Ciência Ambiental - Tradução da 14ª edição norte-americana by Cengage Brasil

G. Tyler Miller e Scott E. Spoolman

outras obras EDUCAÇÃO AMBIENTAL NA FORMAÇÃO DO ADMINISTRADOR José Carlos Barbieri e Dirceu da Silva

Ciência ambiental Tradução da 14 edição norte-americana

Aplicações: livro indicado para os cursos de Ciências Biológicas, Ciências Biomédicas, Engenharia Ambiental, Engenharia Florestal, Engenhariade Biossistemas, Medicina Veterinária, Agronomia, Zootecnia, Gestão Ambiental, Biotecnologia, Geologia, Geografia, Bioenergia, Meio Ambiente e Recursos Hídricos nas disciplinas ecologia de populações, ecologia de comunidades, ecologia geral e aplicada, ecossistemas, educação ambiental, biogeografia, as plantas e a sociedade, evolução de ecossistemas, evolução das populações, evolução das comunidades, ambiente e sociedade. Trilha é uma solução digital, com plataforma de acesso em português, que disponibiliza ferramentas multimídia para uma nova estratégia de ensino e aprendizagem.

isbn 13 978-85-221-1865-6 isbn 10 85-221-1865-5

cpa_CIENCIAAMBIENTAL_26mm.indd 1

Ciência ambiental

O objetivo desta edição é ajudar os leitores a atingir três objetivos: primeiro, entender os fundamentos científicos de como a vida na Terra sobreviveu e prosperou; segundo, usar este fundamento científico para ajudá-los a entender os inúmeros problemas ambientais que encaramos e a avaliar as possíveis soluções para eles; e terceiro, inspirar os outros a fazer a diferença em como se tratar a Terra, que dá suporte à nossa vida e às economias e, assim, como tratamos a nós mesmos e nossos descendentes. Para alcançar esses objetivos, apresentamos nossa visão da Terra, os problemas ambientais que encaramos, e algumas possíveis soluções para eles por meio das lentes da sustentabilidade.

Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br

INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL

Tradução da 14a edição norte-americana

Tradução da 2a edição norte-americana P. Aarne Vesilind e Susan M. Morgan

ECONOMIA AMBIENTAL Janet M. Thomas e Scott J. Callan

ECOLOGIA E SUSTENTABILIDADE

Ciência ambiental Tradução da 14a edição norte-americana

Tradução da 6a edição norte-americana G. Tyler Miller e Scott E. Spoolman

FUNDAMENTOS DE ECOLOGIA Eugene P. Odum e Gary W. Barrett

G. Tyler Miller e Scott E. Spoolman

9 7 8 8 5 2 2 118656 6/22/15 4:17 PM

Pecold/Shutterstock.com

CiĂŞncia ambiental

Livro CiĂŞncia ambiental.indb i

10/06/2015 14:26:07

Ciência ambiental TRADUÇÃO DA 14a EDIÇÃO NORTE-AMERICANA

G. TYLER MILLER SCOTT E. SPOOLMAN

Tradução: Noveritis do Brasil

Revisão Técnica: Sabrina Anselmo Joanitti Doutoranda em Ciências Biológicas (Botânica) na Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (Unesp)

Austrália • Brasil • Japão • Coreia • México • Cingapura • Espanha • Reino Unido • Estados Unidos

Livro Ciência ambiental.indb iii

10/06/2015 14:26:28

Sumário Habilidades de aprendizado

SERES HUMANOS E SUSTENTABILIDADE: UMA VISÃO GERAL

Problemas ambientais, suas causas e a sustentabilidade 5 E S T U D O DE C AS O P R INC IPAL Uma visão mais

sustentável do mundo em 2060 5 PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 6

1.1

Quais são os três princípios da sustentabilidade? 6

1.2

Como são as nossas pegadas ecológicas que afetam a Terra? 11

3.2

FOCO D A CIÊN CIA Muitos dos mais importantes

organismos do mundo são invisíveis para nós 41

3.3

O que acontece com a energia em um ecossistema? 42

3.4

O que acontece com a matéria em um ecossistema? 45

E S T U D O DE C AS O Novos consumidores ricos da

China

1.3

Por que temos problemas ambientais? 15

1.4

O que é uma sociedade sustentável do ponto de vista ambiental? 20 R E V I S ITANDO Visão de uma Terra mais

sustentável

Quais são os principais componentes de um ecossistema? 38

FOCO D A CIÊN CIA Propriedades únicas da água

3.5

Como os cientistas estudam os ecossistemas? 52 REV ISITA N D O Florestas tropicais e sustentabilidade 54

ECOLOGIA E SUSTENTABILIDADE

Ciência, matéria e energia 22 E S T U D O DE C AS O P R INC IPAL O que os

cientistas aprendem com a natureza? A história de uma floresta 22 PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 23

2.1

O que os cientistas fazem? 23

2.2

O que é matéria e o que acontece quando ela se modifica? 26

2.3

O que é energia e o que acontece quando ela se modifica? 32

Ecossistemas: o que são e como funcionam? 35 E S T U D O DE C AS O P R INC IPAL As florestas

tropicais estão desaparecendo 35 PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 36

3.1

O que mantém vivos os seres humanos e outros organismos? 36

Mark Edwards/Peter Arnold, Inc.

R E V I S ITANDO A Floresta Experimental Hubbard Brook e a sustentabilidade 34

Foto 1 Para obter dinheiro, essa criança e a família que vivem em Katmandu, no Nepal, coletam garrafas de cerveja e as vendem para uma cervejaria que irá reutilizá-las.

SUMÁRIO

Livro Ciência ambiental.indb v

10/06/2015 14:26:29

4.4

Como a especiação, a extinção e as atividades humanas afetam a biodiversidade? 64 FOCO D A CIÊN CIA Alteração das características

genéticas das populações 65

4.5

Qual função as espécies desempenham nos ecossistemas? 66 ESTU D O D E CA SO Por que os anfíbios estão

desaparecendo?

Kevin Schafer/Peter Arnold Inc.

ESTU D O D E CA SO Jacaré-americano: uma espécie-chave que quase foi extinta 69 REVISITA N D O Tubarões e biodiversidade

Biodiversidade, interações das espécies e controle populacional

ESTU D O D E CA SO PRIN CIPA L Lontra-marinha do sul:

uma espécie em recuperação 71

Foto 2 Restos mineralizados de um herbívoro que viveu de 26 a 66 milhões de anos atrás.

PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 72

5.1

Como as espécies interagem? 72 FOCO DA CIÊNCIA Ameaças para as florestas de algas

5.2

Biodiversidade e evolução 55

FOCO D A CIÊN CIA Por que as lontras-marinhas do sul

E S T U D O DE C AS O P R INC IPAL Por que devemos

da Califórnia enfrentam um futuro incerto? 79

proteger os tubarões? 55

5.3

PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 56

4.1

O que é biodiversidade e por que ela é importante? 56 58

P E S S O AS QUE FAZ E M A DIFE R E NÇ A Edward O.

Wilson: um campeão da biodiversidade 59

4.2

Como a vida na Terra mudou com o passar do tempo? 59

População e urbanização humana 84 ESTU D O D E CA SO PRIN CIPA L Diminuição do

crescimento populacional na China: uma história de sucesso 84

F O C O DA C IÊ NC IA Como os seres humanos se

tornaram uma espécie tão poderosa? 61

4.3

Como as comunidades e os ecossistemas respondem às mudanças de condições ambientais? 80 REVISITA N D O Lontras-marinhas do sul e sustentabilidade 83

F O C O DA C IÊ NC IA Você já agradeceu aos insetos

hoje?

O que limita o crescimento das populações? 77

PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 85

Como os processos geológicos e a alteração climática afetam a evolução? 62

6.1

Quantas pessoas a Terra pode suportar? 85 FOCO D A CIÊN CIA Por quanto tempo a população

humana pode continuar a crescer? 86

6.2

Quais fatores influenciam o tamanho da população humana? 87 ESTU D O D E CA SO A população dos Estados Unidos está aumentando 88 ESTU D O D E CA SO Estados Unidos: uma nação de

imigrantes

6.3

Como a estrutura etária afeta o crescimento ou declínio populacional? 92

Wolfgang Poelzer/Peter Arnold, Inc.

ESTU D O D E CA SO o baby boom nos Estados

Foto 3 População (escola) de peixe-vidro no Mar Vermelho.

Unidos

6.4

Como diminuir o crescimento populacional? 95 ESTU D O D E CA SO Diminuição do crescimento populacional na Índia 96

6.5

Quais são os principais recursos urbanos e problemas ambientais? 97 ESTU D O D E CA SO Urbanização nos Estados

Unidos

CIÊNCIA AMBIENTAL

Livro Ciência ambiental.indb vi

10/06/2015 14:26:30

Steve Hilebrand/U.S. Fish and Wildlife Service

Foto 4 No Alasca, esse urso-marrom (predador) capturou e se alimentará desse salmão (presa).

E S T U D O DE C AS O Cidade do México

102

6.6

Como o transporte afeta os impactos ambientais urbanos? 103

6.7

Como as cidades podem se tornar mais sustentáveis e habitáveis? 105 E S T U D O DE C AS O A nova vila urbana de Vauban

7.2

Como o clima afeta a natureza e a localização dos biomas? 114

7.3

Como as atividades humanas afetaram os ecossistemas terrestres do mundo? 126

7.4

Quais são os principais tipos de sistema aquático? 127

7.5

Por que os sistemas aquáticos são importantes e como as atividades humanas os afetam? 127

7.6

Quais são os principais tipos de sistema de água doce e como as atividades humanas os afetam? 133

FOCO D A CIÊN CIA Sobrevivência no deserto

106

E S T U D O DE C AS O O conceito de ecocidade em

Curitiba, no Brasil 107 R E V I S ITANDO O crescimento populacional na China,

urbanização e sustentabilidade 108

Clima e biodiversidade 109 E S T U D O DE C AS O P R INC IPAL Uma floresta temperada

decídua

119

REV ISITA N D O Floresta temperada decídua e sustentabilidade 136

109

PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 110

7.1

Que fatores influenciam o clima? 110

SUMÁRIO

Livro Ciência ambiental.indb vii

vii

10/06/2015 14:26:31

ESTU D O D E CA SO Como proteger as tartarugas-marinhas em perigo 154 ESTU D O D E CA SO Proteção às baleias: até agora... uma história de sucesso 155 REVISITA N D O Ursos-polares e sustentabilidade

158

Biodiversidade sustentável: a abordagem do ecossistema 159 ESTU D O D E CA SO PRIN CIPA L Wangari Maathai e o

Movimento Cinturão Verde 159 PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 160

9.1

Quais são as principais ameaças aos ecossistemas da floresta? 160 FOCO D A CIÊN CIA Colocar uma etiqueta de preço nos

serviços ecológicos da natureza 164 ESTU D O D E CA SO Nos Estados Unidos, muitas

florestas desmatadas voltaram a crescer 166

PhotoAlto/SuperStock

9.2

Como devemos administrar e sustentar as florestas? 169 FOCO D A CIÊN CIA Certificação da extração

de madeira cultivada de forma sustentável e de produtos 170

9.3

Foto 5 Árvore saudável (à esquerda) e árvore infestada com visco parasita (à direita).

Como devemos administrar e sustentar os campos? 172

BIODIVERSIDADE SUSTENTÁVEL

Biodiversidade sustentável: uma abordagem sobre as espécies 137 E S T U D O DE C AS O P R INC IPAL Ursos-polares e

mudança climática 137 PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 138

8.1

Qual função os seres humanos desempenham na extinção das espécies? 138 F O C O D A C IÊ NC IA Estimativas de taxas de

extinção

139

8.2

Por que devemos evitar que a taxa de extinção das espécies selvagens aumente? 141

8.3

Como os seres humanos aceleram a extinção das espécies? 143 E S T U D O DE C AS O A trepadeira kudzu

144

E S T U D O DE C AS O Para onde foram todas as

abelhas?

148

E S T U D O DE C AS O Uma mensagem perturbadora

das aves 151 F O C O DA C IÊ NC IA Urubus, cachorros-do-mato e raiva:

algumas conexões científicas inesperadas 152

8.4

viii

Como podemos proteger as espécies selvagens da extinção? 153

Paul Marcus/Shutterstock.com

P E S S O AS QUE FAZ E M A DIFE R E NÇ A Um cientista que

confrontou os caçadores 151

Foto 6 Flor-cadáver da Sumatra ameaçada.

CIÊNCIA AMBIENTAL

Livro Ciência ambiental.indb viii

10/06/2015 14:26:32

RECURSOS DE SUSTENTABILIDADE E QUALIDADE AMBIENTAL

10 Alimentos, solo e manejo de pragas 187 ESTU D O D E CA SO PRIN CIPA L A agricultura orgânica

está em ascensão 187 PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 188

10.1 O que é segurança alimentar e por que é difícil obtê-la? 188 10.2 Como o alimento é produzido? 190 FOCO D A CIÊN CIA O solo é a base da vida na

terra

192

10.3 Quais problemas ambientais decorrem da produção de alimentos industrializados? 195 10.4 Como podemos proteger as culturas das pragas de forma mais sustentável? 203 PESSOA S QU E FA ZEM A D IFEREN ÇA Rachel

Carson 205 ESTU D O D E CA SO Surpresas ecológicas: a lei de consequências não intencionais 206 © Reinhard Dirscherl/Alamy

10.5 Como podemos melhorar a segurança alimentar? 209 10.6 Como podemos produzir alimentos de forma mais sustentável? 210 ESTU D O D E CA SO Erosão do solo nos Estados

Unidos 211 FOCO D A CIÊN CIA O Instituto da Terra e a policultura

Foto 7 Tartaruga-verde marinha ameaçada.

perene

216

REV ISITA N D O Agricultura orgânica e sustentabilidade 218

9.4

Como devemos administrar e sustentar parques e reservas naturais? 173 E S T U D O DE C AS O Destaques sobre os parques públicos dos Estados Unidos 174 F O C O DA C IÊ NC IA Reintrodução do lobo-cinzento no

Parque Nacional de Yellowstone 175 E S T U D O DE C AS O Costa Rica: líder mundial em conservação 176 E S T U D O DE C AS O A controvérsia sobre a proteção das áreas selvagens nos Estados Unidos 177

9.5

Qual é a abordagem do ecossistema para sustentar a biodiversidade? 177 F O C O DA C IÊ NC IA Restauração ecológica de uma

9.6

Como podemos ajudar a sustentar a biodiversidade aquática? 180 E S T U D O DE C AS O Métodos de pesca industrial

182

P E S S O AS QUE FAZ E M A DIFE R E NÇ A Sylvia Earle:

campeã dos oceanos 185 R E V I S ITANDO Movimento Cinturão Verde e sustentabilidade 186

floresta tropical seca da Costa Rica 179

Foto 8 Pântano litorâneo no Peru.

SUMÁRIO

Livro Ciência ambiental.indb ix

10/06/2015 14:26:33

11.3 Como podemos usar a água doce de forma mais sustentável? 233

11 Recursos e poluição da água 219 E S T U D O DE C AS O P R INC IPAL História do Rio

Colorado

11.4 Como podemos reduzir o risco de inundações? 236

219

PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 220

ESTU D O D E CA SO Viver perigosamente nas encostas de Bangladesh 238

11.1 No futuro, teremos água utilizável suficiente? 220

11.5 Como podemos lidar com a poluição da água? 239

E S T U D O DE C AS O Recursos de água doce nos Estados

Unidos

222

PESSOA S QU E FA ZEM A D IFEREN ÇA John Beal plantou árvores para restaurar um córrego 241

F O C O DA C IÊ NC IA Pegadas da água e água

virtual

223

ESTU D O D E CA SO A água engarrafada é uma boa

11.2 Como podemos aumentar os suprimentos de água doce? 225

opção?

E S T U D O DE C AS O Depleção aquífera nos Estados

Unidos

246

ESTU D O D E CA SO Fragmentos de lixo no oceano:

não existe jogar fora 247

227

FOCO D A CIÊN CIA Esgotamento de oxigênio no

E S T U D O DE C AS O A Califórnia transfere quantidades

nordeste do Golfo do México 249

massivas de água doce de áreas ricas em água para as áreas pobres em água 230

FOCO D A CIÊN CIA Como tratar o esgoto por meio do

trabalho com a natureza 253

E S T U D O DE C AS O O desastre do Mar de Aral:

REVISITA N D O Rio Colorado e sustentabilidade

um exemplo evidente de consequências involuntárias 231

254

12 Geologia e minerais não renováveis 255 ESTU D O D E CA SO PRIN CIPA L O real custo do

ouro

255

PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 256

12.1 Quais são os principais processos geológicos da Terra e seus perigos? 256

Alison Gannett/Peter Arnold, Inc.

12.2 Como as rochas da Terra são recicladas? 262

Foto 9 Casa de palha com energia eficiente em Crested Butte, no Colorado, durante a construção.

12.3 Quais são os recursos minerais e os efeitos ambientais produzidos por eles? 264 12.4 Por quanto tempo durarão os fornecimentos de recursos minerais não renováveis? 269 FOCO D A CIÊN CIA A importância dos metais de terras-

-raras

271

ESTU D O D E CA SO Um subsídio de mineração

desatualizado: a Lei Geral de Mineração (General Mining Law) dos Estados Unidos de 1872 271 FOCO DA CIÊNCIA A revolução da nanotecnologia

274

12.5 Como podemos usar os recursos minerais de forma mais sustentável? 275 ESTU D O D E CA SO Prevenção da poluição

compensa

276

REVISITA N D O Mineração de ouro e

Foto 5 Árvore saudável (à esquerda) e árvore infestada com visco parasita (à direita).

Foto 10 Casa de palha com energia eficiente em Crested Butte, no Colorado.

Alison Gannett/Peter Arnold, Inc.

sustentabilidade

13 Energia

276

277

ESTU D O D E CA SO PRIN CIPA L O surpreendente

potencial da energia eólica nos Estados Unidos 277 PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 278

13.1 O que é energia líquida e por que é importante? 278 13.2 Quais são as vantagens e desvantagens de utilizar combustíveis fósseis? 280

CIÊNCIA AMBIENTAL

Livro Ciência ambiental.indb x

10/06/2015 14:26:35

E S T U D O DE C AS O Os Estados Unidos usam muito mais petróleo do que produzem 282

285

E S T U D O DE C AS O O crescente problema da cinza do

carvão

290

13.3 Quais são as vantagens e desvantagens de utilizar energia nuclear? 291 E S T U D O DE C AS O Resíduos altamente radioativos nos Estados Unidos 295 E S T U D O DE C AS O Os três piores acidentes com usinas nucleares 298

13.4 Por que a eficiência da energia é um recurso importante de energia? 299 E S T U D O DE C AS O Economizar energia e dinheiro com

Pierre A. Pitter/UN Food and Agriculture Organization

E S T U D O DE C AS O Óleo pesado de areia

betuminosa

Foto 11 Em algumas partes da Índia, o esterco de vaca é recolhido, seco e queimado como combustível para cozinhar e aquecer.

uma rede elétrica mais inteligente 301 E S T U D O DE C AS O O Instituto das Montanhas

Rochosas 304

13.5 Quais são as vantagens e desvantagens de utilizar recursos de energia renovável? 307 E S T U D O DE C AS O O etanol é a resposta?

316

13.6 Em relação ao uso de energia, como é possível fazer a transição para um futuro mais sustentável? 320 R E V I S ITANDO Energia eólica e sustentabilidade

324

PESSOA S QU E FA ZEM A D IFEREN ÇA Ray Turner e sua

geladeira

343

14.5 Como perceber os riscos e evitar o pior deles? 343 ESTU D O D E CA SO Morte por fumo

344

REV ISITA N D O Bisfenol A e sustentabilidade

15 Poluição do ar, mudança climática e redução da camada de ozônio 349

14 Perigos ambientais e saúde humana 325

ESTU D O D E CA SO PRIN CIPA L Derretimento de gelo

E S T U D O DE C AS O P R INC IPAL Mamadeiras de bebês e

na Groenlândia 349

latas de alimentos são seguras? A controvérsia sobre o BPA 325

PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 350

PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 326

15.3 Como podemos tratar a poluição do ar? 360

14.2 Quais são os principais perigos biológicos enfrentados pelo ser humano? 327

15.4 Como o clima da Terra pode mudar no futuro? 363

E S T U D O DE C AS O Tuberculose: uma ameaça crescente

no mundo 328

FOCO D A CIÊN CIA Modelos utilizados para projetar

mudanças climáticas futuras nas temperaturas atmosféricas 367

F O C O DA C IÊ NC IA A resistência genética aos

antibióticos está crescendo 329

PESSOA S QU E FA ZEM A D IFEREN ÇA Soando o alarme:

P E S S O AS QUE FAZ E M A DIFE R E NÇ A Três estudantes

universitários salvaram milhares de vidas 331

James Hansen 369

15.5 Quais são os possíveis efeitos de uma atmosfera mais quente? 370

E S T U D O DE C AS O A epidemia global do HIV/

331

E S T U D O DE C AS O Malária: a disseminação de um

parasita mortal 332

15.6 O que podemos fazer para retardar a mudança climática prevista? 374 15.7 Como esgotamos o ozônio na estratosfera e o que podemos fazer com relação a isso? 380

14.3 Quais são os principais perigos químicos enfrentados pelo ser humano? 334 F O C O DA C IÊ NC IA Efeitos tóxicos do mercúrio

15.1 Qual é a natureza da atmosfera? 350 15.2 Quais são os principais problemas de poluição do ar? 351

14.1 Quais são os principais perigos à saúde do ser humano? 326

Aids

348

336

14.4 Como avaliar os perigos químicos? 338 E S T U D O DE C AS O Como proteger as crianças das substâncias químicas tóxicas 339

PESSOA S QU E FA ZEM A D IFEREN ÇA Sherwood Rowland e Mario Molina: uma história científica de especialização, coragem e persistência 382 REV ISITA N D O Derretimento de gelo na Groenlândia e sustentabilidade 383

SUMÁRIO

Livro Ciência ambiental.indb xi

10/06/2015 14:26:36

MaxFX/Shutterstock.com

Foto 12 A geleira Hubbard, localizada no Alasca, armazena água por um longo período como parte do ciclo hidrológico. No entanto, por causa do recente aquecimento atmosférico, muitas geleiras do mundo estão derretendo lentamente.

16 Resíduos sólidos e perigosos 384 E S T U D O DE C AS O P R INC IPAL Resíduo eletrônico:

um problema explosivo 384 PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 385

16.1 O que são resíduos sólidos e perigosos? Por que eles são um problema? 385 E S T U D O DE C AS O Resíduos sólidos nos Estados

Unidos

386

ESTU D O D E CA SO O chumbo é um poluente

altamente tóxico

400

16.6 Como podemos fazer a transição para uma sociedade mais sustentável e com baixa produção de resíduos? 401 ESTU D O D E CA SO Ecossistemas industriais: imitar a natureza 402 REVISITA N D O Resíduos eletrônicos e sustentabilidade 404

16.2 Como devemos lidar com o resíduo sólido? 387 16.3 Por que são tão importantes a reutilização e reciclagem dos materiais? 389 P E S S O AS QUE FAZ E M A DIFE R E NÇ A A contribuição

SUSTENTANDO AS SOCIEDADES HUMANAS

de Mike Biddle para a reciclagem de plásticos 391 F O C O DA C IÊ NC IA Bioplásticos

392

16.4 Quais são as vantagens e desvantagens de queimar ou enterrar resíduos sólidos? 393 16.5 Como devemos lidar com o resíduo perigoso? 395 E S T U D O DE C AS O Reciclagem de resíduos

eletrônicos

396

E S T U D O DE C AS O Legislação norte-americana sobre

resíduos sólidos 397

xii

17 Economia, política e visões de mundo ambientais 405 ESTU D O D E CA SO PRIN CIPA L A transformação

ambiental de Chattanooga 405 PRINCIPAIS QUESTÕES E CONCEITOS 406

17.1 Como os sistemas econômicos estão relacionados à biosfera? 406 17.2 Como podemos usar as ferramentas econômicas para lidar com os problemas ambientais? 409

CIÊNCIA AMBIENTAL

Livro Ciência ambiental.indb xii

10/06/2015 14:26:37

P E S S O AS QUE FAZ E M A DIFE R E NÇ A Muhammad Yunus: um pioneiro no microcrédito 414

SUPLEMENTOS 1

Unidades de medida S2 Capítulos 2, 3

Leituras de gráficos e mapas S3 Capítulos 1-17

História ambiental dos Estados Unidos S6 Capítulos 4, 11, 17

Um pouco de química básica S10 Capítulos 1-5 e 10-16

Fundamentos do clima: El Niño, tornados e ciclones tropicais S18 Capítulos 3, 7, 10, 15

17.4 Quais são as principais visões de mundo ambientais? 426

Mapas S22 Capítulos 1 e 4-17

F O C O DA C IÊ NC IA Biosfera 2: uma lição de

Dados ambientais e análise S38 Capítulos 2, 6, 8, 9, 13, 15,17

P E S S O AS QUE FAZ E M A DIFE R E NÇ A Ray

Anderson 416

17.3 Como podemos implantar políticas ambientais mais sustentáveis e justas? 418 E S T U D O DE C AS O Gerenciamento de terras públicas

nos Estados Unidos: política em ação 419 P E S S O AS QUE FAZ E M A DIFE R E NÇ A Denis Hayes:

um visionário ambiental pragmático 422 E S T U D O DE C AS O A conscientização ambiental das

universidades norte-americanas 424

humildade

428

17.5 Como viver de forma mais sustentável? 428 R E V I S ITANDO Chattanooga e sustentabilidade

Exercícios de revisão dos capítulos

434

435

Glossário

Índice remissivo

SUMÁRIO

Livro Ciência ambiental.indb xiii

xiii

10/06/2015 14:26:37

P R E F Á C I O

Aos professores

Nossos textos foram bastante ampliados para manter os usuários atualizados no campo em rápida mudança da ciência ambiental. Continuamos a manter essa força comprovada nesta edição e acrescentamos alguns novos recursos.

Para ajudar os alunos a se concentrar nas ideias principais, construímos cada seção principal de capítulo com base em um ou dois conceitos-chave, que apontam as mensagens mais importantes de cada capítulo. Esses conceitos constam no início de cada capítulo, e cada seção de capítulo começa com uma questão e um conceito, que estão destacados e referenciados ao longo de cada capítulo e ao final, também resumimos e reforçamos o aprendizado listando as três grandes ideias.

A sustentabilidade é o tema de integração deste livro Sustentabilidade, a palavra de ordem do século XXI para aqueles preocupados sobre o ambiente, é o tema principal deste livro. Os três princípios da sustentabilidade – baseados em nossa análise de como a vida na Terra tem sido sustentada por, no mínimo, 3,5 bilhões de anos – são fundamentais na condução do tema. Esses princípios são apresentados no Capítulo 1, retratados na Figura 1.2 e usados ao longo TA B

do livro, com cada referência marcada na margem . Nesta edição, também apresentamos os três princípios da ciência social da sustentabilidade com base nos conceitos principais da economia ambiental, ciência política e ética. Esses princípios estão retratados na Figura 17.23.

PREFÁCIO

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DA DE IL I

■ Mais de 50 novos tópicos ou tópicos expandidos, incluindo nossa visão de um mundo mais sustentável em 2060. As seções sobre recursos de energia agora apresentam a cobertura do derramamento de petróleo da empresa British Petroleum (BP) em 2010, no Golfo do México, e mais informações sobre reatores nucleares. A mudança climática é enfatizada com a nova cobertura sobre o aquecimento dos lagos do mundo, os pontos de inflexão e os esforços inovadores para reduzir as emissões de metano e fuligem. Há ainda exemplos atualizados da degradação do capital natural, como a mancha de lixo no Grande Pacífico e o derramamento de lixo nocivo de uma usina de alumínio na Hungria. Também destacamos que a ciência ambiental é repleta de boas notícias e com a promessa de um futuro melhor. Apresentamos novas informações sobre a compensação de um trabalho voltado à prevenção da poluição e a conscientização ambiental das universidades. ■ Novos estudos de caso principais. Quase 25% dos 17 capítulos do livro apresentam novos estudos de caso principais. Eis os novos estudos de caso principais desta edição: “Uma visão mais sustentável do mundo em 2060” (Capítulo 1), “Por que devemos proteger os tubarões?” (Capítulo 4), “Diminuição do crescimento populacional na China: uma história de sucesso” (Capítulo 6), “Uma floresta temperada de-

Conceito de abordagem centralizada

O que há de novo nesta edição?

cídua” (Capítulo 7), “O surpreendente potencial da energia eólica nos Estados Unidos” (Capítulo 13) e “Derretimento de gelo na Groenlândia” (Capítulo 15). ■ Três princípios da ciência social da sustentabilidade foram introduzidos. Esses três princípios têm como base a economia ambiental, ciência política e ética que complementam os três princípios científicos da sustentabilidade. (Veja Figuras 1.2 e 17.23.) ■ Aprendizagem visual melhorada. Como sempre, mantivemos a natureza altamente visual deste livro atualizando nosso programa de ilustração. Substituímos, melhoramos ou atualizamos mais de 120 fotos e diagramas ou cerca de 30% das figuras, para ilustrar cuidadosamente o nosso tema principal de sustentabilidade e nossos cinco subtemas – capital natural, degradação do capital natural, soluções, trade-offs e pessoas que fazem a diferença.

S U ST

Escrevemos este livro para ajudar os professores a atingir três objetivos: primeiro, explicar aos alunos os fundamentos científicos de como a vida na Terra sobreviveu e prosperou; segundo, usar esse fundamento científico para ajudar os alunos a entender os inúmeros problemas ambientais que enfrentamos e avaliar as possíveis soluções; e terceiro, inspirar os alunos a fazer diferença na forma como a Terra é tratada, a qual dá suporte às nossas vidas e economias, de modo que possamos rever o tratamento que reservamos a nós mesmos e aos nossos descendentes. Para que possamos contribuir para o alcance desses objetivos, apresentamos nossa visão da Terra, os problemas ambientais enfrentados e algumas possíveis soluções por meio das lentes da sustentabilidade – tema deste livro.

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Estudos de caso principais e o tema sustentabilidade Cada capítulo começa com um “Estudo de caso principal”, que é aplicado ao longo do capítulo. As conexões com esse estudo são indicadas nas margens do livro ESTUDO DE . Os exercícios do boxe “Pensando a respeito” são CASO colocados estrategicamente ao longo de cada capítulo e desafiam os alunos a fazer essas e outras conexões por si sós. Cada capítulo termina com o boxe “Revisitando”, que conecta o “Estudo de caso principal” e outro material aos três princípios científicos da sustentabilidade.

Cinco subtemas guiam o caminho para a sustentabilidade Usamos os cinco subtemas principais apresentados a seguir para integrar o material deste livro. ■ Capital natural. A sustentabilidade depende dos recursos e serviços naturais que dão suporte a todas as vidas e economias. Os exemplos de diagramas que ilustram esses subtemas são as Figuras 1.3, 3.9 e 9.4. ■ Degradação do capital natural. Descrevemos como as atividades humanas podem degradar o capital natural. Os exemplos de diagramas que ilustram esse subtema são as Figuras 9.9, 10.11 e 12.12. ■ Soluções. Prestamos muita atenção na pesquisa para soluções à degradação do capital natural e outros problemas ambientais. Apresentamos as soluções aos problemas ambientais de forma equilibrada e estimulamos os alunos a usar o raciocínio crítico para avaliá-las. Algumas figuras e muitas seções de capítulos e subseções apresentam soluções propostas e testadas para vários problemas ambientais. Entre os exemplos, estão as Figuras 9.14, 10.25 e 13.48. Também apresentamos uma quantidade de tecnologias e tendências sociais que podem acabar logo e mudar o mundo muito mais rapidamente do que a maioria das pessoas pensa. Essa notícia potencialmente boa está resumida na Figura 17.24. ■ Trade-offs. A pesquisa para soluções envolve trade-offs, porque qualquer solução exige ponderar vantagens contra desvantagens. Usamos diagramas de trade-offs para apresentar vantagens e desvantagens das diversas tecnologias ambientais e soluções aos problemas ambientais. Entre os exemplos, estão as Figuras 10.17, 11.17 e 13.37. ■ Pessoas que fazem a diferença. Ao longo deste livro, os boxes “Pessoas que fazem a diferença” e alguns dos estudos de caso principais descrevem o que vários cientistas e cidadãos têm feito para nos ajudar a viver de forma mais sustentável. Além disso, uma quantidade de “O que você pode fazer?” em diagramas descrevem como os leitores podem lidar com os problemas que enfrentamos. Entre os exemplos, estão as Figuras 8.10, 11.19 e 15.31. Oito coisas es-

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pecialmente importantes que as pessoas podem fazer – oito formas-chave sustentáveis – estão resumidas na Figura 17.21.

Cobertura global baseada na ciência Os Capítulos 2 a 7 mostram como os cientistas trabalham e introduzem princípios científicos necessários para um entendimento básico de como a vida na Terra tem sobrevivido e prosperado por 3,5 bilhões de anos. Esses capítulos também descrevem a variedade de problemas ambientais que enfrentamos e alguns métodos para avaliar as propostas que visam solucioná-los. Tópicos ambientais importantes são explorados profundamente nos 27 boxes de “Foco da ciência” contidos nesses capítulos. A ciência também está integrada ao longo deste livro em vários estudos de caso e nas figuras (veja Figuras 13.2, 14.2 e 14.11). No texto, as observações “Carreira verde” apontam a várias carreiras verdes. Este livro também fornece uma perspectiva global em dois níveis. Primeiro, os princípios ecológicos – fornecidos ao longo do livro – revelam como a vida do mundo é conectada e sustentada dentro da biosfera (Capítulo 3). Segundo, o livro integra as informações e imagens do mundo na apresentação dos problemas ambientais e suas possíveis soluções. Isso inclui mais de 40 mapas globais e mapas dos Estados Unidos no texto básico e no Suplemento 6.

Estudos de caso Além dos 17 estudos de caso principais, cada um deles integrado completamente ao conteúdo do capítulo, 51 estudos de caso adicionais aparecem ao longo do livro. Esses 68 estudos de caso oferecem uma abordagem mais aprofundada sobre problemas ambientais específicos e suas possíveis soluções.

Raciocínio crítico A introdução às “Habilidades de aprendizado” descreve habilidades de raciocínio crítico. As aplicações do raciocínio crítico aparecem ao longo do livro de várias formas: ■ Mais de 60 exercícios nos boxes “Pensando a respeito”. A abordagem interativa para aprender reforça as informações de texto e gráficas e os conceitos, de modo que os alunos possam analisar o material imediatamente depois de ser apresentado, em vez de esperar até o final do capítulo. ■ Em todos os boxes “Foco da ciência”. ■ Nos 57 boxes “Conexões” que simulam o raciocínio crítico ao explorarem as conexões surpreendentes entre os problemas ambientais e as atividades humanas comuns. ■ Nas legendas da maioria das figuras do livro (veja Figuras 1.8, 3.11 e 10.21).

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Aprendizado visual Este livro é altamente visual com mais de 400 fotos e diagramas, e 30% deles são novos e foram melhorados ou atualizados nesta edição, cujo objetivo é apresentar ideias complexas de formas compreensíveis para o mundo real (veja Figuras 3.14, 11.30, 13.9 e 15.15). Nosso programa de ilustração inclui mais de 170 fotos selecionadas cuidadosamente ao longo dos anos e revisadas e atualizadas em cada nova edição.

Três níveis de flexibilidade Há centenas de formas de organizar o conteúdo deste curso para atender às necessidades de diferentes professores, com uma variedade ampla de cenários profissionais e durações de cursos e objetivos. Para cumprir as diversas necessidades, elaboramos um livro altamente flexível que permite que os professores variem a ordem dos capítulos e seções dentro dos capítulos sem expor os alunos a termos e conceitos que podem confundi-los. Recomendamos que o leitor comece pelo Capítulo 1, pois ele define termos básicos e apresenta uma visão geral das questões de sustentabilidade, população, poluição, recursos e desenvolvimento econômico que serão tratadas ao longo do livro. Esse capítulo funciona como um trampolim para utilização dos demais capítulos em praticamente qualquer ordem. Uma estratégia utilizada com frequência é, após o Capítulo 1, trabalhar os Capítulos 2 a 7, que apresentam os conceitos científicos e ecológicos básicos. Podem-se, então, utilizar os capítulos restantes na ordem desejada. Alguns professores seguem o Capítulo 1 com o 17 sobre economia ambiental, política e visões de mundo antes de procederem aos capítulos sobre conceitos de ciência básicos e ecológicos. Fornecemos um segundo nível de flexibilidade em sete suplementos, que os professores podem utilizar como quiserem para cumprir as necessidades de seus cursos específicos. Os exemplos incluem o histórico ambiental dos Estados Unidos (Suplemento 3), química básica (Suplemento 4), fundamento do clima (Suplemento 5), uma coleção de 23 mapas (Suplemento 6) e um conjunto de 16 gráficos mostrando as tendências em dados ambientais básicos com um ou mais exercícios de análise de dados (Suplemento 7). O novo recurso “Explore mais” representa um terceiro nível de flexibilidade que fornece 125 artigos breves em uma variedade de assuntos escritos pelos autores.

Auxílio no estudo do texto Cada capítulo começa com o item “Principais questões e conceitos” que mostra como o capítulo está organizado

e o que os alunos aprenderão. Quando um novo termo é introduzido e definido, o item é impresso em negrito, todos esses termos são elencados no “Glossário” e destacados nos “Exercícios de revisão dos capítulos”. Os exercícios dos boxes “Pensando a respeito” (65 ao todo) reforçam o aprendizado, pois estimulam os alunos a pensar de forma crítica sobre as implicações de várias questões ambientais e soluções. As legendas de muitas figuras contêm perguntas que levam os alunos a refletir sobre o conteúdo abordado e a avaliá-lo. No final do livro, há exercícios referentes a cada capítulo. Cada grupo de exercícios contém um conjunto detalhado de questões de revisão por seção de capítulo e um conjunto de questões de “Raciocínio crítico” para incentivar os alunos a pensar de forma crítica e aplicar o que aprenderam em suas vidas. Cada capítulo também tem um ou dois exercícios de “Fazendo ciência ambiental” (item novo desta edição), um exercício usando o banco de dados de artigos do “Exercício de Observação” e outras informações (outro item novo desta edição) e um problema de “Análise de dados” ou “Análise da pegada ecológica” incorporado em torno dos dados de pegada ecológica ou alguns outros conjuntos de dados ambientais.

Agradecimentos Agradecemos aos muitos alunos e professores que receberam de forma tão favorável as 13 edições anteriores de Ciência ambiental, as 17 edições de Living in the environment, as dez edições de Sustaining the Earth e as seis edições de Essentials of ecology e que corrigiram erros e forneceram muitas sugestões úteis para melhoria. Também estamos em profunda dívida com os mais de 295 revisores que indicaram os erros e sugeriram muitas melhorias importantes nas diversas edições desses quatro livros. São necessárias muitas pessoas para produzir um livro, e os membros da talentosa equipe fizerem contribuições vitais. Nosso agradecimento especial ao editor de desenvolvimento Jake Warde, aos editores de produção Hal Humphrey e Nicole Barone, à editora de cópia Deborah Thompson, ao especialista em layout Judy Maenle, à pesquisadora de fotografia Abigail Reip, ao artista Patrick Lane, à editora de mídia Alexandria Brady e ao editor assistente Alexis Glubka, à assistente de análise de dados e ecoeditorial Lauren Crosby e à Brooks/ Cole’s que trabalhou duro com a equipe de vendas. Por fim, agradecemos à editora de ciências da vida Yolanda Cossio e à sua talentosa e dedicada equipe que tornaram este livro possível. G. Tyler Miller Scott E. Spoolman

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Colaboradores pedagógicos Dr. Dean Goodwin e seus colegas de trabalho – Berry Cobb, Deborah Stevens, Jeannette Adkins, Jim Lehner, Judy Treharne, Lonnie Miller e Tom Mowbray – ofereceram excelentes contribuições para a elaboração de exer-

cícios relacionados à análise de pegada ecológica. Mary Jo Burchart, do Oakland Community College, escreveu o texto dos exercícios “Relógio ambiental global”.

Revisores Barbara J. Abraham, Hampton College; Donald D. Adams, State University of New York, Plattsburgh; Larry G. Allen, California State University, Northridge; Susan Allen-Gil, Ithaca College; James R. Anderson, U. S. Geological Survey; Mark W. Anderson, University of Maine; Kenneth B. Armitage, University of Kansas; Samuel Arthur, Bowling Green State University; Gary J. Atchison, Iowa State University; Thomas W. H. Backman, Lewis Clark State University; Marvin W. Baker Jr., University of Oklahoma; Virgil R. Baker, Arizona State University; Stephen W. Banks, Louisiana State University in Shreveport; Ian G. Barbour, Carleton College; Albert J. Beck, California State University, Chico; Eugene C. Beckham, Northwood University; Diane B. Beechinor, Northeast Lakeview College; W. Behan, Northern Arizona University; David Belt, Johnson County Community College; Keith L. Bildstein, Winthrop College; Andrea Bixler, Clarke College; Jeff Bland, University of Puget Sound; Roger G. Bland, Central Michigan University; Grady Blount II, Texas A&M University, Corpus Christi; Lisa K. Bonneau, University of Missouri, Kansas City; Georg Borgstrom, Michigan State University; Arthur C. Borror, University of New Hampshire; John H. Bounds, Sam Houston State University; Leon F. Bouvier, Population Reference Bureau; Daniel J. Bovin, Universite Laval; Jan Boyle, University of Great Falls; James A. Brenneman, University of Evansville; Michael F. Brewer, Resources for the Future, Inc.; Mark M. Brinson, East Carolina University; Dale Brown, University of Hartford; Patrick E. Brunelle, Contra Costa College; Terrence J. Burgess, Saddleback College North; David Byman, Pennsylvania State University, Worthington-Scranton; Michael L. Cain, Bowdoin College; Lynton K. Caldwell, Indiana University; Faith Thompson Campbell, Natural Resources Defense Council, Inc.; John S. Campbell, Northwest College; Ray Canterbery, Florida State University; Ted J. Case, University of San Diego; Ann Causey, Auburn University; Richard A. Cellarius, Evergreen State University; William U. Chandler, Worldwatch Institute; F. Christman, University of North Carolina, Chapel Hill; Lu Anne Clark, Lansing Community College; Preston Cloud, University of California, Santa Barbara; Bernard C. Cohen, University of Pittsburgh; Richard A. Cooley, University of California, Santa Cruz; Dennis J. Corrigan; George Cox, San Diego State University; John D. Cunningham, Keene State College; Herman E. Daly, University of Maryland; Raymond F. Dasmann, University of California, Santa Cruz; Kingsley Davis, Hoover Institu-

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tion; Edward E. DeMartini, University of California, Santa Barbara; James Demastes, University of Northern Iowa; Charles E. DePoe, Northeast Louisiana University; Thomas R. Detwyler, University of Wisconsin; Bruce DeVantier, Southern Illinois University Carbondale; Peter H. Diage, University of California, Riverside; Stephanie Dockstader, Monroe Community College; Lon D. Drake, University of Iowa; Michael Draney, University of Wisconsin-Green Bay; David DuBose, Shasta College; Dietrich Earnhart, University of Kansas; Robert East, Washington & Jefferson College; T. Edmonson, University of Washington; Thomas Eisner, Cornell University; Michael Esler, Southern Illinois University; David E. Fairbrothers, Rutgers University; Paul P. Feeny, Cornell University; Richard S. Feldman, Marist College; Vicki Fella-Pleier, La Salle University; Nancy Field, Bellevue Community College; Allan Fitzsimmons, University of Kentucky; Andrew J. Friedland, Dartmouth College; Kenneth O. Fulgham, Humboldt State University; Lowell L. Getz, University of Illinois, Urbana-Champaign; Frederick F. Gilbert, Washington State University; Jay Glassman, Los Angeles Valley College; Harold Goetz, North Dakota State University; Srikanth Gogineni, Axia College of University of Phoenix; Jeffery J. Gordon, Bowling Green State University; Eville Gorham, University of Minnesota; Michael Gough, Resources for the Future; Ernest M. Gould Jr., Harvard University; Peter Green, Golden West College; Katharine B. Gregg, West Virginia Wesleyan College; Paul K. Grogger, University of Colorado, Colorado Springs; L. Guernsey, Indiana State University; Ralph Guzman, University of California, Santa Cruz; Raymond Hames, University of Nebraska, Lincoln; Robert Hamilton IV, Kent State University, Stark Campus; Raymond E. Hampton, Central Michigan University; Ted L. Hanes, California State University, Fullerton; William S. Hardenbergh, Southern Illinois University, Carbondale; John P. Harley, Eastern Kentucky University; Neil A. Harriman, University of Wisconsin, Oshkosh; Grant A. Harris, Washington State University; Harry S. Hass, San Jose City College; Arthur N. Haupt, Population Reference Bureau; Denis A. Hayes, consultor ambiental; Stephen Heard, University of Iowa; Gene Heinze-Fry, Department of Utilities, Commonwealth of Massachusetts; Jane Heinze-Fry, educadora ambiental; John G. Hewston, Humboldt State University; David L. Hicks, Whitworth College; Kenneth M. Hinkel, University of Cincinnati; Eric Hirst, Oak Ridge National Laboratory; Doug Hix, University of Hartford; S.

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Holling, University of British Columbia; Sue Holt, Cabrillo College; Donald Holtgrieve, California State University, Hayward; Michelle Homan, Gannon University; Michael H. Horn, California State University, Fullerton; Mark A. Hornberger, Bloomsberg University; Marilyn Houck, Pennsylvania State University; Richard D. Houk, Winthrop College; Robert J. Huggett, College of William and Mary; Donald Huisingh, North Carolina State University; Catherine Hurlbut, Florida Community College, Jacksonville; Marlene K. Hutt, IBM; David R. Inglis, University of Massachusetts; Robert Janiskee, University of South Carolina; Hugo H. John, University of Connecticut; Brian A. Johnson, University of Pennsylvania, Bloomsburg; David I. Johnson, Michigan State University; Mark Jonasson, Crafton Hills College; Zoghlul Kabir, Rutgers/New Brunswick; Agnes Kadar, Nassau Community College; Thomas L. Keefe, Eastern Kentucky University; David Kelley, University of St. Thomas; William E. Kelso, Louisiana State University; Nathan Keyfitz, Harvard University; David Kidd, University of New Mexico; Pamela S. Kimbrough; Jesse Klingebiel, Kent School; Edward J. Kormondy, University of Hawaii-Hilo/West Oahu College; John V. Krutilla, Resources for the Future, Inc.; Judith Kunofsky, Sierra Club; E. Kurtz; Theodore Kury, State University of New York, Buffalo; Steve Ladochy, University of Winnipeg; Troy A. Ladine, East Texas Baptist University; Anna J. Lang, Weber State University; Mark B. Lapping, Kansas State University; Michael L. Larsen, Campbell University; Linda Lee, University of Connecticut; Tom Leege, Idaho Department of Fish and Game; Maureen Leupold, Genesee Community College; William S. Lindsay, Monterey Peninsula College; E. S. Lindstrom, Pennsylvania State University; M. Lippiman, New York University Medical Center; Valerie A. Liston, University of Minnesota; Dennis Livingston, Rensselaer Polytechnic Institute; James P. Lodge, consultor de poluição do ar; Raymond C. Loehr, University of Texas, Austin; Ruth Logan, Santa Monica City College; Robert D. Loring, DePauw University; Paul F. Love, Angelo State University; Thomas Lovering, University of California, Santa Barbara; Amory B. Lovins, Rocky Mountain Institute; Hunter Lovins, Rocky Mountain Institute; Gene A. Lucas, Drake University; Claudia Luke; David Lynn; Timothy F. Lyon, Ball State University; Stephen Malcolm, Western Michigan University; Melvin G. Marcus, Arizona State University; Gordon E. Matzke, Oregon State University; Parker Mauldin, Rockefeller Foundation; Marie McClune, The Agnes Irwin School, Rosemont, Pennsylvania; Theodore R. McDowell, California State University; Vincent E. McKelvey, U. S. Geological Survey; Robert T. McMaster, Smith College; John G. Merriam, Bowling Green State University; A. Steven Messenger, Northern Illinois University; John Meyers, Middlesex Community College; Raymond W. Miller, Utah State University; Arthur B. Millman, University of Massachusetts, Boston; Sheila Miracle, Southeast Kentucky Community & Technical College; Fred Montague, University of Utah; Rolf Monteen, California Polytechnic State University; Debbie Moore, Troy University Dothan Campus; Michael K. Moore, Mercer University; Ralph Morris, Brock University, St. Catherine’s, Ontario,

Canada; Angela Morrow, Auburn University; William W. Murdoch, University of California, Santa Barbara; Norman Myers, consultor ambiental; Brian C. Myres, Cypress College; A. Neale, Illinois State University; Duane Nellis, Kansas State University; Jan Newhouse, University of Hawaii, Manoa; Jim Norwine, Texas A&M University, Kingsville; John E. Oliver, Indiana State University; Mark Olsen, University of Notre Dame; Carol Page, editor; Eric Pallant, Allegheny College; Bill Paletski, Penn State University; Charles F. Park, Stanford University; Richard J. Pedersen, U. S. Department of Agriculture, Forest Service; David Pelliam, Bureau of Land Management, U. S. Department of Interior; Murray Paton Pendarvis, Southeastern Louisiana University; Dave Perault, Lynchburg College; Rodney Peterson, Colorado State University; Julie Phillips, De Anza College; John Pichtel, Ball State University; William S. Pierce, Case Western Reserve University; David Pimentel, Cornell University; Peter Pizor, Northwest Community College; Mark D. Plunkett, Bellevue Community College; Grace L. Powell, University of Akron; James H. Price, Oklahoma College; Marian E. Reeve, Merritt College; Carl H. Reidel, University of Vermont; Charles C. Reith, Tulane University; Roger Revelle, California State University, San Diego; L. Reynolds, University of Central Arkansas; Ronald R. Rhein, Kutztown University of Pennsylvania; Charles Rhyne, Jackson State University; Robert A. Richardson, University of Wisconsin; Benjamin F. Richason III, St. Cloud State University; Jennifer Rivers, Northeastern University; Ronald Robberecht, University of Idaho; William Van B. Robertson, School of Medicine, Stanford University; C. Lee Rockett, Bowling Green State University; Terry D. Roelofs, Humboldt State University; Daniel Ropek, Columbia George Community College; Christopher Rose, California Polytechnic State University; Richard G. Rose, West Valley College; Stephen T. Ross, University of Southern Mississippi; Robert E. Roth, Ohio State University; Dorna Sakurai, Santa Monica College; Arthur N. Samel, Bowling Green State University; Shamili Sandiford, College of DuPage; Floyd Sanford, Coe College; David Satterthwaite, Ieed, London; Stephen W. Sawyer, University of Maryland; Arnold Schecter, State University of New York; Frank Schiavo, San Jose State University; William H. Schlesinger, Ecological Society of America; Stephen H. Schneider, National Center for Atmospheric Research; Clarence A. Schoenfeld, University of Wisconsin, Madison; Madeline Schreiber, Virginia Polytechnic Institute; Henry A. Schroeder, Dartmouth Medical School; Lauren A. Schroeder, Youngstown State University; Norman B. Schwartz, University of Delaware; George Sessions, Sierra College; David J. Severn, Clement Associates; Don Sheets, Gardner-Webb University; Paul Shepard, Pitzer College and Claremont Graduate School; Michael P. Shields, Southern Illinois University, Carbondale; Kenneth Shiovitz; F. Siewert, Ball State University; E. K. Silbergold, Environmental Defense Fund; Joseph L. Simon, University of South Florida; William E. Sloey, University of Wisconsin, Oshkosh; Robert L. Smith, West Virginia University; Val Smith, University of Kansas; Howard M. Smolkin, U. S. Environmental Protection Agency; Patricia M. Sparks,

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Glassboro State College; John E. Stanley, University of Virginia; Mel Stanley, California State Polytechnic University, Pomona; Richard Stevens, Monroe Community College; Norman R. Stewart, University of Wisconsin, Milwaukee; Frank E. Studnicka, University of Wisconsin, Platteville; Chris Tarp, Contra Costa College; Roger E. Thibault, Bowling Green State University; William L. Thomas, California State University, Hayward; Shari Turney, editor; John D. Usis, Youngstown State University; Tinco E. A. van Hylckama, Texas Tech University; Robert R. Van Kirk, Humboldt State University; Donald E. Van Meter, Ball State University; Rick Van Schoik, San Diego State University; Gary Varner, Texas A&M University; John D. Vitek, Oklahoma State University; Harry A. Wagner, Victoria College; Lee B. Waian, Saddleback College; Warren C. Walker, Stephen F. Austin State University; Thomas D. Warner, South Dakota State University; Kenneth E. F. Watt, University of California, Davis; Alvin M. Weinberg, Institute of Energy Analysis, Oak Ridge Associated Universities; Brian Weiss; Margery Weit-

kamp, James Monroe High School, Granada Hills, California; Anthony Weston, State University of New York, Stony Brook; Raymond White, San Francisco City College; Douglas Wickum, University of Wisconsin, Stout; Charles G. Wilber, Colorado State University; Nancy Lee Wilkinson, San Francisco State University; John C. Williams, College of San Mateo; Ray Williams, Rio Hondo College; Roberta Williams, University of Nevada, Las Vegas; Samuel J. Williamson, New York University; Dwina Willis, Freed-Hardeman University; Ted L. Willrich, Oregon State University; James Winsor, Pennsylvania State University; Fred Witzig, University of Minnesota, Duluth; Martha Wolfe, Elizabethtown Community and Technical College; George M. Woodwell, Woods Hole Research Center; Todd Yetter, University of the Cumberlands; Robert Yoerg, Belmont Hills Hospital; Hideo Yonenaka, San Francisco State University; Brenda Young, Daemen College; Anita Zavodska, Barry University; Malcolm J. Zwolinski, University of Arizona.

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Sobre os autores G. Tyler Miller Miller escreveu ou foi coautor de 60 edições de vários livros para cursos introdutórios em ciência ambiental, ecologia básica, energia e química ambiental. Desde 1975, os livros de Miller têm sido amplamente usados para ciência ambiental nos Estados Unidos e no mundo todo. Seus livros foram utilizados por quase três milhões de alunos e traduzidos para oito idiomas. O autor é Ph.D pela University of Virginia e recebeu, por duas vezes, o título de doutor honoris causa por suas contribuições à educação ambiental. Foi professor universitário por 20 anos e desenvolveu um programa de graduação interdisciplinar antes de decidir escrever textos de ciência ambiental em tempo integral, em 1975. Miller descreve assim as suas esperanças com relação ao futuro:

Se pudesse escolher, gostaria de viver os próximos 75 anos. Por quê? Primeiro, há esmagadoras evidências científicas de que estamos no processo de degradar seriamente o nosso próprio sistema de suporte de vida. Em outras palavras, estamos vivendo insustentavelmente. Segundo, nos próximos 75 anos, teremos a oportunidade de aprender a viver de forma mais sustentável, trabalhando junto com a natureza, como descrito neste livro. Tenho a sorte de ter três filhos inteligentes, talentosos e maravilhosos – Greg, David e Bill. Sou especialmente privilegiado por ter Kathleen como minha esposa, melhor amiga e colega aliada em pesquisa. É inspirador ter uma mente brilhante, linda (por dentro e por fora) e forte que se preocupa com a natureza como companheira. Ela é minha heroína. Dedico este livro a ela e ao planeta Terra.

Scott Spoolman Scott Spoolman é escritor com aproximadamente 25 anos de experiência na publicação de livros voltados à educação. Trabalha com Tyler Miller desde 2003, contribuiu pela primeira vez como editor e agora como coautor em várias edições de Living in the environment, Ciência ambiental e Sustaining the Earth. Spoolman é mestre em Jornalismo Científico pela University of Minnesota e autor de inúmeros artigos nas áreas de ciência, engenharia ambiental, política e negócios. Trabalhou como editor de aquisições em uma série de livros-texto sobre florestas para faculdade e também como editor de consultoria no desenvolvimento de mais de 70 universidades e livros-texto de ensino médio nas áreas das ciências naturais e sociais. Em seu tempo livre, gosta de explorar as florestas e águas de sua Wisconsin nativa em companhia de sua família – a esposa e educadora ambiental Gail Martinelli e os filhos Will e Katie. Sobre a parceria com Miller, Spoolman afirma o seguinte:

Estou honrado em trabalhar com Tyler Miller como um coautor para continuar a tradição completa, clara e envolvente de escrever sobre o vasto e complexo campo da ciência ambiental. Compartilho a paixão de Tyler Miller para garantir que esses livros didáticos e seus suplementos multimídia sejam ferramentas valiosas para alunos e professores. Para esse fim, esforçamo-nos para introduzir esse campo interdisciplinar de modo informativo, atraente e motivacional. Se o outro lado da moeda de qualquer problema é de fato uma oportunidade, então este realmente é um dos momentos mais emocionantes da história para os alunos iniciarem uma carreira ambiental. Há vários, sérios e difíceis problemas ambientais, mas as possíveis soluções geram novas oportunidades de carreira. Colocamos altas prioridades para inspirar os estudantes com essas possibilidades, de modo que os desafiamos a manter o foco científico, vislumbrar carreiras gratificantes e estimulá-los a trabalhar para manter a vida na Terra.

SOBRE OS AUTORES

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Minha jornada ambiental G. Tyler Miller Minha jornada ambiental começou em 1966, quando assisti a uma palestra sobre os problemas da população e poluição ministrada por Dean Cowie, um biofísico do U.S. Geological Survey. Isso mudou a minha vida. Disse a Cowie que, se metade do que ouvira na palestra fosse verdade, me sentiria eticamente obrigado a passar o resto da minha carreira de docente e escritor ajudando os alunos a aprender sobre os conceitos básicos de ciência ambiental. Depois de seis meses estudando a literatura ambiental, disse a Cowie que ele havia subestimado muito a gravidade desses problemas. Desenvolvi um dos primeiros programas estudantis ambientais de graduação do país e, em 1971, publiquei meu primeiro livro de ciência ambiental introdutório, um estudo interdisciplinar das conexões entre as leis de energia (termodinâmica), química e ecologia. Em 1975, publiquei meu primeiro livro de ciência ambiental. E aqui estamos, 60 edições de livros de ciência ambiental mais tarde, com a 14a edição deste livro. Durante dez anos, vivi em florestas profundas em um ônibus-escola adaptado que usava como laboratório de ciência ambiental. Nesse período, também escrevi muitos livros sobre ciência ambiental. Avaliei o projeto de energia solar passiva para aquecer a estrutura; introduzi tubos no solo para trazer ar refrigerado da terra (resfriamento geotérmico) a um custo de cerca de $ 1 por verão; criei sistemas solares ativos e passivos para fornecer água quente e aquecimento solar passivo complementado com um sistema instantâneo de água quente energeticamente eficiente alimentado a GPL; instalei janelas eficientes em termos energéticos e aparelhos e uma compostagem (sem água) higiênica; adotei um controle biológico de pragas em que se empregavam resíduos de alimentos compostados; usei plantio natural (sem grama

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ou cortadores de grama); desenvolvi uma jardinagem orgânica; e experimentei uma série de outras soluções possíveis para os principais problemas ambientais que enfrentamos. Aprendi e me diverti muito. Também usei esse tempo para entender os processos de trabalho da natureza. Pesquisei tudo o que podia sobre plantas naturais e animais e pensei muito sobre como a natureza tem sustentado uma incrível variedade de vida por bilhões de anos neste planeta maravilhoso que é a nossa casa. Minha experiência de viver na natureza está refletida no material deste livro. Essa experiência me ajudou a aplicar os três princípios simples da sustentabilidade que servem como tema de integração deste livro, além de utilizá-los para viver de forma mais sustentável. Em 1995, saí da floresta em busca de um novo aprendizado: viver de forma mais sustentável em uma configuração urbana onde vive a maioria das pessoas. Desde então, vivi em duas vilas urbanas, uma localizada em uma cidade pequena e a outra de uma área urbana grande onde caminhar era meu método principal para ir a qualquer lugar. Desde 1970, meu objetivo tem sido usar cada vez menos o carro. Como trabalho em casa, faço um “trajeto de baixa poluição” do meu quarto até a cadeira e o computador portátil. Geralmente, faço uma ou duas viagens de avião por ano para visitar minha irmã e minha editora. Como você aprenderá neste livro, a vida envolve uma série de compensações ambientais. Sei que o impacto ambiental nocivo é muito grande, mas continuo lutando para reduzi-lo. Espero que você se junte a mim na luta para viver de forma mais sustentável e compartilhe o que aprendeu com as outras pessoas. Nem sempre é fácil, mas é certamente divertido.

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Habilidades de aprendizado Os alunos que começam muito cedo a pensar como tudo no mundo está relacionado, mesmo que tenham de rever as próprias opiniões a cada ano, já estão inseridos na vida de aprendizado. MARK VAN DOREN

Por que é importante estudar ciência ambiental? Bem-vindo à ciência ambiental – um estudo interdisciplinar de como a Terra funciona, como interagimos com ela e como podemos lidar com os problemas ambientais que enfrentamos. Uma vez que as questões ambientais afetam cada parte da sua vida, os conceitos, as informações e as questões tratadas neste livro e no curso que você está fazendo serão úteis hoje e durante toda a sua vida. Compreensivelmente, somos tendenciosos, mas acreditamos firmemente que a ciência ambiental será o curso mais importante em sua educação. O que pode ser mais importante do que aprender como a Terra funciona, como afetamos o sistema que dá suporte à vida e como podemos reduzir nosso impacto ambiental? Vivemos em uma era incrivelmente desafiadora. Estamos cada vez mais cientes de que, durante este século, precisamos fazer uma nova transição cultural, para que possamos aprender a viver de forma mais sustentável e não degradar nosso sistema de suporte à vida. Esperamos que este livro o estimule a se envolver na promoção dessa mudança na forma como encaramos e tratamos a Terra, que sustenta todas as formas de vida, todas as economias e todas as outras formas de vida.

Você pode melhorar suas habilidades de aprendizado e estudo Maximizar sua capacidade de aprender deve ser uma das metas educacionais mais importantes de sua vida. Esse processo envolve melhorar continuamente suas habilidades de aprendizado e estudo. Eis algumas sugestões: Desenvolver uma paixão pelo aprendizado. Certa vez, o físico Albert Einsten fez a seguinte declaração: “Não tenho nenhum talento especial. Apenas sou apaixonadamente curioso”. Organize-se. Ser mais eficiente nos estudos permitirá que você tenha mais tempo para se dedicar a outros interesses. Faça listas diárias de tarefas. Coloque-as em ordem de importância, concentre-se nas mais importantes e reserve um tempo para trabalhar nelas. Como a vida é cheia de incertezas, você terá sorte se realizar metade das tare-

fas de sua lista diária. Altere sua programação conforme necessário para realizar os itens mais relevantes. Estabeleça uma rotina de estudos em um ambiente sem distrações. Desenvolva, por escrito, uma programação de estudos diária e atenha-se a ela. Estude em um ambiente quieto e bem iluminado. Procure sentar-se a uma escrivaninha ou mesa – não se deite no sofá ou na cama. Faça pausas a cada hora ou mais para ajudá-lo a se manter concentrado. Durante cada pausa, respire fundo várias vezes e caminhe um pouco. Evite a procrastinação. Evite deixar o trabalho para depois. Não fique para trás nas leituras e em outras tarefas. Reserve um tempo específico para estudar todos os dias. Não coma a sobremesa primeiro. Caso contrário, você poderá não comer o prato principal (estudar). Quando você atingir seus objetivos de estudo, recompense a si mesmo com o lazer (sobremesa). Transforme montanhas em morros. É psicologicamente difícil escalar uma montanha, assim como ler um livro inteiro, um capítulo de um livro, escrever um artigo ou preparar-se para estudar para um teste. Em vez disso, divida essas grandes tarefas (montanhas) em uma série de pequenas tarefas (morros). A cada dia, leia algumas páginas de um livro ou capítulo, escreva alguns parágrafos de um artigo e reveja o que estudou ou aprendeu. Como o designer e fabricante de automóveis Henry Ford dizia: “Nada parece tão difícil quando está dividido em pequenas tarefas”. Analise primeiro o panorama geral. Para obter uma visão geral deste livro, leia os boxes “Principais questões e conceitos” apresentados no começo de cada capítulo. Esses boxes mostram as questões principais exploradas nas seções de capítulo e os conceitos correspondentes. Use essa lista como um roteiro do capítulo. Ao terminar um capítulo, você também pode usar a lista para revisar. Faça perguntas e responda a elas enquanto lê. Por exemplo, “Qual é o ponto principal desta seção ou parágrafo?”. Relacione suas próprias perguntas com as questões e os conceitos principais apresentados em cada seção do capítulo. Dessa forma, você poderá escrever um resumo do capítulo para ajudar a entender o material do capítulo. Concentre-se nos termos principais. Utilize o glossário de seu livro para consultar o significado dos termos ou das palavras que não entender. Este livro mostra todos os ter-

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mos principais em negrito e outros termos importantes em itálico. As questões de revisão localizadas no final de cada capítulo, “Revisitando”, também incluem os termos principais do capítulo em negrito. Interaja com a leitura. Sugerimos que você marque as principais frases e parágrafos com um marca-texto ou uma caneta. Coloque um asterisco na margem perto de uma ideia que considerar importante e dois asteriscos perto de uma ideia que considerar muito importante. Escreva comentários nas margens, como lindo, confuso, ilusório ou errado. Você pode dobrar as pontas superiores das páginas em que destacou algumas passagens. Dessa forma, poderá percorrer um capítulo ou livro e rapidamente repassar as ideias principais. Reveja para reforçar o aprendizado. Antes de cada aula, revise o material estudado na aula anterior. Torne-se um excelente anotador. Não tente anotar tudo o que seu professor diz. Em vez disso, anote os pontos e fatos principais utilizando seu próprio sistema de escrita abreviada. Reveja, elabore e organize suas anotações assim que possível após cada aula. Verifique o que você aprendeu. Ao final de cada capítulo, você encontrará questões de revisão que cobram a matéria-chave de cada capítulo. Sugerimos que tente responder às perguntas depois de estudar cada seção do capítulo. Escreva as respostas às perguntas para concentrar e reforçar o aprendizado. Responda às questões de raciocínio crítico encontradas nos boxes “Pensando a respeito” ao longo dos capítulos, em muitas legendas de figura e ao final de cada capítulo. Essas perguntas são projetadas para inspirar você a pensar de forma crítica sobre as ideias principais e conectá-las a outras ideias e a sua própria vida. Além disso, responda às perguntas de revisão disponíveis no final do capítulo. Use o sistema de amigos. Estude com um amigo ou junte-se a um grupo de estudos para comparar anotações, rever a matéria e preparar-se para as provas. Explicar algo a outra pessoa é uma boa forma de concentrar seus pensamentos e reforçar seu aprendizado. Compareça às aulas de revisão oferecidas pelos professores ou assistentes de ensino. Conheça o estilo de prova de seu professor. Seu professor enfatiza perguntas de múltipla escolha, “para completar”, verdadeiro ou falso, factuais, reflexivas ou dissertativas? Quanto do conteúdo exigido na prova virá do livro e quanto virá do material das aulas? Você pode não gostar do estilo de teste do seu professor ou sentir que ele não funciona bem, mas a realidade é que ele está no comando e sua nota dependerá bastante da adaptação ao estilo de cada professor. Prepare-se adequadamente para as provas. Evite preparar-se para as provas na última hora. Coma bem e durma bastante antes de uma avaliação. Chegue cedo ou no horário. Fique calmo e aumente a entrada de oxigênio respirando profundamente várias vezes. (Faça isso de 10 a 15 minutos durante a prova). Olhe toda a prova e

responda primeiro às perguntas que domina. A seguir, reflita sobre as mais difíceis. Use o processo de eliminação para restringir as opções das perguntas de múltipla escolha. Restringi-las a duas opções lhe dará uma chance de 50% de obter a resposta certa. Para perguntas dissertativas, organize os pensamentos antes de começar a escrever. Se você não faz ideia do que uma pergunta quer dizer, tente adivinhar – você pode conseguir alguns pontos. Você pode ganhar crédito parcial escrevendo algo assim: “Se esta questão quer dizer isso, então minha resposta é ______________________”. Desenvolva uma visão otimista porém realista. Tente ser uma pessoa com um “copo meio cheio”, em vez de alguém com um “copo meio vazio”. Pessimismo, medo, ansiedade e preocupação excessiva (especialmente com as coisas que você não pode controlar) são destrutivos e podem levar à inércia. Tente manter sentimentos energizantes de otimismo um pouco à frente dos sentimentos imobilizantes de pessimismo. Reserve um tempo para curtir a vida. Todos os dias, reserve um tempo para rir, apreciar a natureza, a beleza e a amizade e buscar todas as coisas de que gosta.

Você pode melhorar suas habilidades de raciocínio crítico O raciocínio crítico envolve desenvolver habilidades para analisar informações e ideias, julgar a validade delas e tomar decisões. O raciocínio crítico ajuda a distinguir entre fatos e opiniões, avaliar evidências e argumentos, adotar e defender uma posição fundamentada sobre os assuntos, integrar informações e enxergar relações e aplicar o conhecimento obtido para lidar com problemas novos e diferentes e para as suas próprias escolhas de estilo de vida. Eis algumas técnicas básicas para aprender a pensar de forma mais crítica: Questione tudo e todos. Seja cético, como qualquer bom cientista. Não acredite em tudo que ouve ou lê, incluindo o conteúdo deste livro, sem avaliar as informações que você recebe. Busque outras fontes e opiniões. Identifique e avalie suas crenças e inclinações pessoais. Cada um de nós possui inclinações e crenças que foram ensinadas por pais, professores, amigos, pessoas que admiramos e pela experiência. Quais são suas crenças, seus valores e suas inclinações? De onde eles vieram? Em que hipóteses eles se baseiam? As suas crenças e suposições estão certas? Por quê? Como o psicólogo e filósofo William James observou: “Uma grande parte das pessoas pensa que está pensando quando está apenas reorganizando seus preconceitos”. Tenha a mente aberta e flexível. Considere pontos de vista diferentes, julgue apenas quando tiver evidências suficientes e mude de opinião sempre que for necessário. Reconheça que pode haver uma quantidade de soluções úteis e aceitáveis para um problema. Há compromissos envolvidos em lidar com qualquer questão ambiental, conforme você vai aprender neste livro. Uma forma de avaliar perspectivas diferentes é tentar se colocar no lu-

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gar de outras pessoas. Como elas veem o mundo? Quais são suas crenças e suposições básicas? A posição delas é logicamente consistente com suas suposições e crenças? Seja sempre humilde sobre o que você sabe. Algumas pessoas são tão seguras do que sabem que nos ajudam a pensar e questionar. Esteja sempre suscetível a questionar os seus próprios pensamentos. Avalie como as informações relacionadas a uma questão foram obtidas. As afirmações feitas baseiam-se em pesquisas ou rumores, com base no conhecimento e na investigação ou em boatos em primeira mão? Fontes não identificadas são utilizadas? As informações são baseadas em estudos científicos amplamente aceitos e passíveis de reprodução ou em resultados científicos preliminares que podem ser válidos, mas precisam de mais testes? A informação é baseada em algumas histórias isoladas ou experiências ou em estudos controlados cuidadosamente com resultados revisados por especialistas no campo envolvido? Questione as evidências e conclusões apresentadas. Quais são as conclusões ou alegações? Quais evidências são apresentadas para fundamentá-las? As evidências fundamentam-nas? Há necessidade de reunir mais evidências para comprovar as conclusões? Há outras conclusões mais razoáveis? Tente descobrir diferenças em crenças básicas e suposições. Na superfície, a maioria dos argumentos ou desacordos envolve diferenças de opinião sobre a validade ou significado de certos fatos ou conclusões. Se você fizer uma análise mais aprofundada, constatará que a maioria dos desacordos está baseada em diferentes suposições (às vezes ocultas) com relação a como olhamos e interpretamos o mundo. Tente identificar essas diferenças. Tente identificar e avaliar os motivos daqueles que apresentam evidências e tire as conclusões. Qual é a experiência deles nessa área? Eles têm alguma suposição, crença, inclinação ou ideia ocultas? Têm interesses pessoais? Podem se beneficiar econômica ou politicamente da aceitação de suas evidências e conclusões? Pesquisadores com crenças ou suposições básicas diferentes considerariam os mesmos dados e chegariam a conclusões distintas? Espere e tolere a incerteza. Reconheça que os cientistas não podem estabelecer uma prova absoluta ou certeza sobre nada. No entanto, os resultados confiáveis da ciência podem ter um alto grau de certeza. Verifique se há falácias lógicas e truques de debates nos argumentos que você ouve ou lê. Eis seis exemplos desses truques de debate. Primeiro, atacar a pessoa que apresenta um argumento, em vez de atacar o argumento em si. Segundo, apelar para a emoção, em vez de utilizar fatos e a lógica. Terceiro, alegar que, se uma evidência ou conclusão é falsa, então todas as demais evidências e conclusões são falsas. Quarto, dizer que uma conclusão é falsa porque não foi provada especificamente. (Os cientistas nunca provam nada absolutamente, mas podem, às vezes, estabelecer altos graus de certeza.) Quinto, introdu-

zir informações irrelevantes ou enganosas para desviar a atenção dos pontos importantes. Sexto, apresentar apenas alguma alternativa/ou alternativas quando pode haver uma série de opções. Não acredite em tudo o que lê na internet. A internet é uma fonte de informações maravilhosa e facilmente acessível que fornece explicações e opiniões sobre praticamente qualquer assunto ou questão. Web logs ou blogs são uma grande fonte de informação. No entanto, uma vez que a internet é aberta, qualquer pessoa pode postar qualquer coisa em blogs e outros websites sem controle editorial ou revisão por especialistas. Como resultado, avaliar informações na internet é uma das melhores formas de colocar em prática suas habilidades de raciocínio crítico. Utilize a internet, mas seja cético e prossiga com cautela. Desenvolva princípios ou regras para avaliar evidências. Desenvolva uma lista por escrito de princípios que sirvam como diretrizes na avaliação de evidências e alegações e na tomada de decisões. Avalie continuamente essa lista com base em sua experiência. Torne-se um perseguidor da sabedoria, não um receptáculo de informações. Muitas pessoas acreditam que o principal objetivo da educação é aprender mais juntando mais e mais informações. Acreditamos que o principal objetivo é aprender a peneirar montanhas de fatos e ideias para encontrar algumas pepitas de sabedoria, que são mais úteis para entender o mundo e tomar decisões. Este livro está repleto de fatos e números, mas eles só se tornam úteis à medida que levam à compreensão de ideias, leis científicas, teorias, conceitos e conexões. Os principais objetivos da ciência ambiental são descobrir como a natureza funciona e sustenta a si mesma (sabedoria ambiental) e usar os princípios da sabedoria ambiental para ajudar a tornar as sociedades e economias humanas mais sustentáveis e, assim, mais benéficas e agradáveis para todos. De acordo com Sandra Carey, “Nunca confunda conhecimento com sabedoria. O primeiro ajuda você a ganhar a vida; e a segunda, a criar uma vida”. Ou como sugeriu o escritor norte-americano Walker Percy, “Algumas pessoas com muita inteligência, mas nenhuma sabedoria podem ter todos os A, mas são reprovadas na vida”. Para ajudar a praticar o raciocínio crítico, fornecemos questões ao longo deste livro, encontradas dentro de cada capítulo em boxes pequenos denominados “Pensando a respeito”, nas legendas de muitas figuras e ao final de cada capítulo. Não há respostas certas ou erradas para muitas dessas perguntas.

Use as ferramentas de aprendizado que oferecemos neste livro Incluímos uma quantidade de ferramentas em todo este livro que podem ajudar você a melhorar suas habilidades de aprendizado. Primeiro, use o boxe “Principais questões e conceitos” indicado no começo de cada capítulo para pré-visualizar e revisar o capítulo.

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Em seguida, observe que usamos logos diferentes ao longo do texto. O logo de “Estudo de caso prinESTUDO DE cipal” mostra como o material de todo capítulo CASO se conecta ao estudo de caso principal de abertura do capítulo. Quando você vir o logo de “Sustentabilidade”, saberá que acabou de ler algo que se relaciona diretamente ao tema principal deste texto, resumido peTA B los três “princípios da sustentabilidade”, que são introduzidos na Figura 1.3. O logo de “Boas notícias” tem a intenção de mostrar exemplos de sucesso que as pessoas tiveram ao lidarem com BOAS NOTÍCIAS os desafios ambientais que encaramos. Também incluímos os boxes “Conexões” para mostrar algumas das conexões às vezes surpreendentes entre os problemas ambientais ou processos e alguns dos produtos e serviços que usamos diariamente. Esses boxes e os “Pensando a respeito” espalhados por todo o texto têm a intenção de fazer você pensar sobre os impactos ambientais. Ao final de cada capítulo, listamos o que consideramos ser as “três grandes ideias” que você deve ter do capítulo. Em seguida, apresentamos o boxe “Revisitando” que revisa o estudo de caso principal e explica como os princípios da sustentabilidade podem ser aplicados a ele e a outros materiais importantes. Por fim, há, ao final do livro, “Exercícios de revisão dos capítulos” com questões listadas para cada seção dos capítulos. As perguntas cobrem todo o material e os termos principais de cada capítulo. Essa parte do livro apresenta ainda exercícios e projetos concernentes a cada capítulo.

Conheça seu próprio estilo de aprendizado

Neste livro e na maioria dos cursos, as habilidades de estudo e raciocínio crítico envolvem o lado esquerdo do cérebro. No entanto, você também pode aprender deixando o lado direito criativo do seu cérebro solto. Você pode fazer isso debatendo ideias com os colegas, com a regra de que nenhuma crítica do lado esquerdo do cérebro é permitida até que a sessão tenha acabado. Na resolução de um problema, tente descansar, meditar, caminhar, fazer exercícios ou algo que desligue o controle de atividade do lado esquerdo do cérebro e permita que o lado direito trabalhe.

Este livro apresenta uma visão ambiental positiva e realista do futuro Fazer e implementar decisões ambientais sempre envolve compromissos. Nosso objetivo é fornecer apresentações balanceadas de diferentes pontos de vista, vantagens e desvantagens das diversas tecnologias e soluções propostas aos problemas ambientais, além de boas e más notícias sobre os problemas ambientais, sem imprimir nenhum tipo de preconceito. Estudar um assunto tão importante como ciência ambiental e acabar sem nenhuma conclusão, opinião e crença significa que tanto o professor quanto o aluno falharam. No entanto, quaisquer conclusões devem ser baseadas no uso do raciocínio crítico para avaliar diferentes ideias e entender os compromissos envolvidos. Nossa proposta é apresentar uma visão positiva de nosso futuro ambiental com base em nosso otimismo realista.

Ajude-nos a melhorar este livro

As pessoas têm formas diferentes de aprender e pode ser útil conhecer seu próprio estilo de aprendizado. Alunos visuais aprendem melhor lendo e vendo ilustrações e imagens para memorizar os termos e as ideias principais. Este livro é altamente visual com muitas fotografias e gráficos selecionados cuidadosamente. Alunos auditivos aprendem melhor ouvindo e discutindo. Eles podem se beneficiar da leitura em voz alta ao estudarem e ouvindo palestras para estudo e revisão. Alunos lógicos aprendem melhor usando conceitos e lógica para entender um assunto. Parte do que determina o seu estilo de aprendizagem é a forma como o cérebro funciona. De acordo com a hipótese de divisão do cérebro, o hemisfério esquerdo é bom em lógica, análise e avaliação, e a metade direita é boa em visualizar, sintetizar e criar. Fornecemos materiais que estimulam ambos os lados do seu cérebro.

Fazer pesquisa para escrever um livro que aborde e relacione ideias em uma ampla gama de disciplinas é uma tarefa desafiadora e empolgante. Quase todos os dias, aprendemos sobre alguma conexão nova na natureza. Em um livro dessa complexidade, alguns erros podem surgir – erros tipográficos que passam despercebidos ou afirmações que você poderá questionar com base em seu conhecimento e pesquisa. Gostaríamos de convidá-lo a entrar em contato conosco e indicar qualquer tipo de parcialidade existente, corrigir os erros que encontrar e sugerir formas de melhorar este livro. Envie suas sugestões para Tyler Miller em mtg89@hotmail.com ou Scott Spoolman em spoolman@tds.net. Agora comece sua jornada neste estudo fascinante e importante do funcionamento da Terra e de como podemos deixar o planeta pelo menos tão bom quanto o encontramos. Divirta-se.

Estude a natureza, ame a natureza, fique perto da natureza. Ela nunca irá decepcioná-lo. FRANK LLOYD WRIGHT

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Problemas ambientais, suas causas e a sustentabilidade

ESTUDO DE CASO PRINCIPAL

Uma visão mais sustentável do mundo em 2060

substituídos pela energia nuclear, com seus desperdícios radioativos de vida longa e nocivos. Em 2050, o aquecimento da atmosfera e a mudança climática resultante desses aspectos ocorreram conforme muitos cientistas do clima haviam projetado nos anos 1990. Entretanto, a ameaça de mudança climática começava a diminuir, à medida que o uso de recursos de energia mais limpos e os esforços para reduzir os desperdícios de energia tornaram-se uma regra. Em 2060, os agricultores que produziam a maior parte dos alimentos do mundo passaram a adotar práticas agrícolas que ajudaram a conservar a água e a renovar os solos degradados. Além disso, a população humana atingiu um pico de cerca de 8 bilhões em 2040, em vez dos previstos 9,6 bilhões, e começou a diminuir lentamente. Em 2060, Emily e Michael foram envolvidos por um grande sentimento de orgulho ao saberem que eles, a filha e muitos outros contribuíram para que as gerações futuras pudessem viver de forma mais sustentável neste maravilhoso planeta que é a nossa única casa. Sustentabilidade é a capacidade dos sistemas naturais da Terra e sistemas culturais do ser humano de sobreviver às mudanças ambientais, desenvolver-se nelas e adaptar-se a essas condições em um futuro de longo prazo. É sobre pessoas preocupadas em deixar um mundo melhor para as próximas gerações. E esse é o tema geral deste livro, em que descrevemos os problemas ambientais enfrentados e exploramos as possíveis soluções. Nosso objetivo é apresentar a você uma visão realista e esperançosa do que poderia ser.

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Colin Hawkins/Getty Images

Mostovyl Sergii Igorevich/Shutterstock.com

Emily Briggs e Michael Rodriguez graduaram-se em 2014. Michael tornou-se mestre em Educação Ambiental, passou a lecionar no Ensino Médio e adorou ensinar Ciência Ambiental. Emily, por sua vez, depois de se formar em direito, tornou-se advogada ambiental. Em 2022, Michael e Emily se conheceram enquanto faziam trabalho voluntário numa organização ambiental. Casaram-se, tiveram uma filha e ensinaram a ela alguns aspectos sobre os problemas ambientais do mundo (Figura 1.1, à esquerda) e as alegrias da natureza que eles tinham vivenciado quando eram crianças (Figura 1.1, à direita). Como resultado, a filha do casal também envolveu-se profundamente na tarefa de promover um mundo mais sustentável e transmitiu esse objetivo aos filhos dela. Na infância de Michael e Emily, houve aumento de sinais de estresse no sistema de suporte de vida da Terra – terra, ar, água e vida selvagem – causado pelos impactos ambientais decorrentes da população que não parava de crescer e consumir mais recursos. No entanto, uma transição maior referente à consciência ambiental começou por volta de 2010 quando um significativo número de pessoas começou a transformar o estilo de vida e a economia para ficar mais antenada com as formas em que a natureza se sustentou por bilhões de anos antes de os humanos aparecerem na Terra. Durante muitas décadas, essa combinação de conscientização e ação ambiental valeu a pena. Em janeiro de 2060, Emily e Michael comemoraram a chegada do neto, que nasceu em um mundo que ainda era muito rico, com uma grande variedade de plantas, animais e ecossistemas. Essa diversidade biológica, ameaçada constantemente reduziu-se consideravelmente. Atmosfera, oceanos, lagos e rios foram se purificando gradualmente. O desperdício de energia foi cortado pela metade. A energia renovável do Sol, vento, água corrente e calor Figura 1.1 Os pais – como Emily e Michael em nossa visão fictícia de um possível mundo em 2060 subterrâneo e os combustí– estão ensinando aos filhos aspectos sobre os problemas ambientais do mundo (à esquerda) e veis produzidos de vegetação ajudando-os a aproveitar as maravilhas da natureza (à direita). O objetivo deles é ensinar os filhos a cuidar da Terra, na esperança de deixar um mundo melhor para as futuras gerações. e algas foram amplamente

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Principais questões e conceitos* 1.1 Quais são os três princípios da sustentabilidade?

1.3 Por que temos problemas ambientais?

C O N C E I T O 1 . 1 A Para se sustentar, a natureza tem contado, há bilhões de anos, com a energia solar, a biodiversidade e os ciclos de nutrientes.

C O N C E I T O 1 . 3 A As principais causas dos problemas ambientais

C O N C E I T O 1 . 1 B A vida e as economias do ser humano dependem da energia do Sol e de fontes e serviços naturais (capital natural) fornecidos pela Terra.

1.2 Como são as nossas pegadas ecológicas** que afetam

a Terra? CONCEITO

1 . 2 Conforme nossas pegadas ecológicas crescem,

esgotamos e degradamos mais o capital natural da Terra.

são o crescimento populacional, o uso de recursos devastadores e insustentáveis e a pobreza. Nesse contexto, não inserimos os custos ambientais nocivos relacionados ao uso de recursos nos preços de produtos e serviços no mercado. C O N C E I T O 1 . 3 B Nossa visão de mundo ambiental desempenha um papel principal ao determinar se vivemos de forma não sustentável ou mais sustentável.

1.4 O que é uma sociedade sustentável do ponto de vista ambiental? C O N C E I T O 1 . 4 Viver de forma sustentável significa viver fora do rendimento natural da Terra, sem esgotar ou degradar o capital natural que o fornece.

Observação: Os Suplementos 2, 4 e 6 podem ser usados com este capítulo. *Este é um livro centrado no conceito, com cada seção principal de cada capítulo construída em torno de um ou dois conceitos principais derivados das ciências naturais ou sociais. As questões e os conceitos principais são resumidos no começo de cada capítulo. Você pode usar esse resumo como uma pré-visualização e como uma revisão das ideias principais de cada capítulo.

** N. R. T.: Expressão proposta por Wackernagel e Rees (1996) que representa um instrumento contabilizador do fluxo de matéria e energia que entram em um sistema econômico e saem dele, convertendo-os em área correspondente do planeta Terra, diretamente relacionados ao desenvolvimento sustentável e ao uso racional e equitativo dos recursos naturais. Wackernagel, M.; Rees, W. E. Our ecological foot-print: Reducing Human Impact on the Earth. Gabriola Press. New Society Publishing, B. C., 1996.

Sozinho no espaço, sozinho nos seus sistemas de suporte à vida, alimentado por energias inconcebíveis, intermediando-as para nós pelos ajustes mais delicados, geniosos, improváveis, imprevisíveis, mas nutritivos, estimulantes e enriquecedores no mais alto nível – esse não é um lar precioso para nós? Não é digno de nosso amor? BARBARA WARD E RENÉ DUBOS

Quais são os três princípios da sustentabilidade?

1.1 ▲

CONCEITO 1.1A Para se sustentar, a natureza tem contado, há bilhões de anos, com a energia solar, a biodiversidade e os ciclos de nutrientes.

▲

CONCEITO 1.1B A vida e as economias do ser humano dependem da energia do Sol e de fontes e serviços naturais (capital natural) fornecidos pela Terra.

A ciência ambiental é um estudo das conexões na natureza

ESTUDO DE CASO

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refere-se ao estudo de caso principal.

SU STE

Links:

TA B

DA DE IL I

O ambiente é tudo ao redor de nós ou, como afirmou o físico Albert Einsten, “O ambiente é tudo aquilo que não sou”. Isso inclui as coisas vivas e inanimadas (ar, água e energia) com as quais interagimos em uma rede complexa de relações que nos conectam uns aos outros e com o mundo em que vivemos. Apesar dos nossos muitos avanços científicos e tecnológicos, somos totalmente dependentes do ambiente para ter ar e água limpos, comida, abrigo, energia e tudo mais de que precisamos para nos manter vivos e saudáveis. Como resultado, somos parte, e não estamos à parte, do restante da natureza. Este livro didático é uma introdução à ciência ambiental, um estudo interdisciplinar de como os seres hu-

manos interagem com as partes vivas e inanimadas do ambiente. O livro integra as informações e ideias das ciências naturais (como biologia, química e geologia), sociais (como geografia, economia e ciências políticas) e humanas (como filosofia e ética). Os três objetivos da ciência ambiental são (1) aprender como a vida na Terra sobreviveu e prosperou, (2) entender como interagimos com o ambiente e (3) encontrar formas de lidar com os problemas ambientais e viver de forma mais sustentável. O componente principal da ciência ambiental é a ecologia, ciência biológica que estuda como os organismos, ou seres vivos, interagem uns com os outros e com o ambiente em que vivem. Cada organismo é um membro de determinada espécie, tem uma configuração única de características que o distingue de outros organismos e se reproduz sexualmente, o que permite se acasalar e produzir descendentes férteis.

refere-se ao tema de sustentabilidade do livro.

BOAS NOTÍCIAS

refere-se às boas notícias sobre os desafios ambientais que enfrentamos.

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O principal foco da ecologia é o estudo dos ecossistemas. Um ecossistema é um conjunto de organismos em uma área definida ou volume que interagem entre si e com o ambiente de matéria inanimada e energia. Por exemplo, um ecossistema de florestas é composto de plantas (especialmente árvores), animais e principalmente de microrganismos pequenos, que decompõem a matéria orgânica morta e reciclam as substâncias químicas, tudo em interação com a energia solar e os produtos químicos do ar, da floresta, da água e do solo. Não devemos confundir ciência ambiental e ecologia com ambientalismo, um movimento social dedicado a proteger os sistemas de suporte à vida para todas as formas de vida. O ambientalismo é mais praticado em áreas políticas e éticas que no domínio da ciência.

As estratégias de sobrevivência da natureza seguem os três princípios da sustentabilidade

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DA DE IL I

A natureza tem lidado com mudanças significantes nas condições ambientais da Terra desde que a vida apareceu pela primeira vez, há cerca de 3,5 bilhões de anos. Por isso, os especialistas em ambiente dizem que, quando enfrentamos uma mudança climática que se torna um problema para nós ou para outras espécies, deveríamos começar a entender como a natureza tem lidado com essas mudanças e tentar imitar as soluções que ela apresenta. Em nosso estudo de ciência ambiental, a questão mais importante é a seguinte: “Como a variedade incrível de vida na Terra sustenta-se há pelo menos 3,5 bilhões de anos em face das mudanças catastróficas nas condições ambientais?”. Essas mudanças tiveram várias causas, incluindo o impacto de meteoritos gigantes na Terra, eras de gelo por milhares de anos e longos períodos de aquecimento, durante os quais o gelo que derretia aumentava os níveis do mar em centenas de metros. Nossas espécies existem há cerca de 200 mil anos – menos do que um piscar de olhos com relação aos bilhões de anos que a vida existe na Terra. Denominamo-nos Homo sapiens sapiens (do latim “homem sábio”). Em razão de nosso cérebro grande e complexo, e da nossa capacidade de fala, somos espécies muito inteligentes. Em apenas algumas centenas de anos, aprendemos a controlar a maior parte da Terra para suportar as nossas necessidades básicas e desejos de rápido crescimento. No entanto, continuamos a ser vistos como a espécie sábia que dizemos ser. Segundo especialistas, uma espécie que degrada o próprio sistema em que vive não pode ser considerada sábia. Nossa pesquisa nos leva a acreditar que, ante as drásticas mudanças climáticas, há três grandes temas baseados na ciência para a sustentabilidade de longo prazo da vida neste planeta: energia solar, biodiversidade e ciclagem química, conforme resumido a seguir e na Figura 1.2 (Conceito 1.1A). Em outras palavras, devemos contar com o Sol, promover muitas opções para a vida e minimizar o desperdício. Essas poderosas e simples TA B ideias formam os três princípios da sustentabilidade ou lições da natureza que usaremos ao longo

deste livro para nos guiar e viver de forma mais sustentável e caminhar em direção a um futuro mais sustentável, como definimos no Estudo de caso principal* ESTUDO DE que abre este capítulo. CASO • Confiança na energia solar: O Sol aquece o planeta e fornece energia que as plantas utilizam para produzir nutrientes ou outros produtos químicos necessários para a vida, para si mesmas, para nós e para a maioria dos animais. A energia contida na radiação do Sol é chamada energia solar. Sem isso, a vida como a conhecemos não existiria. O Sol também controla as formas indiretas de energia solar, como o vento e a água corrente, que não existiriam sem a energia solar e que podemos usar para produzir eletricidade. • Biodiversidade (abreviação de diversidade biológica): Refere-se à surpreendente variedade de organismos, aos sistemas naturais em que estes habitam e com os quais interagem (como desertos, pradarias, florestas e oceanos) e aos serviços naturais que esses organismos e sistemas de vida fornecem sem cobrar (como a renovação da camada superior do solo que forma a camada superior da crosta terrestre, o controle de pragas e a purificação do ar e da água). As relações de alimentação e outras interações entre as espécies também fornecem controle populacional que limita o tamanho da população final de qualquer espécie. A biodiversidade também fornece incontáveis formas de vida que se adaptam às mudanças das condições ambientais. Sem ela, as principais formas de vida teriam sumido há muito tempo. • Ciclagem química: Também conhecida como ciclagem de nutrientes, é a circulação de produtos químicos provenientes do ambiente (a maioria do solo e da água) por meio dos organismos vivos, os quais, quando morrem, constituem matéria orgânica morta que é decomposta por microrganismos. Esse processo devolve ao ambiente os nutrientes que são necessários para a vida. Os processos naturais mantêm esse ciclo em andamento, e a Terra não recebe novas fontes desses produtos químicos. Assim, para a vida se sustentar, esses produtos químicos podem completar esse ciclo indefinidamente. Sem a ciclagem de produtos químicos, não haveria ar, água, solo, comida e vida. Isso também significa que há pouco desperdício na natureza, diferentemente do mundo dos seres humanos, porque os resíduos dos organismos se tornam as matérias-primas nutrientes para outros organismos.

A sustentabilidade tem alguns componentes principais A sustentabilidade, o tema central deste livro, tem vários componentes críticos que usamos como subtemas. Um desses componentes é o capital natural – os recursos e

* Costumamos usar o “Estudo de caso principal” como tema para conectar e integrar a maioria do material em cada capítulo. O logo indica essas conexões.

PROBLEMAS AMBIENTAIS, SUAS CAUSAS E A SUSTENTABILIDADE

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Energia solar

Ciclagem química

Biodiversidade

Figura 1.2 Os três princípios da sustentabilidade: Nós obtivemos esses três princípios de sustentabilidade interconectados com base no aprendizado sobre como a natureza tem sustentado uma grande variedade de vida na Terra por, no mínimo, 3,5 bilhões de anos, apesar das mudanças drásticas nas condições ambientais (Conceito 1.1A).

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nutrientes a base para um dos três princípios de sustentabilidade. O capital natural é suportado pela energia TA B do Sol – outro dos princípios de sustentabilidade (Figura 1.3). Assim, nossa vida e economias dependem da energia do Sol e dos recursos e serviços naturais (capital natural) fornecidos pela Terra (Conceito 1.1B). O segundo conceito de sustentabilidade, e outro subtema deste capítulo, está relacionado ao fato de reconhecer que muitas das atividades humanas podem degradar o capital natural, sobretudo quando utilizam recursos que se renovam muito mais rápido do que a natureza pode restaurá-los, o que sobrecarrega os sistemas naturais com poluição e resíduos. Por exemplo, em algumas partes do mundo, estamos limpando florestas maduras mais rápido do que elas podem crescer e erodindo a camada DA DE IL I

serviços naturais que mantêm a nossa e outras espécies vivas e que dão suporte às nossas economias (Figura 1.3). Recursos naturais são materiais e energia contidos na natureza que são essenciais ou úteis para os humanos. Muitas vezes, são classificados como recursos renováveis (como ar, água, solo, plantas e vento) ou não renováveis (como cobre, petróleo e carvão). Serviços naturais referem-se a processos disponíveis na natureza como purificação do ar e renovação da camada superior do solo, que dão suporte à vida e às economias do ser humano. Um serviço natural vital é a ciclagem de nutrientes (Figura 1.4). Um componente importante de ciclagem de nutrientes é a camada superior do solo – um recurso natural vital que fornece alimentos ao homem e às outras espécies terrestres. Sem a ciclagem de nutrientes na camada superior do solo, a vida como a conhecemos não existiria na Terra. Assim, consideramos a ciclagem de CIÊNCIA AMBIENTAL

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Capital natural Capital natural = recursos naturais + serviços naturais Energia solar

Ar Energia renovável (Sol, vento e fluxos de água)

Purificação do ar Controle climático Proteção UV (camada de ozônio)

Vida (biodiversidade) Controle populacional

Água Purificação da água

Controle de pragas

Tratamento da água

Minerais não renováveis (ferro e areia)

Solo

Terra

Renovação do solo

Gás natu ral Óleo

Produção de alimento Reciclagem de nutrientes Camada

Energia não renovável (combustíveis fósseis)

de carv

ão

Recursos naturais Serviços naturais

Figura 1.3 Esses recursos naturais principais (azul) e serviços naturais (laranja) dão suporte à vida da Terra e às economias humanas e sustentam-nas (Conceito 1.1A).

superior do solo mais rápido do que a natureza pode renová-lo. Também estamos carregando alguns rios, lagos e oceanos com produtos químicos e resíduos animais mais rápido do que esses corpos de água conseguem se renovar. Esses fatores nos levam a um terceiro componente da sustentabilidade: soluções. Embora os cientistas ambientais busquem soluções para problemas como a degradação insustentável das florestas e outras formas de capital natural, o trabalho deles restringe-se a encontrar soluções científicas; aquelas de caráter político dependem de processos políticos. Por exemplo, uma solução cientí-

fica para os problemas de esgotamento de florestas pode ser a interrupção da queima ou do corte da diversidade biológica, aperfeiçoar as florestas e permitir que a natureza as restitua. A solução científica para o problema da poluição dos rios pode ser evitar o descarregamento excessivo de produtos químicos e resíduos nas correntes e permitir que elas se recuperem naturalmente. Porém, para implementar essas soluções, os governos provavelmente teriam de criar e aplicar leis e regulamentações. Muitas vezes, a busca por soluções envolve conflitos. Por exemplo, quando um cientista argumenta que, para proteger a floresta natural em terras públicas, é

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DA DE IL I

solar, o ar limpo, solo fértil e as plantas selvagens comestíveis, estão diretamente disponíveis para uso. Outros recursos, como Matéria orgânica petróleo, ferro, água subterrânea e culturas em animais cultivadas, tornam-se úteis para nós apenas com algum esforço e engenhosidade tecnológica. Por exemplo, o petróleo era meramente um fluido oleoso misterioso até aprendermos a encontrá-lo e extraí-lo e convertê-lo em gasolina, óleo para aquecimento e outros produtos comercializáveis. A energia solar é chamada recurso Matéria perpétuo porque seu fornecimento é conorgânica tínuo, e há a expectativa de que ele dure, morta no mínimo, 6 bilhões de anos, quando o Material Sol completar o seu ciclo de vida. Como a orgânico em plantas natureza leva de vários dias a centenas de Decomposição anos para reconstituir-se, os recursos renováveis são possíveis por meio de processos naturais, uma vez que não os usemos Material inorgânico mais rápido do que a natureza pode renono solo vá-los. Inclusive alguns exemplos desses recursos: florestas, pradarias, populações de peixe, água fresca, ar fresco e solo fértil. A taxa mais elevada na qual um recurso Figura 1.4 Ciclagem de nutrientes: nesse importante serviço natural, os produtos químicos necessários são reciclados pelos organismos a partir do ambiente (a maioria do renovável pode ser usado indefinidamente solo e da água). Depois desse processo, os produtos químicos voltam para o ambiente. sem reduzir seu suprimento disponível é chamada rendimento sustentável. Na crosta terrestre, os recursos não renováveis existem em uma quantidade ou estoque fixo. necessário preservar a importante diversidade de plantas Em uma escala de tempo de milhões a bilhões de anos, e animais, a empresa madeireira interessada em cortar os processos geológicos podem renovar tais recursos. as árvores de determinada floresta pode protestar. Lidar No entanto, na escala de tempo muito mais curta dos com conflitos desse tipo envolve, às vezes, estabelecer seres humanos, de centenas a milhares de anos, esses trade-offs ou compromissos, outro componente da susrecursos podem ser esgotados muito mais rápido do que tentabilidade. Por exemplo, a empresa madeireira pode são formados. Esses estoques esgotáveis incluem recurser persuadida a plantar uma fazenda de árvores, que sos de energia (como carvão e petróleo), minerais metálicos consiste em fileiras de uma espécie de árvore de cresci(como cobre e alumínio) e minerais não metálicos (como mento rápido, em uma área que já tenha sido devastada sal e areia). ou degradada, em vez de cortar as árvores em uma floUma vez esgotados esses recursos, a engenhosidade resta natural diversificada. Em troca, o governo pode dar humana pode muitas vezes encontrar substitutos. No à empresa o subsídio para plantar a fazenda de árvores. entanto, às vezes não há substituto aceitável ou acessível A mudança em direção à sustentabilidade ambiental para um recurso. deve ter como base os conceitos científicos e os resultaPodemos reciclar ou reusar alguns recursos não renodos que são amplamente aceitos por especialistas em um váveis, como cobre e alumínio, para aumentar os supricampo particular, conforme será abordado mais detalhamentos. O reúso é a prática de usar um recurso repetidas damente no Capítulo 2. Quando se faz essa mudança, é vezes na mesma forma. Por exemplo, podemos coletar, imprescindível considerar a importância dos indivíduos – lavar e encher novamente garrafas de vidro muitas vezes outro subtema deste livro. A mudança da sociedade na (veja Foto 1 no Sumário). A reciclagem envolve a coleta direção da sustentabilidade depende das ações ESTUDO de materiais de resíduos e o processamento destes em nodos indivíduos (Estudo de caso principal), o que DE CASO vos materiais. Por exemplo, podemos esmagar e derreter deve começar pelas escolhas diárias que todos alumínio descartado para fazer novas latas de alumínio nós fazemos. Portanto, a sustentabilidade começa ou outros produtos de alumínio. O reúso e a reciclagem em níveis pessoais e locais. são duas formas de viver de forma mais sustentável, seTA B guindo um dos três princípios da sustentabilidade (Figura 1.2). No entanto, não podemos reciclar Alguns recursos são renováveis ou reusar os recursos de energia como petróleo e e outros não carvão. Depois de queimados, a energia concentrada não estará mais disponível. Do ponto de vista do homem, um recurso é qualquer A reciclagem de recursos metálicos não renováveis concoisa obtida do ambiente para atender a nossas necessisome muito menos energia, água e outros recursos, além dades e nossos desejos. Alguns recursos, como a energia

CIÊNCIA AMBIENTAL

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de gerar muito menos poluição e degradação ambiental do que a exploração de recursos metálicos virgens. A reutilização desses recursos tem um impacto ambiental menor do que a reciclagem. Com base no ponto de vista ambiental e sustentável, as prioridades para o uso sustentável de recursos não renováveis como metais e plásticos devem ser: reduzir (usar menos), reutilizar e reciclar. De acordo com alguns cientistas ambientais, já sabemos como reutilizar ou reciclar de 80% a 90% do metal não BOAS NOTÍCIAS renovável e dos recursos plásticos que usamos.

Os países adotam procedimentos diferentes quanto ao uso de recurso e à prevenção do impacto ambiental A Organização das Nações Unidas (ONU) classifica os países do mundo como mais desenvolvidos economi-

1.2

camente ou menos desenvolvidos, com base sobretudo na renda per capita. Na lista dos países mais desenvolvidos e de alta renda, estão Estados Unidos, Canadá, Japão, Austrália, Nova Zelândia e a maioria dos países europeus. Os países mais desenvolvidos têm 18% da população do mundo, usam aproximadamente 88% dos recursos e produzem cerca de 75% da poluição e resíduos mundiais, de acordo com os dados da ONU e do Banco Mundial. Todas as outras nações, em que 82% das pessoas do mundo vivem, são classificadas como países menos desenvolvidos, a maioria deles na África, Ásia e América Latina. Alguns desses países são de renda média e moderadamente desenvolvidos, como China, Índia, Brasil, Tailândia e México. Congo, Haiti, Nigéria e Nicarágua são países de baixa renda e estão abaixo da linha de desenvolvimento. A Figura 6 do Suplemento 6 é um mapa dos países de rendas altas, superior, inferior e baixa.

Como são as nossas pegadas ecológicas que afetam a Terra?

▲

Conforme nossas pegadas ecológicas crescem, esgotamos e degradamos mais o capital natural da Terra.

CONCEITO 1.2

Vivemos de forma insustentável A má notícia é que, de acordo com as evidências, vivemos de forma insustentável, pois desperdiçamos, esgo-

tamos e degradamos o capital natural da Terra em ritmo acelerado. Esse processo é denominado degradação ambiental (veja Figura 1.5). Também chamamos esse processo de degradação do capital natural.

Degradação do capital natural Degradação dos recursos naturais normalmente renováveis Mudança climática

Redução das florestas Diminuição dos hábitats da vida selvagem

Poluição do ar

Erosão do solo

Extinção de espécies Poluição da água

Esgotamento dos aquíferos

Declínio das pescas oceânicas

Figura 1.5 Exemplos de degradação de recursos naturais e serviços em partes do mundo, a maioria como resultado da população crescente e do aumento de taxas de uso de recurso por pessoa.

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Em muitas partes do mundo, observam-se claramente a redução das florestas renováveis, o aumento dos desertos, a erosão do solo e a substituição das lavouras por ambientes suburbanos. Além disso, verificam-se o aquecimento da atmosfera inferior, o derretimento das geleiras, o aumento do nível do mar e das inundações, as secas, o mau tempo e o aumento de incêndios em florestas em algumas áreas. Em algumas regiões, os rios estão secando, as coletas de muitas espécies de peixe estão caindo acentuadamente e os recifes de corais estão desaparecendo. As espécies estão se tornando extintas pelo menos 100 vezes mais rápido que nos tempos pré-humanos, e as taxas de extinção devem aumentar, no mínimo, mil vezes mais rápido durante este século. Em 2005, a ONU lançou a Avaliação Ecossistêmica do Milênio, um estudo de quatro anos realizado por 1.360 especialistas de 95 países. De acordo com esse estudo, as atividades humanas têm degradado cerca de 60% dos serviços ecossistêmicos ou naturais da Terra (Figura 1.3, boxes laranja), principalmente a partir de 1950. No resumo desse estudo, a ONU adverte que “a atividade humana está pressionando as funções naturais da Terra, e a capacidade dos ecossistemas do planeta para sustentar as gerações futuras já não pode ser dada como certa”. A boa notícia, também incluída no relatório BOAS da ONU, é que há soluções para esses problemas, NOTÍCIAS as quais podem ser implementadas em poucas décadas, de modo que se faça a transição para um futuro mais sustentável dentro de sua vida ESTUDO DE útil (Estudo de caso principal), como você aprenCASO derá ao ler este livro.

de poluição ou poluentes podem entrar no ambiente naturalmente, como a partir de erupções vulcânicas ou por meio das atividades humanas, como a queima de carvão e gasolina e o despejo de produtos químicos em rios e oceanos. Em alta concentração suficiente no ar, na água ou em nossos corpos, quase todo produto químico pode causar danos e ser classificado como um poluente. Os poluentes que produzimos vêm de dois tipos de fonte. As fontes pontuais são únicas e identificáveis, como a chaminé de uma usina de queima de carvão ou de uma indústria (Figura 1.6), o cano de esgoto de uma fábrica ou o escapamento de um automóvel. Por sua vez, as fontes não pontuais estão dispersas e, com frequência, são difíceis de identificar, como os pesticidas soprados da terra para o ar e o escoamento de fertilizantes, pesticidas e lixo da terra em rios e lagos (Figura 1.7). É muito mais fácil e barato identificar e controlar a poluição de fontes pontuais que de fontes não pontuais amplamente dispersas. Tentamos lidar com a poluição de duas formas muito diferentes. Um método é a limpeza da poluição, que envolve limpar ou diluir poluentes depois de tê-los produzido. O outro método é a prevenção da poluição, que reduz ou elimina a produção de poluentes. Até agora, temos usado mais a limpeza da poluição. Os cientistas ambientais identificaram três problemas com essa abordagem. Primeiro, a limpeza é apenas uma correção temporária, uma vez que os níveis de poluição e consumo de recursos crescem sem melhorias compensadoras na tecnologia de controle de poluição. Segundo, a limpeza às vezes remove um poluente de uma parte do ambiente para causar poluição em outro. Por exemplo, podemos coletar lixo, mas ele, em seguida, é queimado (o que pode causar poluição do ar e deixar cinzas tóxicas que devem ser colocadas em algum lugar), despejado sobre a terra (o que pode causar poluição da água por meio de escoamento ou infiltração nas águas subterrâneas) ou enterrado (o que pode causar poluição no solo e nas águas subterrâneas).

A poluição provém de várias fontes

Figura 1.6 Poluição de fonte pontual provocada por uma fábrica de celulose do Estado de Nova York, nos Estados Unidos.

Igor Jandric/Shutterstock.com

Ray Pfortner/Peter Arnold, Inc.

Um grande problema ambiental é a poluição, que é a contaminação do ambiente por meio de produtos químicos ou outros agentes, como ruído ou calor, a um nível que é nocivo para a saúde, sobrevivência ou atividades dos seres humanos ou outros organismos. As substâncias

Figura 1.7 Lixo oriundo de uma grande área de terra e exemplo de poluição da água de fonte não pontual.

CIÊNCIA AMBIENTAL

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Terceiro, uma vez que os poluentes ficam dispersos no ambiente em níveis nocivos, geralmente custa muito caro reduzi-los a níveis aceitáveis. Muitos cientistas ambientais e economistas nos impelem a colocar mais ênfase na prevenção porque funciona melhor e, no longo prazo, é mais barata do que a limpeza. A prevenção da poluição é outro aspecto principal para um futuro mais sustentável (Estudo ESTUDO DE de caso principal). CASO

Tragédia dos comuns: superexploração dos recursos renováveis compartilhados Alguns recursos renováveis podem ser usados por quase todas as pessoas, como a atmosfera, o oceano e os peixes. Muitos recursos renováveis de acesso aberto foram ambientalmente degradados. Em 1968, o biólogo Garrett Hardin (1915-2003) chamou essa degradação de tragédia dos comuns. Isso ocorre porque cada indivíduo utiliza um recurso comumente compartilhado ou de acesso aberto: “Se você não usar esse recurso, alguém usará. O pouco que uso ou poluo não é suficiente para fazer diferença, e esses recursos são renováveis”. Quando o número de usuários é pequeno, a lógica funciona. No entanto, o efeito acumulado de muitas pessoas tentando explorar um recurso de acesso livre acaba por esgotá-lo ou arruiná-lo. Então, ninguém poderá beneficiar-se dele. Essa é a tragédia. Há duas maneiras principais de lidar com esse difícil problema. Uma delas é utilizar um recurso renovável compartilhado em uma taxa bem abaixo de seu rendimento sustentável estimado, ou seja, usar menos do recurso, regular o acesso a ele ou adotar os dois procedimentos. Por exemplo, os governos podem estabelecer leis e regulamentações para limitar as coletas anuais de várias espécies de peixes do oceano (o que fazemos em níveis insustentáveis) e regular a quantidade de poluição que acrescentamos à atmosfera ou aos oceanos. A outra forma é transferir os recursos renováveis de acesso aberto para a propriedade privada. Esse argumento parte da premissa de que, se você é dono de alguma coisa, tem mais chances de protegê-la. Isso soa bem, mas essa abordagem não é prática para recursos abertos de acesso global, como a atmosfera e os oceanos, que não podem ser divididos e vendidos como propriedade privada.

Pegadas ecológicas: nossos impactos ambientais Abastecer as pessoas com recursos naturais resulta em resíduos e poluição. Podemos pensar nisso como uma pegada ecológica – a quantidade de terra produtiva biologicamente e a água necessária para abastecer uma pessoa ou um país com recursos renováveis que precisa absorver e reciclar os resíduos e a poluição produzidos pelo uso desses recursos. (Com o propósito de medir os impactos ambientais, os desenvolvedores dessa ferramenta se concentram nos recursos renováveis, embora o uso de recursos não renováveis também contribua para

as mudanças no ambiente). A pegada ecológica per capita é a média de pegada ecológica de um indivíduo em um país ou área. Se a pegada ecológica de um país (ou do mundo) for maior que a sua capacidade biológica atual para reconstituir os recursos renováveis e absorver os resíduos e a poluição resultantes, isso será considerado déficit ecológico. Em outras palavras, as pessoas vivem de forma insustentável, pois esgotam o capital natural, em vez de utilizarem o suprimento renovável ou o rendimento fornecido por esse capital. Em 2008, a World Wildlife Fund (WWF) e a Global Footprint Network estimaram que a pegada ecológica global da humanidade excedeu a capacidade ecológica atual da Terra de suportar os humanos e outras formas de vida indefinidamente em, no mínimo, 30% (Figura 1.8, inferior) e em 88% nos Estados Unidos. Em outras palavras, a humanidade está vivendo insustentavelmente. De acordo com o modelo de pegada ecológica, para sustentar indefinidamente a população atual do mundo e o uso de recurso renovável médio por pessoa e descartar os resíduos resultantes e a poluição, precisaríamos do equivalente a 1,3 planeta Terra. E, se continuarmos a utilizar os recursos renováveis e se mantivermos o crescimento populacional por meio da tecnologia existente, precisaremos, em 2035, de dois planetas Terra. De acordo com esse modelo, serão necessários aproximadamente cinco planetas Terra para que toda a população mundial possa alcançar o nível atual dos Estados Unidos de uso por pessoa de recursos renováveis por meio da tecnologia existente. Em outras palavras, se todos consumirem os recursos renováveis como a média norte-americana faz hoje, a Terra poderá suportar indefinidamente cerca de 1,3 bilhão de pessoas, e não os 7 bilhões atuais. (No Anexo 6, veja a Figura 2, que ilustra o mapa das pegadas ecológicas humanas no mundo, e a Figura 5, que apresenta o mapa dos países que são devedores ou credores ecológicos.) Os dados de pegada ecológica são estimativas imperfeitas. Mesmo que as estimativas estejam muito altas por um fator de dois, teremos problemas se o crescimento populacional do mundo e o consumo de recursos renováveis se mantiverem nas taxas atuais. Para que possamos reduzir o tamanho de nossas pegadas ecológicas, devemos utilizar as tecnologias existentes e emergentes, além das ferramentas econômicas, para tornar as sociedades mais sustentáveis (EsESTUDO DE CASO tudo de caso principal) nas próximas décadas (Figura 1.8, curva inferior). As formas propostas para fazer isso incluem diminuição do crescimento populacional, diminuição do resíduo de recurso, redução drástica da pobreza e substituição de combustíveis de fósseis por fontes de energias renováveis, conforme veremos ao longo deste livro.

IPAT: outro modelo de impacto ambiental Nos anos 1970, os cientistas Paul Ehrlich e John Holdren desenvolveram um modelo simples que mostrava como o tamanho populacional (P), afluência ou consumo de recurso por pessoa (A) e os efeitos ambientais benéficos

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Pegada ecológica total (milhões de hectares) e compartilhamento da capacidade biológica global (%) Estados Unidos

2.810 (25%)

União Europeia

Japão

Estados Unidos

9,7

União Europeia

2.160 (19%)

China Índia

Pegada ecológica per capita (hectares por pessoa)

4,7

China

2.050 (18%)

Índia

780 (7%)

1,6 0,8

Japão

540 (5%)

4,8

2,5

Número de planetas Terra

Vida não sustentável 2,0 1,5

Pegada projetada 1,0

Pegada ecológica

Vida sustentável

0,5 0 1961

1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

Ano

Figura 1.8 Uso do capital natural e degradação: esses gráficos mostram as pegadas ecológicas totais e per capita de alguns países (superior). Em 2008, a pegada ecológica estimada, total ou global, da humanidade era, no mínimo, 30% maior que a capacidade ecológica da Terra (inferior), e há a expectativa de que seja duas vezes a capacidade ecológica do planeta até 2035. Pergunta: Se estamos vivendo além da capacidade renovável da Terra, por que a população humana e o consumo de recurso per capita ainda crescem rapidamente? (Dados da Worldwide Fund for Nature, Global Footprint Network, Living Planet Report 2008.)

e prejudiciais das tecnologias (T) ajudam a determinar o impacto ambiental (I) das atividades humanas – uma estimativa aproximada do quanto a humanidade está degradando o capital natural de que depende. Podemos resumir esse modelo com a equação simples I = P ´ A ´ T. Impacto (I) = População (P) ´ Afluência (A) ´ Tecnologia (T)

A Figura 1.9 mostra a importância relativa desses três fatores em países menos desenvolvidos e mais desenvolvidos. Enquanto o modelo de pegada ecológica enfatiza o uso de recursos renováveis, esse modelo inclui o uso per capita dos recursos renováveis e não renováveis. Algumas formas de tecnologia, como fábricas poluentes, usinas de energia e carvão e veículos, que consomem gasolina elevam o impacto ambiental e aumentam o fator T na equação. Mas outras tecnologias, ao reduzirem o impacto ambiental, diminuem o fator T. Os exemplos são controle de poluição e tecnologias de prevenção, turbinas eólicas e células solares que geram eletricidade sem poluir e carros com combustível eficiente. Em outras palavras, algumas formas de tecnologia são ambientalmente perigosas, e outras, ambientalmente benéficas. Na maioria dos países menos desenvolvidos, os fatores principais no impacto ambiental total (Figura 1.9, superior) são o tamanho da população e a degradação dos recursos renováveis, como o número crescente de pessoas pobres que lutam para se manter vivas. Nos países mais desenvolvidos, as altas taxas de uso de recurso per

capita e o consequente alto nível de poluição e degradação ambiental são, em geral, os fatores utilizados para determinar o impacto ambiental geral (Figura 1.9, inferior). ■ E S T UDO DE C AS O

Novos consumidores ricos da China Mais de 1 bilhão de consumidores muito ricos, a maioria vivendo em países mais desenvolvidos, têm pressionado intensamente o capital natural renovável potencial da Terra e os recursos não renováveis. Além disso, mais de meio bilhão de consumidores têm atingido a classe média e adotado o estilo de vida oriundo desse novo status. A renda descartável dessa população é de, no mínimo, $ 3.000 anuais. Em 20 países, como China, Índia, Indonésia, Brasil, Coreia do Sul e México, a classe média tem se desenvolvido rapidamente. Na China, Índia e Indonésia, o número de consumidores de classe média está se aproximando dos 600 milhões, quase duas vezes o tamanho atual da população dos Estados Unidos. Há uma expectativa de que esse número alcance o patamar de 945 milhões até 2015, e a China terá cerca de dois terços desses novos consumidores da nova classe média. A China possui a maior população do mundo e a segunda maior economia. É o principal consumidor mundial de trigo, arroz, carne, carvão, fertilizantes, aço, cimento e óleo. A China também lidera o consumo mundial de pro-

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Países menos desenvolvidos

População (P)

Consumo por pessoa (afluência, A)

Impacto tecnológico por unidade de consumo (T)

Impacto ambiental da população (I)

Países mais desenvolvidos

Figura 1.9 Conexões: esse modelo simples demonstra como os fatores tamanho da população, afluência (uso de recurso por pessoa) e tecnologia ajudam a determinar os impactos ambientais das populações em países menos desenvolvidos (superior) e países mais desenvolvidos (inferior).

dutos como televisores, celulares e refrigeradores. Construiu o maior edifício do mundo, o trem mais rápido e a maior barragem. Produziu mais turbinas eólicas do que qualquer outro país e, em breve, se tornará a maior produtora do mundo de células solares. Até 2015, o país deve ser o maior produtor e consumidor de carros do mundo, a maioria deles com combustível mais eficiente do que aqueles produzidos nos Estados Unidos e na Europa.

1.3

Entretanto, após vinte anos de industrialização, a China agora tem dois terços das cidades mais poluídas do mundo. Alguns dos seus principais rios estão sufocados com resíduos e poluição, e algumas áreas de seu litoral são basicamente desprovidas de peixes e outros frutos do mar. Uma nuvem maciça de poluição do ar, amplamente gerada na China, afeta outros países asiáticos, o Oceano Pacífico e a Costa Oeste da América do Norte.

Por que temos problemas ambientais?

▲

CONCEITO 1.3A As principais causas dos problemas ambientais são o crescimento populacional, o uso de recursos devastadores e insustentáveis e a pobreza. Nesse contexto, não inserimos os custos ambientais nocivos relacionados ao uso de recursos nos preços de produtos e serviços no mercado.

▲

CONCEITO 1.3B Nossa visão de mundo ambiental desempenha um papel principal ao determinar se vivemos de forma não sustentável ou mais sustentável.

Especialistas identificaram quatro causas básicas de problemas ambientais

Abordaremos todas essas causas detalhadamente nos próximos capítulos deste livro. A seguir, apresentamos um resumo geral delas.

De acordo com cientistas ambientais e sociais, as principais causas de problemas ambientais que enfrentamos são (1) crescimento populacional, (2) uso de recursos que geram desperdício e é insustentável, (3) pobreza e (4) não inclusão, nos preços de mercado, dos custos ambientais nocivos relacionados ao uso de recurso de produtos e serviços (Figura 1.10).

A população humana cresce rapidamente O crescimento exponencial ocorre quando uma quantidade como a população humana aumenta em uma porcentagem fixa por unidade de tempo, como 2% ao ano. O crescimento exponencial começa lentamente.

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