Ecologia II: Ecossistemas fluviais
Manuela Abelho
2012
1.1. A importância da água e dos rios
1.INTRODUÇÃO
Manuela Abelho 2012
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A água na Terra
Cerca de 71% da superfície da
Terra está coberta de água
A maior parte da água é
salgada;
Apenas uma pequena porção
está associada às áreas
continentais que o homem
habita
Da água existente nas áreas
continentais, a maior parte
encontra-se sob a forma de
gelo ou é água subterrânea,
difícil de utilizar
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Distribuição da água na Terra
Oceanos
Gelo (calotes polares e glaciares)
Aquíferos e solo
Lagos de água doce
Lagos salinos
Atmosfera
Rios
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Volume
(milhares de km3)
1 338 000
24 100
8 100
125
104
13
2
4
Importância dos rios
• Apesar do pouco volume de água os rios são elementos essenciais
no ciclo da água e de outros materiais
– Transportam sais, sedimentos e organismos
– Ligam as bacias hidrográficas à atmosfera aos oceanos
• Têm uma grande relevância ecológica e social
– A humanidade desde sempre esteve ligada aos rios
– As grandes civilizações desenvolveram-se ao longo do curso dos rios
– Os rios são uma fonte de recursos valiosos: água, pesca, solos férteis,
vias de transporte
• A maior parte dos cursos de água do mundo encontra-se
profundamente alterada: construção de barragens, dragagens,
rectificação de traçado, margens artificiais, etc.
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Usos dos rios
Usos
• Abastecimento de água
para consumo e para rega
• Navegação
• Transporte de efluentes
• Pesca
• Aquacultura
• Produção de energia
hidroeléctrica
• Atracção turística (pesca
desportiva, paisagem, …)
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Consequências
• Conflitos entre os vários
usos
• Problemas ecológicos e
sociais
• É necessário colocar um
valor nos recursos hídricos e
nos ecossistemas que
mantêm a sua integridade,
para compreender como o
seu uso afecta esse valor
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Serviços que os ecossistemas fluviais
prestam à humanidade
• Serviços dos
ecossistemas:
Disponibilidade de água
Produção de comida e outros bens
(pesca,
– funções que se traduzem
Regulação do clima
em benefícios para a
qualidade de vida das
Regulação de gases com efeito de
estufa (CO2, metano)
sociedades humanas
• Os rios prestam
numerosos serviços à
sociedade, alguns de
grande valor económico
Regulação de perturbações (cheias)
Reciclagem de nutrientes e depuração
da água
Tratamento de materiais (sedimentos,
matéria orgânica)
Turismo e cultura
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Quantidade e qualidade da água
• A qualidade da água é tão importante como a sua
disponibilidade
• Os ecossistemas aquáticos providenciam numerosos
benefícios para além do uso directo da água
• O valor dos ecossistemas aquáticos continentais
deriva do seu efeito sobre o controlo de cheias,
fornecimento de água e tratamento de efluentes
• Este valor é maior nas zonas húmidas, rios e ribeiros
do que nos ecossistemas terrestres
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O valor da qualidade da água
• Estimativas
– Dinheiro gasto pelas pessoas para viajar até um habitat aquático
– Relação estatística entre um atributo do ecossistema e benefício
económico
– Questionários a pessoas sobre o valor que atribuem a um
recurso aquático
• Exemplo
– Ao aumentar o valor estético de um lago turístico (melhor
claridade da água), mais pessoas utilizarão o recurso,
aumentando os lucros do proprietário
• Valor da água (quantificável)
– Água potável para consumo humano
– Água para irrigação
– Pesca e recreação
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Actividades humanas que afectam os
ecossistemas fluviais
• Actividades na zona ripícola
e na planície de inundação
– Remoção da vegetação da
zona ripícola
– Obras de protecção contra
cheias
– Dragagens e canalização do
caudal
– Extracção de areias
– Agricultura
– Pastoreio
– Actividades recreativas
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• Contaminação atmosférica
e precipitação ácida
• Transvases entre bacias
hidrográficas
• Alterações no uso dos solos:
– Reflorestação e
desflorestação
– Urbanização
– Agricultura
– Drenagem
– Estradas
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Actividades humanas que afectam os
ecossistemas fluviais
• Destruição do habitat (dentro e fora dos rios)
• Alterações dentro do rio:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Regulação do caudal (represas/diques)
Pesticidas
Herbicidas
Fertilizantes (carga de nutrientes)
Esgotos (carga de matéria orgânica)
Efluentes químicos
Resíduos sólidos
Poluição térmica
Efluentes mineiros
Extracção/incorporação de caudal
Exploração de espécies nativas
Introdução de espécies exóticas…
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1.2 Propriedades da água
http://www.physicalgeography.net/fundamentals/8a.html
1. INTRODUÇÃO
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Propriedades da água
• As propriedades únicas da água determinam a sua actuação
como solvente e a forma como a sua densidade responde à
temperatura
• Estas propriedades físicas têm fortes implicações biológicas e
o conhecimento das características da água são a base das
ciências aquáticas
• As propriedades físicas da água são tão importantes para a
ciência que formam a base de vários sistemas de medida,
incluindo massa, calor, viscosidade, temperatura e
condutividade
• As propriedades da água influenciam a geomorfologia, o
transporte de esgotos humanos, a ligação entre os habitats
terrestres e aquáticos e a evolução dos organismos
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A molécula milagrosa
Hidrogénio: 1 electrão
Oxigénio: 8 electrões;
Ligações covalentes:
partilha de electrões entre
átomos numa molécula
Oxigénio mais
electronegativo que os
hidrogénios
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O ângulo certo: 104.5º
Oxigénio mais
electronegativo , “puxa” os
electrões para si
Carga negativa no lado do
oxigénio e negativa no lado
dos hidrogénios
Numa molécula linear estas
cargas seriam
insignificantes, mas a água
é fortemente polar
Dipolo (um pólo tem carga
negativa e o outro tem
carga positiva)
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Como as moléculas se mantêm juntas:
as ligações de hidrogénio
• Ligações de hidrogénio:
atracção electrostática
entre pólos com carga
oposta em duas
moléculas
• A polaridade da
molécula faz com que
água seja um forte
solvente e é responsável
pela sua elevada tensão
superficial
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A polaridade provoca uma forte
atracção electrostática entre moléculas
de água
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O elixir da vida
• A água líquida é a melhor substância para dissolver materiais e para
providenciar um meio de reacção – solvente universal
• Transporte de substâncias em solução nos rios e no corpo dos
organismos
• É um líquido óptimo para transporte ou líquido circulatório – o
sangue contém 93% de água, transporta nutrientes e hormonas e
excreções metabólicas
• Os organismos vivos dependem das reacções enzimáticas – a água é
o melhor meio de reacção; os organismos contêm 70-85% de água
• A água transporta uma grande quantidade de calor quando evapora
– é o líquido de arrefecimento corporal
• É um excelente estabilizador da temperatura porque possui um
elevado calor específico
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A água como solvente
http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/tutorials/chemistry/page3.html
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Elevado calor específico
• Quantidade de energia necessária para alterar a
temperatura de uma substância
• A água pode absorver grandes quantidades de energia sem
aumentar a sua temperatura e liberta energia lentamente
ao arrefecer
• O elevado calor específico da água modera o clima da Terra
e ajuda os organismos a regular a sua temperatura corporal
• Por exemplo, para a mesma altitude e latitude, na Islândia
existe uma amplitude térmica anual de apenas 11ºC
enquanto que na Sibéria a amplitude térmica anual é 67ºC
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Sibéria:
65ºN
Amplitude
térmica anual
= 67ºC
Islândia:
65ºN
Amplitude
térmica anual
= 11ºC
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Água e pH
O pH da água é neutro no
estado puro e altera-se
com os solutos dissolvidos
A chuva contém dióxido
de carbono e dióxido de
enxofre dissolvidos
Tem naturalmente um pH
ácido de 5.6
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Elevada tensão superficial
• Adesiva e elástica, as suas moléculas agregam-se em gotas em vez de se
espalharem nas superfícies
• Esta característica permite que a água se agarre às superfícies verticais
apesar da força da gravidade
• A elevada tensão superficial da água permite que se formem gotas e
ondas, permite o movimento da água (e dos nutrientes dissolvidos) da raiz
às folhas das plantas e o movimento do sangue através dos vasos
sanguíneos
• A tensão superficial da interface ar-água serve de suporte a muitos
organismos de dimensões consideráveis (exemplo: alfaiates)
• Diminui com temperatura, salinidade, concentração de compostos
orgânicos dissolvidos
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Tensão superficial
A forma como as moléculas da agua se
atraem criando elevada tensão superficial
Diminuição da tensão superficial
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A água “gosta” de ser líquida
• A água é a única substância na Terra que existe no ambiente
nos 3 estados físicos (sólido, líquido e gasoso) e a única que se
mantém no estado líquido à pressão e à temperatura normais
existentes em quase toda a Terra
• Sem as ligações de hidrogénio a água seria um gás à
temperatura ambiente
• É necessário adicionar à água uma grande quantidade de
energia (calor) para separar as moléculas, i.e., para a
transformar num gás – a água tem um elevado ponto de
ebulição
• Ou seja, a água é líquida entre os 0 e os 100ºC
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Congelamento, volume e
densidade
O congelamento da água
aumenta o seu volume
Ao congelar a água expande
cerca de 9% do seu volume
A água doce tem densidade
máxima a 3.98ºC
A água é a única substância que
não tem densidade máxima no
estado sólido
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Densidade: uma anomalia…
A água torna-se mais densa à medida
que arrefece porque as suas
moléculas se vão mexendo cada vez
mais devagar e se aproximam
No entanto, a 3.98ºC as moléculas
adoptam um arranjo de cristal e a
densidade da água diminui
O gelo é menos denso que a água
líquida e isso tem importantes
implicações biológicas (QUAIS?!...)
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Densidade e solutos
Salinidade
(‰)
0
1
Densidade
(a 4ºC)
1.00000
1.00085
2
3
1.00169
1.00251
10
35
1.00818
1.02822
A densidade da água
aumenta com a
concentração de solutos
(água salgada)
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Propriedades da água
Propriedade
Comparação com outras substâncias
Densidade
Máximo próximo dos 4ºC e não no ponto de
congelamento, expande com o congelamento
Pontos de fusão e de
ebulição
Muito altos
Calor específico
Mais elevado apenas na amónia líquida
Calor de evaporação
Entre os mais elevados
Tensão superficial
Elevada
Absorção da radiação
Mínima na região visível; mais elevada na radiação
vermelha, infravermelha e ultravioleta
Propriedades de solvente Excelente solvente para iões e moléculas polares;
aumenta com a temperatura para os iões, diminui com
a temperatura para os gases
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Luz, calor e solutos químicos
• O movimento dos solutos na água é um factor-chave para a
sobrevivência e para o crescimento dos organismos aquáticos
e de extrema importância para a compreensão da poluição
aquática
• A luz é a principal fonte de energia para a vida na Terra; sem
luz não existiria fluxo de energia através dos ecossistemas e a
maior parte dos ciclos biogeoquímicos pararia
• A luz aquece a água, levando à sua estratificação
• A temperatura e o movimento da água estão intimamente
ligados à taxa a que os solutos se movem na água
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Difusão de solutos na água
– Gradiente de concentração entre dois pontos
• Maior gradiente  maior difusão
– Transporte advectivo, i.e., correntes que movem os solutos
• Maior transporte  maior difusão
– Temperatura
• Temperatura mais elevada  maior difusão
– Tamanho das moléculas
• Moléculas menores  maior difusão
– Presença e estrutura dos poros de sedimentos
• Poros maiores  maior difusão
– Transporte activo dos solutos pelos organismos
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C1
C2
Lei de Fick para a
difusão química
J
A taxa de difusão (J) diminui
com o aumento da distância
entre os dois pontos e com a
diminuição da diferença
entre as concentrações
x1 - x2
J D
(C1  C2 )
( x1  x2 )
J  fluxo de difusão
D  coeficient e de difusão
C  concentração
x  distância
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Luz e aquecimento da água
• A interacção entre a luz e a água é importante:
– A luz é necessária para a fotossíntese
– Organismos com olhos ou sensores para a luz usam-na
como uma pista sensorial
– A luz aquece a água levando à sua estratificação
• A atmosfera altera a intensidade e a composição da
radiação solar que chega aos ecossistemas aquáticos
– Alguns componentes atmosféricos removem  específicos
– O pó e as núvens provocam dispersão e absorção da luz
– O ozono absorve a radiação UV
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A luz na água
• Luz que atinge a superfície da
água
– Parte reflectida
• Depende da existência
de ondas, do ângulo de
incidência, da presença
de neve ou gelo
– Parte entra
• Absorvida por água,
partículas, solutos
• Transformada em calor
• Reflectida/dispersa
• Transmitida em
profundidade
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Luz
reflectida
Luz
incidente
Superfície
da água
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Luz dispersa
Partícula
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Atenuação da luz
• Actividades biológicas limitadas pela quantidade de luz em
profundidade
• A intensidade luminosa diminui logaritmicamente com a
profundidade (atenuação)
• Taxa de atenuação depende da reflexão e absorção pela água,
solutos e partículas
• Águas mais produtivas, com elevada biomassa de organismos
fotossintéticos em suspensão (eutróficas), com grande carga de
materiais em suspensão ou elevada concentração de materiais
coloridos dissolvidos têm maior atenuação
• Águas menos produtivas (oligotróficas) têm maior transmissão e a
luz chega a maiores profundidades
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Coeficiente de atenuação ou de extinção
da luz na água
ln I1  ln I 2

z 2  z1
I  intensidad e luminosa
z  profundida de
 I1  I 2 
 100
% de transmissão/m  1 
I1 

I1 e I 2  intensidad e luminosa
(medida à distância de 1m em profundida de)
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35
Atenuação da luz e estado trófico
10
100
Profundidade (m)
0
0
% da luz que entra
100
1
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7
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36
Classificação do estado trófico
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1.3 Definições e conceitos
1. INTRODUÇÃO
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38
Definições
Ecologia aquática
• Estudo das relações entre
os organismos aquáticos e
entre estes e o seu meio
ambiente
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Limnologia
• Estudo das relações
estruturais, funcionais e da
produtividade dos
organismos das águas
interiores, que são
afectados pelos seus
ambientes físico, químico e
biótico
• Águas interiores incluem
água doce (ex. rios, lagos,
pauis) e água salobra (ex.
estuários e sapais)
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Classificação quanto à corrente
Sistemas lóticos
Sistemas lênticos
• Ecossistemas de água
corrente, i.e., com fluxo
unidireccional
• Cursos de água (rios,
ribeiros, …)
• Ecossistemas sem fluxo
unidireccional (embora
possam ter correntes)
• Lagos, lagoas, pauis,
sapais, oceanos, mares,
…
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Classificação quanto à salinidade
Águas doces
Águas salgadas
• Salinidade <3‰ (3 g/L ou
• Salinidade média 35‰ (35
0.3%)
• Rios, lagos, lagoas, pauis,
…
g/L ou 3.5%)
• Oceanos, mares, lagos
salinos, …
Águas salobras
• Salinidade variável entre
3‰ e 35‰
• Sapais, lagoas costeiras,
estuários, …
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41
Rio | Curso de água
Corrente natural de água
com fluxo unidireccional
Possui um caudal e
desemboca no mar, num
lago ou noutro rio, e em
tal caso denomina-se
afluente
Os rios podem apresentar
várias tipos de redes de
drenagem
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio
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42
Lago
Depressão natural na superfície
da Terra que contém
permanentemente uma
quantidade variável de água
Essa água pode ser proveniente
da chuva, duma nascente local,
ou de um curso de água que
desagúe nessa depressão
http://pt.wikipedia.org/wiki/Lago
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43
Lagoa
Corpo de água com pouco fluxo
(menor que um lago)
As lagoas interiores têm água
doce
As lagoas costeiras são
separadas do oceano por uma
barreira arenosa ou outra que
permite a entrada periódica de
água salgada e por isso têm água
salobra
http://en.wikipedia.org/wiki/Lagoon
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44
Paul e sapal
(plural: pauis e sapais)
• Os sapais e os pauis são importantes para as cadeias
alimentares aquáticas e para a exportação de
nutrientes
• Também providenciam um suporte para animais
terrestres, como as aves migradoras, protecção das
zonas costeiras (sapais) e contra cheias (pauis)
Manuela Abelho 2012
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45
Paul e sapal
(plural: pauis e sapais)
Sapais: na zona intertidal das
regiões costeiras, entre a terra e a
água salgada
Elevadas densidades de plantas
halófilas, herbáceas ou arbustivas,
de origem terrestre, essenciais
para a estabilidade do sapal, ao
reter os sedimentos
Pauis têm água doce e localizam-se
nas zonas baixas dos rios e em
áreas de baixa drenagem
http://en.wikipedia.org/wiki/Salt_marsh
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Estuário
http://pt.wikipedia.org/wiki/Estu%C3%A1rio
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Parte de um rio que se encontra
em contacto com o mar
Sofre a influência do caudal do rio
e das marés, por isso tem água
salobra, de salinidade variável ao
longo do dia (devido às marés) e
ao longo do ano (devido às
diferenças de caudal)
Alguns estuários são deltas; o rio
mistura-se com o mar través de
vários canais ou braços de delta
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47
Oceano e mar
• Um oceano é o
principal componente
da hidrosfera; um
corpo de água
contínuo que contém
água salgada
• Um mar é uma
extensão de água
salgada ligada a um
oceano (geralmente
nas suas margens)
Manuela Abelho 2012
http://en.wikipedia.org/wiki/Ocean
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48
Lago salino ou de água salgada
• Corpo de água sem ligação
ao mar com elevada
concentração de sais
• Cloreto de sódio superior
aos oceanos e outros sais
superiores aos lagos de
água doce
• Lagos hipersalinos: maior
concentração total de sais
que a água do mar
• Mar Cáspio, Mar de Aral,
Mar Morto, …)
Manuela Abelho 2012
http://en.wikipedia.org/wiki/Saline_lake
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