Água como meio ecológico

(1)

Água como meio ecológico

(2)

O ciclo hidrológico

• Em larga escala, ciclos da água entre oceanos, atmosfera e o ambiente

terrestre via processo de evaporação, preicipitação, transpiração e superfície e subsuperfície flui.

• Hidrodinâmica é a variação no movimento da água e mudanças em sua distribuição no tempo e espaço.

(3)

O ciclo hidrológico é fortemente influenciado pela energia da radiação solar, gravidade e rotação (efeito Coriolis) da Terra e gravidade da lua e do sol (ondas do oceanos).

Energia solar influencia evaporação, transpiração e ventos.

Energia solar causa movimento da água líquida, via diferenças de

densidade térmica e propagação das ondas de vento.

(4)

Água como meio ecológico

• Problemas ecológicos



elementos em

quantidades limites

• Fatores em mínimo ou limitantes

• Ex. Ambiente terrestre



luz

• CO

₂



fator limitante

• Ambiente aquático



luz



fator limitante

(5)

Água como meio ecológico

• Águas claras



elementos minerais (P, N)



fatores limitantes.

• Outros fatores importantes

–

• matéria orgânica



animais, bactérias

• Sais minerais



vegetais

(6)

Água como meio ecológico

• Organismos



contribuição para a formação

do ambiente

• Úteis ou nocivos

• Produção de O

₂

pelos vegetais



úteis

• Antibióticos



impedem o desenvolvimento

(7)

Água como meio ecológico

• Interações entre as várias espécies



qualidade e abundância de plâncton

• Limnologia



estudo do ambiente químico e

(8)

Água como meio ecológico

• Propriedades gerais das massas de água

• Principais tipos de mananciais

• Poços, rios ou lagos

• Poços

– Artesianos –

• Grande profundidade

(9)

Água como meio ecológico

• Poços artesianos

– Ausência completa de micro-organismos

– Pobreza de substâncias orgânicas

(10)

Água como meio ecológico

• Rios

• Presença de correnteza

• Não possuem concentrações tão elevadas de

substâncias nutritivas

(11)

Água como meio ecológico

• Rios

• Classificação

• Natureza da fonte

• Glaciários, fusão da neve, nascentes e

(12)

Água como meio ecológico

• Rios

• Nascentes do ponto de vista ecológico

– Topográficas ou físico-químicas

• Teor de carbonatos

• Potencial hidrogeniônico

(13)

Água como meio ecológico

• Rios - Constância

• Natureza perene ou intermitente

• Declividade, tamanho, velocidade da

correnteza



fatores intimamente

relacionados

• Tamanho e declividade



velocidade

(14)

Água como meio ecológico

• Rios

–

constância

• Rios lentos



velocidade inferior a 0,5 ms

-1

• Rápidos



Superior a 0,5 ms

-1

(15)

Água como meio ecológico

• Zona 1

–

águas muito rápidas



musgos e

hepáticas

• Zona 2



moderadamente rápidas



leito de

pedras ou cascalhos grandes

–

Ramunculus

(16)

Água como meio ecológico

• Zonas 4 e 5



média a lenta e muito lenta ou

desprezível



grande número de variedades

(17)

Água como meio ecológico

• Regiões ecológicas

• Limnética



região pelágica dos oceanos



que não depende do leito ou das margens

• Pedônica



(bentônica dos oceanos)



corresponde ao leito e região litorânea ou

paralimnética (litorânea dos oceanos)

(18)

(19)

Água como meio ecológico

• Organismos pedônicos



ao sabor da

(20)

Água como meio ecológico

• Rios

• Natureza do leito

• Maior velocidade



leitos com seixos de

maior volume

• Menor velocidade



sedimentação do

material mais fino e leve

(21)

Água como meio ecológico

• 0,60

–

1,20 ms

-1



_cascalhos

• 0,30

–

0,60 ms

-1



_{silte e pedregulho}

• 0,20 ms

-1



_arenoso

• 0,20

–

0,12 ms

-1



_siltoso

• Menor do que 0,12 ms

-1



_{lodo ou vaza}

(22)

Água como meio ecológico

• Temperatura

• Importante fator ecológico

• Variação de temperatura

– Economia de O₂

– Economia de CO₂

– Teor de carbonatos

– pH

(23)

Água como meio ecológico

• Rios

• Produtividade

• Capacidade de alimentar organismos: riqueza

em nutrientes

→ reprodução de

organismos aquáticos

• Massa de organismo pedônico sobre área do

(24)

Água como meio ecológico

• Lagos

• Maior estabilidade

• Maior superfície de evaporação

• Maior sedimentação do lodo do fundo

(25)

Água como meio ecológico

• Lagos

• Origem

• Natural



fenômenos vulcânicos, tectônicos

• Artificiais

(26)

Água como meio ecológico

• Lagos

• Temperatura

• Calor  não uniforme

• Certas épocas  estratificação térmica  camadas

• Epilímnio  superficial  temperatura uniforme

• Metalímnio  Brusca queda de temperatura

(27)

(28)

Água como meio ecológico

• Fenômeno de circulação



(vento)



camada

superior

• Período de estagnação

(29)

Água como meio ecológico

• Lagos

• Tropicais



entre 20 e 30º C

– Circulação total  épocas mais frias – irregular

– Pequeno gradiente térmico

– Gradiente de densidade suficiente  estratificação

(30)

Água como meio ecológico

• Temperados  temperatura da superfície  4º C no

inverno

– Maior do que este valor no verão

– Gradiente térmico elevado

– Variação anual grande

– Dois períodos de circulação total – primavera e final de outono

• Subpolares  Temperatura da superfície  4º C 

curto período no verão

(31)

Mudanças sazonais na turbulência e estratificação na

(32)

Exemplo de um lago:

32

Lago temperado formado por falha geológica,

mostrado durante o verão.

As diferenças de densidade devido à temperatura

resultam em camadas estáveis ou estratos. Este processo é chamado de estratificação.

Know your lake regions for benthic and open water habitats.

Why the difference in O₂ and CO₂?

(33)

(34)

Água como meio ecológico

• Subpolares

– Metalímnio  pouco desenvolvido – situado próximo à superfície

– Circulação total  início do verão e início do outono

(35)

Água como meio ecológico

• Lagos – ordens

• Primeira  temperatura de fundo em torno de 4ºC,

lagos profundos com mais de 60 m

• Segunda  estratificado termicamente 

temperatura de fundo menor do que 4º C, 8 a 60 m de profundidade

• Terceira  não estratificados  lagos rasos 

(36)

Água como meio ecológico

• Lagos

• Produtividade

– Antiguidade

– Lagos mais profundos e recentes  fundo pobre

 fauna menos rica

(37)

Água como meio ecológico

• Lagos mais profundos de origem recente

• Zona efetiva de penetração de luz (habitada

por algas)



zona autotrófica ou

(38)

Água como meio ecológico

• Lagos oligotróficos



pouco produtivos

• Lagos eutróficos



mais antigos, ricos em

nutrientes e rasos

(39)

Água como meio ecológico

• Processo de eutrofização de um lago

– Cor, turbidez  fatores que determinam variações na penetração da luz

– Nutrientes minerais, micronutrientes, fatores físicos  produção de algas

– Sedimentação

• Lagos distróficos  características morfológicas de lago eutrófico  alto teor de material em suspensão

(40)

Produtividade e status trófico

• Produtividade de um ecossistema é geralmente classificado de acordo com os estados tróficos por conveniência:

– Oligotrófico (baixa)

– Mesotrófica (média)

– Eutrófica (alta)

• Estes estados representam faixas em um continuum de

potencial de produtividade em um sistema.

• O ímpeto para identificação de estado trófico veio de

(41)

Produtividade e status trófico

• Ser capaz de classificar sistemas é conveniente para comparação de diferentes áreas bem como para a

definição de objetivos do gerenciamento e pontos de referência.

• Estado trófico é geralmente definido como um

(42)

Classificações fixas de limites

OECD = Organização para cooperação econômica e desenvolvimento

P Total = fósforo dissolvido em formas sólidas; inorgânico e orgânico. Chl médio = média anual de clorofila.

(43)

(44)

(45)

(46)

Propriedades físicas das massas de

água

• Densidade resultante de grandes volumes  não uniforme

• Causas

– Presença de substâncias dissolvidas ou em suspensão

– Pressão

– Temperatura

• Substâncias dissolvidas  pouca influência em águas doces

• Pressão  (4ºC, 1 atm)  1

– 10 atm  1,0005

(47)

Propriedades físicas das massas de

água

• Variações da temperatura  principal causa da

mudança de densidade  zonas de massa de água diferentes ou em tempos diferentes

• Densidade sempre diminuída  baixa ou eleva a temperatura de 4ºC

• Diferença de densidade  maior em altas temperaturas

(48)

Propriedades físicas das massas de

água

• Viscosidade e tensão superficial

• Obstáculo aos movimentos do deslocamento

• Viscosidade muito superior à do ar

• Animais aquáticos



grande força muscular para

se deslocarem

(49)

Propriedades físicas das massas de

água

• Viscosidade é tanto maior quanto mais baixa for a temperatura

• Duas vezes maior na água à temp. próxima de 0º C do que a 25º C.

• Tensão superficial  importante elemento ecológico,

• Atração unilateral  moléculas de interface líquido-ar  filmes

(50)

Tensão superficial

50

• Nas interfaces ar ou água-sólido, moléculas de água estão completamente ligadas pelo H, juntas, como uma molécula de camada fina de gelo.

• Esta tensão de força adicionada é utilizada por muitos artrópodos

aquáticos ou semi-aquáticos.

• Isto também explica a habilidade da água a se comportar contra a

gravidade em espaços estreitos; ação capilar.

Water strider (right)

(51)

Propriedades da luz na água

• Refração

• Atenuação com a profundidade

• Luz e status trófico

(52)

Propriedades da luz na água

(53)

Propriedades da luz na água

A quantidade refletida depende das

condições da onda e a cobertura de gelo.

Luz que penetra a superfície pode então ser absorvida, refletida ou transmitida.

A intensidade da luz decresce

logaritmicamente com a profundidade; um processo denominado Atenuação (extinção).

Zona Eufótica

(54)

54

• Diferentes comprimentos de onda da luz são absorvidos

distintamente na água. Azuis e verdes penetram mais

profundamente e vermelhas, o

mínimo. Por que o “azul do mar profundo”?

• Partículas e matéria orgânica colorida dissolvidas vão

posteriormente influenciar como rapidamente cores diferentes de luz são absorvidas em águas naturais.

Coeficiente de atenuação (ou extinção) k é definido como:

k = (ln I_o – lnI_z) / z Intensidade da luz a uma dada profundidade pode ser calculada como:

(55)

(56)

Profundidade Secchi e Status Trófico

• Profundidade Secchi (ZSD) pode ser usada para estimar o coeficiente de atenuação (k).

• k = 1.7 / ZSD ; ou seja 1% do nível de luz sendo 2,7 vezes ZSD, ou que 16% da

(57)

Reflexões dos raios solares: variações

de cor e de turbidez

• Intensidade das radiações  inclinação dos raios

• Altitude e transparência da atmosfera  outros fatores de importância

• Luminosidade do céu  difusão dos raios solares  afetam ondas de pequeno comprimento 

coloração azul

(58)

Reflexões dos raios solares

• Energia total recebida



15 kCal/m

2

_/min



regiões mais quentes

• Reemissão



aquecimento do solo



radiações terrestres (grande



)

• Superfície do lago



coloração



absorção

de grande parte das radiações

(59)

Reflexões dos raios solares

• Porção de radiações que atravessa a massa de água:

– Luz: atravessa o líquido, muda em qualidade

– Calor: absorvida pela água

• Grande importância para a vida e distribuição dos organismos aquáticos

• Grau de penetrabilidade: fator de grande importância ecológica

(60)

Reflexão dos raios solares

• CO

₂

na água (sobretudo com poluição orgânica)



atmosfera



luz como fator limitante para

organismos submersos (grande profundidade)

• Intensidade de saturação



intensidade

(61)

Reflexão dos raios solares

• Regiões mais profundas



luz utilizada com a

máxima eficiência

• Profundidade de compensação



onde todo

(62)

Reflexão dos raios solares

• Profundidade de compensação:

• Regiões inferiores



tendem a consumir O

₂

• Superiores



tendem a enriquecer-se em O

₂

• Fator importante para o dimensionamento de

(63)

Reflexão dos raios solares

• Quantidade de luz  preferências pelos organismos clorofilados

(64)

Reflexão dos raios solares

• Espectro de absorção de clorofila  luzes azul e vermelha

• Luz vermelha com maior rendimento

• Outros pigmentos presentes  azuis, amarelos e vermelhos  podendo realizar fotossíntese

• Ex. Algas vermelhas  pigmentos vermelhos

• Fluorescência  reemissão de luz de outro

(65)

Reflexão dos raios solares

• Transmissão da luz



interferência de outros

fatores

– Ação seletiva da água (transparente às radiações de curtos comprimentos

– Ação de matérias em suspensão

– Efeito seletivo das matérias corantes

(66)

Reflexão dos raios solares

• Turbidez  dispersão dos raios luminosos

• Remoção  filtração ou sedimentação

• Turbidez verde  grande número de micro-organismos clorofilados

• Coeficiente de extinção  porcentagem de luz

perdida em cada m de profundidade

• Coeficiente de transmissão  porcentagem

transmitida por m de profundidade

(67)

Reflexão dos raios solares

• Lei de Beer-Lambert



cálculo da intensidade

luminosa a uma profundidade d:

• I

_d

= I

_o

e

-kcd

• Id = intensidade da luz após a passagem em

um meio, com coeficiente de absorção

k

,

concentração de partículas em suspensão

c

e

profundidade

d

(68)

Reflexão dos raios solares

• Coeficiente de extinção

• I

_d

= I

_o

e

-nd

• Onde n = kc

• Na prática calculado pelo disco de Secchi

• Organismos planctônicos (vegetais ou

animais)



causa de turbidez na água

(69)

Reflexão dos raios solares

• Cor



forte ação seletiva sobre a luz

• Água “

pura

”



absorve 90% da radiações com



entre 7400 e 8000 A

• Substâncias coloridas no meio



absorção de

ondas luminosas no extremo azul do espectro

• Água de lago com 30 unidades de cor



100%

(70)

Reflexão dos raios solares

• Cor em águas naturais  produtos de decomposição de matéria orgânica ou do húmus de solos

adjacentes  relação quantitativa entre carbono orgânico e cor

• Poluição  propriedades óticas de um manancial  cor e turbidez

• Indústrias têxteis, curtumes (tanino)

• Esgotos domésticos  aumento de turbidez

(71)

Reflexão dos raios solares

• Perda de turbidez  sedimentação  diminuição da velocidade

• Represamento de um rio (turbidez e cor elevadas)  condições de luminosidade adequadas para o

desenvolvimento de flora e fauna clorofiladas

(72)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Duas formas de comportamento:

• Homeotermos

(aves e mamíferos): presença

de dispositivo termostático

• Poiquilotermos

: reações orgânicas limitadas

pela temperatura ambiente

• Clima aquático



mais estável que o clima

aéreo.

(73)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Radiações solares  calor em massa d’água

• Condensação do vapor na superfície – fontes termais

 outras formas de calor

• Calor perdido por radiação e evaporação

• Condução de calor para o fundo

• Capacidade de penetração  energia da radiação e quantidade de material pigmentado

(74)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Transferência de calor para as camadas mais

profundas  circulação  diferenças de densidade

• Ação do vento

• Ação da correnteza  rios

• Condução de calor  extremamente lenta

(75)

(76)

Calor sensível versus calor latente da água

Temperatura da água líquida responde de modo constante à medida que o calor é adicionado ou removido; chamamos isso de calor sensível à medida que nós

podemos sentir a mudança de calor pela medição da mudança da temperatura com um termômetro.

Entretanto, nenhuma mudança de temperatura é observada na remoção de

80cal/g da água líquida 0ºC para se converter em gelo a 0ºC. Isto é chamado de calor latente de solidificação (congelamento). Há também calor latente de

(77)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Estrato de elevada estabilidade  lagos com p > 12 m

• Primeira camada  epilímnio ( 10 m)

• Camada intermediária  termoclina, camada de descontinuidade ou metalímnio

• Camada inferior > 20 m  hipolímnio  variações

(78)

O Termoclina como uma barreira!

78

Grandes quantidades de energia são necessárias para “quebrar” um

(79)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Distribuição de calor em um lago  impulso das

moléculas pelo vento  circulação da massa d’água.

• Deslizamento das partículas de água ao longo da superfície de margem a margem  resistência das camadas mais frias

• Fenômeno variável segundo a época do ano

(80)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Circulação total da primavera

• Regiões de clima temperado  elevação da temperatura ( 4ºC)

• Estabilidade de estratificação = zero

• Vento  causador da mistura

• Camadas superiores afundam (densidade maior)

(81)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Estagnação de verão:

• Aquecimento progressivo da superfície

• Circulação apenas na região superior

(82)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Circulação parcial de outono

• Destruição progressiva da estratificação



abaixamento gradual da temperatura da

superfície

• Camadas superiores na termoclina



(83)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Estagnação de inverno

• Inversão de estratificação do lago

• Água a 4ºC



fundo do lago

• Camadas de menor temperatura



acima

(84)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Lagos de regiões equatoriais, subtropicais

• Estratificação  intensidade e periodicidade diferentes

• Entre 24 e 25ºC  variação de densidade 30 x do que entre 4 e 5ºC  alta estabilidade de

estratificação

• Leve esfriamento  grandes diferenças de

(85)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Regiões tropicais  temperatura superficial  Nunca é inferior a 20 ou 30 C

• Pequeno gradiente térmico  gradiente de densidade  estratificação estável –

– Período de circulação total  épocas mais frias do ano

• Regiões subtropicais  estratificação e circulação  padrões similares às regiões temperadas

– Mas nunca há o fenômeno da estratificação inversa

• Regiões polares e subpolares: t superfície raramente > 4ºC

– Capa de gelo impede a ação do vento

(86)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Efeitos da introdução de despejos:

• Aumento da quantidade de material em solução

• Fenômenos de oxidação biológica da MO

• Aquecimento nos fundos dos rios  quantidades importantes de lodo de esgoto no leito

• Despejos industriais (t )  principal causa de

(87)

Variações da temperatura

–

Estratificação térmica

• Elevação da temperatura  perda de O₂

•  solubilidade   temperatura

• Processos aeróbios de decomposição da MO  processos anaeróbios  produção de mau cheiro (desprendimento de mercaptanas, H₂S; asfixia de organismos aquáticos aeróbios, maior solubilização de compostos de Fe, etc.)

(88)

Estratificação de densidade em lagos

Causas & Perfis

Padrões de circulação sazonal Classificação de lagos

• Massas de água formarão camadas em função da elevação da densidade com a profundidade.

• Qualquer água mais densa à superfície se

afundará a uma profundidade de igual densidade ou para o fundo do lago.

• Água mais densa que afunda (correntes de convecção) e ondas de vento criam misturas turbulentas, misturando a massa de água.

• Estabelecimento e sustentabilidade de distintas camadas requerem baixa turbulência:

- Condições calmas e vento fraco

- Regime estável de temperatura diária

(89)

Efeito da pressão na densidade:

• Pressões mais elevadas decrescem a temperatura da

densidade máxima.

• Tanto a profundidade como a altitude (referente ao nível do mar ) mudarão a pressão.

– O fundo de um lago profundo pode ser mais frio do que 3,98ºC (densidade máxima a 1 atm). Mudanças aproximadas de 0,1ºC por 100 m.

– Um lago de alta altitude pode ter um fundo levemente mais quente do que um idêntico, sob o mesmo clima, ao nível do mar.

(90)

Efeito da

salinidade na

densidade:

• Solutos também decrescem a

temperatura da densidade máxima e

decrescem o ponto de congelamento. De fato, densidade continuará a se elevar em água salgada até o ponto de

congelamento mais frio (ex. -1,9ºC no oceano).

• Alguns lagos e todos os estuários

experimentam mudanças na temperatura e salinidade; cujas profundidades das camadas dependerão dos efeitos

combinados na densidade.

• Cabalização é uma consequência

(91)

Estratificação térmica devido aos

efeitos da salinidade (TDS)

O perfil TDS mostraria uma elevação com a

profundidade. Este é um lago de deserto, à medida que água se evapora uma

mais salgada e mais densa afunda,

levando calor com ela.

Pure H₂0

Pond

Lago

(92)

Efeitos dos sedimentos suspensos:

• Água carregada com

sedimentos em

suspensão é mais densa do que a água mais

clara com temperatura , salinidade e pressão

similares.

– Ex.: Rio Negro fluindo sobre a camada de

sedimentos do Rio Amazonas.

(93)

Classificação de lagos pela circulação

• Amixis

se refere a um lago que nunca sofre

mudanças; chamado como um lago amíctico.

• Holomixis

se refere ao lago que sofre mudanças.

A frequência da mistura sobre escalas de anos ou

décadas é usada para classificá-los.

• Lagos Dimíticos seguem o padrão descrito para

(94)

Mistura de lagos

• Lagos podem ser classificados segundo o número de vezes que misturam:

• – Monomíticos: misturam uma vez

• – Dimíticos: misturam duas vezes

• – Polimíticos: misturam várias vezes

• – Meromíticos: raramente misturam até o fundo

• • Em regiões sub-tropicais os lagos são monomíticos ou polimíticos, dependendo do tempo de residência

(95)

Classificação de lagos pela circulação

• Lagos Oligomíticos mudam na frequência de poucos anos.

• Lagos Monomíticos mudam uma vez:

– Monomixis frio: lagos mais frios que estratificam

inversamente somente no inverno (cobertura de gelo) e misturam no resto do ano.

– Monomixis aquecidos: lagos mais aquecidos, que se

misturam no inverno (nunca com superfície congelada) e estratificam no verão.

(96)

(97)

(98)

Mistura de lagos

• É preciso adicionar energia para provocar a

mistura

(99)

Fontes de energia para a mistura

• Trocas atmosféricas: transferência de calor

pela interface ar-água

• • Ventos: introdução de turbulência

(100)

(101)

Ventos

• São, frequentemente, a principal fonte de

energia para mistura

• As ondas na superfície e a respectiva

turbulência misturam o epilimnio

(102)

(103)

(104)

(105)

VAZÕES AFLUENTES

• Usualmente apresentam densidade diferente

da água armazenada

• Movem-se entre as camadas na forma de

corrente de densidade

• São importantes fontes de energia

(106)

VAZÕES DE SAÍDA

• Provocam turbulência

• Transformam energia cinética em Potencial

• A zona afetada depende da estabilidade da

(107)

Propriedades químicas das

massas d’água

• Elevada capacidade de dissolver substâncias

iônicas ou moleculares



soluções

eletrolíticas ou não eletrolíticas

(108)

Propriedades químicas das

massas d’água

• Água isenta de impurezas



impossível de ser

obtida (mesmo em laboratório)

– Água das nuvens  pequenas parcelas de sulfatos, cloretos, etc

– Chuva  recebem amônia, nitratos, etc.

(109)

Propriedades químicas das

massas d’água

• Lei de Liebig ou lei do mínimo: a abundância dos organismos em um meio é proporcional à

concentração do elemento fertilizante assimilável que se encontra em quantidade mínima, relativamente à exigência desses organismos.

• Fatores ambientais inter-relacionados  não agem de forma independente

(110)

Propriedades químicas das

massas d’água

• Águas com substâncias altamente tóxicas  certas espécies adaptadas  sem concorrência  grande proliferação (número reduzido de espécies com

grande número de indivíduos).

• Quanto mais facilmente utilizáveis as fontes de

energia  maior o número de espécies  menor o número de indivíduos  Diversidade ou

(111)

Propriedades químicas das

massas d’água

• Salinidade do meio



fator limitante da vida

• Salinidade excessiva



impede

desenvolvimento de grande número de

espécies

• Diferenças de temperatura e de densidade



(112)

Propriedades químicas das

massas d’água

• Estratificação química  estratificação bioquímica da

massa d’água

• Duas zonas:

– Trofogênica  mais superficial  maior absorção da luz

 reações de fotossíntese e produção de MO

– Trofolítica  processos de desassimilação ou

decomposição

• Estagnação de verão  lagos  zona trofogênica no epilímnio (às vezes na termoclina)

(113)

Distribuição dos gases:

• Concentração



pressão parcial do gás e

temperatura

• Relações entre pressão, temperatura e

qualidade dos gases



estudos limnológicos

• Vida



quantidade de OD

• Peixes salmonídeos (trutas e salmões)



(114)

Distribuição dos gases:

• Oxigênio

• 1 l de ar  210 mg de O₂ e 790 mg de N₂

• Lagos oligotróficos  geralmente profundos  águas claras (pobres em nutrientes orgânicos e minerais)  O₂ constante, da superfície ao fundo

• Lagos pouco profundos  ricos em MO em plâncton  eutróficos O₂ decresce sensivelmente em regiões mais fundas.

• Produtividade de um lago  curva de O₂

(115)

(116)

Distribuição dos gases:

• Lagos de pequena profundidade  fenômeno não se verifica

 ação dos ventos  rara a estratificação

• Zonas superiores  enriquecido por O₂ da fotossíntese

• Aumento da temperatura  velocidade da oxidação 

atividade respiratória dos organismos  maior consumo de O₂

• Lagos termicamente estratificados  mais ricos em O₂ no metalímnio

(117)

Estratificação por Temperatura

ou Íons Dissolvidos (sais):

• Haloclina

= descontinuidade relativamente

brusca de salinidade no oceano a uma

particular profundidade.

• Picnoclina

= camada onde ocorrer uma rápida

(118)

Estratificação por Temperatura ou

Íons Dissolvidos (sais):

(119)

Distribuição dos gases:

• Organismos subaquáticos



processos

variados para obtenção de O

₂

(respiração)

• Trocas gasosas por osmose

• Brânquias



peixes e crustáceos

• Insetos (estado larvários)



tubos para

respiração

(120)

Distribuição dos gases:

• Introdução de MO  grandes reduções de O₂

• Oxidação de MO  ação catalisadora de micro-organismos por bactérias aeróbias

• DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio 

expressa o valor da poluição produzida por matéria orgânica oxidável biologicamente  quantidade de O₂ consumida pelos micro-organismos

• Demanda grande  consumo de todo Oxigênio

Dissolvido (OD)  morte dos organismos aeróbios

(121)

Gás carbônico e potencial

hidrogeniônico

:

• Distribuição do CO₂  oposta ao O₂

• CO₂ produzido em regiões mais profundas (região trofolítica)  não se perde  não atravessa a

termoclina

• O₂ formado na superfície  livre saída para a atmosfera (região trofogênica)

• Ar e água  Trocas de O₂  produtora (dia) e

(122)

Gás carbônico e potencial

hidrogeniônico

:

• CO

₂



fundamental importância



metabolismo das algas

• Introdução nas massas d’água:

– água da chuva  ar atmosférico (zonas industriais, sobretudo) e

– húmus  MO em decomposição nos solos

(123)

Gás carbônico e potencial

hidrogeniônico

:

• Combinação com a água:

– ácido fraco  ácido carbônico

– CO2 + H2O <--> H2CO3

– Águas ricas em carbonatos (águas em regiões calcárias)  bicarbonatos (solúveis)

(124)

Gás carbônico e potencial

hidrogeniônico

• Presença de bicarbonatos em solução ou

carbonatos precipitados



CO

₂

no meio

• Ocorrência de fenômeno geológico



Precipitação de calcário (verão)



gás

carbônico menos solúvel em águas quentes

(125)

Gás carbônico e potencial

hidrogeniônico

:

• Gás carbônico de equilíbrio



que não reage

com carbonatos



estabilidade do teor de

bicarbonatos

(126)

Gás carbônico e potencial hidrogeniônico

• CO2 agressivo  água  ácido carbônico  acidez

• Gotas de chuva (CO₂ atmosfera)  pH sensivelmente

reduzido  maior declínio  passagem pelo solo (micro-organismos produtores de húmus)  pH de 4 ou 5

• pH  relação entre CO₂ e carbonatos

• Efeito tampão da mistura  dificulta as flutuações de pH

• Águas relativamente pobres em carbonatos 

(127)

Gás carbônico e potencial hidrogeniônico :

• Efeito Tampão  importante do ponto de vista ecológico

• Líquidos no organismo  tamponados

• Águas pobremente tamponadas  risco de se tornarem ácidas (enriquecimento de CO₂) ou alcalinas (pela intensa reprodução de vegetais)

(128)

Sais Minerais

• De maior interesse para os organismos vegetais

• Organismos autótrofos  Carbono (CO₂) + O₂ e H₂ (água) + sais minerais (quantidades bem modestas)

• Elementos essenciais  N, P, S, Mg, K, Ca e Fe

(129)

Sais Minerais

• Águas doces, em solução  carbonatos, sulfatos, cloretos, silicatos, nitratos e fosfatos de cálcio,

magnésio, sódio, potássio e ferro  natureza geológica, MO e fatores indiretos (t, CO₂ e O₂)  solubilidade na água.

• Águas com quantidades elevadas de sais:

– Boratos  lagos da Califórnia

– Sulfetos  frequentes em águas de fontes termais

(130)

Lagos coloridos

Os gigantescos campos aráveis próximos de Beaumont, Austrália, estão repletos de lagos salinos. As cores são produzidas por algas e pelos diferentes graus de salinidade

do solo. A alta salinidade dificulta o cultivo para os agricultores (DW: Meio

(131)

Sais Minerais

• Concentração de sais  seleção de organismos  fator osmótico

• Nitratos e fosfatos  quantidades abaixo do nível ótimo para o desenvolvimento de algas  águas naturais  pequena densidade de algas

(132)

Sais Minerais

• Eutrofização cultural  atividades agrícolas, esgoto doméstico, detergentes, etc.

• Remediação para eutrofização cultural  controle de erosão do solo; uso racional e cuidadoso de fertilizantes e tratamento terciário de esgotos (primário – elimina germes; secundário – remove sólidos; terciário – remove fósforo e outras

substâncias químicas)

(133)

Compostos de Nitrogênio

• Águas naturais  nitratos em solução

•

• Águas que recebem esgotos  compostos mais complexos  compostos orgânicos quartenários, amônia e nitritos 

existência de poluição recente  oxidação rápida na água por bactérias nitrificantes  Índice de presença de despejos

orgânicos

(134)

Compostos de Nitrogênio

• Passagem pelo solo  bactérias nitrificantes  amônia em nitritos e nitratos

• Atividade bacteriana  fixação do nitrogênio na

massa d’água  gêneros de algas cianofíceas

• Nitrogênio  importância fundamental à vida dos organismos  integrante da molécula de proteína e do protoplasma

(135)

Compostos de Nitrogênio

• micro-organismos de água doce  Nitrogênio  Um dos maiores fatores limitantes

• Quantidades predominantes no protoplasma – muito escassos em águas doces  organismo tem

dificuldades em obtê-los do meio

(136)

Diagrama do Ciclo do Nitrogênio na água. N2 no ar é fixado pela cianobactéria e colocado na forma de proteína, que é comida pelos peixes. O peixe libera NH3, que é utilizada por bactérias heterotróficas, plantas, cianobactérias e as bactérias Nitrosomonas. Os três primeiros incorporam NH3 em proteína. Nitrosomonas a convertem em NO2, que por sua vez é utilizada pela Nitrobacter, que libera NO3. NO3 é um nutriente para vegetais e é também utilizado pelas bactérias

(137)

Compostos de fósforo:

• A história do fósforo é mais simples. Fósforo

tipicamente está disponível para plantas como

organofosfato (PO

₄-3

_).

• Outras fontes de fosfato são cadáveres de

animais, resíduos de animais, ossos e

(138)

Compostos de fósforo:

• Participam da composição das águas naturais em quantidades muito pequenas

• Importante componente da substância viva  núcleo-proteínas – ligado ao metabolismo

respiratório e fotossintético

• Fator limitante mais importante  vida dos micro-organismos aquáticos

(139)

Compostos de fósforo:

• Despejos orgânicos (esgotos domésticos) e alguns tipos de despejos industriais  incremento do

elemento

• Detergentes de uso doméstico e industrial  despejos em fósforo

• Outras fontes:

– Apatitas  minerais fosfáticos

– Fosfatos inorgânicos dos solos  não são facilmente carregados pelas águas das chuvas

– Bactérias capazes de reduzir fosfatos a fosfitos,

(140)

Outras substâncias minerais

• Ferro  na água sob forma de bicarbonato solúvel

• Solubilidade  pH, teor de CO₂ e OD

• Manganês  comportamento semelhante ao do Fe

• Fe e Mn  fator limitante à vida de certas bactérias que o utilizam como material oxidável

(141)

Outras substâncias minerais

• Sílica  importante elemento no metabolismo das algas diatomáceas (formação de carapaças silicosas)

• Águas naturais  ricas em ortossilicatos não dissociados, em sílica coloidal

• Drenagem de águas ricas em gás carbônico  dissolução de rochas silicosas  enriquecimento das águas

• Proliferação intensa de diatomáceas  diminuições consideráveis do teor de sílica

• Enxofre, potássio, magnésio  podem ser importantes ao desenvolvimento de organismos em geral