Ecologia II Módulo «Ecossistemas aquáticos» Licenciatura em Ecoturismo Manuela Abelho Sector de Biologia e Ecologia abelho@esac.pt 1.Introdução Revisões Definições e conceitos Importância da água e dos ecossistemas aquáticos Propriedades da água importantes para os ecossistemas aquáticos
Revisões População; comunidade; ecossistema Estrutura trófica, cadeias alimentares e fluxo de energia nos ecossistemas A energia faz uma única passagem através dos ecossistemas Número limitado de níveis tróficos Diversidade Riqueza específica e abundância relativa de espécies Índices de diversidade (e.g. Shannon-Wiener, H ) Reciclagem de nutrientes e ciclos biogeoquímicos Ao contrário da energia, os nutrientes são reutilizados pelos organismos
Definições Água doce Salinidade <0.3 ou 3 g/l Rios e lagos Água salgada Salinidade média 35 Oceanos e lagos salinos Água salobra Salinidade variável entre 0.3 e 35 Estuários e lagoas costeiras Sistemas lóticos Água corrente Fluxo unidireccional Rios, ribeiros Sistemas lênticos Água parada Sem fluxo unidireccional Lagos, lagoas, zonas húmidas
Definições Limnologia Estudo das relações estruturais, funcionais e da produtividade dos organismos das águas interiores, que são afectados pelos seus ambientes físico, químico e biótico Águas interiores incluem água doce (ex. rios, lagos, pauis) e água salobra (ex. estuários e sapais)
Porquê estudar os sistemas aquáticos? A nossa existência e a de todos os organismos depende da água Existe a necessidade de colocar um valor nos recursos hídricos e nos ecossistemas que mantêm a sua integridade, de forma a compreender como a ecologia dos ecossistemas aquáticos afecta esse valor
A água na Terra Cobre mais de 70% da superfície da Terra Mas apenas uma pequena porção está associada às áreas continentais que o homem habita Da água existente nas áreas continentais, a maior parte encontrase sob a forma de gelo ou é água subterrânea, difícil de utilizar
Distribuição da água na Terra Volume (x1000 km 3 ) % do total Tempo de renovação Oceanos 1 370 000 97.61 3100 anos Gelo polar e glaciares 29 000 2.08 16 000 anos Água subterrânea 4 067 0.295 300 anos Lagos de água doce 126 0.009 1-100 anos Lagos salinos 104 0.008 10-1000 anos Humidade do solo 67 0.005 280 dias Rios 1.2 0.0000 9 Vapor de água atmosférico 12-20 dias 14 0.0009 9 dias
Fluxos entre os compartimentos do ciclo hidrológico
Principais usos da água Geração de energia hidroeléctrica (barragens) Transporte e navegação Controlo de cheias e armazenamento de água (diques e barragens) Transporte de esgotos Exploração dos recursos biológicos Actividades recreativas e lazer Fornecimento doméstico Indústria: fabrico e arrefecimento Irrigação Limpeza de canais Transferência entre bacias de drenagem
Quantidade e qualidade da água Qualidade da água tão importante como a sua disponibilidade Ecossistemas aquáticos providenciam numerosos benefícios para além do uso directo da água O valor dos ecossistemas aquáticos continentais deriva do seu efeito sobre Controlo de cheias Fornecimento de água Tratamento de efluentes Este valor é maior nas zonas húmidas, rios e ribeiros do que nos ecossistemas terrestres
Propriedades da água As propriedades da água determinam a sua actuação como solvente e a forma como a sua densidade responde à temperatura Estas propriedades físicas têm fortes implicações biológicas As propriedades físicas da água são tão importantes para a ciência que formam a base de vários sistemas de medida, incluindo massa, calor, viscosidade, temperatura e condutividade As propriedades da água influenciam a geomorfologia, o transporte de esgotos humanos, a ligação entre os habitats terrestres e aquáticos e a evolução dos organismos
A molécula milagrosa Substância mais universalmente usada Sem ela não existiria vida, o clima seria totalmente diferente e a comida não aqueceria no microondas O que torna a água tão especial entre todas as substâncias é a sua molécula
O ângulo certo Ligação covalente (partilha de e-) entre o oxigénio e cada um dos hidrogénios Oxigénio mais electronegativo, puxa os electrões para si Se a molécula fosse linear estas cargas seriam insignificantes Como os 3 átomos formam um ângulo de 104.5º, a molécula é fortemente polar - dipolo
Ligações de hidrogénio Atracção electrostática entre pólos com carga oposta de duas moléculas adjacentes (o mel é pegajoso pela mesma razão ) Mais fraca que as ligações covalentes dentro da molécula Devido à natureza dipolar da molécula da água as suas ligações de hidogénio são fortes
Elevada tensão superficial Diminui com Temperatura Salinidade Concentração de compostos orgânicos dissolvidos A tensão superficial da interface ar-água serve de suporte a muitos organismos de dimensões consideráveis (exemplo: alfaiates)
A água gosta de ser líquida A água existe no estado líquido à pressão e à temperatura normais existentes em quase toda a Terra Sem as ligações de hidrogénio a água seria um gás à temperatura ambiente É necessário adicionar à água uma grande quantidade de energia (calor) para separar as moléculas, i.e., para a transformar num gás a água tem um elevado ponto de ebulição Ou seja, a água é líquida entre os 0 e os 100ºC
O elixir da vida A água líquida é a melhor substância para dissolver materiais e para providenciar um meio de reacção solvente universal Os organismos vivos dependem das reacções enzimáticas a água é o melhor meio de reacção; os organismos contêm 70-85% de água A água flui facilmente, sendo um líquido óptimo para transporte ou líquido circulatório o sangue contém 93% de água, transporta nutrientes e hormonas e excreções metabólicas A água transporta uma grande quantidade de calor quando evapora é o líquido de arrefecimento corporal É um excelente estabilizador da temperatura porque possui um elevado calor específico
A água como solvente Cloreto de sódio cristalino Cloreto de sódio em solução http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/tutorials/chemistry/page3.html
Água e clima A terra aquece e arrefece muito mais rapidamente que a água tem um calor específico mais baixo; as áreas terrestres têm maior amplitude térmica sazonal A água tem um efeito moderador da temperatura Exemplo: Para a mesma altitude e latitude, uma zona da Islândia tem uma amplitude térmica anual de apenas 11ºC enquanto que na Sibéria a amplitude térmica anual é 67ºC
Uma anomalia A maioria das substâncias torna-se menos densa com o aquecimento mas a água não A 10ºC a água é líquida e ao arrefecer torna-se cada vez mais densa à medida que as suas moléculas se vão mexendo cada vez mais devagar e se aproximam A 3.98ºC as moléculas adoptam um arranjo de cristal e a densidade diminui O gelo é menos denso que a água líquida e isso tem importantes implicações biológicas (QUAIS?!...) http://darwin.bio.geneseo.edu/~sugg/classes/ecology/lectures/
Densidade e solutos A densidade aumenta com a concentração de solutos Salinidade ( ) Densidade (a 4ºC) 0 1.00000 1 1.00085 2 1.00169 3 1.00251 10 1.00818 35 (água salgada) 1.02822
Propriedades da água Propriedade Densidade Pontos de fusão e de ebulição Calor específico Calor de evaporação Tensão superficial Absorção da radiação Propriedades de solvente Comparação com outras substâncias Máximo próximo dos 4ºC e não no ponto de congelamento, expande com o congelamento Muito altos Mais elevado apenas na amónia líquida Entre os mais elevados Elevada Mínima na região visível; mais elevada na radiação vermelha, infravermelha e ultravioleta Excelente solvente para iões e moléculas polares; aumenta com a temperatura para os iões, diminui com a temperatura para os gases
Luz, calor e solutos químicos O movimento dos solutos na água é um factor-chave para a sobrevivência e para o crescimento dos organismos aquáticos e de extrema importância para a compreensão da poluição aquática A luz é a principal fonte de energia para a vida na Terra; sem luz não existiria fluxo de energia através dos ecossistemas e a maior parte dos ciclos biogeoquímicos pararia A luz aquece a água, levando à sua estratificação A temperatura e o movimento da água estão intimamente ligados à taxa a que os solutos se movem na água
Luz e aquecimento da água A interacção entre a luz e a água é importante: A luz é necessária para a fotossíntese Organismos com olhos ou sensores para a luz usam-na como uma pista sensorial A luz aquece a água levando à sua estratificação A atmosfera altera a intensidade e a composição da radiação solar que chega aos ecossistemas aquáticos Alguns componentes atmosféricos removem específicos O pó e as nuvens provocam dispersão e absorção da luz O ozono absorve a radiação UV
A luz na água Da luz que atinge a superfície da água Parte reflectida Depende da existência de ondas, do ângulo de incidência, da presença de neve ou gelo Parte entra Absorvida pela água, partículas, solutos Transformada em calor Reflectida/dispersa Transmitida em profundidade Superfície da água Luz reflectida Luz dispersa Partícula Luz incidente
Atenuação da luz Actividades biológicas limitadas pela quantidade de luz em profundidade A intensidade luminosa diminui logaritmicamente com a profundidade (atenuação) Taxa de atenuação depende da reflexão e absorção pela água, solutos e partículas Águas mais produtivas, com elevada biomassa de organismos fotossintéticos em suspensão (eutróficas), com grande carga de materiais em suspensão ou elevada concentração de materiais coloridos dissolvidos têm maior atenuação Águas menos produtivas (oligotróficas) têm maior transmissão e a luz chega a maiores profundidades