Modulo #1. Parte 1 (37p)

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Modulo #1. Parte 1 (37p)

Enrique Ortega e Mileine Zanghetin

Como funciona a natureza?

Laboratório de Engenharia Ecológica

Campinas, SP, outubro de 2008.(Revisões: abril e julho de 2009).www.unicamp.br/fea/ortega/

Conceitos básicos sobre a biosfera, os ecossistemas e a economia humana 2

O objetivo desta apresentação é explicar o mundo em que vivemos.

Um sistema é um conjunto de objetos (componentes funcionais) que estabelecem interações positivas e negativas (fluxos de energia, materiais, informação) entre si e com o exterior.

Vamos usar a abordagem sistêmica, um método de estudo que consiste em visualizar as coisas como partes ativas de um todo maior.

Todos os sistemas se relacionam entre si. Esses relacionamentos variam de forma e de intensidade com o tempo. 3

Interessa-nos descobrir como funcionam os seguintes sistemas:

3. As organizações humanas para produzir e consumir.

1. Nosso planeta,

2. A região onde vivemos,

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Vamos aprender a desenhar sistemas, mostrando as forças e os estoques externos, os componentes internos e, finalmente, as interações entre todos eles.

Usaremos a linguagem dos sistemas. Ela foi desenvolvida pelo professor H. T. Odum da Universidade da Florida.

Vamos mostrar os símbolos dessa linguagem:

Como toda linguagem ela tem símbolos e os agrupa de maneira a expressar o sentido do mundo que nos rodeia.

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Caminho Energético: Fluxo de energia ou materiais.

Fonte de Energia: Energia existente nos recursos usados pelo ecossistema, como o sol, o vento, a chuva, as marés, as ondas nas praias, as sementes trazidas pelo vento e as aves.

Depósito: É um lugar onde se armazena um recurso: biomassa florestal, solo, matéria orgânica, água subterrânea, areia, nutrientes, etc.

Sumidouro de energia degradada: Energia dispersada durante um processo que não pode mais ser utilizada, como a água evaporada durante a fotossíntese, o calor do metabolismo animal, os mortos em uma guerra, as perdas dos estoques internos de um sistema, etc. 6

Interação: Processo que combina diferentes tipos de energias e materiais para produzir uma ação ou um recurso diferente.

Consumidor: Unidade auto-catalítica que utiliza os produtos fabricados pelos produtores. Exemplos: insetos, microorganismos, animais da fauna local, gado, seres humanos, cidades, países, o consumo global.

Produtor: Unidade auto-catalítica que produz biomassa a partir de energia e materiais básicos, como as plantas das lavouras, árvores, os sítios e as fazendas.

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Transação: Intercâmbio de um recurso produzido (bens ou serviços) por outros recursos (dinheiro, energia, materiais ou serviços prestados).

$

Interruptor: Dispositivo que dispara um processo que estava inativo. Esse processo pode ser longo ou curto, pode se iniciar e terminar logo, como um incêndio ou a polinização das flores.

Caixa: Símbolo para definir os limites de um sistema, ou de um subsistema, etc.

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Vamos fazer o diagrama de uma lavoura. Temos que expressar como se fazem as coisas no sítio ou na fazenda: “o sol, a chuva, o solo e as sementes são coisas necessárias para obter uma colheita”. A partir dessa frase podemos fazer um desenho:

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Na linguagem de sistemas ficaria assim:

Sol Fotossíntese

Chuva

Solo e estoques internos

Produto

Calor dispersado

Sementes

Sol

Chuva

Fotossíntese


Produto

Calor dispersado

Sementes

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Mas nessa unidade produtiva é necessário o trabalho humano, bem como o trabalho do animal que vai puxar o arado e também alguns insumos.

Vamos incluir essas coisas no desenho:

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Sol Fotossíntese

Chuva

Produto

Materiais


Calor dispersado

Sementes

Animais

Tra-balhador

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Para completar a representação do sistema rural, ele deveria incluir a família que mora nesse lugar e que consome parte da produção e também mostrar que uma parte da produção é vendida em troca de outras coisas úteis ou de dinheiro.

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Sol Fotossíntese

Chuva


Animais diversos

Família do agricultor

Materiais

Resíduos

$

Produtos vendidos

Dinheiro recebido

Pagamentode insumos

Sub-produtos

Resíduos que saem

Consumo interno

Reciclagem

TR

TR = tratamento de resíduosEnergia dissipada no ambiente

Sementes

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Agora vamos estudar sistemas mais complexos. Começaremos pelo diagrama de uma semente germinando.

SolProcesso

germinativo

Água

Estoquesde recursos

essenciais da semente

Ar Solo

Novas partes da planta

Retro-alimentação

Produção

Calor de baixa intensidade

Fontes externas de energia potencial

CO2O2

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Diagrama da planta como sistema independente

Sol Processo de fotossíntese nas folhas

Chuva

Açucares e outras

substâncias

CO2 , O2, N, P do ar

Raízes

Tronco e galhos

Minerais das rochas do solo solubilizados

Flores,frutos,

sementes

Micro biota do

solo

Insetos polinizadores

Exudados biológicos com vitaminas, hormônios vegetais, antibióticos, enzimas, ácidos orgânicos, etc.

Sementes dispersadas contendo

informação genética

Biomassa para consumidores e decompositores

O2, CO2

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Agora vamos fazer o diagrama do corpo humano com seus diversos subsistemas: locomotivo (esquelético-muscular), circulatório, endócrino, nervoso, digestivo, respiratório.

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Diagrama do ser humano como sistema autônomo, com fluxos externos e internos e órgãos funcionais.

Ingestão

Sistema muscular

Sistema do corpo humano

Comida e água

Consciência do mundo

Rins

Reprodução

Trabalho e descanso

Circulação

Componentes funcionais com objetivo comum

Ar

Digestão Absorção

Respiração

Infor-mação

Sensações e emoções Cerebro

Sentidos e sistema nervoso endócrino

Extrusão

Oxigênio

Nutrientes

Resíduos

Ações no meio

Preservação da espécie

Urina

Fezes

Suor com calor

Acoplamento entre plantas e animais (sem o homem).

Sol Processo de fotossíntese nas folhas

Chuva

Biomassa vegetal

O2, N, P do ar

CO2


Decom-positores

Consumidores

Nutrientes disponíveis

Biomassa animal

Resíduos orgânicos

Biomassa dos decompositores

O2

Materiais que saem do sistema

Energia degradada que sai do sistema

Materiais que entram no sistema

Energia difusa que movimenta o ciclo material

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Plantas e animais se integram em um ciclo de produção e consumo impulsionado pelas energias que a biosfera recebe do Sol, da Lua e da Terra (calor, gravitação, materiais, forma e informação), A fotossíntese das plantas transforma a radiação solar e os nutrientes básicos em biomassa vegetal que alimenta os animais. Os decompositores usam os resíduos e devolvem os nutrientes básicos. 20

A biomassa animal tem energia disponível que é aproveitada por outros animais (os predadores). Esse consumo gera uma “cadeia trófica”.

Os resíduos dos animais ainda têm um pouco de energia disponível, a qual é aproveitada por um grupo especial de animais: os decompositores. Eles devolvem os nutrientes básicos ao sistema para que o ciclo de vida possa recomeçar.

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O mundo hoje

Sol

Capacidade de fotossíntese aumentada pela adição de fertilizantes químicos

Chuva

Biomassa vegetal

O2, N, P do ar

CO2


Decom-positores

Consumidor de recursos não

renováveis


Resíduos tóxicos

O2



Materiais renováveis que entram no sistema


Energia fóssil

Cidades com industria e comercio

N2O,CH4, SOx

Energia e materiais de alta concentração que movimentam o ciclo material Minerais

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As coisas mudaram muito no planeta quando a humanidade desenvolveu a capacidade de extrair e usar primeiro carvão e depois petróleo e gás.

O trabalho realizado pela natureza na formação destes recursos foi muito grande (levou milhões de anos) e por tanto sua intensidade energética é alta. Acontece que esse trabalho biofísico não é considerado na contabilidade econômica.

Hoje, os custos do petróleo são apenas a extração, o transporte e o beneficiamento, por isso o petróleo custa pouco. Durante décadas seu valor monetário foi de 10 dólares/150 litros = 0,2 Reais/litro (aprox.)

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Os grupos humanos podem destruir os ecossistemas sem a ajuda da energia fóssil! Exemplos: as civilizações Maias e Anasazi (América do Norte), Acadiana (Mesopotâmia), a população da ilha de Páscoa, etc.

Derrubada de florestas, caça excessiva, uso inadequado do solo agrícola → perda de espécies, erosão, salinização, desertificação, diminuição da água disponível, mudança do clima local.

Invasão de territórios → injustiça, morte, concentração da riqueza, marginalização.

Alienação → falta de percepção do funcionamento dos ecossistemas e da interferência humana.

Forças causais → Conseqüências

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Quando o homem usa os recursos fósseis seu impacto ambiental aumenta muito!

Maior destruição das matas nativas = perda da biodiversidade, diminuição da água disponível.

Desapropriação (violência social) = concentração da riqueza, irresponsabilidade, injustiça.

Êxodo rural = marginalização (vida em favelas).Uso de substâncias tóxicas = doenças e mortes na lavoura, poluição (custo de tratamento caro).

Alienação = ignorância, perda do sentido da vida.Mudanças climáticas globais= extinção da espécie!

O trabalho da natureza e humano é substituído pelo trabalho de produtos químicos e máquinas a motor com custos sociais e ambientais elevados:

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Ao queimar o petróleo ou transformá-lo em produtos industriais geram-se gases, muitos deles tem efeito estufa (dióxido de carbono, metano, óxidos de nitrogênio e enxofre) que aumentam a absorção do calor que a Terra emite, aumentando o Aquecimento Global.

Os resíduos gerados pelos países industriais são grandes e perigosos, tanto que eles os jogam no mar ou os depositam em outros países. É a falsa solução para evitar que suas populações vivam cercadas por imensos lixões. Os esgotos sem tratar vão para os rios e os oceanos.

Resíduos, efluentes e emissões

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Aquecimento global: situação atual e riscos futuros

Energias renováveis

Capacidade de fotossíntese aumentada pela adição de fertilizantes químicos

Biomassa vegetal

O2, N, P do ar e minerais

solubilizados do solo

CO2

Decom-positores

Consumidor de recursos não

renováveis


Resíduos tóxicos

O2



Materiais renováveis que entram no sistema


Energia fóssil

Cidades com industria e comercio

N2O,CH4, SOx

Energia e materiais de alta concentração que movimentam o ciclo material

Minerais

Reservas fósseis de C

Calor

A queima de energia fóssil e florestas libera grandes estoques de CO2 e CH4 (calotas polares, geleiras, permafrost, clatratos).

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Um ecossistema:

Animais e pessoas

matéria orgânica do solo

Sol

Vento

escoamentosuperficialChuva Animaisprocessos

geológicos

biomassa

SoloÁgua

formação geológica

vegetação

evaporação

transpiração

mig

raçã

o

escoamento superficial

infiltraçãoprodução primária bruta percolação

Água do subsolo

produção primária líquida

Pessoas

Nitrogênio do ar,

minerais do solo

CO2, CH4, ácidos, metais

pesados

Recursos

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A chuva, o escoamento superficial e o resultado dos processos geológicos em outras regiões entram no sistema para criar estoques de solo, matéria orgânica, água e estruturas geológicas.

A vegetação local recebe a energia do sol e do vento e utiliza os estoques de água, solo e matéria orgânica do solo para criar um estoque interno de biomassa. Essa vegetação fornece alimento aos animais.

Explicação do diagrama de um ecossistema.

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Por sua vez, os resíduos desses animais e da biomassa vegetal geram matéria orgânica para o solo. Há migração de animais.

Observamos um escoamento superficial de água que arrasta parte do estoque de solo; vemos um fluxo de infiltração, e fluxos de transpiração e evaporação que, graças a ação do vento, saem do sistema.

Por último, uma parte da energia sai do sistema como energia degradada.

Há intercâmbio de pessoas e produtos.

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Usina de álcool (sem mostrar impacto sócio-ambiental):

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O diagrama representa uma usina de álcool de forma simplificada. Observamos que ha um escoamento superficial de água, que junto com a chuva gera um estoque de água. Os processos geológicos externos geram um estoque de solo.

O cultivo da cana, o corte, transporte, extração, fermentação e destilação demandam: energia do sol, água e solo, mão-de-obra, combustíveis, produtos químicos e bens econômicos.

Se produz um resíduo (vinhoto), que é reciclado como fertilizante na lavoura. A venda do etanol gera um estoque de capital (dinheiro) usado para pagar insumos, serviços externos e gerar lucro.

O sistema dispersa energia e materiais. 32

Sol

Vento

atividades agrícolas

Chuva

Bens econômicos

Combus-tíveis

Processos geológicos

Solos Bens

água

Escoamento superficial

de água

fermentação,destilação

Resíduos

$

Serviços

Etanol

$

$transporte,processa-

mento

Emissões de gases de efeito estufa

Trat. Res.

Efluentes tratados

Usina de álcool mostrando o impacto sócio-ambiental:

Redução do espaço ecossistêmico de 100 para 20%: perda de funções ambientais importantes.

Aumento do espaço destinado ao consumo humano urbano. Aumento da poluição química.

Animais e pessoas


Sol

Vento


geológicos

biomassa

SoloÁgua


vegetação

evaporação

transpiração

mig

raçã

o


infiltraçãoprodução primária

brutapercolação

Água do subsolo


Pessoas

Nitrogênio do ar,

minerais do solo


pesados

Êxodo rural (marginalização).Perda de espécies.Menos água no subsolo.Menos regulação hídrica, biológica e climática.

Sol

Vento

atividades agrícolas

Chuva

Bens econômicos

Combus-tíveis

Processos geológicos

Solos Bens

água

Escoamento superficial

de água

fermentação,destilação

Resíduos

$

Serviços

Etanol

$

$transporte,processa-

mento

Emissões de gases de efeito estufa

Trat. Res.

Efluentes tratados

Absorção do impacto ambiental:

Animais e pessoas


Sol

Vento


geológicos

biomassa

SoloÁgua


vegetação

evaporação

transpiração

mig

raçã

o



brutapercolação

Água do subsolo


Pessoas

Nitrogênio do ar,

minerais do solo


pesados

Animais e pessoas


Sol

Vento


geológicos

biomassa

SoloÁgua


vegetação

evaporação

transpiração

mig

raçã

o



brutapercolação

Água do subsolo


Pessoas

Nitrogênio do ar,

minerais do solo


pesadosAbsorção do impacto social:

Serviços ambientais a montante

Serviços ambientais a jusante

Tratamento de resíduos e Reciclagem

Mudança do modelo de produção, integração do metabolismo campo-cidade utilizando recursos renováveis e pleno emprego

Diagrama sistêmico de uma região:

Recursos renováveis Agricultura

Pessoas

Bens da economia

Combus-tíveis

Infra-estrutura

Serviços

Cidade

Pessoas

Ecossistemas naturais

Resíduos

$

Indústria e comercio

Governo

Área de suporte

Espaços verdes

CO2, CH4, ácidos

Metais pesados

Nitrogênio do ar,

minerais do solo

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Três áreas fazem fotossíntese: o setor agrícola, os ecossistemas remanescentes e os jardins da cidade. Os resíduos da indústria, do comércio e da população são reciclados. Supõe-se que o processo de estoque de resíduos inclui um processo de tratamento de resíduos. A infra-estrutura da suporte a indústria, ao comércio e as moradias. Supõe-se que todos cidadãos participam do governo da região. A região vende produtos e compra combustíveis e bens industriais, paga impostos e recebe serviços e as pessoas circulam livremente.

O diagrama mostra um sistema não renovável, sem pessoas no espaço rural. 36

Laços de retro-alimentação nos sistemas.

Os sistemas se auto-organizam criando laços de retro-alimentação e estruturas para aproveitar a energia disponível e realizar trabalho sistêmico. A cultura, as leis, os preços, o trabalho, os gostos, as necessidades sociais constituem a retro-alimentação para a autonomia e a a auto-suficiência.

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Primeira pausa

Em breve continuaremos.

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