Ecologia II: Ecossistemas fluviais
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Ecologia II: Ecossistemas fluviais Manuela Abelho 2012 1.1. A importância da água e dos rios 1.INTRODUÇÃO Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 2 A água na Terra Cerca de 71% da superfície da Terra está coberta de água A maior parte da água é salgada; Apenas uma pequena porção está associada às áreas continentais que o homem habita Da água existente nas áreas continentais, a maior parte encontra-se sob a forma de gelo ou é água subterrânea, difícil de utilizar Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 3 Distribuição da água na Terra Oceanos Gelo (calotes polares e glaciares) Aquíferos e solo Lagos de água doce Lagos salinos Atmosfera Rios Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente Volume (milhares de km3) 1 338 000 24 100 8 100 125 104 13 2 4 Importância dos rios • Apesar do pouco volume de água os rios são elementos essenciais no ciclo da água e de outros materiais – Transportam sais, sedimentos e organismos – Ligam as bacias hidrográficas à atmosfera aos oceanos • Têm uma grande relevância ecológica e social – A humanidade desde sempre esteve ligada aos rios – As grandes civilizações desenvolveram-se ao longo do curso dos rios – Os rios são uma fonte de recursos valiosos: água, pesca, solos férteis, vias de transporte • A maior parte dos cursos de água do mundo encontra-se profundamente alterada: construção de barragens, dragagens, rectificação de traçado, margens artificiais, etc. Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 5 Usos dos rios Usos • Abastecimento de água para consumo e para rega • Navegação • Transporte de efluentes • Pesca • Aquacultura • Produção de energia hidroeléctrica • Atracção turística (pesca desportiva, paisagem, …) Manuela Abelho 2012 Consequências • Conflitos entre os vários usos • Problemas ecológicos e sociais • É necessário colocar um valor nos recursos hídricos e nos ecossistemas que mantêm a sua integridade, para compreender como o seu uso afecta esse valor Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 6 Serviços que os ecossistemas fluviais prestam à humanidade • Serviços dos ecossistemas: Disponibilidade de água Produção de comida e outros bens (pesca, – funções que se traduzem Regulação do clima em benefícios para a qualidade de vida das Regulação de gases com efeito de estufa (CO2, metano) sociedades humanas • Os rios prestam numerosos serviços à sociedade, alguns de grande valor económico Regulação de perturbações (cheias) Reciclagem de nutrientes e depuração da água Tratamento de materiais (sedimentos, matéria orgânica) Turismo e cultura Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 7 Quantidade e qualidade da água • A qualidade da água é tão importante como a sua disponibilidade • Os ecossistemas aquáticos providenciam numerosos benefícios para além do uso directo da água • O valor dos ecossistemas aquáticos continentais deriva do seu efeito sobre o controlo de cheias, fornecimento de água e tratamento de efluentes • Este valor é maior nas zonas húmidas, rios e ribeiros do que nos ecossistemas terrestres Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 8 O valor da qualidade da água • Estimativas – Dinheiro gasto pelas pessoas para viajar até um habitat aquático – Relação estatística entre um atributo do ecossistema e benefício económico – Questionários a pessoas sobre o valor que atribuem a um recurso aquático • Exemplo – Ao aumentar o valor estético de um lago turístico (melhor claridade da água), mais pessoas utilizarão o recurso, aumentando os lucros do proprietário • Valor da água (quantificável) – Água potável para consumo humano – Água para irrigação – Pesca e recreação Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 9 Actividades humanas que afectam os ecossistemas fluviais • Actividades na zona ripícola e na planície de inundação – Remoção da vegetação da zona ripícola – Obras de protecção contra cheias – Dragagens e canalização do caudal – Extracção de areias – Agricultura – Pastoreio – Actividades recreativas Manuela Abelho 2012 • Contaminação atmosférica e precipitação ácida • Transvases entre bacias hidrográficas • Alterações no uso dos solos: – Reflorestação e desflorestação – Urbanização – Agricultura – Drenagem – Estradas Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 10 Actividades humanas que afectam os ecossistemas fluviais • Destruição do habitat (dentro e fora dos rios) • Alterações dentro do rio: – – – – – – – – – – – – Regulação do caudal (represas/diques) Pesticidas Herbicidas Fertilizantes (carga de nutrientes) Esgotos (carga de matéria orgânica) Efluentes químicos Resíduos sólidos Poluição térmica Efluentes mineiros Extracção/incorporação de caudal Exploração de espécies nativas Introdução de espécies exóticas… Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 11 1.2 Propriedades da água http://www.physicalgeography.net/fundamentals/8a.html 1. INTRODUÇÃO Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 12 Propriedades da água • As propriedades únicas da água determinam a sua actuação como solvente e a forma como a sua densidade responde à temperatura • Estas propriedades físicas têm fortes implicações biológicas e o conhecimento das características da água são a base das ciências aquáticas • As propriedades físicas da água são tão importantes para a ciência que formam a base de vários sistemas de medida, incluindo massa, calor, viscosidade, temperatura e condutividade • As propriedades da água influenciam a geomorfologia, o transporte de esgotos humanos, a ligação entre os habitats terrestres e aquáticos e a evolução dos organismos Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 13 A molécula milagrosa Hidrogénio: 1 electrão Oxigénio: 8 electrões; Ligações covalentes: partilha de electrões entre átomos numa molécula Oxigénio mais electronegativo que os hidrogénios Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 14 O ângulo certo: 104.5º Oxigénio mais electronegativo , “puxa” os electrões para si Carga negativa no lado do oxigénio e negativa no lado dos hidrogénios Numa molécula linear estas cargas seriam insignificantes, mas a água é fortemente polar Dipolo (um pólo tem carga negativa e o outro tem carga positiva) Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 15 Como as moléculas se mantêm juntas: as ligações de hidrogénio • Ligações de hidrogénio: atracção electrostática entre pólos com carga oposta em duas moléculas • A polaridade da molécula faz com que água seja um forte solvente e é responsável pela sua elevada tensão superficial Manuela Abelho 2012 A polaridade provoca uma forte atracção electrostática entre moléculas de água Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 16 O elixir da vida • A água líquida é a melhor substância para dissolver materiais e para providenciar um meio de reacção – solvente universal • Transporte de substâncias em solução nos rios e no corpo dos organismos • É um líquido óptimo para transporte ou líquido circulatório – o sangue contém 93% de água, transporta nutrientes e hormonas e excreções metabólicas • Os organismos vivos dependem das reacções enzimáticas – a água é o melhor meio de reacção; os organismos contêm 70-85% de água • A água transporta uma grande quantidade de calor quando evapora – é o líquido de arrefecimento corporal • É um excelente estabilizador da temperatura porque possui um elevado calor específico Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 17 A água como solvente http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/tutorials/chemistry/page3.html Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 18 Elevado calor específico • Quantidade de energia necessária para alterar a temperatura de uma substância • A água pode absorver grandes quantidades de energia sem aumentar a sua temperatura e liberta energia lentamente ao arrefecer • O elevado calor específico da água modera o clima da Terra e ajuda os organismos a regular a sua temperatura corporal • Por exemplo, para a mesma altitude e latitude, na Islândia existe uma amplitude térmica anual de apenas 11ºC enquanto que na Sibéria a amplitude térmica anual é 67ºC Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 19 Sibéria: 65ºN Amplitude térmica anual = 67ºC Islândia: 65ºN Amplitude térmica anual = 11ºC Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 20 Água e pH O pH da água é neutro no estado puro e altera-se com os solutos dissolvidos A chuva contém dióxido de carbono e dióxido de enxofre dissolvidos Tem naturalmente um pH ácido de 5.6 Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 21 Elevada tensão superficial • Adesiva e elástica, as suas moléculas agregam-se em gotas em vez de se espalharem nas superfícies • Esta característica permite que a água se agarre às superfícies verticais apesar da força da gravidade • A elevada tensão superficial da água permite que se formem gotas e ondas, permite o movimento da água (e dos nutrientes dissolvidos) da raiz às folhas das plantas e o movimento do sangue através dos vasos sanguíneos • A tensão superficial da interface ar-água serve de suporte a muitos organismos de dimensões consideráveis (exemplo: alfaiates) • Diminui com temperatura, salinidade, concentração de compostos orgânicos dissolvidos Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 22 Tensão superficial A forma como as moléculas da agua se atraem criando elevada tensão superficial Diminuição da tensão superficial Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 23 A água “gosta” de ser líquida • A água é a única substância na Terra que existe no ambiente nos 3 estados físicos (sólido, líquido e gasoso) e a única que se mantém no estado líquido à pressão e à temperatura normais existentes em quase toda a Terra • Sem as ligações de hidrogénio a água seria um gás à temperatura ambiente • É necessário adicionar à água uma grande quantidade de energia (calor) para separar as moléculas, i.e., para a transformar num gás – a água tem um elevado ponto de ebulição • Ou seja, a água é líquida entre os 0 e os 100ºC Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 24 Congelamento, volume e densidade O congelamento da água aumenta o seu volume Ao congelar a água expande cerca de 9% do seu volume A água doce tem densidade máxima a 3.98ºC A água é a única substância que não tem densidade máxima no estado sólido Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 25 Densidade: uma anomalia… A água torna-se mais densa à medida que arrefece porque as suas moléculas se vão mexendo cada vez mais devagar e se aproximam No entanto, a 3.98ºC as moléculas adoptam um arranjo de cristal e a densidade da água diminui O gelo é menos denso que a água líquida e isso tem importantes implicações biológicas (QUAIS?!...) Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 26 Densidade e solutos Salinidade (‰) 0 1 Densidade (a 4ºC) 1.00000 1.00085 2 3 1.00169 1.00251 10 35 1.00818 1.02822 A densidade da água aumenta com a concentração de solutos (água salgada) Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 27 Propriedades da água Propriedade Comparação com outras substâncias Densidade Máximo próximo dos 4ºC e não no ponto de congelamento, expande com o congelamento Pontos de fusão e de ebulição Muito altos Calor específico Mais elevado apenas na amónia líquida Calor de evaporação Entre os mais elevados Tensão superficial Elevada Absorção da radiação Mínima na região visível; mais elevada na radiação vermelha, infravermelha e ultravioleta Propriedades de solvente Excelente solvente para iões e moléculas polares; aumenta com a temperatura para os iões, diminui com a temperatura para os gases Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 28 Luz, calor e solutos químicos • O movimento dos solutos na água é um factor-chave para a sobrevivência e para o crescimento dos organismos aquáticos e de extrema importância para a compreensão da poluição aquática • A luz é a principal fonte de energia para a vida na Terra; sem luz não existiria fluxo de energia através dos ecossistemas e a maior parte dos ciclos biogeoquímicos pararia • A luz aquece a água, levando à sua estratificação • A temperatura e o movimento da água estão intimamente ligados à taxa a que os solutos se movem na água Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 29 Difusão de solutos na água – Gradiente de concentração entre dois pontos • Maior gradiente maior difusão – Transporte advectivo, i.e., correntes que movem os solutos • Maior transporte maior difusão – Temperatura • Temperatura mais elevada maior difusão – Tamanho das moléculas • Moléculas menores maior difusão – Presença e estrutura dos poros de sedimentos • Poros maiores maior difusão – Transporte activo dos solutos pelos organismos Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 30 C1 C2 Lei de Fick para a difusão química J A taxa de difusão (J) diminui com o aumento da distância entre os dois pontos e com a diminuição da diferença entre as concentrações x1 - x2 J D (C1 C2 ) ( x1 x2 ) J fluxo de difusão D coeficient e de difusão C concentração x distância Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 31 Luz e aquecimento da água • A interacção entre a luz e a água é importante: – A luz é necessária para a fotossíntese – Organismos com olhos ou sensores para a luz usam-na como uma pista sensorial – A luz aquece a água levando à sua estratificação • A atmosfera altera a intensidade e a composição da radiação solar que chega aos ecossistemas aquáticos – Alguns componentes atmosféricos removem específicos – O pó e as núvens provocam dispersão e absorção da luz – O ozono absorve a radiação UV Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 32 A luz na água • Luz que atinge a superfície da água – Parte reflectida • Depende da existência de ondas, do ângulo de incidência, da presença de neve ou gelo – Parte entra • Absorvida por água, partículas, solutos • Transformada em calor • Reflectida/dispersa • Transmitida em profundidade Manuela Abelho 2012 Luz reflectida Luz incidente Superfície da água Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente Luz dispersa Partícula 33 Atenuação da luz • Actividades biológicas limitadas pela quantidade de luz em profundidade • A intensidade luminosa diminui logaritmicamente com a profundidade (atenuação) • Taxa de atenuação depende da reflexão e absorção pela água, solutos e partículas • Águas mais produtivas, com elevada biomassa de organismos fotossintéticos em suspensão (eutróficas), com grande carga de materiais em suspensão ou elevada concentração de materiais coloridos dissolvidos têm maior atenuação • Águas menos produtivas (oligotróficas) têm maior transmissão e a luz chega a maiores profundidades Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 34 Coeficiente de atenuação ou de extinção da luz na água ln I1 ln I 2 z 2 z1 I intensidad e luminosa z profundida de I1 I 2 100 % de transmissão/m 1 I1 I1 e I 2 intensidad e luminosa (medida à distância de 1m em profundida de) Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 35 Atenuação da luz e estado trófico 10 100 Profundidade (m) 0 0 % da luz que entra 100 1 Manuela Abelho 2012 7 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 36 Classificação do estado trófico Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 37 1.3 Definições e conceitos 1. INTRODUÇÃO Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 38 Definições Ecologia aquática • Estudo das relações entre os organismos aquáticos e entre estes e o seu meio ambiente Manuela Abelho 2012 Limnologia • Estudo das relações estruturais, funcionais e da produtividade dos organismos das águas interiores, que são afectados pelos seus ambientes físico, químico e biótico • Águas interiores incluem água doce (ex. rios, lagos, pauis) e água salobra (ex. estuários e sapais) Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 39 Classificação quanto à corrente Sistemas lóticos Sistemas lênticos • Ecossistemas de água corrente, i.e., com fluxo unidireccional • Cursos de água (rios, ribeiros, …) • Ecossistemas sem fluxo unidireccional (embora possam ter correntes) • Lagos, lagoas, pauis, sapais, oceanos, mares, … Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 40 Classificação quanto à salinidade Águas doces Águas salgadas • Salinidade <3‰ (3 g/L ou • Salinidade média 35‰ (35 0.3%) • Rios, lagos, lagoas, pauis, … g/L ou 3.5%) • Oceanos, mares, lagos salinos, … Águas salobras • Salinidade variável entre 3‰ e 35‰ • Sapais, lagoas costeiras, estuários, … Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 41 Rio | Curso de água Corrente natural de água com fluxo unidireccional Possui um caudal e desemboca no mar, num lago ou noutro rio, e em tal caso denomina-se afluente Os rios podem apresentar várias tipos de redes de drenagem http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 42 Lago Depressão natural na superfície da Terra que contém permanentemente uma quantidade variável de água Essa água pode ser proveniente da chuva, duma nascente local, ou de um curso de água que desagúe nessa depressão http://pt.wikipedia.org/wiki/Lago Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 43 Lagoa Corpo de água com pouco fluxo (menor que um lago) As lagoas interiores têm água doce As lagoas costeiras são separadas do oceano por uma barreira arenosa ou outra que permite a entrada periódica de água salgada e por isso têm água salobra http://en.wikipedia.org/wiki/Lagoon Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 44 Paul e sapal (plural: pauis e sapais) • Os sapais e os pauis são importantes para as cadeias alimentares aquáticas e para a exportação de nutrientes • Também providenciam um suporte para animais terrestres, como as aves migradoras, protecção das zonas costeiras (sapais) e contra cheias (pauis) Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 45 Paul e sapal (plural: pauis e sapais) Sapais: na zona intertidal das regiões costeiras, entre a terra e a água salgada Elevadas densidades de plantas halófilas, herbáceas ou arbustivas, de origem terrestre, essenciais para a estabilidade do sapal, ao reter os sedimentos Pauis têm água doce e localizam-se nas zonas baixas dos rios e em áreas de baixa drenagem http://en.wikipedia.org/wiki/Salt_marsh Manuela Abelho 2012 Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 46 Estuário http://pt.wikipedia.org/wiki/Estu%C3%A1rio Manuela Abelho 2012 Parte de um rio que se encontra em contacto com o mar Sofre a influência do caudal do rio e das marés, por isso tem água salobra, de salinidade variável ao longo do dia (devido às marés) e ao longo do ano (devido às diferenças de caudal) Alguns estuários são deltas; o rio mistura-se com o mar través de vários canais ou braços de delta Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 47 Oceano e mar • Um oceano é o principal componente da hidrosfera; um corpo de água contínuo que contém água salgada • Um mar é uma extensão de água salgada ligada a um oceano (geralmente nas suas margens) Manuela Abelho 2012 http://en.wikipedia.org/wiki/Ocean Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 48 Lago salino ou de água salgada • Corpo de água sem ligação ao mar com elevada concentração de sais • Cloreto de sódio superior aos oceanos e outros sais superiores aos lagos de água doce • Lagos hipersalinos: maior concentração total de sais que a água do mar • Mar Cáspio, Mar de Aral, Mar Morto, …) Manuela Abelho 2012 http://en.wikipedia.org/wiki/Saline_lake Ecossistemas fluviais | Ecologia II Engenharia do Ambiente 49
