Aula 3Energia nos sistemas ecológicos

Fluxo de energia e cadeias alimentares

Fluxo de energia na Terra

A Energia nos sistemas Ecológicos

• Primeira lei da termodinâmica: lei da conservação da massa e energia, a energia pode ser transformada de um tipo em outro, mas não pode ser criada nem destruída;

• Segunda lei, é a lei da entropia: é uma medida de energia não-disponível que resulta das transformações. Os organismos e os ecossistemas conseguem manter um alto grau de ordem interna (ou baixa entropia), consegue-se isso através de uma contínua e eficiente dissipação de energia de alta utilidade (luz, alimento) para dar energia de baixa utilidade (calor). A quantidade é sempre degradada.

Sol

Ilustração das duas leis da termodinâmica

(A)Raios solares, 100 unidades Forma diluída de energia

Folha, sistemade conversão energética

(C)Açúcares2 unidadesForma concentradade energia

(B) Calor, 98 unidadesForma muito diluida (dispersão) de energia

A=B+C (primeira lei)C é sempre menor que A(segunda lei)

Fluxo e quantidade de energiaPerdas na respiração

Perdas nas Fezes

Fluxo de Energia

Total assimiladopelos herbívoros Total disponível para os

carnívoros

• PPBruta: é a quantidade de material produzido pela fotossíntese (fotossíntese ou assimilação total), num período fixo de tempo. PPB de um ecossistema, plantação ou indivíduo.

• PPL= PPB – respiração (energia gasta para a manutenção do indivíduo). A PPL é a parte da energia que está disponível como alimento aos consumidores (ou seja, é a parte utilizável, energia que foi armazenada nos tecidos vegetais).

• A PPrimária varia em um mesmo ecossistema de acordo com a idade do indivíduo e com a estação do ano (quanto mais jovem o indivíduo, menor é a PP). Normalmente a PPB é maior no verão, ou em regiões mais quentes.

Produtividade primária

Outras produtividades

• PL da comunidade: é a taxa de armazenamento da matéria orgânica não utilizada pelos heterótrofos (ou seja, a PPL – o consumo heterotrófico), durante certo período (1 ano ou a estação de crescimento).

• P Secundária: taxa de armazenamento energético em níveis de consumidores (quantidade de energia assimilada pelos consumidores).

Produtividade Primária líquida para diversas regiões da Terra (Kormondy, 1976)

Tipo de Ecossitema Clima Produtividade (Kcal/m2/ano)

Deserto 400

Oceano 800

Lago temperado 800

Lago Poluído temperado 2400

Floresta Coníferas temperado 11200

F.Tropical Pluvial tropical 20000

Cultura Agrícola Anual temperado 8800

Cultura Agrícola Anual tropical 12000

Pântano temperado 17100

Pântano tropical 30000

Produção e respiração anuais, em Kcal/m2/ano, em ecossistemas de crescimento e em estado constante

Fluxo de energia entre as cadeias de pastagem e de detritos

MO viva

MO morta

Em águas rasas ou em campos de pastagem intensa, 50% ou mais da produção líquidaPode passar pelo caminho de pastagemA maioria dos ecossistemas naturais (pântanos, florestas, oceanos) funcionam comoSistemas de detritos, pois 90% da produção autotrófica não é consumida pelos heterótrofos,Antes que as folhas, os caules e outras partes vegetais, sejam processados nos solos.

Cadeia Alimentar ou C.Trófica I

• È a transferência da energia alimentar desde a fonte (autótrofos), através de uma série de organismos que consomem e que são consumidos (heterótrofos).

• Em cada transferência uma proporção da energia (de 80 a 90%) é perdida na forma de calor. Assim quanto menor a cadeia alimentar, ou quanto mais próximo o organismo do início da cadeia maior a energia disponível à população.

• Cadeia de pastagem e de detritos (estão interligadas)

Cadeia Trófica II

• Tamanho dos organismos nas cadeias alimentares, está relacionado com tamanho do alimento que pode sustentar eficientemente um dado tipo de animal: na cadeia de parasitas, os organismos, em níveis sucessivos são cada vez menores.

• Uma redução na energia disponível a elos sucessivos da cadeia limita o comprimento das cadeias tróficas. Não obstante, são encontradas cadeias longas em lagos oligotróficos e curtas em lagos eutrofizados, pois a produção rápida de material vegetal leva a uma pastagem intensiva, concentrando o fluxo de energia nos 2 ou 3 primeiros níveis tróficos.

Pirâmide de energia

E=3368/20810=16,1%

E=383/3368=11,4%

E=21/383=5,5%

Pirâmide ou rede alimentar de ecossistemas aquáticos

Modelo de cadeia alimentar em um ecossistema aquático continental

(Fonte: Fundamentos de Liminologia, Esteves F.A )

Metabolismo em um Ecossistema Aquático

Sol

Zona Eufótica(produção)

Zona Trofolítica(decomposição)

Teia Alimentar em um ecossistema aquático

Qualidade de energia• Todas as calorias não são iguais, porque as mesmas

quantidades de formas diferentes de energia variam amplamente no seu potencial de realizar trabalho;

• Petróleo (forma concentrada de energia), tem potencial de trabalho maior (e qualidade superior), em relação a formas mais diluídas (como a luz solar);

• Luz solar (é de qualidade superior ao calor, que é uma energia ainda mais dispersada);

• A qualidade de energia é medida pela quantidade de um tipo de energia necessária para desenvolver outro tipo, numa cadeia de transformações energéticas (como uma cadeia alimentar).

• É a quantidade de calorias de luz solar que precisa ser dissipada para se produzir 1 cal. De uma forma de qualidade mais elevada (alimento ou madeira).

Qualidade de energia

• 10.000Kcal de luz solar são necessárias para se produzir 1kcal. De predador;

• Ou, 100kcal de herbívoro são necessárias para cada kcal de predador;

• Uma pequena biomassa de predadores apresenta qualidade energética 100 vezes maior que a de uma biomassa similar de herbívoros;

• Os combustíveis fósseis apresentam uma qualidade 2.000 x maior do que a da luz solar. Assim, para a energia solar fazer o trabalho ora realizado pelo carvão mineral (ou petróleo) ela deve ser concentrada 2.000 vezes.

Aumento da qualidade (capacidade de realizar trabalho) com diminuição da quantidade de energia

Sol HerbívorosPlantas Predadores

1.000,000 10.000 1.000 100

1 100 1000 10.000

A

Eletricidade

Sol Plantas Fossilização Usina

Luz solar madeiracarvão

mineral

1.000,000 1.000 500 125B

1 1.000 2.000 8.000

A, cadeia alimentar B, Cadeia de energia elétrica

Quantidade

Qualidade

• É o aumento da concentração de determinados elementos (poluentes) e compostos químicos ao longo da cadeia alimentar;

• Ocorre em função de 3 fatores: (1) é necessário um grande número de elementos do nível trófico anterior para alimentar um indivíduo do nível trófico seguinte; (2) o poluente deve ser recalcitrante ou de difícil degradação, (3) deve ser lipossolúvel.

• Contaminação de mercúrio na Baía de Minamata, Japão (Morte de muitos pescadores pela ingestão de peixes contaminados).

Amplificação Biológica

DDT- Uso e ProibiçãoDDT- Uso e Proibição

-1939 Paul Muller, em 1948 PN-Usado na 2a guerra mundial, após 1945 usado indiscriminadamente-1958 morte de pássaros em Cape Cod –Massachusetts-1962- publicação do livro-1973 uso banido nos EUA-Recalcitrante dura 15 anos no solo

Concentração de DDT na cadeia Alimentar (Long Island, EUA), (Odum, 1971)

Elementos Conc. de DDT (ppm) nos tecidos

Água 0,00005

Plâncton 0,04

Sheephead Minnow (peixe de pequeno porte)

0,94

Peixe-espada (peixe predador) 2,07

Heron (alimenta-se de animais menores) 3,57

Tern (alimenta-se de animais menores) 3,91

Gaivota 6,00

Ovo de gavião marinho 13,8

Merganser (pato que se alimenta de peixe) 22,8

Pelicano (alimenta-se de peixe) 26,4

• Contaminação das águas dos rios e do mar, de todos os seres vivos presentes nesses ambientes e dos seres humanos pelo consumo desta água.

• Os herbicidas que compõem o agente-laranja (o 2,4-D ácido diclorofenóxiacético e o 2, 4, 5-T) também são tóxicos a pequenos animais terrestres e aquáticos, assim como a muitos insetos benéficos para as plantas.

• O herbicida 2.4.5-T (tetraclorodibenzodioxina) é sempre acompanhado da dioxina, que é o mais ativo composto causador de deformações em recém-nascidos que se conhece (teratogênico), permanecendo no solo e na água por um período superior a um ano.

Uso de herbicida desfolhante na guerra do Vietnã

Uso de agrotóxico (Xico Graziano, foi sec da agricultura de SP)

• Em 1989, a legislação passou a exigir o receituário agronômico, visando ao uso adequado dos pesticidas. Estes mudaram de nome: passaram, a ser denominados de agrotóxicos. Houve a troca de um paradigma na agronomia. Antes, os produtos utilizados para combater pragas e doenças deveriam ser duradouros e de largo espectro. Pulverizados nas lavouras, aniquilavam tudo.

• Moléculas biodegradáveis e de aplicação seletiva passaram a ser pesquisadas. Estava decretado o fim da primeira geração dos pesticidas.

• Progressivamente, os defensivos agrícolas foram se tornando mais específicos e menos tóxicos. Na década de 60, utilizava-se em média de 1.200 g de inseticidas por hectare; essa média caiu para 69,5 em 1990.

• Um número fantástico atesta o avanço do setor: o Brasil recolhe 65% das embalagens vazias de agrotóxicos. Em apenas 4 anos, ultrapassou os EUA, onde apenas 25% das embalagens são retiradas do campo. Na Alemanha, beira os 50%. O Impev (Instituto Nacional de Processamento de Embalagens Vazias), é responsável pelo projeto. Cenas de horror desapareceram no campo. Não se vêem mais donas-de-casa carregando água em baldes vazios de venenos.