Sucessão Ecológica PROF (A): Sheila Abreu Mourão 20/08/2010.

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1 Sucessão Ecológica PROF (A): Sheila Abreu Mourão 20/08/2010

2 SUCESSÃO ECOLÓGICA Alterações graduais, ordenadas e progressivas no ecossistema resultante da ação contínua dos fatores ambientais sobre os organismos e da reação destes últimos sobre o ambiente.

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4 Classificação dos processos sucessionais: " Quanto às forças que direcionam o processo: Sucessão autogênica: mudanças ocasionadas por processos biológicos internos ao sistema Sucessão alogênica: direcionamento das mudanças por forças externas ao sistema (incêndios, tempestades, processos geológicos)

5 " Quanto à natureza do substrato na origem do processo: Sucessão primária: em substratos não previamente ocupados por organismos. Ex.: afloramentos rochosos, exposição de camadas profundas de solo, depósitos de areia, lava vulcânica recém solidificada) Sucessão secundária: em substratos que já foram anteriormente ocupados por uma comunidade e, consequentemente, contêm matéria orgânica viva ou morta (detritos, propágulos). Ex: clareiras, áreas desmatadas, fundos expostos de corpos de água.

6 Exemplo hipotético de uma sucessão primária: Substrato original: depressão em superfície rochosa, preenchida pela água da chuva

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8 Clímax: comunidade que expressa o máximo de desenvolvimento possível do ecossistema sob as condições do local em que a sucessão ocorreu.

9 Teorias sobre comunidade clímax: Monoclimáxica: para uma região geográfica, espera-se um único tipo de comunidade clímax, condicionada pelo padrão climático local (clímax climático); Policlimáxica: além do padrão climático regional, outros fatores limitantes atuam no estabelecimento de tipos diferentes de clímax, como o edáfico (características do solo), topográfico (relevo), biótico (ação de organismos) Gradiente ambiental: uma área com padrão climático definido pode conter diversas comunidades clímax, de acordo com gradientes de condições ambientais

10 Disclímax = ("disturbance climax" ou clímax de distúrbio): comunidade mantida em uma etapa anterior ao clímax, devido à ação de distúrbios repetidos (incêndios, sobrepastejo), muitas vezes decorrentes de atividades antrópicas.

11 ESTRUTURA DA COMUNIDADE Estratificação (heterogeneidade espacial) poucamuita Diversidade de espécies (riqueza)baixaalta Diversidade de espécies (equitatividade) baixaalta Diversidade bioquímicabaixaalta Matéria orgânica totalpoucamuita ENERGÉTICA DA COMUNIDADE PPB/R>1= 1 PPB/Baltabaixa PPLaltabaixa Cadeia alimentarlinear (simples)em rede (complexa) (Odum 1971; Margalef 1968) ATRIBUTOS DO ECOSSISTEMAEm desenvolvimentoMaduro CONDIÇÕES AMBIENTAIS variável e imprevisível constante ou previsivelmente variável

12 NUTRIENTES Ciclo de mineraisabertofechado Nutrientes inorgânicosextrabióticosintrabióticos Troca de nutrientes entre organismos e ambiente rápidalenta Papel dos detritos na regeneração de nutrientes não importanteimportante POSSIBILIDADE DE EXPLORAÇÃO PELO HOMEM Produção potencialaltabaixa Capacidade de resistir à exploração grandepequena (Odum 1971; Margalef 1968)

13 O Meio Aquático 97% água salgada 3% água doce 0,3% água doce aproveitável 2,7% água doce sem aproveitamento Brasil 12% da água doce superficial do planeta. (70% norte, 6% sudeste e 24% outros)

14 Propriedades da Água

15 Propriedades físicas da água: Densidade absoluta (massa específica): Comportamento diferenciada com a variação da massa especifica com a temperatura; Máxima massa específica a 4°C impede que águas mais frias desçam e possam provocar o congelamento da água em regiões de inverno mais rigoroso = sobrevivência de espécies aquáticas.

16 Densidade absoluta (massa específica): Em razão da diferenciação de massa específica, decorrente das diferentes temperaturas, ocorre, em regiões de clima quente, estratificação na coluna de água em um reservatório ou lago: Epilímnio: + quente, - massa específica, + oxigênio. Metalímnio: camada de água com forte gradiente térmico; Hipolímnio: - quente, + massa específica, - oxigênio.

17 Viscosidade Propriedade dos fluídos que determina o atrito entre camadas do próprio líquido, quando em movimento ou escoamento. Inversamente proporcional à sua temperatura. a velocidade de sedimentação das partículas é maior em águas de temperaturas mais elevadas (clima quente maior sedimentação).

18 Calor específico Energia requerida por unidade de massa para elevar a temperatura de um líquido em 1°C. Água tem calor especifico muito alto 1 cal.g -1.c -1, Atua como regulador da temperatura ambiental. Armazena grande quantidade de energia cedida pelo ambiente; com pequenos aumentos de temperatura. Cede grande quantidade de energia ao ambiente com pequeno abaixamento de sua temperatura. Em regiões continentais ocorre invernos mais rigorosos e verões mais quentes que em regiões litorâneas.

19 Condutividade térmica Capacidade em transferir energia. a condutividade térmica da água é extremamente baixa, estando entre 1,37 e 1,40 cal. cm -1.s -1.°c -1. Mais importante no meio líquido é a transferência de energia por convecção. Devido a baixa transferência de calor por conducção na água as camadas no fundo são dificilmente resfriadas a ponto de congelar e possibilita a manutenção da temperatura da água em 4°c abaixo de uma superfície congelada de lagos e rios.

20 Tensão superficial A tensão superficial pode ser definida como a camada superficial, de forte coesão entre as moléculas, formando a interface líquido- atmosfera, decorrente de ser maior a resultante das forças de atração entre as moléculas da superfície do líquido. Diminui com o aumento da temperatura e a presença de substâncias orgânicas (sabões e detergentes).

21 Propriedade Física da água: Constantes físicas da água pura (Sutcliffe, 1968) Calor específico ( 15° C) 4,18 J/g ° C tensão superficial 72,8 dinas.cm -1 ponto de fusão (1013mb) 0 ° C ponto de ebulição (1013 mb) 100 ° C Densidade máxima (g/cm3) 1,00000

22 Contém microrganismos patogênicos que refletem de maneira direta o estado de saúde da população contribuinte no sistema de esgotamento. COMPONENTES PERIGOSOS: Metais pesados Bactérias Vírus Protozoários Helmintos Nutrientes DEGRADAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA RESÍDUO DE ORIGEM ANIMAL E INDUSTRIAIS

23 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA ÁGUA Turbidez: Este é termo aplicado à matéria suspensa de qualquer natureza presente na água. Distinção deve ser feita entre a matéria suspensa chamada sedimento que precipita rapidamente, e a matéria suspensa que precipita lentamente (coloidal) que provoca a turbidez. A turbidez é uma característica da água devido à presença de partículas suspensas na água com tamanho variando desde suspensões grosseiras aos colóides, dependendo do grau de turbulência.

24 A presença de partículas insolúveis do solo, matéria orgânica, microorganismos e outros materiais diversos provoca a dispersão e a absorção da luz, dando à água um aparência nebulosa,esteticamente indesejável e potencialmente perigosa, turbidez acima de 5 ppm, torna a água insatisfatória para potabilidade. A unidade da turbidez é dada em ppm de SiO2(mg/l). A turbidez é encontrada em quase todas as águas de superfície em valores elevados, enquanto está ausente em águas subterrâneas. Em águas de superfície a turbidez pode atingir valores de até 2000 ppm de SiO2. Águas de rios e riachos apresentam alta turbidez.

25 Cor: A água pura é virtualmente ausente de cor. A presença de substâncias dissolvidas ou em suspensão, dependendo da quantidade e da natureza do material presente. Matéria orgânica, proveniente de vegetais(húmus, taninos) em decomposição, quase sempre resulta em cor nas águas. Pode ser causada também por minerais naturais de ferro e manganês. Despejos industriais (mineração, papel e celulose, alimentos) na água em geral causam cor. Em combinação com o ferro, a matéria orgânica pode produzir cor de elevada intensidade. As águas subterrâneas são isentas de cor. As unidades de cor são dadas em unidades arbitrarias(dada pelo calorímetro).

26 Sabor e odor: As características de sabor e odor são dadas em conjunto, pois geralmente a sensação de sabor origina-se do odor. São de difícil avaliação, por serem sensações subjetivas. Temperatura: A temperatura acelera as reações químicas, reduz a solubilidade dos gases, acentua a sensação de sabor e odor etc.

27 Condutividade elétrica: A condutividade elétrica depende da quantidade de sais dissolvidos na água e é aproximadamente proporcional à sua quantidade. Sua determinação permite obter uma estimativa rápida do conteúdo de sólidos de uma amostra.

28 As proteínas são moléculas poliméricas formadas por unidades denominadas de aminoácidos. Elas contem os elementos carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e, em menor escala, de enxofre. Elas formam parte essencial dos tecidos vivo de todos seres superiores; os animais são constituídos, principalmente de proteínas.

29 As gorduras poderão ser compostas de uma série de substâncias orgânicas, a maioria delas de solubilidade limitada na água, sendo, no entanto, solúveis em diversos solventes orgânicos como álcool, acetona, éter e hexano e hidrocarbonetos. A baixa solubilidade delas em água as torna de difícil biodegradabilidade pelos microorganismos, ou à um velocidade baixa.

30 A maioria dos carboidratos, gorduras e proteínas encontradas nos esgotos está na forma de grandes moléculas que não podem penetrar na membrana celular dos microorganismos. As bactérias, para metabolizarem substâncias de alto peso molecular, devem ser capazes de quebrar essas grande moléculas. O primeiro passo na decomposição bacteriológica dos compostos orgânicos é a hidrólise, dos carboidratos em açúcares solúveis, proteínas em aminoácidos, e gorduras em ácidos graxos.

31 Em seqüência a degradação aeróbia resulta na formação de CO2 e água. Pela decomposição anaeróbia, os produtos finais são: ácidos orgânicos, álcoois e outros líquidos intermediários, alem de CO2, CH4, e H2S. Acetona, éter e hexano e hidrocarbonetos. A baixa solubilidade delas em água as torna de difícil biodegradabilidade pelos microorganismos, ou à um velocidade baixa.

32 CARACTERÍSTICAS QUIMICAS DA ÁGUA: Alcalinidade das águas: Alcalinidade de uma água é uma medida da sua capacidade de neutralizar ácidos ou absorver íons hidrogênio sem mudança significativa do pH. As principais fontes de alcalinidade em águas são pela ordem: bicarbonatos(HCO 3- ), carbonatos (CO 3-- ) hidróxidos(OH - ).

33 A alcalinidade devida a bicarbonatos de Ca, Mg e Na é muito comum em águas naturais, cujas concentrações em águas brutas variam de 10 a 30 ppm. Os bicarbonatos de Ca e Mg também causam dureza (temporária). Os bicarbonatos tem, ainda, o inconveniente de liberar CO 2, quando submetidos ao calor nas caldeiras. O CO 2 dissolvido nas águas a torna altamente corrosiva. Para fins potáveis a alcalinidade não deve exceder a 250 ppm.

34 Matéria orgânica: A matéria orgânica biodegradável é encontrada de mais comumente nas chamadas "águas poluídas", principalmente contaminadas com descargas oriundas de esgotos ditos "domésticos", esta podendo ser formada principalmente de carboidratos, proteínas e gorduras. Os carboidratos consistem de açúcares contendo os elementos, carbono, Oxigênio e hidrogênio. Ex. glicose, frutose., são os chamados açúcares simples, encontrados em frutos.

35 Os dissacarídeos mais comuns são a sacarose(cana, beterraba, etc) e a, lactose, encontrada no leite. No entanto, os vegetais são formados essencialmente de açúcares complexos, formadores dos constituintes predominantes do caule, folha e raízes das plantas, sobretudo a celulose, hemiceluloses e, em menor escala do amido.

36 Dureza: Proveniente dos sais de Ca e Mg. Nas formas de: Bicarbonatos, sulfatos, cloretos e nitratos. Os íons ferro e estrôncio podem em menor grau causar a dureza. A dureza é expressa em termos de CaCO 3 No Brasil a dureza das água naturais varia de 5 até 500ppm de CaCO 3.

37 Silica: Está presente na faixa de 3 a 50 ppm de SiO 2. É um constituinte de todas as águas naturais. A sílica solúvel também chamada de reativa, geralmente está presente em águas brutas na forma de ácido silícico e silicatos solúveis, cuja concentração pode variar desde 2 a mais de 100 ppm. A sílica solúvel não é desejável para fins potáveis.

38 Ferro e manganês: O ferro, muitas vezes associado ao manganês, confere à água um sabor amargo adstringente e coloração amarelada e turva,decorrente da precipitação do mesmo quando oxidado. A forma mais comum que o ferro solúvel é encontrado em águas é como bicarbonato ferroso Fe(HCO3) 2. Está presente, nesta forma em águas subterrâneas profundas, limpas e incolores, que em contato com o ar, oxida-se turvando e sedimenta na forma de um depósito marrom- avermelhado. A reação envolvida é a seguinte: 4 Fe(HCO3) 2 + O 2 + 2H 2 O____ 4 Fe(OH) 3 + 8CO 2 4 Fe(OH) 3 ___2Fe 2 O 3 + 6H 2 O

39 Sólidos totais dissolvidos (Cloretos, Sulfatos, etc): O conjunto de sais dissolvidos na água (cloretos, bicarbonatos, sulfatos, etc) formam o conjuntos dos sólidos dissolvidos totais na água. Eles podem conferir sabor salino à água e propriedades laxativas. O teor de cloretos é um indicador de poluição das águas naturais por esgotos domésticos. O limite máximo de cloretos em águas para consumo humano é 200 mg/l (200 ppm).

40 O íon sulfato possui propriedades laxativas maior do que a dos outros sais; o sulfato associado ao cálcio, promove dureza permanente, sendo também indicador de poluição por decomposição da matéria orgânica, no ciclo do enxofre. Numerosas águas residuárias industriais, como as provenientes de curtumes, fábricas de celulose, papel e tecelagem, lançam sulfatos nos corpos receptores. Recomenda-se que o teor de sólidos dissolvidos totais seja menor que 500 mg/l, com um limite máximo aceitável de 1000 mg/l.

41 Oxigênio dissolvido: – O conteúdo de oxigênio dissolvido nas águas superficiais depende da quantidade e tipo de matéria orgânica biodegradável que a água contenha. –A quantidade de O 2 que a água pode conter é pequena, devido à sua baixa solubilidade (9,1 ppm a 20 o C). –Águas de superfície, relativamente límpidas, apresentam se saturadas de oxigênio dissolvido, porém este pode ser rapidamente consumido pela demanda de oxigênio dos esgotos domésticos.

42 Demanda de oxigênio: –A maioria dos compostos orgânicos são instáveis e podem ser oxidados biológica e quimicamente, resultando compostos finais mais estáveis como o CO 2, NO 3 e H 2. A matéria orgânica tem, assim, uma certa necessidade de oxigênio, denominada demanda, que pode ser: –1. Demanda bioquímica de oxigênio (DBO) : é a medida da quantidade de oxigênio necessária ao metabolismo das bactérias aeróbicas que destroem a matéria orgânica. –2. Demanda química de oxigênio (DQO): permite a avaliação da carga de poluição por esgotos domésticos e industriais em termos de quantidade de oxigênio necessária para a sua oxidação total em dióxido de carbono(CO2 ) e água.

43 – Acidez: – A maioria das águas naturais e dos esgotos domésticos são tamponados por um sistema por dióxido de carbono e bicarbonatos. –O ácido carbônico não é totalmente neutralizado, a não ser que o ph seja superior a 8,2 e não diminuirá a ph abaixo de 4,5. –Assim, a acidez devida ao CO2 está na faixa de ph de 4,5 a 8,2, enquanto que a acidez por ácidos fortes, quase sempre devida a esgotos industriais, ocorre geralmente a ph abaixo de 4,5. –A acidez é expressa em termos de ppm (mg/l) de CaCO 3.

44 – Substâncias químicas orgânicas indesejáveis e metais tóxicos: –Podem incluir os fenóis e detergentes causadores de espuma e de difícil biodegradabilidade. –O fenol além de tóxico, pode combinar com o cloro residual do tratamento da água causando gosto e odor desagradáveis. –Os pesticidas são, de um modo geral, substâncias orgânicas sintéticas, extremamente tóxicas, usadas para destruir, repelir ou controlar insetos e ervas daninhas indesejáveis à economia agrícola. –De acordo com sua atividade biológica, podem ser classificados em inseticidas, alcaricidas fungicidas e herbicidas. –Os mais comuns são o Aldrin, Endrin, Toxafen, Malathion, Parathion, entre outros. –Por exemplo, a concentração máxima do Aldrin, não deve ser mais do que 0,0002 mg/l, índice de difícil monitoração ( Richter, Azevedo Netto,1991).

45 –O metal tóxico principal é o Arsênio, sendo ele muito solúvel em água podendo ocorrer naturalmente, principalmente em rochas fosfáticas. – O Arsênio pode fazer parte da composição de alguns inseticidas, carrapaticidas, herbicidas, alem do processamento de minerais, fabricação de tintas, produtos químicos, vidro, corantes e resíduos de curtume. –Seu limite máximo é de 0,2 mg/l.

46 –O cromo hexavalente, estão na forma de cromatos, bicromatos de sódio, potássio e amônio, sendo bastante solúveis. –As águas residuárias de industrias de cromação, anonização do alumínio, fabricação de tintas, corantes, explosivos, cerâmica, são fonte de cromo hexavalente. –Os sais de cromo deverão ter concentração máxima permissível de 3,5 ppm.

47 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS DA ÁGUA. – Incluem as contaminações por organismos vegetais como algas (verdes, azuis, diatomáceas), bactérias (saprofitas e patogênicas), leveduras, fungos e vírus. –Os organismos animais estão representados pelos protozoários e vermes. –Contagem do número total de bactérias: –É feito pela contagem do número de bactérias por cm 3 ou ml da água. –Um número elevado é indicativo de poluição.

48 Pesquisa de coliformes: – Os coliformes (Escherichia Colli e Streptococcus) são bactérias que habitam os intestinos dos animais superiores de sangue quente (homem, bovinos, suinos, caprinos, etc.), em número em torno de 50 mihões por grama de excremento in natura. –Esgotos domésticos bruto contem em média de 3 milhões de coliformes por 100 ml de amostra.

49 O número mais provável de coliformes (NMP) é expresso pelo número de coliformes contidos em 100 ml da amostra de água. –Água de abastecimento público deverá ter NMP, no máximo de 1. – O NMP é um indicador eficaz no controle da qualidade do tratamento da água do ponto de vista bacteriológico, para prevenir doenças de transmissão hídrica.

50 Gases diversos: –Os gases presentes são: CO 2 ; O 2 ; H 2 S; CH 4.

51 A POLUIÇÃO E A EUTROFIZAÇÃO: São ocorrências que causam as principais preocupações nos mananciais. A qualidade da água vai depender dos métodos usados na agricultura local, da deposição das descargas dos esgotos municipais e industriais, do aproveitamento de rios, principalmente, construção de barragens, das estações do ano e das condições climáticas.

52 “Tudo o que se fizer à terra será sentido pelos filhos da terra”