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4 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenharia2. NOÇÕES DE BIOSFERAbiosfera é definida como sendo a região do plan...
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1aParte - Ecologia Geral - 11b) Processos que levam à liberação da energia contida nos alimentos:♦ respiração aeróbia - qu...
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1aParte - Ecologia Geral - 21Num ecossistema, as relações de transferência de matéria e energia não são tão simples como n...
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  1. 1. 1aParteECOLOGIA GERAL1. INTRODUÇÃO À ECOLOGIAo século XIX, o biólogo e naturalista alemão Ernest Haeckel (1866) partindo da observa-ção de que “o conhecimento biológico nunca é completo quando o organismo é estudadoisoladamente”, deu um novo rumo à História Natural - hoje Biologia, criando uma nova ciência -a Ecologia.O termo eco deriva do grego oikos que significa lugar onde se vive, casa, ambiente, e logos éestudo, ciência, tratado. No sentido literal, Ecologia seria o estudo dos seres vivos em sua casa,no seu ambiente, ou ainda, a ciência que estuda as relações dos seres vivos com o meio ambien-te. Numa concepção mais moderna, a ciência que estuda a estrutura e funcionamento da Na-tureza, considerando que a humanidade é uma parte dela (Odum, 1972).Com a criação da ciência Ecologia, surgiram os termos ecólogo e ecologista. Este identifica osmilitantes de organizações em defesa do meio ambiente, enquanto que ecólogo é o profissional -pesquisador, cientista, que tem formação e trabalha no campo da ecologia.Em princípio, a Ecologia considerava as espécies individualmente (ecologia da araucária, ecolo-gia do peixe-boi...), o que deu origem a auto-ecologia. Hoje, a auto-ecologia é a parte da ecolo-gia que estuda as respostas das espécies aos fatores ambientais, em função de suas fisiologias erespectivas adaptações. Posteriormente, os ecólogos perceberam a importância das relações entreas diversas espécies, surgindo assim a sinecologia, passando esta a ser a parte da ecologia queestuda as interações entre as diferentes espécies que ocupam um mesmo ambiente, como estas seinterrelacionam e de que maneira interagem com o meio ambiente.1.1. MEIO AMBIENTEPara a ciência ecológica, o meio ambiente é o conjunto de condições físicas (luz, temperatura,pressão...), químicas (salinidade, oxigênio dissolvido...) e biológicas (relações com outros seresvivos) que cercam o ser vivo, resultando num conjunto de limitações e de possibilidades parauma dada espécie: o meio ambiente é tudo que nos cerca.Sempre heterogêneo, o meio ambiente segue variando de um local para outro, dando origem aagrupamentos de seres vivos diferentes. Tais agrupamentos - comunidades - interferem na com-posição do meio e são beneficiados ou prejudicados com essas transformações. O meio ambienteassim evolui, para melhor ou para pior, conforme a espécie considerada. Num lago que recebeadubo, proveniente de projetos agrícolas na vizinhança, se for considerada a população de algas,N
  2. 2. 2 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenhariaesta vai ser favorecida, aumentando as suas possibilidades de desenvolvimento, pela maior ofertade nitratos e fosfatos; porém, se forem considerados os peixes, estes têm suas possibilidades dedesenvolvimento limitadas pela redução do oxigênio, ocasionada pela grande proliferação de al-gas, e como resultado morrem asfixiados. O meio ambiente melhorou para as algas e piorou paraas populações de peixes.O meio ambiente está sempre mudando e evoluindo. O clima, os seres vivos e as próprias ativi-dades humanas modificam o ambiente e são influenciadas por essas modificações, gerando novasalterações. Esta é a essência da evolução. Alguns seres vivos são incapazes de adquirir os recur-sos que necessitam e se extinguem. Outros desenvolvem constantemente melhores formas de a-daptação aos problemas do ambiente mutante. Diz-se que estes evoluíram. Podemos dizer entãoque o meio ambiente é ‘seletivo’ na medida que certas características dão aos seus possuidorescerta vantagem na sobrevivência e procriação. Diz-se que os indivíduos melhor adaptados aoambiente mutante ‘foram selecionados’, por meio da seleção natural.No século passado a poluição nas cidades inglesas fez com que a seleção natural atuasse em umaespécie de mariposas. No início da industrialização a maioria das mariposas salpicadas era claracom manchas escuras, confundindo-se com as cascas das árvores e escondendo-se de seus preda-dores. Quando a fuligem das fábricas escureceu as árvores e a paisagem urbana de um modo ge-ral, as mariposas claras ficaram mais visíveis aos pássaros. Alguns anos depois as mariposas es-curas tornaram-se mais comuns nas cidades e as claras salpicadas prevaleciam nos campos, me-nos poluídos. Tal fenômeno de seleção natural ficou conhecido como melanismo industrial.A seleção nem sempre é natural. O homem aprendeu a utilizar a mutação para produzir organis-mos que atendam a algum propósito útil ou desejável, criando o processo de seleção artificial. Osorganismos assim obtidos, sobrevivem no ambiente sob a proteção humana. Um exemplo típicoé a galinha doméstica, seu ancestral das selvas africanas é extremamente astuto e bota cerca deuma dúzia de ovos por ano. Algumas galinhas domésticas botam uma dúzia de ovos por mês,são extremamente dóceis, perderam a astúcia e, se fossem devolvidas ao seu ambiente natural,seriam extintas.O meio ambiente é sempre o conjunto de possibilidades físicas, químicas e biológicas para cadaindivíduo - espécie - de uma comunidade. Neste sentido, a espécie Homo sapiens, entre milhõesde espécies da Terra, tem sido o foco de toda atenção da ciência ecológica, dada a sua capacidadede transformar as condições ambientais, em nome da qualidade de vida humana.1.2. HÁBITAT E NICHO ECOLÓGICOO meio ambiente é o palco onde se desenrola todo o estudo da ecologia. Neste, segundo Odum(1972), cada espécie considerada tem um ‘endereço’- hábitat, e desenvolve uma ‘profissão’ -nicho ecológico.O hábitat de um organismo é o local onde ele vive; ou ainda, é o ambiente que oferece um con-junto de condições favoráveis ao desenvolvimento de suas necessidades básicas - nutrição, prote-ção e reprodução. O nicho ecológico é o papel de uma espécie numa comunidade - como ela fazpara satisfazer as suas necessidades. As algas, por exemplo, têm o seu hábitat na água superficialde um lago (zona iluminada), e parte do seu nicho ecológico é a produção de matéria orgânica,através da fotossíntese, a qual serve de alimento para sua população e para alguns animais.
  3. 3. 1aParte - Ecologia Geral - 3Teoricamente, o hábitat seria aquele ambiente em que as condições ambientais atingem o pontoótimo e uma espécie consegue reproduzir em toda a sua plenitude, ou seja, consegue desenvolvero seu potencial biótico. Porém, a reprodução sem oposição não pode manter-se por muito tempoem um ambiente de recursos limitados. Desse modo, o ambiente se encarrega de controlar o cres-cimento da população através da resistência ambiental, o que pode fazer com que a populaçãoretorne ao ponto de partida.A resistência ambiental compreende todos os fatores - fome, enfermidades, alterações climáti-cas, competição, etc. - que impedem o desenvolvimento do potencial biótico. O processo fun-ciona do seguinte modo: quando a densidade populacional aumenta, aumenta também a resistên-cia ambiental, que por sua vez origina uma diminuição da densidade populacional. A interaçãoentre o potencial biótico e a resistência ambiental resulta num aumento , ou numa diminuição, donúmero total de organismos de uma população, ou seja, o seu crescimento populacional. O hábi-tat é então a região onde a resistência ambiental para a espécie é mínima, ou seja, onde ela en-contra melhores possibilidades de sobrevivência.1.3. NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO BIOLÓGICAA melhor maneira de entender o campo de estudo da ecologia moderna é utilizando-se do concei-to de níveis de organização dos seres vivos (Odum, 1972). Nestes, um arranjo hierárquico agrupaos seres vivos partindo de sistemas biológicos simples – genes - para biossistemas cada vez maiscomplexos – biosfera -, formando um todo unificado, conforme esquema abaixo.GENES → CÉLULAS → TECIDO → ÓRGÃO → APARELHO → ORGANISMO →→→→→ POPULAÇÃO →→→→ COMUNIDADE →→→→ ECOSSISTEMA →→→→ BIOSFERAA ecologia estuda fundamentalmente os quatro últimos níveis desta seqüência. Entendendo-sepor:♦ população: conjunto de indivíduos de uma mesma espécie que ocupa uma determinada área;♦ comunidade: conjunto de populações que interagem de forma organizada, vivendo numamesma área;♦ ecossistemas: conjunto resultante da interação entre a comunidade e o ambiente inerte;♦ biosfera ou ecosfera: sistema que inclui todos os organismos vivos da Terra, interagindo como ambiente físico, como um todo.1.4. EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 11. Conceitue Ecologia. Qual a diferença entre ecólogo e ecologista ?2. Defina hábitat e nicho ecológico. Cite exemplos.3. O que é resistência ambiental ? Enumere alguns fatores de resistência ambiental para o ho-mem.4. Como ciência biológica, qual o campo de estudo da ecologia ?
  4. 4. 4 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenharia2. NOÇÕES DE BIOSFERAbiosfera é definida como sendo a região do planeta que contém todo o conjunto dos seresvivos e na qual a vida é permanentemente possível. O termo ‘permanentemente possí-vel’ é atrelado ao conceito de biosfera significando ‘ambiente capaz de satisfazer às necessidadesbásicas dos seres vivos, de forma permanente’. Neste contexto, a biosfera não passa de uma del-gada casquinha em torno do planeta, uma vez que as condições de vida vão diminuindo à medidaque nos afastamos da superfície, até que cessam a, aproximadamente, 7 km acima do nível domar e abaixo deste não ultrapassa a 6 km. No total a biosfera não vai além de 13 km de espessu-ra.Para satisfazer as necessidades dos seres vivos, são necessários, por um lado, a presença de água,luz, calor e matéria para a síntese dos tecidos vivos e, por outro, ausência de condições prejudici-ais à vida como substâncias tóxicas, radiações ionizantes e variações extremas de temperatura. Abiosfera apresenta todas essas condições: uma fonte externa de luz e calor - o sol; água que chegaa cobrir ¾ da superfície do planeta e substâncias minerais em contínua reciclagem nos seus vá-rios ambientes. Apresenta ainda um escudo contra radiações ionizantes provenientes do sol - acamada de ozônio - e grandes massas de água que se encarregam de manter a temperatura médiado planeta em torno dos 15oC, sem grandes variações.Na realidade o termo correto para biosfera seria ecosfera (eco = oikos = casa), correspondendoao conjunto de biosfera, atmosfera, litosfera e hidrosfera. Porém popularizou-se o termo biosferaque é usado no seu sentido funcional e não descritivo, ficando esta dividida em três regiões físi-cas distintas:♦ litosfera - Camada superficial sólida da Terra, constituída de rochas e solos, acima do níveldas águas. Compreende ¼ da biosfera, apresenta variações de temperatura, umidade, luz, etc.e possui enorme variedade de flora e de fauna;♦ hidrosfera - Representada pelo ambiente líquido: rios, lagos e oceanos. Recobre ¾ da super-fície total do planeta, apresenta condições climáticas bem mais constantes do que na litosfera,salinidade variável (nos oceanos chega a 35 gramas/litro) e possui menor variedade de plantas(20 para 1) e de animais (9 para 1) que a litosfera;♦ atmosfera - Camada gasosa que circunda toda a superfície da Terra, envolvendo portanto, osdois ambientes acima citados.2.1. VIDA NA BIOSFERAA história da Terra começou há 4,6 bilhões de anos e o início da vida remonta a aproximadamen-te 1,1 bilhão de anos depois - o ser vivo mais antigo conhecido, uma bactéria, formou-se há cercade 3,5 bilhões de anos. Nas eras posteriores, a vida foi se diversificando cada vez mais: o padrãode evolução assemelha-se a uma árvore com uma espécie na ponta de cada ramo. De um troncoúnico, os seres vivos evoluíram e formaram os reinos do mundo vivo: monera, protista, fungi,vegetal e animal. Os primeiros exemplares do reino vegetal datam de cerca de 1,5 bilhões deanos - estes foram para a terra firme há cerca de 420 milhões de anos. As esponjas, membrosA
  5. 5. 1aParte - Ecologia Geral - 5mais simples do reino animal, datam de 570 milhões de anos. Os insetos surgiram há aproxima-damente 250 milhões, os mamíferos há 175 milhões e o homem há 46 milhões de anos. Compa-rando com a idade da Terra, a espécie Homo sapiens está na sua infância, principalmente se con-siderarmos os seus impulsos destrutivos.2.2. COMPLEXIDADEA biosfera caracteriza-se por uma estrutura muito complexa. A sua composição é resultado defenômenos físicos associados à própria atividade biológica que aí se realiza há milhares de anos.As atividades de nutrição e de respiração das plantas, dos animais e dos microrganismos, que ha-bitam o solo e as águas, alteram quimicamente a composição do ar atmosférico, por consumiremalguns gases que o compõem e produzirem outros; modificam a estrutura do solo, por cavaremburacos e galerias ou por produzirem alterações químicas do meio; modificam, ainda, a composi-ção da água em virtude das trocas de alimentos e compostos químicos que realizam no seu inte-rior. Portando, desde a sua criação, a biosfera está em constante modificação pela ação dos pró-prios seres vivos, o que de certa forma a torna frágil, principalmente quando este ser vivo é ohomem.2.2.1. HIPÓTESE DE GAIAA melhor maneira de compreender a fragilidade da biosfera talvez seja através da Hipótese deGaia e do texto elaborado pelo Greenpeace que nos faz pensar sobre o comportamento da espécieHomo sapiens.O termo Gaia foi usado pela primeira vez no século XVII pelo médico inglês William Gilbertreferindo-se a ‘Mãe Terra’ e popularizado pelo norte-americano James Lovelock quando formu-lou a hipótese de Gaia: “a Terra seria um superorganismo, de certa forma frágil, mas comcapacidade de auto-recuperação”. Na Terra, como no metabolismo de um organismo vivo, ca-da parte influencia e depende de outras partes, ao perturbar uma só dessas partes da vida podeafetar o todo. Mais recentemente, essa hipótese foi comungada por Jonathan Weiner, mas comuma certa preocupação. Segundo Weiner “os agentes destrutivos hoje são artificiais e provocamdesgaste em quase todo o planeta, ao mesmo tempo. A constituição de Gaia seria tão vigorosa aponto de reparar naturalmente o desgaste e manter o planeta saudável? Poderá Gaia nos salvar?”1“A Terra tem 4,6 bilhões de anos, se condensarmos esse espaço de tempo num conceito compre-ensível, poderíamos comparar a Terra a uma pessoa que neste momento estaria completando 46anos. Nada sabemos dos 7 primeiros anos de vida dessa pessoa e mínimas são as informaçõessobre o longo período de sua juventude e maturação.Sabemos, no entanto, que foi aos 42 anos que a terra começou a florescer. Os dinossauros e osgrandes répteis surgiram há um ano, quando o planeta tinha 45 anos. Os mamíferos apareceramhá apenas oito meses e na semana passada os primeiros hominídeos aprenderam a caminhareretos.1Revista Ecologia e Desenvolvimento, no59, 1996.
  6. 6. 6 - Introdução às Ciências do Ambiente para EngenhariaNo fim dessa semana a Terra ficou coberta com uma camada de gelo, mas abrigou em seu seioas sementes da vida. O homem moderno tem apenas quatro horas de existência e faz uma horaque descobriu a agricultura. A Revolução Industrial iniciou há um minuto. Durante esses ses-senta segundos da imensidão do tempo geológico, o homem fez do paraíso um depósito de lixo.Multiplicou-se como praga, causou a extinção de inúmeras espécies, saqueou o planeta paraobter combustíveis; armou-se até os dentes para travar, com suas armas nucleares inteligentes,a última de todas as guerras, que destruirá definitivamente o único oásis da vida no sistema so-lar.A evolução natural de 4,6 bilhões de anos seria anulada num segundo pela ação do animal inte-ligente que inventou o conhecer. Será esse o nosso destino ?”Texto do Greenpeace.2.3. A ENERGIAA fonte de energia para a biosfera é o sol: além de iluminar e aquecer o planeta, fornece energiapara a síntese de alimento. A energia solar também é responsável pela distribuição e reciclagemde elementos químicos, pois governa o clima e o tempo nos sistemas de distribuição de calor eágua na superfície do planeta. Dos 100% de energia solar enviada para a Terra, somente 47%conseguem atingir a sua superfície, sendo 30% energia direta e 17% difusa (Figura 2.1). Dos100% iniciais, menos de 1% é utilizado pelos vegetais na produção de alimento.Figura 2.1: Distribuição da energia solar na terra. (FREIRE DIAS, G., 1992)
  7. 7. 1aParte - Ecologia Geral - 7A energia solar que toca a superfície da terra é uma ação conjunta de espécies de radiações dis-tintas. Do aspecto ecológico, somente as radiações infravermelhas, as visíveis e as ultravioletassão bem conhecidas quanto aos seus efeitos. As radiações infravermelhas, apesar de serem ab-sorvidas em grande parte pelo vapor dágua atmosférico, exercem poderosa influência sobre osseres vivos, dando também origem a fenômenos meteorológicos, como o vento. As radiaçõesultravioletas têm importância na formação da vitamina D, necessária aos seres vivos, mas poroutro lado, possuem grande poder mutágeno, estando relacionadas com a incidência de câncer depele. A grande maioria desses raios é absorvida pela camada de ozônio presente na atmosferaterrestre. As radiações visíveis constituem a parte do espectro solar indispensável à vida: a luzsolar se relaciona fundamentalmente com a produção de alimentos.Todos os processos energéticos da biosfera obedecem às duas leis da termodinâmica. A primeiralei estabelece que “a energia do universo é constante” ou seja a energia não pode ser criadanem destruída, apenas transformada. A segunda lei reza que “a entropia no universo tende aomáximo” ou seja a cada transformação a energia passa de uma forma mais organizada e concen-trada (energia de alta qualidade) a outra menos organizada e mais dispersa (energia de baixa qua-lidade - calor). As duas leis podem ser observadas no fluxo contínuo e num único sentido da e-nergia solar na biosfera (Figura 2.2): a energia luminosa é captada pelas plantas e transformadaem energia química ou absorvida pela água, ar e solo e, posteriormente, em ambos os casos,transformada em energia calorífica que é irradiada para o espaço. Neste contexto, a Terra é umsistema aberto.Energia Solar(irradiada à Terra com luz solar)BiosferaEnergia Degradada(irradiada para o espaço na forma de calor)Figura 2.2: Fluxo de energia na biosfera.2.4. OS RECURSOS NATURAISAr, água, solo, minerais, flora e fauna, genericamente, são recursos naturais, isto é, são recursosque a natureza coloca à disposição dos seres vivos, para que estes possam satisfazer às suas ne-cessidades. A existência da biosfera está condicionada à disponibilidade desses recursos que po-dem der divididos em:♦ renováveis - são aqueles recursos que naturalmente podem ser regenerados após o uso, como:a água, o ar, a energia solar, a energia eólica, a madeira, as plantas produtoras de fibra, os ve-Energia solar convertida em energiaquímica na matéria orgânica(através da fotossíntese)Energia química que se emprega para produzirtrabalho nas células do organismo(através da respiração)
  8. 8. 8 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenhariagetais usados na alimentação, animais usados na alimentação e na confecção de agasalhos e osnutrientes;♦ não-renováveis - são aqueles que não podem ser naturalmente regenerados após o uso ou sãoregenerados em tempos geológicos muito extensos. O calcário, a argila, a areia, o petróleo e ocarvão mineral são exemplos de recursos naturais não-renováveis.Quando estes conceitos são aplicados no meio humano, o recurso natural será renovável ou nãodependendo da sua exploração e/ou capacidade de reposição. Assim, determinado recurso con-ceituado como renovável pode deixar de sê-lo, como é o caso da fauna que pode entrar em extin-ção quando explorada de forma incorreta ou quando o ambiente modificado não fornece condi-ções para sua renovação. O peixe-boi, o tatu-canastra, o tamanduá-bandeira, a jaguatirica e a ara-ra-azul, são exemplos de espécies brasileiras que se encontram ameaçadas de extinção, devido àcaça predatória associada a transformações no ambiente. A água também pode deixar de ser umrecurso renovável na região quando manejada de forma incorreta. Para evitar a extinção, exaus-tão ou perda de recursos naturais é fundamental o conhecimento ecológico, para que se possa es-tabelecer condições e limites de uso e exploração, bem como planos de manejo adequados à ca-pacidade de suporte do ambiente e, por que não, da biosfera.2.5. ATIVIDADES HUMANAS E DESEQUILÍBRIOS NA BIOSFERAAs atividades humanas contribuem para alterações dos requisitos de qualidade da biosfera. Asindústrias com suas chaminés e o uso dos veículos movidos a gasolina ou a óleo alteram a com-posição da atmosfera; os resíduos lançados pelos esgotos das fábricas e das casas alteram a com-posição da hidrosfera; a disposição inadequado do lixo, dos entulhos de construção, dos rejeitosda mineração, dos inseticidas, dos adubos, etc., alteram a composição da litosfera.Algumas dessas atividades humanas podem ser benéficas para a biosfera, melhorando as condi-ções de vida ou de desenvolvimento, por exemplo: a adubação e a irrigação do solo, aumentandonele a quantidade de elementos nutritivos e água necessários ao crescimento das plantas. Outrasporém são nocivas por causarem poluição, erosão. etc. Às vezes, uma atividade é benéfica emuma determinada área e para outra torna-se nociva, como, por exemplo, a aplicação de inseticidaspara combater as pragas da lavoura, causando morte de insetos inofensivos e contaminando a á-gua dos rios próximos. O perfeito equilíbrio entre todas essas atividades e o perfeito conhecimen-to das relações entre as espécies de animais e vegetais que habitam diferentes locais da biosfera,torna-se assim indispensável para que se consiga manter as características do meio em que vive-mos.2.6. EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 21. Conceitue biosfera e ecosfera, com noções sobre sua amplitude e idade.2. Comente sobre a importância da presença da luz, do calor e da água como elementos indis-pensáveis à vida na biosfera.3. Explique porque do ponto de vista energético a biosfera ou ecosfera é um sistema aberto.4. Elabore um quadro com cinco atividades humanas que contribuem para alterar a biosfera, re-lacionando-as com os benefícios esperados e os prejuízos observados.
  9. 9. 1aParte - Ecologia Geral - 93. NECESSIDADES BÁSICAS DOS SERES VIVOSexistência da biosfera ou de vida de forma permanente, em um ambiente qualquer, só épossível se este oferecer condições para que os seres vivos satisfaçam as suas necessida-des básicas: nutrição, proteção e reprodução (Quadro 3.1). A nutrição garante matéria (alimen-to) rica em energia, para que os seres vivos possam proteger-se de seus inimigos e dos rigores dotempo e, finalmente, reproduzir para garantir a continuidade das espécies.Quadro 3.1: Necessidades básicas dos seres vivos.Necessidade Conceito Tipos Organismos• Nutrição • Processos de obten-ção de matéria e e-nergia pelos seresvivos.• Autotrófica: os seres vivossintetizam seu próprio ali-mento, partindo de substân-cias inorgânicas e de umafonte de energia.• Heterotrófica: os seresvivos, através de relaçõescom outros seres vivos, ad-quirem o alimento sintetiza-do.• Vegetais cloro-filados, algas ealgumas bactéri-rias.• Animais, fun-gos, vírus, pro-tozoários e o res-tante das bacté-rias.• Proteção • Mecanismos utili-zados pelos seres vi-vos para se defende-rem das intempéries edos seus inimigos na-turais.• Crescimento quase ilimi-tado, espinhos, substânciasurticantes, perda das folhas,...• Aspecto repulsivo, agres-são, fuga, construção deabrigos, elevada descendên-cia, camuflagem, ...• Vegetais.• Animais.• Reprodução • Processos desenvol-vidos pelos seres vi-vos para gerar des-cendentes e, conse-quentemente, dar con-tinuidade às espécies.• Assexuada: quando não hámistura de genes, gerandoindivíduos geneticamenteidênticos ao que lhe deuorigem.• Sexuada: ocorre misturade genes, gerando seres comnovas combinações genéti-cas.• Bactérias e al-guns protozoá-rios.• Maioria dosseres vivos.Boa parte da vida de um organismo é utilizada no processo de nutrição. Por isso, a relação ali-mentar constitui fator determinante da estrutura da comunidade. Para satisfazer ao processo nu-tricional, o ser vivo precisa de condições que lhe permitam produzir (autótrofo) ou utilizar (hete-rótrofo) os alimentos disponíveis, e o meio ambiente deve oferecê-las.A
  10. 10. 10 - Introdução às Ciências do Ambiente para EngenhariaNo que diz respeito à proteção, a camuflagem é talvez o mais curioso mecanismo. Neste, o orga-nismo envolvido adota a aparência transitória (mimetismo), ou permanente, de uma característicado ambiente e consegue assim se proteger de seus inimigos naturais: borboletas com cores e for-ma de pétalas de flores, gafanhotos com aparência de folhas ou de ramos, lagartos com cores dapaisagem, etc. O fenômeno da camuflagem é de tal forma que chega a ser possível identificar,pelo aspecto do organismo, o tipo de ambiente de onde o mesmo provém.A reprodução, seja sexuada ou assexuada, depende de condições ambientais particulares, envol-vendo vento, água, temperatura, presença de outros organismos (polinizadores ou não), disponi-bilidade de abrigo e de materiais para construção de ninhos, tocas, etc. O ambiente deve ser ca-paz de satisfazer às necessidades de cada espécie para que ela reproduza, povoe e a vida continueexistindo.Como heterótrofo, o homem, na busca do alimento, desenvolve as mais variadas relações com oambiente, através da caça, pesca, agricultura, pecuária, piscicultura, desmatamento, etc. e, aocontrário dos demais seres vivos, consome muito mais compostos orgânicos do que a quantidadepor ele utilizada como alimento. A maior parte da matéria consumida é usada na produção deenergia. Em nome do desenvolvimento, o homem vem interferindo na Natureza, eliminando oumodificando o ambiente, de modo a inviabilizar a satisfação das necessidades básicas de seresvivos, o que pode causar profundas modificações de caráter ecológico, com o desaparecimentode espécies úteis e a superpopulação por espécies indesejáveis, com conseqüências para o própriohomem.3.1. PROCESSOS ENERGÉTICOS UTILIZADOS PELOS SERES VIVOSNa biosfera, os seres vivos obtêm energia para satisfazer suas necessidade básicas através de cin-co processos, divididos em dois grupos.a) Processos que levam à formação de compostos orgânicos (alimento) ricos em energia, a partirde CO2 e H2O:♦ fotossíntese - quando a energia utilizada para a síntese do alimento provém da luz.CO2 + H2O Alimento + O2♦ quimiossíntese - quando a energia utilizada para a síntese do alimento, provém da oxidaçãode compostos inorgânicos.Comp. Inorg. Reduzido + O2 Comp. Inorg. OxidadoEnergia QuímicaCO2 + H2O AlimentoLuz
  11. 11. 1aParte - Ecologia Geral - 11b) Processos que levam à liberação da energia contida nos alimentos:♦ respiração aeróbia - quando o receptor final dos hidrogênios é o oxigênio.Alimento + O2 CO2 + H2O + Energia♦ respiração anaeróbia - quando o receptor dos hidrogênios é uma substância diferente do oxi-gênio (CO3-2, PO4-3, SO4-2).Alimento + KNO3 CO2 + H2O + N2 + KOH + Energia♦ fermentação: quando o receptor dos hidrogênios é uma substância orgânica subproduto dareação em questão.Alimento C2H5OH + CO2 + EnergiaOs organismos que realizam fotossíntese e quimiossíntese são portanto autótrofos. Tanto autótro-fos como heterótrofos retiram energia dos alimentos através da respiração. Os seres vivos querespiram aerobicamente são chamados aeróbios. Os que respiram anaerobiamente são denomi-nados anaeróbios. Os seres que respiram tanto aeróbia como anaerobiamente, dependendo dascondições do ambiente, são chamados facultativos.Os processos energéticos mais difundidos nas condições atuais da biosfera são: fotossíntese, res-piração aeróbia e fermentação. Estes surgiram na Terra juntamente com os primeiros seres vivos.Tudo indica que a seqüência de aparição destes processos na biosfera foi: fermentação (compos-tos orgânicos nos mares primitivos), fotossíntese (após introdução de CO2 pela fermentação) erespiração aeróbia (após a introdução de O2 pela fotossíntese).3.2. BIOSSÍNTESE E BIODEGRADAÇÃOEm todo processo de nutrição autotrófica há síntese ou composição de compostos orgânicos e node respiração há degradação ou decomposição de compostos, que se caracteriza pela volta destesaos seus constituintes originais - carbono, água e sais minerais; como ambos os processos sãobiológicos, fala-se em biossíntese e biodegradação.Na biosfera, a todo processo de biossíntese (foto e quimiossíntese) deve corresponder um proces-so de biodegradação (respiração aeróbia, anaeróbia e fermentação). Isso é quantitativamente ver-dadeiro, o que origina um equilíbrio entre esses dois processos naturais. A existência desse equi-líbrio é condição fundamental à continuidade da vida, porque se por um lado a quantidade de e-nergia disponível (solar) é inesgotável, por outro lado a quantidade de carbono e outros elemen-tos constitutivos das moléculas orgânicas é limitada no ambiente habitado. Isto faz com que to-dos os elementos retirados do meio devam, mais cedo ou mais tarde, ser restituídos ao meio, a-través da biodegradação, para novas biossínteses. Este processo denomina-se reciclagem.
  12. 12. 12 - Introdução às Ciências do Ambiente para EngenhariaOs vegetais e animais continuamente realizam biodegradação de compostos orgânicos, através darespiração. Quando morrem, os compostos orgânicos que formam os seus corpos passam a serbiodegradados, graças à ação de microrganismos que utilizam como alimento os cadáveres ani-mais e restos de vegetais. Esses microrganismos constituem um grupo particular de heterótrofosque recebem a denominação genérica de sapróvoros. Se não existisse a atividade desses seres,todos os restos e detritos animais e vegetais permaneceriam intactos na biosfera, acumulando e-lementos essenciais à formação de novos seres vivos e o planeta seria um amontoado de lixo.3.3. EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 31. Classifique os seres vivos quanto ao processo de nutrição.2. Por que os seres vivos precisam se proteger ? Enumere cinco processos de proteção que vocêconhece.3. O que pode acontecer com os seres vivos de uma determinada região quando a mata nativa ésubstituída por plantações exóticas ?4. Identifique os processos energéticos utilizados pelos seres vivos.5. Os primeiros seres vivos do planeta eram autótrofos ou heterótrofos ? Por que?6. Levando em consideração a atmosfera primitiva (NH3, H2, CH4 e vapor d’água), expliqueporque nem a fotossíntese e nem a respiração aeróbia tinham condições de ocorrer.7. O que é reciclagem ? Faça uma lista de 5 produtos recicláveis que você usa diariamente.8. Explique a importância da reciclagem para continuidade da biosfera.
  13. 13. 1aParte - Ecologia Geral - 134. FATORES ECOLÓGICOSntende-se por fatores ecológicos o conjunto de fatores biológicos, ou bióticos, e físicos, ouabióticos, de um determinado ambiente, que atuam sobre o desenvolvimento de uma co-munidade. Tais fatores podem constituir elementos da resistência ambiental, diminuindo a sobre-vivência dos seres vivos. Os fatores ecológicos bióticos compreendem as relações simbióticasentre os seres vivos e os fatores ecológicos abióticos constituem as condições físicas do ambien-te.4.1. FATORES ECOLÓGICOS BIÓTICOSPara satisfazer suas necessidades de alimentação, proteção, transporte e reprodução os seres vi-vos associam-se com outros seres vivos, de mesma espécie ou de espécie diferente, surgindo as-sim as relações ecológicas. Consideradas fatores ecológicos bióticos, as relações ecológicas(Quadro 4.1) podem ser classificadas em:♦ intra-específica - relação que ocorre entre indivíduos de mesma espécie;♦ inter-específica - relação que ocorre entre indivíduos de espécies diferentes;♦ harmônica - relação em que nenhum dos organismos é prejudicado;♦ desarmônica - relação em que pelo menos um dos organismos é prejudicado.Quadro 4.1: Relações entre os seres vivos.Relações Conceito Exemplos Observações• Canibalismo(intra-específi-ca desarmôni-ca)• Um animal ma-ta e devora outroda sua espécie.• Ocorre, dentreoutras populações,nas de aranhas,ratos, peixes, lou-va-a-deus,• Raro. Ocorre em super-populações quando há faltade alimento; em algumasespécies é comum a fêmeadevorar o macho, após afecundação.• Competição(intra e inter-específica de-sarmônica)• Luta por ali-mento, posse deterritório, da fê-mea, etc.• Todos os seresvivos.• Freqüente. Observa-sesempre que há sobreposiçãode nichos ecológicos. É umfator de seleção natural e delimitação da população.• Predatismo(inter-específi-ca desarmôni-ca)• Um animal ma-ta outro de espé-cie diferente parase alimentar.• Mamífero carní-voro (predador) xmamífero herbívo-ro (presa).• Freqüente. Fator de sele-ção natural e equilíbrio dapopulação de presas. Apli-cado no Controle Biológico:predador x praga.• Forésia(inter-específi-ca harmônica)• Transporte deum ser, seus ovosou sementes poroutro ser vivo.• Pólen x insetos eaves; sementes xaves e mamíferos,etc.• Polinização.E
  14. 14. 14 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenharia• Mutualismo(inter-específi-ca harmônica)• Troca de bene-fícios entre seresvivos, com ousem interdepen-dência.• Cupim x proto-zoários, algas xfungos, plantas xinsetos, crocodilox ave-palito.• Obrigatório (liquens), fa-cultativo (mosca do berne).• Parasitismo(inter-específi-ca desarmôni-ca)• Um ser vive àcusta de outro,prejudicando-o.• Cipó-de-chumbox outros vegetais;vermes x mamífe-ro; vírus, bactérias,fungos e protozoá-rios x outros seresvivos.• Freqüente. Fator de home-ostase na população de pre-sas. Aplicado no ControleBiológico: parasita x praga.Endoparasita (ameba) e ec-toparasita (piolho).• Inquilinismo(inter-específi-ca harmônica)• Um organismousa outro comosuporte ou abri-go.• Bromélia x árvo-re (suporte), fie-ráster x holoturói-des (abrigo).• Epifitismo, epizoísmo,endofitismo e endozoísmo.•Comensalismo(inter-específi-ca harmônica)• Um ser comerestos da comidade outro.• Rêmora x tuba-rão, hiena x leão.• Também é aplicada a situ-ações em que não está en-volvido o alimento (tuim xpica-pau).• Colônias(intra-específi-ca harmônica)• Seres unidosanatômica e/oufisiologicamente.• Algas, protozoá-rios, corais, cracas,caravelas.• Os indivíduos podem sertodos iguais (algas) ou dife-rentes com divisão de traba-lho (caravelas).• Sociedade(intra-específi-ca harmônica)• Indivíduos comtendência à vidagregária, traba-lham para o de-senvolvimento dapopulação.• Castores, gorilas,homens, peixes,formigas, abelhas,cupins.• Comum no mundo dosinsetos, onde a divisão detrabalho leva a formação decastas.• Amensalismo(inter-específi-ca desarmôni-ca)• Uma espécieinibidora produzsecreções (subs-tâncias tóxicas)eliminando a es-pécie amensal.• Eucalipto x gra-míneas, mandioca-brava x fungos,fungos x bactérias,algas x peixes(Maré vermelha).• Esta relação é mais co-mum entre vegetais, fungose bactérias.Determinadas relações têm importância vital para o equilíbrio ecológico dentro das comunidades.Numa interação como o predatismo, o predador influi diretamente no controle da população dapresa, mantendo-a em níveis compatíveis com a quantidade de alimento disponível no local. Re-lações como predatismo e parasitismo são assim utilizadas para eliminação ou diminuição de es-pécies indesejáveis, num processo conhecido como Combate ou Controle Biológico. Este ofe-rece duas vantagens sobre o combate através de substâncias químicas: não polui o ambiente e,desde que adequadamente planejado, não causa desequilíbrios ecológicos. Muitas espécies para-sitas são seletivas, vivem apenas em um hospedeiro ou em espécies aparentadas do seu hospedei-ro. Neste sentido, o uso do parasitismo no controle biológico tem se mostrado mais eficiente doque o predatismo.
  15. 15. 1aParte - Ecologia Geral - 15Algumas relações existentes entre os seres vivos não se enquadram nos tipos citados, por não se-rem tão óbvias. Muitas espécies, para sobreviverem em um determinado ambiente, dependemindiretamente da presença de outras. Como exemplo, podemos citar os mamíferos: as regiõesmais ricas do mundo em mamíferos, são aquelas que apresentam uma fauna diversificada de co-prófagos (bosteiros), estes além de contribuírem para melhorar as pastagens, reduzem as infec-ções parasitárias dos mamíferos por enterrarem no solo os vermes parasitas.4.2. FATORES ECOLÓGICOS ABIÓTICOSOs fatores ecológicos abióticos estão representados pelas condições climáticas, edáficas e quími-cas, que determinam a composição física do ambiente. Os principais fatores ecológicos abióticosnos ambientes terrestres são a luz, a temperatura e a água, enquanto que nos ambientes aquáticossão a luz, a temperatura e a salinidade. Os principais fatores ecológicos abióticos encontram-selistados no quadro 4.2.Quadro 4.2: Fatores ecológicos abióticos.Fator Importância ClassificaçãoTemperatura • Constitui fator determinante na dis-tribuição dos seres vivos, influi nometabolismo, no apetite, na fotossín-tese, no desenvolvimento, na ativida-de Sexual e na fecundidade. As tem-peraturas mais favoráveis à vida estãona faixa de 10 a 30oC. Para cada servivo existe um preferendo térmico(PT). Temperaturas fora do PT de-terminam migrações. Quando a tem-peratura diminui ou aumenta demasi-adamente, alguns seres vivos entramem estado de quiescência, fazendohibernação (morcego, urso) ou estiva-ção (lagarto, rato-canguru), outrosmigram.• Homeotermos: organismosque conseguem manter a tem-peratura corporal, apesar dasvariações do meio (Aves eMamíferos).• Pecilotermos: a temperaturacorporal acompanha as varia-ções do meio (peixes, répteis eanfíbios).Luz • Essencial na produção de alimentos(fotossíntese), nos processos ópticos,na pigmentação da pele, regula osritmos biológicos diários e anuais,regula a atividade motora de animais(fotocinese), orienta o movimento dosvegetais (heliotropismo). Alguns ani-mais e vegetais produzem luz, proces-so chamado bioluminescência.• Eurifotos: organismos que su-portam grandes variações lumi-nosas.• Estenofotos: só conseguemviver numa estreita faixa lumi-nosa.• Lucífilos: atraídos pela luz(mariposas).• Lucífobos: fogem da luz(toupeira).
  16. 16. 16 - Introdução às Ciências do Ambiente para EngenhariaÁgua • Entra na composição das células detodo ser vivo, está presente em todosos processos metabólicos, é o solventeuniversal; tem papel fundamental natemperatura corporal dos homeoter-mos, na regulação do clima do planetae na distribuição dos seres vivos nabiosfera. As sementes têm em tornode 3 a 5% de água, o homem 65%, orecém-nascido 90% e as medusas99%.• Hidrófilos ou hidrófitos: ve-getais que só vivem em locaisonde haja muita água (vitória-régia).• Xerófilos ou xerófitos: vege-tais adaptados a locais compouca água, áridos (cactos).Nutrientes • Necessários para o crescimento ereprodução dos seres vivos, são elesos elementos químicos e sais dissol-vidos. Seu suprimento na biosfera semantém mediante o movimento den-tro dos ciclos biogeoquímicos. Podemse tornar fator limitante por falta oupor excesso no meio. Constituem,juntamente com outras característicasdo solo (pH, textura, umidade), osfatores edáficos.• Macronutriente: entra emgrande quantidade na composi-ção dos tecidos vivos (Carbono,Oxigênio, Hidrogênio, Nitrogê-nio).• Micronutriente: necessárioem quantidades relativamentepequenas (Manganês, Cobre,Zinco, Magnésio).4.3. FATORES LIMITANTESPara cada um dos fatores ecológicos, os seres vivos têm limites de tolerância dentro dos quaispodem sobreviver. Assim, qualquer fator abiótico fora do extremo superior ou inferior, tende alimitar a oportunidade de sobrevivência do organismo (Lei de Leidberg), e esse fator passa a serum fator limitante. O mesmo se aplica para os fatores bióticos quando estes passam a limitar odesenvolvimento dos seres vivos. Os principais fatores limitantes abióticos são a temperatura(clima), a água, a luz e os nutrientes; e os bióticos são a competição, o predatismo e o parasitis-mo.Quanto mais ampla for a faixa de tolerância de um organismo a um dado fator, mais probabilida-de ele tem de sobreviver às variações ambientais relacionadas a esse fator. Alguns animais têmuma faixa de tolerância muito estreita: para os peixes, por exemplo, uma variação de poucosgraus na temperatura da água, pode eliminar a população inteira. Em termos gerais, quanto maisampla for a faixa de tolerância de um organismo aos fatores do meio, mais ampla será a sua dis-tribuição geográfica. Mediante a tecnologia, o homem tem ampliado, artificialmente, sua faixa detolerância a muitos fatores, de modo que pode sobreviver em quase todas as regiões da biosfera efora dela (nave espacial).
  17. 17. 1aParte - Ecologia Geral - 174.4. EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 41. De que maneiras podem interagir os organismos de uma mesma espécie ?2. Identifique e classifique as relações abaixo:a) A penicilina, o primeiro antibiótico descoberto pelo homem, é uma substância produzidapor um fungo capaz de inibir o crescimento de microrganismos.b) As abelhas, para produzirem o mel, utilizam o néctar das flores.c) Em uma calçada, a lagartixa fica imóvel por alguns minutos e, subitamente, lança sua lín-gua e captura um inseto.d) O anum é freqüentemente encontrado nas costas do gado bovino, alimentando-se de carra-patos que infestam sua pele.e) As orquídeas em uma floresta utilizam as árvores como suporte, para poderem ficar maispróximas da fonte de luz.3. As relações entre os seres vivos podem envolver ganho (+), perda (-) ou neutralidade e tole-rância (0). Classifique as relações listadas no quadro 4.1 usando pares de sinais, como (+,+),(+,-), (0,+), etc.4. Qual a importância, para uma espécie, da competição entre seus indivíduos ?5. Qual a importância do predatismo para a comunidade ?6. O que é controle biológico ? É mais eficiente quando se usam parasitas ou predadores? Porque?7. Por que alguns seres vivos migram ?8. Qual a diferença entre hibernação e estivação ?9. Conceitue fator limitante. Dê exemplo de um fator limitante para o homem.10. Qual a diferença entre fator limitante e resistência ambiental ?
  18. 18. 18 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenharia5. ECOSSISTEMASs vegetais, animais e microrganismos que vivem numa região e constituem uma comuni-dade biológica, estão ligados por uma intrincada rede de relações e influências, que incluio meio físico e a própria comunidade. Estes componentes físicos e biológicos, interdependentes,formam uma unidade funcional básica de estudo da Ecologia, denominada ecossistema (Tansley,1935). Um ecossistema pode ser definido como: “unidade funcional básica, composta de umabiocenose - conjunto de seres vivos - e um biótopo - lugar que abriga uma biocenose”.As dimensões dos ecossistemas são as mais variadas possíveis, pois convenientemente pode-seescolher uma unidade maior ou menor para estudo. Ele pode ser constituído por uma floresta in-teira (macro-ecossistema) ou por uma simples planta como a bromeliácea (micro-ecossistema),ou ainda, um oceano ou um aquário.5.1. COMPONENTES E ESTRUTURAHá nos ecossistemas um enorme complexo de fenômenos e fatores que delimitam e definem asua composição: primeiramente, a composição física do meio (natureza do solo, luminosidade,temperatura, etc.); depois, a composição química (sais minerais e compostos inorgânicos utiliza-dos como nutrientes, ácidos, álcalis, oxigênio, gás carbônico, etc.); finalmente, a presença de se-res vivos que podem ser predadores, comensais, parasitas, competidores, etc., e caracterizam-sepor uma interdependência não somente nas relações alimentares, mas também na reprodução eproteção. Desse modo, pode-se dividir o ecossistema em dois conjuntos amplos de componentes:os bióticos (vivos) e os abióticos (não vivos). O conjunto dos componentes bióticos compõe abiocenose e dos componentes abióticos o biótopo.Os componentes bióticos podem ser agrupados em três categorias funcionais: produtores, con-sumidores e decompositores. Os produtores são todos os organismos autótrofos, principalmen-te plantas verdes que realizam fotossíntese, e outros, em menor quantidade, que realizam quimi-ossíntese. Os consumidores dos ecossistemas são os heterótrofos, principalmente animais, quese alimentam de outros seres vivos. Podem ser subdivididos em: (a) consumidor primário (her-bívoro), que utiliza diretamente o vegetal - veado, gafanhoto, coelho e muitos peixes; (b) con-sumidor secundário (carnívoro), que obtém seu alimento de consumidores primários - leão, ca-chorro, cobra e espécies carnívoras de peixes; e, (c) consumidor misto (onívoro), que não fazdiscriminação pronunciada em sua preferência alimentar entre produtores e outros consumidores- esta categoria inclui o homem, o urso e alguns peixes. Os decompositores também são heteró-trofos - bactérias e fungos sapróvoros -, porém se alimentam de materiais residuais (excreções,cadáveres, etc.) transformando-os em substâncias inorgânicas simples utilizáveis pelos produto-res. Não fosse o trabalho dos decompositores, o nosso planeta seria um amontoado de ‘lixo’.A estrutura de um ecossistema pode ser exemplificada através de um Terrário: uma espécie dejardim encerrado em uma caixa de vidro ou plástico transparente, que recebe luz solar e contémuma camada de solo, pequenas plantas (produtores), pequenos insetos (consumidores primários)-como pulgões - alimentando-se da seiva dessas plantas, insetos carnívoros (consumidores se-O
  19. 19. 1aParte - Ecologia Geral - 19cundários) - como joaninhas - comendo pulgões e, mesmo, um predador maior (consumidor ter-ciário) - como a aranha ou louva-a-deus, capturando as joaninhas. Finalmente, o próprio solocontendo bactérias e outros sapróvoros (decompositores), nutrindo-se de folhas mortas e outrosdetritos de origem vegetal ou animal. Desse modo, mantém-se dentro do terrário, um fluxo deenergia e uma reciclagem de elementos químicos, de maneira a conservar, no seu interior, apro-ximadamente constantes as concentrações de gás carbônico, água, oxigênio, sais minerais e com-postos orgânicos, não sendo necessário adicionar ou retirar, periodicamente, qualquer deles.5.2. CARACTERÍSTICAS DOS ECOSSISTEMASNo estudo dos ecossistemas distinguem-se quatro características básicas:♦ continuidade - todos os ecossistemas do planeta estão interligados, formando um grande e-cossistema - a biosfera;♦ sistema aberto - sob o ponto de vista da termodinâmica, todos os ecossistemas são sistemasabertos, que se mantêm através do fluxo contínuo de energia solar;♦ homeostase - todo ecossistema é dotado de auto-regulação, o que o torna capaz de resistir àsmudanças e lhe confere um estado de equilíbrio dinâmico;♦ sucessão ecológica - a maioria dos ecossistemas forma-se no curso de uma longa evolução,conseqüência do processo de adaptação entre as espécies e o meio ambiente. Uma sucessãoecológica pode levar dezenas a centenas de anos, até que a comunidade estabilize atingindo oclímax. A sucessão pode ser primária ou secundária. A primeira ocorre em regiões nuncaantes habitadas, como numa crosta rochosa. A segunda ocorre em regiões antes habitadas masque, em função de fatores naturais ou artificiais, como enchentes, erupções vulcânicas, quei-madas, projetos agrícolas, etc., romperam o clímax, retornando ao processo de sucessão. Nafigura 5.1, estão enumeradas as séries da sucessão de um bosque queimado até atingir nova-mente o clímax, num tempo de aproximadamente 350 anos.Figura 5.1: Sucessão ecológica em um bosque queimado. (SUTTON, D. B. e HARMON, N. P., 1979)5.3. EQUILÍBRIO NOS ECOSSISTEMASTodos os consumidores da biosfera obtêm energia e nutrientes para satisfazer as suas necessida-des, comendo plantas (produtores), ou comendo outros animais (herbívoros) que comeram plan-tas, ou comendo animais (carnívoros) que comeram animais que comeram plantas, e assim pordiante. Dessa forma, embora os ecossistemas variem muito em proporção e em aparência, todostêm uma mesma estrutura de funcionamento, apresentando um fluxo de energia e um ciclo dematéria (Figura 5.2), da mesma forma que na biosfera.
  20. 20. 20 - Introdução às Ciências do Ambiente para EngenhariaSolMateriais particulados e gasososEnergia dissolvidos na água,Matéria no ar ou no solo.Figura 5.2: Fluxo de energia e ciclo de matéria nos ecossistemas.A estrutura de funcionamento, resultante do arranjo produtor-consumidor, denomina-se cadeiaalimentar. Uma cadeia alimentar é definida como sendo uma seqüência de seres vivos unidospelo alimento. Uma forma de representá-la é ligando o nome dos organismos com setas, as quaisindicam o caminho percorrido pela matéria nos ecossistemas. Esta representação classifica osorganismos de acordo com o nível trófico que ocupam (Quadro 5.1). Por definição o primeironível trófico (NT) pertence ao produtor, com uma única exceção para as cadeias alimentares dosolo, que se iniciam com restos de vegetais e animais mortos. O último nível trófico , por suavez, é ocupado pelos decompositores. Estes compreendem miríades de organismos sapróvoros,que estabelecem cadeias de decomposição sobre a matéria morta. Tais cadeias ocupam sempre oúltimo nível trófico das cadeias de predadores (predomina o predatismo) e parasitas (predominao parasitismo). Logo os decompositores quase nunca são representados nestas seqüências alimen-tares. Exemplos de cadeias alimentares:♦ capim → gafanhotos → pássaros → raposas (Cadeia de Predadores)♦ trigo → pulgão → protozoário (Cadeia de Parasitas)♦ folhas → fungos → vermes (Cadeia de Decomposição)Quadro 5.1: Classificação dos organismos num ecossistema.Tipo de nutrição Categoria funcional Nível tróficoAutotrófica Produtor (vegetal) 1oHeterotrófica Consumidor• primário (herbívoro)• secundário (carnívoro 1)• terciário (carnívoro 2)• misto (onívoro)2o3o4o2o,3o,4o,5oHeterotrófica Decompositor 2o,3o,4o,5o,6oDecompositoresProdutores Herbívoros CarnívorosCalor Calor Calor
  21. 21. 1aParte - Ecologia Geral - 21Num ecossistema, as relações de transferência de matéria e energia não são tão simples como nascadeias alimentares. Na realidade, estas entrelaçam-se, num delicado equilíbrio, constituindoverdadeiras teias que unem entre si predadores e presas, parasitas e hospedeiros, formando estru-turas mais complexas denominadas teias ou redes alimentares. Numa teia alimentar, um orga-nismo pode ocupar diferentes níveis tróficos (Figura 5.3). Isso torna-se vantajoso para a comuni-dade, uma vez que um organismo passa a ter várias opções de alimento, fato que confere maiorestabilidade à estrutura e, consequentemente, ao ecossistema.Figura 5.3: Teia alimentar de águas costeiras(SUTTON, D. B. e HARMON, N. P., 1979)5.4. PRODUTIVIDADE NOS ECOSSISTEMASA produtividade, ou produção, designa a quantidade de matéria orgânica produzida, ou de e-nergia fixada pelos produtores, que é transferida para os consumidores ao longo das seqüênciasalimentares, podendo ser expressa em unidades de massa ou de energia. Em termos de energia, ascalorias incorporadas em cada nível trófico denominam-se: produção primária ou PP (1oNT),produção secundária ou PS (2oNT), produção terciária ou PT (3oNT), etc. Denomina-se pro-dução primária bruta (PPB ou PB), a quantidade de energia fixada pelas plantas no processo defotossíntese. Parte dessa energia é dissipada no processo de respiração do autótrofo (Ra) e parte -produção primária líquida (PPL ou PL) é incorporada à biomassa vegetal e transferida para osconsumidores. A cada nível trófico, parte da energia recebida é incorporada à biomassa e parte édissipada na forma de calor (2alei da termodinâmica) ou perdida na matéria excretada. Toman-do-se R como sendo o somatório da energia dissipada - energia calorífica - em todos os níveistróficos, a produtividade no ecossistema pode ser representada por PB = PL + R.
  22. 22. 22 - Introdução às Ciências do Ambiente para EngenhariaA produtividade média nas cadeias alimentares é estimada em torno de 10%, ou seja, a cada níveltrófico são incorporados cerca de 10% da energia proveniente do nível trófico precedente (Lei deElton ou dos 10%). Assim, PS = 10%PL, PT = 10%PS, sucessivamente. Conseqüência da se-gunda lei da termodinâmica, quanto maior o nível trófico do organismo, menor a quantidade deenergia disponível. Tal fato limita o número de níveis de uma cadeia, e este é atingido quando osorganismos não obtêm energia suficiente para manterem-se vivos e reproduzirem-se. Por estarazão, a maioria das cadeias apresentam quatro a cinco níveis tróficos. Consequentemente, quan-to mais próximo da base de produção maior a disponibilidade de energia e, portanto, maior quan-tidade de organismos poderá ser mantida com a produção primária do ecossistema.O estudo da produtividade é usado para identificar o estágio da sucessão ecológica em que se en-contra o ecossistema. Com base na relação PB/R determina-se se a comunidade é clímax ou estáem sucessão ecológica. Na primeira, PL = 0, isto é, toda produção primária líquida de um certointervalo de tempo é consumida pela fauna em intervalo de tempo igual, logo PB/R = 1,0 ou e-cossistema maduro. Na segunda, PL > 0, apenas parte da produção primária líquida é consumi-da, havendo portanto saldo de energia para manter novos consumidores, logo PB/R > 1,0 ou e-cossistema sucessional. No quadro 5.2, estão resumidas algumas diferenças entre estes dois ti-pos de ecossistemas.Quadro 5.2: Diferenças entre o ecossistema sucessional e maduroCaracterísticas Ecossistema Suces-sionalEcossistemaMaduroDiversidade biológica Baixa AltaBiomassa total Pequena GrandeNúmero de relações Pequeno GrandeTeia alimentar Simples ComplexaRelação produção/consumo Maior que um Igual a umEstabilidade Instável EstávelResistência aos distúrbios externos Baixa AltaA produtividade dos vários ecossistemas da biosfera não se distribui casualmente. Ela está limi-tada pelo clima, distribuição de nutrientes, luz e água. A figura 5.4 ilustra a distribuição da pro-dução primária em vários ecossistemas.5.5. PIRÂMIDES ECOLÓGICASA estrutura trófica de um ecossistema pode ser ilustrada graficamente por meio de pirâmidesecológicas, nas quais o primeiro nível trófico, ou nível produtor, forma sempre a base e os níveissucessivos formam camadas até o ápice.
  23. 23. 1aParte - Ecologia Geral - 23CapimTrigoGafanhotosPulgõesPássarosProtozoáriosRaposasTrigoPlânctonPulgãoPeixesProtozoário“A” - Desertos;“B” - Pastagens, Lagos profundos, Bosques montanhosos;“C” - Florestas tropicais, Lagos rasos, Pastagens úmidas, Agricultura irrigada;“D” - Estuários, Recifes de corais;“E” - Águas costeiras;“F” - Mares profundos.Figura 5.4: Produtividade primária bruta de vários ecossistemas,em kcal/m2ao ano. (SUTTON, D. B. e HARMON, N. P., 1979)As pirâmides ecológicas podem ser de três tipos: números, biomassa e energia. A pirâmide denúmeros (Figura 5.5) dá uma idéia da distribuição quantitativa da biocenose, ou seja, quantosorganismos existem em cada nível trófico do ecossistema; também ilustra relações quantitativasentre presa-predador e hospedeiro-parasita.Figura 5.5: Pirâmides de números de predadores (a) e de parasitas (b).A pirâmide de biomassa (Figura 5.6) representa o peso total dos indivíduos nos sucessivos ní-veis tróficos, expresso em peso seco total por unidade de área, por exemplo kg/m2. Tanto as pi-râmides de números como as de biomassa podem apresentar o vértices invertidos, em virtude davariação no tamanho dos indivíduos e da capacidade de renovação dos organismos menores (Fi-guras 5.5-b e 5.6-b).Figura 5.6: Pirâmides de biomassa terrestre (a) e aquática (b).(a)(a)(b)(b)
  24. 24. 24 - Introdução às Ciências do Ambiente para EngenhariaProdutoresHerbívorosCarnívoros 1Carnívoros 2Segundo NTTerceiro NTA pirâmide de energia (Figura 5.7) representa a distribuição de energia por nível trófico no e-cossistema. Das três pirâmides, é a que dá melhor idéia do conjunto da natureza funcional dasbiocenoses nos ecossistemas. Sua forma não é afetada pelas variações no tamanho e na intensi-dade metabólica dos organismos. Ela é sempre voltada para cima, uma vez que representa a pro-dutividade energética nos ecossistemas. A quantidade de energia disponível em cada nível é ex-pressa em Kcal/m2.ano.Figura 5.7: Pirâmide de energia.5.6. DESEQUILÍBRIOS NOS ECOSSISTEMASO equilíbrio dinâmico dos ecossistemas baseia-se na sua estrutura trófica, isto é, na forma comoa comunidade está organizada e se relaciona com o ambiente, para distribuição da matéria e e-nergia. Assim sendo, alterações na composição da cadeia alimentar ou no ambiente físico podempromover desequilíbrios ecológicos.5.6.1. BLOQUEIO NA CADEIA ALIMENTARUma forma comum de desequilíbrio, dá-se pela destruição de um dos elos da cadeia alimentar. Adestruição de um elo acarreta o desaparecimento total do elo seguinte, dependente do primeiro, ea superpopulação do ambiente pelo elo anterior. A eliminação de cobras que atacam lavradoresno campo, causa aumento da população de ratos e redução do número de animais comedores decobras como a sariema. Na década de setenta, a caça predatória ao sapo-boi na zona rural de Per-nambuco, incentivada pelo valor da pele para exportação, resultou na invasão da zona rural porgafanhotos (grilos), forçando a migração das pessoas para as cidades.A introdução de organismo estranho à cadeia alimentar pode também resultar em desequilíbriosecológicos, decorrente da inexistência do elo superior ou predador natural que controle a sua pro-liferação. Na Austrália, na década de trinta, a importação do coelho gerou sérios problemas, poiso mesmo não encontrou, na fauna local, nenhum animal capaz de predá-lo e passou então a des-truir as plantações. Atualmente, os australianos procuram reduzir a população de coelhos atravésde viroses específicas desses animais. Ainda na Austrália, em 1935, foi introduzido o sapo-boi(Bufo marinus) para controle biológico de um besouro que atacava os canaviais. A baixa resis-tência ambiental ao anfíbio, devido ao clima favorável e ausência de predador, resultou numapraga, agravada pelo fato do sapo ser venenoso. Atualmente, pesquisa-se controle biológico daespécie.Primeiro NTQuarto NT
  25. 25. 1aParte - Ecologia Geral - 25Fitoplâncton (0,5)Zooplâncton (3,0)Peixes planctófagos (7 a 9)Mergulhão (2.500)Peixes carnívoros (22 a 221)Água (0,014)Inseticida transferidopor via alimentar5.6.2. BIOMAGNIFICAÇÃOOutra forma de gerar desequilíbrios é a interferência nas cadeias alimentares através do constantelançamento, no ambiente, de subprodutos da indústria química ricos em metais pesados, comochumbo e mercúrio, materiais radioativos e de moléculas sintéticas, como plásticos, detergentes epesticidas. Essas substâncias, por não serem biodegradáveis, aos poucos vão se acumulando noambiente. Algumas delas, quando ingeridas pelos seres vivos, tendem a concentrar-se ao longodas cadeias alimentares e, consequentemente, os últimos níveis tróficos tornam-se os mais preju-dicados. Esse fenômeno é conhecido como biomagnificação, ou magnificação trófica, e apre-senta-se como resultado da absorção seletiva de uma substância pelos tecidos do organismo. Porexemplo, a glândula tireóide separa seletivamente o iodo da corrente sangüínea. Desta maneira,quando o iodo 131 (radioativo) está presente no sangue, é absorvido seletivamente pela glândula.Da mesma forma, o estrôncio 90 e o césio 137 concentram-se nos ossos, os pesticidas organoclo-rados nas gorduras, etc.Um dos primeiros estudos sobre esse fenômeno foi o do Lago Clear, na Califórnia, quando o usodo TDE2levou ao desaparecimento de aves como o mergulhão na região. Na figura 5.7, atravésda pirâmide de biomassa, pode-se observar a concentração do TDE na cadeia alimentar. Nestecaso, a taxa de amplificação do tóxico da água para a ave chegou a 180.000 vezes. A taxa deamplificação é a razão entre a concentração no último nível trófico da cadeia e a concentração noambiente, se este dado estiver disponível, ou a concentração no primeiro nível trófico.Figura 5.7: Pirâmide de biomassa do Lago Clear, na Califórnia (concentração de TDE em ppm).(CHARBONNEAU, J. P. et al, 1979)Deste fenômeno constata-se que os animais predadores e os superpredadores, situados no topodas cadeias alimentares, são os mais ameaçados. O homem, pelo seu regime alimentar, é um su-perpredador, encontrando-se também ameaçado de intoxicações. Com base nesta constatação,muitos países proíbem a produção e comercialização de pesticidas organoclorados, uso de metaispesados como o mercúrio e controlam a exposição às radiações ionizantes.Os desequilíbrios também podem ocorrer devido: (a) às alterações do ambiente que impeçam acamuflagem de determinadas espécies, expondo-as ao seus inimigos, ou que estas encontrem nanova paisagem alimento e abrigo; (b) ao uso de inseticidas que diminuem ou eliminam espéciespolinizadoras, levando ao desaparecimento de vegetais e, consequentemente, de animais; (c) aolançamento de esgotos, ricos em matéria orgânica, nos corpos d’água, favorecendo as bactériasaeróbias em detrimento dos peixes, dentre outros.2Abreviatura usual do inseticida organoclorado tetraclorodifeniletano (C14H10Cl4)
  26. 26. 26 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenharia5.7. EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 51. Explique por que, apesar de terem a mesma estrutura de funcionamento, os ecossistemas dife-rem entre si.2. Que posição ocupa o onívoro numa teia alimentar? Dê exemplo de uma teia incluindo duasespécies onívoras que você conheça.3. Descreva o que você observa na figura 5.1 deste capítulo. Qual a importância da sucessão eco-lógica para os ecossistemas.4. Observe a cadeia alimentar: planta →→→→ larva de mosca de fruta →→→→ protozoário. Esquemati-ze as pirâmides de números, energia e biomassa. De que tipo é essa cadeia ?5. Qual a vantagem das teias alimentares para os ecossistemas?6. Explique porque quanto mais próximo do produtor mais consumidores podem ser mantidosnum ecossistema.8. Suponha que a produção primária líquida das plantas de uma região seja de 1.000 cal/m2.dia.Considere agora uma área de 100 m2nessa região.a) Que energia pode ser transferida para os consumidores: PB ou PL ? Por que ?b) Qual a produção líquida total dessa área ?c) Se a população de herbívoros ingerir diariamente 100.000 cal, qual será a produção se-cundária ?d) Poderia viver nessa região uma população de herbívoros que ingerisse diariamentemais do que 100.000 cal ? Por que ?9. A relação PB / R para três florestas distintas é: 3,0; 2,0 e 1,0.a) Qual dessas três florestas já atingiu o clímax ? Por que ?b) Quais podem manter novas populações de consumidores ?c) Qual dessas comunidades está em estágio menos avançado da sucessão ecológica? Jus-tifique sua resposta.10. Parte de uma floresta foi queimada e transformada em pastagem. Usando adjetivos comosimples/complexo, pequeno/grande, etc., compare estes dois ecossistemas em termos de: bio-diversidade, biomassa total, teia alimentar, relação produção/consumo e estabilidade.11. Por que os ecossistemas sucessionais são mais susceptíveis às pragas ?12. Observe a concentração de estrôncio 90 na cadeia alimentar de um lago (água - 1ppm):plantas aquáticas (280 ppm) →→→→ peixes herbívoros (950 ppm) →→→→ perca (3.000 ppm)(a) Que fenômeno se observa ?(b) Descreva brevemente o fenômeno ?(c) Qual a taxa de amplificação do estrôncio ?
  27. 27. 1aParte - Ecologia Geral - 276. CICLOS BIOGEOQUÍMICOSntende-se por ciclo biogeoquímico o movimento cíclico de elementos químicos entre omeio biológico e o ambiente geológico. Todos os 30 a 40 elementos necessários ao desen-volvimento dos seres vivos circulam na biosfera. No quadro 6.1, encontram-se relacionados oselementos químicos mais presentes nos tecidos vivos, relacionando-os com a sua proporção nacrosta terrestre.Quadro 6.1: Elementos químicos mais presentes nos seres vivos (% por pêso).Elemento Símbolo Homem Crosta terrestre Pé de milhoOxigênio O 65,0 49,0 75,0Carbono C 18,0 0,09 13,0Hidrogênio H 10,0 0,88 10,0Nitrogênio N 3,3 0,03 0,45Cálcio Ca 1,5 3,4 0,07Fósforo P 1,0 0,12 0,06Potássio K 0,35 2,4 0,28Enxofre S 0,25 0,05 0,05Sódio Na 0,24 2,6 traçosCloro Cl 0,19 0,19 0,04Magnésio Mg 0,05 1,9 0,06Ferro Fe 0,005 4,7 0,03Manganês Mn 0,0003 0,08 0,01Silício Si traços 25 0,36Fonte: BIOLOGIA – BSCS: VersãoVerde, vol.1, 1979.Para a ecologia, o fator mais importante de um ciclo biogeoquímico constitui-se no fato de queos componentes bióticos e abióticos aparecem intimanente entrelaçados. Todos os ciclos biogeo-químicos incluem seres vivos; sem a vida, os ciclos biogeoquímicos cessariam e, sem eles, a vidase extinguiria. As seguintes características podem ser observadas nos ciclos biogeoquímicos:♦ um depósito "geológico" (atmosfera ou litosfera);♦ inclusão de seres vivos (vegetais, animais e microrganismos);♦ câmbios químicos;♦ movimento do elemento químico desde o meio físico até os organismos e seu retorno a este.Os ciclos biogeoquímicos podem dividir-se em dois tipos básicos:♦ ciclos (de nutrientes) gasosos, cujo depósito ou reservatório geológico é a atmosfera. Exem-plos: ciclo do carbono, do oxigênio e do nitrogênio. São ciclos relativamente rápidos e fecha-dos, onde não existe quase nenhuma perda de elementos nutrientes durante o processo de re-circulação;E
  28. 28. 28 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenharia♦ ciclos (de nutrientes) sedimentares, têm como reservatório geológico as rochas sedimenta-res. Exemplo: o ciclo do fósforo e do enxofre. Estes são considerados ciclos lentos, posto queos depósitos sedimentares são pouco acessíveis aos organismos, uma vez que, para que os e-lementos cheguem até eles, as rochas devem ser intemperizadas e, posteriormente, transporta-das ao solo.A interferência do homem nos ciclos biogeoquímicos dá-se basicamente pela utilização do ar, daágua ou do solo como sumidouro de seus despejos. Muitas substâncias são tóxicas, atacam o sis-tema respiratório de plantas e animais, causam danos aos tecidos das folhas, destroem os micror-ganismos dos solos, alteram as trocas gasosas, contribuindo para inibir o desenvolvimento da vi-da nesses ambientes. O homem também contribui para tornar o processo acíclico, quando, porexemplo, extrai e trata rochas fosfatadas, produzindo fertilizantes fosfatados que são usados naagricultura. Posteriormente, estes atingem os corpos dágua, concorrendo para o processo de eu-troficação, provocando sérios desequilíbrios nas águas.6.1. CICLO DO CARBONOO carbono é o principal constituinte de qualquer matéria orgânica, sendo portanto essencial à vi-da na Terra. Encontra-se disponível no ar atmosférico ou dissolvido nas águas, na forma de gáscarbônico. O CO2 entra na composição do ar atmosférico com apenas 0,03%. Entretanto, estaquantidade é suficiente para manter toda a vida na Terra, uma vez que se mantém em contínuareciclagem, através do seu ciclo, conforme esquematizado na figura 6.1. Inicialmente, o CO2 éfixado por vegetais, algas e bactérias na fotossíntese, formando carboidratos e liberando oxigê-nio. Os carboidratos são degradados pela respiração e o carbono é devolvido ao meio na forma deCO2. Uma fração do CO2 do ar combina-se com a chuva formando ácido carbônico (H2CO3). Nosolo, este passa a bicarbonato (HCO3-) e, posteriormente, a carbonato (CO3=). Este reage com osácidos existentes no solo, liberando CO2 para a atmosfera.Figura 6.1: Ciclo do carbono (SILVA, T. B. e OLIVEIRA, W. B. 1992)
  29. 29. 1aParte - Ecologia Geral - 29Algumas vezes, o ciclo do carbono é interrompido e o retorno do mesmo à atmosfera pode levarmilhões de anos. É o caso dos compostos de carbono que não foram atacados pelos decomposito-res e permanecem armazenados no subsolo sob a forma de carvão fóssil e petróleo, ou nas rochasformadas por conchas e esqueletos de animais. A queima dos combustíveis fósseis devolve ocarbono ao ciclo, na forma de CO, CO2 e diversos hidrocarbonetos. Reações posteriores levam oCO a CO2 e os hidrocarbonetos a CO2 e H2O.A queimada, o desmatamento e a queima de combustíveis fósseis são atividades que interferemdiretamente no ciclo do CO2. Porém, maior atenção deve ser dada às águas, pois 80% da produ-ção fotossintética vem das algas marinhas e de água doce. A poluição das águas, com destruiçãodo fitoplâncton, pode desequilibrar todo o ciclo do carbono.6.2. CICLO DO OXIGÊNIOO maior reservatório de oxigênio é o ar atmosférico, do qual constitui cerca de 20%. Está presen-te tanto no mundo orgânico como no inorgânico. Neste, entra na constituição dos minerais e dasrochas. No mundo orgânico, é essencial à vida, uma vez que entra na composição dos tecidosvivos e é imprescindível para a respiração. É através da respiração de vegetais, animais e micror-ganismos que o oxigênio é retirado da atmosfera e devolvido na forma de gás carbônico (CO2) eágua. Mesmo os organismos anaeróbios participam do ciclo, uma vez que retiram o oxigênio damatéria orgânica devolvendo-o ao meio na forma de CO2. Água e gás carbônico, pela ação dosautótrofos, são retirados do ambiente e devolvidos na forma de carboidratos (alimento) e oxigê-nio, através da fotossíntese. No ar, tanto a H2O como o CO2 entram nos seus respectivos ciclos eambos contém oxigênio, que faz parte do ciclo total. Desse modo, pode-se notar que o ciclo dooxigênio está intimamente relacionado com os ciclos do carbono e da água.O fator mais recente que afeta o ciclo do oxigênio na biosfera e o balanço de oxigênio na terra, éo próprio homem. Além de inalar oxigênio e de exalar dióxido de carbono, o homem contribuipara diminuir o nível de oxigênio e aumentar o de dióxido de carbono pela queima de combustí-veis, o desmatamento e pavimentação de terras anteriormente verdes.6.3. CICLO DO NITROGÊNIOO nitrogênio é importante pela sua participação fundamental na composição das proteínas, asquais, por exemplo, representam aproximadamente 16% do corpo humano. O N2 encontra-sedisponível no ar atmosférico na proporção de 79% mas, apesar dessa abundância, são poucos osorganismos que conseguem fixá-lo: nos solos, é fixado pelas bactérias do gênero Rhizobium eNitrobacter que vivem em mutualismo com plantas leguminosas, e, nas águas, pelas algas azuisdo gênero Nostoc. Além da fixação biológica, pode ocorrer fixação atmosférica e industrial,quando o nitrogênio é transformado em nitrato ou ácido nítrico, que fica no ambiente à disposi-ção dos vegetais. Estes absorvem o nitrogênio fixado, transformando-o em proteínas; a passagempara os animais inicia-se com os herbívoros.Plantas e animais mortos, juntamente com as excreções, são transformados, pelos organismos daputrefação (bactérias e fungos), em amônia (NH3) num processo denominado amonificação. Aamônia é utilizada pelas bactérias Nitrosomonas que a oxidam, produzindo nitrito (NO2-) e este é
  30. 30. 30 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenhariatransformado em nitrato (NO3-) pelas bactérias Nitrobacter. Após a nitrificação, dissolve-se naságuas ou permanece nos solos, de onde é absorvido pelas plantas ou sofre desnitrificação por a-ção de bactérias, voltando ao ar atmosférico (Figura 6.2).Figura 6.2: Ciclo do nitrogênio (SILVA, T. B. e OLIVEIRA, W. B. 1992).O nitrogênio fixado que não é absorvido pelos vegetais, pode ser transportado para os mares, in-do constituir sedimentos profundos nos oceanos, podendo sair de circulação por milhões de anos,só voltando ao ciclo pelas erupções vulcânicas. Não fosse a atividade vulcânica em determinadosambientes, talvez ocorressem problemas devidos à falta de proteínas para a alimentação humana.6.4. CICLO DA ÁGUAA água representa o constituinte inorgânico mais abundante na matéria viva. O homem possui65% do seu peso constituído de água e alguns animais chegam a ser formados de 99% dessecomposto. O ciclo da água consiste basicamente na evaporação da água das camadas líquidas su-perficiais do solo, por efeito da ação dos raios solares. Seguindo-se a formação de nuvens e suacondensação e precipitação sob a forma de chuva, granizo ou neve. Uma parcela da água que seprecipita sobre o solo infiltra-se, promovendo a sua rehidratação e o recarregamento das reservasfreáticas. Uma outra parcela, escoa superficialmente formando os córregos, rios e lagos. A pro-porção, de água de escoamento superficial em relação à infiltração é influenciada fortemente pelaausência ou presença de cobertura vegetal, uma vez que esta constitui barreira ao rolamento livre,além de tornar o solo mais poroso. A parcela de água que se precipita sobre a hidrosfera participado ciclo curto e a que cai sobre a litosfera compõe o ciclo longo.Os organismos terrestres podem obter água em vários pontos deste ciclo. As plantas a retiram dosolo, enquanto que a maioria dos animais a ingere. Por outro lado, vegetais e animais devolvemágua para a atmosfera: os vegetais principalmente pelas folhas; os animais, através da pele e pe-los sistemas respiratório, digestivo e urinário.
  31. 31. 1aParte - Ecologia Geral - 31A vegetação exerce, por sua vez, função importante com relação à devolução da água de infiltra-ção através da evapotranspiração, acelerando muito os processos de simples evaporação. Consi-derando-se a proporção que representa o somatório da superfície das folhas em relação à superfí-cie do solo, é fácil avaliar-se o papel acelerador desempenhado pela vegetação em relação àtransferência de umidade do solo para a atmosfera. Além disso, o sistema radicular de árvores earbustos, podendo atingir dezenas de metros de profundidade, constitui um mecanismo de altaeficiência em relação a esse transporte, permitindo a movimentação rápida de enormes volumesde água. Daí a importância fundamental da cobertura vegetal, com relação à manutenção da umi-dade atmosférica, regularidade das chuvas e outros fatores eco-metereológicos.Todos os ciclos biogeoquímicos relacionam-se intimamente com o ciclo da água e o fluxo ener-gético através da biosfera. De uma forma ou de outra, a água constitui o meio principal para acirculação de nutrientes. O calor solar que determina a formação de correntes atmosféricas, per-mitindo a precipitação e evaporação no ciclo da água, proporciona também a energia para que osorganismos vivos, principalmente os vegetais, possam manter em movimento os ciclos dos nutri-entes. Estes últimos, requerem o fluxo da água para manterem-se.6.5. EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 61. Conceitue ciclo biogeoquímico e enumere as suas principais características.2. Como o homem interfere nos ciclos biogeoquímicos ?3. A concentração de CO2 atmosférico é mais baixa ao meio dia e mais alta à noite. Usando ociclo do carbono, explique como isto é possível.4. Como a queima de combustíveis fósseis pode influenciar o ciclo do carbono ?5. As águas de profundidade são ricas em nutrientes. O ‘Projeto Cabo Frio’, no Rio de Janeiro,tem como um de seus objetivos bombear água de profundidade para a superfície. Com basenos ciclos biogeoquímicos, explique de que modo isso poderia ser benéfico para a populaçãode pescadores da região.6. A água que se usa dia a dia pode eventualmente ir para o oceano. Descreva o caminho dessaágua dentro do seu ciclo, enumerando suas etapas.7. Explique como a cobertura vegetal pode influenciar no ciclo da água.
  32. 32. 32 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenharia7. DISTRIBUIÇÃO DOS ECOSSISTEMASs várias regiões do planeta possuem características próprias, desenvolvendo-se nela flora efauna típicas, sejam terrestres ou aquáticas, constituindo ecossistemas. A forma mais co-mum de estudar os ecossistemas é através da identificação de formações vegetais, associando-sea estas os animais, como uma unidade biótica. Cada combinação distinta de plantas e animais,formando uma comunidade clímax, é chamada bioma. A biosfera é constituída de dois tipos debiomas: os aquáticos e os terrestres.7.1. BIOMAS AQUÁTICOSOs biomas aquáticos podem ser de água doce ou de água salgada. Os ecossistemas de água sal-gada, ou talássicos (mares e oceanos), têm como principais características: tamanho (≈70% dasuperfície), salinidade (≈35 gramas/litro), marés, correntes, temperatura (-2oC a 32oC), nutrientesminerais, profundidade e luminosidade. Os ecossistemas de água doce, ou límnicos (rios, ria-chos, lagos, lagoas, represas), têm como principais características: temperatura, turbidez, tensãosuperficial, movimentos das águas, gases (O2 e CO2) e sais minerais dissolvidos (nutrientes). Es-tes podem ser divididos em dois grupos: ecossistemas lênticos ou de água parada, como os lagos,as lagoas, as represas e os pântanos; ecossistemas lóticos ou de água em movimento, como asnascentes, os córregos, os riachos e os rios. No quadro 7.1, listam-se algumas classificações deinteresse para o estudo dos ecossistemas aquáticos.Quadro7.1: Classificações inerentes aos ecossistemas aquáticos.Classificação baseada na quantidade de nutrientes:Eutróficos • Apresentam águas ricas em nutrientes minerais e com alta produtivida-de.Mesotróficos • Águas que apresentam valores intermediários entre eutrófico e oligotró-fico.Oligotróficos • Apresentam águas pobres em nutrientes minerais e com baixa produtivi-dade.Divisão do ecossistema baseada na temperatura:Epilímnio • Camada superior dos lagos, onde a água é mais quente e circulante, ricaem oxigênio.Termoclino • Camada intermediária, caracterizada por uma rápida variação na tempe-ratura e no oxigênio com o aumento da profundidade.Hipolímnio • Camada inferior dos lagos, onde a água é mais fria e não circulante, po-bre em oxigênio.A
  33. 33. 1aParte - Ecologia Geral - 33Divisão do ecossistema baseada na quantidade de luz solar:Eufótica • Zona iluminada do ecossistema, onde a produtividade primária é intensa.Disfótica • Zona fracamente iluminada.Afótica • Zona totalmente obscura, onde é ausente a vida vegetal, predominando afauna de carnívoros.Classificação dos organismos aquáticos:Plânctons • Organismos flutuantes, que se deixam transportar pelas correntes. Divi-dem-se em: fitoplâncton (algas unicelulares) e zooplâncton (pequenos a-nimais).Néctons • Organismos que vivem em plena água, que são capazes de se deslocarativamente contra as correntes (peixes, tartarugas).Bêntons • Organismos que vivem fixos no fundo, sobre outros organismos ou den-tro do lodo do fundo (vermes).7.2. BIOMAS TERRESTRESOs biomas terrestres têm o clima (temperatura e precipitação) e o solo como principais responsá-veis pela sua formação. Representam aproximadamente 30% da biosfera e apresentam grandesvariações de temperatura, umidade, luz, pressão, etc. e grande variedade florística e faunística,que dão origem aos mais variados tipos de ecossistemas: florestas, campos, montanhas, desertos,mangues, praias, ilhas, solos e cavernas (Quadro 7.2). Com base nestes tipos de ecossistemas, nabiosfera podem ser identificados os seguintes biomas terrestres: tundra, taiga, floresta temperada,floresta tropical, campos e desertos.Quadro 7.2: Tipos e características de ecossistemas terrestres.Tipo CaracterísticasFlorestas • Apresenta vegetação contínua de árvores; temperatura mais ou menosconstante; grande umidade; pouca luz e poucos ventos; fauna diversificadacom adaptações como bico, garras, cauda longa; olfato e audição muito apu-rados.Campos • Sem árvores ou com árvores espaçadas; predomínio de gramíneas; baixaumidade; temperatura variável (alta durante o dia e baixa à noite); muita luze muitos ventos; animais euritérmicos, miméticos, de hábitos noturnos; nafauna guarás, tamanduás, emas, cobras, ratos, lagartos, cupins, formigas.Montanhas • Vegetação variável; menor teor de oxigênio; radiação solar mais intensa;baixa temperatura; fauna pobre com animais fortemente pigmentados, con-trastando muitas vezes com o branco da neve nos picos; a fauna de vicunha,lhama, condor, cabrito-montês, águia.
  34. 34. 34 - Introdução às Ciências do Ambiente para EngenhariaDesertos • Vegetação composta de ombrófitas e xerófitas; palmas e gramíneas nosoásis; baixa umidade; chuvas irregulares com precipitações anuais abaixo de250 mm; ventos fortes; grande intensidade luminosa; grandes variações detemperatura; muito frio como o de Gobi, na Ásia, ou muito quente como oSaara, na África; na fauna de desertos frios, encontra-se rena, urso-branco,boi-almiscarado e pingüim; nos desertos quentes, camelo, cobra, lagarto,gazela e rato.Mangues • Regiões sujeitas à invasão do mar; solo lodoso; vegetação de halófitas ehidrófitas; rica em crustáceos (caranguejo).Praias • Regiões de transição entre ecossistemas aquáticos e terrestres; salinidadeelevada nas praias de mar; vegetação pobre próxima do mar, porém maisrica na restinga, com gramíneas, coqueiros, cajueiros, pitangueiras, cactos,bromélias; fauna composta de caranguejos, pulgas-d’água, moluscos, barati-nhas.Ilhas • Oceânicas: fauna e flora apresentam verdadeiro endemismo, devido aoafas-tamento dos continentes;• Continentais: flora e fauna semelhantes às dos continentes.Solos • Apresentam baixas flutuações de temperatura, luminosidade, evaporação,ventos e umidade; ecossistemas típicos onde vivem bactérias, fungos, algas,vermes, protozoários, anelídeos, formigas, cupins e roedores; uma colher dechá de solo fértil pode conter 5 bilhões de bactérias, um milhão de protozoá-rios e 200 mil algas e fungos.Cavernas • Ausência de luz e de ventos; alta umidade; temperatura constante; florapaupérrima; fauna composta de animais despigmentados, olhos atrofiadosou adaptados à visão noturna, com tato e audição muito aguçados: tatuzi-nhos, carrapatos, aranhas, escorpiões, morcegos, corujas e insetos.7.3. BIOMAS BRASILEIROSAs principais zonas fitogeográficas (Figura 7.1) do país podem ser estudadas sob o prisma de u-nidades bióticas ou biomas, a saber: Cerrado, Caatinga, Pantanal, Floresta Atlântica, Matade Araucárias, Campos, Banhados, Cocais, Mangues, Restingas e Floresta Amazônica. Asdimensões continentais do país, associadas à grande variedade de fatores ecológicos combinados,favorecem a essa diversidade de paisagens, que se apresentam nas várias regiões Norte, Nordeste,Sul, etc. A descrição de cada bioma pode ser facilmente encontrada em livros sobre meio ambi-ente e ecologia. A seguir tem-se comentários sobre alguns desses biomas.A Floresta Amazônica, maior floresta tropical do mundo, cobre quase metade do território bra-sileiro (área sete vezes maior que a da França). Tem suas maiores riquezas no seu sistema hídri-co, por onde corre 1/5 de toda a água doce do planeta, e na sua biodiversidade. Estima-se que20% de todas as espécies vivas do planeta convivam neste ecossistema, sendo 20 mil de vegetaissuperiores, 1.700 de peixes, 300 de mamíferos, 1.300 de pássaros e dezenas de milhares de inse-tos, outros invertebrados e microrganismos. Berço de inúmeras civilizações indígenas - Yanoma-ni, Tukano, Caiapó, Tikuna, Manaó, Guanavena, etc., muitas já extintas, é também fonte de ma-térias primas alimentícias, medicinais, florestais, energéticas e minerais. Boa parte destas rique-zas ainda não foi catalogada, porém milhares de espécies desaparecem a cada ano em virtude dadevastação da floresta para exploração de ouro, cobre, ferro, manganês, cassiterita, bauxita, etc.,implementação de grandes projetos agropecuários, usinas hidrelétricas, grandes indústrias (ferro
  35. 35. 1aParte - Ecologia Geral - 35gusa, alumínio), construção de grandes rodovias (Transamazônica), caça e pesca predatórias. Du-rante muito tempo, atribuiu-se à Amazônia o papel de “pulmão do mundo”. Hoje, sabe-se que obalanço de oxigênio na floresta é praticamente nulo. No entanto, acredita-se que tenha importan-te papel na estabilização do clima do planeta, como ‘condicionador de ar”. Neste contexto, a der-rubada e queima da floresta pode contribuir para o aumento do ‘efeito estufa’.Figura 7.1: Biomas Brasileiros.Muito semelhante à Floresta Amazônica, a Floresta Atlântica cobria aproximadamente 12% doterritório brasileiro. Hoje porém, está reduzida a menos de 10% de sua cobertura primitiva, apre-sentando-se em alguns Estados como manchas desprovidas de espécies arbóreas mais valiosas,chamadas de matas catadas. Segundo os botânicos, este ecossistema apresenta a maior diversi-dade de vegetais do planeta, 150 espécies por hectare (as Florestas Temperadas apresentam 10espécies por hectare). Considerado um dos mais importantes ecossistemas do planeta pela suabiodiversidade, é também um dos mais ameaçados, devido às grandes concentrações urbanas,atividade portuária, agroindústria de açúcar e álcool, papel e celulose, siderúrgicas, polos petro-químicos, transporte de combustíveis em oleodutos e gasodutos, expansão urbana desordenadana faixa litorânea e mineração de granito, calcário e areia.As Restingas como os Mangues, estendem-se por quase toda a costa brasileira. Os mangues sãoecossistemas de alta produtividade, criadouro e refúgio permanente e temporário de muitas espé-cies de peixes, crustáceos, moluscos e aves. Pela sua importância como berçário da vida marinha,sem manguezais a vida dos oceanos estaria ameaçada. As restingas com suas variedades de vege-tação, à medida que avança para o interior do continente, têm papel fundamental na fixação dasdunas. A presença humana através de especulação imobiliária, a extração da lenha para produçãodo carvão, a construção de grandes vias costeiras, projetos agrícolas para produção de cana e a-bacaxi e extração de areia, têm contribuído para a degradação desse ecossistema. A localizaçãodos manguezais coincide com a área de maior interesse para a ocupação humana, causando a su-perexploração dos seus recursos naturais, alteração da rede de drenagem, poluição por derrama-mento de petróleo e sua conversão em áreas industriais e urbanas.
  36. 36. 36 - Introdução às Ciências do Ambiente para EngenhariaOs Campos ou Pampas, característicos da região sul do país, pela sua constituição florística, sãoideais para o desenvolvimento da pecuária, tornando-se a região detentora do maior rebanho bo-vino do país. A atividade pecuária, aliada ao plantio de soja e trigo e à prática da queimada, temcontribuído para a degradação desses ecossistemas.Hoje restrita ao Estado do Paraná e Santa Catarina, a Mata de Araucárias, que forneceu madeirapara os mais diversos usos humanos, é, atualmente, um ecossistema praticamente extinto, substi-tuído por plantações de eucaliptus e pinus, que oferecem madeira de qualidade inferior, mas decorte mais rápido.O Pantanal, característico pelas duas estações bem definidas - inverno e verão - e pela misturade floras, abriga a maior densidade faunística das Américas, representada por 650 espécies deaves, 230 de peixes, 80 de mamíferos, 50 de répteis e, dentre os insetos, são mais de mil espéciesde borboletas já catalogadas. A atividade humana se faz presente no pantanal principalmente a-través das grandes fazendas de gado (pecuária extensiva), pesca predatória, caça do jacaré (cou-reiros), garimpo de ouro e pedras preciosas nos rios Paraguai e São Lourenço, turismo e migra-ção desordenados e predatórios, manejo inadequado dos cerrados, resultando no assoreamento econtaminação das águas pantaneiras.Seca prolongando-se por nove meses ou mais, baixas precipitações médias anuais, predomínio deplantas xerófitas e arbustos esbranquiçadas na seca (Caatinga = mata branca), são característicasda Caatinga. Representa 11% do solo do país, cobrindo mais de 70% da região nordeste. O rioSão Francisco é o corpo d’água mais importante, tendo no seu vale a região mais produtiva desseecossistema. O uso humano desordenado da caatinga vem deixando suas marcas, muitas vezesirreversíveis, como a desertificação. Suas ações se fazem presentes através dos grandes latifún-dios, da prospecção e exploração da água subterrânea e de combustíveis fósseis, de siderúrgicas,olarias e outras indústrias, formação de pastagens, grandes projetos de irrigação e drenagem malconduzidos e exploração da lenha como combustível.Os Cerrados característicos da região central do país, cerca de 25% do território brasileiro, tem aqueimada natural como importante fator ecológico e quase todas as plantas têm adaptações parase defender. Após o fogo, muitas espécies florescem e as folhas novas atraem herbívoros das re-giões de vegetação seca, garantindo assim o seu desenvolvimento. A ocupação humana dos cer-rados nos últimos quarenta anos, acelerou os processos de degradação pela implantação de gran-des projetos agropecuários, expansão urbana desordenada, invasão de reservas indígenas, grandesolarias, indústria de transformação (carvão, cimento), garimpo de ouro e pedras preciosas.7.4. EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 71. Que são biomas ? Como se dividem os biomas da Terra ?2. Quais as principais carcterísticas dos biomas talássicos ?3. Explique porque a zona eufótica das águas é a que detém a maior produtividade. O mesmopara águas eutróficas.4. Classifique os organismos aquáticos quanto a sua distribuição nas águas.5. Cite pelo menos três diferenças básicas entre um ecossistema de floresta e um deserto.6. Enumere os principais biomas terrestres.
  37. 37. 1aParte - Ecologia Geral - 377. Desenhe o mapa do Brasil e localize os principais biomas brasileiros.8. Explique como a queimada pode atuar como fator ecológico contribuindo para a conservaçãodos cerrados.9. Para cada um dos biomas brasileiros, identifique três atividades humanas que contribuem paraa sua degradação.
  38. 38. 38 - Introdução às Ciências do Ambiente para Engenharia8. ECOSSISTEMAS HUMANOSs necessidades e desejos da população humana em expansão têm requerido um controleambiental intenso. Deste modo, a intervenção do homem tem criado ambientes completa-mente novos, que podem ser denominados Ecossistemas Humanos.Estas áreas intensivamente controladas, especialmente as cidades, têm tido êxito em resguardaros habitantes humanos dos rigores do mundo externo, a tal grau que algumas pessoas questionamo fato destas áreas dependerem das propriedades de manutenção da vida dos ecossistemas natu-rais da terra. Mas, considerando-se os ecossistemas ou ambientes humanos, de pronto constata-se que estes não existem isoladamente, e sim que dependem, como qualquer outro ecossistema,de uma fonte externa de energia, dos diferentes ciclos e das complicadas inter-relações com osecossistemas naturais.Do ponto de vista humano, a biosfera pode ser dividida em quatro classes gerais de ecossistemas:♦ classe 1 - Ecossistemas Naturais Maduros: aparecem, mais ou menos, em seus estados natu-rais e, geralmente, não são empregados nem habitados pelo homem. Exemplo: as áreas silves-tres, as montanhas e os oceanos;♦ classe 2 - Ecossistemas Naturais Controlados: ecossistemas que o homem controla para usorecreativo, estudo, pesquisa ou preservação de recursos naturais. Exemplo: os parques, reser-vas, as áreas de caça, as estações ecológicas, etc. (ver Unidades de Conservação do IBAMA );♦ classe 3: Ecossistemas Produtivos ou Exportadores: ecossistemas que o homem empregapara a produção de alimentos ou de outros recursos naturais. Exemplo: as granjas, os ranchosde gado, as minas, etc. O homem cria estes ecossistemas com o objetivo de obter a máximaprodutividade da área, geralmente mediante o aumento de uma ou duas espécies de organis-mos. Sob esse ponto de vista, tais ecossistemas são eficientes, mas tornam-se ineficientesquando analisados sob o ponto de vista da quantidade de energia gasta para irrigação, fertili-zação, controle de pragas e da simplificação dos mesmos que resulta na sua instabilidade;♦ classe 4 - Ecossistemas Urbanos ou Importadores: ecossistemas nos quais o homem vive etrabalha, exercendo um controle mais intensivo. Requer entradas constantes e produz saídascontínuas. Exemplo: as áreas industrializadas, as cidades, os povoados, etc.O homem começou a criar os ecossistemas urbanos, que chamou de cidades, quando descobriuque a agricultura lhe permitia estabelecer áreas permanentes para viver e armazenar seus produ-tos, bem como era possível satisfazer suas necessidades tanto biológicas (de ar, água, energia,alimento, abrigo e áreas para eliminar desperdícios), como culturais (de política, economia, tec-nologia, transporte, comunicação, educação, atividades sociais e intelectuais e os sistemas deproteção e segurança). Estima-se que aproximadamente 20% da população mundial vive em e-cossistemas urbanos de mais de 100.000 habitantes.À medida que aumenta o tamanho das cidades, cresce também a sua complexidade. O homemtem desenvolvido sistemas muito complexos, elaborados para controlar a terra, a água e o fluxoenergético através deles. Mas, apesar de toda influência humana, as cidades ainda constituem e-cossistemas e, como todos os ecossistemas, também são sistemas abertos. Para continuar existin-A

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