ambientalistas desde a realização do Protocolo de Montreal, em Qual é a ação dos CFCs na atmosfera e qual é a importância da redução na utilização desses gases para os seres vivos? Resposta da questão 1: GABARITO a) A charge refere-se ao aumento do aquecimento global. O gás que contribui para esse impacto ambiental é o metano (CH 4 ). b) O gás metano é produzido por fermentação realizada por bactérias metanogênicas anaeróbicas presentes no trato digestório do gado bovino. Resposta da questão 2: a) A destruição da camada de ozônio acarreta a não filtração da radiação ultravioleta do sol e, consequentemente, a chegada dessa radiação em alta intensidade na superfície da terra. O excesso da radiação UV causa queimaduras, envelhecimento e câncer de pele, além de prejudicar o desenvolvimento dos micro-organismos planctônicos e a germinação de 13

14 sementes. b) A intervenção humana que reduziu a destruição da camada de ozônio foi a substituição dos gases da classe dos CFCs (clorofluorcarbonatos) utilizados na produção de refrigeradores, aparelhos de ar condicionado e aerossóis. Resposta da questão 3: a) Gás carbônico (CO2), gás metano (CH4), oxido nitroso (N2O). Fontes geradoras: desmatamento, queimadas em florestas, consumo de combustíveis fosseis como o petróleo e o carvão mineral. b) Resistência ambiental é o efeito da natureza sobre as populações impedindo que estas aumentem demasiadamente o numero de indivíduos. Fatores como espaço, alimento e clima limitam o crescimento das populações. Competição, predatismo e parasitismo também colaboram para evitar um aumento populacional. Resposta da questão 4: a) A pirâmide de biomassa A representa as relações alimentares de um ecossistema terrestre, com a biomassa diminuindo ao longo dos níveis tróficos. A pirâmide de biomassa B representa um ecossistema marinho, onde a menor biomassa dos produtores é compensada por sua alta taxa de reprodução, assegurando a nutrição dos consumidores primários. b) O SO2 liberado na atmosfera reage com o vapor d água produzindo ácido sulfúrico (H2SO4), o que provoca as chuvas ácidas que diminuem o ph do solo, assim prejudicando o crescimento vegetal. Além disso, o ácido sulfúrico mata o meristema apical das plantas, impedindo o crescimento do vegetal. Como os vegetais são os produtores dos ecossistemas terrestres, todos os demais níveis tróficos seriam afetados. 14

15 Resposta da questão 5: a) - Chuva ácida, devido ao aumento de gases que vão provocar a diminuição do ph da água. - Destruição da camada de ozônio, o que facilita a penetração da radiação ultravioleta. b) - A relação ecológica é o parasitismo. - Respiração cutânea. Resposta da questão 6: a) O metano (CH4) e o gás carbônico (CO2) podem resultar de processos biológicos. b) 1. A exposição aos raios UV pode levar ao desenvolvimento de cânceres de pele. Sendo os raios UV pouco penetrantes, eles induziriam a ocorrência de mutações apenas no DNA das células do revestimento corporal. 2. A exposição aos raios UV não traz consequências para a geração seguinte, já que as células afetadas são somáticas, não participando da reprodução, que é realizada por células germinativas. Resposta da questão 7: a) Para o gráfico 1: a queima de combustíveis fósseis / as queimadas de florestas. Para o gráfico 2: o derretimento das calotas polares. b) O aumento do CO2 na atmosfera aumenta a temperatura do ambiente (aquecimento global), causando derretimento do gelo polar. Resposta da questão 8: a) A "fertilização" da superfície oceânica favoreceria o aumento do fitoplâncton, que, por meio da fotossíntese, sequestraria mais gás carbônico, amenizando, assim, os efeitos do CO2 no aquecimento global. 15

16 b) O aumento do fitoplâncton beneficia toda a teia alimentar, resultando também em aumento da quantidade de peixes. Resposta da questão 9: O fitoplâncton é constituído por microorganismos clorofilados e autótrofos. Ocupam o nível trófico dos produtores em ecossistemas aquáticos. O zooplâncton é formado por organismos heterótrofos como os microcrustáceos, protozoários e diversas larvas. Esses seres ocupam o segundo nível trófico nos ecossistemas aquáticos, sendo consumidores primários ao alimentarem-se das algas do fitoplâncton. O aumento populacional do fitoplâncton contribui para a redução do CO2 atmosférico pois esses microorganismos o utilizam para produzir matéria orgânica durante a fotossíntese. Resposta da questão 10: a) As plantas através do processo de fotossíntese captam o CO2 da atmosfera promovendo a redução deste gás que é um dos principais contribuintes para o efeito estufa. b) Vantagem das queimadas naturais: Podem contribuir para a reciclagem de minerais do solo ou favorecer a seleção natural da espécie adaptadas ao fogo. Desvantagem das queimadas não-naturais: Podem provocar extinção da microbiota, empobrecimento do solo, dentre outros, desencadeando processos erosivos. c) Ação na atmosfera: Destruição da camada de Ozônio. Importância da redução para os seres vivos: Manutenção da camada de ozônio que protege os seres vivos dos efeitos nocivos de raios ultravioletas provenientes do sol, tais como câncer de pele e catarata. 16