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SISTEMAS AMBIENTAIS
E POLÍTICAS PÚBLICAS
Texto sobre Ciência, Tecnologia e Sociedade que unifica
Ciências Básicas, Meio Ambiente, Avaliação Energética, Economia,
Micro-computadores, e Políticas Públicas.
(Este texto que deve ser acompanhado com um suplemento preparado localmente com informações e atividades específicas para cada região geográfica). por H.T. Odum, E.C. Odum, M.T. Brown, D. LaHart, C. Bersok, J. Sendzimir
e para edições internacionais: Graeme B. Scott, David Scienceman y Nikki Meith Julho de 1987 Direitos Reservados Programa de Economia Ecológica, Phelps Lab, Universidade da Florida, Gainesville Tradutores e adaptadores da versão para Internet em português: http://www.unicamp.br/fea/ortega/eco/index.htm Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada ( LEIA ) Departamento de Engenharia de Alimentos FEA, Unicamp Caixa Postal 6121 CEP 13083-970, Campinas-SP, Brasil Equipe de trabalho: Dr. Enrique Ortega-Rodríguez ortega@fea.unicamp.br M.S. Vito Comar vito@fea.unicamp.br Iuri Cunha Bueno iuri@fea.unicamp.br Isabel A. Rosa Laserna irosa@bo.net Elisa Ortega Miluzzi elisaverde@hotmail.com Giuliano Yunes juquinha@fea.unicamp.br Edson Esposito edsonesposito@zipmail.com.br
INTRODUÇÃO
As atividades humanas evoluíram a tal ponto que mudaram para sempre nossa visão da
Terra e do papel que desempenham nela os diversos povos que a habitam. O desafio educacional do momento é aprender a ver o ambiente e a sociedade como um sistema único.
A educação que cada pessoa recebe deve mostrar como o indivíduo está ligado à economia, e como, tanto ele como a sociedade e sua economia, dependem dos recursos (finitos) do meio ambiente. Com este texto iremos aprender ciência de uma nova maneira, usando como exemplos alguns dos problemas que mais nos afetam.
Usaremos diversas ferramentas científicas para entender o funcionamento do nosso mundo, entre elas: os princípios da energia, os conceitos da teoria geral de sistemas, assim como programas de computador para fazer simulações do comportamento de ecossistemas.
Da mesma forma que se chama de visão microscópica a visualização detalhada dos componentes e a análise do funcionamento de um micro-sistema , a visualização de vários ou de todos os sistemas é chamada de visão macroscópica
A aprendizagem das ciências ambientais e da economia com uma visão unificada, nos ajuda a entender qual é o impacto das políticas públicas no bem estar de nosso planeta.
Na parte I começaremos aprendendo a linguagem e os princípios dos sistemas energéticos, pois a energia é necessária para todos os processos. Depois estudaremos os diagramas dos tipos básicos de ecossistemas. O aluno aprenderá a programar para verificar como um ecossistema muda com o decorrer do tempo.
Em seguida, na parte II, apresentaremos os principais tipos de ecossistemas (biomas) da Terra, explicando suas características específicas e os problemas em relação à economia humana.
Na parte III, são estudados os sistemas econômicos humanos , começando pela agricultura, silvicultura e as cidades, considerando então os estados, as nações e suas inter-relações.
Este livro considera os conflitos na seleção das políticas públicas no uso de nossos recursos e meio ambiente. Procuraremos analisar as grandes controvérsias de nosso tempo, e ajudar a descobrir algumas políticas que podem levar à prosperidade com novos paradigmas compartilhada por maior número de pessoas.
Os cálculos de emergia nos dão formas de avaliar os recursos e benefícios para poder escolher alternativas de administração do nosso planeta.
Normalmente ensinadas separadamente, ciência, tecnologia, humanidades e economia são vistas de forma conjunta neste texto, constituindo assim uma disciplina de relevância na formação universitária
Reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.
1.3 SÍMBOLOS.
Os símbolos são simples e estabelecem graficamente as relações dos sistemas. O primeiro grupo de símbolos que é necessário aprender é dado na Figura 1.2.
Figura 1.2 Símbolos
A Figura 1.3 mostra um sistema florestal nestes símbolos. Estas unidades e caminhos são as
mesmas que na Figura 1.1, mas substituídas por símbolos: o sol é representado pelo símbolo de fonte de energia , as plantas verdes são representadas pelo símbolo de produtores e os animais pelo símbolo dos consumidores. As flechas representam o fluxo de energia de uma unidade a outra. Muitos caminhos carregam materiais e energia. Um modelo é o diagrama que mostra importantes relações em forma simplificada.
Figura 1.3 Símbolos que representam partes de uma floresta
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A Figura 1.4 apresenta outros símbolos. Um processo de interação (por exemplo, a interação de energia e materiais na fotossíntese) é representado nos diagramas de sistemas energéticos por um símbolo de interação. Uma quantidade (por exemplo, um depósito de nutrientes) representada por símbolo de depósito na Figura 1.4. Este símbolo tem a forma de alguns tipos de tanques de água.
Figura 1.4 Símbolos para Interação e Depósito
As partes e caminhos internos junto do produtor e do consumidor são diagramados na Figura 1.5. O processo de fotossíntese mostra internamente ao produtor como uma interação que combina os nutrientes e a energia. A produção também necessita uma certa quantidade de plantas (depósito de biomassa de planta) para efetuar o trabalho de fotossíntese. Um consumidor também tem um processo de interação e depósito. No exemplo do veado, o processo de interação é o de comer as plantas. O depósito é a biomassa do tecido do veado. As partes e caminhos internos a um consumidor são similares aos de um produtor.
Figura 1.5 Partes internas a um produtor e um consumidor
Na Figura 1.5 existem linhas que fluem dos depósitos novamente aos processos de interação. Isto indica que o depósito de biomassa está envolto na produção de mais biomassa. Uma linha que retorna desde a esquerda do diagrama se chama retorno , ou retroalimentação.
A energia está disponível para realizar trabalho somente quando está relativamente concentrada. Quando a energia se dissipa, perdendo sua concentração e sua capacidade de realizar trabalho útil, dizemos que está dispersa. Algo de energia está sempre sendo disperso de um depósito de energia concentrada, ou quando é usada em um processo de
interação. A dispersão de energia que acompanha todos os depósitos e processos se mostra com o símbolo de sumidouro de calor na Figura 1.6. A energia dispersa não pode ser usada novamente.
Figura 1.6 Sumidouro de calor.
Muita da energia solar usada no processo de produção é dispersa durante seu uso. É necessário dispersar a maioria da energia solar incidente para poder produzir um pequeno depósito de energia como biomassa. Quando um animal consumidor come uma planta, a maioria da energia do alimento é dispersa para manter o animal com vida e operar os processos de crescimento.
1.4 SISTEMA FLORESTAL.
As partes da floresta expostas nas figuras anteriores podem ser integradas para mostrar um sistema florestal completo de forma simples, como se mostra na Figura 1.7. A caixa desenhada ao redor dos símbolos marca os limites do sistema. Somente os símbolos da fonte de energia e o sumidouro de calor são desenhados fora dos limites, isto devido que a primeira é abastecida por uma fonte externa ao sistema, e no sumidouro de calor a energia é dispersa do sistema e não pode ser reutilizada.
Figura 1.7 Ecossistema florestal desenhado com os símbolos
Devido que a parte da energia solar flui pela floresta sem ser utilizada, a linha do sol é
desenhada com um braço que sai novamente do sistema. Os nutrientes liberados pelos consumidores se mostram reciclados desde a esquerda voltando novamente ao processo de produção da planta.
Em resumo, os símbolos de energia mostram como estão conectadas as partes produtoras e consumidoras de um ecossistema, o uso da energia, a reciclagem de materiais e o uso do depósito para ajudar nos processos de produção.
1.5 O SÍMBOLO DE TRANSAÇÃO MONETÁRIA.
Em um sistema econômico que inclui dinheiro, este é utilizado para pagar bens e serviços. Como se mostra na Figura 1.8, a energia flui em uma direção (as linhas sólidas) enquanto que o dinheiro flui em direção oposta (linha interrompida). A carne e as colheitas vão desde a fazenda até a cidade e o dinheiro retorna para pagá-los.
Figura 1.8 Energia e dinheiro fluem em direção oposta
Os símbolos com os caminhos usuais de conexão se dão logo abaixo. Sete deles são usados neste capítulo; os últimos três se apresentarão mais adiante. Caminho Energético - fluxo de energia ou materiais. Fonte de Energia - energia que acompanha cada recurso usado pelo ecossistema, como o sol, o vento, as marés, as ondas nas praias, a chuva, as sementes trazidas pelo vento e pelas aves. Depósito -
CAPÍTULO 2. OS FLUXOS DE ENERGIA E MATERIAIS ATRAVÉS DE
ECOSSISTEMAS
OBJETIVOS:
- Listar as principais fontes de energia e mostrar seu fluxo através de uma floresta;
- Enunciar duas leis da energia e explicá-las mediante exemplos;
- Definir as unidades de energia: kilocaloria e joule;
- Identificar e diagramar os principais elementos e produtos da fotossíntese, e o consumo orgânico;
- Traçar os ciclos de fósforo e nitrogênio no ecossistema florestal;
- Acompanhar o fluxo de água no ecossistema florestal;
- Diagramar um ecossistema florestal que inclua as fontes e os fluxos de energia, fósforo, nitrogênio, água, oxigênio e dióxido de carbono.
2.1 UM MODELO MAIS DETALHADO DO SISTEMA FLORESTAL.
No Capítulo 1 examinamos um modelo muito simples de ecossistema florestal e fizemos uma introdução dos símbolos para diagramar as partes e os processos. Neste capítulo continuaremos usando o mesmo modelo, mostrando o armazenamento e os fluxos dos resíduos, nutrientes, dióxido de carbono e oxigênio. Para sobreviver, um ecossistema necessita de um abastecimento contínuo de materiais essenciais. Estes podem vir de fora do sistema, da reciclagem dos materiais ou de ambos. Um diagrama de sistema pode ser usado para mostrar as fontes e fluxos, dos materiais mais importantes e da energia. Um diagrama pode também ser desenhado para mostrar as fontes e fluxos de cada tipo de material por separado.
Geralmente, pode-se resumir o processo de produção da fotossíntese pelas plantas verdes (por exemplo: folhas das árvores) com ajuda de energia solar, da seguinte maneira :
**(água) + (dióxido de carbono) + (nutrientes) = (material orgânico)
O processo de consumo orgânico pelos consumidores (incluindo fogo e consumo industrial de combustíveis) ocorre em direção contrária:
**(material orgânico) + (oxigênio) = (água) + (dióxido de carbono)
Os processos de produção e consumo em uma floresta se mostram, com ajuda de símbolos, na Figura 2.1.
As partes e processos mostrados no diagrama do bosque (Figura 2.1) integram um ecossistema trabalhando. As diversas plantas verdes utilizam a energia do sol, água e nutrientes do solo e dióxido de carbono do ar para produzir matéria orgânica. Parte da matéria orgânica é alimento de insetos quando ainda está verde, parte é consumida por micróbios (organismos microscópicos) logo que cai ao solo, parte se queima nos incêndios. Os consumidores usam oxigênio do ar e liberam nutrientes, dióxido de carbono e um pouco de água como subprodutos.
O vento é uma fonte externa que renova a atmosfera, de oxigênio e dióxido de carbono. Quando o vento sopra através da floresta, leva consigo qualquer excesso de dióxido de carbono acumulado pelos consumidores.
A primeira é a Lei da Conservação de Energia que declara que a energia não pode ser criada nem destruída. Em nosso caso, significa que a energia que flui para dentro de um sistema é igual à energia adicionada ao depósito mais aquela que flui para fora do sistema. Na Figura 2.1 os depósitos não estão mudando, a soma das entradas é igual à soma das saídas de energia; os joules de energia que entram no sistema das fontes externas, são iguais aos joules de energia que se dispersam pelo sumidouro.
A segunda lei, é a Lei de Dispersão de Energia. Esta lei declara que a disponibilidade para que a energia realize algum trabalho se esgota devido à sua tendência à dispersão (se degrada). A energia também se dispersa dos depósitos de energia. Quando apresentamos o símbolo do sumidouro de calor no último capítulo, dissemos que os sumidouros de calor eram necessários para todos os processos e depósitos. Os sumidouros de calor são necessários devido à segunda lei. Observe os caminhos da dispersão de energia no diagrama da floresta na Figura 2.1, os joules de energia que fluem pelo sumidouro de calor não estão disponíveis para realizar mais trabalho porque a energia se encontra demasiado dispersa; a energia que se dispersa é energia utilizada, não é energia desperdiçada; sua saída do sistema é parte inerente e necessária de todos os processos, biológicos ou qualquer outro.
2.5 O CICLO DE ÁGUA NA FLORESTA..
Os ecossistemas necessitam de água. As árvores da floresta absorvem grandes quantidades de água pelas raízes, e a conduz através dos troncos, para as folhas, e a expulsa mediante poros microscópicos nas folhas em forma de vapor. Esta saída de água se chama transpiração. A quantidade de água que flui através das árvores pelo processo de transpiração é muito maior que a pequena quantidade de água usada na fotossíntese. Parte da água da chuva se evapora antes de alcançar o solo. A soma da transpiração e da evaporação é chamada evapotranspiração. A Figura 2.2 mostra os fluxos e depósitos de água em um metro quadrado de um ecossistema florestal. Pouca água é armazenada (em depósito) comparada com a quantidade que flui através de todos sistemas (chuva, lixiviação e transpiração). A Figura 2.2 é a parte da água da Figura 2.1.
Figura 2.2. Depósitos e fluxos de água no ecossistema florestal da Figura 2.1.
Reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.
2.6 O CICLO DO FÓSFORO.
Substâncias químicas (nutrientes) são também necessárias para os depósitos e processos de um ecossistema. Um dos nutrientes mais importantes para a construção de organismos é o fósforo. Geralmente o fósforo é mais escasso que outros nutrientes, tais como o nitrogênio e o potássio. Se o sistema florestal não reciclasse o fósforo, este poderia ficar tão escasso, que limitaria o crescimento das plantas da floresta.
Fluxos e depósitos que contém nutrientes ricos em fósforo estão incluídos na Figura 2.1. A entrada e a reciclagem do fósforo pode mostrar-se por separado retirando do diagrama os itens que não contém fósforo. Na Figura 2.3 se mostram os caminhos e depósitos restantes como o diagrama do ciclo do fósforo.
Figura 2.3. Ciclo do fósforo para o ecossistema desenhado na Figura 2.1.
Reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.
O diagrama mostra a chuva e as rochas como fontes externas de fósforo. O fósforo está presente como fosfatos inorgânicos que as plantas usam para produzir compostos orgânicos necessários para a vida. O fósforo nestes compostos, participa da biomassa que regressa a formas inorgânicas mediante os consumidores, quando eles usam a biomassa como alimento. O fósforo inorgânico liberado se torna parte do depósito de nutrientes no solo. Assim, o fósforo se move em um ciclo como mostra a Figura 2.3. Parte flui para fora do sistema com as águas que saem pela superfície do solo ou percola para o lençol freático. O fósforo não tem fase gasosa em seu ciclo.
2.7 O CICLO DO NITROGÊNIO.
O elemento químico nitrogênio é essencial para todas as formas de vida e seus produtos. É um dos elementos necessários para fazer proteínas (músculos em carnes, nervos, cabelos, tendões, pele, penas, seda, leite, queijo, sementes e nozes, enzimas), e estruturas genéticas.
78% do ar é composto por gás nitrogênio, mas a maioria dos organismos não podem utilizá-lo nesta forma. O nitrogênio em seu estado gasoso pode converter-se em formas utilizáveis (nitratos, nitritos, e amônia) por processos especiais que necessitam de energia. Por exemplo, os processos industriais usam combustíveis para converter o gás nitrogênio para fertilizantes nitrogenados para fazendas. A energia nos relâmpagos converte o nitrogênio em nitratos na chuva. As plantas, algas e bactérias que podem fazer isto são chamadas fixadoras de nitrogênio. Algumas plantas e árvores possuem nódulos que fixam o nitrogênio usando açúcar que é transportado desde as folhas como fonte de energia. As algas azul-esverdeadas podem fixar o nitrogênio usando a luz solar. Algumas bactérias podem fixar o nitrogênio usando matéria orgânica como fonte de energia.
A Figura 2.4 mostra o ciclo do nitrogênio nos ecossistemas. Iniciando pelos organismos fixadores de nitrogênio, o nitrogênio passa às plantas, e logo para os animais, seguindo a cadeia alimentar. Nas plantas e nos animais, o nitrogênio se encontra em forma de compostos orgânicos como as proteínas. O nitrogênio retorna para o solo e a água em forma de dejetos animais e pela decomposição de plantas e animais. Várias substâncias de dejetos que contém nitrogênio, como a uréia na urina, são convertidas por bactéria em amônia, nitritos e nitratos; estes são usados novamente pelas plantas para fechar o ciclo. Alguns micróbios devolvem o nitrogênio à atmosfera como gás nitrogênio. Isto se chama desnitrificação.
Figura 2.4 Ciclo do nitrogênio em um ecossistema. 'M' representa os micróbios.
Diagramas parecidos podem ser desenhados para cada substância química utilizada nos
processos de produção e consumo, tais como o carbono e o oxigênio.
CAPÍTULO 3. CADEIA ALIMENTAR DO BOSQUE DE PINHEIROS
OBJETIVOS:
- Fazer uma lista das partes e explicar os processos do ecossistema florestal, usando o bosque de pinheiros como exemplo;
- Explicar como, muitas partes da árvore, recebem seu alimento a partir das folhas;
- Traçar os caminhos da cadeia alimentícia do bosque de pinheiros, conectando plantas, animais, solo e microorganismos;
- Nomear e descrever o símbolo para uma função de interrupção ou desvio; explicar como o incêndio na floresta é um exemplo; indicar como o fogo é um consumidor, e identificar seus subprodutos;
- Explicar como a retroalimentação que provém dos animais pode controlar as plantas.
No Capítulo 2, os fluxos de energia e materiais em ecossistemas, foram estudados usando a floresta como exemplo. Neste capítulo estudaremos com mais detalhe as árvores, a cadeia alimentar, os decompositores, o controle das ações dos animais e o fogo, e a forma em que o ecossistema do bosque de pinheiros se reorganiza com o tempo.
3.1 FOTOSSÍNTESE E RESPIRAÇÃO DA PLANTA.
O açúcar produzido pela fotossíntese da folha alimentará outras partes da árvore. O açúcar
passa através de delgados canais das folhas para os ramos, galhos, tronco, raiz, flores e frutos. A Figura 3.1 mostra as folhas como produtoras e o resto da árvore como consumidor. As partes consumidoras da árvore mantém as folhas, processam nutrientes e água provenientes do solo e levam a cabo a reprodução. Na noite, as folhas também se tornam consumidoras, utilizando os depósitos de açúcar produzidos durante o dia anterior com a luz do sol. O processo de consumo utiliza açúcar e oxigênio e libera dióxido de carbono, água e nutrientes conforme se descreveu no Capítulo 2. Esse processo é também chamado respiração.
Figura 3.1 Fotossíntese e transpiração da planta.
Normalmente a produção das folhas é maior que o consumo pelo resto da planta. A árvore inteira produz alimento suficiente para manter outras partes do ecossistema, incluindo animais e organismos do solo. Para mostrar que a fotossíntese e a respiração são partes do processo de produção da planta, um grande símbolo de produção é desenhado ao redor de todas as partes da árvore na Figura 3.1.
O sol e o vento fornecem energia para ajudar às folhas a transpirar a água. Esse fluxo de água flui pelos capilares (finos canais) da madeira dos troncos, transportando ao mesmo tempo os nutrientes necessários para a fotossíntese da folha. Na Figura 3.1, o caminho da água e nutrientes é mostrado como um caminho que se origina na terra e vai para as folhas.
3.2 MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO E DECOMPOSITORES.
As plantas e animais eliminam materiais ou morrem, seus restos caem ao solo como matéria orgânica morta. Esse material se chama serapilheira. Estão incluídos na serapilheira as folhas mortas, ramos, troncos, excrementos de animais, penas, etc. Muitas espécies de animais do solo, incluindo uma grande biomassa de minhocas, se alimentam da serapilheira, dividindo-a em pequenas partículas. Fungos, bactérias e outros microorganismos usam a matéria orgânica restante como comida. Esses consumidores
chamam decompositores porque desdobram moléculas orgânicas complexas em nutrientes simples; produzem nutrientes (como fosfatos, nitratos, potássio e muitas outras substâncias químicas) que podem novamente ser absorvidas pelas raízes.
3.3 FOGO E O SÍMBOLO DE INTERRUPÇÃO OU DESVIO.
Na Figura 3.2 está um novo símbolo, o qual representa a ação de interrupção ou desvio. Esse símbolo é usado para indicar que o caminho se inicia ou se termina, de acordo com algumas condições de controle. Por exemplo, o fogo é uma ação de desvio. Se inicia quando a biomassa é suficientemente alta e algo acende a chama, na Figura 3.3 é representado como símbolo de desvio. O fogo consome a biomassa e muitos nutrientes são liberados.
Figura 3.2 Símbolo para uma interrupção ou desvio que pode ser iniciado ou apagado.
3.4 DIAGRAMA MAIS DETALHADO DO BOSQUE DE PINHEIROS.
Um modelo mais detalhado do ecossistema do bosque de pinheiros, está desenhado na Figura 3.3. Inclui os símbolos da Figura 3.1. Se refere aos caminhos do leito, os depósitos de biomassa morta, de micróbios decompositores com sua liberação de nutrientes e a interação com os animais do solo.
3.5 ESTRUTURA DA CADEIA ALIMENTAR.
Em uma cadeia simples de alimentação a planta produtora é comida por um consumidor de plantas (herbívoro), que por sua vez pode ser ingerido por um carnívoro. O primeiro é um consumidor primário e o segundo é um consumidor secundário. Por exemplo, o esquilo come sementes de pinheiro, e a coruja come o esquilo. Em cada elo da cadeia alimentar algum alimento volta a fazer parte dos tecidos do próximo consumidor.
Usualmente cadeias alimentares simples estão ligadas a outras cadeias alimentares com caminhos ramificados, que formam a Rede Alimentar. A cadeia alimentar do bosque de pinheiros é apresentada na Figura 3.3.
3.6 CONTROLE DE RETROALIMENTAÇÃO.
Na Figura 3.3 os caminhos de retroalimentação mostram a ação dos consumidores para
controlar as plantas, e a ação dos altos consumidores em controlar os mais baixos. Enquanto o alimento se move da esquerda à direita, a ação de controle vai de direita à esquerda. O término do controle de retroalimentação se refere ao serviço que faz o consumidor de nível superior para os organismos inferiores. Por exemplo, as abelhas polinizam as flores enquanto recoletam néctar; os esquilos plantam frutos de carvalho e os pássaros transportam sementes.
O controle da população é outro exemplo do serviço de controle da retroalimentação. Quando uma espécie de planta se torna numerosa, a população de insetos que se alimenta dela, também aumenta. Ao comer grande quantidade de plantas, os insetos podem regular o número de plantas daquela espécie, permitindo o aumento de outras espécies. Como resultado, a floresta mantém uma grande diversidade (diferentes espécies) e melhor produção global.
f. _______ produção
- Dê 2 exemplos de controle de retroalimentação ou serviço.
- Marque os seguintes animais com a letra do grupo ao qual eles pertencem (alguns podem pertencer a mais de um grupo). a. consumidores primários b. consumidores secundários c. consumidores terciários _______ coruja _______ insetos _______ pássaros _______ sapos _______ serpentes _______ ratos
- Descreva 2 caminhos de minerais que podem ser reciclados num ecossistema.
CAPÍTULO 4. NÍVEIS TRÓFICOS E QUALIDADE DE ENERGIA
OBJETIVOS:
- Definir e diagramar uma cadeia alimentar, destinguindo 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.
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. Estes passos são denominados níveis tróficos.
4.1 UMA CADEIA ALIMENTAR QUANTITATIVA.
Figura 4.1 Cadeia alimentar da floresta com níveis de transformação sucessiva de energia. A retroalimentação dos serviços é omitida.
Reprinted with permission from Environment and Society in Florida - (Cat#SL0802) Copyright CRC Press, Boca Raton, Florida - 1997.
A cadeia alimentar de uma floresta se apresenta na Figura 4.1. A relação de energia entre as partes de uma cadeia, pode ser facilmente observada. Aproximadamente 1 000 000 ( 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. Em outras palavras, cerca de 10 000 joules de árvores novas e outras plantas são produzidas por ano. 999 000 joules se perdem como energia necessária utilizada durante o processo de produção. A eficiência de uso da energia solar, é portanto:
10 000 1
--------- = --- ou 1%
1 000 000 100
A faixa de eficiência para a fotossíntese, em diferentes espécies de plantas, está entre 0,01- 2%. Estas eficiências são baixas porque a luz solar é muito 'diluída', e são necessários muitos passos sucessivos e extensiva maquinaria celular (que contém clorofila) para concentrá-la e obter uma energia de alta qualidade. As plantas estão envoltas no processo fotossintético há vários bilhões de anos, portanto, isto deve ser a maneira mais eficiente de usar a energia solar. Esta idéia é importante quando a energia solar é considerada como fonte de energia para sistemas humanos.
A cada nível sucessivo de nossa cadeia alimentar florestal, cerca de 10% da energia disponível para aquele nível, é convertida em nova biomassa. Esta faixa também se aplica a produtores, os quais consomem 90% de sua própria produção durante a respiração.
pelo gado. Poderíamos esperar que o gado converta cerca de 10% da energia disponível para eles 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.
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 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.
A retroalimentação na Figura 4.2 (b) vai do fazendeiro para o gado e o pasto. A retroalimentação desde o fazendeiro representa a administração na forma de cria, rebanho, e proteção do pasto.
O gado também controla o pasto alimentando-se das plantas. Isto mantém o pasto crescendo firme e evita o crescimento de arbustos e a proliferação de árvores. Esta retroalimentação, como aquela dos insetos na floresta, parece ser necessárias para a sobrevivência de todos os sistemas.
Existem algumas sugestões de 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. 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 recoletar e concentrar energia que os animais fazem agora. Cultivar e colher cereais, vegetais e nozes necessários para uma dieta saudável requer uma quantidade de energia muito grande. Além do mais, o gado pode digerir pasto, que os seres humanos não podem.
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.
4.5 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. 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).
Figura 4.3 Cadeia energética para uma população urbana, baseada em combustível.
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4.6 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.
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 40.000 joules de luz solar para produzir 1 joule de carvão, a eMergia de um joule de carvão é 40. eMjoules solar.
4.7 TRANSFORMIDADE SOLAR.
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 solar de energia tipo A = -------------------------
1 joule de energia tipo A
Na Figura 4.1, 1 000 000 de joules solares gerou 100 joules de consumidores primários. Portanto, a Transformidade solar dos consumidores primários é:
1 000 000 joules solares
------------------------------------ = 10 000 sej / J
100 joules de consumidores primários
A energia dos consumidores primários é 10 000 vezes mais valorizada que a luz solar. O incremento direcionado à direita produz o aumento da Transformidade na cadeia alimentar.
Veja a Lista de Transformidade na Tabela 27.
4.8 PERGUNTAS E ATIVIDADES PARA O CAPÍTULO 4.
- Defina os seguintes termos: 1..1 eficiência 1..2 nível trófico 1..3 quantitativo 1..4 clorofila
