04. Níveis tróficos e qualidade de energia

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1 04. Níveis tróficos e qualidade de energia
Objetivos Definir e diagramar uma cadeia alimentar, distinguindo os níveis tróficos, (hierárquicos) usando símbolos de energia; Ilustrar a capacidade de sustentação de um sistema; Diferenciar entre energia e eMergia; Calcular o valor para Transformidade na cadeia alimentar de uma floresta; Comparar a energia relacionada com a sociedade de manufatura moderna com a sociedade agrícola.

2 Níveis tróficos e qualidade de energia.
No Capítulo 3 se estudou uma Rede Alimentar. Neste Capítulo, consideraremos as redes alimentares como cadeias de transformações sucessivas de energia. Para investigar mudanças de energia relacionadas com a rede alimentar, freqüentemente é conveniente reorganizar a rede em uma simples cadeia alimentar. A cadeia alimentar pode ser dividida em níveis categorizados pelos tipos de alimentos que os organismos consomem. Esses são os níveis tróficos.

3 Figura 4.1. Uma cadeia alimentar quantitativa

4 Figura 4.1. Uma cadeia alimentar quantitativa
Pode ser facilmente observada a relação de energia entre as partes de uma cadeia alimentar. Aproximadamente (1 milhão) de joules da luz solar são representados contribuindo à fotossíntese. Parte desta, é luz solar direta; parte é energia solar que cai no oceano para enviar chuva à floresta. Cerca de 1 % desta energia é transformada, pelos produtores da floresta, em biomassa vegetal.

5 Uma cadeia alimentar quantitativa
Cada ano, dos de joules fornecidos pela luz solar a fotossíntese capta joules como biomassa vegetal (árvores novas e outras plantas). E joules se perdem como energia necessária utilizada durante o processo de produção. A eficiência de uso da energia solar, é portanto:   = ou 1% 

6 Uma cadeia alimentar quantitativa
A eficiência da fotossíntese, em diferentes espécies de plantas, está entre 0,01- 2%. A eficiência é baixa porque a luz solar é muito 'diluída', e são necessários muitos passos sucessivos e grande infraestrutura celular para sua concentração e obtençã0 de uma energia de alta qualidade. As plantas participam do processo fotossintético há vários bilhões de anos, portanto, deve ser a maneira mais eficiente de usar a energia solar. Este conceito é importante quando se pensa na energia solar como fonte de energia para sistemas humanos.

7 Uma cadeia alimentar quantitativa
Nos consumidores, a cada nível sucessivo da cadeia alimentar, cerca de 10% da energia disponível é convertida em biomassa. Esta faixa também se aplica ao componente consumidor dos produtores, os quais usam 90% de sua própria produção na respiração. Na floresta: J/ano de energia solar capturados se convertem em: J/ano da energia transformada, dos quais: 1 000 J/ano é biomassa do produtor, consumida para produzir: 100 J/ano de biomassa do consumidor primário, para produzir: 10 J/ano de biomassa do consumidor secundário, para produzir: 1 joule de nova biomassa do consumidor terciário.

8 Uma cadeia alimentar quantitativa
Isto pode ser resumido dizendo que, para produzir 1 joule de consumidor terciário (como uma serpente) se necessita joules de energia solar.

9 Capacidade de sustentação
A capacidade de suporte de uma área é a quantidade de vários tipos de organismos que podem viver nesta área sem prejudicar os recursos básicos. Geralmente, quanto mais energia flui por uma área, maior será sua capacidade de sustentação. Com menos energia, a capacidade de sustentação é menor. Por exemplo, se a quantidade de luz solar que cai na floresta é diminuída por causa da poeira no ar, a capacidade de sustentação na população da floresta se reduz. A disponibilidade de nutrientes, locais e externos, contribui também à capacidade de sustentação da população. O mesmo pode se dizer dos energéticos fósseis (não renováveis).

10 Capacidade de sustentação
A capacidade de sustentação de uma área, para certos organismos, depende de onde estão localizados na cadeia alimentar. Geralmente, uma área pode suportar muitos produtores (no extremo esquerdo da cadeia alimentar) e poucos consumidores de alta qualidade (no extremo direito). Por exemplo, na fazenda mostrada na Figura 4.2, crescerá mais pasto que gado.

11 Capacidade de sustentação

12 Qualidade da energia Consideramos a energia da direita como de alta qualidade, porque se utilizam muitos joules no extremo esquerdo da cadeia para fazer poucos joules na direita. Um grama de serpente recebe mais energia para ser produzida que um grama de árvore; portanto, a serpente é energia de alta qualidade. A qualidade de energia é menor na esquerda e aumenta em cada passo ao longo da cadeia. .

13 Relações de energia em um sistema agropecuário simples.
Imagine uma pequena criação de gado: nesta o pecuarista cultiva o pasto, o gado pasta e logo, este é usado como única fonte de alimentos. A energia usada na manutenção do sistema provém do trabalho do pecuarista. A cadeia alimentar para este sistema simples de uma criação é representada na Figura 4.2 (a).

14 Energia em um sistema agropecuário simples.
O gado possui dois níveis tróficos no interior de seu corpo. Eles comem pasto, que é digerido por microorganismos, depois os microorganismos e o pasto restante passam a outra parte do intestino do gado. O gado converte 10% da energia disponível em uma nova biomassa, mas devido a estes dois processos de alimentação, o gado converte somente cerca de 1% da energia do pasto em carne e leite. Neste sistema de criação, o pecuarista converte 10% da energia proveniente do gado em trabalho com o qual mantém o sistema.

15 Relações de energia em um sistema agropecuário simples.
No exemplo da floresta (Figura 4.1) foram necessários 1 E6 joules de energia solar para produzir 1 joule de atividade da serpente. No sistema pecuário simples da criação se necessita da mesma quantidade de energia solar para produzir 1 joule de trabalho do pecuarista. Em outras palavras, a serpente e o pecuarista trabalham em níveis similares de qualidade de energia. Ambos utilizam a energia de suas cadeias alimentares para controlar seus sistemas.

16 Relações de energia em um sistema agropecuário simples.
A retro-alimentação na Figura 4.2 (b) vai do fazendeiro para o gado e o pasto.Ela consiste em administração da forma de cria, do rebanho e na proteção do pasto. O gado também controla o pasto alimentando-se das plantas. Assim mantém o pasto crescendo firme e evita o crescimento de arbustos e a proliferação de árvores. Esta retro-alimentação, como aquela dos insetos na floresta, parece ser necessárias para a sobrevivência de todos os sistemas.

17 Relações de energia em um sistema agropecuário simples.
Algumas pessoas sugerem que muita energia poderia ser economizada eliminando a carne da cadeia alimentar humana, e alimentando-se unicamente de vegetais. Quando observamos a situação da alimentação neste mundo de pessoas esfomeadas, isto é uma proposta desafiante. Existe 100 vezes mais energia disponível no pasto, do que há no gado no exemplo da granja.

18 Relações de energia em um sistema agropecuário simples.
Todavia, como se pode ver em todas as cadeias alimentares, a energia é concentrada por trabalho em cada nível. Para ter uma dieta balanceada, alimentando-se só de plantas, os seres humanos necessitam realizar o trabalho de coletar e concentrar energia que os animais fazem agora. Além do mais, o gado pode digerir pasto, que os seres humanos não podem. Cultivar e colher cereais, vegetais e nozes necessários para uma dieta saudável requer uma quantidade de energia muito grande.

19 Relações de energia em um sistema agropecuário simples.
Em muitas culturas, todavia, os seres humanos comem mais carne do que necessitam. A dieta mais eficiente poderia ser em sua maior parte vegetariana, com uma pequena e regular contribuição de carne, para assegurar uma nutrição balanceada.

20 Relações de energia na sociedade moderna
A Figura 4.2 representa o mundo de baixa energia. O trabalho dos homens é sustentado por uma cadeia alimentar rural baseada em pasto e gado. Na sociedade industrial moderna os homens possuem uma cadeia de energia mais larga. Ela converge mais energia para cada ser humano. O serviço humano tem uma qualidade de energia muito maior, tornando possível a execução de serviços de grande qualidade e efeito.

21 Relações de energia na sociedade moderna

22 Relações de energia na sociedade moderna
A Figura 4.3 mostra a maior e moderna cadeia alimentar, a qual se inicia com as plantas verdes produzindo matéria orgânica; esta é transformada em carvão e óleo, logo em eletricidade e combustível (como a gasolina), sustentando uma população altamente educada. A Figura 4.3 mostra que 20 milhões de joules solares são necessários para um joule de serviço humano, 20 vezes mais que no padrão simples da granja na Figura 4.2 (a).

23 Emergia solar. Toma-se muita energia de baixa qualidade (solar) para fazer energia de alta qualidade (combustível fóssil). Portanto, para comparar diferentes formas de energia, deve-se fazer um cálculo. Este é geralmente realizado usando os joules de energia solar como ponto de partida para determinar quantos joules de energia solar é tomado para produzir outra fonte de energia.

24 Emergia solar. Usamos a palavra eMergia para expressar a quantidade de energia solar utilizada para fazer um produto. Esta é expressada em eMjoules. Por exemplo, são tomados joules de luz solar para produzir 1 joule de carvão, a eMergia de um joule de carvão é eMjoules solar.

25 Transformidade. A energia solar requerida para fazer um joule de algum tipo de energia é a Transformidade solar daquele tipo de energia.. As unidades são: eMjoules solares por joule (sej/J).    joules solares requeridos  Transformidade = 1 joule de energia tipo A

26 Transformidade.   Na Figura 4.1, de joules solares gerou 100 joules de consumidores primários. Portanto, a Transformidade solar dos consumidores primários é: joules solares = sej / J 100 J de consumidores primários

27 Transformidade. A energia dos consumidores primários é vezes mais valorizada que a luz solar. O incremento direcionado à direita produz o aumento da Transformidade na cadeia alimentar. Veja a Lista de Transformidades na Tabela 27.1

28 QUESTÕES Defina o seguintes termos: eficiência, nível trófico, quantitativo, clorofila, evolucionar, capacidade de sustentação, qualidade de energia, eMergia, eMjoules, Transformidade. Na cadeia alimentar florestal, onde está a maior qualidade de energia? Por quê? Discuta a importância da retro-alimentação na Figura 4.2 (b).

29 QUESTÕES Explique por que os seres humanos são localizados ao final da cadeia alimentar na Figura 4.2 (b). Em termos de qualidade de energia, como se comparam os seres humanos da Figura 4.3 com os da Figura 4.2 (b)? Mil joules de energia solar foram transformados em 10 joules de açúcar por algas na água. Qual é a eMergia contida no açúcar? Qual é sua Transformidade? Não esqueça as unidades (J, sej, sej/J).