A Energia nos Ecossistemas: Conceitos Fundamentais
A energia é definida como a capacidade de realizar trabalho, e a sua unidade de medida no Sistema Internacional de Medidas é o Joule. A energia assume muitas formas na natureza, tais como calor, movimento, ligações químicas, entre outros.
Existe uma lei muito importante na termodinâmica, a ciência da energia e suas transformações, que afirma: "A energia não é criada nem destruída, apenas transformada ou transferida."
Para ilustrar este conceito, observe: uma pessoa obtém energia do alimento (energia química), usa-a para gerar calor (energia térmica) e para construir tecidos corporais (energia química). Estes conceitos físicos são aplicáveis aos ecossistemas.
Qual é a Fonte de Energia da Terra?
A luz solar é a fonte de energia que alimenta o planeta Terra, gerando o movimento dos ventos e das correntes oceânicas. No entanto, nem todos os organismos podem usá-la diretamente. Apenas os produtores primários são capazes de realizar a fotossíntese.
Medição da Energia e Biomassa no Ecossistema
Biomassa é o termo usado para indicar a quantidade de matéria orgânica que compõe um indivíduo, um nível trófico ou um ecossistema. A biomassa é medida em gramas, quilogramas ou toneladas de matéria orgânica seca por unidade de área ou volume. Outra forma de medir a biomassa é em kJ (quilojoules) por unidade de área ou volume.
Produção é o aumento da biomassa por unidade de tempo. Existem muitas maneiras de medir a produção, que pode se referir a um determinado nível trófico ou a um ecossistema específico.
Tipos de Produção de Biomassa
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Produção Primária Bruta (GPP): Refere-se à quantidade total de energia solar convertida em energia química (biomassa) pelos produtores primários através da fotossíntese.
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Produção Primária Líquida (NPP): Refere-se ao aumento da biomassa após o consumo de energia pelas plantas através da respiração (NPP = GPP – Respiração).
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Produção Secundária Líquida (PSN): Refere-se ao aumento da biomassa nos diferentes níveis de consumidores.
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Produção Líquida do Ecossistema (PNE): É o aumento da biomassa que se acumula no ecossistema em um determinado período.
PNE = Fotossíntese - Respiração
Fluxo Unidirecional de Energia e Ciclo da Matéria
Todos os seres vivos necessitam de matéria e energia para realizar suas funções vitais. Toda a energia utilizada pelos seres vivos provém do Sol. Esta energia é consumida e não será mais utilizada pelos seres vivos, por isso se diz que a energia que passa através de um ecossistema é unidirecional, ou seja, flui em uma única direção.
A matéria orgânica dos corpos e restos de seres vivos é transformada por microrganismos em matéria inorgânica. Esta matéria é consumida pelos seres autótrofos e heterótrofos. Por sua vez, quando morrem, seus restos são novamente transformados em matéria inorgânica. É por isso que a matéria é considerada um ciclo fechado no ecossistema.
O Fluxo de Energia e a Sociedade
A energia é a força vital da nossa sociedade, sendo essencial para a iluminação interna e externa, aquecimento e arrefecimento de casas, transporte de pessoas e mercadorias, coleta e preparação de alimentos, operação de fábricas, entre outros.
Nesse sentido, definimos energia como a capacidade de realizar trabalho, e seu comportamento é descrito pelas leis da termodinâmica, que são duas:
Lei da Conservação da Energia (Primeira Lei da Termodinâmica)
Esta lei afirma que a energia pode ser transformada de uma classe para outra, mas não pode ser destruída. A energia não é criada nem destruída, apenas transformada. Não há ganho ou perda de energia na natureza; tudo tem um custo. Quando há a transição de um tipo de energia para outro, há alterações, mas não perdas.
Por exemplo, a energia da luz é convertida em matéria orgânica (madeira), que por sua vez é convertida em calor (fogo) e luz. O calor pode ser transformado em energia de movimento (máquinas a vapor), e esta, neste contexto (gerador), produz eletricidade, e assim por diante.
A Segunda Lei da Termodinâmica (Implícita)
A energia potencial é convertida em energia cinética para realizar trabalho. Um sistema altamente ativo terá uma maior taxa de respiração. Qualquer processo exige um fornecimento de energia externa para produzir trabalho, emitindo energia na forma de calor.
O fluxo de energia que vem do Sol, devido à Primeira Lei da Termodinâmica, e a cadeia alimentar são exemplos concretos de como a energia flui através de diferentes níveis tróficos.
Indicadores de Qualidade da Água e Poluição
Alterações Físicas da Água| Alterações Físicas | Características e Indicação de Poluição | | Cor | A água limpa é geralmente marrom-avermelhada clara, amarelada ou esverdeada, devido principalmente a compostos húmicos, pigmentos verdes de algas ou ferro. A água poluída pode ter cores muito diferentes, mas, em geral, não é possível estabelecer relações claras entre a cor e o tipo de contaminação. | | Cheiro e Sabor | Compostos químicos presentes na água, como fenóis, vários hidrocarbonetos, cloro, decomposição de matéria orgânica ou diferentes essências liberadas por algas ou fungos, podem conferir cheiro e sabor muito fortes à água, mesmo em concentrações muito pequenas. Os sais minerais dão sabor salgado ou metálico, por vezes sem qualquer odor. | | Temperatura | O aumento da temperatura diminui a solubilidade dos gases (oxigênio) e aumenta, em geral, a dos sais. Acelera reações metabólicas, acelerando a putrefação. A temperatura ótima para a água potável é entre 10 e 14 ºC. As indústrias nuclear, térmica e outras contribuem para a poluição térmica da água, por vezes de forma significativa. | | Matérias em Suspensão | Partículas, como argila, lodo e outras, que não se dissolvem, são arrastadas de duas formas: em suspensão estável (coloides) ou em suspensão que dura apenas enquanto o movimento da água as arrasta. A suspensão coloidal precipita-se somente após passar por coagulação ou floculação (reunião de várias partículas). | | Radioatividade | As águas naturais têm valores de radioatividade, principalmente devido aos isótopos de K. Algumas atividades humanas podem poluir a água com isótopos radioativos. | | Espumas | Espumas de detergentes e produtos adicionam fosfato à água (eutrofização). Diminuem grandemente o poder de autopurificação dos rios ao impedir a atividade bacteriana. Também interferem nos processos de floculação e decantação em estações de tratamento de água. | | Condutividade | A água pura tem condutividade elétrica muito baixa. A água natural tem íons em solução e sua condutividade é maior e proporcional à quantidade e características desses eletrólitos. Por isso, a condutividade é usada como um índice aproximado da concentração de solutos. Como a temperatura altera a medição, a condutividade deve ser medida a 20 ºC. |
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Alterações Químicas da Água| Alterações Químicas | Indicação de Contaminação | | pH | Águas naturais podem ter pH ácido devido ao CO2 dissolvido na atmosfera, a ácidos sulfúricos provenientes de certos minerais dissolvidos ou a ácidos húmicos de resíduos no solo. A principal substância básica na água natural é o carbonato de cálcio, que pode reagir com o CO2 formando um tampão bicarbonato/carbonato. A água contaminada com descargas industriais e de mineração pode ter pH muito ácido. O pH tem grande influência nos processos químicos que ocorrem na água, no desempenho de floculantes, tratamentos de purificação, etc. | | Oxigênio Dissolvido (OD) | As águas de superfície limpas geralmente estão saturadas de oxigênio, o que é essencial para a vida. Se o nível de oxigênio dissolvido estiver baixo, isso indica contaminação com matéria orgânica, septização, má qualidade da água e incapacidade de manter certas formas de vida. | | Matéria Orgânica Biodegradável: Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5) | A DBO5 é a quantidade de oxigênio dissolvido requerida por microrganismos aeróbios para oxidar a matéria orgânica biodegradável presente na água. É medida em cinco dias. Seu valor é uma medida da qualidade da água do ponto de vista da matéria orgânica e pode prever quanto oxigênio é necessário para a purificação das águas, além de provar a eficácia de um sistema de purificação. | | Matérias Oxidáveis: Demanda Química de Oxigênio (DQO) | A quantidade de oxigênio necessária para oxidar as matérias contidas na água com um oxidante químico (geralmente dicromato de potássio em meio ácido). É determinada em três horas e, na maioria dos casos, mantém uma boa relação com a DBO, sendo útil para não depender da DBO de cinco dias. No entanto, a DQO não distingue entre material biodegradável e o restante, e não fornece informações sobre a taxa de degradação em condições naturais. | | Nitrogênio Total | Vários compostos de nitrogênio são nutrientes essenciais. Sua presença em excesso provoca a eutrofização da água. O nitrogênio está presente em muitas formas químicas diferentes em águas naturais e solos contaminados. Na análise usual, geralmente se determina o NTK (Nitrogênio Total Kjeldahl), que inclui nitrogênio orgânico e amoniacal. O teor de nitratos e nitritos é dado separadamente. | | Fósforo Total | O fósforo, assim como o nitrogênio, é um nutriente essencial para a vida. O excesso na água provoca a eutrofização. O fósforo total inclui vários compostos diferentes, como ortofosfatos, polifosfatos e fósforo orgânico. A determinação é feita através da conversão de todos eles em ortofosfatos, que são os que são determinados por análise química. | Ânions:- Cloretos
- Nitratos
- Nitritos
- Fosfatos
- Sulfuretos
- Cianetos
- Fluoreto
| - Indicam salinidade
- Indicam poluição agrícola
- Indicam atividade bacteriológica
- Indicam detergentes e fertilizantes
- Indicam ação bacteriana anaeróbia (esgotos, etc.)
- Indicam poluição industrial
- Em alguns casos, são adicionados à água para prevenir a cárie dentária, embora seja uma prática muito controversa.
| Cátions :- Sódio
- Cálcio e Magnésio
- Amônio
- Metais Pesados
| - Indicam salinidade
- Estão relacionados com a dureza da água
- Indicam fertilizantes e contaminação fecal
- Têm efeitos muito nocivos; bioacumulam-se na cadeia alimentar (são discutidos em detalhe no capítulo)
| | Compostos Orgânicos | Óleos e gorduras de resíduos alimentares ou de processos industriais (automóveis, lubrificantes, etc.) são difíceis de serem metabolizados pelas bactérias e flutuam na água, formando películas que prejudicam os seres vivos. Os fenóis podem estar na água como resultado da poluição industrial e, quando reagem com o cloro adicionado como desinfetante, formam clorofenóis, que são um problema sério porque dão à água um mau cheiro e sabor. A contaminação com agrotóxicos, petróleo e outros hidrocarbonetos é estudada em detalhes nos próximos capítulos. |
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Alterações Biológicas da Água| Alterações Biológicas da Água | Indicação de Contaminação | | Bactérias Coliformes | Resíduos fecais | | Vírus | Resíduos orgânicos e detritos fecais | | Animais, plantas, microrganismos diferentes | Eutrofização |
Doenças Causadas por Patógenos na Água| Tipo de Microrganismo | Doença | Sintomas | | Bactérias | Cólera | Diarreia e vômito. Desidratação. Muitas vezes fatal se não tratada adequadamente. | | Bactérias | Tifo | Febres. Diarreia e vômito. Inflamação do baço e intestino. | | Bactérias | Disenteria | Diarreia. Raramente fatal em adultos, mas resulta na morte de muitas crianças em países subdesenvolvidos. | | Bactérias | Gastroenterite | Náuseas e vômitos. Dor localizada. Pouco risco de morte. | | Vírus | Hepatite | Inflamação do fígado e icterícia. Pode causar danos permanentes ao fígado. | | Vírus | Poliomielite | Dores musculares graves. Fraqueza. Tremores. Paralisia. Pode ser fatal. | | Protozoários | Disenteria Amebiana | Diarreia severa, calafrios e febre. Pode ser grave se não tratada. | | Vermes | Esquistossomose | Anemia e fadiga contínua. |
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