OBJETIVOS:
1. Definir e diagramar uma cadeia alimentar, distinguindo os níveis tróficos (hierárquicos) usando símbolos de energia;
2. Ilustrar a capacidade de sustentação de um sistema;
3. Diferenciar entre energia e eMergia;
4. Calcular o valor para Transformidade na cadeia alimentar de uma floresta;
5. 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.
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 (1 milhão) de joules da luz solar são representados contribuindo à fotossíntese. Parte desta, é luz solar direta; parte é energia solar que cai no oceano para enviar chuva à floresta. Cerca de 1 % desta energia é transformada, pelos produtores da floresta, em biomassa vegetal. 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 100A 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 maquinária 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 própia produção durante a respiração.
1 000 000 de joules anuais de energia solar que sustentam a floresta se convertem em:
10 000 joules da energia transformada, dos quais:
1 000 joules é nova biomassa do produtor, a qual é consumida para produzir:
100 joules de nova biomassa do consumidor primário, consumida para produzir:
10 joules de nova biomassa do consumidor secundário, consumida para produzir:
1 joule de nova biomassa do consumidor terciário.
Isto pode ser resumido dizendo que, para produzir 1 joule de consumidor terciário (como uma serpente) se necessita 1 000 000 joules do sol e de chuva.
A capacidade de sustentação (N.T. denominada como capacidade suporte) de uma área, é a quantidade de vários tipos de organismos que podem viver nesta área sem prejudicar os recursos básicos. Geralmente, quanto mais energia flui por uma área, maior será sua capacidade de sustentação. Com menos energia, a capacidade de sustentação é menor. Por exemplo, se a quantidade de luz solar que cai na floresta é diminuída por causa da poeira no ar, a capacidade de sustentação na população da floresta se reduz. Recursos como os nutrientes também contribuem à capacidade de sustentação da população.
A capacidade de sustentação de uma área, para certos organismos, depende de onde estão localizados na cadeia alimentar. Geralmente, uma área pode suportar muitos produtores (no extremo esquerdo da cadeia alimentar) e poucos consumidores de alta qualidade (no extremo direito). Por exemplo, no rancho da Figura 4.2 crescerá mais pasto que gado.
Consideramos a energia da direita como de alta qualidade, porque se utilizam muitos joules no extremo esquerdo da cadeia para fazer poucos joules na direita. Um grama de serpente recebe mais energia para ser produzida que um grama de árvore; portanto, a serpente é energia de alta qualidade. A qualidade de energia é menor na esquerda e aumenta em cada passo ao longo da cadeia.
Imagine uma pequena criação de gado: nesta o pecuarista cultiva o pasto, o gado pasta e logo, este é usado como única fonte de alimentos. A energia usada na manutenção do sistema provém do trabalho do pecuarista. A cadeia alimentar para este sistema simples de uma criação é representada na Figura 4.2 (a).
Observe como é representado o gado. O gado realmente possui dois níveis tróficos no interior de seu corpo. Eles comem o pasto, que é previamente digerido por microorganismos em seus intestinos, logo os microorganismos e o pasto restante são digeridos e absorvidos 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.
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).
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 40.000 eMjoules 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 ANa 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 primáriosA 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 27.1
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