FUNDAMENTOS DE ECOLOGIA Profa. Dra. Vivian C. C. Hyodo
Fundamentos de Ecologia Interação é a palavra-chave na ciência da Ecologia 1866 alemão Ernst Haeckel Morfologia Geral dos Organismos criação de uma disciplina que estudasse as relações entre as espécies animais e seu ambiente orgânico e inorgânico.
Fundamentos de Ecologia oikos (casa) + logos (estudo) = Ecologia Eugene P. Odum (1962) "Ecologia é o estudo das estruturas e funções dos ecossistemas". O que são ecossistemas?
Fundamentos de Ecologia A Ecologia não se preocupa especificamente em descrever estruturas e funções de quaisquer destes níveis hierárquicos abaixo de organismo, embora dependa, em diversos momentos, dos conhecimentos gerados por outras disciplinas que os estudam. O campo de estudo específico da Ecologia envolve níveis hierárquicos superiores ao nível de organismo.
População e Comunidade População biológica Organismos de seres pertencentes a uma mesma espécie e que habitam simultaneamente uma determinada área geográfica. Comunidade biológica ou biocenose. Quando se considera o total de espécies diferentes que habitam uma determinada área geográfica.
Ecossistema A complexidade das interações dos seres vivos entre si e com fatores físicos e químicos ambientais, ocorridas em um espaço particular, caracteriza uma unidade organizacional denominada ecossistema ou sistema ecológico.
Ecossistema Unidade básica no estudo da ecologia. Conjunto de seres vivos interage entre si e com o meio natural de maneira equilibrada, por meio da reciclagem matéria e do uso eficiente da energia solar. A natureza fornece todos os elementos necessários para as atividades dos seres vivos biótipo
Ecossistema Ecossistema biótipo + biocenose Sistema estável, equilibrado e autosuficiente, apresentando em toda sua extensão características topográficas, climáticas, pedológicas, botânicas, zoológicas, hidrológicas e geoquímicas praticamente invariáveis.
Ecossistema Dimensões de um ecossistema Copa de um abacaxi Floresta Amazônica Os ecossistemas podem ser naturais, como florestas, lagos, campos, etc., ou artificiais, quando construídos para atender necessidades humanas. Uma cidade e uma grande lavoura são exemplos de ecossistemas artificiais.
Ecossistema Homeostase Uma das características fundamentais dos ecossistemas Estado de equilíbrio dinâmico por meio de mecanismos de autocontrole e auto-regulação que entram em ação assim que ocorre qualquer mudança.
Ecossistema Tempo de resposta tempo entre a mudança e o acionamento dos mecanismos de autoregulação. Garantir a normalidade Geralmente só é efetivo para modificações naturais não muito profundas nem demoradas Ex: descarga elétrica da atmosfera pequenos incêndios regeneração da mata
Ecossistema Modificações artificiais impostas pelo homem Violentas e continuadas Impacto ecológico no meio Desmatamentos intensivos ecossistema não dispõe de mecanismos de auto-regulação para regenerar o ecossistema original
Fatores bióticos e abióticos Em um ecossistema há elementos vivos ou bióticos e elementos não-vivos ou abióticos em constante interação. O2, CO2 e H2O constante fluxo entre os seres vivos e o ambiente
Biosfera Foi atribuído o nome de biosfera ou ecosfera à camada de ecossistemas da Terra, ou seja, o somatório de regiões onde existe vida interagindo regularmente com o ambiente físico.
Hábitat e nicho ecológico Os seres vivos encontrados nos ecossistemas em geral são adaptados ao ambiente em que vivem. O ambiente em que é encontrado determinado ser vivo, com suas peculiaridades biológicas e físico-químicas, corresponde a seu hábitat.
Hábitat e nicho ecológico O conjunto de atividades desempenhadas pelo ser vivo no ecossistema define seu nicho ecológico. É necessário conhecer suas fontes de energia e alimento, suas taxas de crescimento e metabolismo, seus efeitos sobre outros organismos e sua capacidade de modificar o meio em que vive.
Hábitat e nicho ecológico Ex: época de acasalamento período diário de maior atividade tipos de alimentos incluídos na dieta
Hábitat e nicho ecológico Se aplicássemos o conceito de nicho aos humanos que vivem nos grandes centros urbanos, estaríamos nos referindo à profissão, à classe social, ao tipo de hobby preferido, às preferências alimentares, etc.
Hábitat e nicho ecológico Ecossistema equilibrado cada espécie possui um nicho diferente do de outras espécies Competição entre espécies que possuam o mesmo nicho Equivalentes ecológicos espécies que ocupam nichos semelhantes em regiões distintas.
Cadeias alimentares e fluxo de energia A manutenção da vida nos ecossistemas depende diretamente da obtenção de energia por parte de cada um dos organismos que o compõe. Na natureza, existem basicamente duas formas pelas quais os organismos podem obter energia.
Cadeias alimentares e fluxo de energia Seres autótrofos conseguem converter, através da fotossíntese, energia luminosa em energia presente em compostos químicos complexos, como carboidratos (açúcares). Podem ser utilizáveis por todas as células do próprio organismo ou de outro ser vivo que dele se alimente posteriormente. Os seres autótrofos (fotossintetizantes) da maioria dos ecossistemas são os vegetais.
Cadeias alimentares e fluxo de Seres autótrofos energia Quimiossintetizantes fonte de energia é a oxidação de compostos inorgânicos Algumas bactérias
Cadeias alimentares e fluxo de energia Seres heterótrofos necessitam, obrigatoriamente, se alimentar de outros seres vivos para obter energia. Animais obtêm energia se alimentando diretamente (e exclusivamente) dos autótrofos (fotossintetizantes) ou de outro animal. Classificados como herbívoros e carnívoros.
Cadeias alimentares e fluxo de energia A fonte primária de energia para todos os ecossistemas de nosso planeta é a luz solar. Há seres que dependem diretamente dessa fonte primária de energia (os autótrofos) e outros que dependem indiretamente (os heterótrofos).
Cadeias alimentares e fluxo de energia O movimento seqüencial de energia a partir dos autótrofos para os heterótrofos é conhecido como cadeia alimentar.
Cadeias alimentares e fluxo de energia
Cadeias alimentares e fluxo de energia Nível trófico posição que cada organismo ocupa na cadeia Produtor O primeiro nível trófico de qualquer cadeia alimentar Corresponde a um ser autótrofo Produz os compostos químicos energéticos que serão passados aos demais níveis tróficos.
Cadeias alimentares e fluxo de energia Consumidor primário se alimenta diretamente do produtor ocupa o segundo nível trófico Consumidor secundário organismo que se alimenta do consumidor primário e assim sucessivamente. Recebem essa denominação devido ao fato de não serem capazes de realizar fotossíntese São heterótrofos e necessitam ingerir alimento para obter energia.
Cadeias alimentares e fluxo de energia Decompositores decompõem a matéria orgânica morta Fungos e bactérias Liberam para o ambiente muitas substâncias químicas inorgânicas (cálcio, fósforo, nitrogênio, enxofre, etc.) que antes compunham os tecidos animais e vegetais, as quais poderão ser novamente utilizadas pelos produtores, que se encarregam de torná-las mais uma vez disponíveis aos demais organismos do ecossistema (ciclagem)
Cadeias alimentares e fluxo de energia Teia alimentar várias cadeias alimentares são interligadas
Cadeias alimentares e fluxo de energia A energia contida em compostos químicos torna-se disponível para uso de qualquer ser vivo somente após o processamento destes compostos ocorrido durante a respiração celular.
Cadeias alimentares e fluxo de energia Respiração celular conjunto de reações químicas ocorridas no interior das células de qualquer ser vivo. Nem toda a energia contida nos compostos químicos é assimilável: uma boa parcela é convertida em calor, que é inteiramente dissipado.
Cadeias alimentares e fluxo de energia Toda a energia inserida em compostos químicos durante a fotossíntese será consumida para manutenção da vida no ecossistema, ou dissipada na forma de calor. Os ecossistemas se extinguiriam se não ocorresse um uma produção e repasse constantes de energia um fluxo contínuo de energia.
Pirâmide de energia Há redução progressiva de energia ao longo das cadeias alimentares
Cadeia alimentar e fluxo energético
Produtores (plâncton) 1 000 cal* Exemplo de pirâmide de energia
Leis da conservação da massa e energia Todo e qualquer fenômeno que acontece na natureza necessita de energia para ocorrer. VIDA requer basicamente MATÉRIA e ENERGIA MATÉRIA algo que ocupa lugar no espaço ENERGIA capacidade de realização de trabalho
Leis da conservação da massa e energia Em qualquer sistema natural: matéria e energia são conservadas, ou seja, não se criam nem se destroem matéria e energia. 1ª. Lei da termodinâmica lei da conservação da massa e lei da conservação da energia 2ª. Lei da termodinâmica qualidade da energia sempre se degrada de maneiras mais nobres (maior qualidade) para menos nobres (menor qualidade).
Lei da conservação da massa Em qualquer sistema físico ou químico: Nunca se cria nem se elimina matéria, apenas é possível transformá-la de uma forma em outra. Tudo que existe provém de matéria preexistente Tudo o que se consome apenas perde sua forma original
Lei da conservação da massa Tudo se realiza com a matéria que é proveniente do próprio planeta Retirada de material do solo, do ar ou da água Transporte e utilização desse material para a elaboração do insumo desejado. Poluição ambiental não é possível consumir a matéria até a sua total aniquilação geração de resíduos em todas as atividades dos seres vivos
Lei da conservação da massa Resíduos indesejáveis podem ser reincorporados ao meio para serem posteriormente reutilizados Ciclos biogeoquímicos Desequilíbrio entre consumo e reciclagem eutrofização dos lagos, contaminação dos solos
Lei da conservação da massa Atualmente era do desequilíbrio Resíduos são gerados em ritmo muito maior que a capacidade de reciclagem do meio. Revolução industrial Novos padrões de geração de resíduos Materiais sintéticos não-biodegradáveis
1ª. Lei da Termodinâmica A energia pode se transformar de uma forma em outra, mas não pode ser criada ou destruída. Energia cinética e potencial
1ª. Lei da Termodinâmica Energia cinética É a energia que a matéria adquire devido à sua movimentação e em função de sua massa e velocidade. A energia cinética total das moléculas de uma amostra de matéria é denominada de energia calorífica
1ª. Lei da Termodinâmica Energia potencial É a energia armazenada na matéria em virtude de sua posição ou composição. Energia armazenada nos combustíveis fósseis, nos alimentos, etc.
1ª. Lei da Termodinâmica Na natureza ocorre constantemente a transformação de energia em formas diferentes As avaliações do potencial energético do planeta são, em geral, otimistas. Petróleo, gás natural, carvão, e combustíveis naturais.
1ª. Lei da Termodinâmica Potencial poderá ser menor que as estimativas não se leva em conta a energia necessária para exploração, o transporte e a transformação desses materiais. Seres vivos Energia diversas transformações
2ª. Lei da Termodinâmica Todo processo de transformação de energia dá-se de uma maneira mais nobre para uma menos nobre, ou de menor qualidade. Quanto mais trabalho se conseguir realizar com uma mesma quantidade de energia, mais nobre será esse tipo de energia. Embora a quantidade de energia seja preservada (1ª. Lei da Termodinâmica), a qualidade (nobreza) é sempre degradada.
2ª. Lei da Termodinâmica Toda transformação de energia envolve sempre, rendimentos inferiores Uma parte da energia disponível transformase em uma forma mais dispersa e menos útil calor transferido para o ambiente Todo corpo que possui uma forma ordenada necessita de energia de alta qualidade para manter sua entropia baixa.
2ª. Lei da Termodinâmica É necessário fornecimento contínuo de energia.
Energia solar Toda energia utilizada na Terra tem como fonte as radiações recebidas do Sol Gigantesco reator de fusão nuclear Diâmetro + 110 vezes maior que o da Terra Massa 329 400 vezes maior Energia solar atinge o topo da atmosfera de maneira contínua ao longo de todo o ano
Energia solar Sofre redução exponencial à medida que se aproxima da superfície terrestre Variações sensíveis em locais distintos do planeta Variações climáticas Força motriz da temperatura, evaporação da água e movimentação de grandes massas de ar e água
Energia solar reflexão e absorção Superfície da Terra recebe: Radiações visíveis Pequena quantidade de ultravioleta Infravermelho Ondas de rádio
Energia solar reflexão e absorção Utilizada pelos vegetais fotossíntese matéria orgânica Radiações UV absorvidas pela camada de ozônio envolve a Terra a uma altitude de + 25Km Radiações visíveis e infravermelho grande parte absorvidas nas camadas intermediárias da atmosfera pela poeira e pelo vapor d água aquecimento do ar
Energia solar reflexão e absorção Outra parte de energia incidente é refletida pelas nuvens e por outras partículas suspensas no ar, volta ao espaço e torna-se perdida na Terra Albedo Responsável pela luminosidade observada em corpos celestes opacos É uma medida da capacidade de um dado material refletir luz Valor médio na atmosfera externa da Terra é de + 34%
Energia solar reflexão e absorção Radiação que chega à superfície terrestre em forma de luz direta ou difusa em um dia claro: 10% radiação UV 45% radiação visível 45% de infravermelho Dispersão Moléculas gasosas da atmosfera cor azul ao céu Partículas sólidas em suspensão coloração branca ao céu (grandes cidades)
Energia solar reflexão e absorção Radiação visível pouco atenuada quando transpõe camadas de nuvens Realização de fotossíntese mesmo em dias nublados, ou a pequenas profundidades nos mares, rios e lagos
Fluxo de energia na Terra
Energia solar Energia fornecida pelo sol 127 bilhões de MW Itaipu 12 000 MW
Energia e vida na Terra Toda vida na Terra depende da energia proveniente do sol Distribuição das diversas formas de seres vivos Variação da sua incidência e intensidade Diferenças climáticas em diferentes regiões Influi no clima da Terra Dita as estações do ano
Energia e vida na Terra Regiões quentes (baixas pressões) e frias (altas pressões) Diferenças de pressão massas de ar Massas de ar de regiões de alta pressão (áreas anticiclonais) regiões de baixa pressão (áreas ciclonais) Deslocamento de umidade precipitação ao longo do percurso