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Exploração das potencialidades da biosfera

A biosfera fornece recursos e serviços indispensáveis à humanidade. Estudam-se os serviços dos ecossistemas, a exploração de recursos biológicos (agricultura, pecuária, pesca, aquacultura, floresta), a produtividade dos ecossistemas e as pirâmides ecológicas (com a regra dos 10%), e a diferença entre exploração sustentável e sobre-exploração. É um domínio de aprofundamento, sem Exame Nacional próprio (avaliação interna).

4 secções~12 min de leitura4 competênciasNível Padrão 3 · Aprofundamento 1

T·111111 / 14

Perfil de exame

Identificar recursos e serviços prestados pela biosferaRelacionar a produção de alimentos com o fluxo de energia e a produtividadeInterpretar pirâmides ecológicas (de energia, biomassa e números)Distinguir exploração sustentável e sobre-exploração

Operadores:identificarelacionainterpretadistingueexplica

nível básico

Reconhecer que a natureza fornece alimentos e outros recursos que é preciso preservar.

nível avançado

Relacionar produtividade e fluxo de energia, interpretar pirâmides ecológicas e fundamentar a exploração sustentável — nível do 12.º ano de Ciências e Tecnologias.

Profundidade

Texto

Conteúdo · 4 secções

Exploração das potencialidades da biosfera

A biosfera como fonte de recursos e serviços#

PadrãoAE-biologia-12-sustentabilidade-exploracao-biosfera

A «biosfera» — o conjunto de todos os seres vivos e dos ambientes que habitam — é a base da sobrevivência humana. Dela obtemos «recursos» (matérias e energia) e «serviços» (processos naturais benéficos). Compreender esta dependência é o ponto de partida para uma exploração responsável (ver Fig. 1).

Serviços dos ecossistemas

Fig. 1Fig. 1 — Serviços dos ecossistemas: provisão, regulação, culturais e de suporte.

Os «recursos biológicos» incluem os alimentos (de origem vegetal e animal), a madeira e as fibras, os medicamentos (muitos derivados de plantas e microrganismos), os combustíveis (biomassa) e o material genético das espécies. São a matéria-prima da alimentação, da saúde e de grande parte da economia.

Os «serviços dos ecossistemas» costumam classificar-se em quatro categorias (ver Fig. 1): de «provisão» (fornecimento de alimentos, água, madeira), de «regulação» (do clima, da qualidade do ar e da água, polinização das culturas), «culturais» (recreio, valor estético, turismo) e de «suporte» (formação do solo, ciclos de nutrientes, produção de oxigénio pela fotossíntese) — que sustentam todos os outros.

Muitos destes serviços são «invisíveis» mas insubstituíveis. A polinização por insetos assegura grande parte da produção agrícola; as florestas e os oceanos regulam o clima e absorvem CO₂; os microrganismos do solo reciclam os nutrientes. A sua perda teria custos enormes — se tivessem de ser substituídos artificialmente, seriam economicamente incomportáveis.

Uma distinção importante é entre recursos «renováveis» (que se regeneram naturalmente, como as florestas ou os stocks de peixe, «desde que» não sejam explorados acima da sua capacidade de renovação) e «não renováveis» (que se esgotam à escala humana). Mesmo os recursos renováveis se tornam «esgotáveis» se a exploração exceder a regeneração.

Reconhecer a biosfera como fonte finita de recursos e serviços fundamenta toda a temática da sustentabilidade. A questão central desta unidade é: como explorar as potencialidades da biosfera «sem» comprometer a sua capacidade de continuar a fornecer esses recursos e serviços às gerações futuras?

Exemplo resolvido

Classificar serviços dos ecossistemas

Classifica cada serviço na categoria correta: (a) polinização das culturas; (b) madeira; (c) turismo de natureza; (d) reciclagem de nutrientes no solo.

Polinização
Processo natural que mantém a produção — serviço de regulação.
Madeira
Recurso material fornecido — serviço de provisão.
Turismo de natureza
Benefício não material (recreio, estética) — serviço cultural.
Reciclagem de nutrientes
Processo que sustenta os restantes — serviço de suporte.

Resultado: Polinização = regulação; madeira = provisão; turismo de natureza = cultural; reciclagem de nutrientes = suporte.

Erros frequentes

Considerar os recursos renováveis inesgotáveis — esgotam-se se a exploração exceder a capacidade de renovação.
Reduzir o valor da biosfera aos recursos materiais, ignorando os serviços de regulação e de suporte.

Revisão ativa

Classifica os seguintes serviços por categoria: polinização das culturas, produção de madeira, turismo de natureza e formação do solo.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais — Biologia 12.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Exploração de recursos biológicos#

PadrãoAE-biologia-12-sustentabilidade-exploracao-biosfera

A humanidade explora os recursos biológicos por várias atividades — agricultura, pecuária, pesca, aquacultura e exploração florestal — que fornecem alimento, matérias-primas e emprego. Cada uma tem potencialidades e «riscos» de degradação quando mal geridas (ver Fig. 2).

Exploração de recursos biológicos

Fig. 2Fig. 2 — Atividades de exploração de recursos biológicos e os respetivos riscos de degradação.

A «agricultura» é a base da alimentação humana. A sua intensificação (mecanização, fertilizantes, pesticidas, regadio) aumentou muito a produção, mas pode causar «erosão e esgotamento do solo», poluição por agroquímicos e perda de biodiversidade. A agricultura sustentável (rotação de culturas, agricultura biológica) procura conciliar produção e conservação.

A «pecuária» fornece carne, leite e ovos. É exigente em recursos (água, alimento, solo) e, em excesso, provoca «sobrepastoreio» (degradação dos pastos), desflorestação (para abrir pastagens) e emissões de gases com efeito de estufa. A sua gestão eficiente é hoje um tema central da sustentabilidade alimentar.

A «pesca» explora um recurso renovável — os stocks de peixe — mas altamente vulnerável à «sobre-exploração». A captura acima da capacidade de renovação leva ao «colapso» de stocks (como sucedeu com o bacalhau em várias regiões). A «aquacultura» (produção em cativeiro) alivia a pressão sobre os stocks selvagens, mas pode gerar poluição e propagação de doenças.

A «exploração florestal» fornece madeira, cortiça, papel e outros produtos. A gestão sustentável (corte seletivo, reflorestação) permite explorar mantendo a floresta; a exploração excessiva conduz à «desflorestação», com perda de biodiversidade, erosão e libertação de CO₂. Em Portugal, o eucaliptal e o montado ilustram diferentes modelos de exploração florestal.

O fio condutor é que todos estes recursos são «renováveis dentro de limites». A chave está em não ultrapassar a capacidade de renovação — explorar ao ritmo a que a natureza repõe. Quando esse limite é excedido, o recurso degrada-se e pode tornar-se irrecuperável, com prejuízos ecológicos e económicos duradouros.

Exemplo resolvido

O colapso de um stock de pesca

Explica por que a pesca de um recurso renovável (peixe) pode conduzir ao colapso do stock, se não for gerida.

Renovação
O stock renova-se pela reprodução; há uma taxa a que se pode capturar sem o reduzir (rendimento sustentável).
Sobre-exploração
Se a captura exceder a renovação, o stock diminui ano após ano.
Colapso
Abaixo de um limiar, ficam poucos reprodutores, a renovação cai drasticamente e o stock pode colapsar, mesmo que se pare a pesca.

Resultado: Pescar acima da capacidade de renovação reduz progressivamente o stock; abaixo de um limiar crítico, a reprodução já não o repõe e o recurso pode colapsar.

Erros frequentes

Julgar que a aquacultura não tem impactos ambientais — pode causar poluição e doenças.
Confundir intensificação (mais produção) com sustentabilidade (produção sem degradar o recurso).

Revisão ativa

Explica por que a pesca, embora explore um recurso renovável, pode levar ao colapso de um stock de peixe.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais — Biologia 12.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Produtividade e pirâmides ecológicas#

AprofundamentoAE-biologia-12-sustentabilidade-exploracao-biosfera

A capacidade de um ecossistema fornecer alimento depende da sua «produtividade» — a quantidade de matéria orgânica (biomassa) que produz por unidade de tempo. A «produtividade primária» é a produzida pelos «produtores» (plantas e algas, por fotossíntese); a «secundária» é a acumulada pelos consumidores. É a base de toda a cadeia alimentar (ver Fig. 3 e Fig. 4).

Pirâmide de energia (regra dos 10%)

Fig. 3Fig. 3 — Pirâmide de energia: a cada nível trófico transfere-se apenas ~10% da energia (regra dos 10%).

Fluxo de energia num ecossistema

Fig. 4Fig. 4 — Fluxo unidirecional de energia: a cada nível dissipa-se energia (respiração, calor); só ~10% passa ao nível seguinte.

A energia entra no ecossistema pela «fotossíntese» e flui ao longo dos «níveis tróficos»: produtores -> consumidores de 1.ª ordem (herbívoros) -> consumidores de 2.ª ordem -> etc. A cada passagem de nível, «perde-se» a maior parte da energia (na respiração, no calor, em partes não consumidas) — o fluxo de energia é «unidirecional» e decrescente (ver Fig. 4).

Uma regra aproximada quantifica esta perda: a «regra dos 10%». Em média, apenas cerca de «10%» da energia de um nível trófico é transferida para o nível seguinte; os restantes 90% dissipam-se. Assim, se os produtores fixam 10 000 unidades de energia, os herbívoros recebem ≈ 1000, os carnívoros de 2.ª ordem ≈ 100 e os de 3.ª ordem ≈ 10 (ver Fig. 3).

As «pirâmides ecológicas» representam esta estrutura por níveis, com a base (produtores) mais larga e o topo mais estreito. Há três tipos: a «pirâmide de energia» (sempre decrescente da base para o topo, por causa da regra dos 10%), a de «biomassa» (massa de seres em cada nível) e a de «números» (quantidade de indivíduos). A de energia é a mais fiável, pois nunca é invertida.

A regra dos 10% tem uma consequência prática importante: as cadeias alimentares têm «poucos níveis» (geralmente 3 a 5), porque a energia disponível esgota-se. E explica por que é «energeticamente mais eficiente» alimentarmo-nos de produtores (dieta vegetal) do que de animais situados em níveis tróficos elevados — cada nível adicional desperdiça 90% da energia.

Estes conceitos ligam a ecologia à produção de alimentos: a produtividade e a estrutura trófica determinam quanto alimento um ecossistema pode fornecer de forma sustentável. Uma gestão informada respeita estes limites energéticos, em vez de sobrecarregar o sistema para além da sua produtividade.

Exemplo resolvido

Aplicar a regra dos 10%

Num ecossistema, os produtores fixam 20 000 kJ. Estima a energia disponível para os consumidores de 1.ª, 2.ª e 3.ª ordem.

1.ª ordem
10% de 20 000 = 2000 kJ para os herbívoros.
2.ª ordem
10% de 2000 = 200 kJ para os consumidores de 2.ª ordem.
3.ª ordem
10% de 200 = 20 kJ para os consumidores de 3.ª ordem.

Resultado: Consumidores de 1.ª ordem ≈ 2000 kJ, de 2.ª ordem ≈ 200 kJ e de 3.ª ordem ≈ 20 kJ — a energia decresce a 10% por nível.

Erros frequentes

Pensar que a energia se conserva entre níveis tróficos — cerca de 90% dissipa-se em cada passagem.
Confundir pirâmide de energia (nunca invertida) com a de números/biomassa (que podem ser invertidas).

Revisão ativa

Se os produtores de um ecossistema fixam 20 000 kJ, estima a energia disponível para os consumidores de 1.ª, 2.ª e 3.ª ordem, aplicando a regra dos 10%.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais — Biologia 12.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Exploração sustentável dos recursos vivos#

PadrãoAE-biologia-12-sustentabilidade-exploracao-biosfera

A «exploração sustentável» é aquela que retira recursos «ao ritmo a que a natureza os repõe», sem comprometer a sua disponibilidade futura. Opõe-se à «sobre-exploração», em que a extração excede a capacidade de renovação e o recurso se degrada progressivamente (ver Fig. 5).

Exploração sustentável vs sobre-exploração

Fig. 5Fig. 5 — Evolução de um stock: estável sob exploração sustentável; em colapso sob sobre-exploração.

Um conceito-chave é a «capacidade de carga»: o número máximo de indivíduos (ou a quantidade de recurso) que um ecossistema consegue sustentar de forma duradoura. Explorar dentro da capacidade de carga é sustentável; ultrapassá-la conduz à degradação. Ligado a este está o «rendimento máximo sustentável» — a maior captura possível sem reduzir o stock a longo prazo.

A diferença entre os dois modelos vê-se bem num «stock de pesca» (ver Fig. 5). Na exploração sustentável, a captura iguala a renovação e o stock mantém-se estável ano após ano. Na sobre-exploração, a captura excede a renovação, e o stock «declina» progressivamente, podendo colapsar — como aconteceu, historicamente, com várias pescarias.

A sustentabilidade exige «gestão»: definir quotas de captura, épocas de defeso (proibição durante a reprodução), tamanhos mínimos, artes de pesca seletivas e áreas protegidas. Na agricultura e floresta, corresponde à rotação de culturas, ao corte seletivo e à reflorestação. O objetivo é sempre «não ultrapassar» a capacidade de renovação.

A sobre-exploração tem custos que vão além do recurso em si: perda de biodiversidade, desequilíbrio dos ecossistemas (a remoção de uma espécie afeta as outras) e prejuízos económicos e sociais (o colapso de uma pescaria arruína comunidades). Por isso a exploração sustentável é simultaneamente uma exigência ecológica e económica.

Este princípio prepara os domínios seguintes: a gestão sustentável dos recursos e o desenvolvimento sustentável. A ideia central — «explorar sem esgotar», respeitando os limites da biosfera — é o fio condutor de toda esta unidade e da relação entre ciência, tecnologia, sociedade e ambiente.

Exemplo resolvido

Comparar dois modelos de exploração

Dois modelos de pesca de um mesmo stock são acompanhados durante seis anos. Num, o stock mantém-se estável; noutro, cai de 100 para menos de 10. Explica a diferença.

Modelo sustentável
A captura iguala a renovação (dentro da capacidade de carga), pelo que o stock se mantém estável.
Modelo de sobre-exploração
A captura excede a renovação, reduzindo o stock ano após ano.
Consequência
No segundo modelo, o stock aproxima-se do colapso; com poucos reprodutores, a recuperação torna-se muito difícil.

Resultado: A exploração sustentável mantém o stock (captura = renovação); a sobre-exploração (captura > renovação) leva-o ao colapso — daí a necessidade de quotas e defesos.

Erros frequentes

Confundir capacidade de carga (limite que o ecossistema sustenta) com a quantidade atualmente explorada.
Julgar que a sobre-exploração só afeta o recurso explorado — desequilibra todo o ecossistema.

Revisão ativa

Compara a evolução de um stock de peixe sob exploração sustentável e sob sobre-exploração e explica a diferença.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais — Biologia 12.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Referências e fontes

Fontes

Direção-Geral da Educação (DGE)

Aprendizagens Essenciais — Biologia 12.º ano

Exploração das potencialidades da biosfera

4 secções~12 min de leitura4 competênciasNível Padrão 3 · Aprofundamento 1

Exploração das potencialidades da biosfera

Pontos-chave

Classificar serviços dos ecossistemas

Pontos-chave

O colapso de um stock de pesca

Pontos-chave

Aplicar a regra dos 10%

Pontos-chave

Comparar dois modelos de exploração

Fontes

Exploração das potencialidades da biosfera

Pontos-chave

Classificar serviços dos ecossistemas

Pontos-chave

O colapso de um stock de pesca

Pontos-chave

Aplicar a regra dos 10%

Pontos-chave

Comparar dois modelos de exploração

Fontes