Energia no EcossistemaEnergia no Ecossistema

Energia: definições básicas Energia: definições básicas Energia: É a capacidade de realizar trabalho. Esta capacidade pode-se

manifestar sob várias formas: radiação eletromagnética, energia potencial ou incorporada, energia cinética, energia química (dos alimentos) e calor.

1ª Lei da Termodinâmica: (Conservação da energia) A energia pode ser transformada de um tipo em outro, mas não pode ser criada nem destruída. Exemplos destas transformações: luz em calor, energia potencial em cinética.

2ª Lei da Termodinâmica: (Lei da Entropia) Nenhum processo que implique numa transformação energética ocorrerá espontaneamente, a menos que haja uma degradação de energia de uma forma concentrada numa forma mais dispersa (ou desorganizada). Assim sendo, nenhuma transformação de energia é 100% eficiente. A entropia é uma medida de energia não disponível, que resulta das transformações energéticas. Sua variação é sempre positiva em qualquer transformação

Energia nos organismos vivosEnergia nos organismos vivos

Os organismos vivos possuem uma característica termodinâmica essencial: eles conseguem criar e manter um alto grau de ordem interna, ou uma condição de baixa entropia, que é obtido através de processos biológicos contínuos e eficientes de dissipação energética.

O ambiente energético da biosfera O ambiente energético da biosfera

A luz solar que atinge o topo da biosfera iluminada terrestre chega a uma taxa constante, a chamada constante solar (1.94 cal/cm2.min). Um máximo de 67% da constante solar (~ 1.34 cal/cm².min) pode atingir a superfície terrestre.

A radiação solar sofre consideráveis modificações qualitativas e quantitativas ao atravessar a atmosfera terrestre. Tais modificações são influenciadas por vários fatores dentre eles a topografia, a latitude, o clima bem como composição gasosa da atmosfera. A água e o gás carbônico absorvem ativamente a radiação na faixa do infra-vermelho.

Ecossistema: históricoEcossistema: histórico

Charles Elton (década de 1920): “as relações de alimentação ligam os organismos numa entidade funcional única, a comunidade biológica.”

A. G. Tansley (década de 1930): “visualizou as partes físicas e biológicas da natureza juntas, unificadas pela dependência dos animais e das plantas da sua vizinhança física e da sua contribuição à manutenção do mundo físico. A isto denominou de ecossistema.

Raymond Lindeman (1942): definiu níveis tróficos e visualizou uma pirâmide de energia.

Ecossistema: definiçõesEcossistema: definições

Eugene P. Odum (1953): retratou os ecossistemas como diagramas de fluxo de energia.

Hoje em dia, uma definição de ecossistema muito usada em Ecologia seria a seguinte: qualquer unidade que inclua a totalidade dos organismos (comunidades) de uma área determinada, que atuam em reciprocidade com o meio físico de modo que uma corrente de energia conduza a uma estrutura trófica, a uma diversidade biótica e a ciclos biogeoquímicos (Odum, 1977).

Ecossistema: aspectos estruturaisEcossistema: aspectos estruturais

substâncias inorgânicas (particuladas, dissolvidas) substâncias orgânicas (particuladas e dissolvidas) clima substrato físico (sólido, líquido e gasoso) componentes bióticos produtores consumidores predadores desintegradores

Ecossistema: aspectos funcionaisEcossistema: aspectos funcionais

fluxo de energia cadeias de alimentos diversidade (tempo e espaço) ciclos de nutrientes sucessão e evolução controle (cibernética)

Ecologia trófica Ecologia trófica O estudo das interações tróficas é essencial para o

entendimento do que se passa dentro de um ecossistema. Este tipo de estudo demonstra de modo inequívoco o grau de inter-relações existente entre os organismos e aponta os principais elementos na manutenção da estrutura do ecossistema.

Uma das formas mais tradicionais de se estudar a ecologia trófica está na identificação das rotas alimentares dentro dos ecossistemas.

a) cadeias alimentares; b) teias tróficas; c) pirâmides energéticas e d) matrizes tróficas.

Ecologia de processosEcologia de processos

Eficiências Energéticas: As proporções (ou razões) entre os fluxos de energia em diversos pontos ao longo da cadeia de alimentos, quando expressas em percentuais. Calcula-se com as seguintes variáveis:

E: excreção R: respiração B: biomassa A: assimilação I: ingestão

Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema

CADEIA ALIMENTAR – arranjo produtor-

consumidor.

Podem ser divididas em dois tipos:

• As que começam pelos vegetais vivos e

passam pelos herbívoros e carnívoros

• E as que se iniciam pelos detritos vegetais e

animais e passam pelos detritívoros

Capim gafanhotos pássaros raposas (Cadeia de Predadores)

Trigo pulgão protozoários (Cadeia de Parasitas)

Folhas fungos vermes (Cadeia de Decomposição)

Dentro da cadeia alimentar ocorre a transferência de energia e nutrientes que segue a seguinte ordem:

produtores (plantas), consumidores (

animais herbívoros e carnívoros) e

decompositores (fungos e bactérias). 

Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema

Cadeia alimentar

Organização de um EcossistemaOrganização de um EcossistemaTeia alimentar

Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema

Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema

Teia ou cadeia alimentar?

Pirâmide de númeroPirâmide de númeroCada barra representa o número de indivíduos.

Invertida nos casos de parasitismo ou pragas.

2.107 pés de alfafa

4,5 bezerros

1 criança

Pirâmide de biomassaPirâmide de biomassaCada barra expressa a quantidade de biomassa

presente naquele nível.

Inverte nos ecossistemas aquáticos devido à alta produtividade do fitoplâncton.

Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema

Fluxo de energia e ciclo da matéria no ecossistema

Produtores primários

E

consumidores primários

(herbívoros)

Energia Radiante

ECarnívoros E

Consumidores Terciários

(carnívoros)

Consumidores secundários (carnívoros)

EConsumidores

primários (detritívoros) E

Cadeia de Pastagem

Cadeia de Detrito

Detritos

EE

Decompositores

nutrientes

Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema

Produtividade dos ecossistemas

• Matéria orgânica

produzida, ou energia

fixada pelos

produtores

• Transferência para os

consumidores ao

longo das seqüências

alimentares

Organização de um EcossistemaOrganização de um Ecossistema

Produtividade dos ecossistemas

• TRANSFERÊNCIA PARA OS CONSUMIDORES AO

LONGO DAS SEQÜÊNCIAS ALIMENTARES:

• UNIDADES DE MASSA

• UNIDADES DE ENERGIA – Calorias Incorporadas em Cada Nível Trófico

Produção Primária (PP) – produtor

Produção Secundária (PS) – consumidor 1

Produção Terciária (PT) – consumidor 2 ...

Organização de um Ecossistema

Produtividade dos ecossistemas

• A cada nível trófico, parte da energia recebida é incorporada à biomassa e parte é dissipada como calor

Produtividade Produtividade• Produtividade Primária Bruta (PPB) de um Ecossistema: é a

quantidade de material produzido pela fotossíntese, num período fixo de tempo

• Produtividade Primária Líquida (PPL): é a parte da energia dos produtores utilizável como alimento para os consumidores. Pois a outra parte é utilizada pelos produtores em suas funções vitais

• PP Varia com:

– Estação do ano– Idade do indivíduo– Clima (PPL é superior em climas tropicais)– Disponibilidade de água, sais minerais e intensidade luminosa

PPB = PPL + R

Produtividade - Lei de EltonProdutividade - Lei de EltonCada nível trófico incorpora apenas 10% da energia do

nível precedente

Quanto maior o nível trófico do organismo menor a quantidade de energia disponível

Consumidoresprimários

Produtores Consumidoressecundários

Consumidoresterciários

1000 10100

10% 10% 10%

900 90 99000

ProdutividadeProdutividade• Estágio de sucessão ecológica

PB/R – Relação entre Comunidade Clímax ou Sucessão Ecológica

PB/R = 1,0 (Ecossistema Maduro) – toda produção primária líquida de um certo intervalo de tempo é consumida pela fauna em intervalo de tempo igual (PL = 0)

PB/R > 1,0 (Ecossistema Sucessional) – apenas parte da produção primária líquida é consumida, ou seja, fica saldo de energia para manter novos consumidores (PL > 0)

Diferenças entre o ecossistema sucessional e maduro

Características Ecossistema sucessional

Ecossistema maduro

Diversidade biológica Baixa Alta

Biomassa total Pequena Grande

Número de relações Pequeno Grande

Teia alimentar Simples Complexa

Relação produção/consumo Maior que 1 Menor que 1

Estabilidade Instável Estável

Resistência aos distúrbios externos

Baixa Alta

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Produtividade dos ecossistemas

• Matéria orgânica

produzida, ou energia

fixada pelos

produtores

• Transferência para os

consumidores ao

longo das seqüências

alimentares

Ecologia de processos: fotossíntese Ecologia de processos: fotossíntese

Processo através do qual as plantas verdes transformam energia radiante, ou eletromagnética em energia química (Ferri, 1985).

O processo visa basicamente a fornecer energia (ATP) e poder redutor (NADPH) para que a planta possa sintetizar carboidratos a partir do dióxido de carbono (CO2).

FotossínteseFotossínteseSão enormes as quantidades de energia que as plantas "armazenam" através da fotossíntese. Florestas tropicais, por exemplo, "armazenam" durante um ano, cerca de 8 mil quilocalorias por metro quadrado de floresta, ou seja 8 trilhões de quilocalorias por quilômetro quadrado (8.109 kcal/km2). A capacidade de produção de energia de uma usina hidrelétrica como, por exemplo, a de Barra Bonita, no Rio Tietê, é de cerca de 140 MW (megawatt).Uma quantidade equivalente a essa seria armazenada por 1 km2 de floresta absorvendo energia luminosa por duas horas e meia.

Serviços ecossistêmicosServiços ecossistêmicos 1. Regulação gasosa 2. Regulação climática 3. Regulação de distúrbios 4. Regulação de recursos

hídricos 5. Disponibilização de recursos

hídricos 6. Controle de erosão e retenção

de sedimentos 7. Formação de solo 8. Ciclagem de nutrientes

9. Controle de poluentes 10. Polinização 11. Controle biológico 12. Refúgio 13. Produção de alimentos 14. Matéria-prima 15. Recursos genéticos 16. Recreação 17. Cultural

Valor médio anual: $ 33 trilhões

Energia e desenvolvimentoEnergia e desenvolvimento

2

3 2

4 4 4

6 12 24 1

10 66 91 63

7 32 24 14

50 100 150 200

  Alimento   Casa e comércio   Indústria e agricultura   Transporte

Evolução do consumo humano de energia

per capita (em milhares de calorias)

Desenvolvimento SustentávelDesenvolvimento Sustentável

Desenvolvimento capaz de suprir as necessidades da geração atual, sem comprometer a capacidade de atender as necessidades das futuras gerações.

É o desenvolvimento que não esgota os recursos para o futuro.

Harmonia entre desenvolvimento econômico e a conservação ambiental.

"Estamos condenados à civilização. Ou progredimos ou desaparecemos".

Euclides da Cunha

"Estamos condenados à civilização. Ou progredimos ou desaparecemos".

Euclides da Cunha