OBJETIVOS:
1. Explicar o processo de produção usando símbolos de energia;
2. Comparar produção bruta e líquida;
3. Identificar fatores limitantes externos e internos dentro de um sistema energético;
4. Explicar o princípio da máxima potência.
Produção é o processo pelo qual dois ou mais insumos são combinados para formar um novo produto. Por exemplo, nutrientes do solo, água, dióxido de carbono e luz solar são combinados para formar matéria orgânica durante a fotossíntese. Geralmente, produção industrial envolve o uso de energia, trabalho, capital e matéria prima para formar produtos industrializados. Na Figura 5.1 se ilustra o processo de produção. Observe o símbolo de interação em questão, no qual entram insumos e saem produtos. Sempre que este símbolo é usado, significa que esse processo de produção está ocorrendo.
(Ingredientes necessários
contendo energia potencial)
Durante o processo de produção, cada entrada de insumos leva energia de diferentes tipos e qualidades. Durante a produção, essas energias são transformadas em uma nova forma. Parte dela é degradada e perdida através de calor. Transformações de energia como essa ocorrem durante processos de produção e são denominadas trabalho.
Onde há um processo de produção seguido de um processo de consumo - como na fotossíntese e respiração de plantas - devemos distinguir entre produção e produção menos seu correspondente respiração. Na Figura 5.2, produção bruta é a taxa real de produção de matéria orgânica. Produção bruta é o fluxo que sai do símbolo de interação (5 gramas por dia, neste caso). Produção líquida é a produção realmente observada quando produção e algo de respiração ocorrem ao mesmo tempo. Na Figura 5.2, a taxa bruta de produção de biomassa é 5 gramas por dia e a taxa de respiração é 3 gramas por dia. A produção líquida é igual a produção bruta menos a respiração. Portanto, a produção líquida é 2 gramas por dia.
Em sistemas mais complexos, como na floresta, onde existem várias etapas de produção e consumo, há mais de um tipo de produção líquida. Por exemplo, produção líquida de madeira, produção líquida de serrapilheira, etc.
A produção líquida também depende do tempo em que é medida. Por exemplo, à noite muitas plantas consomem a maior parte daquilo que produziram durante o dia. Sua produção líquida durante o dia é grande, mas sua produção líquida, incluindo a respiração de noite, é muito pequena. Se considerássemos a produção líquida durante um ano inteiro, seria muito pequena ou então zero.
A maioria dos processos de produção ocorrem rapidamente quando os insumos estão disponíveis em grandes quantidades. Contudo, a velocidade de uma reação é determinada pelo reativo/ componente menos disponível. Este reativo é chamado fator limitante. Por exemplo, a luz é necessária para a fotossíntese, portanto este processo se torna mais lento e se detêm durante a noite; a luz do sol é o fator limitante que controla esse processo.
Na Figura 5.3, ainda aumentando o abastecimento de nutrientes, não aumentará a produção. Este é um exemplo de um fator limitante externo; está fora do sistema.
Na Figura 5.2, aumentando a luz, os nutrientes se tornam limitantes porque eles ficam retidos na matéria formada e não se reciclam rápido. Este é um exemplo de fator limitante interno; limita porque a reciclagem não é suficientemente rápida.
Na Figura 5.4, estão graficados vários valores de produção em função dos nutrientes. Conforme aumentam os nutrientes, a taxa de produção aumenta. Apesar disto, conforme a luz se torna limitante, a taxa de produção reduz seu aumento. Este é um gráfico típico de fatores limitantes. Esta curva também ilustra a lei do retorno decrescente em economia.
O Princípio da Máxima Potência indica porque certos modelos de organização de sistemas sobrevivem e outros não. O princípio explica porquê sistemas de êxito possuem redes de organização parecidos. Um projeto que teve êxito é aquele que sobreviveu à prova do tempo. O princípio diz que:
Esquemas de sistemas que sobrevivem são aqueles organizados de tal modo, que trazem energia para si o mais rápido possível e utilizam essa energia para se retroalimentar e trazer mais energia.
Outro modo de expressar este princípio é:
Há sobrevivência no planejamento do sistema mais adaptado; que é aquele que pode extrair para si o máximo de potência, usando-a para satisfazer suas outras necessidades.
Os esquemas de sistemas que maximizam o poder de transformar energia em produtos de alta qualidade são aqueles que retroalimentam para ajudar a ganhar mais energia, e a usam o mais eficientemente possível sem que o processo reduza o ritmo de sua atividade. Diagramas de ecossistemas em capítulos anteriores têm exemplos de retroalimentação que aumentam o processo de produção.
Os sistemas que maximizam a potência também são sistemas que retroalimentam a um sistema maior, do qual fazem parte. Por exemplo, as espécies em um ecossistema estão organizadas para ser parcialmente responsáveis pelo uso de todo o sistema de energia. Em sistemas grandes, como a floresta, uma árvore usa energia solar para que suas folhas aumentem em tamanho e em número, e possam captar mais energia do sol. O processo da árvore auxilia o sistema da floresta, produzindo nutrientes, construindo um micro-clima estável, reciclando nutrientes e proporcionando comida aos animais. Assim, a árvore maximiza ambos: sua própia potência e a potência de um sistema maior ao qual pertence.
Para maximizar a potência em uma atividade econômica, recursos locais são usados e modificados por recursos adicionais. Por exemplo, consideremos uma fazenda na qual a safra é plantada na melhor época do ano. Os melhores fertilizantes são utilizados e quando a safra for colhida, as pessoas a comprarão. Esta fazenda produzirá suficiente retorno financeiro para que o fazendeiro viva bem, mantenha o solo e repita o processo ano a ano. Ele também poderá expandir seu sistema comprando fazendas menos eficientes. A exitosa administração da fazenda sobreviverá e será copiada por outros fazendeiros. Devido a que seu trabalho ajuda a incrementar o consumo da energia de toda a economia, este comportamento é sustentado pela economia e sobrevive.
Durante o tempo de abastecimento abundante de energia, maximizar o crescimento, maximiza a potência. Assim, durante as etapas iniciais da seqüência, as comunidades incrementam sua biomassa rapidamente.
Quando o abastecimento de energia é estável, máxima potência significa menos competição e um aumento na diversidade e eficiência. Como os recursos energéticos que se tornam limitantes, o desenvolvimento da eficiência através da diversidade maximiza a potência útil. Em uma floresta madura, cada organismo tem seu nicho e há pouca competição. Os organismos tendem a cooperar entre si em lugar de competir. Em um sistema econômico maduro a cooperação também é mais comum que a competição. É de esperar, então, que quando os combustíveis fósseis estejam acabando e os países corram atrás de fontes alternativas de energia, a tendência de expansão e crescimento entre eles irá diminuir. As relações entre as nações serão, então, mais pacíficas.
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