UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
DECA/CT/UFPB - Curso: <vários> - Semestre: 2015.1
DISCIPLINA:
Ciências do Ambiente – Turma 05
Professor: Adriano Rolim da Paz
www.ct.ufpb.br/~adrianorpaz
CURSO: <vários>
SEMESTRE: 2015.1
DISCIPLINA:
Turma 05
Ciências do Ambiente
PROFESSOR:
Adriano Rolim da Paz
INTRODUÇÃO PROFESSOR-ALUNOS
• ALUNOS
AULA 1:
♦ Apresentação da disciplina
♦ Introdução à temática
♦ Ecologia e Meio Ambiente
♦ Matéria e Energia
♦ Fluxo de energia/matéria nos ecos.
♦ Cadeia Alimentar
♦ Biomagnificação
INTRODUÇÃO À TEMÁTICA
Importância do conhecimento das Ciências Ambientais
para o estudante e futuro profissional
curso/semestre
visão mais completa
atividade relacionada a meio
ambiente? (trabalho, estágio, PIBIC)
solução de problemas adaptadas às condições locais
não repetição de padrões
atualização com tendência atual
formação diferenciada
ampliação do leque de atuação
OBJETIVOS DA DISCIPLINA
Objetivo geral
Introduzir o estudo das Ciências do
Ambiente aos alunos da engenharia e
cursos correlatos
Estudar a ecologia numa ótica geral, focando os
valores e os problemas da poluição ambiental que
ameaçam a flora, fauna e a população humana
Entender a importância de considerar aspectos
ambientais na atuação profissional
Despertar nos estudantes a consciência ambiental
e sustentável quanto ao uso dos recursos naturais
ESTRUTURA DA DISCIPLINA
• horário
Quinta-feira, 15h-18h
• carga horária
45 horas-aula (3 créditos)
• sala
CTJ-102
• didática
Aulas teóricas com discussão
Leituras de texto base e extras
Avaliações individuais
ESTRUTURA DA DISCIPLINA
• comunicação professor-alunos
http://www.ct.ufpb.br/~adrianorpaz/
[email protected]
PROGRAMA DA DISCIPLINA
Unidade 1 – Ecologia Geral
Apresentação da Disciplina
• A importância da Ciência Ambiental na Engenharia
• ementa
• Meio Ambiente, poluição e atividades humanas
• Aspectos ecológicos e conservação do meio
ambiente (solo, água e ar)
• Controle da poluição
• Dimensão do problema brasileiro
• Educação sanitária e ambiental
• Legislação brasileira
• Avaliação de Impacto Ambiental
PROGRAMA DA DISCIPLINA
• Introdução à Ecologia
• Biosfera, Necessidades Básicas dos Seres Vivos
• Fatores Ecológicos: bióticos, abióticos e fatores limitantes
• Ecossistemas e seus componentes
• Biomas
• Desequilíbrio nos ecossistemas
• Ciclos Biogeoquímicos
PROGRAMA DA DISCIPLINA
Unidade 3 – Desenvolvimento Sustentável
Unidade 2 – Degradação do Meio Ambiente
• Desenvolvimento
• Crescimento populacional
limitações
• Introdução à poluição
• Desenvolvimento econômico x conservação ambiental
• Tipos de poluição
• A educação sanitária e ambiental como base para o
• Poluição da água, solo, sonora, ar, visual,
desenvolvimento
eletromagnética
• Agenda 21; objetivos do Milênio (ODM)
• Resíduos sólidos
• Serviços Ambientais
sustentável:
os
recursos
• Energia e o Meio Ambiente
PROGRAMA DA DISCIPLINA
ESTRUTURA DA DISCIPLINA
Unidade 4 – Gestão do Meio Ambiente:
• avaliações: duas
2 provas individuais
• Introdução à legislação ambiental brasileira
Média aritmética das duas notas para
obter média final.
• Política Nacional de Meio Ambiente
• Política Nacional de Recursos Hídricos
• Política Nacional dos Resíduos Sólidos
• registro de presença
Máximo de 25% de faltas
(11 horas-aula ou 3 dias de aula)
• Leis de Crimes Ambientais
• Tipos e classificação dos impactos ambientais
• Avaliação de Impacto Ambiental
Sobre participação em sala de aula
• disciplina
• questionamentos
• discussões
e
ESTRUTURA DA DISCIPLINA
ESTRUTURA DA DISCIPLINA
Programação das avaliações
Sobre provas
Prova 1 – 07 de maio de 2015
• sem consulta
Prova 2 – 02 de julho de 2015
• individual
Prova de Reposição: 16 de julho de 2015
Exame Final: 23 de julho de 2015
Bibliografia básica –
• perguntas dissertativas
• conteúdo: slides, textos-base e material
extra
Bibliografia básica –
Sobre ecologia e meio ambiente
• Miller Jr, G.T. Ciência Ambiental – tradução da 11ª Edição Americana. São
Paulo: Cengage Learning, 501 p., 2008.
Sobre Impacto Ambiental
• Mota, S. Introdução à Engenharia Ambiental. Rio de Janeiro: ABES, 4ª edição,
2006.
Sobre ciclo hidrológico
• Paz, A.R. Hidrologia Aplicada. Apostila da Disciplina Hidrologia Aplicada, UERGS Caxias do Sul (RS), 138 p., 2004. [disponível na página da disciplina]
• Collischonn, W.; Tassi, R. Introduzindo a Hidrologia, Apostila da disciplina
Hidrologia, UFRGS, Porto Alegre (RS), 151 p., 2008. [disponível na página da
disciplina]
Complementar:
• Artigos técnico-científicos e reportagens indicados ao longo da disciplina.
Sobre poluição da água, autodepuração e eutrofização
• Von Sperling, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos.
Belo Horizonte: Editora UFMG, V.1, 3ª ed., 452 p. 2005.
Sobre solos
• Lepsch, I.F. Formação e Conservação de Solos. São Paulo: Oficina de Textos, 178
p., 2002.
Sobre gestão de resíduos sólidos
• Valle, C.E. Qualidade Ambiental IS014000. São Paulo: SENAC, 5ª ed., 195 p.,
2004.
Página eletrônica
http://www.ct.ufpb.br/~adrianorpaz
Página eletrônica
http://www.ct.ufpb.br/~adrianorpaz
O que é MEIO AMBIENTE?
O MEIO AMBIENTE
Do ponto de
vista ecológico:
Cond. químicas
Salinidade
Oxigênio dissolvido
pH
...
Seres
Condições físicas vivos
Luz
Temperatura
Pressão
...
reúne limitações e possibilidades para
desenvolvimento de cada espécie
heterogêneo (espacial e temporalmente)
Cond. biológicas
em contínua modificação
Relações com
outros seres
vivos
...
(Araújo, 1997)
Espécies – populações - comunidades - ecossistemas
espécie: Organismos que podem se reproduzir,
originando descendentes férteis.
população: Conjunto de organismos da mesma
espécie que divide o mesmo hábitat
Espécies – populações - comunidades - ecossistemas
Ecossistema
• elementos bióticos + abióticos
• comunidade interagindo entre si e com o meio
físico de matéria e energia
Diversidade genética
comunidade: Conjunto de populações no mesmo
hábitat
Energia para os seres vivos
Lei da Conservação da Matéria
• Quando ocorre alguma reação física ou química,
nenhum átomo é criado ou destruído
• Nunca se cria nem se elimina matéria, apenas é
possível transformá-la de uma forma em outra
matéria
tipo A
transformação matéria B
+
matéria C
quant. =
constante
E qual relação
disso com
processos
industriais ou
de produção?
• manter constituição interna (organismo)
• aquecer-se
• crescer
• locomover-se
Todo e qualquer
fenômeno na
natureza precisa de
energia para
ocorrer!
Fonte de energia para a Biosfera: Sol
Balanço de radiação solar
• iluminação
Albedo da Terra
(30% refletido e dispersado)
• aquecimento
• energia para síntese de alimentos
4%
Radiação solar incidente
6%
20%
Fonte: NASA
atmosfera
• distribuição e reciclagem de elementos
químicos
Incidência e intensidade
da radiação solar:
Topo da atmosfera
nuvens
superfície da Terra
19% absorvido
pela atmosfera
e nuvens
Direta e difusa
explicam grande parte da
distribuição espacial das
formas de vida na Terra
51% absorvidos na superfície
Fonte: adaptado de Ahrens, C. D. 2000. Essentials of Meteorology.
1ª Lei da Termodinâmica
Qualidade de energia
• ou lei da conservação da energia
• capacidade de realizar trabalho útil
Energia de alta qualidade
Energia de baixa qualidade
• concentrada
• dispersa
• grande capacidade de
realizar trabalho útil
• pouca capacidade de gerar
trabalho útil
• Ex.: eletricidade, energia
química no carvão e na
gasolina, luz solar, etc.
• Ex.: calor disperso no
oceano
2ª Lei da Termodinâmica
• quando a energia muda de uma forma para a
outra, alguma quantidade de energia útil
sempre se degrada em energia de baixa
qualidade, mais dispersa e menos útil
• quantidade se conserva (1ª Lei), mas
qualidade se deteriora
• a energia do Universo é constante
• energia pode ser convertida de um tipo a
outro, mas não pode ser criada nem destruída
• não podemos obter mais energia de um
sistema do que o fornecido
transformação energia B
+
energia A
energia C
quantidade = cte
da energia
Fluxo de energia na natureza
Energia
química
(fotoss.)
Energia
solar
Calor
Energia
química
(alim.)
Calor
Calor
Energia
mec.
(mover,
trab.,
viver)
Calor
• transformação aumenta entropia
energia A
transformação energia B
+
energia C
qualidade
da energia
Fonte: Miller, G.T. Ciência Ambiental. 2007
energia solar
Aproveitamento
da energia
Fotossíntese
Conversão de energia
luminosa em química na
matéria orgânica
Respiração
Energia química usada
para produzir trabalho
nas células do organismo
Exemplos de conversão de energia
Ao dirigir um carro, somente
20% a 25% da energia
química de alta qualidade
disponível na gasolina são
convertidos em energia
mecânica e elétrica.
Lâmpadas elétricas
incandescentes:
Da energia elétrica
fornecida, cerca de 5%
transforma-se em energia útil
e 95% em calor de baixa
qualidade que flui no
ambiente.
Os 75% a 80% restantes são
degradados em calor de
baixa qualidade.
Energia degradada
irradiada para o espaço
na forma de calor
Fonte: Miller, G.T. Ciência Ambiental. 2007
O que sustenta a vida na Terra?
1
Três fatores
Fluxo unidirecional de energia de alta qualidade
(concentrada e capaz de realizar trabalho útil)
O que sustenta a vida na Terra?
2
Três fatores
Ciclo da matéria através de partes da Biosfera
Quantidade fixa de suprimento de nutrientes
Reciclagem contínua
Sol
Materiais
Seres vivos
Interações alimentares
Calor retornado
ao espaço
3
Gravidade
Permite à Terra reter sua atmosfera
Dispersão no
meio ambiente
Possibilita ciclos da matéria
Movimento dos elementos químicos
entre ar, água, solo e organismos
Estrutura de funcionamento dos ecossistemas
Estrutura de funcionamento dos ecossistemas
OxIgênio (O2)
• fluxo de energia
• reciclagem de matéria
SOL
Produtor
sobrevivência
de qualquer
organismo
depende
Dióxido de
carbono (CO2)
fluxo de
matéria e
energia
Cons. secundário
Cons. primário
Precipitação
Queda de
folhas
e ramos
Produtores
Decomp. do solo
Água
nutrientes minerais solúveis
Fonte: Miller, 2007
Ecossistema: principais
componentes estruturais
Seres vivos: produzem ou consomem alimentos
• autótrofos
– produtores
– fotossíntese ou quimiossíntese
Compostos
químicos
(CO2, O2, N2,
minerais)
Calor
Calor
Energia
solar
Calor
• heterótrofos
– consumidores
Produtores
(plantas)
Decompositores
bactéria, fungos
Seres heterótrofos
• decompositores
• detritívoros
• demais consumidores
Legenda
Fluxo de
matéria
Fluxo de
energia
Calor
Consumidores
(herbívoros,
carnívoros)
Calor
Fonte: Miller, 2007
Teia
alimentar na
região
Antártica
Cadeia alimentar
•
•
sequência de organismos
níveis tróficos
Organismo B
Organismo A
se
alimenta
de
Humanos
Baleia
assassina
Foca-carang.
Focaleopardo
Pinguins de
Adélia
Petrel
Organismo C
Organismo D
Elefante-marinho
Pinguimimperador
Peixes
Teia
alimentar
Organismo R
serve
de
Organismo P
alimento
para
Cachalote
Baleia azul
Lula
Zooplâncton carnívoro
Organismo S
Camarão
Organismo T
Zooplâncton
herbívoro
Fitoplâncton
Fonte: Miller, 2007
Cadeia alimentar – fluxo de energia
1º nível trófico
Produtores
(plantas)
2º nível trófico
Consum.
primários
(herbívoros)
Calor
Fluxo de energia no ecossistema
3º nível trófico
4º nível trófico
Consum.
secundários
(carnívoros)
Consum.
terciários
(carnívoros)
Calor
• biomassa
- peso seco da matéria
orgânica
Calor
- armazena energia
química
Energia
solar
Calor Calor
Calor
Calor
Detritívoros
(decompositores e
consumidores de detritos)
Calor
Fonte: Miller, 2007
flui ao
longo da
cadeia
alimentar
Calor
Fluxo de energia no ecossistema
Calor
Consum.
terciários
Decompositores
Calor
10
Energia
disponível
em cada
nível trófico
Consum.
secundários
1.000
Consum.
primários
(zooplâncton)
10.000
(em quilocal.)
• eficiência ecológica:
- percentual de energia transferida na forma
de biomassa de um nível trófico para o outro
- ocorre diminuição da energia disponível em
cada nível trófico que se sucede na cadeia
alimentar
Calor
100
Fluxo de energia no ecossistema
Calor
- comumente, eficiência ecológica varia de 2 a
40%; valor médio de referência é 10%
Produtores
(fitoplâncton)
Fonte: Miller, 2007
Fluxo de energia no ecossistema
Fluxo de energia no ecossistema
- tamanho das cadeias
alimentares
Em uma cadeia alimentar:
Quantidade de
níveis tróficos
Perda cumulativa
de energia
Quanto maior a quantidade de níveis tróficos,
maior a perda acumulada de energia.
Eficiência
ecológica e
perdas
energéticas
Qual a relação disso com o tamanho
das cadeias alimentares?
(com a quantidade de níveis tróficos
nas cadeias)
Crescimento populacional x capacidade de suporte
- quantidade de
carnívoros de topo das
cadeias
- vulnerabilidade dos
carnívoros de topo das
cadeias
- capacidade da Terra x
hábitos alimentares
humanos
Potencial biótico
• capacidade que possuem os organismos de
reproduzir-se sob condições ótimas
Resistência ambiental
Tamanho da
população (N)
Capacidade
de suporte (K)
Taxa intrínseca de aumento
• taxa de crescimento de uma população sob
condição de recursos ilimitados
(ou seja, é a taxa de crescimento máxima possível)
Potencial
biótico
• situação comum: crescimento com taxa inferior
Crescimento
exponencial
(≤ taxa
intrínseca de
crescimento)
Tempo (t)
Resistência ambiental
• conjunto de fatores que atuam para limitar
crescimento da população
Fonte: adaptado deMiller, 2007
Ecossistemas
Limite inferior
de tolerância
Fatores limitantes
Princípio dos fatores limitantes
• “o excesso ou a falta de um fator abiótico pode
limitar ou impedir o crescimento de uma população,
ainda que todos os outros fatores estejam na faixa
de tolerância ideal ou próximos a ela”
Abundância de organismos
Poucos
Ausência
organismos de organ.
Tamanho da população
Poucos
Ausência de
organismos organismos
• luz
• água
• nutrientes
• competidores
• predadores
•...
Limite superior
de tolerância
Zone da
Zone de
intolerância deficiência
fisiológica
Baixa
Faixa ideal
Zone de
Zone da
deficiência intolerância
fisiológica
Temperatura
Alta
Fonte: Miller, 2007
Na revista científica Journal of Marine Systems foram publicados os resultados
de um estudo que inventariou a quantidade de peixes herbívoros presentes em
um lago da Austrália e quantificou várias características físico-químicas ao longo
do lago. Uma das análises dos pesquisadores foi a elaboração do gráfico abaixo,
relacionando a quantidade de peixes herbívoros por hectare com a visibilidade
média da água em cada ponto monitorado.
Potencial biótico
Estabelecem a
capacidade de suporte
Quant. peixes herbívoros por hectare
Resistência ambiental
• número de indivíduos de uma espécie que pode
ser sustentado indefinidamente em um
determinado espaço
Visibilidade média (m)
da água
Qual a relação desses resultados com o conceito de fatores limitantes?
Mais alguns conceitos relativos à ecologia de
populações
Espécies nativas x exóticas
Exemplo:
mexilhão
dourado
Material Furnas-Eletrobrás
Disponível em: http://www.furnas.com.br/docs.asp?doc=arcs/pdf/omexilhaodourado.pdf
Fonte: ieapm.mar.mil.br
Bioacumulação de Mercúrio em Quatro Espécies de Peixes Tropicais Oriundos de Ecossistemas Estuarinos do Estado do
Rio de Janeiro, Brasil. Ana Paula de Castro Rodrigues; Rodrigo Guerra Carvalheira; Ricardo Gonçalves Cesar; Edison Dausacker
Bidone; Zuleica Carmen Castilhos & Nádia Regina Pereira Almosny. Anuário do Instituto de Geociências – UFRJ, v. 33-1, p. 54-62,
2010.
BIOMAGNIFICAÇÃO OU BIOACUMULAÇÃO
Ex: DDT
(estuário
em N. York)
Aumento
de quase
10 milhões
de vezes na
concentração!
DDT em aves
25 ppm
DDT em gr.
peixes
2 ppm
DDT em peq.
peixes 0.5 ppm
DDT no
zoopl.
0.04 ppm
DDT =
Dicloro-Difenil-Tricloroetano
(pesticida)
DDT na água
0.000003 ppm
Fonte: Miller, 2007