Slide 1 - Unicamp

208. Aquário Aberto
(OPENAQ)
O ecossistema em um aquário selado ilustra os
princípios básicos de operação de um ecossistema.
Quando há luz se produz oxigênio e matéria orgânica,
que são usados pelos consumidores; os quais
devolvem nutrientes básicos e CO2.
A matéria orgânica e os nutrientes aumentam e
diminuem de acordo com os períodos alternados
de luz e escuridão.
Ar
Nutrientes
XS
K7
N
Oxigênio
Luz
S
I
K0
X
K2
K1
I= S/(1+K0*N)
N= TN-L1*Q
DQ= K1*I*N-K4*X*Q
DX= K2*I*N - K3*X*Q - K7*(1-X/XS)
K3
X
Matéria
orgânica
K4
Q
X
OPENAQ mostra o comportamento
do oxigênio. A maioria dos aquários
fechados possuem um espaço com
ar acima da água.
O oxigênio se
difunde na água.
Com a fotossíntese produz oxigênio ele
pode atingir a supersaturado e nessa
situação ele pode voltar ao ar, pela via
da difusão ou como borbulha gasosa.
Como o consumo do
oxigênio ocorre durante a
respiração noturna, ele é
reabastecido pela difusão a
partir do espaço aéreo.
Os gráficos de simulação do modelo incluem:
• a taxa de produção P,
• a taxa de respiração R, e
• a produção líquida Pnet = P-R.
30
25
20
15
10
5
0
-5 0
50
100
150
200
250
-10
N
DQ
S
P
R
X
http://www.unicamp.br/fea/ortega/ModSim/openaq/closeaq Mi.xls
A produção líquida é positiva durante o dia e negativa à noite.
Como resultado o oxigênio aumenta e diminui. Este é um
bom modelo para utilizar na medição do oxigênio dissolvido
durante o dia.
Exemplos de
Microcosmos fechados
Aquários fechados
podem ser encontrados
em salas de aula em
escolas do mundo todo
aos milhões. Alguns
crescem na presença
de luz, alguns têm
animais, outros
possuem ecossistemas
de água salgada.
Alguns foram observados trabalhando por décadas
mesmo que permanentemente selados. Por possuírem
muitas características de grandes ecossistemas esses
pequenos ecossistemas confinados são chamados
microcosmos.
1. Qual seria o efeito da adição de uma grande
quantidade de matéria orgânica.
Estabeleça o valor inicial de Q = 10,000.
Qual será o efeito disso no balanço relativo da
produção e da respiração?
Experimentos "E se "
2. O que aconteceria se a luz fosse ligada
continuamente?
Por quê a produção de matéria orgânica e
oxigênio aumentaria temporariamente?
3. Qual seria o efeito da adição de uma grande
quantidade de nutrientes inorgânicos N?
Estabeleça TN = 50. O excesso de metabolismo
continua?
Se os processos metabólicos se auto-regulam o
ecossistema atinge o estado de homeostáse.
4. A taxa de difusão do ar trocado com a água
depende do coeficiente de difusão K7.
Esta difusão depende da intensidade de
agitação da água.
Qual é o efeito de
reduzir o coeficiente de
difusão a um décimo
do seu valor atual?
Isto pode ocorrer se
houvesse um plástico
flutuando na superfície
da água.
http://www.unicamp.br/fea/ortega/ModSim/openaq/openaq-208.html
Um Aquário Humano
Experimento
Biosfera 2
www.bioquest.org/simbio2.html
CENÁRIO 1: “Espaço para mais um?"
Não foi permitida entrada ao
habitat dos humanos na
Biosfera 2 durante o
experimento. Uma vez por
semana, alguns visitantes
podiam “ver” e falar com os
bioesferianos pelo telefone.
Novas habilidades técnicas foram necessárias devido a um
problema interno de manutenção que ocorreu no segundo dia.
Um bioesferiano de reserva foi enviado neste dia.
– Que mudanças você esperaria?
– Que mudança deve ser feita no modelo?
– Como uma pessoa extra afetará a capacidade de suporte?
O modelo pode ser alterado
clicando duas vezes no ícone
de pessoas e ajustando o valor
inicial de 8 para 9 pessoas.
Comparada aos níveis
encontrados no gráfico
produzido pelo modelo
original, como a adição de
uma pessoa alterou a % de
capacidade de suporte?
“Precisamos de mais plantas!"
Como as plantas que cresciam
na Biosfera 2 não eram para
consumo humano,
provavelmente faltariam à
mesa as bananas do habitat
da floresta tropical.
Um grupo de professores ao saber do problema da diminuição
da % de O2 ocorrido na Biosfera 2, sugeriu colocar mais
plantas aos modelos, o dobro do que havia no início.
– Isto ajudará?
– Como poderiam os professores alterar o modelo para
acrescentar mais plantas?
– Você esperaria que isto aumentasse o nível de % de O2?
O modelo pode ser alterado
clicando duas vezes no ícone
de produção das plantas e
ajustando o valor inicial de
800 g/m2 para 1600 g/m2.
Comparada aos níveis
encontrados no gráfico
produzido pelo modelo
original, a % de
capacidade de suporte
aumentou?
Você se surpreendeu?
O que aconteceu?
CENÁRIO 3: “Quanto tempo temos?"
Considerando que algum dia poderiam ocorrer emergências
no espaço que requereriam a transferência de tripulação
para outra nave, um grupo de cientistas da NASA decidiu
usar o modelo da Biosfera 2 para verificar quanto tempo
uma nave de resgate suportaria humanos se o seu número
dobrasse repentinamente. Mesmo com recursos de
emergência, os humanos começariam a perecer quando o
nível de capacidade de suporte caísse abaixo de 25%.
– Como o modelo pode ser alterado pelos cientistas para
simular a nave de resgate com astronautas extras?
– Quanto tempo você acha que a tripulação da nave de
resgate sobreviverá?
O modelo pode ser alterado
clicando duas vezes no ícone
de pessoas e ajustando o
valor inicial de 8 para 16
pessoas.
Quanto tempo tem as
pessoas que superlotam a
nave de resgate antes de
precisar de suprimentos?
CENÁRIO 4A: "Dobro, dobro... fadiga e problemas?"
A visão de dentro...
Quanto de suporte a mais seria necessário se o
experimento Biosfera 2 tivesse a duração de 6 anos?
Como você mudaria o modelo?
O que você acha que aconteceria?
Para alterar o primeiro modelo
quando o menu surgir abaixo
do comando RUN você deve
escolher Simulation Setup e
alterar End Simulation at Time
de 1460 dias (4 anos) para 2920
dias (8 anos).
A % de capacidade de
suporte se altera após 365
dias? Por quê?
O que isto significa para
os Biosferianos?
CENÁRIO 4B: “Diminuir seria a resposta?"
Um declínio
próspero e feliz ... ?!?
Se você fosse capaz de reduzir o número de humanos
para quatro, eles ainda precisariam de recursos externos
para sobreviver no experimento de seis anos?
Que alterações seriam necessárias para construir um
modelo que respondesse esta questão?
Você acha que este número de humanos seria
problemático?
Para alterar o modelo clique
duas vezes no ícone ”People” e
mude o número de pessoas de 8
para 4. Após isto, escolha o
comando RUN, clique em
Simulation Setup e altere End
SImulation at Time de 1460 dias
(4 anos) para 2920 dias (8 anos).
Comparada aos níveis
encontrados no gráfico
produzido para o modelo de 4
anos no Cenário 4A, de quanto
altera a % de capacidade de
suporte quando o número de
pessoas é reduzido?
Qual é a utilidade de se
conhecer isto?
COMPUTER MINIMODELS AND SIMULATION EXERCISES FOR
SCIENCE AND SOCIAL STUDIES
Howard T. Odum* and Elisabeth C. Odum+
* Dept. of Environmental Engineering Sciences, UF
+ Santa Fe Community College, Gainesville
Center for Environmental Policy, 424 Black Hall
University of Florida, Gainesville, FL, 32611
Copyright 1994
Autorização concedida gentilmente pelos autores para
publicação na Internet
Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada - LEIA Unicamp
Enrique Ortega
Mileine Furlanetti de Lima Zanghetin
Liana Barbudo Carrasco
Campinas, SP, 20 de julho de 2007