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Limnologia Espacial: radiação PAR e UV José Fernandes Bezerra Neto.

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Apresentação em tema: "Limnologia Espacial: radiação PAR e UV José Fernandes Bezerra Neto."— Transcrição da apresentação:

1 Limnologia Espacial: radiação PAR e UV José Fernandes Bezerra Neto

2 Radiação Solar RFA

3 Espectro da radiação solar:

4 Ultravioleta (UV) nm UV-C < 280 nm UV-B nm UV-A nm Causa danos aos organismos Pequeno comprimento de onda = alta frequência = Fótons de alta energia Pequena fração (~ 3 %) da distribuição diária da energia

5 Radiação fotossintéticamente ativa RFA Visível nm ~ 46 % da distribuição diária da energia Nesta faixa de radiação, a frequência varia de cerca de 400 trilhões de ciclos/seg ( luz vermelha) a quase 800 trilhõesde ciclos/seg (luz violeta)

6 Radiação infravermelha nm Transfere calor para a superfície da água Comprimento de onda longo=baixa freqüência= Fótons de baixa energia ~ 51 % da distribuição diária da energia

7 Sol Sombreamento, Reflexão, Absorção

8 Sol Sombreamento, Reflexão, Absorção Reflexão da superfície Dispersão, Absorção (calor) (= atenuação)

9 O que acontece quando a luz entra na coluna de água? Nas camadas profundas de um lago, há menos energia radiante Isto é chamado atenuação da luz Atenuação da luz = diminuição da energia radiante com a profundidade devido à dispersão e a absorção.

10 Prof. Luz x x x x Plotando perfis de luz Lei de Bouguer

11 Na água pura (sem dispersão, sem fotossíntese) Para um dado comprimento de onda Uma fração constante da luz é absorvida exponencialmente (transferida como calor) com a profundidade

12 Aonde: I 0 = Intensidade da luz na superfície da água I z = Intensidade da luz na prof. z k d = Coeficiente de atenuação vertical z = profundidade (m) A diminuição da quantidade da luz com a profundidade Pode ser estimada por: I z = I 0 e -k d z I 0 e I d são medidos com um radiômetro

13 k d = ln I 0 – ln I z z O decaimento da luz na água é exponencial e k d é a taxa deste decaimento Quanto maior k d mais rápido a luz é atenuada com a profundidade

14 O K d nos informa sobre a penetração da luz na água Altos valores de k d baixa penetração da luz na água Pequeno k d elevada penetração da luz na água

15 O gráfico semi-log da luz vs prof. Irá linearizar a atenuação exponencial Ln I(z) = -nz + Ln I( 0 ) B A luz vs prof. I(z) = I( 0 ) * [ e -kz ] B A Perfis de luz – atenuação

16 Intensidade da luz (PAR; uE m -2 seg -1 ) Prof.Sub-aquático % da superf. ln % Calculando o coeficiente de extinção 0.146

17 Relembrando: Quais os fatores que influenciam a atenuação da luz na água? A própria água Partículas suspensas (sólidos suspensos e algas) Clorofila a absorve em 2 picos: nm (vermelho-laranja, profundidades rasas) e 435 nm (azul-violeta, águas profundas) Substâncias dissolvidas (carbono orgânico dissolvido) – picos de absorção na faixa do UV-A e UV-B.

18 Carbono orgânico dissolvido Alóctone Autóctone Origem terrestre COD Algas e macrófitas Moléculas alifáticas Baixa capacidade de absorver luz Moléculas aromáticas Absorção de luz na faixa do UV COR Refratárias Lábeis CDOM

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20 DOC (mg C L ) Kd UVB (m ) Graneli et al. (1996)- Lagos temperados Peterson et al. (2002)- wetlands

21 Coeficiente de extinção da luz Medida da taxa de atenuação da luz na água Medida da taxa de atenuação da luz na água Composto pelos fatores: Composto pelos fatores: η t = η w + η p + η c aonde: η t = coeficiente de extinção total η w = coeficiente de extinção da água η p = coeficiente de extinção de partículas η c = coeficiente de extinção de subst. dissolvidas

22 Fatores controladores de Kd: Estudo de caso Análise de correlação: correlaciona kd e [chla, STS, a CDOM ] na estação chuvosa (Tampa Bay (USA), Out. 2004) kd a CDOM(400 ) TSSChls[a CDOM,TSS, Chl] kd_ kd_ kd_ kd_ kd_ kd_ kd_ kdPAR

23 Comparação de k d em áreas de um mesmo ambiente Reservatório de Furnas – Minas Gerais N

24 Comparação de k d em áreas de um mesmo ambiente 15 Km N Reservatório de Furnas – Minas Gerais

25 Comparação de k d em áreas de um mesmo ambiente Reservatório de Furnas – Minas Gerais N Reservatório de Três Marias – Variação do coeficiente de atenuação PAR

26 Comparação de k d em áreas de um mesmo ambiente Reservatório de Três Marias – Minas Gerais

27 Análise da variação do coeficiente de atenuação da luz ao longo do ano (variação sazonal) Variação sazonal dos valores do coeficiente de atenuação escalar da luz (Ko) para os lagos estudados no período de julho de 2004 a junho de 2005.

28 Rio Grande 12 reservatórios Extensão: km Bacia de drenagem: km 2

29 Projeto UV - CNPq

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36 Absorção de CDOM

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39 Radiação UV e Mudanças Climáticas???

40 (UNEP/WMO, 2002; McKenzie et al., 2003; Häder et al., 2003). Radiação UV e as mudanças globais Variação da UVR na superfície da Terra + Depleção do ozônio na estratosfera UV-B Variação da nebulosidade Aumento dos aerossóis, ozônio (troposfera) UV-A e UV-B + Variação da penetração de UV na coluna de água Aumento da frequência de ventos mistura vertical UV-B Aumento do gases do efeito-estufa +

41 Mudanças na hidrologia e na biogeoquímica induzidas pelas mudanças globais Radiação UVB Toxicidade & biodisponibilidade de metais Penetração da Radiação UVB Estrutura e função das comunidades Qualidade & Quantidade da MOD Ácidos fúlvicos Ácidos húmicos Humina

42 A foto-degradação da matéria orgânica dissolvida (MOD) MOD tem um efeito de bloquear os efeitos do sol nos ecossistemas aquáticos. Como MOD é degradado, sua absorbância diminui, tornando-se um problema ecológico de relevância.

43 Image: 90% do Ozônio está na estratosfera

44 Imagem: Crescimento da área média do buraco na camada de ozônio de 1979 a Buraco na camada de ozônio = área no qual a camada de ozônio foi menor do que 220 DU 1 unidade Dobson (DU) é definida como uma camada de 0.01 mm de espessura em condições de temperatura e pressão padrão. O buraco na camada de ozônio

45 > 30% da proteína animal mundial para o consumo do homem vem do mar. Teme-se que um aumento dos níveis de exposição ao UV possa ter impactos adversos sobre a produtividade. Altos níveis de exposição nos trópicos e subtrópicos podem afetar a distribuição do fitoplâncton, que constitui a base das cadeias tróficas aquáticas. UVB pode também causar danos aos organismos em estágios iniciais, tais como peixes, caranguejos, anfíbios e outros animais. Os efeitos mais severos seriam a diminuição da capacidade reprodutiva e problemas no desenvolvimento larval. Efeitos sobre os sistemas aquáticos

46 Diminuição O 3 aumento UVB Pigmentos Lipideos-proteínas- (Rubisco, ATPases, etc.) PSIIDNA Nutrientes (ingestão e fixação) Motilid.Fotossint.Mutações CompetiçãoCrescim. Diversid.Comp. Sp.Interações tróficas P c :R c Transferência p/ os níveis tróf. Super.Export. C 2 - Celular 1 - Molecular 4 - Comunidade 3 - População 5 -Ecossistema (Efeitos biogeoquímicos) O problema da radiação UV

47 Dano : Reparo Custo metabólico dos mecanismos de defesa Produção líquida Da comunidade Respiração comunidade Biomassa Autotrófica : Biomassa Heterotrófica Transfer. para os níveis superioresExport C No contexto do aquecimento global, mudanças causada pela radiação UV a nível de Comunidade podem ser mais importantes do que aquelas causadas nos níveis tróficos inferiores, Porque afetam os ciclos biogeoquímicos e os Fluxos de carbono.

48 CO Gt C yr -1 Continente Sedimento Oceano Atmosfera m m Troca de Gases emissões aerossóis UVA UVB Fluxos de carbono orgânico CO 2. : 750 Gt C CO 2 Mineralização fotodegradação COD 700 Gt C bactéria fitoplâncton CO 2 ~ 30 Gt C ano -1 nutrientes Produção Primária 50 Gt C yr -1 fotossíntese UVA UVB Respiração Tedetti et al., 2003

49 Efeitos sobre os ciclos biogeoquímicos A ciclagem de nitrogênio pode ser afetada pelo aumento de UVB através da inibição da nitrificação pelas bactérias e pela foto-decomposição de espécies inorgânicas simples tais como nitrato.

50 interface água-ar MOD fotólise Bactéria nitratos fotólise UVR radicais OH Fotoprodutos disponíveis sol Efeitos da radiação UV sobre a mineralização da MOD (adaptado de Obernosterer, 2000) fotoprodutos refratários radicais Açúcares aminoácidos UVR - Produção bacteriana, Efciência de crescimento Produção de CO 2

51 QUESTÕES?


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