Ciências do Ambiente - Cap 1.2 - Ecologia

Universidade Estadual do Maranhão
Engenharia de Produção
Ciências do Ambiente
Conceitos Básicos
Ecologia
Me. Elon Vieira Lima
São Luis – Agosto de 2014

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Leis de Conservação
Introdução
• A vida, como conhecemos, requer basicamente
matéria e energia.
• Matéria  é algo que ocupa lugar no espaço.
• Energia  é a capacidade de realizar trabalho.
– Quanto maior for essa capacidade, melhor será a
qualidade da energia.
• Em qualquer sistema natural, matéria e energia são
conservadas, ou seja, nem se criam nem se destróem.
• Entretanto, a qualidade de energia se degrada de
maneiras mais nobres (maior qualidade) para menos
nobres (menor qualidade)

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Lei da conservação de massa
• Lei de Lavoisier.
• Não existe processo 100% eficiente. Em qualquer
sistema, físico ou químico, nunca se cria nem se
elimina matéria; apenas é possível transformá-la de
uma forma em outra.
• Tudo se realiza com a matéria que é proveniente do
próprio planeta.
• Há geração de resíduos em todas as atividades dos
seres vivos, mas que podem ser reincorporados ao
meio  ciclos biogeoquímicos.
• Desequilíbrio: geração de resíduos maior do que a
capacidade de reciclagem do meio.

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1ª lei da termodinâmica
• Análogo à lei de conservação de massa.
– A energia pode se transformar de uma forma em
outra, mas não pode ser criada nem destruída.
• Energia cinética
• Energia potencial
• A energia necessária para a sobrevivência dos seres
vivos chega através de diversas transformações.
– A energia luminosa é absorvida pelos vegetais
fotossintetizantes e transformada em energia
potencial (moléculas complexas).
– Na respiração, essas moléculas são quebradas,
liberando energia a ser utilizada nas funções vitais.

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2ª lei da termodinâmica
• Todo processo de transformação de energia se dá a
partir de uma maneira mais nobre para uma menos
nobre.
• Quanto mais trabalho conseguir realizar com uma
mesma quantidade de energia, mais nobre será este
tipo de energia.
• Embora a quantidade de energia seja preservada, a
qualidade é sempre degradada.
• Não há reciclagem completa de energia.
• Conseqüências
– Todo corpo com forma ordenada necessita de
energia de alta qualidade para manter sua entropia
baixa.
– Ambiental: tendência da globalização da poluição.

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Ecologia
Conceito
• Etimologia da palavra
– O termo eco deriva do grego oikos e significa casa.
– O termo logia deriva do grego logos e denomina
estudo.
– Pode ser definido como o “estudo da casa”.
• É a ciência que estuda as interações entre os
organismos e seu ambiente, ou seja, é o estudo
científico da distribuição e abundância dos seres
vivos e das interações que determinam a sua
distribuição.
• As interações podem ser entre seres vivos e/ou com
o meio ambiente.

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Ecossistema
Definições e estrutura
• Espécies  É o conjunto de indivíduos semelhantes
(estruturalmente, funcionalmente e bioquimicamente)
que se reproduzem naturalmente, originando
descendentes férteis.
• Populações  É o conjunto de indivíduos de mesma
espécie que vive numa mesma área e num
determinado período.
Espécie
População

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Ecossistema
• Comunidade ou biocenose  É o conjunto de
populações de diversas espécies que habita uma
mesma região num determinado período.
• Biótipo  Fatores abióticos encontrados no meio
físico (ambiente) que fornece condições necessárias à
sobrevivência dos seres vivos  luz, temperatura,
umidade, salinidade, etc.
Comunidade

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Ecossistema
• Ecossistema  união dos
conjuntos biótipo e
biocenose.
– É a unidade básica no
estudo da ecologia.
– Em um ecossistema, o
conjunto de seres vivos
interage entre si e com
o meio natural de
maneira equilibrada,
pela reciclagem de
matéria e pelo uso
eficiente de energia
solar.

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Ecossistema
• Ecossistema
– Compõe-se de elementos abióticos, ou seja, matéria
inorgânica ou sem vida (como água, ar e solo) e
elementos bióticos, os seres vivos.
– Homeostase  Todo ecossistema procura um estado de
equilíbrio dinâmico por meio de mecanismos de
autocontrole e auto-regulação, os quais entram em ação
assim que ocorre uma mudança.
– No caso de modificações artificiais impostas pelo
homem, por serem relativamente violentas e
continuadas, o mecanismo não consegue absorver essas
mudanças e ocorre o impacto ecológico do meio.
• Biomassa  Quantidade total de matéria viva em um
ecossistema.

11
Ecossistema
• Habitat: É o lugar específico onde uma espécie pode
ser encontrada  "ENDEREÇO" dentro do
ecossistema.
– Ele determina as condições de sobrevivência e
reprodução do grupo.
– O habitat não é exclusivo de uma única espécie
encontrar diversas espécies ocupando o mesmo habitat
 comunidades.
– Exemplos: Uma planta pode ser o habitat de um inseto,
o leão pode ser encontrado nas savanas africanas, etc.

12
Ecossistema
• Nicho ecológico  É o papel que o organismo
desempenha no ecossistema  "PROFISSÃO" do
organismo no ecossistema.
• O nicho informa às custas de que se alimenta, a quem
serve de alimento, como se reproduz, etc.
• O nicho descreve como uma espécie usa os recursos
do ambiente (como utiliza a energia circulante, o que
come, onde, como e que momento do dia o faz), como
ela é afetada por fatores físicos (a que horas do dia ou
da noite, ou em que estação do ano tem maior
atividade ou se reproduz) e por outras espécies e
como sua existência afeta outros organismos que
vivem no mesmo habitat (se são predadores ou
presas).

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Ecossistema
• Exemplo de nicho:
– Nas savanas africanas, capim, zebras, leões e
abutres ocupam o mesmo habitat, mas têm nichos
ecológicos distintos. O capim produz a matéria
orgânica que serve de alimento às zebras, que são
comidas por leões. Os restos são aproveitados por
abutres.
NICHO ECOLÓGICO= RATO 
COME, REPRODUZ, CAÇA 
CAÇADO NO LOCAL.

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Ecossistema

15
Ecossistema

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Ecossistema
Reciclagem de matéria e fluxo de energia
• A energia que os seres vivos necessitam para viver
provém da alimentação.
• Autótrofos  seres capazes de sintetizar seu próprio
alimento, ou seja, auto-suficientes  produzem matéria
orgânica através de inorgânica.
– Quimiossintetizantes  oxidação  sulfo, ferro e
nitrobactérias.
– Fotossintetizantes  utilizam o sol como energia 
vegetais clorofilados e algas.
• Heterótrofos  seres incapazes de sintetizar seu alimento e
que, para obtenção de energia, utilizam-se do alimento
sintetizado pelos autótrofos.
– Herbívoros, carnívoros, onívoros, sapróvoros.
– Decompositores  Degradam matéria orgânica em
matéria inorgânica  fungos e bactérias

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Ecossistema
• Toda energia utilizada na Terra tem como fonte as
radiações recebidas do sol.
• Emite energia em forma de ondas eletromagnéticas.
• Essa radiação tem um espectro de comprimento de onda
que abrange desde valores pequenos (raios X e gama) até
valores elevados (ondas de rádio).
• Aproximadamente 99% da energia total encontra-se na
região do visível.

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Ecossistema

19
Ecossistema
• Toda a vida na Terra depende da energia proveniente do
Sol
• A distribuição das diversas formas de vida é
consequência da variação da incidência e da intensidade
da energia solar.
• Essa variação de incidência é o principal fator que gera
as diferenças climáticas entre as diversas regiões do
mundo.
– Divisões das estações do ano;
– Existência de regiões quentes e frias  áreas de baixa e
alta pressões  deslocamento da umidade (chuva).
• A energia solar absorvida pelas plantas é transformada
em biomassa e será utilizada no metabolismo dos seres
vivos.

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Ecossistema
Cadeias alimentares
• É o caminho seguido pela energia no ecossistema.
• É formada por:
– Produtores  plantas, fitoplâncton e bactérias;
– Consumidores  herbívoros, carnívoros, etc.;
– Decompositores  fungos e bactérias
• É uma seqüência linear de seres que se nutrem uns
dos outros.
• Seta indica sentido da nutrição.

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Ecossistema
Cadeias alimentares
• A posição de cada um na cadeia alimentar é
denominada de NÍVEL TRÓFICO (produtor= 1º NT).
• Fluxo de energia é unidirecional e a matéria é cíclica.

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Ecossistema
Cadeias alimentares
• Podem ser divididas em dois tipos:
– cadeias que começam pelos vegetais vivos e passam
pelos herbívoros e carnívoros;

23
Ecossistema
Cadeias alimentares
• Podem ser divididas em dois tipos:
– cadeias que se iniciam pelos detritos vegetais e animais
e passam pelos decompositores (detritívoros).

24
Ecossistema
Cadeias alimentares
• Cadeias alimentares não podem ser vistas como
sequências isoladas, mas sim fortemente interligadas,
formando redes ou teias alimentares.
• Rede alimentar  Conjunto de cadeias alimentares
que um determinado animal participa.

25
Ecossistema
Cadeias alimentares
• Teia alimentar  Conjunto de redes alimentares.

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Ecossistema
Cadeias alimentares
• Estudo de caso:
– Problema:
Muitas espécies são introduzidas em um ambiente sem que
haja uma avaliação dos riscos associados a essa prática.
Isso tem acontecido em uma escala com peixes pelo
mundo. A truta arco-íris já foi introduzida em 82 países,
uma espécie de tilápia, em 66 países e a carga comum, em
59 países (Ciência Hoje, 1996).
– Questão:
Quais são as possíveis consequências da introdução dos
peixes exóticos em rios e lagoas?

27
Ecossistema
Cadeias alimentares
• Segundo a 2ª lei da termodinâmica, à medida
que se avança na cadeia alimentar, há uma
redução na qualidade de energia disponível aos
próximos organismos da cadeia.
• À medida que a energia caminha, vai se
tornando menos utilizável.
• Para ser energética: no máximo 3 ou 4 Níveis
tróficos.

28
Ecossistema
Cadeias alimentares

29
Conceitos Básicos
Bioma
• Conjunto de ecossistemas terrestres, com fauna, flora
e clima próprios.
– Ex: uma floresta pluvial, uma savana ou um deserto.
– É uma área com dimensões de até mais de 1.000.000
km2.
– Características:
•Uniformidade de um macroclima definido,
•Uma determinada fitofisionomia ou formação
vegetal,
•Uma fauna e outros organismos vivos associados,
•Condições ambientais parecidas: como a altitude, o
solo, alagamentos, o fogo, a salinidade, entre
outros.

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Conceitos Básicos
Bioma
• Grandes ecossistemas distribuídos na superfície
terrestre:
•ecossistemas terrestres;
•ecossistemas aquáticos (plânctons, bentos,
néctons);
•ecossistemas de água doce (lênticos, lóticos);
•rios, lagos, oceanos, estuários;
•trundas;
•floresta de coníferas, temperadas de folhas
caducas, tropicais;
•campos; e
•desertos.

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Conceitos Básicos
Biodiversidade
• É a variedade total de vida na Terra.
– Inclui todos os genes, espécies, e ecossistemas, e
os processos ecológicos.

35
Conceitos Básicos
Biodiversidade

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Conceitos Básicos
Fatores abióticos: Atmosfera
• É uma camada fina, gasosa, presa à Terra pela força
da gravidade.

37
Conceitos Básicos
• Composição:
– 99,9% da atmosfera é constituída por apenas três gases;
– Os demais gases são: Dióxido de Carbono (CO2) (0,003%) e
H2, Cr, Xe, O3, Me, Vapor d’água (0 –4%);
– Material particulado: Orgânico (polens e microorganismos);
Inorgânico (partículas de areia e fuligem)

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Conceitos Básicos
• Funções:
• Proteger os organismos
da exposição a níveis
arriscados de radiação
ultravioleta
•Camada de ozônio

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Conceitos Básicos
• Funções:
• Camada de ozônio

40
Conceitos Básicos
• Funções:
• Contém os gases necessários para os processos
vitais de respiração celular e fotossíntese;
• Fornece a água necessária para a vida.

41
Conceitos Básicos
• Funções:
• Mantém a temperatura média da Terra em 15 ºC.
•Efeito Estufa

42
Conceitos Básicos
• Funções:
•Efeito Estufa

43
Conceitos Básicos
• Funções:
•Efeito Estufa

44
Conceitos Básicos
Fatores abióticos: Litosfera
• É a camada sólida
externa da Terra.
• A parte interna do
globo terrestre é
composta por diversas
camadas, com
diferentes materiais.
• É formada por uma
grande variedade de
rochas e a sua
superfície está
geralmente coberta por
uma camada de solo e
depósitos de
sedimentos.

45
Conceitos Básicos
Fatores abióticos: Litosfera
• Solo: É o principal suporte para a vida e o bem-estar,
constituindo-se em um recurso natural vital e limitado,
embora facilmente destrutível.
• O solo é um corpo vivo, de grande complexidade e
dinâmico.
• Tem como componentes principais à fase sólida (matéria
mineral e matéria orgânica), e a água e o ar (componente
"não sólida“).
• Funções:
Substrato essencial para a vida
Elemento de fixação e nutrição vegetal
Produção de alimentos
Obras de engenharia
Maior reservatório natural de água doce
Elemento de armazenamento de combustíveis fósseis

46
Conceitos Básicos
Fatores abióticos: Hidrosfera
• São os oceanos, mares, lagos e rios que cobrem,
aproximadamente, 3/4 de sua superfície.

47
Conceitos Básicos
• São os oceanos, mares, lagos e rios que cobrem,
aproximadamente, 3/4 de sua superfície.

48
Conceitos Básicos
• A distribuição dos recursos hídricos pelo planeta
também não é homogênea. Em muitos pontos do
planeta já há escassez.

49
Conceitos Básicos
• É o principal componente dos organismos vivos.
• Os seres vivos apresentam características específicas
conforme a umidade e a ocorrência de água em seu
habitat.
Propriedade Efeitos e significância
Maior calor de
evaporação que
qualquer outro material
Determina a transferência de
calor e de moléculas de água
entre a atmosfera e os corpos
d’água
Maior calor latente de
fusão que qualquer
outro líquido, exceto
amônia
A temperatura estabiliza no
ponto de fusão da água
Maior capacidade
calorífica que qualquer
outro líquido, exceto
amônia
Estabilização das temperaturas
dos organismos e regiões
geográficas

50
Conceitos Básicos
Propriedade Efeitos e significância
Excelente solvente Transporte de nutrientes e
poluentes, tornando os
processos biológicos possíveis
em um meio aquoso.
Maior constante
dielétrica que qualquer
outro líquido comum
Alta solubilidade de substâncias
inorgânicas e sua ionização em
solução
Maior tensão superficial
que qualquer outro
líquido comum
Fator controlador na fisiologia;
governa os fenômenos de gota e
superfície
Transparente à luz
visível e de frações de
longos comprimentos de
onda de luz ultravioleta
Incolor, permitindo que a luz
necessária para a fotossíntese
alcance consideráveis
profundidades nos corpos
hídricos
Densidade máxima como
um líquido em 4º C
O gelo flutua; circulação vertical
restrita em corpos hídricos
estratificados

51
Conceitos Básicos
Biosfera
• É o espaço onde toda vida seja ela animal ou vegetal é
encontrada
– É o conjunto de todos os ecossistemas do nosso
planeta.
– Inclui a superfície da Terra, os rios, os lagos, mares
e oceanos e parte da atmosfera.

52
Ciclos Biogeoquímicos
Introdução

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Introdução
• A reciclagem da matéria é de suma importância, uma
vez que os recursos na Terra são finitos e a vida
depende do equilíbrio natural desse ciclo.
• Nutriente  elemento essencial disponível aos
produtores, em forma iônica ou molecular.
– Macronutrientes  maior que 0,2% p.o.s.
•Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O),
Nitrogênio (N), o fósforo (P), Enxofre (S), Cloro
(Cl), Potássio (K), Sódio (Na), Cálcio (Ca),
Magnésio (Mg) e Ferro (Fe).
– Micronutrientes  menor que 0,2% p.o.s.
•Alumínio (Al), Boro (B), Cromo (Cr), Zinco (Zn),
Molibdênio (Mo), Vanádio (V) e Cobalto (Co).

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Introdução
• Os elementos químicos essenciais à vida (em torno de
40) participam dessa trajetória desde o meio
inanimado, passando pelos organismos vivos e
retornando ao meio original  ciclos
biogeoquímicos.
– Bio  organismos vivos interagem
– Geo  meio terrestre é a fonte dos elementos
– Químicos  ciclos de elementos químicos.
• Tipos de ciclos
– Hidrológico  água
– Sedimentares  enxofre e fósforo  litosfera
– Gasosos  carbono e nitrogênio  atmosfera

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Ciclo da água

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Ciclo da água

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Ciclo da água

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Ciclo da água
• Processos:
– Detenção  parte da precipitação fica retina na
vegetação, depressões do terreno e construção
– Escoamento superficial  água doce que escoa
sobre o solo, fluindo para locais de altitudes
inferiores, até atingir um corpo d’água.
– Infiltração
– Escoamento subterrâneo  constituído por parte da
água infiltrada na camada superior do solo.
– Evapotranspiração
– Evaporação
– Precipitação  água que cai sobre o solo ou sobre
um corpo d’água

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Ciclo do carbono
• O carbono é o principal constituinte da matéria
orgânica, participando em 49% do peso orgânico seco.
• As plantas utilizam o CO2 e o vapor de água da
atmosfera para, na presença de luz solar, sintetizar
compostos orgânicos  Fotossíntese
• A energia armazenada nas moléculas orgânicas é
liberada no processo inverso ao da fotossíntese.
• Há uma quebra das moléculas para a liberação de
energia para as atividades vitais  Respiração

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Ciclo do carbono
• Há uma interação entre os reservatórios aquático e
atmosférico.
• Decomposição da matéria orgânica, formando metano
(CH4).
• Reservatórios de carbono: petróleo e gás natura;
carvão vegetal.

61
Ciclo do carbono

62
Ciclo do carbono

Ciências do Ambiente - Cap 1.2 - Ecologia

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