clima e ecossistemas - 06
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Ecologia de Ecossistemas
Aula 2: Variáveis de controle
Clima
Variáveis de controle de ecossistemas:1. Clima
� O funcionamento e a estrutura dos ecossistemas são controlados por, pelo menos, 5 variáveis independentes:
1. Clima2. Material parental (ex: rochas que originam
solos)3. Topografia4. Biota potencial (organismos presentes)5. Tempo
O clima é a variável de controle que mais fortemente dirige os padrões globais
de estrutura e função dos ecossistemas.
Variáveis de controle de ecossistemas:1. Clima
Clima
topografia
Material parental Biota
tempo
distúrbios
Processos ecossistêmicos
sucessão
Grupos funcionais
recursos
Regime de distúrbios
microclima
Objetivos da aula
� Compreender como o
sistema climático
influencia os ecossistemas
� Compreender como o
clima influencia os
padrões de distribuição e
diversidade dos
ecossistemas
Perguntas da Aula
� Como é o fluxo de energia na Terra e na atmosfera? Quais são as maiores vias pelas quais a energia é absorvida pela superfície da Terra? E pela atmosfera?Qual é o papel das nuvens e dos gases radiativamente ativos na determinação das vias de fluxo de energia?
� Por que a troposfera é mais quente na porção inferior? Como essacamada influencia os ecossistemas?
� Como é o aquecimento desigual da Terra pelo sol e quais são as consequências?
� Como a rotação da Terra (e as forças resultantes: forças de Coriolis) e a separação de superfície da Terra em oceanos e continentes podem influenciar os padrões climáticos globais?
Perguntas da Aula
� Como a composição química da atmosfera influencia o clima?� Quais são as causas dos padrões globais de circulação oceânica superficial?
� Como a circulação oceânica influencia o clima nas escalas: global, regional e local?
� Como a topografia afeta o clima nas escalas continental e local?� Quais são as maiores causas de mudanças climáticas de longa duração?Que diferenças podemos esperar no clima de 100 anos à frente?
� Que bases climáticas explicam a distribuição global dos vários tipos de biomas?
O balanço de energia da Terra
Como a energia entra na Terra e na atmosfera?
Quais são as maiores vias pelas quais a energia é
absorvida pela superfície da Terra? E pela atmosfera?
Qual é o papel das nuvens e dos gases no fluxo de
energia?
Balanço anual global de
energia no sistema
Terra-atmosfera
•Energia que entra = energia que sai
•Metade da radiação solar emitida atinge a
Terra
•A atmosfera é permeável à radiação de
ondas curtas, mas
absorve radiação de
ondas longas (efeito-
estufa)
•A atmosfera é aquecida na porção mais baixa
pela radiação de ondas
longas e convecção.
Espaço
Radiação solar incidente Ondas
curtas
Atmosfera
Terra
Abs. radiação solar direta
Abs. Da radiação solar difusa
Abs. nuvens
Abs. por
poeira,
H2O, O3
Refletida
superfície
Dispersa pelo ar
Radiação que sai
Ondas longas Convecção
Emissão por
H2O, O3 e poeira
Emissão por
nuvens
Fluxo calor sensível
Flux
o ca
lor l
aten
te
Absorção líquida por nuvens, CO2, O3
Radiação de onda longa re-irradiada
Dispersa nuvens
•A radiação solar tem alta energia que penetra na atmosfera (ondas
curtas)
•A Terra emite radiação de baixa energia (ondas longas), que é
absorvida pela atmosfera.
Espectro de absorção de radiação dos gases ativos na atmosfera
O balanço de energia
da Terra
� Constituintes químicos da atmosfera
O balanço de energia da Terra:
Gases ativos
0,037CO2Dióxido de carbono
0,934ArArgônio
20,946O2Oxigênio
78,084N2Nitrogênio
Concentração (%)
FórmulaCompostos
A atmosfera é aquecida da
porção mais baixa para cima.
Há redução na temperatura
atmosférica com a elevação.
O balanço de
energia da Terra
Estrutura térmica da atmosfera, apresentando suas camadas e gradientes de temperatura.
Balanço de Energia na Terra:
Próximas perguntas
Como é o aquecimento desigual da Terra pelo sol e quais são as consequências?
Como a rotação da Terra (e as forças resultantes: forças de Coriolis) e a separação de superfície da Terra em oceanos e continentes podem influenciar os padrões climáticos globais?
•O aquecimento desigual da Terra causa circulação atmosférica•O aquecimento é maior no equador e menor nos pólos
1. raios solares atingem mais diretamente2. menos atmosfera para
percorrer (penetrar)
Conclusão:1. Há ganho líquido de energia
no equador2. Há perda líquida de energia
nos pólos
Balanço de Energia na Terra:
Circulação atmosférica
Raios solares
• O ar sobe no equador e desce nos pólos (circulação
vertical)
•As células de circulação explicam a distribuição
global das chuvas
• A rotação da Terra determina a direção dos
ventos (circulação
horizontal)(forças de
Coriolis)
Balanço de Energia na Terra
Circulação atmosférica: vertical e horizontal
Zona de Convergência Intertropical
•As correntes oceânicas têm um
padrão semelhante
ao do vento:
1. São dirigidas
pelas forças de
Coriolis, e
2. São dirigidas
pelos ventos
Circulação oceânica
Principais correntes oceânicas. Correntes quentes: setas sólidas; correntes frias: setas pontilhadas
Lembrando:
O aquecimento desigual da
superfície terrestre provoca a
circulação
60% do calor é transportado pela
atmosfera (por meio de tempestades
que se movem ao longo de
gradientes de pressão)
40% do calor é transportado pelas
correntes oceânicas superficiais
quentes (em direção aos pólos) e
por correntes profundas frias (em
direção ao Equador)
Circulação oceânica: distribuindo calor
Incidência desigual da radiação solar na Terra
•As correntes oceânicas movem 40% do “excesso de calor” do Equadorpara os pólos.•São dirigidas pelas correntes profundas;•A formação de águas profundas ocorre perto da Groenlândia e Antártica.
Circulação oceânica: distribuindo calor
Corrente salgada profunda
Corrente quente superficial
Próximas perguntas
Como a topografia afeta o clima nas escalas continental e local?
Quais são as maiores causas de mudanças climáticas de longa duração? Que diferenças podemos esperar no clima de 100 anos à frente?
Que bases climáticas explicam a distribuição global dos vários tipos de biomas?
Topografia afeta o Clima
� Interações entre terra e água
� Monsões
� Brisas
� Efeito de cadeias montanhosas
� “Sombra” de chuva
� Efeitos na paisagem
� Drenagem do ar (inversão)
Liberação de umidade e chuva na costa oeste e chuva orográfica na região mais seca na encosta leste,
Ventos
Oeste LestePrecipitação anual média (cm)
A Vegetação afeta o Clima
Simulações de mudanças na evapotranspiração, temperatura do solo e precipitação em um cenário de substituição da Floresta Amazônica por pastagens.
Floresta Floresta FlorestaPastagem Pastagem Pastagem
Evapotranspiração(mm/d)
Temperatura superficial (°C))
Precipitação (mm/d)
Escalas da variação temporal do clima
E seus efeitos nos ecossistemas
Variabilidade temporal do Clima: 1.
Mudanças de longa duração
Tempo geológico e os maiores eventos de glaciação (barras) e sua influência sobre os processos ecossistêmicos. Ma= milhões de anos.
•O clima é um sistema dinâmico que tem mudado repetidamente ao longo da história;
•As mudanças climáticas foram manifestadas por meio de períodos glaciais.
•Erupções vulcânicas e impactos de asteróides contribuíram para as mudanças –absorção ou reflexão de energia solar;
•Surgimento de montanhas e deriva continental também modificaram os padrões de circulação atmosférica e oceânica.
Perfil de um solo mostrando a mudança na dominância de espécies de árvores ao longo dos últimos 11.000 anos
Variabilidade temporal do Clima:
1. Mudanças de longa duração1. Mudanças de longa duração
Mudanças na órbita solar causam
variações de longa duração na entrada
de energia na Terra.
Variabilidade temporal do Clima:
1. Mudanças de longa duração1. Mudanças de longa duração
As concentrações dos gases-estufa estão aumentando.
Variabilidade temporal do Clima:
1. Mudanças de longa duração1. Mudanças de longa duração
O clima na Terra: mais quente em 1000 anos1. aumento da entrada de
energia solar (pequeno aquecimento)2. Aumento nas concentrações
de gases-estufa (efeito: grande aquecimento)4. Mudanças na cobertura da
terra criando superfícies mais escuras (efeito: grande aquecimento)
Variabilidade temporal do Clima:
1. Mudanças de longa duração1. Mudanças de longa duração
Curva do tempo das médias de temperatura no Hemisfério Norte. 2005 foi o ano mais quente do último milênio.
O clima está se aquecendo mais rapidamente nas altas latitudes
O aquecimento é maior na Sibéria e América do Norte
Variabilidade temporal do Clima:
1. Mudanças de longa duração1. Mudanças de longa duração
Variabilidade temporal do Clima:
1. Mudanças de longa duração1. Mudanças de longa duração
Previsão da mudança de temperatura até 2060.
Lembrando:O Oceano Pacífico influencia fortemente o sistema climático devido a sua grande
As correntes oceânicas “normais” e o vento têm direção leste, no Pacífico central.
Variabilidade temporal do Clima:
2. variações interanuais2. variações interanuais
Eventos ENSO= ElNiño/Oscilação SulTeleconecções carregam esse efeito climático através do globo(e.g., El Niño torna o clima mais quente e seco na bacia Amazônica)
Variabilidade temporal do Clima:
2. variações interanuais2. variações interanuais
Eventos ENSO= ElNiño/Oscilação SulTeleconecções carregam esse efeito climático através do globo
Variabilidade temporal do Clima:
2. variações interanuais2. variações interanuais
Variabilidade temporal do Clima:
2. variações interanuais2. variações interanuais
Efeitos do El Niño: Produção primária dos ecossistemas(gC/m²ano), na Bacia Amazônica, modelada em: a) ano de El Niño; b) ano neutro; c) ano de La niña.
Amarelo/vermelho - Áreas que atuam como fonte de C para atmosfera.
Azul/verde – áreas que atuam como sorvedouro de C da atmosfera.De: Tian et al., 1998.
El Niño
A inclinação do eixo da Terra -variações sazonais no comprimento do dia e quantidade de energia solar recebida pela superfície.
•Variações na radiação incidente aumentam com a latitude;
•Áreas tropicais apresentam pouca diferença sazonal em relação ao comprimento do dia e radiação solar incidente.
Variabilidade temporal do Clima:
3. variações sazonais e diárias3. variações sazonais e diárias
Órbita da Terra ao redor do sol, mostrando que a zona de maior aquecimento (ITCZ) está ao sul do Equador em janeiro, e ao norte em julho.
Variabilidade temporal do Clima:
3. variações sazonais e diárias3. variações sazonais e diárias
� A estrutura da vegetação e o funcionamento do sistema varia com a estação do ano
Mudanças na forma de vida dominante nas estações seca e chuvosa no Cerrado. A precipitação é a variável que muda, mas a temperatura permanece relativamente constante.
Próximas perguntas
Que bases climáticas explicam a distribuição global dos vários tipos de biomas?
Quais as relações do clima com a estrutura e funcionamento dos ecossistemas?
•O funcionamento dos ecossistemas varia com o clima
•A produtividade está associada à precipitação e temperatura
Produtividade primária líquida
Clima e Ecossistemas: funcionamento
•O clima é o principal determinante da distribuição global dos biomas;•A distribuição dos biomas e ecossistemas
– temperatura, padrão
de chuvas, padrões de
circulação oceânica e
dos ventos
Distribuição dos biomas em relação à médias anuais de chuva e temperatura
Clima e Ecossistemas
Clima e Ecossistemas
Distribuição dos biomas terrestres e padrões sazonais da temperatura e precipitação.
� A estrutura da vegetação varia com o clima entre e dentro de biomas
Clima e Ecossistemas
Mudanças na forma de vida dominante ao longo de um gradiente tropical, no qual a precipitação muda, mas a temperatura permanece relativamente constante.
Clima e Ecossistemas:
diversidade de espécies
� A diversidade de espécies diminui dos trópicos para as maiores latitudes;
� Padrões de diversidade se relacionam com o clima, em parte devido à dependência dos produtores primários para aumento da diversidade.
Distribuição de Fringillidae nas Américas
Clima e Ecossistemas:
diversidade de espécies
Distribuição de aves endêmicas nas Américas
Para não esquecer...
� O clima é variável em todas as escalas!
� Exerce controle sobre a distribuição dos ecossistemas
� A temperatura e a disponibilidade de água são essenciais para muitas reações biológicas; essas variáveis são funções do clima.
� O clima e suas variações são determinados pela quantidade de energia solar incidente, composição química da atm, características da superfície terrestre;
� O clima controla a erosão de rochas e desenvolvimento de solos, os quais influenciam os ecossistemas, como veremos na próxima aula...