Os fluxos energéticos da Biosfera e a evolução da cultura humana. Enrique Ortega Laboratório de Engenharia Ecológica FEA, Unicamp N Encontro Ecologia UNESP - Rio Claro R Setembro 28, 2005

Apresentação de diagramas de fluxos de energia para estudar as seguintes questões: ○ A transformação da energia potencial ○ A informação como produto do ecossistema ○ Conhecimento para a Sustentabilidade.

Fonte de energia externa ilimitada Fluxos de Energia Sistema ou subsistema Fonte de energia externa limitada Deposito ou estoque interno (limitado) Consumidor Sumidouro de Energia Produtor preço Transação Cultura humana Interação Interruptor Símbolos da linguagem de fluxos de energia em sistemas (H.T. Odum, 1973).

Energia menos intensa e mais complexa, com potencial de trabalho A Energia Potencial se transforma e se dispersa. No cosmos, parte da energia potencial se transformou em matéria Energia potencial como energia auxiliar Energia potencial intensa e simples Energia menos intensa e mais complexa, com potencial de trabalho Interação Energia potencial como matéria prima Energia com pouco potencial, desorganizada e dispersa

Evolução: energia e matéria com novos atributos e novas capacidades A Energia gera Matéria. A Matéria se transforma e se dispersa. Energia e matéria transformadas, mais complexas, com novos potenciais de trabalho Energia e matéria diversificada, complexa, com novos atributos Energia potencial intensa e simples Energia potencial Matéria como recurso usado ciclicamente Interação Matéria com pouco potencial, desorganizada e dispersa Energia com pouco potencial, desorganizada e dispersa

Energia e matéria mais complexas com novos potenciais A matéria se transforma em novos recursos com energia potencial. Os novos recursos geram novas interações para seu aproveitamento. Reciclagem de materiais Retro alimentação Energia potencial intensa e simples Energia e matéria mais complexas com novos potenciais Energia e matéria cada vez mais complexa e mais diversa, com potencial Energia e matéria complexa e diversa, com potencial Energia potencial Consumidor (uso e reciclo) Produtor (fixação) Matéria como recurso usado ciclicamente Matéria com pouco potencial e dispersa Energia com pouco potencial e dispersa

Energia potencial intensa e simples Evolução da energia e da matéria que se transformam em novos recursos com nova energia potencial e novas interações. Reciclagem Retro alimentação Info. Energia potencial intensa e simples Biomassa animal diversa e complexa com novos potenciais Biomassa vegetal diversa complexa com novos potenciais Matéria mais organizada Info. Matéria Energia potencial Info. Interação (consumo) Interação (fixação) Info. Matéria como recurso usado ciclicamente Matéria dispersa Energia dispersa

Recursos da biosfera não utilizados A Energia e Matéria geram Informação. A Informação se transforma em conhecimento. A cultura humana controla a biosfera. A cultura humana controla a biosfera. Potencial energético externo Informação com potencial organizativo Biomassa, diversidade, complexidade Energia potencial Interação Interação Matéria usada ciclicamente Energia dispersa Matéria dispersa Informação dispersada

Recursos fósseis e minerais Informação científica e tecnológica Há um conflito entre a natureza e a cultura, a qual está sendo vencedora . Recursos fósseis e minerais A competição excludente leva a extinção! Energias renováveis Ordem antrópica Informação científica e tecnológica Ordem natural Biodiver-sidade Humanidade moderna Biomassa x x Informação dispersada Energia dispersada Matéria dispersada

Informação: reflexões iniciais Se a informação é um certo tipo de energia existente na própria energia e na matéria, que pode ser interpretada e usada por uma entidade com uma certa estrutura mínima; então no universo, quando as partes dele se transformam ou se organizam, a informação existe e também é transformada. O objetivo da informação é organizar as entidades ou subsistemas para aumentar os benefícios que podem conseguir de seu entorno. O insumo ou entrada de energia (alimento, sensações) é informação para um organismo o qual desenvolve mecanismos de manejo da informação para seu processamento interno e comunicação com o exterior.

Matrizes de informação A informação se perde quando sua base material se degrada, a manutenção da qualidade da informação exige um trabalho de cópia e recuperação a partir dos sistemas gerados pelas cópias. Matrizes de informação Informação original Energia e Materiais Matrizes defeituosas Energia e Materiais Trabalho de copia Depreciação

Ciclo que garante a qualidade da informação (H.T. Odum, 2001) Controle Reforço Copias Dispersão Energia Matrizes de informação Informação em operação Controle Inovação Seleção Extração Reprodução Depreciação

Matrizes de informação A informação exige energia potencial nas etapas de transformação para ampliar sua área de influência Qualidade (energia agregada) da informação Área de influência Etapas da cadeia trófica Matrizes de informação Processamento e transferência da informação em etapas seqüenciais Energias renováveis Ecossistemas A aumento dos consumidores humanos implica a redução do espaço da flora e fauna nativas! Consumidor

Há uma hierarquia ou intensidade energética na informação que exige uma área de suporte diferente. Qualidade ou intensidade da informação Área de outras eras geológicas informação política e militar global informação cultural e religiosa global Área da biosfera atual Etapas da cadeia trófica ou energética. informação cientifica e tecnológica informação do entretenimento global informação internacional informação regional informação familiar informação individual

Acumulação de recursos Produção lenta de recursos e pulso de consumo Recursos fósseis Energia 100 000 10 000 1 000 Materiais reciclados Acumulação de recursos Consumo de recursos 4 8 12 16 20 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 Tempo Emergia, sej Recursos dos acumuladores Recursos dos consumidores A B C D Etapa Produtores Consumidores autocatalíticos A Acumulação lenta Espera B Clímax e maturação Retorno C Utilização Consumo intenso D Recomposição Retirada ou hibernação

Etapa inicial de desenvolvimento humano Saída de materiais Materiais de fora Estoques energéticos fósseis Minerais Renováveis em centenas ou milhares de anos Minerais Estoques da biosfera: atmosfera, minerais, sedimentos Estoques biológicos Estoques não- renováveis Fluxos Renováveis anualmente Fontes externas de energia (limitadas) Produtores Consumidor sustentável Sistema da Biosfera Fluxos de energia e materiais na Biosfera Sumidouro de Energia

Civilização urbana não industrial Saída de materiais Materiais de fora Estoques energéticos fósseis Renováveis em centenas ou milhares de anos Minerais Estoques da biosfera: atmosfera, minerais, sedimentos Estoques biológicos Estoques Fluxos Renováveis anualmente Consumidor não- sustentável Produtores Consumidor sustentável Fontes externas de energia (limitadas) Sistema da Biosfera Fluxos de energia e materiais na Biosfera Sumidouro de Energia

Civilização atual Fluxos de energia e materiais na Biosfera Saída de materiais Materiais de fora Estoques energéticos fósseis Renováveis em centenas ou milhares de anos Minerais Estoques da biosfera: atmosfera, minerais, sedimentos Estoques biológicos Estoques Fluxos Renováveis anualmente Consumidor não- sustentável Produtores Emissões e Resíduos Consumidor sustentável Fontes externas de energia (limitadas) Sistema da Biosfera Fluxos de energia e materiais na Biosfera Sumidouro de Energia

Situação inicial do reajuste Saída de materiais Situação inicial do reajuste Materiais de fora Energias fósseis Não Renováveis Minerais Estoques da biosfera: atmosfera, minerais, sedimentos Estoques biológicos Estoques decrescentes Fluxos Renováveis anualmente Consumidor não- sustentável Produtores Transferência de pessoas e recursos Consumidor sustentável Emissões e Resíduos Fontes externas de energia (limitadas) Sistema da Biosfera Fluxos de energia e materiais na Biosfera Sumidouro de Energia

Mudanças nos estoques da Biosfera De seres anaeróbicos à aeróbicos, atmosfera termo-regulada com O2 Crescimento industrial Desenvolvimento Sustentável Transição Biodiversidade, imobilização de Carbono Recuperação dos ecossistemas naturais opções O crescimento humano desloca outras espécies mesmo sem o uso de energia fóssil Ajuste da população e mudança dos sistemas de produção e consumo De 0 até 4 bilhões de anos da Terra - 10 000 1500 2000 2100 Tempo

Onde se encaixa a desordem dentro de um Universo supostamente ordenado? Empréstimo de 6 slides da apresentação: Pesquisas sobre a natureza dos sistemas. MT Brown (2005) http://www.emergysystems.org/lectures.php

Estruturas organizadas Em todos os sistemas ocorre um balanço entre Ordem e Desordem… Dispersão de materiais / Reciclagem Fragmentos dispersos Fontes de Energia Estruturas organizadas Produção de Ordem Depreciação da Ordem

As fontes de energia utilizadas na produção de “ordem” podem ser designadas como “Energias Ordenadoras” Recursos materiais Fontes de Energia Energia Ordenadora Estruturas ordenadas Interação produtiva

Estruturas que incorporam materiais e energia As Energias Ordenadoras são, geralmente, um conjunto variado e variável de energias… . + Tempo Fluxos de Energia Chuva Fenômenos geológicos Homem Pulso Marés Materiais dispersos Vento . Tempo + Fluxos de Energia Sol Estruturas que incorporam materiais e energia Se alguma Energia Ordenadora exceder o valor normal pode constituir um pulso de desordem do sistema.

O pulso de energia que desordena é considerado um desastre… Pulso de desordem Desordem Materiais Incêndio florestal Intervenção humana Terremoto Furacão Inundação Tornado Fontes de Energia Ordem Produção de Ordem Energia degradada

Pode-se definir como Pulso de Energia Desagregadora todo aquele fluxo de energia cuja freqüência e magnitude excede o valor ao qual o sistema está adaptado. Energia Ordem Desordem Fogo Guerra Desordem Energia Ordem Energia Ordem Desordem Fogo “Consumo frenético” “Consumo frenético” Atualmente a cultura humana trava uma guerra contra a natureza, seu suporte vital. Essa guerra pode levar a extinção.

Pulso des-organizador Adaptação à Desordem … Após o pulso catastrófico a situação atrai forças externas que reparam e reorganizam a vida. Em realidade …um pulso de desordem em uma certa escala pode ser normal na seguinte escala de grandeza. Pulso organizador Pulso des-organizador Energia M a t e r i a i s Ordem

Radiação de fundo 2.7 Kelvin O Cosmos Ciclagem de materiais Matéria dispersa Gravidade, pulsos, controle de retro-alimentação Fluxo de matéria Mini-Bangs! Agregados Planetas Estrelas Radiação de fundo 2.7 Kelvin Centros galácticos Estrelas intensas Quasars Buracos negros Fluxo de Energia Energia radiante Modelo de sistema energético para o universo, sugerido por H.T. Odum (2002), que mostra os elementos e os processos que ocorrem na estrutura hierárquica de transformação

Subsistemas que podem interagir O homem como unidade aberta. Subsistemas que podem interagir Vontade Modelos Água Conhecimento Capacidade interpretativa Memória Sistema nervoso Comida Experiência Corpo Interação com a natureza local Eco-sistemas Interação Sistema auto-catalítico Interação social externa

Redes de intercâmbio na humanidade. Sistema de trocas materiais e simbólicas complexas Água Eco-sistemas Comida Interação Conhecimento e modelos Sistema nervoso Memória Corpo Sistema de trocas materiais e simbólicas simples

Motivos das trocas na humanidade. Sociabilização, Aprimoramento, Especialização, Inovação, Intercâmbio, Maturidade, Serviços de maior qualidade, Defesa e ataque, Autonomia, Prestigio Sociabilização Estudo básico Aplicação Reprodução Inovação Intercâmbio Maturidade Autodeterminação Defesa e ataque Autonomia Prestigio Saber fazer Água Ar Sistema nervoso Memória Novas habili- dades Comida Corpo Eco-sistemas Interação básica Trabalhos Descanso

Valores para o homem e a humanidade. Sociabilização, Aprimoramento, Especialização, Inovação, Intercâmbio, Maturidade, Serviços de maior qualidade, Defesa e ataque, Autonomia, Prestigio Benevolência Tradição, Conformismo Segurança, Poder Realização, Hedonismo Estimulação Autodeterminação Universalismo Sociabilização, Estudo básico, Aplicação Reprodução Inovação Intercâmbio Maturidade Autodeterminação Defesa e ataque Autonomia Prestigio

-> Hierarquia espacial Nutrientes Reciclagem Produtores Consumidores -> Hierarquia espacial Fontes renováveis externas ->Informação <- em via dupla Decompositores Resíduos Cadeia trófica Energia dispersada Aproveitamento da energia disponível em uma área

Informação e controle em via dupla Nutrientes Reciclagem Produtores Cadeia trófica Consumidores Informação e controle em via dupla Decompositores Resíduos Áreas de suporte para a informação -> Hierarquia espacial -> Informações hierarquizadas

-> Hierarquia espacial Reciclagem Nutrientes Produtores Combustíveis fósseis Consumidores Retro-alimentação Decom-positores Áreas de suporte Resíduos -> Hierarquia espacial Dispersão de calor, resíduos e ruído Fluxos de energia, materiais, seres, informações, resíduos, dinheiro Dispersão de calor, resíduos e ruído Área de suporte maior, existente em outras eras. Área de suporte maior, existente em outras eras.

Encolhimento da base energética e da cadeia trófica Reciclagem Nutrientes Produtores Consumidores Retro-alimentação Redução da Informação Encolhimento da base energética e da cadeia trófica Decom-positores Áreas de suporte -> Hierarquia espacial Resíduos Fluxos de energia, materiais, seres, informações, resíduos, dinheiro Dispersão de resíduos. -> Redução da cadeia de energia e informação no futuro próximo

Biomassa Biodiversidade Solo, Água Mate-riais petróleo Biosfera biodiversidade Estoques atmosféricos população Petróleo Ar e Oceano Gases Óxidos Ácidos Indústria Chuva Animais superiores Biomassa Biodiversidade Solo, Água Mate-riais Homem urbano Terras emersas Ecossistema alterado

mundiais questionáveis Visões e projetos locais Submissão cultural Economia estreita e falsa Moralidade excludente Arte e técnica alienadas Ignorância dos limites Energias, recursos materiais e informações do meio abiótico e biótico. Prioridades mundiais questionáveis Crise da Biosfera e Agenda 21 População humana Alunos Visões e projetos locais Recursos econômicos Nova cultura global: Economia Biofísica Ética da inclusão, Arte e técnica com compromisso social Oceanos e atmosfera Crise dos critérios de valor Crosta terrestre Infra-estrutura Professores Funcionários Alunos Pessoas com estruturas mentais especializadas e critérios de valor Ensino, Pesquisa Extensão Administração Energia solar Conhecimento básico e aplicado Propostas Estado de São Paulo, Brasil, América Latina Planejamento do longo prazo Universidade Resíduos Emissões Efluentes

com motivações limitadas Reconhecimento de novos potencias! Valores!!! Motivação pessoal e coletiva Política Ética e Poética Maturidade Estética do drama Amor a verdade Perseverança Criatividade Coragem Informações de melhor qualidade e mais amplas Alunos com formação limitada Reconhecimento das limitações e autocrítica Professores com motivações limitadas Profissionais limitados Alunos com motivações limitadas* Indústria limitada Processos educacionais com motivações limitadas Governo limitado Ações de Qualidade Sociedade limitada * Motivações sociais e ambientais limitadas, porém com euforia econômica (decrescente) Ecossistema alterado

Benevolência Tradição Conformismo Segurança Poder Realização Hedonismo Estimulação Autodeterminação Universalismo AUTO-TRASCENDÊNCIA ABERTURA A MUDANÇA AUTO-PROMOÇÃO CONSERVAÇÃO Álvaro Tamayo e Juliana Barretos (Orgs.) Valores e comportamento nas organizações. Editora Vozes, RJ, 2005

AUTO-TRASCENDÊNCIA ABERTURA A MUDANÇA AUTO-PROMOÇÃO CONSERVAÇÃO Álvaro Tamayo e Juliana Barretos (Orgs.) Valores e comportamento nas organizações. Editora Vozes, RJ, 2005

Fechamento e imobilismo Transformação cultural Estimulação Autodeterminação Hedonismo Realização AUTO-TRASCENDÊNCIA (PATHOS) ABERTURA (EROS) + + CONSERVAÇÃO (THANATOS) AUTO-PROMOÇÃO (LOGOS) Fechamento e imobilismo Benevolência Tradição Conformismo Segurança

Idéias para o futuro Repor (restaurar) Retribuir (ressarcir) população Idéias para o futuro petróleo Repor (restaurar) Retribuir (ressarcir) Reconhecer (resgatar) Biodiversidade e qualidade da atmosfera Elaborar imagens reais e virtuais (imaginar) Interpretar imagens Diagramar sistemas Equacionar sistemas Modelar sistemas Comparar sistemas Diagnosticar sistemas Impulsionar os novos sistemas adequados Refutar os sistemas inconvenientes

Importância de estudo e da reflexão sobre a informação, a auto-organização e os processos culturais Fazer a analise correta dos sistemas de produção e consumo, no Brasil e no mundo, considerando a esfera humana e a esfera ecológica!

Sistema de produção e consumo de soja Unidade de produção de soja Atm. local Soja R Bd. Entradas Infra estrutura SR SN $ Consumo Sistema Rural SR: Forças sociais renováveis SN: Forças sociais não sustentáveis Atm: Atmosfera Bd: Biodiversidade EMN: Empresas Multinacionais FMI: Fundo Monetário Internacional $: Fluxos e estoques de dinheiro Atmosfera Biodiversidade A produção mundial de soja deve atingir na safra 2001/02 175,54 milhões de toneladas. Os principais países Produtores são os Estados Unidos, com 75 milhões, seguido pelo Brasil, com 31 milhões e a Argentina, com mais 18.5 milhões de toneladas Sistema de produção e consumo de soja

Sistema global de tomada de decisões na produção de soja Recursos da Biosfera Atmosfera Biodiversidade Recursos não renováveis Global Global Controle União Européia EMN FMI Atm. Regional $ $ SN SN SR SR Bd. Regional Sociedade, Indústria, Comércio Governo Brasil Bd. Atm. Regional Regional Sociedade, Indústria, Lobbies Comércio $ $ SR SN SR SN Sistema Rural Dívida Atm. Bd. local local A produção mundial de soja deve atingir na safra 2001/02 175,54 milhões de toneladas. Os principais países Produtores são os Estados Unidos, com 75 milhões, seguido pelo Brasil, com 31 milhões e a Argentina, com mais 18.5 milhões de toneladas Entradas $ Governo SR SN SR: Forças sociais em favor da sustentabilidade Infra estrutura SN: Forças sociais contra a sustentabilidade R Bd. Atm: Atmosfera Soja Bd: Biodiversidade EMN: Empresas Multinacionais FMI: Fundo Monetário Internacional $: Fluxos e estoques de dinheiro Produção de soja - Brasil Fonte: Ortega et al., 2005 Sistema global de tomada de decisões na produção de soja

Considerações finais É evidente a necessidade de uma nova cultura; Reconhece-se o valor da Auto-Organização nos processos de mudança cultural; Porém a Auto-organização da sociedade depende do fornecimento de uma retro-alimentação de boa qualidade; Esta retro-alimentação deveria ser a tarefa prioritária da universidade orgânica e ecológica.

O presente! O futuro! Sub-sistemas NR Países produtores de petróleo Países industrializados Sistema Global R R Sistema Mundial O futuro! Produtores de matérias primas Agenda 21 Fórum Social Mundial Inteligência Coletiva

A informação e as conexões entre a cidade e o espaço rural Combus-tíveis Bens Serviços Pessoas Ecossistemas Naturais Infra- Estrutura Gov. Univ. Comercio Energias renováveis & Industria Pessoas Agricultura $ Espaços Verdes Resíduos Cidade Área de suporte

Até aqui minhas idéias... Questões, dúvidas, sugestões? Retroalimentação? A palavra está com vocês ... Maiores informações www.unicamp.br/fea/ortega/ ortega@fea.unicamp.br