hidrobiologia aula 1- conceitos e aplicação juliana calabria
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Hidrobiologiaaula 1- Conceitos e aplicação
Juliana Calabria
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Planejamento da disciplina (1 e 2º bimestres)
Aula Dia Assunto1 04/Mar Conceitos e aplicações da hidrobiologia, Água como meio ecológico2 11/Mar (Continuação) propriedades fisico-químicas da água; 3 18/Mar Compartimentos e comunidades aquáticas4 25/Mar Agentes poluidores e efeitos sobre a biota aquática5 08/Abril Eutrofização e Técnicas empregadas em hidrobiologia6 15/Abril Prova 1 7 22/Abril Discussão da prova e mananciais usados para captação de água8 29/Abril Parâmetros físicos, químicos e biológicos de qualidade da água;9 06/Maio Organismos indicadores da qualidade de água10 13/Maio Aula prática: Observação de água limpa e água da lagoa da Pampulha
11 20/Maio Aula Prática: identificação das algas em água poluída;12 27/Maio Problemas causados por organismos em águas de abastecimento13 e14 10 ,17/Jun Seminários
15 24/Jun Seminários16 01/Julho Prova 2
8aulas reposição Controle de organismos em águas de Abastecimento; Bioensaios e toxicologia aquática ;espécies aquáticas invasoras, e/ou saída de campo – observação manancial.
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Sistemática de avaliação
Hidrobiologia
Tipo de Avaliação Discriminação Valor
(pontos)Individual Prova 1º bimestre -parcial 20Individual Prova 2º bimestre-parcial 15
Grupo Apresentação de Seminário 2º bim 15
Individual Prova 3º bimestre -parcial 20Individual Prova 4º bimestre-parcial 15
Grupo Apresentação de Seminário 4º bim 15
TOTAL - 100
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Hidrobiologia: Ciência e Aplicação• Hidrobiologia: biologia aquática • É o estudo da vida dos seres que habitam o meio
aquático (água doce ou marinha);• estudo das relações dos seres entre si e com o
ambiente físico e químico;• Hidrobiologia sanitária: estudo dos organismos
aquáticos que fornecem informações a respeito das condições do meio (características da qualidade da água, que interessa a Saúde Pública)
• Hidrobiologia ambiental: aplicação dos conhecimentos da hidrobiologia à área ambiental (ecologia e limnologia) – Controle da poluição
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Bibliografia sugerida• Branco, S.Murgel. Hidrobiologia Aplicada à Engenharia
Sanitária. 3.ed. São Paulo: CETESB/ASCETESB, 1986. 640p. • Esteves, F.A. Fundamentos de Limnologia. Rio de Janeiro:
Interciência: FINEP, 1988.• Madigan, BROCK: Biologia dos microrganismos• Sites da internet -http://ib.usp.br/limnologia- http://www.dern.ufes.br/limnol/main.html- http://aslo.org/lo/- http://www.aplysia.com.br/site/pt/teste-de-toxicidade.php?
gclid=CJ7v4Ofjn6ACFUcf7godp2hJZQ- Laboratório de Hidrobiologia do IB da UFRJ- http://www.sblimno.org.br/
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Campo de aplicação da hidrobiologia Ambiental e sanitária
• Saúde Pública• Poluição dos corpos d´água (Contaminação, eutrofização, org. indicadores); como evitar a
poluição e proteger os mananciais e garantir o abastecimento
• Tratamento de Águas de abastecimento (microrganismos patogênicos , de vida livre e algas devem ser
combatidos para não prejudicar a potabilidade da água); algas: problemas com odor, sabor, ^pH, toxinas na água
• Tratamento de Águas residuárias (estabilização dos compostos orgânicos pela atividade de
microrganismos aeróbios e anaeróbios. Além das bactérias, protozoários, fungos, algas e vermes participam do processo.
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Universo da Hidrobiologia• Fitoplancton (algas,
cianobactérias);• Zooplancton,• Zoobentos• Plantas aquáticas (botânica)• Parasitologia (bactérias,vírus e
vermes)• Química• Física
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Classificação dos seres vivos 5 Reinos (Whittaker, 1969)
Ancestral universal
De acordo com características Morfológicas e Fisiológicas
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A água como meio ecológico• Seres vivos: intercâmbio recíproco entre os
organismos e o meio que os cerca;• Organismos aquáticos: estreita dependência com o
meio; • Composição da população Aquática varia com a
composição da H2O;• Ambientes impactados (esgotos ou compostos
tóxicos): seleção dos organismos e redução da diversidade
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Água• Representação química: H2O• Hidrogênio: 3 isótopos= H1 (próton), H2 (deutério), H3
(trítio)• Oxigênio: 3 isótopos= O16, O17, O18
• Proporção na atmosfera: 10 átomos O17 : 55 átomos O18: 2600 átomos O16
• Formação de compostos radioativos instáveis• 9 compostos estáveis: H2O16, H2O17 ,H2O18, HDO16 ,HDO17,
HDO18,D2O16, D2O17,D2O18
• D2O18: água pesada (densidade: 1,104; ferve a 101,4 C; congela a 3,8C); conhecida como água morta, mas organismos podem se adaptar a este meio
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Distribuição da água no planeta (Von Sperling, 2006)
• Água não oceânica:• Geleiras: 1,91523• Águas subterrâneas:
0,98828• Lagos: 0,01646• Umidade do solo:
0,00366• Atmosfera: 0,00095• Rios: 0,00009• Organismos: 0,00007
água doce2,5%
oceanos97,5%Oceanos
97,07526%
Água Não oceânica2,92474%
Corpo humano: 75% de água
Água marinha: mais de 60 elementos químicos (composiçãosemelhante à do sangue)
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Lagos e Represas• Os lagos são usados para a pesca, recreação, água para beber
e beleza cênica• Os grandes lagos tiveram um papel importante na história,
economia e cultura de muitos países• O estudo das propriedades físicas e biológicas dos lagos
auxilia o controle da poluição• Diferentes morfologias lacustres originam diferentes níveis de
produtividade e de retenção e circulação da água• Por exemplo, o que acontece com as toxinas e nutrientes
nos lagos depende em parte da circulação da água, que é função das características físicas do lago.
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Lagos• Lagos permanentes mais frequentes em zonas com maior
precipitação ou onde a geologia permite a formação de bacias que retenham água
• Processos de formação dos lagos:• Movimentos tectônicos/atividade sísmica: são lagos mais velhos, maiores e
mais profundos (ex: lagos africanos- Tanganyka (1.400m) e lago Baikal (1.620 m));
• Atividade vulcânica: lagos de caldeira (ex: Açores)• Represas naturais/desabamento de terras: geralmente pequenos• Atividade dos glaciares: regiões montanhosas de grande enrugamento (ex;
Escandinávia e Canadá; região dos Grandes Lagos)• Dissolução de rochas: lagos de dissolução em regiões calcárias• Origem fluvial: por baixo de cascatas, lagos de meandro e lagos de delta• Barragens: represas
No Brasil, o lago natural mais profundo é o lago Don Helvécio (30 m), cuja origem fluvial está relacionada a deposição de sedimentos pelo rio Doce na região do Parque Florestal do rio Doce - MG).
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Estrutura molecular da água• Gelo= estrutura cristalina ou tetraédrica• Água= estrutura compacta• Pela disposição na Tab. Periódica: água entraria em ebulição a -80˚C e congelaria a -100˚C• Quanto < o N. atômico, mais baixa é a temperatura de
ebulição• Água do mar congela-se a -1,9˚C
• Densidade máxima a 4˚C (estado líquido); (gelo densidade menor , flutua na água)= existência de vida subaquática a baixas temperaturas
• Temperatura de densidade máxima: quanto > o teor salino, < é a Tdmax (água do mar: -3,5˚C)
• Quanto > a pressão, < é a Tdmax
• Diferença de densidade é maior em temp. elevadas
Água no estado sólido
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Estratificação térmica dos corpos d´água
• As diferenças de temperatura geram camadas com diferentes densidades, formando uma barreira física que impede a mistura. Se o vento não for suficiente para misturá-las, o calor não se distribui uniformemente na coluna, criando assim a condição de estabilidade térmica.
• Os estratos formados estão diferenciados física, química e biologicamente.
• lago congela na superfície, mas a água abaixo é liquida a 4˚C (mais densa). Lagos rasos (congelam até o fundo), predomina fauna que sobrevive sob a forma de resistência (cistos, ovos, etc).
Em lagos tropicais, os fenômenos de estratificação da massa d´água ocorrem de maneira diferenciada dos temperados. No Brasil, o mais comum é a estratificação e desestratificação diária ou estratificação durante a primavera, verão e outono, com desastratificação no inverno.
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Ciclo anual de estratificação térmica em um lago dimítico (2 circulações/ano)
Início do Verão Final do Verão Início do Outono
Circulação de OutonoCirculação de Primavera Inverno
Lagos em regiões tropicais, lagos polimíticos (circulação várias vezes por ano), no Brasil, circulação diária
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Água• Peso específico: 775 vezes maior que o ar = influência na
morfologia dos organismos;
• Viscosidade: é basicamente uma medida de quanto o fluido gruda; é a capacidade da água em oferecer resistência ao movimento dos organismos e das partículas nela presentes;
• A água é um fluido com pequena viscosidade. Coisas como shampoo ou xaropes possuem densidades maiores.
• A viscosidade da água é função da temperatura e da concentração de sais: viscosidade < com o aumento da temperatura;
• Tem influência nos Mecanismos de flutuação dos organismos
• Em lagos tropicais (água doce) um organismo planctônico afunda 2x mais rápido que a 5˚C. Portanto, estes devem desenvolver mecanismos mais eficazes de flutuação (para reduzir o tempo de afundamento) do que aqueles organismos de lagos temperados.
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Água• Tensão superficial: coesão molecular na interface ar-água forma
uma película delgada;• Fatores que interferem na tensão superficial: - temperatura (> temp, < a tensão superficial), - substâncias orgânicas dissolvidas (ácidos húmicos, e substâncias
excretadas por algas e macrófitas);• Comunidade do neuston (vivem na superfície da água), se a tensão
superficial é reduzida prejudica estes organismos• Calor específico: -caloria equivale aproximadamente 4,19 Joule, é a energia necessária para elevar
1g de água de 14,5˚C a 15,5˚C; - água possuí um elevadíssimo calor específico superado apenas pelo amoníaco e H
líquido = influência na estabilidade térmica dos ambientes aquáticos
• Condutividade térmica: água possuí baixa condutividade térmica;• Transporte de calor na água = difusão turbulenta
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Aspectos químicos da água• Dissolução de gases: O2, CO2, H2S, CH4, N2
• Ca(HCO3) ↔2 CaCO3 ↓ + H2O +CO2
• Influências ambientais: temperatura, pressão, salinidade• Temperatura ↑ Solubilidade ↓• Pressão ↑ Solubilidade ↑• Salinidade ↑ Solubilidade ↓• Dissolução de substâncias Sais minerais (principais cátions e ânions: Na+, K+, Ca2+,Mg2+,
SO42-, CO3 2-, HCO3
-, Cl-), nutrientes, compostos orgânicos, contaminantes (metais pesados, compostos organossintéticos, disruptores endócrinos)
- Influência do pH na dissolução de substâncias
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Compostos de N e P na água• Formas de N em ambientes aquáticos: NO3
-(nitrato), NO2-(nitrito), amônia (NH3), íon amônio
(NH4+), óxido nitroso (N2O), nitrogênio molecular
(N2), NOD (peptídeos, purinas, aas, aminas), NOP (bactérias, fitoplâncton, zooplâncton e detritos)
• Águas naturais contém nitratos em solução (HNO3), mas podem conter amônia e nitritos (esgotos);
• Fator limitante aos organismos de água doce (o P também), pois são essenciais aos organismos (proteínas);
• [NH3] letal para peixes (mata 50%) = 0,5mg/L, mas 0,25mg/L afeta o crescimento. [] letais quando o pH é elevado (> 9,0) e a T também (> 26˚C);
• P na água sob a forma de fosfatos; alguns minerais fosfáticos (apatita) podem contribuir para aumentar o P de alguns mananciais;
• P em águas ricas em ferro e em presença de teor elevado de O2, precipita-se sob a forma de fosfato ferroso insolúvel, juntamente com hidr[oxido férrico. Assim, reduzindo a diponibilidade de P na massa d´água.
Scanear Fig. 4.1 pag 161)
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Oxigênio dissolvido• Pressão parcial dos gases atmosféricos:
N2(78%), O2(21%), CO2 (0,03%)• Solubilidade química absoluta dos gases
na água (20˚C): -CO2: 1700mg/L
- O2: 43mg/L
- N2: 18mg/L• Valores aproximados em condições
naturais (1 atm, 20˚C) -O2: 43 mg/L . 21% ≈ 9 mg/L
-N2: 18 mg/L . 78% ≈ 14 mg/L
-CO2: 1700 mg/L . 0,03% ≈ 0,5 mg/L
Afeta a produtividade dos ecossistemas
Valores de saturação de oxigênio (nível do mar):
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Relação entre Temperatura, OD e profundidade
A temperatura influi na química da água. A água fria, por exemplo, contém mais Oxigênio dissolvido do que a água quente. Por outro lado, alguns compostos são mais tóxicos para a vida aquática nas temperaturas mais elevadas
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Balanço de Oxigênio dissolvido• Entrada de O2
- Atmosfera predomina em ambientes lóticos (rios), processo lento precisa haver turbulência na água para a distribuição;
- Fotossíntese: predomina em ambientes lênticos (lagos), mas em lagos termicamente estratificados depende das condições de solubilidade, hidrodinâmica, tx de P e R.
• Saída (perda) de O2
- Respiração dos organismos- Processos químicos e bioquímicos (consumo
microbiano)- Dessorção atmosférica
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Zonação vertical da coluna d'água em função da radiação luminosa
Fotossíntese
Decomposição
P.C.= é a profundidade equivalente a 1% da radiação luminosa subsuperficial. Aqui a síntese de material orgânico pela fotossíntese (i.e., produção) é equivalente à decomposição da matéria orgânica.
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Perfis de Oxigênio Dissolvido
- Clinogrado: perfil vertical em que o OD diminuí com a profundidade- em lagos eutróficos- condições anóxicas no hipolímnion
- Ortogrado: o OD aumenta com a profundidade (verão)- lagos oligotróficos- hipolímnion tem grandes quantidades de OD
Verão Inverno
Verão Inverno
Eutrófico
Oligotrófico
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Ambientes Lacustres/Lênticos
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• Fatores de correção de O2
• Correção para temperatura:• Cs: 14,652 − 4,1022. 10-1. T + 7,991.10-3.T2 − 7,7774. 10-5.T3
• Correção para altitude:• Fator de correção: 1 − H / 9450
• Correção para salinidade:• Fator de correção: 1 − 9.10-6 . C sais dissolvidos (mg Cl/L)
Oxigênio dissolvido