Ap 1 ecologia e ciclos biogeoquímicos - EcivilUFES · flora e clima próprios. Os principais biomas mundiais são: tundra, taiga, ... que se alimentam uns dos outros. É a maneira

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1.Ecologia1.1. Ecossistemas e Dinâmica das Populações1.2. Ciclos Biogeoquímicos1.3. Crise Ambiental

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTOCENTRO TECNOLÓGICO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

Fundamentos de Engenharia Ambiental (DEA 07756)

Prof. Celson Rodrigues

ECOLOGIA

� OYKOS = CASA

� LOGOS = ESTUDO

� ESTUDO DO AMBIENTE COMO UM TODO ( FISICO,QUIMICO E BIOLÓGICO) E SUAS INTERAÇÕES.

1.1. Ecossistemas e Dinâmica das Populações

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ECOLOGIA


Energia

Seres

vivos

Meio

Abiótico

Biomassa

Populações

Comunidades

Biocenoses

Habitat

Nicho

Água

Rochas

Itemperismo

Minerais

Nutrientes

Matéria Organica

“Resíduos”

Energia Luminosa

Energia Química

ECOLOGIA


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�Célula�Tecido�Órgão�Sistema�Organismo�População�Comunidade�Ecossistema�Biosfera

Espécie - conjunto de indivíduos semelhantes e capazes de se inter-cruzar (reproduzir), em condições naturais, produzindo descendentes férteis.

População - conjunto de indivíduos da mesma espécie, que vivem na mesma área e no mesmo tempo, mantendo entre si certa interdependência .


Ecossistema:Biótopo +Biocenose

– meio abiótico – meio biótico.

Comunidade ou Biocenoseconjunto depopulações

interdependentes que vivem em

determinada áreageográfica

Biótopoambiente físico ou químico

ondevive a comunidade (área

explorada pelacomunidade)


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ECOSSISTEMA

�Unidade de Estudo Ecológico

� INTERAÇÃO de aspectos fisico, químico ebiológico de uma área;

� EXTENSÃO: variável

�Por exemplo: um aquário, uma ilha, umafloresta, ou seja, depende da amplitude desuas análises.


�Exemplo: Ecossistema Costeiro

�A Região Costeira, pode ser consideradacomo um grande ecossistema, bem comosuas subdivisões: estuários, ilhas, manguezais,restingas, dunas, praias, falésias, costõesrochosos e recifes de corais.


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Spartina brasiliensis (gramínea) 2- Usnea barbata (barba-de-velho) 3- líquen incrustante4- Rhizophora mangle (mangue-vervelho oubravo) 5- Avicenia schaueriana (mangue-seriba ouseriúba) 6- Laguncularia racemosa (mangue-branco) 7- Hibiscus tiliaceus (hibisco oualgodãonzinho-da-praia) 8- Acrosticum aureum (samambaia do mangue) 9- Ardea cocoi (garça-cinzenta) 10- Ardea alba (garça-branca-grande)11-Eudocimus ruber (guará) 12- Aramides mangle (saracura-do-mangue) 13- Cardisoma guanhumi (guaiamu)14- Ucides cordatus (caranguejo-uçá)15- Goniopsis cruentata (maria-mulata ouaratu)16- Callinectes sp. (siri-azul)17- Uca uruguayensis (chama-maré)18- ninho de termita (cupinzeiro) 19- Crassostrea rhizophora (ostra-do-mangue)

Ecossistema Manguezal


Ecossistema Manguezal


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Meio ambiente� Tudo o que cerca o ser vivo, que o influencia e que é

indispensável à sua sustentação. Estas condições incluem solo,clima, recursos hídricos, ar, nutrientes e os outros organismos.O meio ambiente não é constituído apenas do meio físico ebiológico, mas também do meio sócio-cultural e sua relaçãocom os modelos de desenvolvimento adotados pelo homem.

Biota� Conjunto de seres vivos que habitam um determinado

ambiente ecológico, em estreita correspondência com ascaracterísticas físicas, químicas e biológicas deste ambiente.

Abiótico� É o componente não vivo do meio ambiente. Inclui as

condições físicas e químicas do meio.


Bioma� Amplo conjunto de ecossistemas terrestres caracterizados por tipos

fisionômicos semelhantes de vegetação, com diferentes tiposclimáticos. É o conjunto de condições ecológicas de ordem climáticae características de vegetação: o grande ecossistema com fauna,flora e clima próprios. Os principais biomas mundiais são: tundra,taiga, floresta temperada caducifólia, floresta tropical chuvosa,savana, oceano e água doce.

Ciclos Biogeoquímicos� As substâncias são continuamente transformadas durante a

composição e a decomposição da matéria orgânica, sem escapar dabiosfera. Elas são recicláveis. Os caminhos percorridos ciclicamenteentre o meio abiótico e o biótico pela água e pelos elementosquímicos carbono, oxigênio e nitrogênio constituem os ciclosbiogeoquímicos


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Habitat

� Local onde uma determinada espécie vive.

Nicho Ecológico

� papel que determinado ser executa dentro do seu habitat (predador, produtor, etc).

Homeostase

� equilíbrio do sistema.

Tempo de resposta

� tempo para se acionar o sistema de auto-regulação.

Biomassa

� quantidade total de matéria viva.


Reciclagem de Matéria e Fluxos de Energia

A Vida, como a conhecemos, requer basicamente matéria e energia para ocorrer

Matéria é algo que ocupa

lugar no espaço

Energia é a capacidade de realização de

trabalho

Em qualquer sistema natural, matéria e energia são conservadas, ou seja, não se criam nem se destroem matéria nem energia


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Fonte: Braga, B. Introdução à Engenharia Ambiental (2005)

ENERGIA X VIDA

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Fluxo de Energia nos Ecossistemas

A ENERGIA FLUI DE PRODUTORES PARA DECOMPOSITORES��

UNIDIRECIONAL




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A cadeia alimentar ou trófica é umaseqüência de seres vivos/populaçõesque se alimentam uns dos outros. É amaneira de expressar as relações dealimentação entre os organismos deuma comunidade/ecossistema,iniciando-se nos produtores epassando para os consumidores(herbívoros, predadores) edecompositores, por esta ordem. Aolongo da cadeia alimentar há umatransferência de energia e denutrientes.





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Interações ecológicas entre os seres vivos

Grupos Interativos

Interações Harmônicas

Interações Desarmônicas

Intra EspecíficaColônia (+)Sociedade (+)

Competição (-)

Inter Específica

Mutualismo (+ +)Cooperação (+ +)Comensalismo (+ 0)Inquilismo (+ 0)Epifitismo (+ 0)

Competição (- -)Parasitismo (+ -)Predatismo (+ -)Amensalismo (+ -)

O sinal (+) indica vantagem para a espécie, o sinal (-) indica prejuízo para a espécie, e o sinal (0) indica que a espécie não é beneficiada nem prejudicada.


As interações de comensalismo, inquilinismo e epifitismo são estudadas dentro deum mesmo grupo onde uma espécie é beneficiada e a outra é neutra, não sendobeneficiada nem prejudicada. Muitas vezes estas interações são caracterizadas comosendo uma relação alimentar no comensalismo, uma relação onde uma espécie usaoutra para proteger-se como no caso do inquilinismo ou no caso de uma plantavivendo sobre outra, usando-a como suporte, é chamada de epifitismo.

Relação de comensalismo entre o tubarão e rêmora.

Relação de inquilinismo entre pepino-do-mar e peixe-agulha.

Exemplos de interações ecológicas entre os seres vivos


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Energia e fluxo de Matéria Orgânica

C02 Biomassa

Níveis tróficos

Níveis tróficos

Níveis tróficos

Matéria Orgânica (C-org)

Minerais

Energia

1. Fotossíntese e Quimiossíntese

2. Cadeia Alimentar

3. Decomposição

4. Respiração aeróbia (mineralização)

5. Respiraçao anaeróbia (metanogênse)1

2

3

4

4

CH4CH4 5

TEIA (CADEIA) ALIMENTAR

Produção PrimáriaAmbientes Aquaticos: Bactérias, Cianobactérias e AlgasAmbientes Terrestes: Plantas

ConsumidoresOrdens (cadeias e interações)Decompositores e DetritívorosMatéria orgânica – ciclo.

Bioacumulação, Bioamplificação ou BiomagnificaçãoCompostos inorgânicos: Ex. metais pesadosCompostos Orgânicos: Ex. pesticidas (Agrotóxicos)


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TEIA ALIMENTAR

Caminhos opcionais da matéria orgânica nos ecossistemas. São superposições

de cadeias.



A ENERGIA DECRESCE A CADA NÍVEL TRÓFICO

POR ISSO:

AS CADEIAS ALIMENTARES SÃO NORMALMENTE COMPOSTASDE POUCOS NÍVEIS TRÓFICOS

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Pirâmides de Fluxo de Energia

Energia

Biomassa

Números


� Ecossistemas terrestres;� Ecossistemas aquáticos (plânctons, bentos, néctons);� Ecossistemas de água doce (lênticos, lóticos);� Rios, lagos, oceanos, estuários;� Tundras;� Florestas (de coníferas, temperadas de folhas caducas,

tropicais);� Campos;� Desertos.

Grandes ecossistemas distribuídos na superfície terrestre:


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Grandes Biomas

Grandes Biomas


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Biomas do Brasil

BIOMAS CONTINENTAIS BRASILEIROS

ÁREA APROXIMADA

(km2)

ÁREA/TOTALBRASIL

AMAZÔNIA 4.196.943 49.29%

CERRADO 2.036.448 23.92%

MATA ATLANTICA 1.110.182 13.04%

CAATINGA 844.453 9.92%

PAMPA 176.496 2.07%

PANTANAL 150.355 1.76%

ÁREA TOTAL BRASIL 8.514.877 100%

Bioma é conceituado no mapa como um conjuntode vida (vegetal e animal) constituído peloagrupamento de tipos de vegetação contíguos eidentificáveis em escala regional, com condiçõesgeoclimáticas similares e história compartilhada demudanças, o que resulta em uma diversidadebiológica própria.

ftp://ftp.ibge.gov.br/Cartas_e_Mapas/Mapas_Murais/biomas_pdf.zip


Dinâmica Populacional

População

♦ Densidade = nº de indivíduos/espaço

♦ Taxa de natalidade: nº de nascimentos/tempo

♦ Taxa de mortalidade = nº de mortes/tempo

O crescimento verificado às custa de elevada taxade natalidade sobre a de mortalidade édenominado crescimento vegetativo.

♦ Dispersão

Trata-se do movimento de indivíduos para dentro(imigração) ou para fora (emigração) dapopulação.


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♦ Distribuição por faixa etária

♦ Crescimento populacional

– A estabilidade da população depende do antagonismo entre dois fatores: potencial biótico e resistência ambiental.

– potencial biótico: capacidade inata de uma população para crescer em condições favoráveis.

– Resistência ambiental: conjunto de fatores capazes de limitar o crescimento populacional: efeito do clima, competição entre indivíduos, falta de alimento, etc.


Dinâmica Populacional – MODELOS MATEMÁTICOS

ARITMÉTICO GEOMÉTRICO LOGÍSTICO

)t-(t KaPP 22 +=

=

12

2

t-t

t-t

1

22 P

PPP bT-ae1

kP

+=


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Aumento da população mundial:

� 1950 → 2,52 bilhões de pessoas

� 2007 → 6,58 bilhões de pessoas

� 2050 → 8,92 bilhões de pessoas (projeção)

Distribuição da População no Brasil:

Brasil (2006) → 186,771 milhões de pessoas

� Urbana → 81,25 %

� Rural → 18,75 %


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Densidade demográfica segundo as Grandes Regiões do Brasil - 2007


Nutrientes: elementos essenciais à vida disponíveispara os produtores, em forma molecular ou iônica.

� Macronutrientes: participam em quantidades superiores a 0,2% do p.o.s.:

– carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O),nitrogênio (N), fósforo (P), enxofre (S), cloro (Cl),potássio (K), sódio (Na), cálcio (Ca), magnésio(Mg) e ferro(Fe).

� Micronutrientes: participam em quantidades inferiores a 0,2% do p.o.s.:

– alumínio (Al), boro (B), cromo (Cr), zinco (Zn),molibdênio (Mo), vanádio (V) e cobalto (Co).

1.2. Ciclos Biogeoquímicos

A energia é armazenada na forma de nutrientes

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Ciclos Gasosos - o depósito está na atmosfera ou hidrosfera, compostodos seguintes nutrientes:

Oxigênio Reservatório é a atmosfera

CarbonoGrande reservatório está na hidrosfera, na forma

de gás carbônico, embora também esteja presente na atmosfera;

Nitrogênio Reservatório é a atmosfera.

Água Os depósitos são o mar, rios, lagos, rochas sedimentares.

Fósforo Os reservatórios são as rochas formadas em remotas eras geológicas.

Enxofre O maior reservatório são as rochas e sedimentos.

Ciclos Sedimentares - depósito está na crosta terrestre, composto dosseguintes nutrientes:


É por meio dos ciclos biogeoquímicos queos elementos químicos e compostosquímicos são transferidos entre osorganismos e entre diferentes partes doplaneta.

um mesmo lugar.

O ciclo biogeoquímico é opercurso realizado no meioambiente por um elementoquímico essencial à vida. Aolongo do ciclo, cada elementoé absorvido e reciclado porcomponentes bióticos (seresvivos) e abióticos (ar, água,solo) da biosfera, e às vezespode se acumular durante umlongo período de tempo emum mesmo lugar.


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Ciclo do Carbono



Carbon Forms: CO2, CO, CH4, H2CO3, organic matter, CaCO3

1.2. Ciclos BiogeoquímicosCiclo do Carbono

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Ciclo do Carbono


Ciclo do Carbono

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Fotossíntese

2612622 666 OOHCOHCO LUZ +→+

energiaOHCOOOHC ++→+ 2226126 666

Fotossíntese

Respiração

Síntese de Compostos Orgânicos

Ciclo do Carbono


Carbon Dioxide emissions havecaused the atmospheric CO2

concentrations to increase by 13%since 1958. Is due to combustionof fossil fuels and burning ofweeds removed by deforestation.Some effects attributed to thisraise in carbon dioxide are: 1)temp increases will occur withincreased carbon dioxide becausethey absorb infrared radiation andslows the escape of heat from theearth, 2) results in altered rain fall,3) results in melting of ice capspossible flooding. Scientists arestudying the records of pollencores to determine how pasttemperature changes haveaffected vegetation.

Carbono atmosférico X

Temperatura (1958 – 2000)


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Mudança de uso da terra e perda da MO do solo

� Eliminação do carbono da vegetação para implantação de pastagens, plantações e sistemas urbanos

Foley et al. 2005, NASA LCLUC Program.

Ocupação por pastagens/plantações

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Ciclo do Nitrogênio



Ciclo do Nitrogênio

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1.2. Ciclos BiogeoquímicosCiclo do Nitrogênio

Imagem: Botkin e Keller (1995); Fluxos: Reeburgh (1997)

BIOMASSA TERRESTRE

3500 Tg N

ATMOSFERA

4.000.000.0000 Tg N (N2)

SOLO (M.O)

9500 Tg N

BIOMASSA MARINHA

4700 Tg N

SEDIMENTOS

400.000.000 Tg N

Estoques de nitrogênio


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30%

70%

Humanos: adição de mais 175 Tg de N

(duplicaram o Nitrogênio reativo!)

Impacto humano


Impacto humano

• Contaminação da água (mudança de composição e pH, afetando os recifes em escala global);

• Impacto no ciclo do carbono;

• Chuva ácida (HNO3)

Fixação industrial de nitrogênio


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Impacto humanoFixação industrial de nitrogênio

Lixiviação NRunoff N

Contaminação da água subterrânea com nitratos

Eutrofização

0,5 5 50 kg N.ha-1.ano-1



O ciclo do fósforo


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O ciclo do fósforo


O ciclo do fósforo

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O ciclo do enxofre


O ciclo do enxofre1.2. Ciclos Biogeoquímicos

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O ciclo do enxofre


Ciclo doOxigênio

O oxigênio molecular (O2) compõe cerca de 21% da atmosfera terrestre. Este oxigêniosatisfaz as necessidades de todos os organismos terrestres que o respiram no seumetabolismo.O principal fator na produção de oxigênio é a fotossíntese, que regula arelação gás carbônico/gás oxigênio na atmosfera. Na atmosfera, encontra-se comooxigênio diatômico/oxigênio molecular (O2), dióxido de carbono (CO2), ozônio (O3),dióxido de nitrogênio (NO2), monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de enxofre (SO2), etc.


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Ciclo doOxigênio

(0,001%).

O ciclo hidrológico édirigido pela energia solare compreende omovimento da água dosoceanos para a atmosferapor evaporação e de voltaaos oceanos pelaprecipitação que leva àlixiviação ou à infiltração.Cerca de 97% dosuprimento de água estános oceanos, 2% nasgeleiras e muito menosque 1% na atmosfera(0,001%).

Ciclo Hidrológico

lençóis freáticos é adequada ao consumo humano.Aproximadamente 1% do total da água contida nos rios, lagos e lençóis freáticos é adequada ao consumo humano.


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Ciclo Hidrológico


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� Modelo de Produção e Consumo na Floresta


McKinney and Schoch 2003


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AQUECIMENTO GLOBAL

1.3. Crise Ambiental

AQUECIMENTO GLOBAL


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GEEs - emissões

Metano24%

Dióxido decarbono

63%Óxido

nitroso 10%

Outros: 3%

Fonte: IPCC


AQUECIMENTO GLOBAL

População, Homem e Recursos Naturais

Recurso natural é qualquer insumo de que os

organismos, populações e ecossistemas necessitam

para sua manutenção.

Recursos Naturais

Tecnologia e Economia


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� A permanência da perturbação pode impedir a auto-depuração.

�RECURSOS HÍDRICOS LANÇAMENTO DE ESGOTO



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Impactos ambientais e ações antrópicas (nocivos):

1. Eutrofização de corpos d’água;

2. Contaminação de lençóis freáticos;

3. Metais pesados em sedimentos - Ecossistemas costeiros;

4. Poluição residual por agrotóxicos – Agroecossistemas;

5. Desmatamento e garimpos;

6. Destinação inadequada de resíduos sólidos;

7. Emissão excessiva de poluentes atmosféricos;

8. Projetos urbanos e rurais sem sustentabilidade (ou falta).


Solução: Desenvolvimento Sustentável

Qual a nossa eficiência?


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Desenvolvimento Sustentável


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